(57)【要約】【課題】単一の回転コンデンサにより異なる出射エネルギーに対応が可能な円形加速器を提供すること。【解決手段】中心に入射された荷電粒子を、磁場により螺旋軌道に沿って周回させながら、ディー電極によって発生する高周波電界により加速する円形加速器において、高周波電界を発生させる高周波電力を供給する高周波電源からディー電極の間に設けられた高周波整合回路の部材として、第一電極と第二電極とが回転軸の周りを相対的に回転することにより、第一電極と第二電極とで形成される静電容量が変化する回転コンデンサを備え、この回転コンデンサは、第一電極と第二電極とが、回転軸の方向の相対位置が変化可能に設置され、第一電極と第二電極との回転軸の方向の対向する長さを変化可能にした。【選択図】図１
2018006196.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心に入射された荷電粒子を、磁場により螺旋軌道に沿って周回させながら、ディー電極によって発生する高周波電界により加速する円形加速器において、
前記高周波電界を発生させる高周波電力を供給する高周波電源から前記ディー電極の間に設けられた高周波整合回路の部材として、第一電極と第二電極とが回転軸の周りを相対的に回転することにより、前記第一電極と前記第二電極とで形成される静電容量が変化する回転コンデンサを備え、
この回転コンデンサは、前記第一電極と前記第二電極とが、前記回転軸の方向の相対位置が変化可能に設置され、前記第一電極と前記第二電極との前記回転軸の方向の対向する長さが変化可能にされていることを特徴とする円形加速器。
【請求項２】
前記第一電極は円筒形状であり、前記第二電極は、前記第一電極の内部に挿入され、前記第一電極と前記第二電極とが相対的に回転することで、前記第一電極の内面と前記第二電極の外面との間で形成される静電容量が変化することを特徴とする請求項１に記載の円形加速器。
【請求項３】
前記第一電極の内面が、前記回転軸に平行な方向に伸びる複数の凸部を有し、前記第二電極は、基部から前記回転軸に平行な方向に伸びる複数の板状電極が前記回転軸からの距離がそれぞれ同じ位置に配置されて構成されたことを特徴とする請求項２に記載の円形加速器。
【請求項４】
前記第一電極と前記第二電極のうちの一方の電極が、前記回転軸の方向に移動可能に設置され、他方の電極が回転することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の円形加速器。
【請求項５】
前記第一電極と前記第二電極のうちの一方の電極が、前記回転軸の方向に移動可能に設置されるとともに回転し、他方の電極が固定されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の円形加速器。
【請求項６】
前記第一電極と前記第二電極との前記回転軸の方向の対向する長さを変化させる直動機構を有し、この直動機構の外形形状は、前記高周波整合回路から前記ディー電極を接続する円筒形状の伝送線路に直結する円筒形状であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の円形加速器。
【請求項７】
前記直動機構は、前記回転軸に平行な方向に伸びる直線状の長穴を少なくとも１本有する固定円筒と、この固定円筒の外面に沿って回転可能で、前記回転軸に平行な方向に対して傾斜した長穴を有する回転円筒とを備え、
前記第一電極と前記第二電極のうち、前記回転軸の方向に移動可能に設置された電極の外部に突き出した位置決めピンが前記固定円筒が有する長穴および前記回転円筒が有する長穴に嵌り、前記回転円筒が回転することにより前記回転軸の方向に移動可能に設置された電極が前記回転軸の方向に移動するよう構成されたことを特徴とする請求項６に記載の円形加速器。
【請求項８】
前記回転コンデンサの、少なくとも前記第一電極と前記第二電極とは、絶縁気体が封入された領域に配置され、前記荷電粒子が螺旋軌道を形成する領域は真空排気されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の円形加速器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子線治療装置などに利用される高エネルギーの粒子線を出射する円形加速器であるシンクロサイクロトロン加速器の、特にキャパシタンス変調素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射線の応用の一つに癌の治療があり、最近、陽子線や炭素線などの荷電粒子の束、すなわち粒子線を癌細胞に照射し治療する粒子線治療が注目されている。従来の放射線治療に比べて副作用が少ないなどの利点がある粒子線治療は、照射する陽子線や炭素線を加速器を用いて加速する。粒子線治療装置では加速器としてシンクロトロン加速器やサイクロトロン加速器などの円形加速器が用いられ、特にシンクロトロン加速器は加速エネルギーの高さや荷電粒子の出射エネルギーが可変であるといった利点がある。ところがシンクロトロン加速器はその加速軌道半径が大きいことから装置が大型化し、都市近郊への設置が困難であった。
【０００３】
一方、サイクロトロン加速器は一様な磁場Ｂと荷電粒子の質量ｍが一定であれば、その回転周波数は回転する半径によらず一定であるため、一様な磁場中で一定の高周波電場を供給することで荷電粒子を加速させることができ、またシンクロトロンと比較して小型化が可能であった。ところが、加速された荷電粒子はエネルギーが高くなると、相対論的効果により加速粒子の質量が増加するため、荷電粒子の周回周期が低下し、最終的にはサイクロトロンによる加速が困難となる。
【０００４】
シンクロサイクロトロンは、サイクロトロンにおいて周波数変調を用いた加速器である。荷電粒子の速度上昇とそれに伴う質量増加によって起こる周回周波数の低下に対して、高周波電源から投入されるＤｅｅ電極間の高周波電界の周波数を同期させる。これにより従来のサイクロトロンの限界を超える出射エネルギーが実現された。
【０００５】
周波数変調を用いる場合、高周波電源の高周波電力が十分にＤｅｅ電極に伝達されず、場合によっては反射された高周波電力によって電源の損傷を引き起こすといった問題が懸念される。上記の問題を解決するため、シンクロサイクロトロンでは電源と負荷であるＤｅｅ電極との間に挿入された変調素子によって、電源の周波数と加速器が持つ共振周波数を一致させてきた。
【０００６】
上記の変調素子としては、時間的に静電容量を変化させる回転コンデンサなどが用いられ、回転コンデンサを構成する電極対の一方が高速に回転することにより、共振周波数を変化させる。（例えば、特許文献１、特許文献２参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２０１４−５３３８８４号公報
【特許文献２】特開２０１３−１５７５５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
シンクロサイクロトロンでは荷電粒子の出射エネルギーによって、回転コンデンサに求められる静電容量の変化プロファイルが異なる。このため、シンクロサイクロトロンにおいて異なるエネルギーで出射させるためには、異なる静電容量変化プロファイルを持つ別々の回転コンデンサを用意する必要がある。つまり、単一のシンクロサイクロトロンにて多段の出射エネルギーに対応させようとすると、出射エネルギーの段数に応じた数の回転コンデンサが必要であった。回転コンデンサの交換は手間がかかる上、複数の回転コンデンサは高コストである。
【０００９】
本発明は、上記のような課題を解決するために成されたものであり、単一の回転コンデンサにより異なる出射エネルギーに対応が可能な円形加速器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、中心に入射された荷電粒子を、磁場により螺旋軌道に沿って周回させながら、ディー電極によって発生する高周波電界により加速する円形加速器において、高周波電界を発生させる高周波電力を供給する高周波電源からディー電極の間に設けられた高周波整合回路の部材として、第一電極と第二電極とが回転軸の周りを相対的に回転することにより、第一電極と第二電極とで形成される静電容量が変化する回転コンデンサを備え、
この回転コンデンサは、第一電極と第二電極とが、回転軸の方向の相対位置が変化可能に設置され、第一電極と第二電極との回転軸の方向の対向する長さが変化可能にされているものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、単一の回転コンデンサを用いて、出射エネルギー多段のシンクロサイクロトロンを提供でき、シンクロサイクロトロンを小型化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１による円形加速器の要部の概略構成を示す断面模式図である。
【図２】本発明の実施の形態１による円形加速器であるシンクロトロンの概略構成を示す上面断面模式図である。
【図３】本発明の実施の形態１による円形加速器であるシンクロトロンの概略構成を示す側面断面模式図である。
【図４】本発明が適用される一例としての粒子線治療装置の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態１による円形加速器のディー電極に供給される高周波の周波数変調の一例を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１による円形加速器の回転コンデンサを分解して示す斜視図である。
【図７】本発明の実施の形態１による円形加速器の回転コンデンサの動作を説明するための模式図である。
【図８】本発明の実施の形態２による円形加速器の回転コンデンサの要部の構成を示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態２による円形加速器の回転コンデンサのステータ電極の構成を示す斜視図である。
【図１０】本発明の実施の形態２による円形加速器の回転コンデンサのステータ電極を保持するガイド円筒を示す斜視図である。
【図１１】本発明の実施の形態２による円形加速器の回転コンデンサのステータ電極を保持するガイド円筒の外側に配置される回転円筒を示す斜視図である。
【図１２】本発明の実施の形態２による円形加速器の回転コンデンサの直動機構の動作を説明する模式図である。
【図１３】本発明の実施の形態３による円形加速器の回転コンデンサの要部の拡大断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態４による円形加速器の概略構成を示す上面断面模式図である。
【図１５】本発明の実施の形態５による円形加速器の要部の概略構成を示す断面模式図である。
【図１６】本発明の実施の形態５による円形加速器の要部の別の概略構成を示す断面模式図である。
【図１７】本発明の実施の形態５による円形加速器の要部のさらに別の概略構成を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
まず、本発明が適用される一例としての粒子線治療装置の概要を、図４を参照して説明する。本発明が適用される粒子線治療装置１００は、図４のブロック図に示すように、治療計画部４と、粒子線発生部５と、粒子線輸送部６と、粒子線照射部７などを備える。粒子線輸送部６は、粒子線発生部５と、粒子線照射部７とを連結し、粒子線発生部５において加速器２００を用いて加速させた荷電粒子の束である粒子線を粒子線照射部７に輸送する粒子線輸送路を有する。粒子線照射部７は、粒子線を患者の患部である照射目標へ照射する照射ノズル７１、治療台７２、位置決め装置７３などを備えている。また、粒子線発生部５および粒子線照射部７は、治療計画部４で設定した照射線量に基づき治療制御部８を介して制御される。
【００１４】
荷電粒子の束である粒子線を照射目標である患者の患部に照射したとき、その荷電粒子のエネルギーに応じて、患者の患部の深さ方向の照射位置が決まる。したがって、荷電粒子のエネルギーを変えることにより、深さ方向の照射位置を変えることができる。また、照射ノズル７１には粒子線を偏向して、粒子線の進行方向に対して垂直な方向に粒子線を走査するためのビーム走査装置を備えている。ビーム走査装置は、治療制御部８のビーム走査制御部からの指令により粒子線を粒子線の進行方向に対して垂直な２次元方向に走査する。このようにして、３次元の領域である患者の患部に粒子線を照射することができる。したがって、粒子線治療装置においては、粒子線を所望の深さ位置に照射するため、治療制御部８に備えられたエネルギー設定制御部の指令に基づいて、加速器２００から出射される荷電粒子のエネルギーを変える必要がある。以下で説明するように、加速器２００がシンクロサイクロトロンの場合、荷電粒子を加速するために高周波の加速電界の周波数を変調する必要があり、出射する荷電粒子のエネルギーを変えるためには、周波数の変調のプロファイルを変える必要がある。本発明は、円形加速器であるシンクロサイクロトロンにおいて、高周波の加速電界の周波数の変調のプロファイルを変えることを可能とする円形加速器の構成に関するものである。
【００１５】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による円形加速器の要部の概略構成を示す断面模式図である。また、図２は、本発明の実施の形態１による粒子線治療装置１００に用いる円形加速器であるシンクロサイクロトロン２００の概略構成を示す上面断面模式図であり、図３は側面断面模式図である。図２および図３に示すように円形加速器であるシンクロサイクロトロン２００は、上下に対向して配置された一対のコイル９とヨーク１０から成る偏向電磁石４００と高周波電力が供給される共振空洞１１とを備えている。共振空洞１１は、加速電極であるＤｅｅ電極（ディー電極とも称する）１、回転コンデンサ３００を有する。偏向電磁石４００によってＤｅｅ電極１にＺ軸方向の磁場が形成される。イオン源１２から取出された荷電粒子は、コイル９により発生したＺ軸方向の磁場によってＤｅｅ電極１内を周回し、半周期ごとにＤｅｅ電極１間の加速ギャップ３０へ到達する。Ｄｅｅ電極１間の加速ギャップ３０に発生する高周波電界は荷電粒子の周回周期と同期するよう調整されているため、荷電粒子は加速ギャップ３０を通過する毎に加速され、荷電粒子の加速軌道は図２の破線で示すような、螺旋軌道となる。
【００１６】
円形加速器であるシンクロサイクロトロン２００は、真空装置１３、高周波電源１４、入力カプラ１５、制御回路及び高周波整合回路を備える。真空装置１３は共振空洞１１の内部を低圧に維持し、加速される荷電粒子の散乱や放電を抑制する。高周波電源１４は入力カプラ１５を介して共振空洞１１内に高周波電力を供給し、制御回路は加速される荷電粒子のエネルギーに対応した周波数の高周波電力を出力できるよう電源を調整する。高周波整合回路は高周波電源１４とＤｅｅ電極１との間のインピーダンス整合をとる。高周波電源１４とＤｅｅ電極１との間でインピーダンス整合が取れていない場合、高周波電源１４の電力の一部がＤｅｅ電極１に供給されない。また、場合によっては高周波電源１４の故障を引き起こす。
【００１７】
図５にＤｅｅ電極１に供給される高周波の周波数変調の例を示す。図５に示すように、出射エネルギーに対応した周波数の時間変化プロファイルが必要となり、高周波整合回路は高周波電源１４とＤｅｅ電極１の間のインピーダンス整合を取るため、共振空洞１１が持つ共振周波数を変調するように構成する必要がある。
【００１８】
高周波整合回路の部材である変調素子として、例えば可変インダクタンス素子や可変キャパシタンス素子を考えることができる。変調素子のインダクタンスやキャパシタンスを周波数の変化に対応するように変調させることで共振空洞１１の共振周波数が変調される。可変キャパシタンス素子としては、回転コンデンサ３００があげられる。図１に示すように回転コンデンサ３００はモータ１６によって駆動するロータ電極３と、Ｄｅｅ電極１と一方の端部で接続し、他方の端部で回転コンデンサ３００と接続する伝送線路１７に固定されるステータ電極２を有する。ステータ電極２とロータ電極３は互いに対向し、例えばステータ電極２が、直動機構５０により回転軸Ｃｅの方向に移動可能となっている。以下の式からステータ電極２とロータ電極３の対向面積Ｓと電極間距離ｄと誘電率εにより静電容量が規定される。
C=ε S/d
【００１９】
図６は、本発明の実施の形態１による円形加速器の回転コンデンサを分解して示す斜視図である。図６に示すように、ロータ電極３は、円筒形状であり内面に回転軸Ｃｅの方向に伸びる凸部を複数有することにより、回転軸Ｃｅから一定半径の位置に円筒状に電極面３１が複数配置された構成となっている。ステータ電極２は伝送線路１７の端部で接続され、回転軸Ｃｅからの距離がロータ電極３の電極面３１とは異なる一定の距離の位置に、回転軸方向に伸びた複数の板状電極２１が円筒状に配置された構成となっている。図６ではステータ電極２をロータ電極３の内部から引き出した状態を示しているが、実際には、ステータ電極２がロータ電極３の内部に挿入された配置となっており、ロータ電極３の電極面３１とステータ電極２の板状電極２１が対向したときに、電極間距離ｄを形成する。上記の電極配置とロータ電極３の回転により、ロータ電極３の電極面３１とステータ電極２の板状電極２１の対向面積を時間的に変化させることができ、ステータ電極２とロータ電極３とで形成される静電容量は時間的に変化する。一般に共振周波数ｆ0はインダクタ
ンスＬとキャパシタンスＣから以下の式で定義されるため、静電容量が増加すると共振周波数は低下する。
f0=1/(2π√(LC))
【００２０】
よってＤｅｅ電極１と回転コンデンサ３００を含む共振回路は静電容量の変化により、その共振周波数を変化させることができる。ロータ電極３は、共振空洞１１および伝送線路１７の端部に接続されたステータ電極２と直流絶縁される。ロータ電極３およびステータ電極２は電気伝導性材料によって構成される。この材料は例えば銅やアルミニウムなどの電気伝導率の高い材料が好ましい。
【００２１】
ここで、各図においてコンデンサのロータ電極３の回転軸Ｃｅの方向をＸ軸方向、加速
ギャップに沿った方向をＹ軸方向、偏向電磁石４００の垂直磁場方向をＺ軸方向、およびロータ電極３の回転方向をφ方向と定義する。
【００２２】
図７は、本発明の実施の形態１による円形加速器の回転コンデンサ３００の動作を説明する模式図である。図７の上側に示しているのは、円形加速器から出射される粒子線のエネルギーが、ある出射エネルギー１のときの回転コンデンサの状態を示す図である。図７の下側に示しているのは、上側とは異なる出射エネルギー２のときの回転コンデンサの状態を示す図である。回転コンデンサ３００は、ステータ電極２がＸ軸方向に対して直動する機構を有する。図７に示すように出射エネルギーの変更に応じて、ステータ電極２がＸ軸方向へ移動し、ステータ電極２とロータ電極３とのＸ軸方向の対向する長さが変化して対向面積が変化するため、Ｘ軸方向への変位量によって複数のプロファイルの静電容量変化を実現できる。図７のステータ電極２の板状電極２１は、先端が斜めにカットされた形状となっている。このように、周波数変調に必要な静電容量変化のプロファイルを生成するため、ステータ電極２の板状電極２１の形状を適当な形状に調整することで対向面積Ｓの変化プロファイルを調整することができる。形状を調整するのは、ロータ電極３の電極面３１であってもよく、また板状電極２１およびロータ電極３の電極面３１の両方の形状を調整しても良いのは言うまでもない。
【００２３】
この構成により、出射エネルギーの多段化を単一の回転コンデンサ３００によって対応することができる。直動機構５０としては、例えばステータ電極２が伝送線路１７の一方の端部で、可動式のリニアステージ上に設置される。ステータ電極２をＸ軸方向へ可動させるリニアステージは、代替的にはリニアモータを用いた直動機構、エアシリンダーまたは油圧シリンダーを用いた直動機構、もしくはボールねじを用いた直動機構でもよい。また、Ｘ軸方向へ駆動する電極はロータ電極３でもよく、ステータ電極２とロータ電極３の両方が移動する構成でもよいのは言うまでもない。
【００２４】
以上説明したように、実施の形態１による円形加速器では、回転コンデンサ３００の電極が回転軸方向に直動することで、単一の回転コンデンサ３００が複数の異なるプロファイルの静電容量変化を形成し、出射エネルギーの多段化に対応したシンクロサイクロトロン２００を実現できる。
【００２５】
実施の形態２．
図８は本発明の実施の形態２による円形加速器の回転コンデンサ３００の要部を示す回転軸を含むＺＸ平面の断面図である。実施の形態２では、より好適なステータ電極２のＸ軸方向の直動機構を示す。Ｘ軸方向への直動機構は、例えば、図中に示すようなモータ２２による回転運動を直線運動に変換する機構でよい。ステータ電極２の直動機構はステータ電極２、ガイド円筒１９、回転円筒２０、ギアボックス２３とステッピングモータ２２を有する。ステータ電極２はガイド円筒１９によって保持され、伝送線路１７に接続される。また、ガイド円筒１９は回転円筒２０の円筒内部に設置される。また、回転円筒をφ方向に回転させるステッピングモータ２２がガイド円筒１９または伝送線路１７内に設置される。ステッピングモータ２２の回転運動はギアボックス２３を介して回転円筒２０に伝達される。さらにまた、ステータ電極２とガイド円筒１９は、電気的接点を増やすため例えばスプリングコンタクト２４のような伸縮性を有する電気伝導部材によって短絡される。
【００２６】
図９は、本発明の実施の形態２による円形加速器の回転コンデンサ３００のステータ電極２の構成を示す斜視図である。図９に示すように、ステータ電極２は板状電極２１が円筒上に配置されるため、基部となる円筒端部からＸ軸方向へ延伸する複数の板状電極２１を有する構造となっており、板状電極２１の極数は例えば８極である。ここでステータ電極２の極数は荷電粒子の出射される繰返し周期によって増減する。また、ステータ電極２
は位置決め部品として外側に突き出す位置決めピン１８を基部に有する。位置決めピン１８はステータ電極２の円筒部にφ方向に対して等間隔に複数配置される。
【００２７】
図１０はステータ電極２を保持するガイド円筒１９を示す斜視図である。ガイド円筒１９はステータ電極２と同様に電気伝導性材料から作製され、この材料は例えば銅やアルミニウムなどの電気伝導率の高い材料が用いられる。ガイド円筒１９は側面にＸ軸に平行方向に延びる第一の長穴１９１を有し、その数はステータ電極２が有する位置決めピン１８と同数がφ方向に対して等間隔に設けられる。また、ガイド円筒１９は円筒内部に端部から一定深さに底面を有し、さらにまた底面から円筒端部の間の円筒側面部にはφ方向に延びる第二の長穴１９２を有する。この第二の長穴１９２を介してステータ電極２を直動されるステッピングモータ２２の回転力を後述する回転円筒２０へと伝達する。
【００２８】
図１１はガイド円筒１９の外側に配置される回転円筒２０である。回転円筒２０はステータ電極２と同様に電気伝導性材料から作製され、この材料は例えば銅やアルミニウムなどの電気伝導率の高い材料が用いられ、その円筒側面部に回転軸と平行な方向に対して一定の傾斜角度を持つ第三の長穴２０１を有し、その数はステータ電極２が有する位置決めピン１８と同数がφ方向に対して等間隔に設けられる。また、回転円筒２０はその円筒内側の側面部にφ方向に延びる内歯車２０２を有する。この内歯車２０２がガイド円筒１９の第二の長穴１９２を通るギアボックス２３と噛み合い、ステッピングモータ２２の回転運動が伝達される。
【００２９】
図１２にステータ電極２、ガイド円筒１９および回転円筒２０による直動機構の動作を説明する模式図を示す。ステータ電極２はガイド円筒１９内に設置され、回転円筒２０はガイド円筒１９の外側に設置される。ステータ電極２上の位置決めピン１８がガイド円筒１９上の長穴１９１と回転円筒２０上の長穴２０１に挿入される。ステッピングモータ２２によって回転円筒２０を回転させることにより、ステータ電極２はガイド円筒１９の長穴１９１に沿ってＸ軸方向に摺動する。
【００３０】
図３などで示すように、共振空洞１１は、特に伝送線路１７の部分は高周波が同軸モードを形成する同軸線路となっている。上記のような、伝送線路１７に接続される直動機構が円筒形状であれば、直動機構が駆動しても同軸モードを乱すことがない。また、ステータ電極２が直動する際の同軸度はガイド円筒１９とステータ電極２の円筒部における寸法精度によって、φ方向の位置精度はガイド円筒１９の長穴１９１と位置決めピン１８の寸法精度によって管理される。ステータ電極２のＸ軸方向への変位精度は回転円筒２０の長穴２０１の寸法精度によって管理される。また、ステッピングモータ２２とギアボックス２３のギア比の選択によってＸ軸方向への変位量を高精度に制御できる。上記機構を用いることで荷電粒子の出射エネルギーを変更する際、ステータ電極２を精度よく変位させることができるため、静電容量の変化の精度を高めることができる。
【００３１】
実施の形態３．
図１３は本発明の実施形態３による円形加速器の回転コンデンサ３００のステータ電極２とロータ電極３の電極が対向する部分のＺＸ平面の拡大断面図である。図１３においては対向するロータ電極３とステータ電極２間の電極間距離がＸ軸方向に対して変化する。図中のロータ電極３の電極面３１はＸ軸方向に向かって階段状のステップが設けられており、各ステップがシンクロサイクロトロン２００の出射エネルギーに対応する。ロータ電極３におけるＸ軸方向への電極間距離の変化は、図中に示すようなステップ状の変化に加えて、なだらかな曲線による変化でもよい。また、要求される静電容量の変化によっては、Ｘ軸方向に対して電極間距離ｄを局所的に小さく、或いは大きくしても良い。さらにまた、この電極間距離ｄのＸ軸方向への変化はステータ電極２の板状電極２１のＸ軸方向の形状を変更することで電極間距離を変化させても、またステータ電極２およびロータ電極３の両方を変化させても良い。以上のような構造を用いることで、電極形状によって面積Ｓを可変することに加えて電極間距離ｄを出射エネルギー毎に変更できるため、要求に応じた時間に対する静電容量の変化プロファイルを実現できる。
【００３２】
実施の形態４．
図１４は、本発明の実施の形態４による円形加速器の概略構成を示す、共振空洞１１の上面断面模式図である。図１４に示すように、回転コンデンサ３００の電極が配置されている領域はガス領域１１０として、絶縁性の高いガス、例えば六フッ化硫黄ガス（ＳＦ6
）などが充填されている。共振空洞１１のその他の領域は真空領域１２０であり、少なくとも荷電粒子が加速されて螺旋軌道を形成する領域は真空排気されている。このように、共振空洞１１内で回転コンデンサ３００の部分のみが分離され、少なくとも回転コンデンサ３００のステータ電極２とロータ電極が配置される部分は絶縁ガスが充填される。真空から絶縁ガスに置き換えることにより、回転コンデンサ３００の部分に真空排気系を必要とせず、絶縁ガスの比誘電率εrによって静電容量を大きくすることができ、回転コンデ
ンサ３００を小型化できる。また、絶縁ガスはコンデンサ部分のみに充填されるため、共振空洞１１内での荷電粒子の加速を阻害せず、共振空洞１１内で分離されていることからメンテナンスおよび調整時に回転コンデンサ３００のみの取り外しも容易である。さらに、真空に設置する場合と比較して、ガスの対流による電極の冷却効果が期待できる。
【００３３】
実施の形態５．
図１５は、本発明の実施の形態５による円形加速器の要部の概略構成を示す断面模式図である。図１５においては、回転コンデンサ３００のロータ電極３がステータ電極２の内部に挿入された構成となっている。例えば図６で示したロータ電極３の構造の電極を、図１５のステータ電極２とし、図６で示したステータ電極２の構造の電極を、図１５のロータ電極３としてもよい。このような構成であっても、ステータ電極２を直動機構５０によってＸ軸方向、すなわちロータ電極３の回転軸Ｃｅの方向に移動させることにより、ロータ電極３を回転させた時の、ステータ電極２とロータ電極３とで形成される静電容量の変化プロファイルを変化させることができ、要求に応じた時間に対する静電容量の変化プロファイルを実現できる。
【００３４】
さらに、図１６に示すように、図１のロータ電極３を、直動機構５０により回転軸Ｃｅの方向に移動可能にしても良く、図１７に示すように、図１５のロータ電極３を、直動機構５０により回転軸Ｃｅの方向に移動可能にしても良い。
【００３５】
また、図１、図１５、図１６、および図１７において、外側となる電極の構成が図６のステータ電極２と同様の板状電極を有する構成の電極であり、内側となる電極の構成が図６のロータ電極３の外面に凸部を有する構成の電極であってもよい。この場合、外側の電極の板状電極の内面と内側の電極の凸部の外面との間で静電容量を形成する構成となる。
【００３６】
図１、図１５、図１６、および図１７のいずれの構成においても、ロータ電極３が回転することにより、ステータ電極２とロータ電極３で形成される静電容量が変化する構成となっている。ただし、ステータ電極２も回転する構成であっても良く、ステータ電極２とロータ電極３とは相対的に回転する構成であればよい。また、ステータ電極２とロータ電極３とは回転軸Ｃｅの方向の相対位置が変化可能に設置され、ステータ電極２とロータ電極３の対向する長さが変化可能に構成されていればよい。以上では、回転する電極をロータ電極、回転しない電極をステータ電極として説明したが、両者は相対的に回転し、回転軸の方向の相対位置が変化可能に設置されていればよい。すなわち、以上におけるロータ電極とステータ電極の一方の電極を第一電極、他方の電極を第二電極と称することにより、第一電極と第二電極とが相対的に回転することにより、第一電極と第二電極とで形成される静電容量が変化し、第一電極と第二電極とが、回転軸方向の相対位置が変化可能に設置され、第一電極と第二電極との回転軸方向の対向する長さが変化可能にされた構成であればよい。
【００３７】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１  Ｄｅｅ電極（ディー電極）、２  ステータ電極（第一電極または第二電極）、３  ロータ電極（第二電極または第一電極）、４  治療計画部、５  粒子線発生部、６  粒子線輸送部、７  粒子線照射部、８  治療制御部、９  コイル、１０  ヨーク、１１  共振空洞、１２  イオン源、１３  真空装置、１４  高周波電源、１５  入力カプラ、１６  モータ、１７  伝送線路、１８  位置決めピン、１９  ガイド円筒、２０  回転円筒、２１  板状電極、２２  ステッピングモータ、２３  ギアボックス、２４  スプリングコンタクト、３１  電極面、１００  粒子線治療装置、２００  シンクロサイクロトロン、３００  回転コンデンサ、４００  偏向電磁石
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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