(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子を加速する加速器から取り出した荷電粒子ビームを、照射対象に照射する照射装置まで、輸送するビーム輸送ラインにおける荷電粒子ビームの進行方向に対して交差面において、基準となる位置としての当該荷電粒子ビームの基準運動量の軌道の位置から、当該基準運動量を変化させてずらした荷電粒子ビームの位置の差分を運動量差で表し、この運動量差で表される運動量分散関数の測定を、前記変化させる位置よりも進行方向の下流側で行い、運動量分散関数の補正の用に供するビーム測定装置であって、
前記ビーム輸送ラインの前記荷電粒子ビームの軌道に入出可能であり、前記荷電粒子ビームの軌道に入った際に当該荷電粒子ビームを通過させて当該荷電粒子ビームのエネルギを変更する微小エネルギ吸収体と、
該微小エネルギ吸収体による当該荷電粒子ビームのエネルギの変更に基づき、前記ビーム輸送ラインにおける当該荷電粒子ビームの運動量分散関数の測定を行い、該微小エネルギ吸収体の下流側に配置される運動量分散関数測定手段とを
備えることを特徴とするビーム測定装置。
【請求項２】
前記運動量分散関数を測定するとともに所定値または許容値内に補正を行う
ことを特徴とする請求項１に記載のビーム測定装置。
【請求項３】
前記加速器から取り出した荷電粒子ビームを照射装置まで輸送するビーム輸送ラインにおいて、
前記荷電粒子ビームを所定方向に偏向させる偏向電磁石の下流に、前記運動量分散関数測定手段による運動量分散関数の測定に用いられるビームモニタが位置し、該ビームモニタより上流かつ該偏向電磁石よりも上流に、前記微小エネルギ吸収体が入出可能に設けられ、
前記運動量分散関数を所定値または許容範囲内に補正を行う場合における当該補正に用いられる電磁石を、当該微小エネルギ吸収体と偏向電磁石との間に有して、前記荷電粒子ビームを照射する照射対象位置での前記運動量分散関数を所定値または許容範囲内にする
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のビーム測定装置。
【請求項４】
前記運動量分散関数測定手段は、前記微小エネルギ吸収体を通過した前記荷電粒子ビームのビームプロファイルを測定するビームモニタを有し、
前記運動量分散関数測定手段は、前記微小エネルギ吸収体の前記荷電粒子ビームの軌道への入出による当該荷電粒子ビームのエネルギを変更後、前記ビームモニタで測定した当該エネルギが変更された荷電粒子ビームのビームプロファイルに基づく当該荷電粒子ビームの荷電粒子の重心位置の計算を行うことで、前記運動量分散関数を自動測定する自動測定制御手段を備える
ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載のビーム測定装置。
【請求項５】
測定した前記運動量分散関数の測定値に基づき、前記運動量分散関数の値が目標値になるように補正する自動補正制御手段と、
前記ビーム輸送ラインにおける前記微小エネルギ吸収体の下流に設けられ前記荷電粒子ビームに磁場を付与する補正用電磁石と、
前記自動補正制御手段の補正に従って前記補正用電磁石に印加する電流を変更する補正用電磁石制御手段とを備える
ことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載のビーム測定装置。
【請求項６】
前記目標値は、０である
ことを特徴とする請求項５に記載のビーム測定装置。
【請求項７】
前記運動量分散関数の補正を行う場合における当該補正に用いられる電磁石として、前記ビーム輸送ラインにおいて前記荷電粒子ビームを収束させる収束用四極電磁石、および前記荷電粒子ビームを発散させる発散用四極電磁石の少なくとも１つを、前記運動量分散関数測定手段の前記進行方向の上流側に配置して使用し、
当該四極電磁石を調整することで、前記運動量分散関数の補正を行う制御機能をビーム輸送ラインに付加する
ことを特徴とする請求項１から請求項６の何れか一項に記載のビーム測定装置。
【請求項８】
前記運動量分散関数の測定時に前記荷電粒子ビームの軌道に入れた前記微小エネルギ吸収体は、前記運動量分散関数の測定時以外の、実際の荷電粒子ビームの前記照射装置から照射対象への照射時には、前記荷電粒子ビームの軌道から抜くよう制御される
ことを特徴とする請求項１から請求項７の何れか一項に記載のビーム測定装置。
【請求項９】
前記運動量分散関数の測定が行われた後、または、前記運動量分散関数を測定するとともに該運動量分散関数の補正を行う場合における当該補正が行われた後、前記運動量分散関数測定手段による運動量分散関数の測定に用いられるビームモニタは、前記荷電粒子ビームの軌道から抜くよう制御される
ことを特徴とする請求項１から請求項８の何れか一項に記載のビーム測定装置。
【請求項１０】
前記微小エネルギ吸収体が、下記（１）から（３）の何れかの構造を有する、
（１）  前記微小エネルギ吸収体は、複数で構成され、
複数の前記微小エネルギ吸収体の何れかが単体または組み合わされ重なって前記荷電粒子ビームの軌道上に配置される、
（２）  前記微小エネルギ吸収体は、前記荷電粒子ビームが通過する異なる厚さおよび／または異なる材質をもつビーム透過領域と、前記荷電粒子ビームが通過する空隙が形成される切り欠き部とを有し、回転自在に設けられ、
前記微小エネルギ吸収体が回転され、前記微小エネルギ吸収体の前記ビーム透過領域または前記切り欠き部の空隙のうちの何れかが、前記荷電粒子ビームの軌道上に配置される、
（３）  前記微小エネルギ吸収体は、前記荷電粒子ビームが通過する同じまたは異なる厚さおよび／または同じまたは異なる材質をもつビーム透過領域と、前記荷電粒子ビームが通過する空隙が形成される切り欠き部とを有する単微小エネルギ吸収体が、複数で構成され、前記複数の単微小エネルギ吸収体がそれぞれ回転自在に設けられ、
前記各単微小エネルギ吸収体がそれぞれ回転され、前記各単微小エネルギ吸収体の前記ビーム透過領域または前記切り欠き部の空隙のうちの何れかが、前記荷電粒子ビームの軌道上に配置される、
ことを特徴とする請求項１から請求項９の何れか一項に記載のビーム測定装置。
【請求項１１】
荷電粒子を加速する加速器と、該加速器から取り出した荷電粒子ビームを照射装置まで輸送するビーム輸送ラインと、請求項１から請求項１０の何れか一項に記載のビーム測定装置とを備えたビーム輸送システム。
【請求項１２】
荷電粒子を加速する加速器から取り出した荷電粒子ビームを、照射対象に照射する照射装置まで、輸送するビーム輸送ラインにおける荷電粒子ビームの進行方向に対して交差面において、基準となる位置としての当該荷電粒子ビームの基準運動量の軌道の位置から、当該基準運動量を変化させてずらした荷電粒子ビームの位置の差分を運動量差で表し、この運動量差で表される運動量分散関数の測定を、前記変化させる位置よりも進行方向の下流側で行い、運動量分散関数の補正の用に供するビーム測定装置の測定方法であって、
前記ビーム測定装置は、前記荷電粒子ビームの軌道に入出できる微小エネルギ吸収体と運動量分散関数測定手段とを備え、
前記微小エネルギ吸収体は、前記ビーム輸送ラインの前記荷電粒子ビームの軌道に入れられた際に、当該荷電粒子ビームを通過させることで当該荷電粒子ビームのエネルギを変更し、
前記運動量分散関数測定手段は、前記微小エネルギ吸収体による当該荷電粒子ビームのエネルギの変更に基づき、前記ビーム輸送ラインにおける当該荷電粒子ビームの運動量分散関数の測定を行い、該微小エネルギ吸収体の下流側に配置される
ことを特徴とするビーム測定装置の測定方法。
【請求項１３】
前記運動量分散関数測定手段は、前記微小エネルギ吸収体を通過した前記荷電粒子ビームのビームプロファイルを測定するビームモニタを有し、
前記運動量分散関数測定手段は、自動測定制御手段を有し、
前記微小エネルギ吸収体の前記荷電粒子ビームの軌道への入出によって当該荷電粒子ビームのエネルギが変更され、
前記自動測定制御手段は、前記ビームモニタで測定した当該エネルギが変更された荷電粒子ビームのビームプロファイルに基づく当該荷電粒子ビームの荷電粒子の重心位置の計算を行うことで、前記運動量分散関数を自動測定する
ことを特徴とする請求項１２に記載のビーム測定装置の測定方法。
【請求項１４】
前記ビーム測定装置は、自動補正制御手段と、前記ビーム輸送ラインにおける前記微小エネルギ吸収体の下流に設けられ前記荷電粒子ビームに磁場を付与する補正用電磁石と、補正用電磁石制御手段とを備え、
前記自動補正制御手段は、測定した前記運動量分散関数の測定値に基づき、前記運動量分散関数の値が目標値になるように補正し、
前記補正用電磁石制御手段は、前記自動補正制御手段の補正に従って前記補正用電磁石に印加する電流を変更する
ことを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載のビーム測定装置の測定方法。
【請求項１５】
前記目標値は、０である
ことを特徴とする請求項１４に記載のビーム測定装置の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加速器科学に係り、より詳細には荷電粒子ビームが進む基準軌道との位置の差分を、運動量差を用いて表す運動量分散関数を求めるビーム測定装置およびその測定方法、ビーム輸送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
加速器で加速された荷電粒子ビームを輸送するビームライン上には、そのビームラインの軌道と直交する平面上においてＸ座標（水平方向）とＺ座標（鉛直方向）を設けると、基準となる運動量を持つ粒子が進む軌道と、その基準運動量(Ｐ)と僅かに異なる運動量(ΔＰ)を持った荷電粒子が進む軌道との、水平方向の位置の差分が存在し、その差分を運動量差を用いて表すための運動量分散関数(Ｄｘ)が存在する。ΔＸを軌道の位置の差分とすると、運動量分散関数Ｄｘを用いて下記の(１)式で表される。
ΔＸ＝Ｄｘ(ΔＰ／Ｐ)                        (１)
【０００３】
なお、前記(１)式では、水平方向(Ｘ)を表したが、鉛直方向(Ｚ)の運動量分散関数Ｄｚも同様に表される。運動量分散関数Ｄｚは、方向が異なるだけで、運動量分散関数Ｄｘと同様であるので、以下、運動量分散関数Ｄｘについての説明を行い、運動量分散関数Ｄｚについての説明は省略する。
【０００４】
ビーム輸送ラインを通る荷電粒子ビームはその軌道と直交する平面上において有限の運動量の拡がりを持ち、(１)式より、運動量分散関数(Ｄｘ)が大きい場所ほど運動量の異なる粒子は、互いに離れた軌道、すなわちΔＸ離れた軌道を通る。
そのため、多くの加速器利用による素粒子実験や粒子線治療などの場合、ビーム輸送ラインの最下流にあるターゲット（試料や腫瘍など）へ荷電粒子ビームを照射する際、(１)式より、離れた軌道(ΔＸ)を解消して照射精度を高めるため、ターゲットの位置での運動量分散関数(Ｄｘ)は０にされることが求められる。
【０００５】
このことより、従来あるビーム輸送ライン上での運動量分散関数(Ｄｘ)を測定する方法として、ビーム輸送ラインの上流にある加速器側でビームの運動量を変更することにより、ビームモニタなどを用いてビーム輸送ライン上でのそのビーム軌道と直交する平面上におけるビームの重心変化を測定して運動量分散関数(Ｄｘ)を求める方法がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】T. Furukawa, et al., “Optical matching of a slowly extracted beam with transport line”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 560 (2006) 191-196
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来のビーム輸送ライン上での運動量分散関数(Ｄｘ)の測定方法では、加速器でビームの運動量を変更するため、一回の測定に手間と時間がかかり、１点の測定点では決めることが困難な運動量分散関数(Ｄｘ)に対して、その測定、調整等を行うにしては大変不便であった。
例えば、ビームの重心変化の測定で数１０分、加速器でのビームの運動量の変更などの補正で数時間もかかる現状にある。そのため、粒子のエネルギ変更、粒子の核種変更、定期的検査などで、１日３回調整を行うとすると、時間がかかり過ぎ、実用に耐えないものとなっている。
【０００８】
本発明は上記実状に鑑み、運動量分散関数を簡易に測定できるとともに所定値に補正を行えるビーム測定装置およびその測定方法、ビーム輸送システムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成すべく、第１の本発明に関わるビーム測定装置は、荷電粒子を加速する加速器から取り出した荷電粒子ビームを、照射対象に照射する照射装置まで、輸送するビーム輸送ラインにおける荷電粒子ビームの進行方向に対して交差面において、基準となる位置としての当該荷電粒子ビームの基準運動量の軌道の位置から、当該基準運動量を変化させてずらした荷電粒子ビームの位置の差分を運動量差で表し、この運動量差で表される運動量分散関数の測定を、前記変化させる位置よりも進行方向の下流側で行い、運動量分散関数の補正の用に供するビーム測定装置であって、前記ビーム輸送ラインの前記荷電粒子ビームの軌道に入出可能であり、前記荷電粒子ビームの軌道に入った際に当該荷電粒子ビームを通過させて当該荷電粒子ビームのエネルギを変更する微小エネルギ吸収体と、該微小エネルギ吸収体による当該荷電粒子ビームのエネルギの変更に基づき、前記ビーム輸送ラインにおける当該荷電粒子ビームの運動量分散関数の測定を行い、該微小エネルギ吸収体の下流側に配置される運動量分散関数測定手段とを備えている。
【００１０】
第２の本発明に関わるビーム輸送システムは、荷電粒子を加速する加速器と、該加速器から取り出した荷電粒子ビームを照射装置まで輸送するビーム輸送ラインと、第１の本発明のビーム測定装置とを備えている。
【００１１】
第３の本発明に関わるビーム測定装置の測定方法は、荷電粒子を加速する加速器から取り出した荷電粒子ビームを、照射対象に照射する照射装置まで、輸送するビーム輸送ラインにおける荷電粒子ビームの進行方向に対して交差面において、基準となる位置としての当該荷電粒子ビームの基準運動量の軌道の位置から、当該基準運動量を変化させてずらした荷電粒子ビームの位置の差分を運動量差で表し、この運動量差で表される運動量分散関数の測定を、前記変化させる位置よりも進行方向の下流側で行い、運動量分散関数の補正の用に供するビーム測定装置の測定方法であって、前記ビーム測定装置は、前記荷電粒子ビームの軌道に入出できる微小エネルギ吸収体と運動量分散関数測定手段とを備え、前記微小エネルギ吸収体は、前記ビーム輸送ラインの前記荷電粒子ビームの軌道に入れられた際に、当該荷電粒子ビームを通過させることで当該荷電粒子ビームのエネルギを変更し、前記運動量分散関数測定手段は、前記微小エネルギ吸収体による当該荷電粒子ビームのエネルギの変更に基づき、前記ビーム輸送ラインにおける当該荷電粒子ビームの運動量分散関数の測定を、該微小エネルギ吸収体の下流側で行っている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、運動量分散関数を簡易に測定できるとともに所定値に補正を行えるビーム測定装置およびその測定方法、ビーム輸送システムを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る実施形態のビーム測定装置を適用した典型的な粒子線照射装置を上方から見た概念図である。
【図２】実施形態のビーム輸送ラインにおける微小エネルギ吸収材入れ替え装置の内部構造を示す荷電粒子ビームの進行方向に沿った縦断面図である。
【図３】実施形態のビーム輸送ラインにおける荷電粒子ビームの運動量分布の変化を示す図である。
【図４】(ａ)は実施形態の荷電粒子ビームの基準運動量が変化した場合の第２のビームモニタで観測されるビームプロファイルの変化を表す図であり、(ｂ)は荷電粒子ビームの基準運動量からの位置の差分ΔＸを示す図である。
【図５】実施形態の荷電粒子ビームの運動量の変化ΔＰ／Ｐに対する荷電粒子ビームの重心の水平方向座標の変化ΔＸを示す図である。
【図６】実施形態のビーム測定装置によるビーム輸送ラインの運動量分散関数の自動測定および運動量分散関数を許容値内に自動補正する制御の一例を示すフロー図である。
【図７】変形形態１の微小エネルギ吸収材入れ替え装置を示す斜視図である。
【図８】変形形態２の微小エネルギ吸収材入れ替え装置を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る実施形態のビーム測定装置を適用した粒子線照射装置Ｔの概念図である。
粒子線照射装置(ビーム輸送システム)Ｔは、ビーム測定装置を適用した典型的な粒子線照射装置である。粒子線照射装置Ｔは、水素、ヘリウム、炭素イオンの原子核などの荷電粒子の粒子線を照射対象(ターゲット)の試料、患部などに所定線量照射する。
ここで、ビーム測定装置とは、荷電粒子が進む軌道においてその軌道と直交する平面上における荷電粒子の通過位置の差分を、運動量差を用いて表すための運動量分散関数(Ｄｘ、Ｄｚ)を求め、運動量分散関数Ｄｘ(Ｄｚ)を許容値Δｘ(Δｚ)内に自動補正する装置である。
【００１５】
粒子線照射装置Ｔは、荷電粒子を高エネルギまで加速し荷電粒子ビームとして周回させるシンクロトロン１と、シンクロトロン１から取り出した荷電粒子ビームｂを輸送するビーム輸送ライン２とを具備している。
なお、図１では、ビーム輸送ライン２の上流加速器としてシンクロトロン１を例に図示しているが、その他の円形加速器や線形加速器などであってもよい。
【００１６】
＜シンクロトロン１＞
シンクロトロン１は、環状に構成され、荷電粒子ビームに付与する加速高周波電場の周期を粒子回転周期に同期させることにより、炭素の原子核などの荷電粒子を高エネルギまで加速する。そのため、シンクロトロン１は「加速器」に相当する。
【００１７】
シンクロトロン１は、図示しない主要構成機器として、シンクロトロン１内の荷電粒子ビームに与える高周波電場を発生させる高周波加速空洞と、内部を進む荷電粒子ビームを周回軌道に保つための偏向電磁石と、周回軌道上における荷電粒子ビームを収束・発散させる収束用・発散用四極電磁石と、シンクロトロン１内の荷電粒子ビームのビームプロファイル、線量を測定するビームモニタと、当該荷電粒子ビームのベータトロン振動の三次共鳴を励起し、位相空間上で安定周回領域と共鳴領域を分割・形成するセパラトリクス生成用六極電磁石と、クロマティシティを調整するためのクロマティシティ補正用六極電磁石と、シンクロトロン１内を周回する荷電粒子ビームをビーム輸送ライン２に取り出す際にＲＦ(Radio  Frequency)−ＫＯ(Knockout)電圧を当該荷電粒子ビームに印加するＲＦ−ＫＯ電極と、荷電粒子ビームをビーム輸送ライン２に向けて出射するためのデフレクタ電極３とを備えている。
【００１８】
＜ビーム輸送ライン２＞
ビーム輸送ライン２は、シンクロトロン１で所定の速度に加速され取り出された荷電粒子ビームｂを照射装置(図示せず)に輸送するラインであり、配管２ｈの下流には、照射室において照射対象に取り出した粒子線を照射する照射装置が接続されている。
ビーム輸送ライン２は、シンクロトロン１近くの配管２ｈの上流側から、ビーム測定装置を構成する微小エネルギ吸収材入れ替え装置１０、ビーム輸送ライン２における荷電粒子ビームｂを収束させる第１の収束用四極電磁石５Ａ、当該ラインにおける荷電粒子ビームｂを発散させる第１の発散用四極電磁石６Ａ、当該荷電粒子ビームｂの軌道補正用の第１のステアリング電磁石７Ａ、荷電粒子ビームｂのビームプロファイル、線量を測定する第１のビームモニタ８Ａ、および、荷電粒子ビームｂを所定方向に偏向させる偏向電磁石９を備えている。
【００１９】
さらに、ビーム輸送ライン２は、偏向電磁石９の下流に、偏向電磁石９から出た荷電粒子ビームｂを収束させる第２の収束用四極電磁石５Ｂ、偏向電磁石９から出た荷電粒子ビームｂを発散させる第２の発散用四極電磁石６Ｂ、偏向電磁石９から出た荷電粒子ビームｂの軌道補正用の第２のステアリング電磁石７Ｂ、偏向電磁石９から出た荷電粒子ビームｂのビームプロファイル、線量を測定する第２のビームモニタ(運動量分散関数測定手段、自動測定制御手段)８Ｂを備えている。
【００２０】
さらに、ビーム輸送ライン２は、第２のビームモニタ８Ｂの下流に、荷電粒子ビームｂを収束させる第３の収束用四極電磁石５Ｃ、荷電粒子ビームｂを発散させる第３の発散用四極電磁石６Ｃ、荷電粒子ビームｂの軌道補正用の第３のステアリング電磁石７Ｃ、荷電粒子ビームｂのビームプロファイル、線量を測定する第３のビームモニタ８Ｃを備えている。
上述の粒子線照射装置Ｔの制御は、図示しない制御手段によって行われる。制御手段は、コンピュータ、各種電源回路などで構成される。
【００２１】
粒子線照射装置Ｔに適用されたビーム測定装置は、測定に際して荷電粒子ビームｂのエネルギを変更する微小エネルギ吸収材入れ替え装置１０と、荷電粒子ビームｂのビームプロファイル、線量を測定する第２のビームモニタ８Ｂと、運動量分散関数Ｄｘ(Ｄｚ)の自動測定および運動量分散関数Ｄｘ(Ｄｚ)を許容値Δｘ(Δｚ)内に自動補正する制御を行う制御装置(運動量分散関数測定手段、自動測定制御手段、自動補正制御手段)Ｓと、運動量分散関数Ｄｘ(Ｄｚ)を許容値Δｘ(Δｚ)内に補正する第１の収束用・発散用四極電磁石５Ａ、６Ａとを有している。
【００２２】
ビーム測定装置の制御装置Ｓは、コンピュータ、インターフェース回路、その他の回路などからなり、第２のビームモニタ８Ｂへの測定制御信号が出力されるとともに第２のビームモニタ８Ｂから測定を行った測定信号が入力される。また、微小エネルギ吸収材入れ替え装置１０に、微小エネルギ吸収材１１を出し入れする信号が、制御装置Ｓから送信される。さらに、該制御装置Ｓから、自動補正に用いられる収束・発散用四極電磁石５Ａ、６Ａを制御する制御回路(補正用電磁石制御手段)に制御信号が出力される。
その他、ビーム測定装置の制御に必要な信号が、制御装置Ｓに入出力される。
【００２３】
＜荷電粒子ビームのシンクロトロン１からの取り出しおよび取り出した荷電粒子ビームｂのビーム輸送ライン２での輸送＞
図１に示すシンクロトロン１内の周回軌道を図に於いて反時計方向に周回している多数の荷電粒子は、進行方向に垂直かつ水平方向(図１の紙面に平行方向：Ｘ軸方向)又は鉛直方向(図１の紙面に垂直方向：Ｚ軸方向)に振動しながら周回している。この振動をベータトロン振動といい、ベータトロン振動は、シンクロトロン１内の収束・発散用四極電磁石などにより制御することができる。
シンクロトロン１内の粒子は、高周波加速空洞によって加速され最大エネルギに達する。その後、荷電粒子ビームにＲＦ−ＫＯ電極でＲＦ−ＫＯ電圧による電場を印加することによりベータトロン振幅を増大させる。そして、シンクロトロン１内で周回している多数の荷電粒子の一部を、デフレクタ電極３を用いて、ビーム輸送ライン２へ向けて出射させる。
【００２４】
シンクロトロン１から取り出された荷電粒子ビームｂは、ビーム輸送ライン２を収束用四極電磁石(５Ａ、５Ｂ、５Ｃ)、発散用四極電磁石(６Ａ、６Ｂ、６Ｃ)で収束、発散が行われるとともに、偏向電磁石９で所定の方向に軌道が偏向され、ステアリング電磁石(７Ａ、７Ｂ、７Ｃ)で軌道補正が行われる。そして、図示しない照射装置から照射対象(ターゲット)に対して、照射対象の所定位置に所定線量の荷電粒子ビームｂの照射が行われる。
なお、ビーム輸送ライン２における荷電粒子ビームｂのビームプロファイル、線量は、ビームモニタ(８Ａ、８Ｂ、８Ｃ)でそれぞれ測定される。
【００２５】
＜微小エネルギ吸収材入れ替え装置１０＞
次に、ビーム輸送ライン２に設けられる微小エネルギ吸収材入れ替え装置１０について説明する。
図２は、ビーム輸送ライン２における微小エネルギ吸収材入れ替え装置１０の内部構造を示す荷電粒子ビームｂの進行方向に沿った縦断面図である。
微小エネルギ吸収材入れ替え装置１０は、荷電粒子ビームｂの運動量を基準運動量Ｐから変化させ、(１)式で表される運動量分散関数Ｄｘ、Ｄｚを求めるためのものである。
そのため、微小エネルギ吸収材入れ替え装置１０は、荷電粒子ビームｂを透過させて、荷電粒子ビームｂの基準運動量Ｐからの運動量差ΔＰを与えるための出し入れ可能な板状のプラスチック薄膜などの微小エネルギ吸収材１１(１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ)を有している。
【００２６】
つまり、ビーム輸送ライン２の荷電粒子ビームｂの運動量分散関数Ｄｘ、Ｄｚの測定を、荷電粒子ビームｂをビーム輸送ライン２に設けた微小エネルギ吸収材入れ替え装置１０のビーム軌道上に突出している微小エネルギ吸収材１１を通過させ、荷電粒子ビームｂの運動量を変化(ΔＰ)させることにより、簡易に測定可能としている。
微小エネルギ吸収材１１を有する微小エネルギ吸収材入れ替え装置１０は、運動量分散関数Ｄｘ、Ｄｚの測定に際して、ビーム輸送ライン２の荷電粒子ビームｂのビームプロファイル、線量の測定を行うビームモニタ(８Ａ、８Ｂ、８Ｃ)の何れかのビームモニタより上流、かつ、補正に用いる収束・発散用四極電磁石(５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、６Ａ、６Ｂ、６Ｃ)の何れかの四極電磁石よりも上流に配置する必要がある。補正に用いる収束・発散用四極電磁石(５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、６Ａ、６Ｂ、６Ｃ)は、何れでもよいが、通常は、例えば、収束・発散用四極電磁石の１組または収束・発散用四極電磁石の何れか一つが使用される。
【００２７】
各微小エネルギ吸収材１１は、実際の荷電粒子ビームｂの照射装置から照射対象(ターゲット)への照射時には、図２に示す待機位置Ｐａに位置する。そして、運動量分散関数Ｄｘ、Ｄｚを測定する際に、図２中の実線で示す荷電粒子ビームｂの軌道上の測定位置Ｐｂに移動し、荷電粒子ビームｂを透過させ、そのエネルギ(運動量)を変更する。
そのため、各微小エネルギ吸収材１１は、待機位置Ｐａと測定位置Ｐｂとの間を、図示しない油圧シリンダ、モータなどの駆動装置、駆動機構を用いて移動自在に構成されている。
【００２８】
各微小エネルギ吸収材１１としては、例えば、プラスチック薄膜の場合だと、ポリエチレンやポリプロピレンなどを用いた、又は、主成分としたものが使用される。その他、薄膜ガラス（シリカエアロゲルなどを含む）やアクリル樹脂なども利用可能である。ただし、原理的には微小エネルギ吸収材１１として利用可能な材質は多数あり、限定されるものではない。
各微小エネルギ吸収材１１の厚さは、例えば、０．３ｍｍ厚など数百μｍ厚である。しかし、各微小エネルギ吸収材１１の厚さ寸法は任意に選定できる。このように、各微小エネルギ吸収材１１(１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ)の厚さ、材料は任意に選択可能である。すなわち、各微小エネルギ吸収材１１(１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ)は、同じまたは異なる材料、および／または、同じまたは異なる厚さをとることが可能である。
【００２９】
微小エネルギ吸収材１１は、複数枚あるのが望ましいが１枚でもよく、任意である。また、複数枚ある場合、その材質、厚さはそれぞれ異なってもよいし、同じであってもよい。
例えば、ビーム輸送ライン２の荷電粒子ビームｂの軌道に、微小エネルギ吸収材１１ａを図２に示すように１枚配置する、微小エネルギ吸収材１１ａ、１１ｂを２枚配置する、微小エネルギ吸収材１１ａ、１１ｂ、１１ｃを３枚配置する、微小エネルギ吸収材１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄを４枚配置する、微小エネルギ吸収材１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅを５枚配置することで、微小エネルギ吸収材１１が同じ材質、同じ厚さの場合、５通りの運動量の変化ΔＰが可能である。
【００３０】
なお、図２に示す微小エネルギ吸収材入れ替え装置１０の微小エネルギ吸収材１１(１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ)は直線運動により、ビーム輸送ライン２の荷電粒子ビームｂの軌道に入出させる構成を例示したが、各微小エネルギ吸収材１１(１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ)を独立に回転運動させ、ビーム輸送ライン２の荷電粒子ビームｂの軌道に入出させてもよい。
【００３１】
＜荷電粒子ビームｂの運動量変化ΔＰとその密度変化＞
図３はビーム輸送ライン２における荷電粒子ビームｂの運動量分布の変化を示す図であり、横軸はΔＰ(運動量の変化)／Ｐ(基準運動量)をとり、縦軸は荷電粒子ビームｂの密度をとっている。
図３において、荷電粒子ビームｂを微小エネルギ吸収材１１に透過させない場合、すなわち荷電粒子ビームｂが基準運動量Ｐの場合を破線で示し、荷電粒子ビームｂを微小エネルギ吸収材１１に透過させる場合、すなわち荷電粒子ビームｂの基準運動量Ｐを変化(ΔＰ)させた場合を実線で示している。
【００３２】
例えば、図２の実線で示す荷電粒子ビームｂの軌道に挿入された微小エネルギ吸収材１１ａを通過した荷電粒子ビームｂはそのエネルギ（運動量）を僅かに失い、図３に示すように、荷電粒子ビームｂの基準運動量ＰがΔＰ変化する。この運動量の変化ΔＰにより、第２のビームモニタ８Ｂで観測される荷電粒子ビームｂの重心も基準運動量Ｐから運動量がΔＰ変化したところに変化する(図３の破線のグラフから実線のグラフへの変化)。
図４(ａ)は荷電粒子ビームｂの基準運動量ＰがΔＰ変化した場合の第２のビームモニタ８Ｂで観測される水平方向のビームプロファイルの変化を表す図であり、横軸は水平方向位置Ｘをとり、縦軸は荷電粒子ビームｂの密度をとっている。なお、図４(ａ)中に書かれている前記のＤｘは水平方向の運動量分散関数である。図４(ｂ)は、荷電粒子ビームｂの基準運動量Ｐからの位置の差分ΔＸを示す図であり、Ｘ座標は水平方向の座標であり、Ｚ座標は鉛直方向の座標である。なお、図４(ｂ)中の破線の矢印は基準運動量Ｐの荷電粒子ビームｂの軌道(Ｘ＝０)を示し、実線の矢印は基準運動量Ｐの軌道(Ｘ＝０)からの差分ΔＸをもつ荷電粒子ビームｂの軌道を示している。
【００３３】
図４(ａ)において、荷電粒子ビームｂを微小エネルギ吸収材１１ａに透過させない場合、すなわち荷電粒子ビームｂが基準運動量Ｐの場合を破線で示し、荷電粒子ビームｂを微小エネルギ吸収材１１ａに透過させる場合、すなわち荷電粒子ビームｂの基準運動量Ｐを変化(ΔＰ)させた場合を実線で示している。
図４(ａ)におけるＸ＝０(図４(ｂ)参照)からの位置の差分が、(１)式のΔＸ(図４(ｂ)参照)に相当する。従って、ビーム輸送ライン２における所定位置のΔＸはビームモニタ(８Ａ、８Ｂ、８Ｃ)で測定できる。
一方、荷電粒子ビームｂの基準運動量Ｐは、シンクロトロン１で任意に設定できるものである。
【００３４】
荷電粒子ビームｂを微小エネルギ吸収材１１ａに透過させた場合(図４(ａ)中の実線のグラフ)、微小エネルギ吸収材１１ａによる散乱を受けるため、荷電粒子ビームｂを微小エネルギ吸収材１１ａに透過させない場合(図４(ａ)中の破線のグラフ)に比べ、荷電粒子ビームｂの分布は僅かに広がる。
図４(ａ)から分かるように、基準運動量Ｐからの変化ΔＰが０の場合または水平方向の運動量分散関数Ｄｘが０の場合、基準運動量ＰでのＸ座標(水平方向位置)が荷電粒子ビームｂの重心となる。
【００３５】
したがって、運動量分散関数Ｄｘ(Ｄｚ)を、収束用四極電磁石(５Ａ、５Ｂ、５Ｃ)、発散用四極電磁石(６Ａ、６Ｂ、６Ｃ)を調整することで、０とできれば、荷電粒子ビームｂに運動量の変化ΔＰがあった場合も、荷電粒子ビームｂの基準運動量ＰでのＸ(Ｚ)座標位置が、荷電粒子ビームｂの重心となり、ビーム輸送ライン２に接続される照射装置からの荷電粒子ビームｂの照射対象(ターゲット)への照射が荷電粒子ビームｂの運動量の変化ΔＰや拡がりに拘らず、正確に行える。
【００３６】
或いは、ビーム輸送ライン２における運動量分散関数Ｄｘ(Ｄｚ)の値を求めることで、荷電粒子ビームｂの基準運動量Ｐに対する運動量の変化ΔＰに対する荷電粒子ビームｂの重心の水平方向のズレ(ΔＸに相当)(鉛直方向のズレ(ΔＺに相当))が求められるので、ビーム輸送ライン２に接続される照射装置からの荷電粒子ビームｂの照射対象(ターゲット)への照射が、荷電粒子ビームｂの基準運動量Ｐに対する運動量の変化ΔＰや拡がりを把握することで、正確に行える。
【００３７】
図５は、荷電粒子ビームｂの運動量の変化ΔＰ／Ｐに対する荷電粒子ビームｂの重心の水平方向座標Ｘの変化ΔＸを示す図である。
図５の直線のグラフの傾きがＤxであるので、図５の直線のグラフを求めることで、Ｄｘの値を求めることができる。
すなわち、ビーム輸送ライン２における荷電粒子ビームｂを異なる微小エネルギ吸収材１１を透過させることで基準運動量Ｐを変化(ΔＰ)させ、図５における異なるプロット点が求められる。各プロット点にはビームモニタの測定誤差や複数回測定による統計誤差により誤差棒が付く。
そして、図５における誤差棒付きプロット点を内挿、外挿することで、図５の直線のグラフが求められ、この直線の傾きから、(１)式の運動量分散関数Ｄｘ(Ｄｚ)が求められる。
【００３８】
＜運動量分散関数Ｄｘ(Ｄｚ)の自動測定および運動量分散関数Ｄｘ(Ｄｚ)を許容値Δｘ(Δｚ)内に自動補正する制御＞
次に、粒子線照射装置Ｔに搭載したビーム測定装置によるビーム輸送ライン２の運動量分散関数Ｄｘ(Ｄｚ)の自動測定および運動量分散関数Ｄｘ(Ｄｚ)を許容値Δｘ(Δｚ)内に自動補正する制御について説明する。
なお、ビーム輸送ライン２の水平方向の運動量分散関数Ｄｘを許容値Δx内に補正するものとする制御について説明するが、鉛直方向(Ｚ方向)の運動量分散関数Ｄｚを許容値Δｚ内に補正する制御も同様で同時に行えるので、鉛直方向(Ｚ方向)についての説明は省略する。なお、許容値Δｘと許容値Δｚは同じ値としてもよいし、異なる値としてもよい。
【００３９】
図６は、ビーム測定装置によるビーム輸送ライン２の運動量分散関数Ｄｘの自動測定および運動量分散関数Ｄｘを許容値Δｘ内に自動補正する制御の一例を示すフロー図である。
図６に例示したフローチャートでは、図２に示す複数枚の板状の微小エネルギ吸収材１１を仮定している。なお、微小エネルギ吸収材１１(１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ)は、同じ材質、同じ厚さとする。
自動補正時の|Dｘ|の目標値（許容値Δｘ）は、ビーム利用条件や測定に用いるビームモニタ(８Ａ、８Ｂ、８Ｃ)の何れかのビームモニタの測定精度等によって決定される。ここでは、測定に第２のビームモニタ８Ｂを用いることとする。
【００４０】
自動補正に用いられる四極電磁石は、ビーム輸送ライン２上にある収束・発散用四極電磁石(５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、６Ａ、６Ｂ、６Ｃ)のうちの補正セクションの１台、ないしは、２台の四極電磁石である。本実施形態では、第１の収束・発散用四極電磁石５Ａ、６Ａにより自動補正が行われることとする。
ここで、本制御は、前記のビーム測定装置の制御装置Ｓによって、行われる。
運動量分散関数Ｄｘの自動測定およびＤxを許容値Δｘ内に自動補正する制御の前に、理論値に基づいて、収束・発散用四極電磁石(５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、６Ａ、６Ｂ、６Ｃ)の大まかな設定が行われる。
【００４１】
そして、図６のフローにより、自動補正に用いる収束・発散用四極電磁石５Ａ、６Ａそれぞれへの電流値が、運動量分散関数Ｄｘ(Ｄｚ)を所定値にするため自動調整される。
運動量分散関数Ｄｘ(Ｄｚ)の自動測定および運動量分散関数Ｄｘ(Ｄｚ)を許容値Δｘ(Δｚ)内に自動補正する制御は、以下のように行われる。
まず、ユーザによって、図示しないＰＣ(Personal Computer)などの端末装置を用いて微小エネルギ吸収材１１の使用枚数がＮに入力される(図６のＳ１０１)。ここで、“Ｎ”は、微小エネルギ吸収材１１が同じ材質、同じ厚さの場合、微小エネルギ吸収材１１の枚数が入力される。例えば、図２の例では、“５”が入力される。
【００４２】
枚数“Ｎ”は、微小エネルギ吸収材１１が、例示した以外の同じ厚さ、異なる材質の場合、または異なる厚さ、同じ材質の場合、または異なる厚さ、異なる材質の場合、微小エネルギ吸収材１１を組み合わせることにより、微小エネルギ吸収材１１の異なる組み合わせが得られる。そのため、これらの場合、“Ｎ”はこの異なる微小エネルギ吸収材１１の組み合わせの数としてもよい。或いは、測定点のバラツキを加味して、“Ｎ”を上記で決定した値以下の範囲で適宜選定するように構成することも可能である。
なお、“Ｎ”は、制御装置Ｓにおいて、初期設定してもよいし、必要な情報、例えば、各微小エネルギ吸収材１１の材質、厚さなどを取得して自動設定することとしてもよい。
【００４３】
続いて、測定に用いられる第２のビームモニタ８Ｂの電源がオンされ、第２のビームモニタ８Ｂによる線量の測定準備がなされる(Ｓ１０２)。そして、シンクロトロン１のデフレクタ電極３などが制御され、ビーム輸送ライン２に荷電粒子ビームｂが取り出される(Ｓ１０３)。
そして、ビーム測定装置の制御装置Ｓにおいて、カウント変数ｎに０が設定され(Ｓ１０４)、ビーム測定装置の制御装置Ｓは、ｎ＞Ｎか否か判定する(Ｓ１０５)。
【００４４】
Ｓ１０５において、ｎ＞Ｎでないと判定された場合(Ｓ１０５でＮｏ)、つまり、図５に示す所定数のプロット点が集まってない場合には、図２に示すように、微小エネルギ吸収材１１のｎ枚目が荷電粒子ビームｂの軌道に挿入される。図２の例では、微小エネルギ吸収材１１の１枚目の微小エネルギ吸収材１１ａが荷電粒子ビームｂの軌道に挿入された状態を示している。例えば、ｎ＝３枚目の場合には、微小エネルギ吸収材１１ａ、１１ｂに加えて、３枚目の微小エネルギ吸収材１１ｃが荷電粒子ビームｂの軌道に挿入される(Ｓ１０６)。なお、“Ｎ”が微小エネルギ吸収材１１の組み合わせで決定された場合、組み合わせ“ｎ”番目の微小エネルギ吸収材１１の組み合わせが荷電粒子ビームｂの軌道に挿入される。
【００４５】
続いて、第２のビームモニタ８Ｂで荷電粒子ビームｂのビームプロファイルの測定がなされ(Ｓ１０７)、ビーム輸送ライン２の荷電粒子ビームｂの重心計算(重心の位置を求める計算)が行われる(Ｓ１０８)。荷電粒子ビームｂの重心計算は、第２のビームモニタ８Ｂで行ってもよいし、ビーム測定装置の制御装置Ｓで行うこととしてもよい。
続いて、ビーム測定装置の制御装置Ｓで、ｎ＝ｎ＋１の演算がなされ(Ｓ１０９)、Ｓ１０５に移行する。
【００４６】
一方、図６のＳ１０５において、ｎ＞Ｎであると判定された場合(Ｓ１０５でＹes)、つまり、図５に示す所定数のプロット点が集まった場合には、ビーム測定装置の制御装置Ｓで運動量分散関数Ｄｘを求める演算が行われる。すなわち、微小エネルギ吸収材１１を用いて、ビーム輸送ライン２の運動量を変化させて求めた所定数のプロット点(図５参照)から、ΔＸの直線の(１)式を求め、該直線の傾き(Ｄｘ)を求める演算を行う(Ｓ１１０)。
続いて、ビーム測定装置の制御装置Ｓにおいて、第１の収束・発散用四極電磁石５Ａ、６Ａの自動補正が行われるか否か判定される(Ｓ１１１)。なお、自動補正が行われるか否かはユーザが測定前に端末装置で入力し設定するように構成してもよいし、予めシステムに設定されるように構成してもよい。
【００４７】
Ｓ１１１において、第１の収束・発散用四極電磁石５Ａ、６Ａの自動補正が行われないと判定された場合(Ｓ１１１でＮｏ)、ビーム輸送ライン２の荷電粒子ビームｂの軌道に入れた微小エネルギ吸収材入れ替え装置１０の微小エネルギ吸収材１１、第２のビームモニタ８Ｂなどを引き抜くように制御する(Ｓ１１２)。そして、ビーム輸送ライン２への荷電粒子ビームｂの出射をオフし(Ｓ１１３)、終了する。
一方、図６のＳ１１１において、第１の収束・発散用四極電磁石５Ａ、６Ａの自動補正が行われると判定された場合(Ｓ１１１でＹes)、ビーム測定装置の制御装置Ｓにおいて、|Ｄｘ|＜Δｘ(許容値)であるか否か判定がなされる(Ｓ１１４)。
【００４８】
Ｓ１１４で、|Ｄｘ|＜Δｘでないと判定された場合(Ｓ１１４でＮｏ)、|Ｄｘ|＜Δｘとなるように、比例制御や積分制御との組み合わせなどのフィードバック演算が行われる(Ｓ１１５)。なお、フィードバック演算のやり方は任意であることは勿論である。
そして、Ｓ１１５のフィードバック演算の結果により、第１の収束・発散用四極電磁石５Ａ、６Ａの電流値が変更され(Ｓ１１６)、Ｓ１０４に移行する。
【００４９】
Ｓ１１４において、|Ｄｘ|＜Δｘであると判定された場合(Ｓ１１４でＹes)、ビーム輸送ライン２の荷電粒子ビームｂの軌道に入れた微小エネルギ吸収材入れ替え装置１０の微小エネルギ吸収材１１、第２のビームモニタ８Ｂなどを引き抜くように制御する(Ｓ１１７)。そして、ビーム輸送ライン２への荷電粒子ビームｂの出射をオフし(Ｓ１１８)、終了する。
以上が、図６に示すビーム測定装置によるビーム輸送ライン２の運動量分散関数Ｄｘの自動測定および運動量分散関数Ｄｘを許容値(Δｘ)内に自動補正する制御のフローである。
【００５０】
なお、上記例では、水平方向の運動量分散関数Ｄｘを許容値内に自動補正する制御を説明したが、鉛直方向(Ｚ方向)の運動量分散関数Ｄｚを許容値内に自動補正する制御を同時に行ってもよく、或いは、水平方向(Ｘ方向)の運動量分散関数Ｄｘを許容値内に自動補正する制御または鉛直方向(Ｚ方向)の運動量分散関数Ｄｚを許容値内に自動補正する制御の何れかを行うように制御してもよい。
また、上記例では、|Ｄｘ|＜Δｘ(許容値)とする場合を例示したが、|Ｄｘ|≦Δｘ(許容値)(|Ｄｚ|≦Δｚ(許容値))または|Ｄｘ|＝所定値(|Ｄｚ|＝所定値)または|Ｄｘ|＝０(|Ｄｚ|＝０)とするように制御してもよい。|Ｄｘ|＝０(|Ｄｚ|＝０)の場合、(１)式から分かるように、運動量差(ΔＰ)の値に係わらず、ΔＸが０であるので、より望ましい。
【００５１】
上記構成によれば、従来の方法では手間がかかり大変不便であったビーム輸送ライン２での運動量分散関数Ｄｘ(Ｄｚ)の測定において、ビーム輸送ライン２上に設けた出し入れ可能な複数枚の微小エネルギ吸収材１１を用いて、通過する荷電粒子ビームｂの運動量を変化させ、ビームモニタ８Ｂなどを用いてビーム輸送ライン２上での荷電粒子ビームｂの重心の変化を測定し、簡易に素早く運動量分散関数Ｄｘ(Ｄｚ)を測定可能としている。
【００５２】
本構成では、運動量分散関数Ｄｘ(Ｄｚ)の測定時以外は微小エネルギ吸収材１１をビーム輸送ライン２外に引き抜くことで、運動量分散関数Ｄｘ(Ｄｚ)の測定状態と通常出射状態とを素早く切り換えることも可能である。そのため、微小エネルギ吸収材１１を用いることで、従来の方法による運動量の変更と同様の効果を容易かつ簡単に得られる。
また、１点の測定点（運動量差）では決めることが困難な運動量分散関数Ｄｘ(Ｄｚ)であるが、複数枚の微小エネルギ吸収材１１を用いることで、上流のシンクロトロン１(加速器)から荷電粒子ビームｂを出射しながら、ビーム輸送ライン２のビームモニタ８Ｂによる重心計算(重心の位置を求める計算)によって多数点の測定を行うこともでき、測定の高速化が可能となる。
【００５３】
さらに、測定作業のルーチン化が非常に簡単であるため、ビームモニタ８Ｂによる重心計算と併せたそれらのコンピュータ制御による自動化も容易に行えるという利点があり、非常に高速化したビーム輸送ライン２上の運動量分散関数Ｄｘ(Ｄｚ)の測定を行うことが可能となる。
加えて、その測定結果から、荷電粒子ビームｂを照射する照射対象（ターゲット）位置での運動量分散関数Ｄｘ(Ｄｚ)を所定値未満または以下、或いは、所定値または０にするというような補正を自動で行える制御機能と、収束・発散用四極電磁石５Ａ、６Ａ、５Ｂ、６Ｂ、５Ｃ、６Ｃの何れかの自動補正セクションとを、ビーム輸送ライン２に付加することも可能となる。
【００５４】
＜変形形態１の微小エネルギ吸収材入れ替え装置２０＞
次に、変形形態１の微小エネルギ吸収材入れ替え装置２０について、図７を用いて説明する。図７は、変形形態１の微小エネルギ吸収材入れ替え装置２０を示す斜視図である。
変形形態１の微小エネルギ吸収材入れ替え装置２０は、前記実施形態の微小エネルギ吸収材１１を、回転する微小エネルギ吸収回転体２１としたものである。
【００５５】
変形形態１の微小エネルギ吸収材入れ替え装置２０は、厚さおよび／または材質がそれぞれ異なる第１微小エネルギ吸収回転面体２１Ａおよび第２微小エネルギ吸収回転面体２１Ｂおよび第３微小エネルギ吸収回転面体２１Ｃと、荷電粒子ビームｂをそのまま通過させる空隙２１ｐを形成する切り欠き部２１Ｓとを有した微小エネルギ吸収回転体２１を備え、回転自在に支持されている。
微小エネルギ吸収回転体２１は、図示しないステッピングモータ等の回転駆動機構で所定角度回転(図７の矢印α１)されることで、第１・第２・第３微小エネルギ吸収回転面体２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃまたは切り欠き部２１Ｓの空隙２１ｐの何れかが、それぞれビーム輸送ライン２を通る荷電粒子ビームｂに略垂直に対向するように、すなわち荷電粒子ビームｂの軌道上に配置される。
【００５６】
例えば、図７は、微小エネルギ吸収回転体２１が回転されることで、ビーム輸送ライン２を通る荷電粒子ビームｂに、微小エネルギ吸収回転体２１の切り欠き部２１Ｓの空隙２１ｐが配置され、荷電粒子ビームｂが微小エネルギ吸収回転体２１の切り欠き部２１Ｓの空隙２１ｐを通過する状態を図示している。
図７では、微小エネルギ吸収回転体２１の第１・第２・第３微小エネルギ吸収回転面体２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃそれぞれは、前記の微小エネルギ吸収材１１と同様な材料で形成され、それぞれ厚みが変えられ、ビーム輸送ライン２を通る荷電粒子ビームｂがそれぞれを通過することでエネルギ(運動量)が変わる場合を例示している。
【００５７】
なお、前記したように、微小エネルギ吸収回転体２１の第１・第２・第３微小エネルギ吸収回転面体２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃは同じ厚さとし、それぞれ異なる材料で構成してもよい。また、微小エネルギ吸収回転体２１の第１・第２・第３微小エネルギ吸収回転面体２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃは、それぞれ異なる厚さとし、異なる材料で構成してもよい。
【００５８】
変形形態１の微小エネルギ吸収材入れ替え装置２０によれば、第１・第２・第３微小エネルギ吸収回転面体２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃと切り欠き部２１Ｓの空隙２１ｐとを有する微小エネルギ吸収回転体２１を回転させ、ビーム輸送ライン２の荷電粒子ビームｂを通過させ、そのエネルギ(運動量)を変えるので、荷電粒子ビームｂのエネルギ(運動量)の変更が容易かつ円滑に行える。また、微小エネルギ吸収材入れ替え装置２０の保守も容易である。
【００５９】
なお、微小エネルギ吸収回転体２１は、第１・第２・第３微小エネルギ吸収回転面体２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃと切り欠き部２１Ｓの空隙２１ｐとを有し、それぞれをビーム輸送ライン２の荷電粒子ビームｂが通過することで、エネルギ(運動量)を３段階に変える場合を例示したが、微小エネルギ吸収回転体２１を第１微小エネルギ吸収回転面体２１Ａと切り欠き部２１Ｓとで構成して、ビーム輸送ライン２の荷電粒子ビームｂのエネルギ(運動量)を１段階に変えるように構成してもよいし、或いは、微小エネルギ吸収回転体２１を第１・第２微小エネルギ吸収回転面体２１Ａ、２１Ｂと切り欠き部２１Ｓとで構成し、ビーム輸送ライン２の荷電粒子ビームｂのエネルギ(運動量)を２段階に変えるように構成してもよいし、或いは、微小エネルギ吸収回転体２１でビーム輸送ライン２の荷電粒子ビームｂのエネルギ(運動量)を４、５、６、…段階に変えるように構成してもよい。
このように、微小エネルギ吸収回転体２１でビーム輸送ライン２の荷電粒子ビームｂのエネルギ(運動量)を変える段階数は、任意に選択できるのは勿論である。
【００６０】
＜変形形態２の微小エネルギ吸収材入れ替え装置３０＞
次に、変形形態２の微小エネルギ吸収材入れ替え装置３０について、図８を用いて説明する。図８は、変形形態２の微小エネルギ吸収材入れ替え装置３０を示す斜視図である。
変形形態２の微小エネルギ吸収材入れ替え装置３０は、上記の変形形態１の微小エネルギ吸収材入れ替え装置２０の微小エネルギ吸収回転体２１を、複数並設した微小エネルギ吸収回転体３１、３２、……で構成し、ビーム輸送ライン２の荷電粒子ビームｂのエネルギ(運動量)の変更数を増加させる構成である。
【００６１】
変形形態２の微小エネルギ吸収材入れ替え装置３０は、厚さおよび／または材質がそれぞれ同じまたは異なる第１・第２・第３微小エネルギ吸収回転面体３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃと荷電粒子ビームｂをそのまま通過させる空隙３１ｐを形成する切り欠き部３１Ｓとを有した微小エネルギ吸収回転体３１と、厚さおよび／または材質がそれぞれ同じまたは異なる第１・第２・第３微小エネルギ吸収回転面体３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃと荷電粒子ビームｂをそのまま通過させる空隙３２ｐを形成する切り欠き部３２Ｓとを有した微小エネルギ吸収回転体３２と、厚さおよび／または材質がそれぞれ同じまたは異なる第１・第２・第３微小エネルギ吸収回転面体３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃと荷電粒子ビームｂをそのまま通過させる空隙３３ｐを形成する切り欠き部３３Ｓとを有した微小エネルギ吸収回転体３３とを備え、それぞれ回転自在に支持されている。
【００６２】
例えば、微小エネルギ吸収回転体３１の第１・第２・第３微小エネルギ吸収回転面体３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃは、前記実施形態の微小エネルギ吸収材１１と同様な材料で形成され、それぞれ厚みが変えられ、ビーム輸送ライン２を通る荷電粒子ビームｂがそれぞれを通過することでエネルギ(運動量)が変わるように構成されている。
同様に、微小エネルギ吸収回転体３２の第１・第２・第３微小エネルギ吸収回転面体３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃは、前記実施形態の微小エネルギ吸収材１１と同様な材料で形成され、それぞれ厚みが変えられ、ビーム輸送ライン２を通る荷電粒子ビームｂがそれぞれを通過することでエネルギ(運動量)が変わるように構成されている。
【００６３】
同様に、微小エネルギ吸収回転体３３の第１・第２・第３微小エネルギ吸収回転面体３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃは、前記実施形態の微小エネルギ吸収材１１と同様な材料で形成され、それぞれ厚みが変えられ、ビーム輸送ライン２を通る荷電粒子ビームｂがそれぞれを通過することでエネルギ(運動量)が変わるように構成されている。
【００６４】
或いは、微小エネルギ吸収回転体３１の第１・第２・第３微小エネルギ吸収回転面体３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃは、それぞれ異なる材料または同じ厚さで構成してもよい。また、微小エネルギ吸収回転体３２の第１・第２・第３微小エネルギ吸収回転面体３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃは、それぞれ異なる材料または同じ厚さで構成してもよい。また、微小エネルギ吸収回転体３３の第１・第２・第３微小エネルギ吸収回転面体３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃは、それぞれ異なる材料または同じ厚さで構成してもよい。
【００６５】
微小エネルギ吸収回転体３１は、図示しないステッピングモータ等の回転駆動機構で所定角度(図８の矢印α２)回転されることで、第１・第２・第３微小エネルギ吸収回転面体３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃおよび切り欠き部３１Ｓの空隙３１ｐが、それぞれビーム輸送ライン２を通る荷電粒子ビームｂに略垂直に対向するように、すなわち荷電粒子ビームｂの軌道上に配置される。
【００６６】
同様に、微小エネルギ吸収回転体３２は、図示しないステッピングモータ等の回転駆動機構で所定角度(図８の矢印α３)回転されることで、第１・第２・第３微小エネルギ吸収回転面体３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃおよび切り欠き部３２Ｓの空隙３２ｐが、それぞれビーム輸送ライン２を通る荷電粒子ビームｂに略垂直に対向するように、すなわち荷電粒子ビームｂの軌道上に配置される。
【００６７】
同様に、微小エネルギ吸収回転体３３は、図示しないステッピングモータ等の回転駆動機構で所定角度(図８の矢印α４)回転されることで、第１・第２・第３微小エネルギ吸収回転面体３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃおよび切り欠き部３３Ｓの空隙３３ｐが、それぞれビーム輸送ライン２を通る荷電粒子ビームｂに略垂直に対向するように、すなわち荷電粒子ビームｂの軌道上に配置される。
【００６８】
同様に、これら以外に他の微小エネルギ吸収回転体が設けられた場合にも、ステッピングモータ等で所定角度回転されることで、第１・第２・第３微小エネルギ吸収回転面体および切り欠き部の空隙が、それぞれビーム輸送ライン２を通る荷電粒子ビームｂに略垂直に対向するように、すなわち荷電粒子ビームｂの軌道上に配置される。
【００６９】
本構成により、ビーム輸送ライン２を通る荷電粒子ビームｂに対して、微小エネルギ吸収回転体３１の第１・第２・第３微小エネルギ吸収回転面体３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃおよび切り欠き部３１Ｓの空隙３１ｐの何れか、および、微小エネルギ吸収回転体３２の第１・第２・第３微小エネルギ吸収回転面体３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃおよび切り欠き部３２Ｓの空隙３２ｐの何れか、および、微小エネルギ吸収回転体３３の第１・第２・第３微小エネルギ吸収回転面体３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃおよび切り欠き部３３Ｓの空隙３３ｐの何れかを、略垂直に対向、すなわち荷電粒子ビームｂの軌道上に配置させる。
【００７０】
これにより、荷電粒子ビームｂを、微小エネルギ吸収回転体３１の第１・第２・第３微小エネルギ吸収回転面体３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃおよび切り欠き部３１Ｓの空隙３１ｐの何れか、および、微小エネルギ吸収回転体３２の第１・第２・第３微小エネルギ吸収回転面体３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃおよび切り欠き部３２Ｓの空隙３２ｐの何れか、および、微小エネルギ吸収回転体３３の第１・第２・第３微小エネルギ吸収回転面体３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃおよび切り欠き部３３Ｓの空隙３３ｐの何れか組み合わせを通過させ、該組み合わせの数で荷電粒子ビームｂのエネルギ(運動量)の変更することができる。
【００７１】
なお、図８においては、ビーム輸送ライン２を通る荷電粒子ビームｂに、微小エネルギ吸収回転体３１の切り欠き部３１Ｓの空隙３１ｐおよび微小エネルギ吸収回転体３２の切り欠き部３２Ｓの空隙３２ｐおよび微小エネルギ吸収回転体３３の切り欠き部３３Ｓの空隙３３ｐが配置され、荷電粒子ビームｂが、微小エネルギ吸収回転体３１、３２、３３の切り欠き部３１Ｓの空隙３１、切り欠き部３２Ｓの空隙３２ｐ、切り欠き部３３Ｓの空隙３３ｐを通過する状態を図示している。
【００７２】
変形形態２の微小エネルギ吸収材入れ替え装置３０によれば、第１・第２・第３微小エネルギ吸収回転体３１、３２、３３の何れかを組み合わせ、ビーム輸送ライン２の荷電粒子ビームｂを通過させ、そのエネルギ(運動量)を変えるので、荷電粒子ビームｂのエネルギ(運動量)の変更が数多くでき、かつ、選択する幅が広がる。また、荷電粒子ビームｂのエネルギ(運動量)の変更が容易かつ円滑に行える。
【００７３】
なお、各微小エネルギ吸収回転体３１、３２、３３は、第１・第２・第３微小エネルギ吸収回転面体と切り欠き部とを有し、それぞれをビーム輸送ライン２の荷電粒子ビームｂが通過することで、エネルギ(運動量)をそれぞれ３段階に変える場合を例示したが、各微小エネルギ吸収回転体３１、３２、３３のそれぞれの通過する荷電粒子ビームｂのエネルギ(運動量)を変化させる数は、自然数(正の整数)に適宜選択できる。
【００７４】
例えば、微小エネルギ吸収回転体３１は２段階に変更し、微小エネルギ吸収回転体３２は６段階に変更し、微小エネルギ吸収回転体３３は５段階に変更するように構成してもよい。
このように、微小エネルギ吸収回転体の微小エネルギ吸収回転面体の段階数はそれぞれで適宜任意に選択できる。
【００７５】
さらに、微小エネルギ吸収材入れ替え装置３０に設ける微小エネルギ吸収回転体の数も任意に選択できる。例えば、微小エネルギ吸収材入れ替え装置３０に設ける微小エネルギ吸収回転体を２つにしてもよいし、６つにしてもよいし、７つ、…にしてもよい。
なお、前記実施形態、変形形態では、様々な構成を説明したが、適宜組み合わせて構成することも可能である。
【００７６】
以上、本発明の様々な実施形態を述べたが、その説明は限定的というよりは典型的であることを意図したものである。そして、本発明の範囲内でより多くの形態と実施が可能であることは、当業者にとって明らかである。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲内で様々な修正と変更が可能である。
以上に述べてきた内容は、以下の発明を含むものである。
（１）［付記項１］
荷電粒子を加速する加速器から取り出した荷電粒子ビームを、照射対象に照射する照射装置まで、輸送するビーム輸送ラインにおける荷電粒子ビームの位置の差分を運動量差で表す運動量分散関数の測定を行うビーム測定装置であって、
前記ビーム輸送ラインの前記荷電粒子ビームの軌道に入出可能であり、前記荷電粒子ビームの軌道に入った際に当該荷電粒子ビームを通過させて当該荷電粒子ビームのエネルギを変更する微小エネルギ吸収体と、
該微小エネルギ吸収体による当該荷電粒子ビームのエネルギの変更に基づき、前記ビーム輸送ラインにおける当該荷電粒子ビームの運動量分散関数の測定を行う運動量分散関数測定手段とを
備えることを特徴とするビーム測定装置。
（２）［付記項２］
前記微小エネルギ吸収体は、複数で構成され、
複数の前記微小エネルギ吸収体の何れかが単体または組み合わされ重なって前記荷電粒子ビームの軌道上に配置される
ことを特徴とする付記項１に記載のビーム測定装置。
（３）［付記項３］
前記微小エネルギ吸収体は、前記荷電粒子ビームが通過する異なる厚さおよび／または異なる材質をもつビーム透過領域と、前記荷電粒子ビームが通過する空隙が形成される切り欠き部とを有し、回転自在に設けられ、
前記微小エネルギ吸収体が回転され、前記微小エネルギ吸収体の前記ビーム透過領域または前記切り欠き部の空隙のうちの何れかが、前記荷電粒子ビームの軌道上に配置される
ことを特徴とする付記項１に記載のビーム測定装置。
（４）［付記項４］
前記微小エネルギ吸収体は、前記荷電粒子ビームが通過する同じまたは異なる厚さおよび／または同じまたは異なる材質をもつビーム透過領域と、前記荷電粒子ビームが通過する空隙が形成される切り欠き部とを有する単微小エネルギ吸収体が、複数で構成され、前記複数の単微小エネルギ吸収体がそれぞれ回転自在に設けられ、
前記各単微小エネルギ吸収体がそれぞれ回転され、前記各単微小エネルギ吸収体の前記ビーム透過領域または前記切り欠き部の空隙のうちの何れかが、前記荷電粒子ビームの軌道上に配置される
ことを特徴とする付記項１に記載のビーム測定装置。
（５）［付記項５］
前記運動量分散関数測定手段は、前記微小エネルギ吸収体を通過した前記荷電粒子ビームのビームプロファイルを測定するビームモニタを有し、
前記運動量分散関数測定手段は、前記微小エネルギ吸収体の前記荷電粒子ビームの軌道への入出による当該荷電粒子ビームのエネルギを変更後、前記ビームモニタで測定した当該エネルギが変更された荷電粒子ビームのビームプロファイルに基づく当該荷電粒子ビームの荷電粒子の重心位置の計算を行うことで、前記運動量分散関数を自動測定する自動測定制御手段を備える
ことを特徴とする付記項１から付記項４の何れか一項に記載のビーム測定装置。
（６）［付記項６］
測定した前記運動量分散関数の測定値に基づき、前記運動量分散関数の値が目標値になるように補正する自動補正制御手段と、
前記ビーム輸送ラインにおける前記微小エネルギ吸収体の下流に設けられ前記荷電粒子ビームに磁場を付与する補正用電磁石と、
前記自動補正制御手段の補正に従って前記補正用電磁石に印加する電流を変更する補正用電磁石制御手段とを備える
ことを特徴とする付記項１から付記項５の何れか一項に記載のビーム測定装置。
（７）［付記項７］
前記目標値は、０である
ことを特徴とする付記項６に記載のビーム測定装置。
（８）［付記項８］
荷電粒子を加速する加速器と、該加速器から取り出した荷電粒子ビームを照射装置まで輸送するビーム輸送ラインと、付記項１から付記項７の何れか一項に記載のビーム測定装置とを備えたビーム輸送システム。
（９）［付記項９］
荷電粒子を加速する加速器から取り出した荷電粒子ビームを、照射対象に照射する照射装置まで、輸送するビーム輸送ラインにおける荷電粒子ビームの位置の差分を運動量差で表す運動量分散関数の測定を行うビーム測定装置の測定方法であって、
前記ビーム測定装置は、前記荷電粒子ビームの軌道に入出できる微小エネルギ吸収体と運動量分散関数測定手段とを備え、
前記微小エネルギ吸収体は、前記ビーム輸送ラインの前記荷電粒子ビームの軌道に入れられた際に、当該荷電粒子ビームを通過させることで当該荷電粒子ビームのエネルギを変更し、
前記運動量分散関数測定手段は、前記微小エネルギ吸収体による当該荷電粒子ビームのエネルギの変更に基づき、前記ビーム輸送ラインにおける当該荷電粒子ビームの運動量分散関数の測定を行う
ことを特徴とするビーム測定装置の測定方法。
（１０）［付記項１０］
前記微小エネルギ吸収体は、複数で構成され、
複数の前記微小エネルギ吸収体の何れかが単体または組み合わされ重なって前記荷電粒子ビームの軌道上に配置され、
当該荷電粒子ビームが前記単体または重なった微小エネルギ吸収体を通過する
ことを特徴とする付記項９に記載のビーム測定装置の測定方法。
（１１）［付記項１１］
前記微小エネルギ吸収体は、異なる厚さおよび／または異なる材質をもつビーム透過領域と、空隙が形成される切り欠き部とを有し、回転自在に設けられ、
前記微小エネルギ吸収体が回転され、前記ビーム透過領域または前記切り欠き部の空隙のうちの何れかが前記荷電粒子ビームの軌道上に入れられ、
前記荷電粒子ビームが、前記微小エネルギ吸収体の前記軌道上に入れられた前記ビーム透過領域または前記切り欠き部の空隙のうちの何れかを通過する
ことを特徴とする付記項９に記載のビーム測定装置の測定方法。
（１２）［付記項１２］
前記微小エネルギ吸収体は、同じまたは異なる厚さおよび／または同じまたは異なる材質をもつビーム透過領域と、空隙が形成される切り欠き部とを有する単微小エネルギ吸収体が、複数で構成され、前記複数の単微小エネルギ吸収体がそれぞれ回転自在に設けられ、
前記各単微小エネルギ吸収体がそれぞれ回転され、前記各単微小エネルギ吸収体の前記ビーム透過領域または前記切り欠き部の空隙のうちの何れかが前記荷電粒子ビームの軌道に入れられ、
前記荷電粒子ビームが、前記軌道に入れられた前記各単微小エネルギ吸収体の前記ビーム透過領域または前記切り欠き部の空隙のうちの何れかを、通過する
ことを特徴とする付記項９に記載のビーム測定装置の測定方法。
（１３）［付記項１３］
前記運動量分散関数測定手段は、前記微小エネルギ吸収体を通過した前記荷電粒子ビームのビームプロファイルを測定するビームモニタを有し、
前記運動量分散関数測定手段は、自動測定制御手段を有し、
前記微小エネルギ吸収体の前記荷電粒子ビームの軌道への入出によって当該荷電粒子ビームのエネルギが変更され、
前記自動測定制御手段は、前記ビームモニタで測定した当該エネルギが変更された荷電粒子ビームのビームプロファイルに基づく当該荷電粒子ビームの荷電粒子の重心位置の計算を行うことで、前記運動量分散関数を自動測定する
ことを特徴とする付記項９から付記項１２の何れか一項に記載のビーム測定装置の測定方法。
（１４）［付記項１４］
前記ビーム測定装置は、自動補正制御手段と、前記ビーム輸送ラインにおける前記微小エネルギ吸収体の下流に設けられ前記荷電粒子ビームに磁場を付与する補正用電磁石と、補正用電磁石制御手段とを備え、
前記自動補正制御手段は、測定した前記運動量分散関数の測定値に基づき、前記運動量分散関数の値が目標値になるように補正し、
前記補正用電磁石制御手段は、前記自動補正制御手段の補正に従って前記補正用電磁石に印加する電流を変更する
ことを特徴とする付記項９から付記項１３の何れか一項に記載のビーム測定装置の測定方法。
（１５）［付記項１５］
前記目標値は、０である
ことを特徴とする付記項１４に記載のビーム測定装置の測定方法。
【符号の説明】
【００７７】
１      シンクロトロン(加速器)
２      ビーム輸送ライン
５Ａ    第１の収束用四極電磁石(補正用電磁石)
６Ａ    第１の発散用四極電磁石(補正用電磁石)
８Ｂ    第２のビームモニタ(ビームモニタ、運動量分散関数測定手段)
１１    微小エネルギ吸収材(微小エネルギ吸収体)
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ  微小エネルギ吸収材(複数の微小エネルギ吸収体)
２１    微小エネルギ吸収回転体(微小エネルギ吸収体)
２１Ａ  第１微小エネルギ吸収回転面体(ビーム透過領域)
２１Ｂ  第２微小エネルギ吸収回転面体(ビーム透過領域)
２１Ｃ  第３微小エネルギ吸収回転面体(ビーム透過領域)
２１ｐ  空隙
２１Ｓ  切り欠き部
３１、３２、３３    微小エネルギ吸収回転体(微小エネルギ吸収体、単微小エネルギ吸収体)
３１Ａ、３２Ａ、３３Ａ  第１微小エネルギ吸収回転面体(ビーム透過領域)
３１Ｂ、３２Ｂ、３３Ｂ  第２微小エネルギ吸収回転面体(ビーム透過領域)
３１Ｃ、３２Ｃ、３３Ｃ  第３微小エネルギ吸収回転面体(ビーム透過領域)
３１ｐ、３２ｐ、３３ｐ  空隙
３１Ｓ、３２Ｓ、３３Ｓ  切り欠き部
ｂ      荷電粒子ビーム
Ｄｘ、Ｄｚ  運動量分散関数
Ｓ      制御装置(運動量分散関数測定手段、自動測定制御手段、自動補正制御手段)
Ｔ      粒子線照射装置(ビーム輸送システム)
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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