(57)【要約】【課題】ビームラインを実際に通過するビームのパラメータを保証することができるビームラインの運用技術を提供する。【解決手段】ビームライン１は、イオン源２からビームＢが入射される上流側ポート１０と、上流側ポート１０から下流側に向かって分岐される少なくとも２つの下流側ポート１１，１２，１３と、下流側ポート１１，１２，１３が分岐される部分に設けられ、ビームＢを質量電荷比毎に分ける偏向電磁石４と、少なくとも１つの下流側ポート１３を測定対象とし、この下流側ポート１３に到達したビームＢ３のパラメータを測定する測定部１４と、測定部１４で測定されたパラメータに基づいて、測定対象の下流側ポート１３とは異なる下流側ポート１１，１２を通過するビームＢ１，Ｂ２のパラメータを推定する推定部８とを備える。【選択図】図１
2020081195.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン源からビームが入射される上流側ポートと、
前記上流側ポートから下流側に向かって分岐される少なくとも２つの下流側ポートと、
前記下流側ポートが分岐される部分に設けられ、前記ビームを質量電荷比毎に分ける偏向電磁石と、
少なくとも１つの前記下流側ポートを測定対象とし、この下流側ポートに到達した前記ビームのパラメータを測定する測定部と、
前記測定部で測定されたパラメータに基づいて、前記測定対象の前記下流側ポートとは異なる前記下流側ポートを通過する前記ビームのパラメータを推定する推定部と、
を備えるビームライン。
【請求項２】
実運用前に全ての前記下流側ポートに到達する前記ビームのパラメータを測定して得られた前記質量電荷比毎の前記ビームのパラメータの相関関係を記憶する記憶部と、
実運用時に少なくとも１つの前記下流側ポートを前記測定対象として設定する設定部と、
を備え、
前記推定部は、前記実運用時に前記測定部で測定されたパラメータと前記相関関係とに基づいて、前記測定対象の前記下流側ポートとは異なる前記下流側ポートを通過する前記ビームのパラメータを推定する請求項１に記載のビームライン。
【請求項３】
前記測定対象の前記下流側ポートとは異なる前記下流側ポートが少なくとも２つ設けられ、前記質量電荷比が異なる前記ビームが同時に通過可能となっている請求項１または請求項２に記載のビームライン。
【請求項４】
前記ビームが通過可能な前記下流側ポートの延設方向と前記偏向電磁石における前記下流側ポートが突出される側の端辺の垂線とのなす角を前記下流側ポート毎に異ならせる請求項３に記載のビームライン。
【請求項５】
前記下流側ポートから前記ビームが出力可能な状態と出力不能な状態とを切り換えるダンプ部を備える請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のビームライン。
【請求項６】
前記偏向電磁石は、超電導電磁石から成る請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のビームライン。
【請求項７】
陽子線がん治療装置、重粒子線がん治療装置、中性子捕捉療法用の治療装置のうちの少なくともいずれか１つで用いられる請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のビームライン。
【請求項８】
イオン源から上流側ポートにビームが入射されるステップと、
前記上流側ポートから下流側に向かって分岐される少なくとも２つの下流側ポートに沿って前記ビームを質量電荷比毎に偏向電磁石で分けるステップと、
少なくとも１つの前記下流側ポートを測定対象とし、この下流側ポートに到達した前記ビームのパラメータを測定部で測定するステップと、
前記測定部で測定されたパラメータに基づいて、前記測定対象の前記下流側ポートとは異なる前記下流側ポートを通過する前記ビームのパラメータを推定するステップと、
を含むビームラインの運用方法。
【請求項９】
実運用前に全ての前記下流側ポートに到達する前記ビームのパラメータを測定して前記質量電荷比毎の前記ビームのパラメータの相関関係を得るステップと、
実運用時に少なくとも１つの前記下流側ポートを前記測定対象として設定するステップと、
前記実運用時に前記測定部で測定されたパラメータと前記相関関係とに基づいて、前記測定対象の前記下流側ポートとは異なる前記下流側ポートを通過する前記ビームのパラメータを推定するステップと、
を含む請求項８に記載のビームラインの運用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ビームラインおよびビームラインの運用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、加速器にビームを入射させるビームラインの部分に偏向電磁石を設け、この偏向電磁石により所定の質量電荷比を有するイオン種のビームのみを選別して利用する技術が知られている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】「Status and Future Plan of JAEA Mutsu Tandetron AMS Facilities」Proceedings of the First East Asian Symposium on Accelerator Mass Spectrometry，pp．77-81．（2006）.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
イオン源から入射されたばかりの低エネルギー領域にあるビームのパラメータの測定は、ビーム自体が消滅する破壊測定で行われることが一般的である。そのため、予めビームのパラメータを測定しておくことに留まり、実際にビームを利用するときには、そのときに実際に出力されているビームのパラメータの保証ができないという課題がある。
【０００５】
本発明の実施形態は、このような事情を考慮してなされたもので、ビームラインを実際に通過するビームのパラメータを保証することができるビームラインの運用技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態に係るビームラインは、イオン源からビームが入射される上流側ポートと、前記上流側ポートから下流側に向かって分岐される少なくとも２つの下流側ポートと、前記下流側ポートが分岐される部分に設けられ、前記ビームを質量電荷比毎に分ける偏向電磁石と、少なくとも１つの前記下流側ポートを測定対象とし、この下流側ポートに到達した前記ビームのパラメータを測定する測定部と、前記測定部で測定されたパラメータに基づいて、前記測定対象の前記下流側ポートとは異なる前記下流側ポートを通過する前記ビームのパラメータを推定する推定部と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の実施形態により、ビームラインを実際に通過するビームのパラメータを保証することができるビームラインの運用技術を提供することを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態のビームラインを示す平面図。
【図２】実運用前のビームラインを示す平面図。
【図３】実運用前の事前処理を示すフローチャート。
【図４】実運用時のビーム輸送処理を示すフローチャート。
【図５】変形例のビームラインを示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら、ビームラインの実施形態について詳細に説明する。なお、図１、図２、図５において、紙面左右方向をＸ方向とし、紙面上下方向をＹ方向とし、紙面垂直方向をＺ方向として説明する。
【００１０】
図１の符号１は、本実施形態のビームラインである。このビームライン１は、例えば、陽子線がん治療装置、重粒子線がん治療装置などの加速器を有する装置で用いられる。このビームライン１は、イオン源２で発生させたビームＢを加速器に入射させる入射器部分に設けられる。
【００１１】
本実施形態のビームライン１は、ビームＢが通過する真空ダクト３と、ビームＢの進行方向を偏向させる偏向電磁石４と、ビームライン管理装置５とを備える。
【００１２】
真空ダクト３は、ビームＢの進行方向の上流側から下流側に向かって３本に分岐されている。つまり、真空ダクト３において、１つの上流側ポート１０から入射されたビームＢが、３つの下流側ポート１１，１２，１３に向かって分岐されている。なお、上流側ポート１０は、所定の真空ダクトを介してイオン源２と接続されている。このイオン源２から上流側ポート１０にビームＢが入射される。
【００１３】
イオン源２からビームライン１に入射されたビームＢは、その進行方向が偏向電磁石４により屈曲される。例えば、イオン源２から上流側ポート１０に入射されたＹ方向に進むビームＢが、偏向電磁石４が発生させる磁場によりＸ方向に曲がって進むようになる。なお、偏向電磁石４の位置および磁場強度は任意に変更可能となっている。
【００１４】
ビームライン１の偏向電磁石４は、超電導電磁石から成る。このようにすれば、強い磁場を発生させることができるので、偏向電磁石４の小型化を図ることができる。また、ビームライン１は、偏向電磁石４を超電導特性が発現される温度以下に冷却するための冷却装置を備える。なお、偏向電磁石４を高温超電導材で形成しても良い。
【００１５】
偏向電磁石４が超電導電磁石から成ることで、偏向電磁石４が従来の常電導電磁石に比べてコンパクトになる。また、偏向電磁石４が従来の常電導電磁石に比べてコンパクトになることで、ビームライン１のコンパクト化が図れる。
【００１６】
本実施形態では、ビームＢ１の曲率が最も大きい第１ポート１１と、その次にビームＢ２の曲率が大きい第２ポート１２と、ビームＢ３の曲率が小さい第３ポート１３との３つの下流側ポート１１，１２，１３が設けられている。
【００１７】
１つの上流側ポート１０は、偏向電磁石４の上流側の端辺４ａから突出される。３つの下流側ポート１１，１２，１３のうちの第１ポート１１および第２ポート１２は、偏向電磁石４の下流側の端辺４ｂから突出される。第３ポート１３は、偏向電磁石４の外周辺４ｃから突出される。
【００１８】
イオン源２から入射されたビームＢは、偏向電磁石４の磁場で曲げられることによって、ビームＢを構成するイオンの質量電荷比毎に分けられる。例えば、イオン源２にてメタン（ＣＨ４）ガスに基づいてビームＢを発生させた場合に、プロトンと、炭素イオン（Ｃ４＋）と、他のイオン（例えば、Ｃ１＋、Ｃ２＋）とに分けられる。そして、プロトンのビームＢ１（陽子線）は、第１ポート１１を通過する。炭素イオンのビームＢ２（重粒子線）は、第２ポート１２を通過する。他のイオンのビームＢ３は、第３ポート１３に到達する。
【００１９】
このように、本実施形態のビームライン１は、質量電荷比が異なる２種類のイオンのビームＢ１，Ｂ２が同時に通過可能となっている。このようにすれば、質量電荷比が異なる多種類のイオンのビームＢ１，Ｂ２を同時に利用することができる。
【００２０】
例えば、第１ポート１１を通過するプロトンのビームＢ１は、陽子線がん治療装置で利用できる。また、第２ポート１２を通過する炭素イオンのビームＢ２は、重粒子線がん治療装置で利用できる。つまり、陽子線がん治療装置と重粒子線がん治療装置とを併設しておき、これらを１つのイオン源２で同時に運用することができる。
【００２１】
第１ポート１１は、所定の真空ダクトを介して陽子線がん治療装置の初段の加速器に接続される。また、第２ポート１２は、所定の真空ダクトを介して重粒子線がん治療装置の初段の加速器に接続される。第１ポート１１および第２ポート１２は、利用可能なビームＢ１，Ｂ２を所定の加速器まで輸送する輸送用ポートとなっている。
【００２２】
第３ポート１３の端部近傍には、ビームＢ３のパラメータを測定する測定部１４が設けられる。第３ポート１３は、ビームＢ３のパラメータを測定する測定対象として設定された測定用ポートとなっている。なお、第３ポート１３の端部は、所定の蓋材１５で閉鎖されている。また、第３ポート１３に到達したビームＢ３は、測定部１４で測定されることで消滅する。つまり、第３ポート１３では、測定部１４でビームＢ３の破壊測定が行われる。
【００２３】
なお、測定部１４で測定されるビームＢ３パラメータには、ビームＢ３の強さを示すビーム電流値、またはビームＢ３の質を示すビームエミッタンスが含まれる。例えば、ビーム電流値の測定を行う場合は、測定部１４としてファラデーカップを用いる。このファラデーカップの材質には、例えば、銅、ステンレス、鉄、アルミニウム、真鍮またはこれらの合金が用いられる。また、ファラデーカップの電圧読取用の端子には、Ｎコネクタ、Ｍコネクタ、ＢＮＣコネクタ、ＳＨＶコネクタなどを用いる。
【００２４】
ビームエミッタンスの測定を行う場合には、例えば、スリットスキャン法を用いて測定できる。スリットの材質としては、例えば、銅、ステンレス、鉄、アルミニウム、真鍮、またはこれらの合金が用いられる。また、蛍光板としてアルミナ蛍光板が用いられる。
【００２５】
上流側ポート１０および下流側ポート１１，１２，１３は、導電性の材質で形成される。例えば、銅、ステンレス、鉄、アルミニウム、真鍮、またはこれらの合金が用いられる。また、パイレックス（登録商標）ガラス、石英ガラスなどの特定波長に対して透過性を有する絶縁物質を用いて上流側ポート１０および下流側ポート１１，１２，１３を形成し、その内面または外面に、メッシュまたはパンチングメタルなどの複数の小さな開口を有する金属素材を設けても良い。
【００２６】
３つの下流側ポート１１，１２，１３のそれぞれの偏向角度は、利用する質量電荷比のビームＢ毎に異なる曲げ角となっている。上流側ポート１０および下流側ポート１１，１２，１３の製作方法または接続方法には、溶接またはロー付けによる加工、同一素材を用いた削り出し加工、Ｏリングまたはガスケットによる接続などの方法が適用できる。
【００２７】
本実施形態では、第３ポート１３に到達したビームＢ３のパラメータを測定部１４で測定し、このパラメータに基づいて、第１ポート１１および第２ポート１２を通過するビームＢ１，Ｂ２のパラメータの推定を行う。
【００２８】
ビームライン管理装置５は、記憶部６と設定部７と推定部８と制御部９とを備え、これらは、メモリまたはＨＤＤに記憶されたプログラムがＣＰＵによって実行されることで実現される。
【００２９】
ビームライン管理装置５は、実運用前に全ての下流側ポート１１，１２，１３に到達するビームＢ１，Ｂ２，Ｂ３のパラメータを測定部１４で測定する（図２参照）。ここで、記憶部６は、この測定により得られた質量電荷比毎のビームＢ１，Ｂ２，Ｂ３のパラメータの相関関係を記憶する。
【００３０】
設定部７は、実運用時に３つの下流側ポート１１，１２，１３のうちの１つの下流側ポート１３を測定対象として設定する。本実施形態では、他のイオンのビームＢ３が到達する第３ポート１３を測定対象として設定する。
【００３１】
推定部８は、測定部１４で測定されたパラメータと記憶部６に記憶された相関関係とに基づいて、測定対象の下流側ポート１３とは異なる下流側ポート１１，１２を通過するビームＢ１，Ｂ２のパラメータを推定する。
【００３２】
制御部９は、測定部１４およびビームライン管理装置５の制御を行う。また、制御部９は、測定部１４で測定したビームＢのパラメータの解析またはその他の処理を行う。
【００３３】
本実施形態のビームライン管理装置５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤなどのハードウェア資源を有し、ＣＰＵが各種プログラムを実行することで、ソフトウェアによる情報処理がハードウェア資源を用いて実現されるコンピュータで構成される。さらに、本実施形態のビームライン１の運用方法は、プログラムをコンピュータに実行させることで実現される。
【００３４】
図２に示すように、ビームライン１の実運用前に、全ての下流側ポート１１，１２，１３に測定部１４が設けられる。また、ビームライン管理装置５の設定部７は、全ての下流側ポート１１，１２，１３を測定対象に設定する。
【００３５】
そして、イオン源２で発生させたビームＢが上流側ポート１０から入射される。ここで、偏向電磁石４の磁場により、ビームＢが３つの下流側ポート１１，１２，１３に向かって分かれる。これらのビームＢ１，Ｂ２，Ｂ３のパラメータが、それぞれの下流側ポート１１，１２，１３に設けられた測定部１４で測定される。なお、イオン源２で発生させるビームＢの出力を変化させつつ、ビームライン１に対するビームＢの入射を複数回行い、その都度、測定部１４でパラメータを測定する。
【００３６】
ビームライン管理装置５の制御部９は、複数の測定部１４で測定されたパラメータに基づいて、イオンの質量電荷比毎のビームＢ１，Ｂ２，Ｂ３のパラメータの相関関係を解析する。そして、この相関関係が取得される。ここで、相関関係とは、一方の変量が増加または減少すると、他方の変量が増加または減少する関係を示す。
【００３７】
例えば、第１ポート１１のビームＢ１のパラメータの変量と第３ポート１３のビームＢ３のパラメータの変量との関係を示す。また、第２ポート１２のビームＢ２のパラメータの変量と第３ポート１３のビームＢ３のパラメータの変量との関係を示す。なお、第１ポート１１のビームＢ１のパラメータの変量と第２ポート１２のビームＢ２のパラメータの変量との関係であっても良い。
【００３８】
ビームライン管理装置５の制御部９は、取得された相関関係を示す情報を記憶部６に記憶する。この記憶部６に記憶された情報は、推定部８でビームＢ１，Ｂ２のパラメータを推定するときに用いられる。そして、ビームライン１の実運用を開始する。
【００３９】
なお、本実施形態の「実運用前」とは、ビームライン１を通過したビームＢ１，Ｂ２を用いて所定の作用を生じさせる処理を行う前であれば良い。例えば、重粒子線がん治療装置の場合は、ビームＢ１，Ｂ２を用いて実際に治療を行う前であれば良い。さらに、治療装置を設置したときの初期調整時でも良いし、定期点検時でも良いし、治療直前のテスト照射時でも良い。
【００４０】
また、本実施形態の「実運用時」とは、ビームライン１を通過したビームＢ１，Ｂ２を用いて所定の作用を生じさせる処理を行う時であれば良い。例えば、重粒子線がん治療装置の場合は、ビームＢ１，Ｂ２を用いて実際に治療を行う時であれば良い。
【００４１】
図１に示すように、ビームライン１の実運用時には、第３ポート１３にのみに測定部１４が設けられる。また、ビームライン管理装置５の設定部７は、第３ポート１３を測定対象に設定する。
【００４２】
そして、イオン源２で発生させたビームＢが上流側ポート１０から入射される。ここで、偏向電磁石４の磁場により、ビームＢが３つの下流側ポート１１，１２，１３に向かって分かれる。本実施形態では、プロトンのビームＢ１は、第１ポート１１を通過して陽子線がん治療装置の加速器に輸送される。炭素イオンのビームＢ２は、第２ポート１２を通過して重粒子線がん治療装置の加速器に輸送される。他のイオンのビームＢ３は、第３ポート１３に到達し、このビームＢ３のパラメータが測定部１４で測定される。
【００４３】
ビームライン管理装置５の推定部８は、測定部１４で測定されたパラメータと記憶部６に記憶された相関関係とに基づいて、第１ポート１１を通過したビームＢ１のパラメータを推定する。さらに、推定部８は、測定部１４で測定されたパラメータと記憶部６に記憶された相関関係とに基づいて、第２ポート１２を通過したビームＢ２のパラメータを推定する。
【００４４】
このようにすれば、ビームライン１を実際に通過するビームＢ１，Ｂ２のパラメータを保証することができる。また、適切な出力値で粒子線ビームＢ１，Ｂ２が患部に照射されたことを保証することができる。つまり、本実施形態では、実運用前に測定されたビームＢ１，Ｂ２，Ｂ３のパラメータに基づいて、実運用時にビームＢ１，Ｂ２のパラメータを保証することができる。また、質量電荷比が異なるビームＢ１，Ｂ２を同時に利用することができる。さらに、利用しない第３ポート１３のビームＢ３をパラメータの測定用に用いることができるので、無駄に消滅するビームＢ３が無くなり、加速器施設のビーム利用効率を向上させることができる。
【００４５】
図１に示すように、本実施形態の偏向電磁石４は、イオン源２から上流側ポート１０に入射されたビームＢの進行方向を最大で９０度変化させる。例えば、プロトンのビームＢ１を例示すると、イオン源２からＹ方向に進むビームＢが偏向電磁石４の下流側の端辺４ｂでＸ方向に進むようになる。
【００４６】
本実施形態では、第１ポート１１と第２ポート１２のそれぞれの延設方向Ｅ１，Ｅ２と偏向電磁石４の下流側の端辺４ｂの垂線Ｐとのなす角θを互いに異ならせる。例えば、第１ポート１１と第２ポート１２とが突出される偏向電磁石４の下流側の端辺４ｂと一致する仮想線Ｖと、この仮想線Ｖの垂線Ｐを規定する。ここで、この垂線Ｐと第１ポート１１の延設方向Ｅ１とがなす角θは、ゼロ度である。一方、この垂線Ｐと第２ポート１２の延設方向Ｅ２とがなす角θは、所定の角度を有している。つまり、第１ポート１１と第２ポート１２のそれぞれの延設方向Ｅ１，Ｅ２が垂線Ｐに対して異なっている。
【００４７】
そのため、偏向電磁石４により発生するＺ方向の磁場強度が第１ポート１１と第２ポート１２とで、それぞれ異なるようになる。つまり、Ｚ方向の磁場強度が第１ポート１１と第２ポート１２とでそれぞれ異なる分布となる。
【００４８】
ここで、なす角θが大きくなるほど、ビームＢ１，Ｂ２に加わる収束力が強くなる。例えば、なす角θが大きい第２ポート１２では、第１ポート１１よりも、ビームＢ２がＹ方向に収束され、Ｚ方向に発散される。このように、下流側ポート１１，１２の偏向電磁石４に対する角度で変えることで、ビームＢ１，Ｂ２に加えられる収束力を変えることができる。
【００４９】
本実施形態では、偏向電磁石４によりビームＢ１，Ｂ２に付与される収束力を下流側ポート１１，１２毎に異ならせることができる。また、延設方向Ｅ１，Ｅ２の角度を調整することで、質量電荷比毎に適切な収束力をビームＢ１，Ｂ２に与えることができる。このようにすれば、第１ポート１１と第２ポート１２とで、それぞれ異なる質量電荷比毎に、それぞれ異なるビームサイズを得ることができるため、ビームライン１の下流へのビームＢ１，Ｂ２の輸送が容易になることが期待できる。
【００５０】
次に、ビームライン１による実運用前の事前処理について図３のフローチャートを用いて説明する。このビームライン１の動作によって受動的に生じる作用を含めて説明する。なお、図２を適宜参照する。
【００５１】
図３に示すように、まず、ステップＳ１１において、ビームライン１の運用者は、全ての下流側ポート１１，１２，１３に測定部１４を配置する。ここで、ビームライン管理装置５の設定部７は、全ての下流側ポート１１，１２，１３を測定対象に設定する。
【００５２】
次のステップＳ１２において、イオン源２で発生させたビームＢが上流側ポート１０から入射される。
【００５３】
次のステップＳ１３において、偏向電磁石４の磁場により、ビームＢが３つの下流側ポート１１，１２，１３に向かって分離される。
【００５４】
次のステップＳ１４において、全ての下流側ポート１１，１２，１３のビームＢ１，Ｂ２，Ｂ３のパラメータが、それぞれの下流側ポート１１，１２，１３に設けられた測定部１４で測定される。ここで、ビームライン管理装置５の制御部９は、この測定結果を取得する。なお、イオン源２で発生させるビームＢの出力を変化させつつ、ビームライン１に対するビームＢの入射を複数回行い、その都度、測定部１４でパラメータを測定する。
【００５５】
次のステップＳ１５において、ビームライン管理装置５の制御部９は、複数の測定部１４で測定されたパラメータに基づいて、イオンの質量電荷比毎のビームＢ１，Ｂ２，Ｂ３のパラメータの相関関係を解析する。そして、この相関関係が取得される。
【００５６】
次のステップＳ１６において、ビームライン管理装置５の制御部９は、取得された相関関係を示す情報を記憶部６に記憶する。そして、処理を終了する。
【００５７】
次に、ビームライン１による実運用時のビーム輸送処理について図４のフローチャートを用いて説明する。このビームライン１の動作によって受動的に生じる作用を含めて説明する。なお、図１を適宜参照する。
【００５８】
図４に示すように、まず、ステップＳ２１において、ビームライン１の運用者は、第３ポート１３にのみに測定部１４を配置する。また、ビームライン管理装置５の設定部７は、第３ポート１３を測定対象に設定する。
【００５９】
次のステップＳ２２において、イオン源２で発生させたビームＢが上流側ポート１０から入射される。
【００６０】
次のステップＳ２３において、偏向電磁石４の磁場により、ビームＢが３つの下流側ポート１１，１２，１３に向かって分離される。
【００６１】
次のステップＳ２４において、測定用ポートとしての第３ポート１３のビームＢ３のパラメータが、第３ポート１３に設けられた測定部１４で測定される。ここで、ビームライン管理装置５の制御部９は、この測定結果を取得する。
【００６２】
次のステップＳ２５において、ビームライン管理装置５の推定部８は、測定部１４で測定されたパラメータと記憶部６に記憶された相関関係とに基づいて、輸送用ポートとしての第１ポート１１および第２ポート１２を通過したビームＢ１，Ｂ２のパラメータを推定する。そして、処理を終了する。
【００６３】
次に変形例のビームライン１について図５を用いて説明する。図５に示すように、変形例のビームライン１では、第１ポート１１および第２ポート１２のそれぞれの端部に、ビームＢ１，Ｂ２が出力可能な状態と出力不能な状態とを切り換えるダンプ部１６が設けられる。
【００６４】
ダンプ部１６は、第１ポート１１および第２ポート１２のそれぞれを蓋材で開閉させる機構を有する駆動装置である。なお、ダンプ部１６は、ビームライン１の真空を破ることなく動作可能である。そして、第１ポート１１または第２ポート１２を必要に応じて選択的に開閉させることができる。
【００６５】
このダンプ部１６の材質には、例えば、銅、ステンレス、鉄、アルミニウム、真鍮またはこれらの合金が用いられる。ダンプ部１６の動作機構として、第１ポート１１または第２ポート１２に接続された回転導入器または直線導入器を用いる。例えば、回転導入器は、蓋材の回転動作によりポート１１，１２の開閉を行うようにする。また、直線導入器では、蓋材の直線動作によりポート１１，１２の開閉を行うようにする。
【００６６】
なお、ダンプ部１６は、その他の方法で、第１ポート１１または第２ポート１２を開閉しても良い。例えば、ウィルソンシールなどの部材で真空封止した棒状の治具などを用いて、第１ポート１１または第２ポート１２を開閉しても良い。
【００６７】
ダンプ部１６が、第１ポート１１または第２ポート１２を必要に応じて選択的に真空を破ることなく動作することで、ビームライン１の真空度を保ちながら、ビームＢ１，Ｂ２が出力可能な状態と出力不能な状態とを切り換えることができる。そのため、効率的に切り換えを行うことができる。また、第１ポート１１または第２ポート１２を任意にダンプ（開閉）することで、ビームライン１の下流側の輸送系の放射化を抑制することができる。
【００６８】
この変形例では、第１ポート１１および第２ポート１２から出力されるビームＢ１，Ｂ２の出力の可否を制御することができる。
【００６９】
従来の加速器施設において、イオン源から出射されたビームは、初段の高周波四重極線形加速器（ＲＦＱ：Radio Frequency Quadrupole linac）への入射前に、偏向電磁石を用いて利用したい質量電荷比のビームのみ選別し、それ以外のビームが真空ダクトの壁面に衝突されて失われる。この失われるビームには、利用可能な質量電荷比のビームも含まれているため、加速器施設のビームの利用効率が悪い。また、低エネルギー領域でビームのパラメータ測定を行う際には、破壊測定で行われることが多い。そのため、非破壊測定を行う場合と比べて加速器施設のビーム利用効率が悪化する傾向にある。そこで、本実施形態のビームライン１では、複数種類の質量電荷比のビームＢ１，Ｂ２のそれぞれを利用できるようにしている。
【００７０】
本実施形態では、１つのイオン源２で複数の質量電荷比のビームＢ１，Ｂ２を利用できる。そのため、従来では、用途別に複数のイオン源が必要であったが、本実施形態では、多目的なビームＢ１，Ｂ２の利用を１つのイオン源２で行うことが可能となる。そのため、イオン源２に関連する機器数を減らせるので、加速器施設のコンパクト化およびコスト削減が期待できる。
【００７１】
さらに、偏向電磁石４の下流側で利用しない質量電荷比のビームＢ３に対しても、測定用ポート１３を設けて、ビームＢ３のパラメータを測定し、予め質量電荷比毎のビームＢ１，Ｂ２，Ｂ３のパラメータの相関関係を取得する。このようにすれば、利用しない質量電荷比のビームＢ３のパラメータに基づいて、利用する質量電荷比のビームＢ１，Ｂ２のパラメータを間接的に見積もることができる。
【００７２】
本実施形態では、加速器施設のビームＢの利用効率を改善できる。また、１つのイオン源２から複数種類のビームＢ１，Ｂ２を同時に利用することにより、入射器を構成する機器数を減少させることができる。さらに、入射器部分のコンパクト化および省スペース化が期待できる。
【００７３】
なお、本実施形態のフローチャートにおいて、各ステップが直列に実行される形態を例示しているが、必ずしも各ステップの前後関係が固定されるものでなく、一部のステップの前後関係が入れ替わっても良い。また、一部のステップが他のステップと並列に実行されても良い。
【００７４】
本実施形態のビームライン管理装置５は、専用のチップ、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、またはＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサを高集積化させた制御装置と、ＲＯＭ（Read Only Memory）またはＲＡＭ（Random Access Memory）などの記憶装置と、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）またはＳＳＤ（Solid State Drive）などの外部記憶装置と、ディスプレイなどの表示装置と、マウスまたはキーボードなどの入力装置と、通信インターフェースとを備える。このビームライン管理装置５は、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成で実現できる。
【００７５】
なお、本実施形態のビームライン管理装置５で実行されるプログラムは、ＲＯＭなどに予め組み込んで提供される。もしくは、このプログラムは、インストール可能な形式または実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、メモリカード、ＤＶＤ、フレキシブルディスク（ＦＤ）などのコンピュータで読み取り可能な非一過性の記憶媒体に記憶されて提供するようにしても良い。
【００７６】
また、このビームライン管理装置５で実行されるプログラムは、インターネットなどのネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせて提供するようにしても良い。また、このビームライン管理装置５は、構成要素の各機能を独立して発揮する別々のモジュールを、ネットワークまたは専用線で相互に接続し、組み合わせて構成することもできる。
【００７７】
なお、本実施形態では、陽子線がん治療装置および重粒子線がん治療装置に対してビームライン１を適用しているが、その他の態様であっても良い。例えば、本実施形態のビームライン１を、陽子線がん治療装置または重粒子線がん治療装置のいずれか一方に適用しても良い。
【００７８】
なお、本実施形態のビームライン１を他の治療装置に適用しても良い。例えば、ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ：Boron Neutron Capture Therapy）に用いられる治療装置に適用しても良い。中性子捕捉療法用の治療装置では、ビームＢ１を所定のターゲットに当てて中性子を発生させる。そして、ホウ素を含む薬剤が投与された患者に対して、中性子を照射することで治療を行うようにする。
【００７９】
なお、本実施形態のビームライン１を、原子核実験用加速器施設、原子炉を用いた核特性施設、その他の研究用加速器施設で用いても良い。
【００８０】
なお、本実施形態では、イオン源２にメタンガスを導入することで、プロトンのビームＢ１と炭素イオンのビームＢ２とがビームライン１を通過されるようになっているが、その他の態様であっても良い。例えば、イオン源２にアルゴンガスを導入することで、アルゴンイオンのビームがビームライン１を通過されるようにしても良い。
【００８１】
なお、本実施形態では、ビームライン１に３つの下流側ポート１１，１２，１３を設け、そのうち２つを輸送用ポート１１，１２とし、残り１つを測定用ポート１３としているが、その他の態様であっても良い。例えば、２つの下流側ポート１１，１２のみを設けるようにし、一方の下流側ポート１１を輸送用ポートとし、他方の下流側ポート１２を測定用ポートとしても良い。また、輸送用ポートと測定用ポートとを交互に切り換えるようにしても良い。例えば、プロトンのビームＢ１が通過する第１ポート１１と、炭素イオンのビームＢ２が通過する第２ポート１２とを交互に測定対象として設定しても良い。そして、第１ポート１１をプロトンのビームＢ１が通過する場合には、第２ポート１２を測定対象とし、第２ポート１２を炭素イオンのビームＢ２が通過する場合には、第１ポート１１を測定対象とする。プロトンのビームＢ１と炭素イオンのビームＢ２とのパラメータの相関関係を予め取得しておくことで、それぞれのビームＢ１，Ｂ２のパラメータを非破壊的に推定することができる。
【００８２】
以上説明した実施形態によれば、測定部で測定されたパラメータに基づいて、測定対象の下流側ポートとは異なる下流側ポートを通過するビームのパラメータを推定する推定部を備えることにより、ビームラインを実際に通過するビームのパラメータを保証することができる。
【００８３】
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。
【符号の説明】
【００８４】
１…ビームライン、２…イオン源、３…真空ダクト、４…偏向電磁石、４ａ…偏向電磁石の上流側の端辺、４ｂ…偏向電磁石の下流側の端辺、４ｃ…偏向電磁石の外周辺、５…ビームライン管理装置、６…記憶部、７…設定部、８…推定部、９…制御部、１０…上流側ポート、１１…第１ポート（下流側ポート，輸送用ポート）、１２…第２ポート（下流側ポート，輸送用ポート）、１３…第３ポート（下流側ポート，測定用ポート）、１４…測定部、１５…蓋材、１６…ダンプ部、Ｂ（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３）…ビーム、Ｅ１…第１ポートの延設方向、Ｅ２…第２ポートの延設方向、Ｐ…垂線、Ｖ…仮想線。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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