イオン源
【課題】イオンビームのビーム電流の可変範囲を拡大する。
【解決手段】イオン源６５は、マイクロ波パワー制御装置１３，マイクロ波発信器１５，放電容器１９及び電極２１ａ，２１ｂ，２１ｃを有する。マイクロ波パワー制御装置１３がケーブル１４によりマイクロ波発信器１５に接続される。放電容器１９内にマイクロ波を入射することによってプラズマが発生され、プラズマ中のイオンはイオンビーム２３となってイオン源６５より出射される。マイクロ波パワー制御装置１３はマイクロ波発信器１５を制御し、マイクロ波１６のパワーをパルスの途中で最低放電点弧可能パワーＰC よりも低減させる。これによって、最低放電点弧可能パワーＰC に対応する電流値よりも低いイオンビーム電流のパルスイオンビームが得られる。
【解決手段】イオン源６５は、マイクロ波パワー制御装置１３，マイクロ波発信器１５，放電容器１９及び電極２１ａ，２１ｂ，２１ｃを有する。マイクロ波パワー制御装置１３がケーブル１４によりマイクロ波発信器１５に接続される。放電容器１９内にマイクロ波を入射することによってプラズマが発生され、プラズマ中のイオンはイオンビーム２３となってイオン源６５より出射される。マイクロ波パワー制御装置１３はマイクロ波発信器１５を制御し、マイクロ波１６のパワーをパルスの途中で最低放電点弧可能パワーＰC よりも低減させる。これによって、最低放電点弧可能パワーＰC に対応する電流値よりも低いイオンビーム電流のパルスイオンビームが得られる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン源に係り、特に、高エネルギーのイオンビームを患者に照射して治療する粒子線治療装置、及び高エネルギーのイオンビームを照射してラジオアイソトープ
（以下、ＲＩと称する）を製造するＲＩ製造装置に適用するのに好適なイオン源に関する。
【背景技術】
【０００２】
パルス状のマイクロ波による放電によってイオンビームを生成する従来のイオン源は、図３に示すようなパルスは形状のマイクロ波パワーＰを発生する。マイクロ波パワーＰは単純なパルス状の波形である。イオン源は、このようなパワーＰを有するマイクロ波を用いて、放電室内でプラズマを発生する。更に、イオン源は、そのプラズマから、電極の孔を通してイオンを静電的に引き出して、パルス状のイオンビームを生成する。以上のように、イオン源でパルス状のイオンビームを発生させることは、例えば、レビュー オブ サイエンティフィック インストゥルメンツ（Review of Scientific Instruments）
（２０００年）Ｖol.７１，６１２頁に記載されている。
【０００３】
【非特許文献１】レビュー オブ サイエンティフィック インストゥルメンツ （Review of Scientific Instruments）（２０００年）Ｖol.７１，６１２頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した従来技術では、生成されるイオンビームの電流を低減する目的でマイクロ波パワーＰを下げる場合、マイクロ波パワーＰが最低放電点弧可能パワーＰC 以下になると、パルス放電が点弧しなくなる。このため、イオンビーム電流の低減可能な最低値が、最低放電点弧可能パワーＰC によって制限される。
【０００５】
本発明の目的は、イオンビームのビーム電流の可変範囲を拡大できるイオン源を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、パルス波出力装置でマイクロ波及び高周波のいずれかのパルスを発生させ、そのパルス内でマイクロ波及び高周波のいずれかのパワーを段階的に少なくとも一回低下させるパワー制御装置を備えたことにある。
【０００７】
パルス内でマイクロ波及び高周波のいずれかのパワーを段階的に少なくとも一回低下させるので、イオンビームのビーム電流を低い範囲まで低減することができる。すなわち、イオンビームのビーム電流の可変範囲を拡大することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、イオンビームのビーム電流の可変範囲を拡大できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の好適な一実施例であるイオン源の構成を、図１を用いて以下に説明する。その前に、図２を用いて、本実施例に用いるマイクロ波パワーの波形について説明する。このマイクロ波パワーのパルス波形は、図２（ａ）に、イオン源より出射されるイオンビームの電流波形は図２（ｂ）に示される。マイクロ波パワーが図２（ａ）の「１」のようにマイクロ波パワーがパルス波形の初期に上昇して設定レベルＰC を越えると、図２（ｂ）の「７」のようにイオン源の放電室での放電が点弧する。これにより放電室内にイオンが発生し、放電室より出射されるイオンビームの電流が上昇を開始する。マイクロ波パワーがＰ1 まで上昇すると、ビーム電流はＩ1 の値に達する。パルスの途中で図２（ａ）の「３」のようにマイクロ波パワーを、Ｐ1 から、レベルＰC よりも低いＰ2 に減少させると、マイクロ波パワーにより発生するイオンの量が低下する。このため、イオンビーム電流はＩ1 よりＩ2 まで低下する。図２（ａ）の「４」のようにマイクロ波パワーＰ2 を設定時間の間維持して、図２（ｂ）の「１０」のように必要なパルス幅のビーム電流Ｉ2 のイオンビームを発生させる。その後、図２（ａ）の「５」及び図２（ｂ）の「１１」のようにマイクロ波パワーの低減によりビーム電流を低減させ、図２（ａ）の「６」及び図１(ｂ)の「１２」のように設定時間経過した後にパルスの１周期を終了する。その後、再び、マイクロ波パワーを上昇させて、同じ波形の次周期のパルスを形成する。上記した波形でマイクロ波のパワーを制御することによって、最低放電点孤可能パワーＰC に対応した電流値よりも低いイオンビーム電流のパルスイオンビームを発生できる。また、繰り返し同じパワーＰ1 のマイクロ波パワーで放電点弧することによって、パルス途中でマイクロ波パワー低減によりイオンビーム電流を低下させた場合でも、確実な放電点弧により安定にパルスイオンビームを繰り返し発生させることができる。
【００１０】
このような波形のマイクロ波でパルスイオンビームを発生する本実施例のイオン源を、図１を用いて説明する。イオン源６５は、マイクロ波パワー制御装置１３，マイクロ波発信器１５，放電容器１９及び電極２１ａ，２１ｂ，２１ｃを有する。マイクロ波発信器
１５は導波管１７によって放電容器１９に接続される。電極２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、放電容器１９の下流側に配置され、円筒部材２２に設置される。コイル２０が放電容器
１９の外側で放電容器１９を取り囲むように設置される。電源２４が電極２１ａと電極
２１ｃに接続され、電源２５が電極２１ｂと電極２１ｃに接続される。マイクロ波パワー制御装置１３がケーブル１４によりマイクロ波発信器１５に接続される。マイクロ波発信器１５は、パルス状のマイクロ波１６を出力するパルス波出力装置である。
【００１１】
放電容器１９及び円筒部材２２内の空間は、真空ポンプ（図示せず）によって真空になっている。後述のイオンを発生させるため、微量のガスが放電容器１９内に供給される。例えば、水素イオンビームを生成する場合には、微量の水素ガスが放電容器１９内に供給される。マイクロ波発信器１５で発生したパルス状のマイクロ波１６は、導波管１７、及び放電容器１９に形成された導入窓１８を介して放電容器１９内に入射される。コイル
２０に電圧を印加することによって、放電容器１９内に磁場Ｂが形成されている。放電容器１９内で、磁場Ｂの周囲を回転する電子が、入射されたマイクロ波の電界によって加速されてガスと衝突し、このガスを電離する。この衝突電離によって、放電が点弧して放電容器１９内でプラズマが発生する。生成されたプラズマ中のイオンは、電源２４，２５にて電極２１ａ，２１ｂ，２１ｃのそれぞれの間に印加された電界によって、電極２１ａ，２１ｂ，２１ｃにそれぞれ形成された開口部より引き出される。引き出されたイオンは、イオンビーム２３となってイオン源６５より出射される。
【００１２】
イオン源６５は、マイクロ波１６のマイクロ波パワーのパルス波形を図１(ａ)のように制御するために、マイクロ波パワー制御装置１３が設けられている。マイクロ波パワー制御装置１３は、図１（ａ）に示す波形を有するマイクロ波制御信号を、ケーブル１４を介してマイクロ波発信器１５に伝え、この制御信号によりマイクロ波発信器１５を制御することによってマイクロ波１６のパワーのパルス波形を図１（ａ）のように調整する。このため、前述したように、イオン源６５は、図１（ｂ）に示すパルス電流波形のイオンビームを発生させることができ、最低放電点弧可能パワーＰC に対応する電流値よりも低いイオンビーム電流のパルスイオンビームが得られる。イオン源６５より出射されるイオンビームを試料に照射するイオン注入装置及び分析装置では、イオンビーム電流を低減できることによって、試料へのイオン照射量の精密な調整が可能となり、イオンビームの注入量の精度及び分析精度が向上する。また、イオンビームの照射による試料への熱負荷パワーを低減でき、イオンビームによる試料の破損を防止できると共に、試料の冷却容量を低減できる。
【００１３】
本実施例によれば、イオン源６５で放電を発生するマイクロ波パワーのパルス波形を、パルス初期でパワーが高く途中で段階的にパワーが減少する波形に設定し、パルス初期の高パワーで確実に放電点弧した後のマイクロ波パワー低下によりイオンビームのビーム電流が低下するので、最低放電点弧可能パワーＰC よりも低いマイクロ波パワーで安定にイオンビームを生成できる。このため、イオンビーム電流を従来の最低放電点弧可能パワーＰC に対応する電流値よりも低くすることができ、ビーム電流の可変範囲を増大できる。また、パルス状のイオンビームを生成する各周期の初期において繰り返し同じパワーで放電を点弧するので、放電点火が安定し、放電点火ミスを防止できる。このため、確実にパルス状のイオンビームを生成できる。
【００１４】
更に、本実施例では、前述したマイクロ波パワーの制御と共に、マイクロ波パワー制御装置１３によりコイル２０の電流を制御して磁場Ｂの強度を調整した場合、磁場Ｂにより放電の状態を変化させることができるため、放電点弧がより確実になる、及びイオンビーム電流の可変範囲を更に拡大できる等の利点がある。
【００１５】
上記したイオン源６５を適用した線形加速装置の実施例を、図４を用いて説明する。本実施例の線形加速装置６６は、イオン源６５，高周波四重極加速器（ＲＦＱ）６７及びドリフトチューブライナック（ＤＴＬ）６８を備える。イオン源６５より出射された低エネルギー（例えば５０ｋｅＶ）のイオンビーム２３は、ＲＦＱ６７及びＤＴＬ６８の２つの加速器によって加速されて高エネルギー（例えば１０ＭｅＶ）のイオンビーム２６になる。ＲＦＱ６７及びＤＴＬ６８は線形加速器を構成する。
【００１６】
イオンビームを加速するために、高周波電源２７よりＲＦＱ６７に、高周波電源２８よりＤＴＬ６８にそれぞれ高周波加速電界が印加される。線形加速器制御装置２９が、高周波電源２７，２８が高周波電界をパルス的に発生しＲＦＱ６７及びＤＴＬ６８がイオンビームを加速するタイミングと、マイクロ波パワー制御装置１３によってイオンビーム２３の電流を変化させるタイミングとの相対関係を調整するため、高エネルギーのパルス状のイオンビーム２６が線形加速装置６６より出射される。線形加速器制御装置２９による線形加速装置６６の具体的な制御を、図５を用いて以下に説明する。
【００１７】
図５は、線形加速器制御装置２９よりマイクロ波パワー制御装置１３及び高周波電源
２７，２８に送信するタイミング制御トリガー信号の電圧波形(図５(ａ))，それに対応して立ち上がるマイクロ波のパワーパルス波形（図５（ｂ）），イオン源６５から出射されるイオンビームの電流波形（図５（ｃ）），高周波加速電界を印加するタイミングトリガー信号の電圧パルス波形（図５（ｄ））、及びＤＴＬ６８から出射されるイオンビームの電流波形（図５（ｅ））を示している。
【００１８】
図５（ａ）に示すトリガー信号が線形加速器制御装置２９からマイクロ波パワー制御装置１３に送信されると、マイクロ波パワー制御装置１３の制御により、そのトリガー信号に同期して、図５（ｂ）の「１」のようにマイクロ波パワーが立ち上がり、マイクロ波パワーが設定レベルＰC を越えたときに放電容器１９内で放電が点弧する。このため、図５（ｃ）の「７」のようにイオン源６５からイオンビームが出射され、そのイオンビームの電流も急激に上昇する。トリガー信号が出力されてから所定時間経過後に、マイクロ波パワーがパルスの途中で低減され（「２」→「４」）、イオン源６５の出射ビームの電流が「１０」のように低下する。このビーム電流低下のタイミングと同期して、すなわち、トリガー信号が出力されてから所定時間経過後に、線形加速器制御装置２９は、高周波電源２７，２８に高周波電界印加トリガー信号（図５（ｄ）に示す電圧パルス波形を有する）をそれぞれ出力し、高周波電源２７，２８からそれぞれ高周波信号を出力させる。具体的には、高周波電源２７からＲＦＱ６７に、高周波電源２８からＤＴＬ６８にそれぞれ高周波電界が印加される。このため、イオン源６５で生成されるビーム電流Ｉ2 のパルスイオンビームをＲＦＱ６７及びＤＴＬ６８で選択的に加速することができる。この結果、
ＤＴＬ６８から出射される高エネルギーのイオンビームは、図５（ｅ）に示す電流波形を有することになる。このパルスイオンビームを選択的に加速する際に、マイクロ波パワーＰ2 の強度を図５(ｂ)の「４」において矢印のように増減させて図５（ｃ）の「１０」のようにイオンビーム電流Ｉ2 の強度を調整する。この調整によって、ＲＦＱ６７に入射されて加速されるパルスイオンビーム電流を変化させることができ、図４（ｅ）に示すようにイオンビーム２６の電流Ｉ3 の強度を制御することができる。この制御によって電流
Ｉ3 が可変する範囲は、図２で説明したように、最低放電点弧可能パワーＰC に対応する電流値よりも低い電流の領域まで拡大される。
【００１９】
本実施例によれば、マイクロ波パワーのパルスの途中でのイオンビーム電流の低下後に、ＲＦＱ６７及びＤＴＬ６８に対して加速用の高周波電界をパルス状に印加してイオンビームを加速するため、イオンビーム電流を最低放電点弧可能パワーＰC に対応する電流値よりも低減することができる。このため、線形加速装置６６から出射されるイオンビーム２６のビーム電流の可変範囲を拡大させることができる。また、放電点火ミスを防止できるため、パルス状のイオンビームを確実に生成できる。これにより、線形加速装置６６の運転の信頼性を向上させることができる。
【００２０】
図５とは別の線形加速器制御装置２９による線形加速装置６６の制御を、図６を用いて説明する。線形加速器制御装置２９からの図５（ａ）に示すトリガー信号を入力したマイクロ波パワー制御装置１３は、図６（ａ）の「３１」に示すようにイオン源６５のマイクロ波パワーを、「３２」のレベル（Ｐ1 ）まで上昇させた後、「３３〜３６」の４段階で減少させる制御を行う。図６（ｂ）に示すように、その制御に対応してイオン源６５から出射されるイオンビームの電流が、「４２〜４６」の５段階に変化する。線形加速器制御装置２９において５段階のうちのある段階が選択されると、線形加速器制御装置２９は、選択された段階のタイミングと高周波電界を発生するタイミングとが同期するように高周波電源２７，２８に高周波電界印加トリガー信号をそれぞれ送信する。これにより、高周波電源２７からＲＦＱ６７に、高周波電源２８からＤＴＬ６８にそれぞれ高周波電界が印加され、イオンビーム電流Ｉ1 〜Ｉ5 のうち選択された段階の電流値を有するイオンビームを選択的に加速することができる。線形加速器制御装置２９が、例えば、図６（ｂ）における「４５」のタイミングと同期して高周波電界印加トリガー信号（図６（ｃ）に示す電圧パルス波形を有する）を高周波電源２７，２８に出力すると、ＲＦＱ６７及びＤＴＬ６８において電流Ｉ4 のイオンビームが選択的に加速される。図６に示す線形加速装置
６６の制御は、図５に示すその制御に比べて、毎周期全く同じパルス波形のマイクロ波パワーで繰り返し放電を発生する。このため、図６に示す制御は、放電をより安定に発生できると共にパルスごとのマイクロ波パワーの調整が不要である。なお、図６に示す制御におけるパルス波形ではマイクロ波パワーが階段状に低下しているが、パルス波形を三角形状にしてマイクロ波パワーを連続的に低下させることが可能である。
【００２１】
図６に示す制御を実施する線形加速器制御装置２９を備えた線形加速装置６６は、イオン源６５からＲＦＱ６７に入射されるイオンビーム２３のビーム電流をパルス波形の途中で複数回低下させることが可能であり、ビーム電流が低下した各段階と、ＲＦＱ６７及びＤＴＬ６８に該当する電源からそれぞれ高周波電界を印加してイオンビームを加速するタイミングとを選択的に合せることが可能である。ビーム電流が低下した各段階とイオンビームの加速のタイミングとを選択的に合せることによって、各段階におけるイオン源６５の出射イオンビームのビーム電流値に対応してＲＦＱ６７及びＤＴＬ６８で加速されるイオンビームのビーム電流を変化させる場合には、ビーム電流を変化させるためにマイクロ波パワーのパルス波形を変化させる必要がなく、前述のタイミング調整のみでビーム電流を変化させることができる。このため、イオン源６５の制御を簡略化できる。また、パルスの各周期において全く同じマイクロ波パワーのパルス波形で繰り返してイオン源６５を動作させるので、イオン源６５の動作が安定し、線形加速装置６６の信頼性とイオンビーム電流制御の精度を高めることができる。
【００２２】
以上に述べた線形加速装置６６は、ポジトロン エミッション トモグラフィー(PET)等に使用するＲＩを製造するＲＩ製造装置，粒子線治療装置，分析装置及び中性子発生装置等に適用すると、それらの装置で利用するイオンビームの電流の制御を従来よりも簡易にすることができると共に、電流の可変範囲を拡大できる。
【００２３】
以下に、線形加速装置６６を適用した粒子線治療装置の実施例を、図７を用いて説明する。本実施例の粒子線治療装置は、線形加速装置６６，シンクロトロン６９，ビーム輸送系５３及び照射装置７０を備える。シンクロトロン６９は、周回軌道に偏向電磁石Ｓ１，加速空胴Ｓ２を有する。照射装置７０は一対の走査電磁石５５を有する。
【００２４】
線形加速装置６６から出射されたイオンビームは、入射装置５１を介してシンクロトロン６９に入射される。入射されたイオンビームは、加速空胴Ｓ２で加速されて偏向電磁石Ｓ１で偏向され、シンクロトロン６９の周回軌道に沿って周回する。システム制御装置
５０は、線形加速器制御装置２９，入射装置５１及び偏向電磁石Ｓ１を制御する。このため、患者５９の治療に必要な量のイオンビームをシンクロトロン６９内に蓄積できる。システム制御装置５０は加速空胴Ｓ２に印加される高周波電界を制御する。加速空胴Ｓ２は高周波電界の印加によって周回軌道を周回するイオンビームを加速する。高エネルギー
（例えば、２５０MeV)に加速されたイオンビームは、出射装置５２によってシンクロトロン６９からビーム輸送系５３に出射される。ビーム輸送系５３内を通過した高エネルギーのイオンビーム５７は、照射装置７０より治療ベッド上の患者５９の患部に治療のために照射される。照射装置７０に設けられた走査電磁石５５を用いて矢印５８のようにイオンビーム５７を走査すると共に、加速空胴Ｓ２により印加する高周波電界を制御してイオンビームの加速エネルギーを調整することによって、イオンビーム５７の照射位置及び患者の体内において到達する深さを変え、患者５９の患部を狙っての適切なイオンビームの照射を実施する。上記の高周波電界の制御はシステム制御装置５０によって行われる。
【００２５】
照射装置７０から患者５９に照射されるイオンビーム５７のイオンビーム電流は電流モニター５６で計測される。電流モニター５６から出力された電流計測信号はシステム制御装置５０に入力される。患者５９に照射されるイオンビームの量は、適切に調節されることが要求される。このため、システム制御装置５０は、電流計測信号に基づいて、患者
５９に照射されるイオンビームの量を適切に調節するために線形加速器制御装置２９に制御信号を出力する。線形加速制御装置２９は、この制御信号に基づいて図５（ａ）に示すトリガー信号をマイクロ波パワー制御装置１３に出力し、更に図５（ｄ）に示す高周波電界印加トリガー信号を高周波電源２７，２８に出力する。このように、線形加速器制御装置２９は、図５で説明した制御により線形加速装置６６から出射されてシンクロトロン
６９に入射されるイオンビーム２６のビーム電流を調整する。したがって、線形加速装置６６から出射されるイオンビーム２６のビーム電流の可変範囲を拡大できる。更に、線形加速器制御装置２９はシンクロトロン６９の運転パターンに同期させてイオンビーム２６のパルス幅及び発生周期を制御する。
【００２６】
本実施例は、イオン源線形加速装置６６から出射するイオンビームのビーム電流の可変範囲を拡大できるので、これに対応してシンクロトロン６９で加速して出射するイオンビームのビーム電流の調整範囲が拡大される。このため、患者５９に照射するイオンビーム５７の量を患部の治療に必要な適切な値（患部の治療に十分で、患部以外の健全な細胞への影響が最小限となる値）に精度良く調整でき、高度な治療が可能になる。また、従来の粒子線治療装置ではシンクロトロン６９に入射されるイオンビーム２６のビーム電流の可変範囲が小さいため、十分なビーム照射電流の変化には、シンクロトロン６９内にイオンビームを蓄積するイオンビームの入射周回数及び出射装置５２の動作を、システム制御装置５０によって変化させることが必要であった。しかしながら、本実施例は、線形加速装置６６から入射されるイオンビームのビーム電流の可変範囲が拡大されているので、従来必要としたそれらの制御を省略することによって、シンクロトロン６９の制御を簡易化することができる。
【００２７】
なお、患者５９にイオンビームを照射する前にあらかじめイオンビーム電流を電流モニター５６によって計測し、その電流の計測値に基づいて電流調整制御シーケンスをプログラミングしておけば、計画的に適切な高度治療を実現できる。また、従来のイオンビームのビーム電流制御方法と、本実施例におけるそのビーム電流制御方法とを組み合わせて併用した場合には、ビーム電流の可変範囲を更に拡大でき、（１）患部５９へのイオンビームの照射量をきめ細かく調整できる、（２）その照射量の制御精度を向上できる、（３）各装置の誤動作によるイオンビーム照射量の誤差の影響をリスク分散効果によって低減することができる等の利点を生じる。
【００２８】
次に、線形加速装置６６を適用したＲＩ製造装置の実施例を、図８より説明する。ＲＩ製造装置７１は、線形加速装置６６、及びＲＩ製造用のビーム照射室６２を備える。ＲＩ製造装置７１は、例えば、ＰＥＴに用いる放射性薬剤の原料となる短半減期のＲＩ（例えば、18Ｆ）を製造する。ビーム照射室６２内には、ＲＩ製造用のターゲット６１が設置される。ビーム照射室６２はＤＴＬ６８に接続される。イオン源６５から出射されたイオンビーム２３はＲＦＱ６７及びＤＴＬ６８によって加速されてイオンビーム２３よりもエネルギーの高いイオンビーム２６となってＤＴＬ６８より出射される。イオンビーム２６はビーム照射室６２内に導かれてターゲット６１に照射される。イオンビーム２６をターゲット６１に照射することによって、ターゲット６１を構成する材料が核反応を起こし、
ＲＩが製造される。
【００２９】
本実施例は、イオン源６５を備えているのでイオンビームのビーム電流の可変範囲を拡大することができる。また、線形加速器制御装置２９による制御によって、選択された電流値を有するイオンビームを選択的に加速することができる。このため、ターゲット６１が熱負荷により破損しやすい場合、照射するイオンビーム２６のビーム電流を低減でき、ターゲット６１の破損を防止できる。また、大きな照射量を必要とするターゲット６１に対しては、イオンビームのビーム電流を増大させることができ、ＲＩ製造のスループットを向上できる。また、イオンビームの照射量をきめ細かく調整でき、その照射量の制御精度も向上できる。
【００３０】
以上に述べた各実施例は、マイクロ波パワーの供給による放電発生方式を適用しており、イオン源の放電容器にマイクロ波を導入して放電を発生させている。しかし、その放電発生方式の替りに、放電容器の周囲または内部に設置したアンテナ（またはコイル）に高周波パワーを供給して放電を発生させる方式を用いてもよい。この高周波パワーの供給による放電発生方式を用いた場合にも、前述した各実施例におけるマイクロ波パワーの制御と同様な制御を実施することによって、イオンビームのビーム電流の可変範囲を拡大できる。高周波パワーの制御は、マイクロ波パワー制御装置と同じ機能を有する高周波パワー制御装置によって行われる。特に、図４，図７及び図８の各実施例における線形加速装置に対して、マイクロ波パワーの供給による放電発生方式の替りに高周波パワーの供給による放電発生方式を適用した場合には、マイクロ波パワーの供給による放電発生方式を適用した場合と同様に、線形加速装置から出射されるイオンビーム２６のビーム電流をきめ細かく調整できる。高周波パワーの供給による放電発生方式では、パルス波出力装置として高周波発信器が用いられ、高周波が高周波発信器から放電容器１９に導入される。高周波パワーの供給による放電発生方式は、マイクロ波パワーの供給による放電発生方式とは高周波が放電容器１９に導入される点で異なっているだけである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の好適な一実施例であるイオン源の構成図である。
【図２】図１のイオン源におけるマイクロ波パワー及びイオンビーム電流のパルス波形の一例を示す説明図である。
【図３】従来のイオン源におけるマイクロ波パワー及びイオンビーム電流の典型的なパルス波形を示す説明図である。
【図４】図１のイオン源を適用した線形加速装置の一実施例の構成図である。
【図５】図４の線形加速装置におけるマイクロ波パワー，イオンビーム電流及び高周波加速電界を発生するトリガー電圧の各パルス波形を示す説明図である。
【図６】図５とは別のマイクロ波パワー，イオンビーム電流及び高周波加速電界を発生するトリガー電圧の各パルス波形を示す説明図である。
【図７】図４の線形加速装置を適用した粒子線治療装置の一実施例の構成図である。
【図８】図４の線形加速装置を適用したＲＩ製造装置の一実施例の構成図である。
【符号の説明】
【００３２】
１３…マイクロ波パワー制御装置、１５…マイクロ波発信器、１９…放電容器、２１ａ，２１ｂ，２１ｃ…電極、２４，２５，２７，２８…電源、２９…線形加速器制御装置、６１…ターゲット、６５…イオン源、６６…線形加速装置、６７…高周波四重極加速器、６８…ドリフトチューブライナック、６９…シンクロトロン、７０…照射装置、７１…
ＲＩ製造装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン源に係り、特に、高エネルギーのイオンビームを患者に照射して治療する粒子線治療装置、及び高エネルギーのイオンビームを照射してラジオアイソトープ
（以下、ＲＩと称する）を製造するＲＩ製造装置に適用するのに好適なイオン源に関する。
【背景技術】
【０００２】
パルス状のマイクロ波による放電によってイオンビームを生成する従来のイオン源は、図３に示すようなパルスは形状のマイクロ波パワーＰを発生する。マイクロ波パワーＰは単純なパルス状の波形である。イオン源は、このようなパワーＰを有するマイクロ波を用いて、放電室内でプラズマを発生する。更に、イオン源は、そのプラズマから、電極の孔を通してイオンを静電的に引き出して、パルス状のイオンビームを生成する。以上のように、イオン源でパルス状のイオンビームを発生させることは、例えば、レビュー オブ サイエンティフィック インストゥルメンツ（Review of Scientific Instruments）
（２０００年）Ｖol.７１，６１２頁に記載されている。
【０００３】
【非特許文献１】レビュー オブ サイエンティフィック インストゥルメンツ （Review of Scientific Instruments）（２０００年）Ｖol.７１，６１２頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した従来技術では、生成されるイオンビームの電流を低減する目的でマイクロ波パワーＰを下げる場合、マイクロ波パワーＰが最低放電点弧可能パワーＰC 以下になると、パルス放電が点弧しなくなる。このため、イオンビーム電流の低減可能な最低値が、最低放電点弧可能パワーＰC によって制限される。
【０００５】
本発明の目的は、イオンビームのビーム電流の可変範囲を拡大できるイオン源を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、パルス波出力装置でマイクロ波及び高周波のいずれかのパルスを発生させ、そのパルス内でマイクロ波及び高周波のいずれかのパワーを段階的に少なくとも一回低下させるパワー制御装置を備えたことにある。
【０００７】
パルス内でマイクロ波及び高周波のいずれかのパワーを段階的に少なくとも一回低下させるので、イオンビームのビーム電流を低い範囲まで低減することができる。すなわち、イオンビームのビーム電流の可変範囲を拡大することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、イオンビームのビーム電流の可変範囲を拡大できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の好適な一実施例であるイオン源の構成を、図１を用いて以下に説明する。その前に、図２を用いて、本実施例に用いるマイクロ波パワーの波形について説明する。このマイクロ波パワーのパルス波形は、図２（ａ）に、イオン源より出射されるイオンビームの電流波形は図２（ｂ）に示される。マイクロ波パワーが図２（ａ）の「１」のようにマイクロ波パワーがパルス波形の初期に上昇して設定レベルＰC を越えると、図２（ｂ）の「７」のようにイオン源の放電室での放電が点弧する。これにより放電室内にイオンが発生し、放電室より出射されるイオンビームの電流が上昇を開始する。マイクロ波パワーがＰ1 まで上昇すると、ビーム電流はＩ1 の値に達する。パルスの途中で図２（ａ）の「３」のようにマイクロ波パワーを、Ｐ1 から、レベルＰC よりも低いＰ2 に減少させると、マイクロ波パワーにより発生するイオンの量が低下する。このため、イオンビーム電流はＩ1 よりＩ2 まで低下する。図２（ａ）の「４」のようにマイクロ波パワーＰ2 を設定時間の間維持して、図２（ｂ）の「１０」のように必要なパルス幅のビーム電流Ｉ2 のイオンビームを発生させる。その後、図２（ａ）の「５」及び図２（ｂ）の「１１」のようにマイクロ波パワーの低減によりビーム電流を低減させ、図２（ａ）の「６」及び図１(ｂ)の「１２」のように設定時間経過した後にパルスの１周期を終了する。その後、再び、マイクロ波パワーを上昇させて、同じ波形の次周期のパルスを形成する。上記した波形でマイクロ波のパワーを制御することによって、最低放電点孤可能パワーＰC に対応した電流値よりも低いイオンビーム電流のパルスイオンビームを発生できる。また、繰り返し同じパワーＰ1 のマイクロ波パワーで放電点弧することによって、パルス途中でマイクロ波パワー低減によりイオンビーム電流を低下させた場合でも、確実な放電点弧により安定にパルスイオンビームを繰り返し発生させることができる。
【００１０】
このような波形のマイクロ波でパルスイオンビームを発生する本実施例のイオン源を、図１を用いて説明する。イオン源６５は、マイクロ波パワー制御装置１３，マイクロ波発信器１５，放電容器１９及び電極２１ａ，２１ｂ，２１ｃを有する。マイクロ波発信器
１５は導波管１７によって放電容器１９に接続される。電極２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、放電容器１９の下流側に配置され、円筒部材２２に設置される。コイル２０が放電容器
１９の外側で放電容器１９を取り囲むように設置される。電源２４が電極２１ａと電極
２１ｃに接続され、電源２５が電極２１ｂと電極２１ｃに接続される。マイクロ波パワー制御装置１３がケーブル１４によりマイクロ波発信器１５に接続される。マイクロ波発信器１５は、パルス状のマイクロ波１６を出力するパルス波出力装置である。
【００１１】
放電容器１９及び円筒部材２２内の空間は、真空ポンプ（図示せず）によって真空になっている。後述のイオンを発生させるため、微量のガスが放電容器１９内に供給される。例えば、水素イオンビームを生成する場合には、微量の水素ガスが放電容器１９内に供給される。マイクロ波発信器１５で発生したパルス状のマイクロ波１６は、導波管１７、及び放電容器１９に形成された導入窓１８を介して放電容器１９内に入射される。コイル
２０に電圧を印加することによって、放電容器１９内に磁場Ｂが形成されている。放電容器１９内で、磁場Ｂの周囲を回転する電子が、入射されたマイクロ波の電界によって加速されてガスと衝突し、このガスを電離する。この衝突電離によって、放電が点弧して放電容器１９内でプラズマが発生する。生成されたプラズマ中のイオンは、電源２４，２５にて電極２１ａ，２１ｂ，２１ｃのそれぞれの間に印加された電界によって、電極２１ａ，２１ｂ，２１ｃにそれぞれ形成された開口部より引き出される。引き出されたイオンは、イオンビーム２３となってイオン源６５より出射される。
【００１２】
イオン源６５は、マイクロ波１６のマイクロ波パワーのパルス波形を図１(ａ)のように制御するために、マイクロ波パワー制御装置１３が設けられている。マイクロ波パワー制御装置１３は、図１（ａ）に示す波形を有するマイクロ波制御信号を、ケーブル１４を介してマイクロ波発信器１５に伝え、この制御信号によりマイクロ波発信器１５を制御することによってマイクロ波１６のパワーのパルス波形を図１（ａ）のように調整する。このため、前述したように、イオン源６５は、図１（ｂ）に示すパルス電流波形のイオンビームを発生させることができ、最低放電点弧可能パワーＰC に対応する電流値よりも低いイオンビーム電流のパルスイオンビームが得られる。イオン源６５より出射されるイオンビームを試料に照射するイオン注入装置及び分析装置では、イオンビーム電流を低減できることによって、試料へのイオン照射量の精密な調整が可能となり、イオンビームの注入量の精度及び分析精度が向上する。また、イオンビームの照射による試料への熱負荷パワーを低減でき、イオンビームによる試料の破損を防止できると共に、試料の冷却容量を低減できる。
【００１３】
本実施例によれば、イオン源６５で放電を発生するマイクロ波パワーのパルス波形を、パルス初期でパワーが高く途中で段階的にパワーが減少する波形に設定し、パルス初期の高パワーで確実に放電点弧した後のマイクロ波パワー低下によりイオンビームのビーム電流が低下するので、最低放電点弧可能パワーＰC よりも低いマイクロ波パワーで安定にイオンビームを生成できる。このため、イオンビーム電流を従来の最低放電点弧可能パワーＰC に対応する電流値よりも低くすることができ、ビーム電流の可変範囲を増大できる。また、パルス状のイオンビームを生成する各周期の初期において繰り返し同じパワーで放電を点弧するので、放電点火が安定し、放電点火ミスを防止できる。このため、確実にパルス状のイオンビームを生成できる。
【００１４】
更に、本実施例では、前述したマイクロ波パワーの制御と共に、マイクロ波パワー制御装置１３によりコイル２０の電流を制御して磁場Ｂの強度を調整した場合、磁場Ｂにより放電の状態を変化させることができるため、放電点弧がより確実になる、及びイオンビーム電流の可変範囲を更に拡大できる等の利点がある。
【００１５】
上記したイオン源６５を適用した線形加速装置の実施例を、図４を用いて説明する。本実施例の線形加速装置６６は、イオン源６５，高周波四重極加速器（ＲＦＱ）６７及びドリフトチューブライナック（ＤＴＬ）６８を備える。イオン源６５より出射された低エネルギー（例えば５０ｋｅＶ）のイオンビーム２３は、ＲＦＱ６７及びＤＴＬ６８の２つの加速器によって加速されて高エネルギー（例えば１０ＭｅＶ）のイオンビーム２６になる。ＲＦＱ６７及びＤＴＬ６８は線形加速器を構成する。
【００１６】
イオンビームを加速するために、高周波電源２７よりＲＦＱ６７に、高周波電源２８よりＤＴＬ６８にそれぞれ高周波加速電界が印加される。線形加速器制御装置２９が、高周波電源２７，２８が高周波電界をパルス的に発生しＲＦＱ６７及びＤＴＬ６８がイオンビームを加速するタイミングと、マイクロ波パワー制御装置１３によってイオンビーム２３の電流を変化させるタイミングとの相対関係を調整するため、高エネルギーのパルス状のイオンビーム２６が線形加速装置６６より出射される。線形加速器制御装置２９による線形加速装置６６の具体的な制御を、図５を用いて以下に説明する。
【００１７】
図５は、線形加速器制御装置２９よりマイクロ波パワー制御装置１３及び高周波電源
２７，２８に送信するタイミング制御トリガー信号の電圧波形(図５(ａ))，それに対応して立ち上がるマイクロ波のパワーパルス波形（図５（ｂ）），イオン源６５から出射されるイオンビームの電流波形（図５（ｃ）），高周波加速電界を印加するタイミングトリガー信号の電圧パルス波形（図５（ｄ））、及びＤＴＬ６８から出射されるイオンビームの電流波形（図５（ｅ））を示している。
【００１８】
図５（ａ）に示すトリガー信号が線形加速器制御装置２９からマイクロ波パワー制御装置１３に送信されると、マイクロ波パワー制御装置１３の制御により、そのトリガー信号に同期して、図５（ｂ）の「１」のようにマイクロ波パワーが立ち上がり、マイクロ波パワーが設定レベルＰC を越えたときに放電容器１９内で放電が点弧する。このため、図５（ｃ）の「７」のようにイオン源６５からイオンビームが出射され、そのイオンビームの電流も急激に上昇する。トリガー信号が出力されてから所定時間経過後に、マイクロ波パワーがパルスの途中で低減され（「２」→「４」）、イオン源６５の出射ビームの電流が「１０」のように低下する。このビーム電流低下のタイミングと同期して、すなわち、トリガー信号が出力されてから所定時間経過後に、線形加速器制御装置２９は、高周波電源２７，２８に高周波電界印加トリガー信号（図５（ｄ）に示す電圧パルス波形を有する）をそれぞれ出力し、高周波電源２７，２８からそれぞれ高周波信号を出力させる。具体的には、高周波電源２７からＲＦＱ６７に、高周波電源２８からＤＴＬ６８にそれぞれ高周波電界が印加される。このため、イオン源６５で生成されるビーム電流Ｉ2 のパルスイオンビームをＲＦＱ６７及びＤＴＬ６８で選択的に加速することができる。この結果、
ＤＴＬ６８から出射される高エネルギーのイオンビームは、図５（ｅ）に示す電流波形を有することになる。このパルスイオンビームを選択的に加速する際に、マイクロ波パワーＰ2 の強度を図５(ｂ)の「４」において矢印のように増減させて図５（ｃ）の「１０」のようにイオンビーム電流Ｉ2 の強度を調整する。この調整によって、ＲＦＱ６７に入射されて加速されるパルスイオンビーム電流を変化させることができ、図４（ｅ）に示すようにイオンビーム２６の電流Ｉ3 の強度を制御することができる。この制御によって電流
Ｉ3 が可変する範囲は、図２で説明したように、最低放電点弧可能パワーＰC に対応する電流値よりも低い電流の領域まで拡大される。
【００１９】
本実施例によれば、マイクロ波パワーのパルスの途中でのイオンビーム電流の低下後に、ＲＦＱ６７及びＤＴＬ６８に対して加速用の高周波電界をパルス状に印加してイオンビームを加速するため、イオンビーム電流を最低放電点弧可能パワーＰC に対応する電流値よりも低減することができる。このため、線形加速装置６６から出射されるイオンビーム２６のビーム電流の可変範囲を拡大させることができる。また、放電点火ミスを防止できるため、パルス状のイオンビームを確実に生成できる。これにより、線形加速装置６６の運転の信頼性を向上させることができる。
【００２０】
図５とは別の線形加速器制御装置２９による線形加速装置６６の制御を、図６を用いて説明する。線形加速器制御装置２９からの図５（ａ）に示すトリガー信号を入力したマイクロ波パワー制御装置１３は、図６（ａ）の「３１」に示すようにイオン源６５のマイクロ波パワーを、「３２」のレベル（Ｐ1 ）まで上昇させた後、「３３〜３６」の４段階で減少させる制御を行う。図６（ｂ）に示すように、その制御に対応してイオン源６５から出射されるイオンビームの電流が、「４２〜４６」の５段階に変化する。線形加速器制御装置２９において５段階のうちのある段階が選択されると、線形加速器制御装置２９は、選択された段階のタイミングと高周波電界を発生するタイミングとが同期するように高周波電源２７，２８に高周波電界印加トリガー信号をそれぞれ送信する。これにより、高周波電源２７からＲＦＱ６７に、高周波電源２８からＤＴＬ６８にそれぞれ高周波電界が印加され、イオンビーム電流Ｉ1 〜Ｉ5 のうち選択された段階の電流値を有するイオンビームを選択的に加速することができる。線形加速器制御装置２９が、例えば、図６（ｂ）における「４５」のタイミングと同期して高周波電界印加トリガー信号（図６（ｃ）に示す電圧パルス波形を有する）を高周波電源２７，２８に出力すると、ＲＦＱ６７及びＤＴＬ６８において電流Ｉ4 のイオンビームが選択的に加速される。図６に示す線形加速装置
６６の制御は、図５に示すその制御に比べて、毎周期全く同じパルス波形のマイクロ波パワーで繰り返し放電を発生する。このため、図６に示す制御は、放電をより安定に発生できると共にパルスごとのマイクロ波パワーの調整が不要である。なお、図６に示す制御におけるパルス波形ではマイクロ波パワーが階段状に低下しているが、パルス波形を三角形状にしてマイクロ波パワーを連続的に低下させることが可能である。
【００２１】
図６に示す制御を実施する線形加速器制御装置２９を備えた線形加速装置６６は、イオン源６５からＲＦＱ６７に入射されるイオンビーム２３のビーム電流をパルス波形の途中で複数回低下させることが可能であり、ビーム電流が低下した各段階と、ＲＦＱ６７及びＤＴＬ６８に該当する電源からそれぞれ高周波電界を印加してイオンビームを加速するタイミングとを選択的に合せることが可能である。ビーム電流が低下した各段階とイオンビームの加速のタイミングとを選択的に合せることによって、各段階におけるイオン源６５の出射イオンビームのビーム電流値に対応してＲＦＱ６７及びＤＴＬ６８で加速されるイオンビームのビーム電流を変化させる場合には、ビーム電流を変化させるためにマイクロ波パワーのパルス波形を変化させる必要がなく、前述のタイミング調整のみでビーム電流を変化させることができる。このため、イオン源６５の制御を簡略化できる。また、パルスの各周期において全く同じマイクロ波パワーのパルス波形で繰り返してイオン源６５を動作させるので、イオン源６５の動作が安定し、線形加速装置６６の信頼性とイオンビーム電流制御の精度を高めることができる。
【００２２】
以上に述べた線形加速装置６６は、ポジトロン エミッション トモグラフィー(PET)等に使用するＲＩを製造するＲＩ製造装置，粒子線治療装置，分析装置及び中性子発生装置等に適用すると、それらの装置で利用するイオンビームの電流の制御を従来よりも簡易にすることができると共に、電流の可変範囲を拡大できる。
【００２３】
以下に、線形加速装置６６を適用した粒子線治療装置の実施例を、図７を用いて説明する。本実施例の粒子線治療装置は、線形加速装置６６，シンクロトロン６９，ビーム輸送系５３及び照射装置７０を備える。シンクロトロン６９は、周回軌道に偏向電磁石Ｓ１，加速空胴Ｓ２を有する。照射装置７０は一対の走査電磁石５５を有する。
【００２４】
線形加速装置６６から出射されたイオンビームは、入射装置５１を介してシンクロトロン６９に入射される。入射されたイオンビームは、加速空胴Ｓ２で加速されて偏向電磁石Ｓ１で偏向され、シンクロトロン６９の周回軌道に沿って周回する。システム制御装置
５０は、線形加速器制御装置２９，入射装置５１及び偏向電磁石Ｓ１を制御する。このため、患者５９の治療に必要な量のイオンビームをシンクロトロン６９内に蓄積できる。システム制御装置５０は加速空胴Ｓ２に印加される高周波電界を制御する。加速空胴Ｓ２は高周波電界の印加によって周回軌道を周回するイオンビームを加速する。高エネルギー
（例えば、２５０MeV)に加速されたイオンビームは、出射装置５２によってシンクロトロン６９からビーム輸送系５３に出射される。ビーム輸送系５３内を通過した高エネルギーのイオンビーム５７は、照射装置７０より治療ベッド上の患者５９の患部に治療のために照射される。照射装置７０に設けられた走査電磁石５５を用いて矢印５８のようにイオンビーム５７を走査すると共に、加速空胴Ｓ２により印加する高周波電界を制御してイオンビームの加速エネルギーを調整することによって、イオンビーム５７の照射位置及び患者の体内において到達する深さを変え、患者５９の患部を狙っての適切なイオンビームの照射を実施する。上記の高周波電界の制御はシステム制御装置５０によって行われる。
【００２５】
照射装置７０から患者５９に照射されるイオンビーム５７のイオンビーム電流は電流モニター５６で計測される。電流モニター５６から出力された電流計測信号はシステム制御装置５０に入力される。患者５９に照射されるイオンビームの量は、適切に調節されることが要求される。このため、システム制御装置５０は、電流計測信号に基づいて、患者
５９に照射されるイオンビームの量を適切に調節するために線形加速器制御装置２９に制御信号を出力する。線形加速制御装置２９は、この制御信号に基づいて図５（ａ）に示すトリガー信号をマイクロ波パワー制御装置１３に出力し、更に図５（ｄ）に示す高周波電界印加トリガー信号を高周波電源２７，２８に出力する。このように、線形加速器制御装置２９は、図５で説明した制御により線形加速装置６６から出射されてシンクロトロン
６９に入射されるイオンビーム２６のビーム電流を調整する。したがって、線形加速装置６６から出射されるイオンビーム２６のビーム電流の可変範囲を拡大できる。更に、線形加速器制御装置２９はシンクロトロン６９の運転パターンに同期させてイオンビーム２６のパルス幅及び発生周期を制御する。
【００２６】
本実施例は、イオン源線形加速装置６６から出射するイオンビームのビーム電流の可変範囲を拡大できるので、これに対応してシンクロトロン６９で加速して出射するイオンビームのビーム電流の調整範囲が拡大される。このため、患者５９に照射するイオンビーム５７の量を患部の治療に必要な適切な値（患部の治療に十分で、患部以外の健全な細胞への影響が最小限となる値）に精度良く調整でき、高度な治療が可能になる。また、従来の粒子線治療装置ではシンクロトロン６９に入射されるイオンビーム２６のビーム電流の可変範囲が小さいため、十分なビーム照射電流の変化には、シンクロトロン６９内にイオンビームを蓄積するイオンビームの入射周回数及び出射装置５２の動作を、システム制御装置５０によって変化させることが必要であった。しかしながら、本実施例は、線形加速装置６６から入射されるイオンビームのビーム電流の可変範囲が拡大されているので、従来必要としたそれらの制御を省略することによって、シンクロトロン６９の制御を簡易化することができる。
【００２７】
なお、患者５９にイオンビームを照射する前にあらかじめイオンビーム電流を電流モニター５６によって計測し、その電流の計測値に基づいて電流調整制御シーケンスをプログラミングしておけば、計画的に適切な高度治療を実現できる。また、従来のイオンビームのビーム電流制御方法と、本実施例におけるそのビーム電流制御方法とを組み合わせて併用した場合には、ビーム電流の可変範囲を更に拡大でき、（１）患部５９へのイオンビームの照射量をきめ細かく調整できる、（２）その照射量の制御精度を向上できる、（３）各装置の誤動作によるイオンビーム照射量の誤差の影響をリスク分散効果によって低減することができる等の利点を生じる。
【００２８】
次に、線形加速装置６６を適用したＲＩ製造装置の実施例を、図８より説明する。ＲＩ製造装置７１は、線形加速装置６６、及びＲＩ製造用のビーム照射室６２を備える。ＲＩ製造装置７１は、例えば、ＰＥＴに用いる放射性薬剤の原料となる短半減期のＲＩ（例えば、18Ｆ）を製造する。ビーム照射室６２内には、ＲＩ製造用のターゲット６１が設置される。ビーム照射室６２はＤＴＬ６８に接続される。イオン源６５から出射されたイオンビーム２３はＲＦＱ６７及びＤＴＬ６８によって加速されてイオンビーム２３よりもエネルギーの高いイオンビーム２６となってＤＴＬ６８より出射される。イオンビーム２６はビーム照射室６２内に導かれてターゲット６１に照射される。イオンビーム２６をターゲット６１に照射することによって、ターゲット６１を構成する材料が核反応を起こし、
ＲＩが製造される。
【００２９】
本実施例は、イオン源６５を備えているのでイオンビームのビーム電流の可変範囲を拡大することができる。また、線形加速器制御装置２９による制御によって、選択された電流値を有するイオンビームを選択的に加速することができる。このため、ターゲット６１が熱負荷により破損しやすい場合、照射するイオンビーム２６のビーム電流を低減でき、ターゲット６１の破損を防止できる。また、大きな照射量を必要とするターゲット６１に対しては、イオンビームのビーム電流を増大させることができ、ＲＩ製造のスループットを向上できる。また、イオンビームの照射量をきめ細かく調整でき、その照射量の制御精度も向上できる。
【００３０】
以上に述べた各実施例は、マイクロ波パワーの供給による放電発生方式を適用しており、イオン源の放電容器にマイクロ波を導入して放電を発生させている。しかし、その放電発生方式の替りに、放電容器の周囲または内部に設置したアンテナ（またはコイル）に高周波パワーを供給して放電を発生させる方式を用いてもよい。この高周波パワーの供給による放電発生方式を用いた場合にも、前述した各実施例におけるマイクロ波パワーの制御と同様な制御を実施することによって、イオンビームのビーム電流の可変範囲を拡大できる。高周波パワーの制御は、マイクロ波パワー制御装置と同じ機能を有する高周波パワー制御装置によって行われる。特に、図４，図７及び図８の各実施例における線形加速装置に対して、マイクロ波パワーの供給による放電発生方式の替りに高周波パワーの供給による放電発生方式を適用した場合には、マイクロ波パワーの供給による放電発生方式を適用した場合と同様に、線形加速装置から出射されるイオンビーム２６のビーム電流をきめ細かく調整できる。高周波パワーの供給による放電発生方式では、パルス波出力装置として高周波発信器が用いられ、高周波が高周波発信器から放電容器１９に導入される。高周波パワーの供給による放電発生方式は、マイクロ波パワーの供給による放電発生方式とは高周波が放電容器１９に導入される点で異なっているだけである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の好適な一実施例であるイオン源の構成図である。
【図２】図１のイオン源におけるマイクロ波パワー及びイオンビーム電流のパルス波形の一例を示す説明図である。
【図３】従来のイオン源におけるマイクロ波パワー及びイオンビーム電流の典型的なパルス波形を示す説明図である。
【図４】図１のイオン源を適用した線形加速装置の一実施例の構成図である。
【図５】図４の線形加速装置におけるマイクロ波パワー，イオンビーム電流及び高周波加速電界を発生するトリガー電圧の各パルス波形を示す説明図である。
【図６】図５とは別のマイクロ波パワー，イオンビーム電流及び高周波加速電界を発生するトリガー電圧の各パルス波形を示す説明図である。
【図７】図４の線形加速装置を適用した粒子線治療装置の一実施例の構成図である。
【図８】図４の線形加速装置を適用したＲＩ製造装置の一実施例の構成図である。
【符号の説明】
【００３２】
１３…マイクロ波パワー制御装置、１５…マイクロ波発信器、１９…放電容器、２１ａ，２１ｂ，２１ｃ…電極、２４，２５，２７，２８…電源、２９…線形加速器制御装置、６１…ターゲット、６５…イオン源、６６…線形加速装置、６７…高周波四重極加速器、６８…ドリフトチューブライナック、６９…シンクロトロン、７０…照射装置、７１…
ＲＩ製造装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス状のマイクロ波及び高周波のいずれかのパルス波を出力するパルス波出力装置と、前記パルス波出力装置から出力された前記マイクロ波及び前記高周波のいずれかによる放電によってプラズマを生成する放電室と、前記放電室内で生成された前記プラズマからイオンをビームとして引き出す電極と、前記パルス波出力装置で前記マイクロ波及び前記高周波のいずれかのパルスを繰り返し複数回発生させ、その各パルスの一周期内で前記マイクロ波及び前記高周波のいずれかのパワーを段階的に少なくとも一回低下させるパワー制御装置とを備えたことを特徴とするイオン源。
【請求項２】
前記パワー制御装置は、前記パルスの波形が、前記パルスの初期において前記パワーが設定値よりも高くなるように、前記パルスの途中で前記パワーが前記設定値よりも低下するように制御する請求項１記載のイオン源。
【請求項３】
前記パワー制御装置は、前記パルスの波形が、前記パルスの途中で段階的に複数回低下するように制御する請求項１または請求項２記載のイオン源。
【請求項４】
前記放電室を取り囲み、前記放電室内の磁場の強度を調整するコイルと、前記コイルを流れる電流を制御する電流制御装置とを備えた請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のイオン源。
【請求項５】
前記繰り返し複数回発生させるパルスはそのパルス波形が同一であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のイオン源。
【請求項６】
請求項１ないし５の何れかに記載のイオン源と、
前記イオン源から出射された前記イオンビームを加速する線形加速器と、
前記イオンビームを加速する高周波電界を前記線形加速器に印加する高周波電界印加装置と、
前記パワー制御装置に前記パルス波を出力させる第１トリガー信号を出力し、前記高周波電界を前記線形加速器に印加させる指令信号である第２トリガー信号を、前記パルス内の前記パワーが低下された状態において前記高周波電界印加装置に出力する制御装置と
を備えたことを特徴とする線形加速装置。
【請求項７】
請求項６に記載の線形加速装置と、前記線形加速装置から出射された前記イオンビームを加速するシンクロトロンと、前記シンクロトロンから出射された前記イオンビームを患部に照射する照射装置とを備えたことを特徴とする粒子線治療装置。
【請求項８】
請求項６に記載の線形加速装置と、前記線形加速装置から出射された前記イオンビームをターゲットに照射するラジオアイソトープ製造部とを備えたことを特徴とするラジオアイソトープ製造装置。
【請求項１】
パルス状のマイクロ波及び高周波のいずれかのパルス波を出力するパルス波出力装置と、前記パルス波出力装置から出力された前記マイクロ波及び前記高周波のいずれかによる放電によってプラズマを生成する放電室と、前記放電室内で生成された前記プラズマからイオンをビームとして引き出す電極と、前記パルス波出力装置で前記マイクロ波及び前記高周波のいずれかのパルスを繰り返し複数回発生させ、その各パルスの一周期内で前記マイクロ波及び前記高周波のいずれかのパワーを段階的に少なくとも一回低下させるパワー制御装置とを備えたことを特徴とするイオン源。
【請求項２】
前記パワー制御装置は、前記パルスの波形が、前記パルスの初期において前記パワーが設定値よりも高くなるように、前記パルスの途中で前記パワーが前記設定値よりも低下するように制御する請求項１記載のイオン源。
【請求項３】
前記パワー制御装置は、前記パルスの波形が、前記パルスの途中で段階的に複数回低下するように制御する請求項１または請求項２記載のイオン源。
【請求項４】
前記放電室を取り囲み、前記放電室内の磁場の強度を調整するコイルと、前記コイルを流れる電流を制御する電流制御装置とを備えた請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のイオン源。
【請求項５】
前記繰り返し複数回発生させるパルスはそのパルス波形が同一であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のイオン源。
【請求項６】
請求項１ないし５の何れかに記載のイオン源と、
前記イオン源から出射された前記イオンビームを加速する線形加速器と、
前記イオンビームを加速する高周波電界を前記線形加速器に印加する高周波電界印加装置と、
前記パワー制御装置に前記パルス波を出力させる第１トリガー信号を出力し、前記高周波電界を前記線形加速器に印加させる指令信号である第２トリガー信号を、前記パルス内の前記パワーが低下された状態において前記高周波電界印加装置に出力する制御装置と
を備えたことを特徴とする線形加速装置。
【請求項７】
請求項６に記載の線形加速装置と、前記線形加速装置から出射された前記イオンビームを加速するシンクロトロンと、前記シンクロトロンから出射された前記イオンビームを患部に照射する照射装置とを備えたことを特徴とする粒子線治療装置。
【請求項８】
請求項６に記載の線形加速装置と、前記線形加速装置から出射された前記イオンビームをターゲットに照射するラジオアイソトープ製造部とを備えたことを特徴とするラジオアイソトープ製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００６−２１６５６８（Ｐ２００６−２１６５６８Ａ）
【公開日】平成１８年８月１７日（２００６．８．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１１８６８４（Ｐ２００６−１１８６８４）
【出願日】平成１８年４月２４日（２００６．４．２４）
【分割の表示】特願２００２−１９５３５０（Ｐ２００２−１９５３５０）の分割
【原出願日】平成１４年７月４日（２００２．７．４）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月１７日（２００６．８．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月２４日（２００６．４．２４）
【分割の表示】特願２００２−１９５３５０（Ｐ２００２−１９５３５０）の分割
【原出願日】平成１４年７月４日（２００２．７．４）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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