JP6214906B2 - Laser ion source, ion accelerator and heavy ion beam therapy system - Google Patents

Laser ion source, ion accelerator and heavy ion beam therapy system Download PDF

Info

Publication number
JP6214906B2
JP6214906B2 JP2013083888A JP2013083888A JP6214906B2 JP 6214906 B2 JP6214906 B2 JP 6214906B2 JP 2013083888 A JP2013083888 A JP 2013083888A JP 2013083888 A JP2013083888 A JP 2013083888A JP 6214906 B2 JP6214906 B2 JP 6214906B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ion beam
laser
ions
plasma current
extraction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2013083888A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2014207131A (en
Inventor
晶子 角谷
晶子 角谷
貴行 佐古
貴行 佐古
潔和 佐藤
潔和 佐藤
芳治 金井
芳治 金井
健 吉行
健 吉行
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2013083888A priority Critical patent/JP6214906B2/en
Publication of JP2014207131A publication Critical patent/JP2014207131A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6214906B2 publication Critical patent/JP6214906B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Plasma Technology (AREA)
  • Particle Accelerators (AREA)
  • Radiation-Therapy Devices (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Description

本発明の実施形態は、レーザ光を照射することによりイオンを発生させるレーザイオン源、発生したイオンを加速するイオン加速器及びこれらを使用した重粒子線治療装置に関する。   Embodiments described herein relate generally to a laser ion source that generates ions by irradiating laser light, an ion accelerator that accelerates the generated ions, and a heavy particle beam therapy apparatus that uses these.

一般に、イオン源では、イオンを発生させる方法として、ガス中に放電を発生させてイオンを得る方法が知られている。放電を発生させる方法としては、マイクロ波や電子ビームを用いている。   In general, in an ion source, as a method for generating ions, a method is known in which discharge is generated in a gas to obtain ions. As a method for generating the discharge, a microwave or an electron beam is used.

一方、レーザを用いたレーザイオン源は、レーザ光を集光してターゲットに照射し、このターゲット元素を蒸発させ、イオン化してプラズマを生成させる。また、レーザイオン源は、そのプラズマ中に含まれるイオンをプラズマのまま輸送し、そのイオンを引き出す際に加速することで、イオンビームを作り出す装置である（例えば、特許文献１、２参照）。したがって、レーザイオン源は、ターゲットにレーザ光を照射することにより、イオンを発生させることが可能であり、パルス大電流、多価イオンを発生させるのに有利である。   On the other hand, a laser ion source using a laser condenses laser light and irradiates a target, evaporates the target element, ionizes it, and generates plasma. The laser ion source is an apparatus that generates an ion beam by transporting ions contained in the plasma as the plasma and accelerating the extraction of the ions (see, for example, Patent Documents 1 and 2). Therefore, the laser ion source can generate ions by irradiating the target with laser light, and is advantageous in generating pulsed high current and multivalent ions.

レーザイオン源で発生したイオンは、ターゲットの面に対して垂直方向の初速を有する。そのため、レーザイオン源は、イオン発生部と同電位の輸送管を輸送方向の下流まで延ばすことにより、イオンを輸送することが可能である。さらに、レーザイオン源は、プラズマの輸送経路上に電極を設置し、正電場をかけることで、不要なイオンが通過することができないようにすることも可能である（例えば、特許文献３、４参照）。   Ions generated by the laser ion source have an initial velocity in a direction perpendicular to the surface of the target. Therefore, the laser ion source can transport ions by extending a transport tube having the same potential as that of the ion generation unit to the downstream in the transport direction. Furthermore, the laser ion source can be configured such that unnecessary ions cannot pass through by installing an electrode on the plasma transport path and applying a positive electric field (for example, Patent Documents 3 and 4). reference).

ところで、重粒子線治療装置は、例えばカーボン６価イオンを治療に用いている。しかし、従来の電子サイクロトロン共鳴（Electron Cyclotron Resonance、以下、ＥＣＲと称す）イオン源では、治療に必要なカーボン６価イオンの電流を十分引き出すことができない。   By the way, the heavy particle beam therapy apparatus uses, for example, carbon hexavalent ions for treatment. However, a conventional electron cyclotron resonance (hereinafter referred to as ECR) ion source cannot sufficiently extract the current of carbon hexavalent ions necessary for treatment.

そのため、従来のＥＣＲイオン源では、カーボン４価イオンを用いて線形加速器で加速した後、荷電変換装置で６価イオンに変換し、シンクロトロンに入射している。なお、レーザイオン源を用いた場合には、治療に十分なカーボン６価イオンを生成することができる。   Therefore, in the conventional ECR ion source, after accelerating with a linear accelerator using carbon tetravalent ions, it is converted into hexavalent ions with a charge conversion device and is incident on a synchrotron. When a laser ion source is used, carbon hexavalent ions sufficient for treatment can be generated.

特許第３７１３５２４号公報Japanese Patent No. 3713524 特開２００９−３７７６４号公報JP 2009-37764 A 特開２０１２−９９２７３号公報JP 2012-99273 A 特開２０１２−１７４５１５号公報JP 2012-174515 A

上述した特許文献１〜４に記載された従来のレーザイオン源においては、加速電極で引き出されるまでプラズマのまま輸送され、さらに加速したい場合は線形加速器に入射して加速する。この線形加速器には、例えば高周波四重極型線形加速器（Radio Frequency Quadrupole、以下、ＲＦＱと称す）等が用いられる。   In the conventional laser ion sources described in Patent Documents 1 to 4 described above, the plasma is transported as it is until it is extracted by the acceleration electrode, and when it is desired to further accelerate, it is incident on a linear accelerator and accelerated. For example, a high-frequency quadrupole linear accelerator (hereinafter referred to as RFQ) is used as the linear accelerator.

このＲＦＱは、内部に電極が設けられている。そして、レーザイオン源の加速電極は、ＲＦＱの電極と近接、あるいは電極内に挿入して配置されている。そのため、従来のレーザイオン源では、加速して引き出されたイオンの電流を測定することが困難であるという課題がある。   This RFQ is provided with electrodes inside. The acceleration electrode of the laser ion source is arranged close to the RFQ electrode or inserted into the electrode. Therefore, the conventional laser ion source has a problem that it is difficult to measure the current of ions extracted by acceleration.

しかしながら、レーザイオン源のメンテナンス前後や、線型加速器、シンクロトロンの電流値が異常になった場合には、レーザイオン源からの電流を測定して健全性を確認する必要がある。   However, before and after the maintenance of the laser ion source, or when the current value of the linear accelerator or synchrotron becomes abnormal, it is necessary to measure the current from the laser ion source to confirm the soundness.

そこで、本発明の実施形態が解決しようとする課題は、レーザイオン源の健全性を確認することを目的とする。   Therefore, a problem to be solved by an embodiment of the present invention is to confirm the soundness of a laser ion source.

上記目的を達成するため、本発明の実施形態に係るレーザイオン源は、真空排気され、レーザ光源から出射されるレーザ光を入射するための入射窓が形成された真空容器と、前記真空容器内に配置され、前記レーザ光の照射によりイオンを発生するターゲットと、前記真空容器からイオンを静電的に引き出し、イオンビームとして前記真空容器外に引き出すイオンビーム引出し部と、前記イオンビーム軸上のプラズマ電流値を測定するプラズマ電流測定器と、前記プラズマ電流測定器で測定された前記プラズマ電流値を加速引き出し後の前記イオンビーム軸上の引出し電流値に換算し、この加速引き出し後のイオンの健全性を確認できる範囲内である前記プラズマ電流値か否かを判定する検出判定部と、前記プラズマ電流値が前記イオンの健全性を確認できる範囲外である場合に前記レーザ光源の出力を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a laser ion source according to an embodiment of the present invention includes a vacuum vessel that is evacuated and has an incident window for receiving laser light emitted from a laser light source , and the inside of the vacuum vessel. A target that generates ions upon irradiation with the laser beam, an ion beam extraction unit that electrostatically extracts ions from the vacuum vessel and draws them out of the vacuum vessel as an ion beam, and on the ion beam axis A plasma current measuring device for measuring a plasma current value; and the plasma current value measured by the plasma current measuring device is converted into an extraction current value on the ion beam axis after accelerated extraction, and A detection / determination unit that determines whether the plasma current value is within a range in which the soundness can be confirmed; and Characterized in that it comprises a control unit for controlling the output of the laser light source when it is outside the range that can confirm the sex.

本発明の実施形態に係るイオン加速器は、真空排気され、レーザ光源から出射されるレーザ光を入射するための入射窓が形成された真空容器と、前記真空容器内に配置され、前記レーザ光の照射によりイオンを発生するターゲットと、前記真空容器からイオンを静電的に引き出し、イオンビームとして前記真空容器外に引き出すイオンビーム引出し部と、前記イオンビーム軸上のプラズマ電流値を測定するプラズマ電流測定器と、前記プラズマ電流測定器で測定された前記プラズマ電流値を加速引き出し後の前記イオンビーム軸上の引出し電流値に換算し、この加速引き出し後のイオンの健全性を確認できる範囲内である前記プラズマ電流値か否かを判定する検出判定部と、前記プラズマ電流値が前記イオンの健全性を確認できる範囲外である場合に前記レーザ光源の出力を制御する制御部と、を有するレーザイオン源と、前記イオンビーム引出し部から引き出されたイオンビームを加速する線型加速器と、前記線型加速器のイオンビームが輸送され、このイオンビームを周回させて所定のエネルギーまで加速するシンクロトロンと、を備えることを特徴とする。 An ion accelerator according to an embodiment of the present invention includes a vacuum vessel that is evacuated and formed with an entrance window for entering laser light emitted from a laser light source , and is disposed in the vacuum vessel, A target that generates ions by irradiation, an ion beam extraction unit that electrostatically extracts ions from the vacuum vessel and draws them out of the vacuum vessel as an ion beam, and a plasma current that measures a plasma current value on the ion beam axis Within the range in which the plasma current value measured by the measuring instrument and the plasma current measuring instrument is converted into an extraction current value on the ion beam axis after accelerated extraction, and the soundness of ions after accelerated extraction can be confirmed. A detection determination unit that determines whether or not the plasma current value is a certain value, and the plasma current value is outside a range in which the soundness of the ions can be confirmed. Wherein a control unit for controlling the output of the laser light source, a laser ion source having a linear accelerator for accelerating the ion beam extracted from the ion beam extraction unit, the ion beam of the linear accelerator is transported when this A synchrotron that circulates the ion beam and accelerates the ion beam to a predetermined energy.

本発明の実施形態に係る重粒子線治療装置は、真空排気され、レーザ光源から出射されるレーザ光を入射するための入射窓が形成された真空容器と、前記真空容器内に配置され、前記レーザ光の照射によりイオンを発生するターゲットと、前記真空容器からイオンを静電的に引き出し、イオンビームとして前記真空容器外に引き出すイオンビーム引出し部と、前記イオンビーム軸上のプラズマ電流値を測定するプラズマ電流測定器と、前記プラズマ電流測定器で測定された前記プラズマ電流値を加速引き出し後の前記イオンビーム軸上の引出し電流値に換算し、この加速引き出し後のイオンの健全性を確認できる範囲内である前記プラズマ電流値か否かを判定する検出判定部と、前記プラズマ電流値が前記イオンの健全性を確認できる範囲外である場合に前記レーザ光源の出力を制御する制御部と、を有するレーザイオン源と、前記イオンビーム引出し部から引き出されたイオンビームを加速する線型加速器と、前記線型加速器のイオンビームが輸送され、このイオンビームを周回させて所定のエネルギーまで加速するシンクロトロンと、前記シンクロトロンにより加速されたイオンビームを取り出す取出し機器と、前記取出し機器により取り出されたイオンビームを照射対象に照射する照射装置と、を備えることを特徴とする。 A heavy particle beam therapy system according to an embodiment of the present invention is evacuated and provided with a vacuum container in which an incident window for entering laser light emitted from a laser light source is formed, and is disposed in the vacuum container, Measures the plasma current value on the ion beam axis, a target that generates ions by laser light irradiation, an ion beam extraction unit that electrostatically extracts ions from the vacuum vessel and draws them out of the vacuum vessel as an ion beam A plasma current measuring device, and the plasma current value measured by the plasma current measuring device is converted into a drawn current value on the ion beam axis after accelerated extraction, and the soundness of ions after accelerated extraction can be confirmed A detection determination unit that determines whether or not the plasma current value is within a range; and the plasma current value is outside the range in which the soundness of the ions can be confirmed. A laser ion source having a control unit for controlling the output of the laser light source when there, and a linear accelerator for accelerating the ion beam extracted from the ion beam extraction unit, the ion beam of the linear accelerator is transported, A synchrotron that circulates the ion beam and accelerates it to a predetermined energy, an extraction device that extracts the ion beam accelerated by the synchrotron, and an irradiation device that irradiates the irradiation target with the ion beam extracted by the extraction device; It is characterized by providing.

本発明の実施形態によれば、レーザイオン源の健全性を確認することが可能になる。   According to the embodiment of the present invention, the soundness of the laser ion source can be confirmed.

本発明の実施形態に係るレーザイオン源及びイオン加速器を具備する重粒子線治療装置の一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of the heavy particle beam therapy apparatus which comprises the laser ion source and ion accelerator which concern on embodiment of this invention. 本発明に係るレーザイオン源の第１実施形態の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of 1st Embodiment of the laser ion source which concerns on this invention. 図２の実施形態における制御系の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the control system in embodiment of FIG. 本発明に係るレーザイオン源の第２実施形態の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of 2nd Embodiment of the laser ion source which concerns on this invention. 本発明に係るレーザイオン源の第３実施形態の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of 3rd Embodiment of the laser ion source which concerns on this invention. 本発明に係るレーザイオン源の第４実施形態の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of 4th Embodiment of the laser ion source which concerns on this invention.

以下に、本発明に係るレーザイオン源及びイオン加速器の実施形態と、これらを具備する重粒子線治療装置の実施形態について、図面を参照して説明する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments of a laser ion source and an ion accelerator according to the present invention and embodiments of a heavy particle beam therapy apparatus including these will be described below with reference to the drawings.

（重粒子線治療装置）
図１は本発明の実施形態に係るレーザイオン源及びイオン加速器を具備する重粒子線治療装置の一例を示す構成図である。なお、図１では、ビーム輸送系を省略している。 (Heavy particle therapy equipment)
FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a heavy particle beam therapy apparatus including a laser ion source and an ion accelerator according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the beam transport system is omitted.

図１に示すように、重粒子線治療装置３００は、レーザイオン源２０、線型加速器（ＲＦＱ：Radio Frequency Quadrupole）９、シンクロトロン４０、取出し機器３５、Ｘ用電磁石３０ａ、Ｙ用電磁石３０ｂ、真空ダクト３１、線量モニタ部５０、リッジフィルタ６０、レンジシフタ７０、コントローラ８０等を備えて構成されている。Ｘ用電磁石３０ａ、Ｙ用電磁石３０ｂ、真空ダクト３１、線量モニタ部５０、リッジフィルタ６０、レンジシフタ７０、及びコントローラ８０は、本実施形態の照射装置を構成する。   As shown in FIG. 1, a heavy ion beam therapy apparatus 300 includes a laser ion source 20, a linear accelerator (RFQ: Radio Frequency Quadrupole) 9, a synchrotron 40, an extraction device 35, an X electromagnet 30a, a Y electromagnet 30b, and a vacuum. A duct 31, a dose monitor unit 50, a ridge filter 60, a range shifter 70, a controller 80, and the like are provided. The X electromagnet 30a, the Y electromagnet 30b, the vacuum duct 31, the dose monitor unit 50, the ridge filter 60, the range shifter 70, and the controller 80 constitute an irradiation apparatus of the present embodiment.

重粒子線治療装置３００は、レーザイオン源２０で発生させるイオンを線型加速器９、シンクロトロン４０で高速に加速してイオンビームを生成し、このイオンビームを患者２００の患部（腫瘍細胞）２０１に向けて照射してイオンを作用させて治療を行う装置である。重粒子線治療装置３００では、患部２０１を３次元の格子点に離散化し、各格子点に対して細い径のイオンビームを順次走査する３次元スキャニング照射法を実施することが可能である。   The heavy particle beam therapy system 300 generates ions by accelerating the ions generated by the laser ion source 20 at a high speed by the linear accelerator 9 and the synchrotron 40, and this ion beam is applied to the affected part (tumor cell) 201 of the patient 200. It is a device that performs treatment by irradiating and acting ions. In the heavy particle beam therapy system 300, the affected part 201 can be discretized into three-dimensional lattice points, and a three-dimensional scanning irradiation method can be performed in which a narrow-diameter ion beam is sequentially scanned at each lattice point.

具体的には、患部２０１をイオンビームの軸方向（図１右上に示す座標系におけるＺ軸方向）にスライスと呼ばれる平板状の単位で分割し、分割したスライスＺi、スライスＺi+1、スライスＺi+2等の各スライスの２次元格子点（図１右上に示す座標系におけるＸ軸及びＹ軸方向の格子点）を順次走査することによって３次元スキャニングを行っている。 Specifically, the affected part 201 is divided into flat units called slices in the ion beam axial direction (Z-axis direction in the coordinate system shown in the upper right of FIG. 1), and the divided slices Z i , slices Z i + 1 , Three-dimensional scanning is performed by sequentially scanning the two-dimensional lattice points (the lattice points in the X-axis and Y-axis directions in the coordinate system shown in the upper right of FIG. 1) of each slice such as the slice Z i + 2 .

レーザイオン源２０で発生させたイオンを、線型加速器９、シンクロトロン４０よって患部２０１の奥深くまで到達できるエネルギーまで加速してイオンビームを生成している。すなわち、線型加速器９は、レーザイオン源２０で発生させたイオンを加速する。シンクロトロン４０は、線型加速器９のイオンビームが輸送され、このイオンビームを周回させて所定のエネルギーまで加速する。   Ions generated from the laser ion source 20 are accelerated to energy that can reach deep inside the affected area 201 by the linear accelerator 9 and the synchrotron 40 to generate an ion beam. That is, the linear accelerator 9 accelerates ions generated by the laser ion source 20. The synchrotron 40 is transported with the ion beam of the linear accelerator 9, and circulates the ion beam to accelerate it to a predetermined energy.

イオンビームの加速終了後は、取出し機器３５によりイオンビームを取り出し、図示しない出射軌道から治療室に輸送される。取出し機器３５により取り出されたイオンビームは、上記照射装置で照射対象である患部２０１に照射される。   After completion of the acceleration of the ion beam, the ion beam is taken out by the take-out device 35 and transported to the treatment room from an emission track (not shown). The ion beam extracted by the extraction device 35 is irradiated to the affected area 201 that is the irradiation target by the irradiation device.

具体的には、上記照射装置において、Ｘ方向に走査するＸ用電磁石３０ａとＹ方向に走査するＹ用電磁石３０ｂは、イオンビームをＸ方向及びＹ方向に偏向させ、スライス面上を２次元で走査する。レンジシフタ７０は、患部２０１のＺ軸方向の位置を制御する。レンジシフタ７０は、例えば複数の厚さのアクリル板から構成されており、これらのアクリル板を組み合わせることによってレンジシフタ７０を通過するイオンビームのエネルギー、すなわち体内飛程を患部２０１スライスのＺ軸方向の位置に応じて段階的に変化させることができる。レンジシフタ７０による体内飛程の大きさは通常等間隔で変化するように制御され、この間隔がＺ軸方向の格子点の間隔に相当する。なお、体内飛程の切り替え方法としては、レンジシフタ７０のようにイオンビームの径路上に減衰用の物体を挿入する方法のほか、上流機器の制御によってイオンビームのエネルギー自体を変更する方法でもよい。   Specifically, in the irradiation apparatus, the X electromagnet 30a that scans in the X direction and the Y electromagnet 30b that scans in the Y direction deflect the ion beam in the X direction and the Y direction, and are two-dimensionally on the slice plane. Scan. The range shifter 70 controls the position of the affected part 201 in the Z-axis direction. The range shifter 70 is composed of, for example, an acrylic plate having a plurality of thicknesses, and by combining these acrylic plates, the energy of the ion beam passing through the range shifter 70, that is, the range of the body is determined in the Z-axis direction position of the affected slice 201 Can be changed step by step. The size of the in-vivo range by the range shifter 70 is normally controlled to change at equal intervals, and this interval corresponds to the interval between lattice points in the Z-axis direction. As a method for switching the range of the body, in addition to a method of inserting an attenuation object on the path of the ion beam as in the range shifter 70, a method of changing the energy of the ion beam itself by controlling an upstream device may be used.

リッジフィルタ６０は、ブラッグピークと呼ばれる体内深さ方向における線量のシャープなピークを拡散させるために設けられている。ここで、リッジフィルタ６０によるブラッグピークの拡散幅は、スライスの厚み、すなわちＺ軸方向の格子点の間隔と等しくなるように設定される。３次元スキャニング照射用のリッジフィルタ６０は、断面が略二等辺三角形のアルミニウム棒状部材を複数並べて構成している。イオンビームが二等辺三角形を通過する際に生じる径路長の差異によってブラッグピークのピークを拡散させることが可能であり、二等辺三角形の形状によって拡散幅を所望の値に設定することができる。   The ridge filter 60 is provided for diffusing a sharp peak of the dose in the body depth direction called a Bragg peak. Here, the diffusion width of the Bragg peak by the ridge filter 60 is set to be equal to the thickness of the slice, that is, the interval between lattice points in the Z-axis direction. The ridge filter 60 for three-dimensional scanning irradiation is configured by arranging a plurality of aluminum rod-like members having a substantially isosceles triangle cross section. The peak of the Bragg peak can be diffused by the difference in path length generated when the ion beam passes through the isosceles triangle, and the diffusion width can be set to a desired value by the shape of the isosceles triangle.

線量モニタ部５０は、照射する線量をモニタするためのものであり、その筐体内に、粒子線の電離作用によって生じた電荷を平行電極で収集する電離箱や、筐体内に配置された二次電子放出膜から放出される二次電子を計測するＳＥＭ（Secondary Electron Monitor）装置等によって構成されている。   The dose monitor unit 50 is for monitoring the dose to be irradiated. In the casing, an ionization chamber for collecting charges generated by the ionizing action of the particle beam with parallel electrodes, or a secondary arranged in the casing. The SEM (Secondary Electron Monitor) device for measuring secondary electrons emitted from the electron emission film is used.

（レーザイオン源の第１実施形態）
図２は本発明に係るレーザイオン源の第１実施形態の構成を示す概略断面図である。図３は図２の実施形態における制御系の動作を示すフローチャートである。 (First Embodiment of Laser Ion Source)
FIG. 2 is a schematic sectional view showing the configuration of the first embodiment of the laser ion source according to the present invention. FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the control system in the embodiment of FIG.

図２に示すように、レーザイオン源２０は、真空容器１を有している。この真空容器１は、耐食性や耐薬品性に優れ、放出ガスが少ない材料、例えばステンレス鋼製である。真空容器１の内部には、イオンとなる元素又はそれを含有するターゲット２が配置されている。このターゲット２は、例えばカーボン系の板状部材により形成されている。   As shown in FIG. 2, the laser ion source 20 has a vacuum container 1. The vacuum vessel 1 is made of a material that is excellent in corrosion resistance and chemical resistance and emits less gas, for example, stainless steel. Inside the vacuum vessel 1, an element that becomes an ion or a target 2 containing the element is arranged. The target 2 is formed of, for example, a carbon-based plate member.

真空容器１には、図示しない高電圧電源から高電圧が印加されている。正イオンビームを生成するときは正電位を、負イオンビームを生成するときは負電位を付与する。本実施形態では、正の高電圧を印加している。真空容器１は、図示しない排気口が形成され、この排気口に図示しない真空ポンプが接続され、真空容器１内が真空排気されている。   A high voltage is applied to the vacuum vessel 1 from a high voltage power source (not shown). A positive potential is applied when generating a positive ion beam, and a negative potential is applied when generating a negative ion beam. In this embodiment, a positive high voltage is applied. The vacuum vessel 1 has an exhaust port (not shown). A vacuum pump (not shown) is connected to the exhaust port, and the vacuum vessel 1 is evacuated.

真空容器１は、側面の上部にレーザ光Ｌを入射するための入射窓１ａが形成されている。この入射窓１ａには、レンズ取付機構３が固定されている。このレンズ取付機構３には、レーザ光Ｌを集光するための光学系としての集光レンズ４が取り付けられている。レーザ光源１５から出射されたレーザ光Ｌは、複数のミラー１１を経て、集光レンズ４を介して真空容器１内に入射した後、ターゲット２に集光照射される。レーザ光源１５としては、例えばＣＯ２レーザやＮｄ−ＹＡＧレーザを用いることができる。 The vacuum vessel 1 is formed with an incident window 1a for allowing the laser light L to enter the upper part of the side surface. A lens mounting mechanism 3 is fixed to the incident window 1a. A condenser lens 4 as an optical system for condensing the laser light L is attached to the lens attachment mechanism 3. The laser light L emitted from the laser light source 15 passes through the plurality of mirrors 11 and enters the vacuum vessel 1 through the condenser lens 4, and then is condensed and irradiated onto the target 2. As the laser light source 15, for example, a CO 2 laser or an Nd-YAG laser can be used.

真空容器１の一側面（図２では右側面）には、真空容器１、ターゲット２と同電位である加速電極を兼ねたイオンビーム引出し部としての輸送管７が設けられている。真空容器１、ターゲット２、輸送管７には、イオンを加速するために必要な電位を付与し、線型加速器９との電位差によりイオンを加速する。なお、真空容器１は、ターゲット２、輸送管７等と絶縁されていれば、接地電位でもよい。   On one side surface (the right side surface in FIG. 2) of the vacuum vessel 1, a transport tube 7 is provided as an ion beam extraction unit that also serves as an acceleration electrode having the same potential as the vacuum vessel 1 and the target 2. A potential necessary for accelerating ions is applied to the vacuum vessel 1, the target 2, and the transport tube 7, and the ions are accelerated by a potential difference from the linear accelerator 9. The vacuum vessel 1 may be at a ground potential as long as it is insulated from the target 2, the transport pipe 7, and the like.

ターゲット２から線型加速器９へのビーム輸送経路上に電極１２が設置されている。すなわち、輸送管７内には、正電場をかけることで、不要なイオンを排除する電極１２が配置されている。具体的には、電極１２に正電場をかけることにより、質量が大きく速度の遅いクラスターイオンのようなイオンは容易に減速され、通過することができないようにしている。   An electrode 12 is installed on the beam transport path from the target 2 to the linear accelerator 9. That is, an electrode 12 that eliminates unnecessary ions by applying a positive electric field is disposed in the transport pipe 7. Specifically, by applying a positive electric field to the electrode 12, ions such as cluster ions having a large mass and a slow velocity are easily decelerated so that they cannot pass through.

輸送管７は、正の高電位であり、真空を保持した絶縁管１０内に設置されている。この絶縁管１０は、一端が真空容器１の側面に接続され、他端が接地電位の線型加速器９に接続されている。この線型加速器９は、図１に示すシンクロトロン４０に接続されている。   The transport pipe 7 has a positive high potential and is installed in an insulating pipe 10 that holds a vacuum. One end of the insulating tube 10 is connected to the side surface of the vacuum vessel 1 and the other end is connected to a linear accelerator 9 having a ground potential. The linear accelerator 9 is connected to the synchrotron 40 shown in FIG.

真空容器１内のビーム軸上には、プラズマ電流値を測定するプラズマ電流測定器としての電流測定器８が設置されている。電流測定器８は、電流を検出する電流検出部としての検出器８ａと、この検出器８ａをビーム軸上に進退可能に移動させる移動機構８ｂとを有している。検出器８ａは、ファラデーカップ、平板電極等のように電流を検出可能な電流検出器であればよい。なお、ファラデーカップを用いる場合は、電流測定器８本体より低い電位を持たせてプラズマ中の電子を除去するようにしてもよい。移動機構８ｂとしては、例えば真空容器１の外部から操作可能な直線導入機、回転導入機等が用いられる。   On the beam axis in the vacuum vessel 1, a current measuring device 8 is installed as a plasma current measuring device for measuring a plasma current value. The current measuring device 8 includes a detector 8a as a current detecting unit for detecting a current, and a moving mechanism 8b for moving the detector 8a on the beam axis so as to advance and retract. The detector 8a may be a current detector that can detect a current, such as a Faraday cup or a plate electrode. In the case of using a Faraday cup, electrons in the plasma may be removed by giving a lower potential than the main body of the current measuring device 8. As the moving mechanism 8b, for example, a linear introduction machine or a rotation introduction machine that can be operated from the outside of the vacuum vessel 1 is used.

電流測定器８は、検出判定部１６に電気的に接続されている。この検出判定部１６は、電流測定器８で測定したプラズマ電流値が所定の範囲内であるか否かを判定する。検出判定部１６は、出力部１７及び制御部１８に電気的に接続されている。   The current measuring device 8 is electrically connected to the detection determination unit 16. The detection determination unit 16 determines whether or not the plasma current value measured by the current measuring device 8 is within a predetermined range. The detection determination unit 16 is electrically connected to the output unit 17 and the control unit 18.

出力部１７は、プラズマ電流値が所定の範囲外の場合に警報ブザーを放音するか、あるいは警報ランプを点灯させる。制御部１８は、プラズマ電流値が所定の範囲外の場合にレーザ光源１５の出力を制御する。具体的には、制御部１８は、プラズマ電流値が所定の範囲を超えた場合にレーザ光源１５の出力を低くするように制御する。また、制御部１８は、プラズマ電流値が所定の範囲未満の場合にレーザ光源１５の出力を高くするように制御する。この場合、レーザ光源１５の出力は、例えばレーザ駆動電流値を調整することで制御される。   The output unit 17 emits an alarm buzzer or turns on an alarm lamp when the plasma current value is outside a predetermined range. The controller 18 controls the output of the laser light source 15 when the plasma current value is outside the predetermined range. Specifically, the control unit 18 controls the output of the laser light source 15 to be lowered when the plasma current value exceeds a predetermined range. In addition, the control unit 18 performs control so that the output of the laser light source 15 is increased when the plasma current value is less than a predetermined range. In this case, the output of the laser light source 15 is controlled by adjusting the laser drive current value, for example.

次に、本実施形態の作用を説明する。   Next, the operation of this embodiment will be described.

まず、本実施形態のレーザイオン源２０の動作について説明する。   First, the operation of the laser ion source 20 of this embodiment will be described.

なお、真空容器１内は、図示しない排気口に接続された真空ポンプ等により十分に排気されているものとする。真空容器１、ターゲット２には、例えば正電位が付与され、輸送管７には、真空容器１、ターゲット２と同電位の正の高電位が付与され、電極１２には正電場がかけられているものとする。   In addition, the inside of the vacuum vessel 1 shall be fully exhausted with the vacuum pump etc. which were connected to the exhaust port which is not shown in figure. For example, a positive potential is applied to the vacuum container 1 and the target 2, a positive high potential that is the same potential as the vacuum container 1 and the target 2 is applied to the transport pipe 7, and a positive electric field is applied to the electrode 12. It shall be.

この状態で、パルス駆動のレーザ光源１５からレーザ光Ｌを、複数のミラー１１を経て、真空容器１と一体化した集光レンズ４により集光してターゲット２上に照射する。このターゲット２上に集光したレーザ光Ｌによりレーザ集光点では、ターゲット２の微小部分が高温に熱せられる。この高温に熱せられた部分がプラズマ化して、レーザアブレーションプラズマ５が生成される。このレーザアブレーションプラズマ５には、目的とするターゲット物質の多価イオンが含まれる。   In this state, the laser light L from the pulse-driven laser light source 15 is condensed by the condenser lens 4 integrated with the vacuum vessel 1 through the plurality of mirrors 11 and irradiated onto the target 2. At the laser condensing point, a minute portion of the target 2 is heated to a high temperature by the laser light L condensed on the target 2. The portion heated to this high temperature is turned into plasma, and laser ablation plasma 5 is generated. This laser ablation plasma 5 contains multivalent ions of the target material of interest.

このレーザアブレーションプラズマ５は、真空容器１、ターゲット２と同電位である加速電極を兼ねた正の高電位の輸送管７で輸送され、この輸送管７と接地電位の線型加速器９との間の電位差により、必要とするイオン６のみが加速されて、イオンビームとなって線型加速器９に入射される。ここで、不要なイオンは、電極１２によって排除される。そして、イオンビームは、線形加速器９によってさらに加速されることになる。   This laser ablation plasma 5 is transported by a positive high-potential transport tube 7 that also serves as an accelerating electrode having the same potential as the vacuum vessel 1 and the target 2, and between this transport tube 7 and a linear accelerator 9 having a ground potential. Due to the potential difference, only the necessary ions 6 are accelerated and become an ion beam that is incident on the linear accelerator 9. Here, unnecessary ions are excluded by the electrode 12. The ion beam is further accelerated by the linear accelerator 9.

ところで、本実施形態では、真空容器１内のビーム軸上にプラズマ電流測定用の電流測定器８の検出器８ａが設置されている。レーザアブレーションプラズマ５は、加速引き出し後のイオン６のビーム軸上の引出し電流値に換算することができる。そのため、電流測定器８によりプラズマ電流を測定することで、加速引き出し後のイオン６の健全性を確認することが可能となる。   By the way, in this embodiment, the detector 8a of the current measuring device 8 for plasma current measurement is installed on the beam axis in the vacuum vessel 1. The laser ablation plasma 5 can be converted into an extraction current value on the beam axis of the ions 6 after accelerated extraction. Therefore, the soundness of the ions 6 after accelerated extraction can be confirmed by measuring the plasma current with the current measuring device 8.

次に、本実施形態におけるレーザイオン源の制御系の動作について説明する。   Next, the operation of the control system of the laser ion source in this embodiment will be described.

レーザイオン源２０のメンテナンス前後や、線型加速器９、シンクロトロン４０の電流値が異常になった場合には、レーザイオン源２０からのプラズマ電流値を測定してレーザイオン源２０の健全性を確認する必要がある。   Before and after maintenance of the laser ion source 20 and when the current values of the linear accelerator 9 and the synchrotron 40 become abnormal, the plasma current value from the laser ion source 20 is measured to confirm the soundness of the laser ion source 20 There is a need to.

そこで、図３に示すようにまずレーザイオン源２０のメンテナンスでターゲット２を交換したか否かを判定する（ステップＳ１）。ターゲット２を交換しない場合には、ターゲット２を交換する（ステップＳ２）。ターゲット２を交換した場合には、ステップＳ３に進む。   Therefore, as shown in FIG. 3, it is first determined whether or not the target 2 has been replaced during maintenance of the laser ion source 20 (step S1). If the target 2 is not exchanged, the target 2 is exchanged (step S2). If the target 2 has been replaced, the process proceeds to step S3.

次いで、ステップＳ３では、レーザイオン源２０を駆動したか否かを判定する。レーザイオン源２０を駆動しない場合には、レーザイオン源２０を駆動する（ステップＳ４）。レーザイオン源２０を駆動した場合には、ステップＳ５に進む。   Next, in step S3, it is determined whether or not the laser ion source 20 has been driven. When the laser ion source 20 is not driven, the laser ion source 20 is driven (step S4). When the laser ion source 20 is driven, the process proceeds to step S5.

さらに、ステップＳ５では、電流測定器８で測定したプラズマ電流値が所定の範囲外であるか否かを検出判定部１６で判定する。プラズマ電流値が所定の範囲内の場合には、ステップＳ１に戻る。プラズマ電流値が所定の範囲外である場合は、出力部１７により警報ブザーで放音するか、あるいは警報ランプを点灯させるように警報出力する（ステップＳ６）。そして、制御部１８は、プラズマ電流値が所定の範囲外の場合にレーザ光源１５の出力を制御する（ステップＳ７）。   Further, in step S5, the detection determination unit 16 determines whether or not the plasma current value measured by the current measuring device 8 is outside a predetermined range. If the plasma current value is within the predetermined range, the process returns to step S1. If the plasma current value is outside the predetermined range, the output unit 17 emits a sound with an alarm buzzer or outputs an alarm so that the alarm lamp is turned on (step S6). Then, the control unit 18 controls the output of the laser light source 15 when the plasma current value is outside the predetermined range (step S7).

このように本実施形態によれば、レーザイオン源２０の真空容器１内のビーム軸上にプラズマ電流測定用の電流測定器８の検出器８ａを設置し、プラズマ電流値を測定することにより、レーザイオン源２０のプラズマ生成能力の再現性、ひいてはレーザイオン源２０の健全性を確認することができる。   As described above, according to the present embodiment, by installing the detector 8a of the current measuring device 8 for measuring plasma current on the beam axis in the vacuum vessel 1 of the laser ion source 20, and measuring the plasma current value, The reproducibility of the plasma generation capability of the laser ion source 20 and thus the soundness of the laser ion source 20 can be confirmed.

（レーザイオン源の第２実施形態）
図４は本発明に係るレーザイオン源の第２実施形態の構成を示す概略断面図である。 (Second Embodiment of Laser Ion Source)
FIG. 4 is a schematic sectional view showing the configuration of the second embodiment of the laser ion source according to the present invention.

なお、以下のレーザイオン源の各実施形態では、前記第１実施形態と同一又は対応する部分には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下のレーザイオン源の各実施形態では、レーザ光源１５、検出判定部１６、出力部１７及び制御部１８の図示を省略している。さらに、前記第１実施形態の電流測定器８は、プラズマ電流値を測定したが、以下の第２、第４実施形態では、イオンビーム電流値を測定する。   In the following embodiments of the laser ion source, the same or corresponding parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Further, in each embodiment of the laser ion source below, the laser light source 15, the detection determination unit 16, the output unit 17, and the control unit 18 are not shown. Further, the current measuring device 8 of the first embodiment measures the plasma current value, but in the following second and fourth embodiments, the ion beam current value is measured.

図４に示すように、本実施形態は、前記第１実施形態のレーザイオン源２０において、輸送管７のビーム下流側においてイオンビーム電流値を測定するイオンビーム電流測定器としての電流測定器８が設置されている。すなわち、電流測定器８は、真空容器１外に引き出した後のイオンビーム電流値を測定する。本実施形態は、レーザイオン源２０から下流側の他の機器、例えば線型加速器９までに寸法的な余裕がある場合は設置が可能である。   As shown in FIG. 4, in the present embodiment, in the laser ion source 20 of the first embodiment, a current measuring device 8 as an ion beam current measuring device that measures an ion beam current value on the beam downstream side of the transport tube 7. Is installed. That is, the current measuring device 8 measures the ion beam current value after being drawn out of the vacuum vessel 1. This embodiment can be installed when there is a dimensional margin from the laser ion source 20 to other devices on the downstream side, for example, the linear accelerator 9.

電流測定器８は、前記第１実施形態と同様に、電流を検出する検出器８ａと、この検出器８ａを引き出した後のイオンビーム軸上に進退可能に移動させる移動機構８ｂとを有している。検出器８ａは、ファラデーカップ、平板電極等のように電流を検出可能な電流検出器であればよい。移動機構８ｂとしては、例えば真空容器１の外部から操作可能な直線導入機、回転導入機等が用いられる。   Similar to the first embodiment, the current measuring device 8 includes a detector 8a that detects current, and a moving mechanism 8b that moves the detector 8a so as to advance and retreat on the ion beam axis after the detector 8a is pulled out. ing. The detector 8a may be a current detector that can detect a current, such as a Faraday cup or a plate electrode. As the moving mechanism 8b, for example, a linear introduction machine or a rotation introduction machine that can be operated from the outside of the vacuum vessel 1 is used.

電流測定器８は、検出判定部１６に接続され、この検出判定部１６は、電流測定器８で測定したイオンビーム電流値が所定の範囲内であるか否かを判定する。検出判定部１６は、電気的に出力部１７及び制御部１８に接続されている。制御部１８は、イオンビーム電流値が所定の範囲外の場合にレーザ光源１５の出力を制御する。   The current measuring device 8 is connected to the detection determining unit 16, and the detection determining unit 16 determines whether or not the ion beam current value measured by the current measuring device 8 is within a predetermined range. The detection determination unit 16 is electrically connected to the output unit 17 and the control unit 18. The controller 18 controls the output of the laser light source 15 when the ion beam current value is outside a predetermined range.

このように本実施形態によれば、真空容器１外に引き出した後のイオンビーム電流値を電流測定器８で測定することにより、レーザイオン源２０のプラズマ生成能力の再現性、ひいてはレーザイオン源２０の健全性を確認することができる。   As described above, according to the present embodiment, the ion beam current value after being drawn out of the vacuum vessel 1 is measured by the current measuring device 8, whereby the reproducibility of the plasma generation capability of the laser ion source 20, and consequently the laser ion source. The soundness of 20 can be confirmed.

（レーザイオン源の第３実施形態）
図５は本発明に係るレーザイオン源の第３実施形態の構成を示す概略断面図である。 (Third Embodiment of Laser Ion Source)
FIG. 5 is a schematic sectional view showing the configuration of the third embodiment of the laser ion source according to the present invention.

図５に示すように、本実施形態は、前記第１実施形態のレーザイオン源２０のプラズマ輸送経路上に、プラズマ電流測定器としてのカレントトランス（ＣＴ）２１が取り付けられている。このカレントトランス２１は、電流値が変化する際の磁場変化を検知する電流モニタである。本実施形態は、カレントトランス２１を設置する経路上の輸送管７の一部を絶縁物２２としている。   As shown in FIG. 5, in the present embodiment, a current transformer (CT) 21 as a plasma current measuring device is attached on the plasma transport path of the laser ion source 20 of the first embodiment. The current transformer 21 is a current monitor that detects a magnetic field change when the current value changes. In this embodiment, a part of the transport pipe 7 on the path where the current transformer 21 is installed is an insulator 22.

このように本実施形態によれば、カレントトランス２１は、非破壊で測定することができるため、第１、第２実施形態のように検出器８ａを進退可能に構成する必要がなくなり、リアルタイムでモニタすることが可能である。   As described above, according to the present embodiment, the current transformer 21 can perform nondestructive measurement, so that it is not necessary to configure the detector 8a to be able to advance and retract as in the first and second embodiments, and in real time. It is possible to monitor.

（レーザイオン源の第４実施形態）
図６は本発明に係るレーザイオン源の第４実施形態の構成を示す概略断面図である。 (Fourth Embodiment of Laser Ion Source)
FIG. 6 is a schematic sectional view showing the configuration of the fourth embodiment of the laser ion source according to the present invention.

図６に示すように、本実施形態は、前記第２実施形態のレーザイオン源２０において、加速引出し後におけるイオンビーム電流値を測定するイオンビーム電流測定器としての電流測定器８が真空容器１と線型加速器９との間の絶縁管１０に設置されている。   As shown in FIG. 6, in this embodiment, in the laser ion source 20 of the second embodiment, the current measuring device 8 as an ion beam current measuring device for measuring the ion beam current value after the accelerated extraction is used as the vacuum vessel 1. And the linear accelerator 9 are installed in an insulating tube 10.

レーザイオン源２０は、台座２５に載置され、この台座２５に植設された位置決めピン２６により位置決めされている。台座２５は、図示しない車輪等が取り付けられてレール上に水平移動可能に設置されている。真空容器１の側面には、軸方向に伸縮可能に構成されたベローズ２３の一端が接続され、このベローズ２３の他端が絶縁管１０に接続されている。この絶縁管１０は、レーザイオン源２０と線型加速器９との絶縁を確保するためのものである。   The laser ion source 20 is placed on a pedestal 25 and positioned by positioning pins 26 implanted in the pedestal 25. The pedestal 25 is installed on a rail so as to be horizontally movable with wheels (not shown) attached thereto. One end of a bellows 23 configured to be expandable and contractable in the axial direction is connected to the side surface of the vacuum vessel 1, and the other end of the bellows 23 is connected to the insulating tube 10. The insulating tube 10 is for ensuring insulation between the laser ion source 20 and the linear accelerator 9.

真空容器１及びイオンビーム引出し部としての輸送管７は、一体に構成されている。そのため、真空容器１及び輸送管７は、ベローズ２３によって線型加速器９に対して真空を維持した状態で離反可能に構成されている。   The vacuum vessel 1 and the transport tube 7 as an ion beam extraction unit are integrally formed. Therefore, the vacuum vessel 1 and the transport pipe 7 are configured to be separated in a state where a vacuum is maintained with respect to the linear accelerator 9 by the bellows 23.

また、本実施形態では、図６に示すように２枚のミラー１１を配置し、これらのミラー１１を経てレーザイオン源２０の移動方向と平行なレーザ光Ｌをターゲット２まで導いている。   In the present embodiment, two mirrors 11 are arranged as shown in FIG. 6, and the laser light L parallel to the moving direction of the laser ion source 20 is guided to the target 2 through these mirrors 11.

次に、本実施形態の作用を説明する。   Next, the operation of this embodiment will be described.

通常、レーザイオン源２０の輸送管７は、線型加速器９の内部に挿入されている。電流測定器８の検出器８ａをビーム軸上に移動し、引き出されたイオンビーム電流値を測定する際は、ビーム軸上に移動する検出器８ａと干渉しないようにするため、輸送管７を線型加速器９に対して離反する方向に移動させる必要がある。   Usually, the transport tube 7 of the laser ion source 20 is inserted into the linear accelerator 9. When the detector 8a of the current measuring device 8 is moved on the beam axis and the extracted ion beam current value is measured, the transport tube 7 is provided so as not to interfere with the detector 8a moving on the beam axis. It is necessary to move in a direction away from the linear accelerator 9.

しかしながら、輸送管７の軸方向長さもレーザイオン源２０の性能部品の一つであるため、本実施形態では、上述したように真空容器１と輸送管７を一体に構成し、真空容器１及び輸送管７の双方を線型加速器９に対して離反するように移動させる。   However, since the axial length of the transport tube 7 is also one of the performance parts of the laser ion source 20, in this embodiment, the vacuum vessel 1 and the transport tube 7 are integrally configured as described above, and the vacuum vessel 1 and Both transport pipes 7 are moved away from the linear accelerator 9.

その際、レーザイオン源２０と線型加速器９とを絶縁する絶縁管１０の軸方向にベローズ２３が接続されているので、このベローズ２３の伸縮動作により真空状態を維持した状態でレーザイオン源２０の水平移動が可能となる。そして、レーザイオン源２０は、位置決めピン２６により位置決めされているので、元の位置に復帰する際に位置がずれることがない。   At this time, since the bellows 23 is connected in the axial direction of the insulating tube 10 that insulates the laser ion source 20 and the linear accelerator 9, the laser ion source 20 is maintained in a vacuum state by the expansion and contraction of the bellows 23. Horizontal movement is possible. Since the laser ion source 20 is positioned by the positioning pin 26, the position does not shift when returning to the original position.

また、レーザイオン源２０を水平方向に移動させる際、レーザ光Ｌとの取り合いも考慮する必要がある。本実施形態では、上記のように２枚のミラー１１を配置することで、レーザイオン源２０の移動方向と平行なレーザ光Ｌをターゲット２まで導いている。このようにレーザイオン源２０の移動方向と平行なレーザ光Ｌとすれば、レーザイオン源２０の移動によるレーザ光軸ずれの影響はない。この場合、レーザ光源１５とレーザイオン源２０を、絶縁体を介して一体に構成し、同時に移動させるようにしてもよい。   Further, when the laser ion source 20 is moved in the horizontal direction, it is necessary to consider the relationship with the laser light L. In the present embodiment, the laser beam L parallel to the moving direction of the laser ion source 20 is guided to the target 2 by arranging the two mirrors 11 as described above. If the laser beam L is parallel to the moving direction of the laser ion source 20 as described above, there is no influence of laser beam axis misalignment due to the movement of the laser ion source 20. In this case, the laser light source 15 and the laser ion source 20 may be configured integrally with an insulator and moved simultaneously.

このように本実施形態によれば、真空容器１と輸送管７を一体に構成し、レーザイオン源２０と線型加速器９とを絶縁する絶縁管１０の軸方向にベローズ２３を接続することで、真空容器１及び輸送管７は、線型加速器９に対して真空を維持した状態で離反可能に構成される。   As described above, according to the present embodiment, the vacuum vessel 1 and the transport tube 7 are integrally formed, and the bellows 23 is connected in the axial direction of the insulating tube 10 that insulates the laser ion source 20 and the linear accelerator 9. The vacuum vessel 1 and the transport pipe 7 are configured to be separated from each other while maintaining a vacuum with respect to the linear accelerator 9.

そのため、レーザイオン源２０から線型加速器９までに寸法的な余裕がない場合であっても、イオンビーム電流値の検出時にベローズ２３を伸ばして真空容器１及び輸送管７を線型加速器９に対して離反させ、ビーム軸上に電流測定器８の検出器８ａを移動することで、加速引出し後のイオンビーム電流値を測定することが可能となる。その結果、レーザイオン源２０の健全性を確認することができる。   Therefore, even if there is no dimensional margin from the laser ion source 20 to the linear accelerator 9, the bellows 23 is extended when the ion beam current value is detected, and the vacuum vessel 1 and the transport tube 7 are connected to the linear accelerator 9. By moving the detector 8a of the current measuring device 8 away from the beam axis, the ion beam current value after the acceleration extraction can be measured. As a result, the soundness of the laser ion source 20 can be confirmed.

（その他の実施形態）
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 (Other embodiments)
Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, changes, and combinations can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

なお、上記各実施形態では、真空容器１に電流測定器８を１つ設けた例について説明したが、これに限らず電流測定器８を複数設け、これらいずれかの電流測定器８により測定されたプラズマ電流値の信号を検出判定部１６に出力するようにしてもよい。   In each of the above embodiments, the example in which one current measuring device 8 is provided in the vacuum vessel 1 has been described. However, the present invention is not limited to this, and a plurality of current measuring devices 8 are provided and measured by any one of these current measuring devices 8. A signal of the plasma current value may be output to the detection determination unit 16.

これにより、１つの電流測定器８が故障していた場合でも、他の電流測定器８によりプラズマ電流値を測定することが可能となる。その結果、レーザイオン源２０の信頼性を向上させることができる。   Thereby, even when one current measuring device 8 is out of order, the other current measuring device 8 can measure the plasma current value. As a result, the reliability of the laser ion source 20 can be improved.

また、上記レーザイオン源の第２実施形態〜第４実施形態の構成に、第５実施形態の構成を組み合わせるようにしてもよい。   Further, the configuration of the fifth embodiment may be combined with the configurations of the second to fourth embodiments of the laser ion source.

１…真空容器、１ａ…入射窓、２…ターゲット、３…レンズ取付機構、４…集光レンズ、５…レーザアブレーションプラズマ、６…イオン、７…輸送管（イオンビーム引出し部）、８…電流測定器（プラズマ電流測定器、イオンビーム電流測定器）、８ａ…検出器（電流検出部）、８ｂ…移動機構、９…線型加速器、１０…絶縁管、１１…ミラー、１２…電極、１５…レーザ光源、１６…検出判定部、１７…出力部、１８…制御部、２０…レーザイオン源、２１…カレントトランス（プラズマ電流測定器）２２…絶縁物、２３…ベローズ、２５…台座、２６…位置決めピン、３０ａ…Ｘ用電磁石（照射装置）、３０ｂ…Ｙ用電磁石（照射装置）、３１…真空ダクト（照射装置）、３５…取出し機器、４０…シンクロトロン、５０…線量モニタ部（照射装置）、６０…リッジフィルタ（照射装置）、７０…レンジシフタ（照射装置）、８０…コントローラ（照射装置）、２０１…患部、３００…重粒子線治療装置、Ｌ…レーザ光   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vacuum container, 1a ... Incident window, 2 ... Target, 3 ... Lens mounting mechanism, 4 ... Condensing lens, 5 ... Laser ablation plasma, 6 ... Ion, 7 ... Transport tube (ion beam extraction part), 8 ... Current Measuring instrument (plasma current measuring instrument, ion beam current measuring instrument), 8a ... detector (current detector), 8b ... moving mechanism, 9 ... linear accelerator, 10 ... insulating tube, 11 ... mirror, 12 ... electrode, 15 ... Laser light source, 16 ... detection determination unit, 17 ... output unit, 18 ... control unit, 20 ... laser ion source, 21 ... current transformer (plasma current measuring device) 22 ... insulator, 23 ... bellows, 25 ... pedestal, 26 ... Positioning pin, 30a ... Electromagnet for X (irradiation device), 30b ... Electromagnet for Y (irradiation device), 31 ... Vacuum duct (irradiation device), 35 ... Extraction device, 40 ... Synchrotron, 50 ... Dose monitor (Irradiation device), 60 ... ridge filter (irradiation device), 70 ... range shifter (irradiation apparatus), 80 ... controller (irradiation apparatus), 201 ... affected area, 300 ... heavy ion beam therapy system, L ... laser light

Claims (4)

真空排気され、レーザ光源から出射されるレーザ光を入射するための入射窓が形成された真空容器と、
前記真空容器内に配置され、前記レーザ光の照射によりイオンを発生するターゲットと、
前記真空容器からイオンを静電的に引き出し、イオンビームとして前記真空容器外に引き出すイオンビーム引出し部と、
前記イオンビーム軸上のプラズマ電流値を測定するプラズマ電流測定器と、
前記プラズマ電流測定器で測定された前記プラズマ電流値を加速引き出し後の前記イオンビーム軸上の引出し電流値に換算し、この加速引き出し後のイオンの健全性を確認できる範囲内である前記プラズマ電流値か否かを判定する検出判定部と、
前記プラズマ電流値が前記イオンの健全性を確認できる範囲外である場合に前記レーザ光源の出力を制御する制御部と、
を備えることを特徴とするレーザイオン源。 A vacuum vessel that is evacuated and formed with an incident window for entering laser light emitted from a laser light source ;
A target disposed in the vacuum vessel and generating ions by irradiation with the laser beam;
An ion beam extraction unit for electrostatically extracting ions from the vacuum container and extracting the ions out of the vacuum container as an ion beam;
A plasma current measuring device for measuring a plasma current value on the ion beam axis;
The plasma current measured by the plasma current measuring device is converted into an extraction current value on the ion beam axis after accelerated extraction, and the plasma current is within a range in which the soundness of ions after accelerated extraction can be confirmed. A detection determination unit for determining whether or not the value,
A control unit that controls the output of the laser light source when the plasma current value is outside a range in which the soundness of the ions can be confirmed;
A laser ion source comprising: 前記プラズマ電流測定器は電流検出部を有し、この電流検出部を前記イオンビーム軸上に対して進退可能に構成したことを特徴とする請求項１に記載のレーザイオン源。 2. The laser ion source according to claim 1, wherein the plasma current measuring device includes a current detection unit, and the current detection unit is configured to be able to advance and retreat with respect to the ion beam axis . 真空排気され、レーザ光源から出射されるレーザ光を入射するための入射窓が形成された真空容器と、  A vacuum vessel that is evacuated and formed with an incident window for entering laser light emitted from a laser light source;
前記真空容器内に配置され、前記レーザ光の照射によりイオンを発生するターゲットと、  A target disposed in the vacuum vessel and generating ions by irradiation with the laser beam;
前記真空容器からイオンを静電的に引き出し、イオンビームとして前記真空容器外に引き出すイオンビーム引出し部と、  An ion beam extraction unit for electrostatically extracting ions from the vacuum container and extracting the ions out of the vacuum container as an ion beam;
前記イオンビーム軸上のプラズマ電流値を測定するプラズマ電流測定器と、  A plasma current measuring device for measuring a plasma current value on the ion beam axis;
前記プラズマ電流測定器で測定された前記プラズマ電流値を加速引き出し後の前記イオンビーム軸上の引出し電流値に換算し、この加速引き出し後のイオンの健全性を確認できる範囲内である前記プラズマ電流値か否かを判定する検出判定部と、  The plasma current measured by the plasma current measuring device is converted into an extraction current value on the ion beam axis after accelerated extraction, and the plasma current is within a range in which the soundness of ions after accelerated extraction can be confirmed. A detection determination unit for determining whether or not the value,
前記プラズマ電流値が前記イオンの健全性を確認できる範囲外である場合に前記レーザ光源の出力を制御する制御部と、を有するレーザイオン源と、  A control unit that controls the output of the laser light source when the plasma current value is outside the range in which the soundness of the ions can be confirmed, and a laser ion source having
前記イオンビーム引出し部から引き出されたイオンビームを加速する線型加速器と、  A linear accelerator for accelerating the ion beam extracted from the ion beam extraction unit;
前記線型加速器のイオンビームが輸送され、このイオンビームを周回させて所定のエネルギーまで加速するシンクロトロンと、  A synchrotron that transports the ion beam of the linear accelerator and circulates the ion beam to accelerate to a predetermined energy;
を備えることを特徴とするイオン加速器。  An ion accelerator comprising: 真空排気され、レーザ光源から出射されるレーザ光を入射するための入射窓が形成された真空容器と、
前記真空容器内に配置され、前記レーザ光の照射によりイオンを発生するターゲットと、
前記真空容器からイオンを静電的に引き出し、イオンビームとして前記真空容器外に引き出すイオンビーム引出し部と、
前記イオンビーム軸上のプラズマ電流値を測定するプラズマ電流測定器と、
前記プラズマ電流測定器で測定された前記プラズマ電流値を加速引き出し後の前記イオンビーム軸上の引出し電流値に換算し、この加速引き出し後のイオンの健全性を確認できる範囲内である前記プラズマ電流値か否かを判定する検出判定部と、
前記プラズマ電流値が前記イオンの健全性を確認できる範囲外である場合に前記レーザ光源の出力を制御する制御部と、を有するレーザイオン源と、
前記イオンビーム引出し部から引き出されたイオンビームを加速する線型加速器と、
前記線型加速器のイオンビームが輸送され、このイオンビームを周回させて所定のエネルギーまで加速するシンクロトロンと、
前記シンクロトロンにより加速されたイオンビームを取り出す取出し機器と、
前記取出し機器により取り出されたイオンビームを照射対象に照射する照射装置と、
を備えることを特徴とする重粒子線治療装置。 A vacuum vessel that is evacuated and formed with an incident window for entering laser light emitted from a laser light source ;
A target disposed in the vacuum vessel and generating ions by irradiation with the laser beam;
An ion beam extraction unit for electrostatically extracting ions from the vacuum container and extracting the ions out of the vacuum container as an ion beam;
A plasma current measuring device for measuring a plasma current value on the ion beam axis;
The plasma current measured by the plasma current measuring device is converted into an extraction current value on the ion beam axis after accelerated extraction, and the plasma current is within a range in which the soundness of ions after accelerated extraction can be confirmed. A detection determination unit for determining whether or not the value,
A control unit that controls the output of the laser light source when the plasma current value is outside the range in which the soundness of the ions can be confirmed, and a laser ion source having
A linear accelerator for accelerating the ion beam extracted from the ion beam extraction unit;
A synchrotron that transports the ion beam of the linear accelerator and circulates the ion beam to accelerate to a predetermined energy;
An extraction device for extracting an ion beam accelerated by the synchrotron;
An irradiation device for irradiating an irradiation target with an ion beam extracted by the extraction device;
A heavy particle radiotherapy apparatus comprising:
JP2013083888A 2013-04-12 2013-04-12 Laser ion source, ion accelerator and heavy ion beam therapy system Active JP6214906B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013083888A JP6214906B2 (en) 2013-04-12 2013-04-12 Laser ion source, ion accelerator and heavy ion beam therapy system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013083888A JP6214906B2 (en) 2013-04-12 2013-04-12 Laser ion source, ion accelerator and heavy ion beam therapy system

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017041388A Division JP6353104B2 (en) 2017-03-06 2017-03-06 Ion accelerator and heavy ion beam therapy system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014207131A JP2014207131A (en) 2014-10-30
JP6214906B2 true JP6214906B2 (en) 2017-10-18

Family

ID=52120544

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013083888A Active JP6214906B2 (en) 2013-04-12 2013-04-12 Laser ion source, ion accelerator and heavy ion beam therapy system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6214906B2 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6448339B2 (en) * 2014-12-10 2019-01-09 株式会社東芝 Ion accelerator and particle beam therapy system
JP2016162692A (en) * 2015-03-04 2016-09-05 株式会社東芝 Laser ion source, injector and particle beam therapy system
KR102292249B1 (en) 2017-01-25 2021-08-20 스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤 Particle acceleration system and adjustment method of particle acceleration system
JP7378326B2 (en) * 2020-03-18 2023-11-13 住友重機械工業株式会社 Particle beam device

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3497091B2 (en) * 1998-07-23 2004-02-16 名古屋大学長 Method for controlling high frequency power for plasma generation and plasma generator
EP1144717A4 (en) * 1998-12-01 2003-04-16 Silicon Genesis Corp Enhanced plasma mode, method, and system for plasma immersion ion implantation
JP4022902B2 (en) * 2002-09-04 2007-12-19 東京エレクトロン株式会社 Plasma monitoring method, plasma monitoring apparatus, and plasma processing apparatus
WO2007026859A1 (en) * 2005-08-31 2007-03-08 National University Corporation Nagoya University Planar resonant element for measuring electron density of plasma, and method and device for measuring electron density of plasma
JP5502717B2 (en) * 2010-12-20 2014-05-28 株式会社東芝 Heavy ion generator for heavy ion therapy
US8872127B2 (en) * 2011-02-22 2014-10-28 Brookhaven Science Associates, Llc Beam current controller for laser ion source
JP5801144B2 (en) * 2011-08-30 2015-10-28 株式会社東芝 Ion source

Also Published As

Publication number Publication date
JP2014207131A (en) 2014-10-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6388491B2 (en) Plasma generator and plasma propulsion device equipped with measuring device
JP6214906B2 (en) Laser ion source, ion accelerator and heavy ion beam therapy system
US9312100B2 (en) Sensitivity correction method for dose monitoring device and particle beam therapy system
JP6214880B2 (en) Laser ion source and heavy particle beam therapy system
US20110139997A1 (en) Ion transporter, ion transport method, ion beam irradiator, and medical particle beam irradiator
JP6243293B2 (en) Neutron capture therapy device and transmutation device
Henestroza et al. Design and characterization of a neutralized-transport experiment for heavy-ion fusion
US8541738B2 (en) Surface analyzer of object to be measured and analyzing method
JP6353104B2 (en) Ion accelerator and heavy ion beam therapy system
JP6448339B2 (en) Ion accelerator and particle beam therapy system
JP6189198B2 (en) Laser ion source, ion accelerator and heavy ion beam therapy system
Zhang et al. Design of a novel pixelated residual gas ionization profile monitor for the 320 kV high-voltage platform at IMPCAS
Chesnokov et al. High energy neutrino beam generation based on crystal optics
US20160358739A1 (en) Deep channel cathode assembly
JP2006302785A (en) Multivalent ion irradiation device and manufacturing method of fine structure using it
JP6042226B2 (en) Accelerator and Neutron Capture Therapy Device
Welsch et al. Non-invasive beam profile monitoring
JP2016162692A (en) Laser ion source, injector and particle beam therapy system
WO2016132445A1 (en) Charged particle irradiation system
Mutsaers Emittance measurements of electron beams produced by the 100 kV Smart* Light photo electrongun
Dudnikov et al. Ribbon electron beam profile monitor for bunched beam tomography
Ostroumov Review of beam diagnostics in ion Linacs
Verhoeven Time-of-Flight Electron Energy Loss Spectroscopy using a TM010 cavity for longitudinal phase space manipulation WF Toonen
Golubev et al. A slit-based method of a high-current ion beam transversal distribution diagnostic
JPS63184255A (en) Electron beam irradiation device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20160217

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20161226

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170110

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170306

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170822

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170920

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6214906

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151