(57)【要約】【課題】  荷電粒子ビームの輸送範囲及び照射範囲を自在に変化させる。【解決手段】  複数のリング状の磁石２１を、それらの中心部における開口部２１２が互いに所定の軌道Ｏ１を描くように連結して配列する。各磁石２１はその中心部において多極磁場を形成し、所定の荷電粒子ビームを複数のリング状磁石２１の開口部２１２を通じて輸送するようにビームファイバ２０を構成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のリング状の磁石が、それらの中心部における開口部が互いに所定の軌道を描くように連結して配列されるとともに、各磁石はその中心部において多極磁場を形成し、所定の荷電粒子ビームを前記複数のリング状磁石の前記開口部を通じて輸送するように構成したことを特徴とする、ビームファイバ。
【請求項２】
前記磁石は複数の磁石要素からなり、前記複数の磁石要素は、隣接する磁石要素間でＮ極及びＳ極が互いに逆方向を向くようにしてリング状に配列してなることを特徴とする、請求項１に記載のビームファイバ。
【請求項３】
隣接する前記磁石間で、一方の磁石を構成する前記磁石要素が、他方の磁石を構成する隣接する２つの前記磁石要素に跨がるようにして、前記複数の磁石を配列させたことを特徴とする、請求項１又は２に記載のビームファイバ。
【請求項４】
前記多極磁場の大きさが０．１Ｔ〜１０Ｔであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載のビームファイバ。
【請求項５】
前記磁石を構成する前記磁石要素の数が１０個〜１０4個であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載のビームファイバ。
【請求項６】
隣接する前記磁石間の距離が０．１ｃｍ〜１０ｃｍであることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載のビームファイバ。
【請求項７】
前記磁石の前記開口部の直径が０．１ｃｍ〜１０ｃｍであることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一に記載のビームファイバ。
【請求項８】
複数のリング状の電極部材が、それらの中心部における開口部が互いに所定の軌道を描くように連結して配列されるとともに、各電極部材はその中心部において多極電場を形成し、所定の荷電粒子ビームを前記複数のリング状電極部材の前記開口部を通じて輸送するように構成したことを特徴とする、ビームファイバ。
【請求項９】
前記電極部材に正極及び負極を交互に誘起させたことを特徴とする、請求項８に記載のビームファイバ。
【請求項１０】
隣接する前記電極部材間で、一方の電極部材に誘起された前記正極及び前記負極が、他方の電極部材に誘起された前記正極及び前記負極に跨がるようにして、前記複数の電極部材を配列させたことを特徴とする、請求項８又は９に記載のビームファイバ。
【請求項１１】
前記多極電場の大きさが１０４Ｖ／ｍ〜１０7Ｖ／ｍであることを特徴とする、請求項８〜１０のいずれか一に記載のビームファイバ。
【請求項１２】
隣接する前記電極部材間の距離が０．１ｃｍ〜１０ｃｍであることを特徴とする、請求項８〜１１のいずれか一に記載のビームファイバ。
【請求項１３】
前記電極部材の前記開口部の直径が０．１ｃｍ〜１０ｃｍであることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一に記載のビームファイバ。
【請求項１４】
複数のリング状の磁石を、それらの中心部における開口部が互いに所定の軌道を描くように連結して配列されるとともに、各磁石の中心部において多極磁場を形成し、所定の荷電粒子ビームを前記複数のリング状磁石の前記開口部を通じて輸送することを特徴とする、ビーム輸送方法。
【請求項１５】
前記磁石は複数の磁石要素からなり、前記複数の磁石要素は、隣接する磁石間でＮ極及びＳ極が互いに逆方向を向くようにしてリング状に配列することを特徴とする、請求項１４に記載のビーム輸送方法。
【請求項１６】
隣接する前記磁石間で、一方の磁石を構成する前記磁石要素を、他方の磁石を構成する隣接する２つの前記磁石要素に跨がるようにして、前記複数の磁石を配列することを特徴とする、請求項１４又は１５に記載のビーム輸送方法。
【請求項１７】
前記多極磁場の大きさを０．１Ｔ〜１０Ｔとすることを特徴とする、請求項１４〜１６のいずれか一に記載のビーム輸送方法。
【請求項１８】
前記磁石を構成する前記磁石要素の数を１０個〜１０4個とすることを特徴とする、請求項１４〜１７のいずれか一に記載のビーム輸送方法。
【請求項１９】
隣接する前記磁石間の距離を０．１ｃｍ〜１０ｃｍとすることを特徴とする、請求項１４〜１８のいずれか一に記載のビーム輸送方法。
【請求項２０】
前記磁石の前記開口部の直径を０．１ｃｍ〜１０ｃｍとすることを特徴とする、請求項１４〜１９のいずれか一に記載のビーム輸送方法。
【請求項２１】
複数のリング状の電極部材を、それらの中心部における開口部が互いに所定の軌道を描くように連結して配列させるとともに、各電極部材の中心部において多極電場を形成し、所定の荷電粒子ビームを前記複数のリング状電極部材の前記開口部を通じて輸送することを特徴とする、ビーム輸送方法。
【請求項２２】
前記電極部材に正極及び負極を交互に誘起することを特徴とする、請求項２１に記載のビーム輸送方法。
【請求項２３】
隣接する前記電極部材間で、一方の電極部材に誘起された前記正極及び前記負極を、他方の電極部材に誘起された前記正極及び前記負極に跨がるようにして、前記複数の電極部材を配列することを特徴とする、請求項２１又は２２に記載のビーム輸送方法。
【請求項２４】
前記多極電場の大きさを１０4Ｖ／ｍ〜１０7Ｖ／ｍとすることを特徴とする、請求項２１〜２３のいずれか一に記載のビーム輸送方法。
【請求項２５】
隣接する前記電極部材間の距離を０．１ｃｍ〜１０ｃｍとすることを特徴とする、請求項２１〜２４のいずれか一に記載のビーム輸送方法。
【請求項２６】
前記電極部材の前記開口部の直径を０．１ｃｍ〜１０ｃｍとすることを特徴とする、請求項２１〜２５のいずれか一に記載のビーム輸送方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビームファイバ、及びビーム輸送方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガントリィのような粒子線医療装置における医療分野、及び電子線照射装置などの物理分野においては、荷電粒子を自在に輸送できる装置の確立が急務となっている。
【０００３】
図１は、従来のビーム輸送装置の一例を示す構成図である。図１に示すビーム輸送装置１０は、ビームの入口側及び出口側に焦点レンズ１１及び１２を有するとともに、これら焦点レンズ１１及び１２間において、凹レンズ１３及び１４、凸レンズ１５が設けられている。また、隣接するレンズ間には、磁石１６〜１９が設けられている。
【０００４】
図１に示すビーム輸送装置１０においては、所定の荷電粒子ビームが右方から焦点レンズ１１を介して装置内に導入されるとともに、磁石１６〜１９による磁場及びレンズ１３〜１６による偏向及び収束を受けた後、焦点レンズ１２から装置外へ放出される。この結果、前記荷電粒子ビームは、装置１０によって所定の箇所から所定の箇所へ輸送されることになる。
【０００５】
しかしながら、図１に示すビーム輸送装置では、各レンズ及び各磁石が固定されているため、前記荷電粒子ビームの輸送範囲が制限されてしまうという問題があった。また、前記荷電粒子ビームの照射範囲を変えるには、前記磁場の大きさを変化させる必要があるが、前記磁場の大きさを変化させる度合いにも限界があり、その結果、前記荷電粒子ビームの照射範囲の変化についても自ずから限界があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、荷電粒子ビームの輸送範囲及び照射範囲を自在に変化させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成すべく、本発明は、
複数のリング状の磁石が、それらの中心部における開口部が互いに所定の軌道を描くように連結して配列されるとともに、各磁石はその中心部において多極磁場を形成し、所定の荷電粒子ビームを前記複数のリング状磁石の前記開口部を通じて輸送するように構成したことを特徴とする、ビームファイバ（第１のビームファイバ）に関する。
【０００８】
また、本発明は、
複数のリング状の電極部材が、それらの中心部における開口部が互いに所定の軌道を描くように連結して配列されるとともに、各電極部材はその中心部において多極電場を形成し、所定の荷電粒子ビームを前記複数のリング状電極部材の前記開口部を通じて輸送するように構成したことを特徴とする、ビームファイバ（第２のビームファイバ）に関する。
【０００９】
さらに、本発明は、
複数のリング状の磁石を、それらの中心部における開口部が互いに所定の軌道を描くように連結して配列されるとともに、各磁石の中心部において多極磁場を形成し、所定の荷電粒子ビームを前記複数のリング状磁石の前記開口部を通じて輸送することを特徴とする、ビーム輸送方法（第１のビーム輸送方法）に関する。
【００１０】
また、本発明は、
複数のリング状の電極部材を、それらの中心部における開口部が互いに所定の軌道を描くように連結して配列させるとともに、各電極部材の中心部において多極電場を形成し、所定の荷電粒子ビームを前記複数のリング状電極部材の前記開口部を通じて輸送することを特徴とする、ビーム輸送方法（第２のビーム輸送方法）に関する。
【００１１】
本発明によれば、複数のリング状の磁石又は電極部材からビームファイバを構成し、前記磁石又は前記電極部材の中心開口部に多極磁場又は多極電場を形成し、この多極磁場及び多極電場を利用して荷電粒子ビームを輸送するようにしている。前記複数のリング状磁石又は電極部材は、それらの中心開口部が所定の軌道を描くように連結されている限り、自在に配列することができる。したがって、前記複数の磁石又は電極部材の配列を変化させることにより、前記荷電粒子ビームの輸送範囲を自在に変化させることができるようになり、また、前記荷電粒子ビームの照射範囲を磁場の大きさなどを変化させることなく、自在に変化させることができるようになる。
【００１２】
なお、本発明の好ましい態様においては、前記磁石を複数の磁石要素から構成し、前記複数の磁石要素を、隣接する磁石要素間でＮ極及びＳ極が互いに逆方向を向くようにしてリング状に配列する。または、前記電極部材に正極及び負極を交互に誘起させる。これによって、リング状の磁石又は電極部材の中心開口部において、安定した多極磁場又は多極電場を形成することができ、荷電粒子ビームの輸送を安定的に行うことができる。
【００１３】
また、本発明の他の好ましい態様においては、隣接する前記磁石間で、一方の磁石を構成する前記磁石要素が、他方の磁石を構成する隣接する２つの前記磁石要素に跨がるようにして、前記複数の磁石を配列する。または、隣接する前記電極部材間で、一方の電極部材に誘起された前記正極及び前記負極が、他方の電極部材に誘起された前記正極及び前記負極に跨がるようにして、前記複数の電極部材を配列する。これによって、リング状の磁石又は電極部材の中心開口部において、安定した多極磁場又は多極電場を形成することができ、荷電粒子ビームの輸送を安定的に行うことができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明によれば、荷電粒子ビームの輸送範囲及び照射範囲を自在に変化させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の詳細、並びにその他の特徴及び利点について、最良の形態に基づいて詳細に説明する。
【００１６】
図２は、本発明のビームファイバの一例を示す構成図であり、図３は、前記ビームファイバを構成する隣接する磁石同士の位置関係を示す図である。
【００１７】
図２に示すビームファイバ２０は、真空チューブ２２内において、複数のリング状の磁石２１が、それらの中心部における開口部２１２が互いに所定の軌道Ｏ１を描くように連結して配列されている。各磁石２１は複数の磁石要素２１１からなり、これら複数の磁石要素２１１が隣接する磁石要素間でＮ極及びＳ極が互いに逆方向を向くようにしてリング状に配列し、各磁石２１の中心に位置する開口部２１２において多極磁場を形成している。
【００１８】
また、図３に示すように、隣接する磁石２１同士の間では、一方の磁石２１に対する中心線Ｉ−Ｉに対して、他方の磁石２１が角度θだけ傾き、前記一方の磁石２１における所定の磁石要素２１１が、前記他方の磁石２１における隣接する２つの磁石要素に跨がっている。すなわち、図２に示すビームファイバ２０においては、隣接する磁石２１同士が僅かに回転した状態で配列されている。
【００１９】
図２に示すビームファイバ２０においては、所定の荷電粒子ビームが連続して配列されている磁石２１の開口部２１２内を通過することによって、前記多極磁場による偏向及び収束を受け、軌道Ｏ１に従って輸送されることになる。したがって、連続して配列された磁石２１において、中心開口部２１２が所定の軌道を描くようにして連結されている限り、前記荷電粒子ビームは前記軌道に従って輸送されることになる。
【００２０】
この結果、このような条件を満足する限りにおいて、複数の磁石２１の配列を自在に変化させることにより、前記荷電粒子ビームの輸送範囲を自在に変化させることができるようになり、その照射範囲を磁場強度を変化させることなく、自在に変化させることができるようになる。
【００２１】
なお、図２に示すビームファイバにおいては、上述したように、磁石２１を複数の磁石要素２１１から構成し、複数の磁石要素２１１を、隣接する磁石要素２１１間でＮ極及びＳ極が互いに逆方向を向くようにしてリング状に配列している。さらに、隣接する磁石２１間で、一方の磁石２１を構成する磁石要素２１１が、他方の磁石２１を構成する隣接する２つの磁石要素２１１に跨がるようにしている。したがって、各磁石２１の中心開口部２１２において、安定した多極磁場を形成することができ、荷電粒子ビームの輸送を安定的に行うことができる。
【００２２】
また、各磁石２１における磁石要素２１１の数は１０個〜１０4個であることが好ましい。この場合においても、上述したように、磁石２１の中心開口部２１２内においてより安定した多極磁場を形成することができ、その結果、前記荷電粒子ビームの輸送を安定的に行うことができる。
【００２３】
また、荷電粒子ビームの輸送をより安定的に行うためには、例えば前記多極磁場の大きさを０．１Ｔ〜１０Ｔとし、隣接する磁石２１間の距離を０．１ｃｍ〜１０ｃｍとし、磁石２１の開口部２１２の直径を０．１ｃｍ〜１０ｃｍとする。
【００２４】
なお、ビームファイバ２０における磁石２１の数は、前記荷電粒子ビームの輸送経路の長さに応じて任意に設定することができる。
【００２５】
また、図２に示すビームファイバ２０は、各磁石２１を真空チューブ２２内に入れているが、このような状態において、あるいは真空チューブ２２を有しない磁石のみを上述した配列を維持した状態で、気体、液体及び固体の如何なる雰囲気中にも配置することができる。したがって、前記雰囲気中において、前記荷電粒子ビームの輸送範囲及び照射範囲を自在に制御できるようになる。
【００２６】
図４は、本発明のビームファイバの他の例を示す構成図であり、図４は、前記ビームファイバを構成する隣接する電極部材同士の位置関係を示す図である。
【００２７】
図４に示すビームファイバ３０は、真空チューブ３２内において、複数のリング状の電極部材３１が、それらの中心部における開口部３１２が互いに所定の軌道Ｏ２を描くように連結して配列されている。各電極部材３１には、正極及び負極が交互に誘起され、開口部３１２において多極電場を形成している。
【００２８】
また、図５に示すように、隣接する電極部材３１同士の間では、一方の電極部材３１に対する中心線II−IIに対して、他方の電極部材３１が角度ψだけ傾き、前記一方の電極部材３１に誘起された正極及び負極が、前記他方の電極部材３１に誘起された正極及び負極に跨がっている。すなわち、図４に示すビームファイバ３０においては、隣接する電極部材３１同士が僅かに回転した状態で配列されている。
【００２９】
図４に示すビームファイバ３０においては、所定の荷電粒子ビームが連続して配列されている電極部材３１の開口部３１２内を通過することによって、前記多極電場による偏向及び収束を受け、軌道Ｏ２に従って輸送されることになる。したがって、連続して配列された電極部材３１において、中心開口部３１２が所定の軌道を描くようにして連結されている限り、前記荷電粒子ビームは前記軌道に従って輸送されることになる。
【００３０】
この結果、このような条件を満足する限りにおいて、複数の電極部材３１の配列を自在に変化させることにより、前記荷電粒子ビームの輸送範囲を自在に変化させることができるようになり、その照射範囲を電場強度を変化させることなく、自在に変化させることができるようになる。
【００３１】
なお、図４に示すビームファイバにおいては、上述したように、電極部材３１に正極及び負極を交互に誘起し、また、隣接する電極部材３１間で、一方の電極部材３１に誘起された正極及び負極が、他方の電極部材３１に誘起された正極及び負極に跨がるようにしている。したがって、各電極部材３１の中心開口部３１２において、安定した多極電場を形成することができ、荷電粒子ビームの輸送を安定的に行うことができる。
【００３２】
また、荷電粒子ビームの輸送をより安定的に行うためには、例えば前記多極電場の大きさを１０4Ｖ／ｍ〜１０7Ｖ／ｍとし、隣接する電極部材３１間の距離を０．１ｃｍ〜１０ｃｍとし、電極部材３１の開口部３１２の直径を０．１ｃｍ〜１０ｃｍとする。
【００３３】
なお、ビームファイバ３０における電極部材３１の数は、前記荷電粒子ビームの輸送経路の長さに応じて任意に設定することができる。
【００３４】
また、図４に示すビームファイバ３０は、各電極部材３１を真空チューブ３２内に入れているが、このような状態において、あるいは真空チューブ３２を有しない電極部材のみを上述した配列を維持した状態で、気体、液体及び固体の如何なる雰囲気中にも配置することができる。したがって、前記雰囲気中において、前記荷電粒子ビームの輸送範囲及び照射範囲を自在に制御できるようになる。
【００３５】
以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、ガントリィのような粒子線医療装置における医療分野、及び電子線照射装置や加速器からのビーム輸送系などの物理分野において好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】従来のビーム輸送装置の一例を示す構成図である。
【図２】本発明のビームファイバの一例を示す構成図である。
【図３】図２に示すビームファイバを構成する隣接する磁石同士の位置関係を示す図である。
【図４】本発明のビームファイバの他の例を示す構成図である。
【図５】図４に示すビームファイバを構成する隣接する電極部材同士の位置関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０  ビーム輸送装置
１１、１２  焦点レンズ
１３、１４  凹レンズ
１５  凸レンズ
１６−１９  磁石
２０、３０  ビームファイバ
２１  磁石
２２、３２  真空チューブ
２１１  磁石要素
２１２  磁石の開口部
３１  電極部材
３１２  電極部材の開口部
Ｏ１、Ｏ２  荷電粒子ビームの軌道
【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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