加速器以及粒子束治疗系统技术方案

本发明专利技术提供加速器以及粒子束治疗系统。加速器具备：产生不同的多种离子的多个离子源(221、222、223)、产生磁场的电磁铁(11)以及产生高频电场的高频腔体(21)。离子的轨道的中心伴随着加速而偏心，电磁铁(11)产生的磁场是向轨道的动径方向外侧降低的磁场分布。高频腔体(21)通过与对应于入射的离子的核种的旋转频率相符的高频电场将离子加速至预定能量。高频电场的频率追随离子的能量而变化。由此，提供小型且能够缩短照射时间的加速器以及粒子束治疗系统。

Accelerator and particle beam therapy system

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】加速器以及粒子束治疗系统
本专利技术涉及对质子、碳离子等重粒子进行加速的加速器以及将被加速的粒子向肿瘤进行照射，由此治疗的粒子束治疗系统。
技术介绍
在为了治疗而向人体照射带电粒子束的带电粒子束系统中，作为使系统小型化，并且实现向目标的较高的照射集中性、照射剂量分布控制性的带电粒子束系统的一个例子，在专利文献1中，记载了使用产生重量不同的多种离子束，将多种离子加速至各自的水中最长射程不同的最高能量并射出的加速器，在射束输送系统中，从设置于旋转机架的照射装置向人体进行照射。在照射中，将照射目标的深度与各离子种类的水中最大射程进行比较，选择照射目标的深度成为水中最长射程以下的离子种类，并向照射目标进行照射。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2015-84886号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题在粒子束治疗中使用的高能核束通过使用加速器而生成。例如，在将碳核用作治疗用的射束的情况下，每个核子的动能最大需要430MeV左右。在将质子用作治疗用的射束的情况下，最大需要230MeV左右的动能。在专利文献1中，提出了能够利用一台加速器生成多个核种的射束，并照射多个种类的射束的系统。在专利文献1所记载的粒子束治疗系统中，作为加速器，使用同步加速器。同步加速器使构成加速器的电磁铁的励磁量随时间而变化，同时使在内部旋转的粒子的动能增大。但是，同步加速器除了使射束偏转的偏转电磁铁以外，还需要四极发散电磁铁(quadrupoledivergingmagnet)、共振激发用多极电磁铁、用于增加电子回旋加速振动(betatronoscillation)而超过共振的稳定极限的射束的射出用的高频施加装置、射出用的静电偏转器以及射出用偏转电磁铁等各种设备，从而小型化存在极限。另外，由于需要各种设备，因此低成本化也存在极限。作为同步加速器以外的加速器，还存在回旋加速器。但是，回旋加速器是利用高频电场对在主磁场中旋转的射束进行加速的类型的加速器。使轨道上的平均磁场与射束的相对论中的γ因子成比例，由此不管能量如何，而使旋转的时间为恒定。将具有该性质的主磁场分布称为等时性磁场。这里，在等时性磁场下沿着轨道调制磁场，由此确保轨道面内和与轨道面垂直的方向的射束稳定性。为了兼顾上述的等时性与射束的稳定性，主磁场分布需要极大部与极小部。具有该分布的非均匀的磁场能够通过使主电磁铁的对置的磁极之间的距离在极大部变得狭窄，在极小部变得宽阔而形成。然而，极大部的磁场与极小部的磁场的差在作为强磁性体的磁极材料的饱和磁通密度程度内在实用方面存在极限。即，极大部的磁场与极小部的磁场的差被限制为2T左右。另一方面，在使加速器小型化的情况下，需要提高主磁场，减小射束轨道的偏转半径，但主磁场和上述的极大部的磁场与极小部的磁场的差存在比例关系，上述的极限成为决定加速器的现实中的大小的重要因素。因此，回旋加速器难以小型化。另外，在回旋加速器中，不使用降能器而难以变更取出射束的能量。另外，在使用降能器的情况下，导致射束电流减少，因此照射时间的短时间化变得困难。用于解决课题的手段本专利技术提供一种小型且能够缩短照射时间的加速器以及粒子束治疗系统。本专利技术包含多个用于解决上述课题的手段，但若列举其一个例子，则提供一种加速器，其特征在于，具备：多个离子源，其产生不同的多种离子；主磁铁，其产生磁场；以及高频腔体，其产生高频电场，上述离子的轨道的中心伴随着加速而偏心，上述主磁铁产生的磁场是向上述轨道的动径方向外侧降低的磁场分布，上述高频腔体通过与对应于入射的离子的核种的旋转频率相符的高频电场将上述离子加速至预定能量，上述高频电场的频率追随离子的能量而变化。专利技术效果根据本专利技术，能够使加速器小型化，并且能够兼得照射时间的缩短。附图说明图1是本专利技术的实施例1的加速器的整体大致形状。图2是表示实施例1的加速器的构造的图。图3是表示实施例1的加速器中的射束的动能与旋转频率的关系的图。图4是表示实施例1的加速器中的射束的动能与磁刚度的关系的图。图5是表示实施例1的加速器中的设计轨道的形状的图。图6是表示实施例1的加速器中的射束的磁刚度与设计轨道上的磁场的关系的图。图7是表示实施例1的加速器中的控制图的图。图8是表示实施例1的加速器中的运转时的时间图的一个例子的图。图9是表示实施例1的加速器中的运转时的时间图的一个例子的图。图10是表示实施例2的粒子束治疗装置的整体大致形状的图。具体实施方式以下，使用附图，对本专利技术的加速器以及粒子束治疗系统的实施例进行说明。＜实施例1＞以下，使用图1至图9，对作为本专利技术的优选的一个实施例的实施例1的加速器进行说明。本实施例的加速器1是调制频率型的可变能量以及可变核种的加速器。该加速器1是作为主磁场具有随时间恒定的磁场，通过高频电场对在主磁场中旋转的质子、氦、碳等不同的多种离子进行加速的类型的加速器。其外观示于图1。如图1所示，加速器1通过能够上下分割的电磁铁11，在正在加速/旋转的射束通过的区域(以下，称为射束通过区域20，参照图2)内激发主磁场。在电磁铁11贯穿有多个将外部与射束通过区域20连接的贯通口。作为贯通口，在上下磁极的连接面上设置有取出被加速的射束的取出射束用贯通口111、用于将线圈导体向外部引出的贯通口112、113、高频电力输入用贯通口114。在本实施例的加速器1中，通过高频电力输入用贯通口114设置高频腔体21。如后述，在高频腔体21设置有加速用的D形电极211(参照图2)与旋转式可变容量电容器212。在电磁铁11的上部且在偏离中心的位置设置有产生不同的多种离子的多个离子源221、222、223，预定的核种的离子束通过射束入射用贯通口115入射至加速器1内部。离子源221、222、223是配置于电磁铁11的外部的外部离子源，分别是生成质子/氦离子/碳离子的离子源。在成为从离子源221、222、223至加速器1的入射区域130(参照图2)的射束输送路径上的射束入射用贯通口115设置有用于切换离子核种的分配电磁铁224。在本实施例的加速器1中，调整分配电磁铁224的励磁量使在射束输送路径上输送预定的核种。即，能够通过分配电磁铁224的励磁量决定能够向加速器1入射的离子种类。射束通过区域20被抽真空。接下来，使用图2，对加速器的内部构造进行说明。图2是将电磁铁11上下分割，并从上方对其进行观察的图。如图2所示，电磁铁11的上下部分别具有回轭(returnyoke)121、顶板122、圆柱状的磁极123，在被上下对置的磁极123夹持的圆筒状的空间内存在射束通过区域20。将该上下的磁极123相互对置的面定义为磁极面。另外，将被磁极面夹持的与磁极面平行且距上下的磁极面相等距离的面称为轨道面。在形成于磁极123与回轭121之间的凹部沿着本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种加速器，其特征在于，具备：/n多个离子源，其产生不同的多种离子；/n主磁铁，其产生磁场；以及/n高频腔体，其产生高频电场，/n所述离子的轨道的中心伴随着加速而偏心，/n所述主磁铁产生的磁场是向所述轨道的动径方向外侧降低的磁场分布，/n所述高频腔体通过与对应于入射的离子的核种的旋转频率相符的高频电场将所述离子加速至预定能量，所述高频电场的频率追随离子的能量而变化。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171120 JP 2017-2225771.一种加速器，其特征在于，具备：
多个离子源，其产生不同的多种离子；
主磁铁，其产生磁场；以及
高频腔体，其产生高频电场，
所述离子的轨道的中心伴随着加速而偏心，
所述主磁铁产生的磁场是向所述轨道的动径方向外侧降低的磁场分布，
所述高频腔体通过与对应于入射的离子的核种的旋转频率相符的高频电场将所述离子加速至预定能量，所述高频电场的频率追随离子的能量而变化。


2.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：青木孝道，中岛裕人，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：日本;JP