(57)【要約】【課題】レーザイオン源の健全性を確認する。【解決手段】実施形態によれば、真空排気され、レーザ光Ｌを入射するための入射窓１ａが形成された真空容器１と、真空容器１内に配置され、レーザ光Ｌの照射によりイオンを発生するターゲット２と、真空容器１からイオンを静電的に引き出し、イオンビームとして真空容器１外に引き出すイオンビーム引出し部である輸送管７と、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８と、を備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空排気され、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、
を備えることを特徴とするレーザイオン源。
【請求項２】
前記レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記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と、
前記プラズマ電流値が所定の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、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザイオン源。
【請求項３】
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又は２に記載のレーザイオン源。
【請求項４】
真空排気され、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、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イオン加速器。
【請求項５】
真空排気され、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、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。
【請求項６】
真空排気され、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、
前記真空容器外に引き出した後の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、
を備えることを特徴とするレーザイオン源。
【請求項７】
前記レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記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と、
前記イオンビーム電流値が所定の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、
をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載のレーザイオン源。
【請求項８】
前記イオンビーム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６又は７に記載のレーザイオン源。
【請求項９】
真空排気され、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、
前記真空容器外に引き出した後の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、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イオン加速器。
【請求項１０】
前記イオンビーム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、
前記真空容器及び前記イオンビーム引出し部は、前記線型加速器に対して真空を維持した状態で離反可能に構成し、
前記電流検出部による前記イオンビーム電流値の検出時、前記真空容器及び前記イオンビーム引出し部を離反させることを特徴とする請求項９に記載のイオン加速器。
【請求項１１】
真空排気され、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、
前記真空容器外に引き出した後の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、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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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）。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３７１３５２４号公報
【特許文献２】特開２００９−３７７６４号公報
【特許文献３】特開２０１２−９９２７３号公報
【特許文献４】特開２０１２−１７４５１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、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、を備えることを特徴とする。
【００１３】
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、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。
【００１４】
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、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。
【００１５】
本発明の実施形態に係る他のレーザイオン源は、真空排気され、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、前記真空容器外に引き出した後の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、を備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明の実施形態に係る他のイオン加速器は、真空排気され、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、前記真空容器外に引き出した後の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、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。
【００１７】
本発明の実施形態に係る他の重粒子線治療装置は、真空排気され、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、前記真空容器外に引き出した後の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、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。
【発明の効果】
【００１８】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】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。
【図２】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】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
（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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
（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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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）。
【００５１】
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。
【００５２】
（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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
（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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
（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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
（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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【符号の説明】
【００７７】
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
【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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