(57)【要約】【課題】  取出しビームの電流低下を抑制すると共に、ビームのエネルギー切替時間を短縮することが可能な円形加速器とそれを備えた粒子線治療システムを提供する。【解決手段】  円形加速器３９は、エネルギーが異なるビームの周回軌道が円形加速器３９の中心から径方向一方側に偏心したことにより、周回軌道が集中する領域と離散的に存在する領域とが生じるよう主磁場分布が形成されるものであり、周回軌道上に、四極磁場または六極磁場よりなる擾乱磁場を発生させるコイルが設けられており、コイルが通電されることで特定エネルギーのビームが取出される。【選択図】  図３
2019096404.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主磁場、および周波数変調した高周波電場を用いる円形加速器であって、
エネルギーが異なるビームの周回軌道が前記円形加速器の中心から径方向一方側に偏心したことにより、前記周回軌道が集中する領域と離散的に存在する領域とが生じるよう主磁場分布が形成されるものであり、
前記周回軌道上に、四極磁場または六極磁場よりなる擾乱磁場を発生させるコイルが設けられており、前記コイルが通電されることで特定エネルギーのビームが取出される
ことを特徴とする円形加速器。
【請求項２】
請求項１に記載の円形加速器において、
前記コイルは、取出しエネルギーのビーム軌道上で、前記円形加速器の径方向外周側に向かって主磁場を増強させる磁場を発生させる第１コイルを有する
ことを特徴とする円形加速器。
【請求項３】
請求項２に記載の円形加速器において、
前記コイルは、更に、取出しエネルギーのビーム軌道上で、前記円形加速器の径方向外周側に向かって主磁場を減少させる磁場を発生させる第２コイルを有する
ことを特徴とする円形加速器。
【請求項４】
請求項３に記載の円形加速器において、
前記第１コイルおよび前記第２コイルは、発生させる磁場領域とビーム軌道との交差面積が、低エネルギー側で小さく、高エネルギー側で大きい形状である
ことを特徴とする円形加速器。
【請求項５】
請求項１に記載の円形加速器において、
前記主磁場分布を形成するための一対の主磁極は、対向する面のうち、前記コイルが配置される位置に、前記四極磁場または前記六極磁場を補強する磁場を発生させるシムを有する
ことを特徴とする円形加速器。
【請求項６】
請求項１に記載の円形加速器において、
前記コイルを前記円形加速器の径方向に移動させる移動機構を更に備えた
ことを特徴とする円形加速器。
【請求項７】
請求項１に記載の円形加速器において、
前記コイルへの通電電流を制御することで、取出しビームのエネルギーを変更する
ことを特徴とする円形加速器。
【請求項８】
請求項１に記載の円形加速器において、
前記コイルは、ターン数が１０ターン以下であり、かつ空芯構造または積層鋼板コアが用いられている
ことを特徴とする円形加速器。
【請求項９】
請求項３に記載の円形加速器において、
前記第１コイルおよび前記第２コイルは、前記四極磁場または前記六極磁場を発生させるメインコイルと、前記メインコイルによって発生する磁場のうち低エネルギー側軌道へ漏洩する漏洩磁場を減少させる補正コイルとから構成される
ことを特徴とする円形加速器。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れか１項に記載の円形加速器と、
前記円形加速器から取出された特定エネルギーのビームを照射する照射装置と、を備えた
ことを特徴とする粒子線治療システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円形加速器および粒子線治療システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ビームの周回軌道を挟んで一対に設けられ、周方向に交互に配列された複数の凸部と複数の凹部とをそれぞれが有し、凸部同士で挟まれたヒル領域と凹部同士で挟まれたバレー領域とを周回軌道に沿って形成する一対の磁極と、バレー領域に設けられたディー電極と、ディー電極が設けられたバレー領域以外の少なくとも１つのバレー領域においてビームの周回軌道の径方向における外周側に配置され、ビームを加速させるための高周波電場を発生させる高周波発生部と、を備えるサイクロトロンが記載されている。
【０００３】
また、特許文献２には、エネルギーが異なるイオンビームを効率良く出射できる加速器として、リターンヨークと真空容器を有し、入射用電極が、真空容器の中心軸よりも、リターンヨーク内のビーム出射経路の入口側に配置され、磁極が、リターンヨーク内で入射用電極の周囲において入射用電極から放射状に配置され、凹部が、リターンヨークの周方向で磁極と交互に配置され、真空容器内において、入射用電極を中心とする複数のビーム周回軌道が存在する軌道同心領域、及びこの領域の周囲に、入射用電極から偏心した複数のビーム周回軌道が存在する軌道偏心領域が形成され、軌道偏心領域では、入射用電極とビーム出射経路の入口の間でビーム周回軌道が密になり、入射用電極を基点にしてビーム出射経路の入口の１８０°反対側でビーム周回軌道相互間の間隔が広くなる加速器が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１６０６１３号公報
【特許文献２】国際公開第２０１６／０９２６２１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
粒子線治療や物理実験などで使用する高エネルギーのイオンビームは加速器を用いて生成される。
【０００６】
核子当たりの運動エネルギーが２００ＭｅＶ前後のビームを得る加速器には種類がいくつかある。例えば、上述の特許文献１に記載されたようなサイクロトロンや、シンクロトロン、シンクロサイクロトロン、上述の特許文献２に記載されたような可変エネルギー加速器が挙げられる。
【０００７】
サイクロトロンおよびシンクロサイクロトロンの特徴は静磁場中を周回するビームを高周波電場で加速する点であり、加速されるにつれてビームはその軌道の曲率半径を増し、外側の軌道に移動し、最高エネルギーまで到達した後に取出される。そのため、取出すビームのエネルギーは基本的には固定である。
【０００８】
シンクロトロンはビームを偏向する電磁石の磁場と加速する高周波電場の周波数を時間的に変化させることでビームは一定の軌道を周回する。そのため、設計上の最大エネルギーに到達する前にビームを取出すことが可能であり、取出しエネルギーが制御可能である。
【０００９】
可変エネルギー加速器は、サイクロトロンと同様に、磁場中を周回するビームを高周波電場で加速しながらも、ビーム軌道が一方向に偏心していることが特徴である。
【００１０】
特許文献１に記載のサイクロトロンや特許文献２に記載の可変エネルギー加速器は、主磁場中を周回するビームを高周波電場で加速する類型の加速器である。軌道上の平均磁場をビームの相対論的γファクターに比例させることで、周回の時間をエネルギーに依らず一定としている。この性質を持つ主磁場分布を等時性磁場と呼ぶ。さて、等時性磁場下では軌道に沿って磁場を変調させることで軌道面内と軌道面に垂直な方向のビーム安定性を確保している。
【００１１】
上述の等時性とビームの安定性を両立するために、主磁場分布には極大部（Ｈｉｌｌ）と極小部（Ｖａｌｌｅｙ）が必要である。この分布のついた非一様な磁場は、主電磁石の対向する磁極間の距離（ギャップ）をＨｉｌｌ領域では狭く、Ｖａｌｌｅｙ領域では広くとることで形成することができる。
【００１２】
しかしながら、Ｈｉｌｌ磁場とＶａｌｌｅｙ磁場の差は強磁性体である磁極材料の飽和磁束密度程度が実用上限界である。すなわち、Ｈｉｌｌ磁場とＶａｌｌｅｙ磁場の差は２Ｔ程度に制限される。
【００１３】
一方、加速器を小型化する場合、主磁場を高めて、ビーム軌道の偏向半径を小さくすることが必要であるが、主磁場と前述のＨｉｌｌ磁場とＶａｌｌｅｙ磁場の差は比例関係にあり、前述の限界が加速器の現実的な大きさを決める要因となっている。よって上述した特許文献１に記載されたようなサイクロトロンや特許文献２に記載されたような可変エネルギー加速器には小型化が困難であるという課題が有った。
【００１４】
本発明は、取出しビームの電流低下を抑制すると共に、ビームのエネルギー切替時間を短縮することが可能な小型の可変エネルギー加速器とそれを備えた粒子線治療システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、主磁場、および周波数変調した高周波電場を用いる円形加速器であって、エネルギーが異なるビームの周回軌道が前記円形加速器の中心から径方向一方側に偏心したことにより、前記周回軌道が集中する領域と離散的に存在する領域とが生じるよう主磁場分布が形成されるものであり、前記周回軌道上に、四極磁場または六極磁場よりなる擾乱磁場を発生させるコイルが設けられており、前記コイルが通電されることで特定エネルギーのビームが取出されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、取出しビームの電流低下を抑制すると共に、ビームのエネルギー切替時間を短縮することができる小型の可変エネルギー加速器を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施例１の粒子線治療システムの全体構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例１の円形加速器の外観を示す図である。
【図３】本発明の実施例１の円形加速器の断面構造を示す図である。
【図４】本発明の実施例１の円形加速器の設計軌道形状を示す図である。
【図５】図３のＡ−Ａ’線上のうち、ピーラコイルおよびリジェネレータコイル部分を拡大した一部拡大断面図である。
【図６】本発明の実施例２の円形加速器のリジェネレータコイル部分の垂直断面構造を示す図である。
【図７】本発明の実施例３の円形加速器のリジェネレータコイル部分の垂直断面構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に本発明の円形加速器および粒子線治療システムの実施例を、図面を用いて説明する。
【００１９】
＜実施例１＞  
本発明の好適な一実施例である実施例１の円形加速器および粒子線治療システムについて図１乃至図５を用いて説明する。
【００２０】
最初に本発明の円形加速器３９を粒子線治療などに用いる粒子線治療システムに適用した場合の全体構成を図１により説明する。図１は本実施例１の粒子線治療装置の全体構成を示す図である。
【００２１】
図１において、粒子線治療システム１００は、円形加速器３９、高エネルギー輸送系４７、回転ガントリ６０、照射装置６２、治療台６４、および制御装置６１を備えている。
【００２２】
円形加速器３９から出射された特定エネルギーのイオンビームは、高エネルギー輸送系４７および回転ガントリ６０により照射装置６２まで輸送される。輸送された特定エネルギーのイオンビームは照射装置６２で患部形状に合致するように整形され、治療台６４上に横になった患者６３の患部標的に対して所定量照射される。
【００２３】
これら円形加速器３９、高エネルギー輸送系４７、回転ガントリ６０、照射装置６２、治療台６４の動作は制御装置６１によって実行される。
【００２４】
なお、円形加速器３９から照射装置６２に直接ビームを取出すことができる。また、照射装置６２を複数設けることができる。更に、照射装置６２は回転することなく固定されていてもよい。また、照射装置６２で用いられる照射方法についても特に限定されず、ビームを走査するスキャニング方式や散乱体を用いるワブラ―方式のいずれでも良い。
【００２５】
次に、本実施例の円形加速器について図２乃至図５を用いて説明する。図２は本実施例１の円形加速器の外観を示す図、図３は本実施例１の円形加速器の断面構造を示す図、図４は本実施例１の円形加速器の設計軌道形状を示す図、図５は図３のＡ−Ａ’線上のうち、ピーラコイルおよびリジェネレータコイル部分を拡大した一部拡大断面図である。
【００２６】
本実施例の円形加速器３９は、一定強度の主磁場中を時間的に周波数変調した高周波電場によって陽子や炭素等の重粒子イオンを加速するものであり、その取出しビームのエネルギーは、７０〜２３５ＭｅＶで可変である。
【００２７】
円形加速器３９の外観を図２に、断面構成を図３に示す。
【００２８】
図２に示すように、円形加速器３９は、上下に分割可能な主電磁石４０によってその外殻が形成され、ビーム加速領域となる内部は真空引きされている。円形加速器３９の外周部側には、入力カプラ２０と、回転コンデンサ３０とが設けられている。円形加速器３９は、この回転コンデンサ３０を用いて、高周波加速電圧を周波数変調する。
【００２９】
主電磁石４０の上部にはイオン源５３が設置されており、低エネルギー輸送系５４を通してイオン入射位置５２（図３参照）からビームが円形加速器３９内部に入射される。イオン源５３としては、マイクロ波イオン源などを適用できる。なお、イオン源は、主電磁石４０内部の真空引きされたビーム加速領域内部に配置しても良く、その場合はＰＩＧ型イオン源などを適用できる。
【００３０】
主電磁石４０は、図２に示すように、主磁極３８（図６，図７参照）、リターンヨーク４１、コイル４２、等から構成される。リターンヨーク４１には貫通口が複数設けられている。加速された特定エネルギーのビームを取出すためのビーム用貫通口４６、内部のコイル導体を外部に引き出すためのコイル用貫通口４８、真空引き用貫通口４９、高周波加速空胴のための高周波系用貫通口５０の各種貫通口が上下の主磁極３８の接続面上に設けられている。
【００３１】
高周波加速空胴はλ／２共振型空胴であり、ディー電極１２、ダミーディー電極１３、外導体１５、入力カプラ２０、回転コンデンサ３０等より成る。
【００３２】
回転コンデンサ３０をモータ３１にて駆動することで高周波加速空胴の共振周波数が変わり、周波数変調された加速電圧をディー電極１２とダミーディー電極１３との間の加速間隙１１に発生させる。図３に示した加速間隙１１の形状は、ハーモニクス数１の場合を示しており、ビームの軌道形状に応じて形成される。
【００３３】
円形加速器３９の内部には、円環状のコイル４２がリターンヨーク４１の内壁に沿って設置されている。コイル４２は常伝導コイルとするが、コイル周囲にクライオスタットを設置して超伝導コイルとすることができる。コイル４２の内側には主磁極３８が設置されており、主磁極３８の表面に設置されるトリムコイル５１と共にビーム周回や取出しに適する主磁場分布を形成する。
【００３４】
本実施例では、ビーム軌道をコイル用貫通口４８側に偏心させた場合のトリムコイル配置を示している。このような偏心軌道の実現方法について図４を参照して説明する。各エネルギーの軌道を図４に示す。図４では周回軌道は最大エネルギー２３５ＭｅＶから磁気剛性率０．０４Ｔｍおきに５０種類のエネルギーの軌道を実線で示している。点線は各軌道の同一の周回位相を結んだ線であり、等周回位相線と呼ぶ。等周回位相線は集約領域から周回位相π／２０ごとにプロットしている。
【００３５】
ディー電極１２と対向するダミーディー電極１３との間に形成される加速間隙１１は、等周回位相線に沿って設置する。
【００３６】
図４において、低エネルギー領域ではサイクロトロン同様にイオンの入射位置５２付近を中心とする軌道となる。より大きなエネルギーの軌道は取出しに用いるセプタム電磁石５５の付近で密に集まっており、逆に外導体１５が設置されている付近では各軌道が互いに離れた位置関係にある。この軌道が密に集まっている点を集約領域、離散した領域を離散領域と呼ぶこととする。このような軌道配置とすることで、後述するように、エネルギー可変のビームの取出しを容易にすることができる。
【００３７】
上記のような軌道構成と軌道周辺での安定なベータトロン振動を生じさせるために、本実施例の円形加速器３９においては設計軌道の半径方向外周側に行くにつれ磁場の値が小さくなる主磁場分布を用いている。また、設計軌道に沿って磁場は一定である。よって、設計軌道は円形となり、ビームエネルギーが高まるにつれその軌道半径・周回時間は増大する。
【００３８】
本実施例１の円形加速器３９の設計軌道について、式（１）に基づき詳細に説明する。
【００３９】
【数１】
2019096404.tif 000003
【００４０】
ここで、ρは設計軌道の偏向半径、Ｂは磁場強度、δＢ／δｒは半径方向の磁場勾配を表す。
【００４１】
式（１）にて定義される規格化された磁場勾配ｎが０より大かつ１未満となるようにすることで、設計軌道から半径方向に微小にずれた粒子は設計軌道に戻すような復元力を受けると同時に軌道面に対して鉛直な方向にずれた粒子も軌道面に戻す方向に主磁場から復元力を受ける。
【００４２】
すなわち、ビームのエネルギーに対して適切に磁場を小さくしていけば、常に設計軌道からずれた粒子は設計軌道に戻そうとする向きに復元力が働き、設計軌道の近傍を振動する。これにより、安定にビームを周回・加速させることが可能である。また、全エネルギーのビームで、軌道面内に平行な方向のベータトロン振動数（水平チューン）は１より小さく、かつ１に近い値に設定される。
【００４３】
上述の主磁場分布は、前述の通り、コイル４２およびトリムコイル５１に所定の励磁電流を流すことにより励起される。主磁極形状は軌道面に対して対称な形状であり、軌道面上においては軌道面に垂直な方向の磁場成分のみを持つ。
【００４４】
本発明の円形加速器３９は、主磁場が設計軌道に沿って一定値であるため、ＨｉｌｌおよびＶａｌｌｅｙ磁場による制約を受けることなく、主磁場を高めてビーム軌道の偏向半径を小さくすることで、加速器を小型化することができる。
【００４５】
次に本実施例の円形加速器３９におけるビームの取出しの構成とその方法について図５を用いて説明する。
【００４６】
本実施例の円形加速器３９では、ビームの取出しには、すべての取出しエネルギー軌道が狭い領域に集約している集約領域付近に設置するセプタム電磁石５５と、その両脇に配置するピーラコイル４４、リジェネレータコイル４５、および高エネルギー輸送系４７を用いる。
【００４７】
ピーラコイル４４とリジェネレータコイル４５は、取出しエネルギーに達したビームの周回軌道上において、ある位相角領域にわたって、四極磁場または六極磁場からなる擾乱磁場を発生させるコイルである。また、ピーラコイル４４およびリジェネレータコイル４５には一加速周期ごとに、あるいは複数加速周期ごとに通電電流を変更する。これにより、複数のエネルギーのビームを取出すことを実現する。
【００４８】
リジェネレータコイル４５は、図５に示すように、擾乱磁場を発生させるメインコイル７０と、このメインコイル７０より発生する磁場のうち低エネルギー側軌道へ漏洩する漏洩磁場を減少させる補正コイル７１とからなる。メインコイル７０と補正コイル７１は、それぞれ複数のコイルの集合体からなる。
【００４９】
ピーラコイル４４についても、図５に示すように、リジェネレータコイル４５と同じくメインコイル７０Ａと補正コイル７１Ａとからなり、図３の中心線を挟んでリジェネレータコイル４５と対称な構造となっている。メインコイル７０Ａと補正コイル７１Ａも、それぞれ複数のコイルの集合体からなる。
【００５０】
メインコイル７０，７０Ａや補正コイル７１，７１Ａは、空芯構造か積層鋼板コアを用いた、１ターンから数ターン程度の１０ターン以下のターン数のコイルとする。
【００５１】
リジェネレータコイル４５のメインコイル７０が発生させる磁場分布は径方向に向かって主磁場強度が増加するように設計する。これに対し、ピーラコイル４４のメインコイル７０Ａが発生する磁場分布は径方向に向かって主磁場強度が減少するように設計する。
【００５２】
このような磁場分布とすることで、両コイルを通過する特定エネルギーのビームは、ピーラコイル４４によって径方向外周側に偏向され、リジェネレータコイル４５によって径方向内周側に偏向される。よって、取出したいエネルギーのビームのベータトロン振動位相は、ピーラコイル４４によって遅れ、リジェネレータコイル４５によって進められて一周すると元の位相に戻る。
【００５３】
このとき、取出したいエネルギーのビームの水平チューンは１に極めて近い値となり、ピーラコイル４４とリジェネレータコイル４５が発生する擾乱磁場によってベータトロン振動振幅が増大し続け、集約領域におけるターンセパレーションが増えていく。このターンセパレーションが一定量に達した段階でビームは集約領域付近のセプタム電磁石５５に入射され、十分な偏向を受けて高エネルギー輸送系４７へと導かれる。
【００５４】
次に取出したいビームエネルギーの選別法について説明する。
【００５５】
ピーラコイル４４とリジェネレータコイル４５の磁場印加が無い状態では、水平チューンがビームエネルギーに対して単調減少するように主磁場分布が構成されているため、取出しビームのエネルギーが低いほど水平チューンが１に近く取出しやすい状態にある。
【００５６】
そこで、ピーラコイル４４とリジェネレータコイル４５が磁場を発生させる位相角範囲が、図５に示すように低エネルギー側ほど小さく、高エネルギー側ほど大きくなるように設定する。言い換えると、リジェネレータコイル４５のメインコイル７０およびピーラコイル４４のメインコイル７０Ａは、発生させる磁場領域とビーム軌道との交差面積が、低エネルギー側で小さく、高エネルギー側で大きい形状とする。
【００５７】
さらに、ピーラコイル４４とリジェネレータコイル４５の通電電流が一番大きいときに最低エネルギーのビームが取出されるようにする。
【００５８】
これらにより、通電電流を単調減少させることで取出したいビームのエネルギーが上昇していくように設定できる。
【００５９】
また、取出したいビームエネルギーは、ピーラコイル４４およびリジェネレータコイル４５を構成する複数のコイルをそれぞれ独立に複数の電源と接続し、ビームエネルギーに応じて細かく制御することでも選別することができる。
【００６０】
すなわち、ピーラコイル４４およびリジェネレータコイル４５の発生磁場が、あるエネルギーのビーム軌道よりも内周側（低エネルギー側）でゼロに近い値（数〜数百ガウス程度）となり、かつ、外周側（高エネルギー側）で所望の擾乱磁場分布となるように、各コイルの通電電流を制御する。
【００６１】
取出したいエネルギーのビーム軌道にあわせて、このように各コイルの通電電流を制御すれば、エネルギー可変取り出しが可能となる。さらに、取出しエネルギーのビーム軌道よりも内周側にピーラコイル４４およびリジェネレータコイル４５が発生させる磁場（漏洩磁場）がゼロに近くできるので、ビームが取出しエネルギーに達する前に軌道を乱されることが少なくなり、ビーム加速が安定化する効果がある。
【００６２】
ピーラコイル４４、リジェネレータコイル４５のみでなく、セプタム電磁石５５と高エネルギー輸送系に使用される電磁石類も、取出したいビームエネルギーに応じて通電電流を制御してもよい。
【００６３】
また、これらの電磁石は、コイルを用いずに、磁性体や永久磁石のみを用いたパッシブな構成で代替することが可能である。
【００６４】
次に、本実施例の効果について説明する。
【００６５】
上述した本発明の実施例１の粒子線治療システム１００は、主磁場、および周波数変調した高周波電場を用いる円形加速器３９と、円形加速器３９から取出された特定エネルギーのビームを照射する照射装置６２と、を備え、円形加速器３９は、エネルギーが異なるビームの周回軌道が円形加速器３９の中心から径方向一方側に偏心したことにより、周回軌道が集中する領域と離散的に存在する領域とが生じるよう主磁場分布が形成されるものであり、周回軌道上に、四極磁場または六極磁場よりなる擾乱磁場を発生させるコイルが設けられており、コイルに通電する。
【００６６】
これによって、取出したい特定エネルギーとなったビームに対して周回軌道面内のベータトロン振動を不安定化させることができるため、任意エネルギーのビームを取出すことができる。従って、主磁場を高めて小型化を図る円形加速器において、散乱体を用いることなくエネルギー可変ビームを取出せるので、取出し時に失われるビーム電流値を最小限に留めることができ、高い照射線量率を実現して粒子線治療システム１００の患者６３の治療スループットを向上させることができる。また、電気的にビームの取出しエネルギーを変更できるため、散乱体を機械的に移動する方式よりもエネルギー切替えに要する時間が短い、という利点も有する。
【００６７】
更に、擾乱磁場を発生させるコイルは、取出しエネルギーのビーム軌道上で、円形加速器３９の径方向外周側に向かって主磁場を減少させる磁場を発生させるピーラコイル４４を有することで、主磁場が主磁極端部で低下する領域を利用することなく、コイルを通過する特定エネルギーのビームを径方向外周側に偏向させることができ、そのビームのベータトロン振動位相を遅らせることができる。
【００６８】
更に、リジェネレータコイル４５は、擾乱磁場を発生させるメインコイル７０と、メインコイル７０によって発生する磁場のうち低エネルギー側軌道へ漏洩する漏洩磁場を減少させる補正コイル７１とから構成され、ピーラコイル４４は、擾乱磁場を発生させるメインコイル７０Ａと、メインコイル７０Ａによって発生する磁場のうち低エネルギー側軌道へ漏洩する漏洩磁場を減少させる補正コイル７１Ａとから構成されることで、低エネルギー側軌道の磁場が所望の値からずれることを抑制することができ、より高精度な磁場分布を形成することができる。
【００６９】
そして、そのビームは、ピーラコイル４４およびリジェネレータコイル４５が発生する擾乱磁場により、ベータトロン振動振幅が増大し続け、効率的に取出される。
【００７０】
また、擾乱磁場を発生させるコイルは、取出しエネルギーのビーム軌道上で、円形加速器３９の径方向外周側に向かって主磁場を増強させる磁場を発生させるリジェネレータコイル４５を有するため、コイルを通過する特定エネルギーのビームを径方向内周側に偏向させ、そのビームのベータトロン振動位相を進めることができる。
【００７１】
また、リジェネレータコイル４５やピーラコイル４４は、発生させる磁場領域とビーム軌道との交差面積が、低エネルギー側で小さく、高エネルギー側で大きい形状であることにより、通電電流を単調減少させることで取出したいビームのエネルギーが上昇していくように設定でき、取出し制御をより容易に実行することができる。
【００７２】
更に、リジェネレータコイル４５やピーラコイル４４を構成する複数のコイルへの通電電流を変えて通電電流分布を制御することで、ビーム加速を安定化しつつビームを取出すことができる。
【００７３】
また、リジェネレータコイル４５やピーラコイル４４は、ターン数が１０ターン以下であり、かつ空芯構造または積層鋼板コアが用いられていることにより、通電を容易に実行することができ、取出し制御をより高速に実行することができる。
【００７４】
なお、ピーラコイル４４については、主磁場が主磁極端部で低下する領域を利用することで、省略することが可能である。
【００７５】
＜実施例２＞  
本発明の実施例２の円形加速器および粒子線治療システムについて図６を用いて説明する。図６は本実施例２の円形加速器のリジェネレータコイル部分の断面構造を示す図であり、図５のＢ−Ｂ’断面矢視図に相当する。
【００７６】
以下説明する本実施例では、実施例１と同じ構成には同一の符号を示し、説明は省略する。以下の実施例においても同様とする。
【００７７】
本実施例の円形加速器が実施例１の円形加速器３９と異なるのは、ピーラコイル４４、およびリジェネレータコイル４５のそれぞれと主磁極３８との間に、磁性体製のシム３７を付加した点である。
【００７８】
以下、リジェネレータコイル４５側の構成について説明する。ピーラコイル４４側は、前述のとおり、同一構成で図３の中心線に対して対称に配置するか、あるいは省略することができる。
【００７９】
シム３７は、リジェネレータコイル４５が、最低の取出しエネルギーのビーム軌道よりも内周側（低エネルギー軌道側）に発生させる磁場（漏洩磁場）を低減し、外周側（高エネルギー軌道側）に発生する擾乱磁場を増強するように形状を定めて、一対の主磁極３８の対向する面の軌道周方向のリジェネレータコイル４５が配置される範囲に配置する。
【００８０】
その他の構成・動作は前述した実施例１の円形加速器３９および粒子線治療システム１００と略同じ構成・動作であり、詳細は省略する。
【００８１】
本発明の実施例２の円形加速器および粒子線治療システムにおいても、前述した実施例１の円形加速器３９および粒子線治療システム１００とほぼ同様な効果が得られる。
【００８２】
また、主磁場分布を形成するための一対の主磁極３８は、対向する面のうち、コイルが配置される位置に、擾乱磁場を補正する磁場を発生させるシム３７を有することにより、リジェネレータコイル４５やピーラコイル４４が低エネルギー側に発生させる漏洩磁場が抑制されるため、ビームは、取出しエネルギーに達する前に軌道を乱されにくくなり、ビーム加速をより安定化することができる。また、シム３７により、リジェネレータコイル４５やピーラコイル４４が発生すべき擾乱磁場を低減でき、コイル通電電流を低くすることができるので、熱負荷や電源コストを抑制することができる、との効果が得られる。
【００８３】
＜実施例３＞  
本発明の実施例３の円形加速器および粒子線治療システムについて図７を用いて説明する。図７は本実施例３の円形加速器のリジェネレータコイル部分の断面構造を示す図であり、図５のＢ−Ｂ’断面矢視図に相当する。
【００８４】
本実施例の円形加速器が実施例１の円形加速器３９と異なるのは、ピーラコイル４４、およびリジェネレータコイル４５のそれぞれと主磁極３８との間に、ピーラコイル４４、およびリジェネレータコイル４５をそれぞれ円形加速器３９の径方向に移動させる移動機構として、ピーラコイル４４およびリジェネレータコイル４５を固定する固定具３４と、固定具３４を移動させる摺動機構３６とそのガイド３５を設けた点である。
【００８５】
以下、リジェネレータコイル４５側の構成について説明する。ピーラコイル４４側については、前述のとおり、同一構成のものを図３中の中心線に対して対称配置するか、あるいは省略することができる。
【００８６】
固定具３４、摺動機構３６、ガイド３５は全て非磁性金属か耐放射線性の樹脂で製作する。ガイド３５は主磁極３８に固定する。メインコイル７０と補正コイル７１は固定具３４に固定し、固定具３４はガイド３５上の摺動機構３６により支持する。
【００８７】
メインコイル７０と補正コイル７１は、実施例１と同じく、複数のコイルの集合体であって、それぞれのコイルに任意の電流を通電できるよう電源を接続する。そして、リジェネレータコイル４４が発生する磁場分布が、ある取出しエネルギーのビーム軌道よりも内周側でゼロに近い値（数〜数百ガウス程度）であり、かつ、外周側では所望の擾乱磁場分布となるよう、それぞれのコイルの通電電流を定めるが、通電電流は取出しエネルギーに応じて変化させずに一定値とする。
【００８８】
以上のような構成で、駆動機構３３により、固定具３４を図７中矢印方向に駆動し、リジェネレータコイル４４を構成するメインコイル７０と補正コイル７１を軌道内周側か外周側へ駆動させる。
【００８９】
駆動機構３３の制御は制御装置６１によって実行する。
【００９０】
その他の構成・動作は前述した実施例１の円形加速器３９および粒子線治療システム１００と略同じ構成・動作であり、詳細は省略する。
【００９１】
本発明の実施例３の円形加速器および粒子線治療システムにおいても、前述した実施例１の円形加速器３９および粒子線治療システム１００とほぼ同様な効果が得られる。
【００９２】
また、リジェネレータコイル４５やピーラコイル４４を円形加速器３９の径方向に移動させる移動機構を更に備えたことにより、磁場分布をエネルギーに応じて変更させることができる。つまり、擾乱磁場が、任意の取出しエネルギーのビームにのみ作用する一方で、その取出しエネルギー軌道よりも内周側にリジェネレータコイル４５やピーラコイル４４が発生させる漏洩磁場はゼロに近くできるので、ビームが取出しエネルギーに達する前に軌道を乱されることが少なくなり、ビーム加速をより安定化することができる。
【００９３】
＜その他＞  
なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記の実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
【００９４】
また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
【符号の説明】
【００９５】
１０…加速空胴
１１…加速間隙
１２…ディー電極
１３…ダミーディー電極
１５…外導体
２０…入力カプラ
３０…回転コンデンサ
３１…モータ
３３…駆動機構（移動機構）
３４…固定具（移動機構）
３５…ガイド（移動機構）
３６…摺動機構（移動機構）
３７…シム
３８…主磁極
３９…円形加速器
４０…主電磁石
４１…リターンヨーク
４２…コイル
４４…ピーラコイル（第２コイル）
４５…リジェネレータコイル（第１コイル）
５１…トリムコイル
５２…イオン入射位置
５３…イオン源
５４…低エネルギー輸送系
５５…セプタム電磁石
６１…制御装置
７０…メインコイル
７１…補正コイル
１００…粒子線治療システム
【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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