(57)【要約】      （修正有）【課題】部品の配置に関する設計上の自由度を向上できる粒子加速器を提供する。【解決手段】Ｚ軸方向から見て一対のキャビティ部３０Ａ，３０Ｂが重なり合う領域の全域にわたり、一対のキャビティ部３０Ａ，３０Ｂが離間することで隙間ＳＰが形成されている。すなわち、Ｚ軸方向から見て一対のキャビティ部３０Ａ、３０Ｂが重なり合う領域の全域において、一方のキャビティ部３０Ａと他方のキャビティ部３０Ｂとを連結する連結部材が存在していない。従って、連結部材と他の部品との干渉などを考慮する必要がなくなる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子を加速する粒子加速器であって、
前記荷電粒子を加速する加速平面を挟んで互いに対をなすように配置され、高周波が印加される一対のキャビティ部を備え、
一対の前記キャビティ部は、前記加速平面に直交する第１の方向において、前記加速平面を挟んで互いに対向する対向面を有し、
前記対向面は、前記第１の方向と直交する第２の方向において互いに離間する第１の面及び第２の面を有し、
前記第１の面及び第２の面は、前記第１の方向及び前記第２の方向と直交する第３の方向に延びており、
前記第１の方向から見て一対の前記キャビティ部が重なり合う領域の全域にわたり、一対の前記キャビティ部が離間することで隙間が形成されている、粒子加速器。
【請求項２】
一対の前記キャビティ部は、前記第３の方向における両端側に壁部を備え、
前記第１の面及び前記第２の面は、前記第３の方向における両端側において、前記壁部から離間する部分を有する、請求項１に記載の粒子加速器。
【請求項３】
一対の前記キャビティ部の間に、加速された前記荷電粒子を取り出す取出部が配置されている、請求項１または２に記載の粒子加速器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子加速器に関する。
【背景技術】
【０００２】
荷電粒子を加速するための粒子加速器として、特許文献１に記載されたものが知られている。粒子加速器は、荷電粒子ビームを偏向させる複数の偏向装置、及び、隣り合う偏向装置の間に配置された加速空洞共振器を有し、この加速空洞共振器内で荷電粒子を加速させる。加速空洞共振器は、側壁面に荷電粒子ビームが出入りするための開口部が対向して形成された外箱と、入り側の開口部を挟むようにして外箱の内壁面に取り付けられた一対の加速電極と、出側の開口部を挟むようにして外箱の内壁面に取り付けられた一対の対向電極と、を有している。加速電極と対向電極との間には所定のギャップが設けられている。外箱に高周波を与えると、加速電極と対向電極との間に電場が発生し、この電場によって荷電粒子を加速させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６３−３０７６９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
加速空洞共振器によって加速された荷電粒子は、デフレクターやマグネティックチャンネルなどの取り出し機器を用いて、加速軌道から取り出されて、粒子加速器の外部へ出射される。これらの取り出し機器は、加速空洞共振器との物理的な干渉を防ぐために、加速空洞共振器が設けられていない偏向装置間に設けなければならず、取り出し機器の配置に関して設計上の制約を受けるという問題が生じる。
【０００５】
そこで本発明は、部品の配置に関する設計上の自由度を向上できる粒子加速器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係る粒子加速器は、荷電粒子を加速する粒子加速器であって、荷電粒子を加速する加速平面を挟んで互いに対をなすように配置され、高周波が印加される一対のキャビティ部を備え、一対のキャビティ部は、加速平面に直交する第１の方向において、加速平面を挟んで互いに対向する対向面を有し、対向面は、第１の方向と直交する第２の方向において互いに離間する第１の面及び第２の面を有し、第１の面及び第２の面は、第１の方向及び第２の方向と直交する第３の方向に延びており、第１の方向から見て一対のキャビティ部が重なり合う領域の全域にわたり、一対のキャビティ部が離間することで隙間が形成されている。
【０００７】
本発明に係る粒子加速器は、荷電粒子を加速する加速平面を挟んで互いに対をなすように配置され、高周波が印加される一対のキャビティ部を備える。一対のキャビティ部は、加速平面に直交する第１の方向において、加速平面を挟んで互いに対向する対向面を有する。これらの対向面は、第１の方向と直交する第２の方向において互いに離間する第１の面及び第２の面を有する。このような構成により、一対のキャビティ部のそれぞれにおいて、第１の面と第２の面との間に高周波の加速電場を形成できる。従って、荷電粒子は、一対のキャビティ部の間にて、第２の方向に加速される。また、第１の面及び第２の面は、第１の方向及び第２の方向と直交する第３の方向に延びている。従って、荷電粒子は、一対のキャビティ部の間にて、第３の方向における異なる位置で繰り返し加速される。ここで、第１の方向から見て一対のキャビティ部が重なり合う領域の全域にわたり、一対のキャビティ部が離間することで隙間が形成されている。すなわち、第１の方向から見て一対のキャビティ部が重なり合う領域の全域において、一方のキャビティ部と他方のキャビティ部とを連結する連結部材が存在していない。このため、このような連結部材と他の部品との干渉などを考慮する必要がなくなる。以上により、部品の配置に関する設計上の自由度を向上できる。
【０００８】
粒子加速器において、一対のキャビティ部は、第３の方向における両端側に壁部を備え、第１の面及び第２の面は、第３の方向における両端側において、壁部から離間する部分を有してよい。これにより、第１の面及び第２の面と壁部との間に開口部が形成される。当該開口部にて、磁束の結合を行うことができる。
【０００９】
粒子加速器において、一対のキャビティ部の間に、加速された荷電粒子を取り出す取出部が配置されていてよい。このように、第１の方向から見て、取出部の一部又は全部をキャビティ部と重ねて配置することができるため、取出部によってキャビティ部の配置が制約を受けることを防止できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、部品の配置に関する設計上の自由度を向上できる粒子加速器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１（ａ）は一実施形態に係る粒子加速器を概略的に示す図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線に沿った断面図である。
【図２】上側のキャビティ部を省略し、下側のキャビティ部を示した斜視図である。
【図３】加速部の断面図である。
【図４】上下のキャビティ部３０Ａ，３０ＢをＸ軸方向における中央位置で切断して示した斜視図である。
【図５】キャビティ部をＺ軸方向の正側から負側へ見た図である。
【図６】図６（ａ）は、加速部をＸ軸方向から見た概略図であり、図６（ｂ）は、比較例に係る加速部をＸ軸方向から見た概略図である。
【図７】加速部に形成される加速電場を示す図である。
【図８】加速部に形成される磁場を示す図である。
【図９】キャビティ部に高周波を印加する印加部の一例を示す図である。
【図１０】キャビティ部に高周波を印加する印加部の一例を示す図である。
【図１１】印加部と磁束の関係を示す概略図である。
【図１２】変形例に係る粒子加速器を示す図である。
【図１３】変形例に係る粒子加速器を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１を参照して、本発明の一実施形態に係る粒子加速器について説明する。図１（ａ）は一実施形態に係る粒子加速器を概略的に示す図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線に沿った断面図である。粒子加速器１００は、荷電粒子Ｐを加速して荷電粒子線を生成するために用いられる粒子加速器である。粒子加速器１００は、荷電粒子線を用いた治療装置などに用いられ、例えば、ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ：ＢｏｒｏｎＮｅｕｔｏｒｏｎ Ｃａｐｔｕｒｅ Ｔｈｅｒａｐｙ）を用いたがん治療を行う中性子捕捉療法システムなどに用いられる。また、粒子加速器１００は、ＰＥＴ用、ＲＩ製造用、及び原子核実験用などの用途に用いることができる。本実施形態では、粒子加速器としてサイクロトロンを例示している。図１に示すように、粒子加速器１００は、一対の磁極１０Ａ，１０Ｂと、それぞれの磁極１０Ａ，１０Ｂを囲うコイル２０と、磁極１０Ａ，１０Ｂの間に配置された一対の加速部６０と、を備えている。なお、荷電粒子Ｐは、イオン源装置などから中央の供給部１３より供給される。イオン源装置は粒子加速器１００の外部に配置されていてもよいし、粒子加速器１００の内部に設けられていてもよい。
【００１３】
磁極１０Ａ，１０Ｂは互いに対向して配置されており、その形状は円柱状である。磁極１０Ａ，１０Ｂの互いに対向する面は、複数の谷領域（ヴァレー）１１と複数の山領域（ヒル）１２を含む複数のセクタに分割されており、谷領域１１と山領域１２とが交互に現れるように形成されている。谷領域は、磁極１０Ａ，１０Ｂ間の距離が長くなっている領域であり、山領域１２は、磁極１０Ａ，１０Ｂ間の距離が短くなっている領域である。このような構成により、セクターフォーカシングを利用して真空箱内で加速する荷電粒子Ｐの収束を図っている。
【００１４】
コイル２０は円環状であり、磁極１０Ａ，１０Ｂの周囲を囲うようにそれぞれ配置されている。コイル２０に対して電流を供給することにより、一方の磁極１０Ａから他方の磁極１０Ｂへ向かう磁束が発生する。すなわち、磁極１０Ａ（又は磁極１０Ｂ）及びコイル２０によって電磁石が形成されている。
【００１５】
一対の加速部６０は、それぞれ平面視において径方向へ延びる形状をなし、それぞれの端部を突き合わせるようにして対向配置されている。一対の加速部６０は、磁極１０Ａ，１０Ｂの谷領域１１に位置する。加速部６０の構成の詳細については後述する。
【００１６】
イオン源装置で生成された荷電粒子Ｐは供給部１３を介して真空箱内に引き込まれるように供給される。荷電粒子Ｐは、高周波の電圧がかけられている加速部６０によって周回しながら加速し、次第にエネルギーを増している。エネルギーが増せば荷電粒子Ｐの回転半径は大きくなり、螺旋運動をしているような周回軌道Ｋを描く。周回軌道Ｋは、一対の磁極１０Ａ，１０Ｂの間の中央のメディアンプレーンと称される加速平面ＭＰ（図３参照）上に位置する。十分に加速した荷電粒子Ｐは、デフレクター６１及びマグネティックチャンネル６２等の取り出し機器によって軌道を変更されて、装置の外部へ引き出される。デフレクター６１は、電極によって、加速された荷電粒子Ｐを引き出すための電場を作る。マグネティックチャンネル６２は、局所的に磁場を弱くすることによって、加速された荷電粒子Ｐを径方向外側へ向かわせ、引出軌道に乗せる。
【００１７】
次に、図２〜図４を参照して、加速部６０の構成について詳細に説明する。本実施形態に係る加速部６０は、加速平面ＭＰを挟んで上下方向に対向する一対のキャビティ部３０Ａ，３０Ｂを備える。図２は、上側のキャビティ部３０Ｂを省略し、下側のキャビティ部３０Ａを示した斜視図である。図３は、加速部６０の断面図である。図４は、上下のキャビティ部３０Ａ，３０ＢをＸ軸方向における中央位置で切断して示した斜視図である。図２〜図４では、加速平面ＭＰと直交する方向をＺ軸方向（第１の方向）とし、Ｚ軸と直交する方向をＹ軸方向（第３の方向）とし、Ｚ軸及びＹ軸と直交する方向をＸ軸方向（第２の方向）とする。なお、Ｙ軸方向は、粒子加速器１００における径方向に該当する。Ｙ軸方向の正側が外周側に該当し、負側が内周側に該当する。また、Ｘ軸方向は、粒子加速器１００の周方向に沿った方向であり、荷電粒子Ｐが通過する方向に該当する。Ｘ軸方向の正側が荷電粒子Ｐの出て行く側に該当し、負側が荷電粒子Ｐの入り込む側に該当する。
【００１８】
図２〜図４に示すように、加速部６０は、加速平面ＭＰ（図３参照）を挟んで互いに対をなすように配置される一対のキャビティ部３０Ａ，３０Ｂを有する。キャビティ部３０Ａとキャビティ部３０Ｂは、加速平面ＭＰを基準面として、互いに面対称となるような形状、位置関係となる。キャビティ部３０Ａとキャビティ部３０Ｂとは、Ｚ軸方向に互いに離間して配置される。キャビティ部３０Ａ，３０Ｂには、高周波が印加される。加速平面ＭＰに対して、Ｚ軸方向の負側にキャビティ部３０Ａが配置され、Ｚ軸方向の正側にキャビティ部３０Ｂが配置されるものとする。なお、キャビティ部３０Ａ，３０Ｂは、銅（無酸素銅）などの導電性の材料によって構成される。
【００１９】
キャビティ部３０Ａ，３０Ｂは、Ｙ軸方向に長尺な長方形箱状の形状を有している。キャビティ部３０Ａ，３０Ｂは、Ｘ軸方向において互いに対向する壁部３１，３２を有する。壁部３１がＸ軸方向の正側に配置され、壁部３２がＸ軸方向の負側に配置される。壁部３１，３２は、互いに平行をなし、Ｘ軸方向と直交するように広がる平板によって構成される。キャビティ部３０Ａ，３０Ｂは、Ｙ軸方向において互いに対向する壁部３３，３４を有する。壁部３３がＹ軸方向の正側に配置され、壁部３４がＹ軸方向の負側に配置される。壁部３３，３４は、互いに平行をなし、Ｙ軸方向と直交するように広がる平板によって構成される。キャビティ部３０Ａ，３０Ｂは、Ｚ軸方向において加速平面ＭＰと対向する壁部３６を有する。壁部３６は、キャビティ部３０Ａ，３０ＢのＺ軸方向における端部のうち、加速平面ＭＰから遠い方の端部３０ｂに配置される。壁部３６は、加速平面ＭＰと平行をなし、Ｚ軸方向と直交するように広がる平板によって構成される。
【００２０】
キャビティ部３０Ａ，３０Ｂは、Ｚ軸方向における端部のうち、加速平面ＭＰに近い方の端部３０ａに一対の電極板４０，４１を備えている。電極板４０，４１は、加速平面ＭＰから離間した位置にて当該加速平面ＭＰと平行をなし、Ｚ軸方向と直交するように広がる平板によって構成される。なお、電極板４０，４１は、Ｘ軸方向における中心位置に設定された中心線ＣＬ（図２参照）を基準線として線対称となるような形状、位置関係となる。
【００２１】
電極板４０，４１は、Ｘ軸方向において互いに離間しており、Ｙ軸方向に延びるように配置されている。電極板４０，４１は、キャビティ部３０Ａ，３０ＢのＸ軸方向における中心線ＣＬを基準として、互いに隙間を空けるように離間している。電極板４０の中心線ＣＬ側の端部４０ａ及び電極板４１の中心線ＣＬ側の端部４１ａは、Ｙ軸方向と平行に延びた状態で、互いに対向する。これにより、電極板４０と電極板４１との間には、Ｙ軸方向に延びる開口部４６が形成される。電極板４０の中心線ＣＬの反対側の端部４０ｂは、壁部３１の端部３０ａに接続される。電極板４１の中心線ＣＬの反対側の端部４１ｂは、壁部３２の端部３０ａに接続される。
【００２２】
電極板４０，４１のＹ軸方向における正側の端部４０ｃ，４１ｃは、壁部３３からＹ軸方向の負側へ離間している。端部４０ｃ，４１ｃは、Ｘ軸方向と平行に延びる。これにより、端部４０ｃ，４１ｃと壁部３３との間には長方形状の開口部４７が形成される。開口部４７は、開口部４６と互いに連通している。電極板４０，４１のＹ軸方向における負側の端部４０ｄ，４１ｄは、壁部３４からＹ軸方向の正側へ離間している。端部４０ｄ，４１ｄは、Ｘ軸方向と平行に延びる。これにより、端部４０ｄ，４１ｄと壁部３４との間には長方形状の開口部４８が形成される。開口部４８は、開口部４６と互いに連通している。なお、本実施形態では、電極板４０，４１は、Ｘ軸方向の全域にわたって、壁部３３，３４から離間している。ただし、電極板４０，４１のＸ軸方向の一部の領域が、壁部３３，３４から離間していてもよい。例えば、壁部３１及び壁部３２付近の部分は、電極板４０，４１で塞がれていてもよい。
【００２３】
なお、開口部４６，４７，４８の大きさは特に限定されないが、所定の範囲内に設定されてもよい。例えば、開口部４６のＸ軸方向の寸法は加速平面ＭＰに好適に加速電場を形成することができるように設定されればよい。開口部４７，４８のＹ軸方向の寸法は、キャビティ部３０Ａ，３０ＢのＹ軸方向の両端部に磁束を好適に結合することができればよい。
【００２４】
以上のような構成により、一対のキャビティ部３０Ａ，３０Ｂは、加速平面ＭＰを挟んで互いに対向する対向面５０Ａ，５０Ｂを有する。対向面５０Ａは、キャビティ部３０Ａの電極板４０，４１の加速平面ＭＰ側の面によって構成される。対向面５０Ｂは、キャビティ部３０Ｂの電極板４０，４１の加速平面ＭＰ側の面によって構成される。
【００２５】
対向面５０Ａ，５０Ｂは、第１の面５１及び第２の面５２を有する。第１の面５１及び第２の面５２は、Ｙ軸方向に延びている。対向面５０Ａの第１の面５１は、キャビティ部３０Ａの電極板４０の加速平面ＭＰ側の面によって構成される。対向面５０Ａの第２の面５２は、キャビティ部３０Ａの電極板４１の加速平面ＭＰ側の面によって構成される。対向面５０Ｂの第１の面５１は、キャビティ部３０Ｂの電極板４０の加速平面ＭＰ側の面によって構成される。対向面５０Ｂの第２の面５２は、キャビティ部３０Ｂの電極板４１の加速平面ＭＰ側の面によって構成される。なお、Ｚ軸方向から見たときに、対向面５０Ａの第１の面５１と対向面５０Ｂの第１の面５１とは、同位置、同形状にて完全に重なる。Ｚ軸方向から見たときに、対向面５０Ａの第２の面５２と対向面５０Ｂの第２の面５２とは、同位置、同形状にて完全に重なる。
【００２６】
キャビティ部３０Ａ，３０Ｂの第１の面５１と第２の面５２とは、開口部４６を介して互いにＸ軸方向に離間している。また、キャビティ部３０Ａ，３０Ｂの第１の面５１及び第２の面５２は、Ｙ軸方向における両端側において、開口部４７，４８を介して壁部３３，３４から離間する。
【００２７】
Ｚ軸方向から見て、一対のキャビティ部３０Ａ，３０Ｂが重なり合う領域の全域にわたり、一対のキャビティ部３０Ａ，３０Ｂが離間することで隙間ＳＰが形成される。Ｚ軸方向から見て、一対のキャビティ部３０Ａ，３０Ｂが重なり合う領域とは、キャビティ部３０Ａ，３０Ｂの四方の壁部３１，３２，３３，３４の領域、及び当該四方の壁部３１，３２，３３，３４によって囲まれる内部領域を合わせた領域である。図５は、キャビティ部３０Ａ，３０ＢをＺ軸方向の正側から負側へ見た図である。この図においては、ハッチングを付した部分が「キャビティ部３０Ａ，３０Ｂが重なり合う領域」に該当する。当該領域を領域Ｅと称する場合がある。本実施形態では、キャビティ部３０Ａ，３０Ｂの加速平面ＭＰ側の端部は、同形状にて同位置に配置されている。よって、キャビティ部３０Ａ，３０Ｂの加速平面ＭＰ側の端部３０ａの全体が領域Ｅとなる。
【００２８】
隙間ＳＰとは、キャビティ部３０Ａとキャビティ部３０ＢとがＺ軸方向において構造的に分断されることで形成される空間のことである。隙間ＳＰは、少なくとも加速平面ＭＰを含む位置に形成される。上記領域Ｅの全域にわたって隙間ＳＰが形成されている状態とは、領域Ｅ内に、Ｚ軸方向に延びてキャビティ部３０Ａ,３０Ｂとを連結するような部材が存在していない状態である。例えば、図６（ｂ）に示す構成では、キャビティ部３０Ａ，３０Ｂが、互いの電極板４１,４２同士を連結する連結部材７１と、壁部３３，３４同士を連結する連結部材７２と、を有している。この場合、領域Ｅのうち、連結部材７１，７２に該当する位置には、隙間ＳＰが形成されない。従って、図６（ｂ）に示す状態は、領域Ｅの全域にわたって隙間ＳＰが形成されている状態に該当しない。
【００２９】
キャビティ部３０Ａ，３０Ｂのうち、加速平面ＭＰ側の端部３０ａ寄りの部分は、何らの構造部材によっても支持されておらず、宙に浮いた自由端部の状態となっている。従って、キャビティ部３０Ａ，３０Ｂは、加速平面ＭＰとは反対側の端部３０ｂ寄りの部分にて、他の構造部材に支持されている。例えば、図３に示すように、キャビティ部３０Ａ，３０Ｂは、端部３０ｂにおいて真空容器８０に支持されている。なお、真空容器８０は、キャビティ部３０Ａ，３０Ｂが配置される内部空間を真空に保つための容器である。従って、真空容器８０は、上下の壁部８１，８２を互いに連結する側壁を有している。すなわち、キャビティ部３０Ａとキャビティ部３０Ｂは、真空容器８０の側壁を介して、間接的に連結されている。なお、真空容器８０の側壁は、キャビティ部３０Ａ，３０Ｂを領域Ｅ内で直接的に連結する部材ではなく、領域Ｅの外側で間接的に連結する部材である。従って、真空容器８０は、領域Ｅの全域にわたって隙間ＳＰが形成されている状態を維持しながら、キャビティ部３０Ａ，３０Ｂを支持することができる。
【００３０】
図６（a）に示すように、一対のキャビティ部３０Ａ，３０Ｂの間には、加速された荷電粒子Ｐを取り出す取出部８５が配置されている。すなわち、取出部８５は、キャビティ部３０Ａ，３０ＢのＹ軸方向の正側の端部よりも内側へ入り込んだ位置に配置されている。取出部８５は、前述のデフレクター６１及びマグネティックチャンネル６２の何れかの部材に該当する。また、一対のキャビティ部３０Ａ，３０Ｂの間には、荷電粒子Ｐを加速軌道に乗せるためのインフレクター８６が配置されている。すなわち、インフレクター８６は、キャビティ部３０Ａ，３０ＢのＹ軸方向の負側の端部よりも内側へ入り込んだ位置に配置されている。なお、開口部４７，４８に対応する位置でも加速電場が発生している部分では荷電粒子Ｐの加速が可能である。よって、当該部分に取出部８５やインフレクター８６などを配置しない構成としてもよい。すなわち、本実施形態のキャビティ部３０Ａ，３０Ｂに対しても、図６（ｂ）に示すような取出部８５及びインフレクター８６の配置を採用してもよい。
【００３１】
加速部６０は、キャビティ部３０Ａ，３０Ｂに高周波を印加する印加部を有する。印加部の構成は特に限定されないが、例えば図９（ａ）、図９（ｂ）及び図１０に示すものが採用されてよい。
【００３２】
図９（ａ）に示す印加部９１は、キャビティ部３０Ｂに対して設けられる。印加部９１は、外部で高周波電源に接続されてキャビティ部３０Ｂ内へ進入し、内部でループ（ループカプラ）を形成した後、キャビティ部３０Ｂの壁部３３に接続される。印加部９１は、第１の部分９１ａ、第２の部分９１ｂ、及び第３の部分９１ｃを備える。第１の部分９１ａは、外部で高周波電源に接続されてキャビティ部３０Ｂ内へ進入してＹ軸方向の負側に延びる。第２の部分９１ｂは、第１の部分９１ａのＹ軸方向の負側の端部からＸ軸方向の負側に延びる。第３の部分９１ｃは、第２の部分９１ｂのＸ軸方向の負側の端部から、Ｙ軸方向の正側へ延びて壁部３３に接続される。
【００３３】
第１の部分９１ａは、キャビティ部３０Ｂの外部では、外導体９２に収容されている。外導体９２は、壁部３３に接続されている。外導体９２の内部は、キャビティ部３０Ｂの内部空間と同様に真空状態である。外導体９２の何れかの位置には、外気に対して真空封止するためのセラミック板が設けられる。
【００３４】
印加部９１は、両方のキャビティ部３０Ａ，３０Ｂに設けられる必要はなく、一方のみでよい。図１１（ａ）に示すように、一方のキャビティ部から他方のキャビティ部へ磁束が流れるような磁場となっている。この磁場により、一方のキャビティ部へ印加された高周波が、他方のキャビティ部へ伝わり、両方のキャビティ部に高周波が印加される。印加部９１によって形成されるループは、当該ループによって形成される面が、磁束の向きと略直交するように配置される。印加部９１のループの面は、Ｚ軸方向に直交する。また、当該ループは、電極板４０，４１と壁部３３との間の隙間付近に配置される。このような構成により、印加部９１のループに電流を流すと、ループの面と直交する向きに磁束（磁場）が生じる。この磁束により、キャビティ内に磁場が形成される。
【００３５】
図９（ｂ）に示すように、印加部９１のループよりもＸ軸方向の寸法が小さい印加部９３を採用してもよい。ループの面積を大きくすると自己インダクタンスが増えることになり、共振器の周波数をずらして自己インダクタンスの虚数成分をキャンセルするようにする必要がある。一方、印加部９３のように、面積の小さなループを採用した場合、自己インダクタンスを小さくできる。なお、面積の小さいループの印加部９３を採用する場合、磁束密度が高い位置にループを設けることで、ループが小さくとも、キャビティ内に所望の磁場を形成することが可能となる。
【００３６】
図１０に示す印加部９４は、キャビティ部３０Ａに対して設けられる。印加部９４は、外部で高周波電源に接続されてキャビティ部３０Ａ内へ進入し、内部でループ（ループカプラ）を形成した後、キャビティ部３０Ａの壁部３２に接続される。印加部９４は、第１の部分９４ａ、第２の部分９４ｂ、第３の部分９４ｃ、第４の部分９４ｄ、第５の部分９４ｅ、及び第６の部分９４ｆを備える。第１の部分９４ａは、外部で高周波電源に接続されてキャビティ部３０Ａ内へ進入してＺ軸方向の正側に延びる。第２の部分９４ｂは、第１の部分９４ａのＺ軸方向の正側の端部からＸ軸方向の負側に延びる。第３の部分９４ｃは、第２の部分９４ｂのＸ軸方向の負側の端部から、Ｚ軸方向の正側へ延びる。第４の部分９４ｄは、第３の部分９４ｃのＺ軸方向の正側の端部から、Ｘ軸方向の正側へ延びる。第５の部分９４ｅは、第４の部分９４ｄのＸ軸方向の正側の端部から、Ｚ軸方向の正側へ延びる。第６の部分９４ｆは、第５の部分９４ｅのＺ軸方向の正側の端部から、Ｘ軸方向の負側へ延びて壁部３２に接続される。
【００３７】
第１の部分９４ａは、キャビティ部３０Ａの外部では、外導体９６に収容されている。外導体９６は、真空容器の壁部８２を介して壁部３６に接続されている。
【００３８】
図１１（ｂ）に示すように、印加部９４は、部分９４ｄ，９４ｅ，９４ｆによってループを形成する。印加部９４のループによって形成される面は、Ｙ軸方向と直交する。当該ループは、電極板４１の下側に配置され、当該位置にて磁束を生じさせる。
【００３９】
次に、本実施形態に係る粒子加速器１００の作用・効果について説明する。
【００４０】
粒子加速器１００は、荷電粒子Ｐを加速する加速平面ＭＰを挟んで互いに対をなすように配置され、高周波が印加される一対のキャビティ部３０Ａ，３０Ｂを備える。一対のキャビティ部３０Ａ，３０Ｂは、加速平面ＭＰに直交するＺ軸方向において、加速平面ＭＰを挟んで互いに対向する対向面５０Ａ，５０Ｂを有する。これらの対向面５０Ａ，５０Ｂは、Ｚ軸方向と直交するＸ軸方向において互いに離間する第１の面５１及び第２の面５２を有する。このような構成により、図７に示すように、一対のキャビティ部３０Ａ，３０Ｂのそれぞれにおいて、第１の面５１と第２の面５２との間に高周波の加速電場を形成できる。これにより、隙間ＳＰには、加速平面ＭＰを基準として上下対称な加速電場を形成できる。従って、荷電粒子Ｐは、一対のキャビティ部３０Ａ，３０Ｂの間にて、Ｘ軸方向に加速される。また、第１の面５１及び第２の面５２は、Ｙ軸方向に延びている。従って、荷電粒子Ｐは、一対のキャビティ部３０Ａ，３０Ｂの間にて、Ｙ軸方向における異なる位置で繰り返し加速される（図１（ａ）参照）。
【００４１】
ここで、Ｚ軸方向から見て一対のキャビティ部３０Ａ，３０Ｂが重なり合う領域Ｅの全域にわたり、一対のキャビティ部３０Ａ，３０Ｂが離間することで隙間ＳＰが形成されている。すなわち、Ｚ軸方向から見て一対のキャビティ部３０Ａ、３０Ｂが重なり合う領域Ｅの全域において、一方のキャビティ部３０Ａと他方のキャビティ部３０Ｂとを連結する連結部材が存在していない。例えば、図６（ｂ）に示すように、キャビティ部３０Ａ，３０Ｂを連結する連結部材７１，７２が設けられていた場合、連結部材７１，７２との干渉を回避するために、取出部８５やインフレクター８６をキャビティ部３０Ａ，３０Ｂの外側へはみ出る位置に配置しなくてはならない。あるいは、加速部６０を取出部８５やインフレクター８６とは周方向に異なる位置に配置する必要が生じる。例えば、図１（ａ）に示す谷領域１１のうち、デフレクター６１やマグネティックチャンネル６２が設けられていない箇所にしか、加速部６０をもうけられなくなる場合もある。一方、本実施形態では、一方のキャビティ部３０Ａと他方のキャビティ部３０Ｂとを連結する連結部材が存在していない。すなわち、このような連結部材と他の部品との干渉などを考慮する必要がなくなる。以上により、部品の配置に関する設計上の自由度を向上できる。
【００４２】
粒子加速器１００において、一対のキャビティ部３０Ａ，３０Ｂは、Ｙ軸方向における両端側に壁部３３，３４を備え、第１の面５１及び第２の面５２は、Ｙ軸方向における両端側において、壁部３３，３４から離間する部分を有してよい。これにより、第１の面５１及び第２の面５２と壁部３３，３４との間に開口部４７，４８が形成される。当該開口部４７，４８にて、磁束の結合を行うことができる。例えば、図８（ａ）は、電極板４０の端部４０ｄと壁部３４との間の磁場を示す。図８（ａ）は、開口部４７と開口部４８とが交わる箇所での磁場を示す。なお、開口部４７，４８が存在せずに、その位置にキャビティ部の板部材が存在するような構造を採用した場合、加速ギャップがある開口部以外では板部材を伝うような磁束の流れが形成されてしまう。すなわち、上側のキャビティ部３０Ｂの内部で閉じたループのような磁束の流れとなってしまう。従って、開口部４７，４８を設けることで、当該開口部４７，４８を介して磁束が流れ、上側のキャビティ部３０Ｂの内部の磁束が下側のキャビティ部３０Ａの内部へ流れるような磁束の流れを形成し易くできる。
【００４３】
粒子加速器１００において、一対のキャビティ部３０Ａ，３０Ｂの間に、加速された荷電粒子Ｐを取り出す取出部８５が配置されていてよい。このように、Ｚ軸方向から見て、取出部８５の一部又は全部をキャビティ部３０Ａ，３０Ｂと重ねて配置することができるため、取出部８５によってキャビティ部３０Ａ，３０Ｂの配置が制約を受けることを防止できる。
【００４４】
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。
【００４５】
例えば、上述の実施形態では、図１（ａ）に示すように、粒子加速器は加速部として、一対の加速部を有していた。これに代えて、図１２に示すような粒子加速器１５０を採用してもよい。この粒子加速器１５０は、デフレクター６１及びマグネティックチャンネル６２が設けられていない谷領域１１に一対の加速電極１６０が設けられている。このような構成に対し、デフレクター６１及びマグネティックチャンネル６２が設けられた谷領域１１に、キャビティ部３０Ａ，３０Ｂが追加されている。この場合、加速電極１６０による加速機能に対して、キャビティ部３０Ａ，３０Ｂによる作用を追加することができる。例えば、キャビティ部３０Ａ，３０Ｂによって荷電粒子Ｐを追加で加速してもよいし、調整のために荷電粒子Ｐを減速してもよい。以上のように、デフレクター６１及びマグネティックチャンネル６２との関係によって加速電極１６０を設けることが出来なかった谷領域１１に対して、キャビティ部３０Ａ，３０Ｂを設けることで、追加の機能を付加させることができる。
【００４６】
また、上述の実施形態では、粒子加速器としてサイクロトロンを例示していた。これに代えて、マイクロトロンなどの粒子加速器に対して、上述のキャビティ部の構造を適用してもよい。また、荷電粒子が螺旋状の加速軌道を描く粒子加速器のみならず、他の軌道を描くような粒子加速器が採用されてもよい。例えば、図１３に示すように、レーストラック型の加速軌道を描く粒子加速器２００を採用してもよい。この粒子加速器２００は、キャビティ部３０（なお上側のキャビティ部は省略している）と、当該キャビティ部３０の隣に配置される磁場発生部２１０，２２０と、を備えている。荷電粒子Ｐは、キャビティ部３０に入り込んで加速された後、Ｘ軸方向の負側へ移動し、磁場発生部２２０へ入り込む。荷電粒子Ｐは、磁場発生部２２０で軌道を曲げられてＸ軸方向の正側へ移動し、キャビティ部３０で加速されて、磁場発生部２１０へ入り込む。このような動作を繰り返すことで、荷電粒子Ｐは加速されて、取出部２３０で取り出される。
【００４７】
なお、キャビティ部の形状は、上述のような形状に限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では、平面視で四角形のキャビティ部が採用されたが、平面視で湾曲させたような形状を有するキャビティ部が採用されてもよい。
【符号の説明】
【００４８】
３０，３０Ａ，３０Ｂ…キャビティ部、３３，３４…壁部、５０Ａ、５０Ｂ…対向面、５１…第１の面、５２…第２の面、１００，１５０，２００…粒子加速器。
【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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