(57)【要約】  荷電粒子を周回軌道に沿って周回させて所定のエネルギーまで加速し、多極電磁石（４１、４２）により形成される安定領域を超えた荷電粒子の軌道を周回軌道から出射軌道に外して出射させる円形加速器において、多極電磁石の励磁を制御する多極電磁石励磁制御部（９）を備え、多極電磁石励磁制御部（９）は、荷電粒子の一部が出射軌道以外の廃棄軌道に外れるように多極電磁石（４１、４２）の励磁を設定して不要荷電粒子を廃棄した後、周回軌道を周回している荷電粒子の軌道が出射軌道に外れるように多極電磁石（４１、４２）の励磁を設定して荷電粒子を出射させる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子を周回軌道に沿って周回させて所定のエネルギーまで加速し、多極電磁石により形成される安定領域を超えた前記荷電粒子の軌道を前記周回軌道から出射軌道に外して出射させる円形加速器において、
前記多極電磁石の励磁を制御する多極電磁石励磁制御部を備え、
前記多極電磁石励磁制御部は、前記荷電粒子の一部が前記出射軌道以外の廃棄軌道に外れるように前記多極電磁石の励磁を設定して不要荷電粒子を廃棄した後、前記周回軌道を周回している前記荷電粒子の軌道が前記出射軌道に外れるように前記多極電磁石の励磁を設定して前記荷電粒子を出射させることを特徴とする円形加速器。
【請求項２】
前記多極電磁石励磁制御部は、前記不要荷電粒子を廃棄するときと、前記荷電粒子を出射させるときとで、前記多極電磁石により形成される安定領域の多角形の向きが異なるよう、前記多極電磁石の励磁を制御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】
前記周回軌道中の離れた位置に前記多極電磁石を２個設置したことを特徴とする請求項１または２に記載の円形加速器。
【請求項４】
前記多極電磁石は六極電磁石であ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】
前記安定領域を、前記不要荷電粒子を廃棄するときに狭めた後広げ、前記荷電粒子を出射させるときに徐々に狭めることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の円形加速器。
【請求項６】
前記廃棄軌道に外れた前記不要荷電粒子は前記円形加速器内に設置したダンパーに当たってロスす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】
荷電粒子を周回軌道に沿って周回させて所定のエネルギーまで加速する加速運転の後、多極電磁石により形成される安定領域を超えた前記荷電粒子を出射させる円形加速器の運転方法において、
前記多極電磁石により形成される安定領域を制御して前記荷電粒子の一部が前記安定領域を超えて前記円形加速器内でロスする第１出射準備運転と、
この第１出射準備運転の後、前記安定領域を広げるとともに、前記安定領域の多角形の向きを前記第１出射準備運転時とは異なる向きになるように前記多極電磁石の励磁を変化させる第２出射準備運転と、
この第２出射準備運転の後、前記安定領域を徐々に狭めて前記荷電粒子を前記円形加速器外に出射させる出射運転と、
を含む円形加速器の運転方法。
【請求項８】
前記周回軌道中の離れた位置に前記多極電磁石を２個設置し、前記第１出射準備運転時と前記出射運転時とにおいて、前記安定領域の多角形の向きが異なるように前記２個の多極電磁石を制御することを特徴とする請求項７に記載の円形加速器の運転方法。
【請求項９】
前記第１出射準備運転において、前記安定領域を超えてロスする前記荷電粒子は、ダンパーに当たってロスすることを特徴とする請求項７または８に記載の円形加速器の運転方法。
【請求項１０】
請求項１または２に記載の円形加速器から出射される荷電粒子の束である粒子線を患者の患部に照射するための照射装置を備えたことを特徴とする粒子線治療装置。
【請求項１１】
前記照射装置が、前記粒子線をペンシルビームとして前記患部を走査して照射するように構成されていることを特徴とする請求項１０に記載の粒子線治療装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、荷電粒子を周回させて加速する円形加速器、特に粒子線治療装置などに応用するための荷電粒子ビームを円形加速器から出射する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
粒子線治療装置の主加速器としてシンクロトロンなどの円形加速器を用いる場合には、加速器内の荷電粒子を加速器外に出射させるために、一般に「遅い取り出し」と呼ばれる技術を用いる。「遅い取り出し」では、円形加速器のビーム動力学的に安定領域（以降セパラトリクスと呼ぶ）を形成し、セパラトリクスの面積を制御することで出射を行う。セパラトリクスの形成には、通常多極電磁石が用いられる。多極電磁石とは、例えば，六極電磁石のことである。以下、円形加速器としてシンクロトロンを例に説明する。【０００３】
セパラトリクスの内側にいる荷電粒子はシンクロトロン内で周回を続けるが、セパラトリクスの外側にいる荷電粒子は，シンクロトロンを安定的に回り続けることができず，粒子の軌道は，設計(中心)軌道から大きく外れてしまう。セパラトリクスの境界に到達した荷電粒子が出射路を通過するようにセパラトリクスの枝の向き(図３と図５を参照)を適切に設計することで、荷電粒子がシンクロトロンから出射される。【０００４】
セパラトリクスの内側にいる荷電粒子をセパラトリクスの境界に移動させる方法として、種々な方式が提案されている。古典的な方法としては、４極電磁石の強度を変化させシンクロトロンを周回する荷電粒子の水平方向チューンを変化させることでセパラトリクスの面積を小さくし、結果としてセパラトリクスの境界に移動させる方法がある。また、高周波電極に共鳴する周波数成分を含む高周波電界を印加して、荷電粒子の持つクーランシュナイダー不変量を増加させ、結果としてセパラトリクスの境界に移動させつつ出射する方法がある（例えば特許文献１）。さらに、高周波加速空洞での加速において、シンクロトロンを周回する荷電粒子の持つ運動量を変化させ、その結果、荷電粒子が持つチューンを変化させ、セパラトリクスの面積を小さくすることで、出射する方法がある（例えば特許文献２）。【０００５】
いずれの方法においても、物理設計上理想的な場合には、加速される荷電粒子においてクーランシュナイダー不変量と称する不変パラメータが存在し、不安定な出射は発生しない。しかし、実際の粒子線小型シンクロトロンでは、構成機器である偏向電磁石電源のリップルノイズの影響や高周波加速空洞にかかる電界の歪、ノイズ成分の影響などを受けて、シンクロトロンを周回する荷電粒子の持つクーランシュナイダー不変量が経過時間とともに増大していく。【０００６】
ここでいう経過時間とは、入射から加速にかかる時間、あるいは、粒子線治療に用いる場合には、出射可信号までの待機時間などを言う。つまり，本来セパラトリクスの内側にいると想定した荷電粒子が、外乱要因によってセパラトリクスの外側に、不本意ならが移動してしまう現象が発生する。【０００７】
通常は、出射前には（出射用の多極電磁石を励磁しないことにより）、セパラトリクスの位相空間上の面積を周回粒子の持つクーランシュナイダー不変量の最大面積よりもはるかに大きくしておき、例え外乱要因があったとしても出射しない状態にしておく。出射可信号が来ると、出射準備として、セパラトリクスの面積を、例えば六極電磁石を励磁するなどの方法で、荷電粒子が持つクーランシュナイダー不変量の最大値と一致させることで、出射を徐々に開始する。しかしながら、それまでの外乱要因によって、荷電粒子が持つクーランシュナイダー不変量分布が想定していたクーランシュナイダー不変量分布よりも大きい範囲に分布している場合には、出射準備期間において、セパラトリクスの面積を少し小さくしただけで、出射してしまいそれが通常遅い取り出しで取り出される単位時間あたりの粒子量にくらべてはるかに大きい場合がある（これをスパイクと呼ぶ）。またその期間に出射されるビームの特性（ビーム幅，運動量）は、設計状態のそれと大きく異なることがある。【０００８】
近年癌治療に応用されている粒子線治療装置で提案されているスキャニング照射（例えば特許文献３）になると、１スポットごとの照射を管理する必要があるため、照射に用いる粒子線の強度時間波形の安定度が従来よりも強く要求される。上述のスパイク時に出射される荷電粒子、すなわち粒子線は、ピーク強度が非常に高いビームであり、線量の制御ができない、またビーム径などが設計されたパラメータとは異なるパラメータを有する、など品質の悪い粒子線である。このように、スパイク時の粒子線は照射を管理できない粒子線であるため、照射対象に照射されないようにすることが望まれている。【０００９】
このスパイクを除去する技術として、加速器から出射されたスパイク時の粒子線が照射対象に照射されないように、進行方向を偏向させて、例えばダンパーにロスさせる、あるいは加速器から出射されないように、出射準備期間中にセパラトリクス（安定限界）を狭めて加速器内でロスさせる技術が提案されている（例えば特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平５−１９８３９７号公報
【特許文献２】特開２００３−８６３９９号公報
【特許文献３】特開２００５−３３２７９４号公報
【特許文献４】特開２００９−１１２４８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、加速器から出射された粒子線の進行方向を偏向させてロスさせるためには、シンクロトロンより下流の輸送系に高速で動作する偏向電磁石（キッカー電磁石）などの外部機器を必要とする。また、また単に安定領域を狭めて加速器内でロスさせる方法では、不要荷電粒子の軌道を制御できない。【００１２】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、簡単な構成で不要荷電粒子の軌道を制御でき、スパイクが無い粒子線を出射できる円形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】
【００１３】
本発明に係る円形加速器は、荷電粒子を周回軌道に沿って周回させて所定のエネルギーまで加速し、多極電磁石により形成される安定領域を超えた荷電粒子の軌道を周回軌道から出射軌道に外して出射させる円形加速器において、多極電磁石の励磁を制御する多極電磁石励磁制御部を備え、多極電磁石励磁制御部は、荷電粒子の一部が出射軌道以外の廃棄軌道に外れるように前記多極電磁石の励磁を設定して不要荷電粒子を廃棄した後、周回軌道を周回している荷電粒子の軌道が出射軌道に外れるように多極電磁石の励磁を設定して荷電粒子を出射させるようにしたものである。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、簡単な構成で、不要荷電粒子の軌道を制御でき、スパイクが無い粒子線を出射できるシンクロトロンが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１による円形加速器を含んだ粒子線治療装置における構成機器を示すブロック図である。
【図２】円形加速器内の荷電粒子団の様子の一例を示す模式図である。
【図３】円形加速器から荷電粒子を出射させるときの動作の一例を示す模式図である。
【図４】従来の円形加速器から出射されるビーム波形の一例を示す模式図である。
【図５】本発明の実施の形態１による円形加速器の第１出射準備運転期間の動作を示す模式図である。
【図６】本発明の実施の形態１による円形加速器の運転動作を説明するための線図である。
【図７】本発明の実施の形態１による円形加速器の第２出射準備運転期間の動作を示す模式図である。
【図８】本発明の実施の形態１による円形加速器の出射運転期間の動作を示す模式図である。
【図９】本発明の実施の形態２による円形加速器の第１出射準備運転期間の動作を示す模式図である。
【図１０】本発明の実施の形態２による円形加速器の出射運転期間の動作を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実施の形態１．
図１は本実施の形態１による円形加速器を含んだ粒子線治療装置における構成機器を示すブロック図である。ここで、主加速器は円形加速器の代表としてのシンクロトロンである。イオンビーム発生装置を含む初段加速器１によって十分なエネルギーまで加速された荷電粒子は、入射装置３８を経てシンクロトロン本体１００に入射され、シンクロトロン本体１００内で目的のエネルギーまで加速される。荷電粒子は、シンクロトロン本体１００内の高周波加速空洞２で加速される。また、シンクロトロン本体１００には、偏向電磁石３が設けられており、荷電粒子を周回軌道に沿って周回させて荷電粒子ビームを形成する。シンクロトロン本体１００で加速された荷電粒子は出射前に第１多極電磁石４１および第２多極電磁石４２をそれぞれ六極電磁石とすることにより３次共鳴を励起してセパラトリクスを形成することで、ベータトロン振動を安定領域（セパラトリクスの内側）と共鳴領域（セパラトリクスの外側）に分割する。すなわち、第１多極電磁石４１および第２多極電磁石４２が、周回軌道に沿って周回する荷電粒子のベータトロン振動を安定領域と共鳴領域に分割する領域分割装置を構成する。四極電磁石５はベータトロン振動数およびセパラトリクスの面積を調整するために用いられる。第１多極電磁石４１および第２多極電磁石４２の励磁を多極電磁石励磁制御部９が制御する。以降、第１多極電磁石４１および第２多極電磁石４２は、それぞれ第１六極電磁石４１および第２六極電磁石４２として説明する。
【００１７】
シンクロトロン本体１００内部では、荷電粒子群は偏向電磁石３の磁場から一意的に決まる中心運動量をもち、その中心運動量近傍に分布している。このとき、たとえば高周波加速空洞２を用いて中心運動量を変位させ、ベータトロン振動の安定領域（セパラトリクスの面積）を狭めることで荷電粒子を共鳴領域に追い出す。共鳴領域に入った荷電粒子は共鳴によりｘ方向の振幅が増大し、例えば出射用電極７の電界を感じる領域に到達すると出射用電極７から生じる電界による力で導かれ、周回軌道から外れて出射軌道に軌道が変化し、出射ポート３９に設置された出射用電磁石によって軌道をシンクロトロン外の方向に曲げられて出射される。つまり、出射用電極７と出射ポート３９に設置された出射用電磁石とで出射装置７０を構成する。
【００１８】
以上の動作を図を用いて説明する。ビームの進行方向に対して直行する方向（以下、横方向と呼ぶ）を見た場合、横軸を位置ｘ、縦軸を軌道の傾きｘ‘とする。ビームはベータトロン振動とよばれる安定な（正確には，周回設計軌道の近傍を振動しながら発散せず安定な振動をしながら）周回運動をしている。出射する際は、例えば３次共鳴の場合、シンクロトロン内の第１六極電磁石４１と第２六極電磁石４２を調整して３次共鳴を励起させ、ベータトロン振動を安定領域と共鳴領域に分割する。すなわち、図２に示すように、振動の安定領域と不安定領域の境界に三角形のセパラトリクスを形成させる。この状態で高周波加速空洞の印加電圧の周波数を変化させて運動量を変化させることでチューンが変化し、図３のように、破線の三角形で示す加速中のセパラトリクスの領域が出射時には実線で示す三角形の領域に変化して安定領域を狭めるため、粒子が不安定領域に追い出される。セパラトリクス外の不安定領域に出た荷電粒子は共鳴により振幅が急激に増大する。このとき例えば、出射用電極７の位置で図３の斜線の位置に電界が発生されるように電極を設ければ、振幅が増大してこの位置まできた荷電粒子に電界による力を与えて、軌道を周回軌道から出射軌道に変えることができる。例えば周回軌道の外側の出射軌道に変えられた荷電粒子は、最後に、出射ポート３９に設置された出射用電磁石で軌道を大きく曲げて加速器から取り出される。
【００１９】
シンクロトロン本体１００から出射された荷電粒子ビームは、通常いくつかの輸送系の電磁石群４０と真空ダクトから構成される輸送系で利用される位置まで導かれる。図１では、荷電粒子ビームを粒子線治療装置に利用する例を示しており、輸送系で荷電粒子ビームが照射装置５０に導かれ、照射装置５０によって、ペンシルビームとして患者６０の患部を走査して照射、すなわちスキャニング照射される。
【００２０】
図２や図３で示すセパラトリクスの三角形の枝の向きは多極電磁石励磁制御部９により第１六極電磁石４１と第２六極電磁石４２の励磁を制御することにより決定する。出射時には、図３に示すように不安定領域に追い出された荷電粒子が出射電極へのアパーチャの方向に向かうようにセパラトリクスの三角形の枝の向きが調整されている。出射前は、セパラトリクスの面積を大きくしておき、クーランシュナイダー不変量分布の最大値が想定していたクーランシュナイダー不変量分布よりも大きい範囲まで分布している粒子分布であっても、粒子が不安定領域に入らないようにしておく。この状態で、出射開始させるために、たとえば高周波加速空洞２を用いて中心運動量を変位させ、セパラトリクスの面積を狭くすると、クーランシュナイダー不変量が想定していたクーランシュナイダー不変量よりも大きい粒子が一気に出射電極の方向に追い出されて出射軌道に入り、スパイク状の出力強度を有するビームが出射される。この様子を図４に示す。出射時にはセパラトリクスの三角形の向きが図３に示すような、出射される荷電粒子の移動経路が出射電極の方向に向くように、すなわち出射軌道に向くように六極電磁石を励磁する。出射開始時には、設計よりもクーランシュナイダー不変量が大きな粒子が一気に出射され、スパイク状の出射ビーム波形となる。その後、クーランシュナイダー不変量が設計値となっている荷電粒子が出射され、出射ビーム強度は設計された所定強度となる。以上が従来のシンクロトロンの出射時の動作である。
【００２１】
これに対し、本発明の動作を図５および図６を用いて説明する。本発明では、加速運転期間が終了して、荷電粒子が所定のエネルギーに達した後、多極電磁石励磁制御部９により、第１六極電磁石４１と第２六極電磁石４２との励磁を、セパラトリクスの三角形の枝が図５に示すような向きになるよう設定する。この時点ではセパラトリクスの面積は、図５の破線の三角形で示す、クーランシュナイダー不変量が想定していたクーランシュナイダー不変量よりも大きい荷電粒子もセパラトリクス内に留まるように設定されている。セパラトリクスの向きが設定された後、セパラトリクスの面積を図５の実線の三角形で示すように狭める。このとき、クーランシュナイダー不変量が設計値に入っている荷電粒子はセパラトリクス内となるように狭める。この動作により、図５に示すように、クーランシュナイダー不変量が設計値よりも大きい、品質が悪く不要な荷電粒子の軌道が周回軌道から外れて、出射軌道とは異なる廃棄軌道に変えられる。
【００２２】
廃棄軌道に変えられた不要荷電粒子はシンクロトロン外には出射されずにロスする。好ましくは、廃棄軌道の不要荷電粒子がダンパー４３に向かうように廃棄軌道とダンパーの位置関係を設計しておけば、不要荷電粒子はダンパー４３でロスする。このように、セパラトリクスの向きを、不要荷電粒子の軌道が出射軌道とは異なる廃棄軌道になるよう多極電磁石の励磁を制御する。多極電磁石の励磁を制御することで不要荷電粒子の向かう方向を制御できるため、ダンパー４３で不要荷電粒子をロスさせて廃棄することができる。不要荷電粒子の方向を制御することで、制御しない場合に比較して多くのメリットがある。例えばダンパー４３を十分厚い遮蔽材とすることで、ダンパーからの２次散乱から発生する放射線を十分低いエネルギーに制御できる。また、不要荷電粒子が衝突した部分では発熱があるが、ダンパー４３に当てることでダンパー４３を冷却すれば良い。また、樹脂のように荷電粒子の衝突により劣化が進む部材に不要荷電粒子が当たらないように設計することができる。
【００２３】
図６においてこの運転期間はＡで示される運転期間でありＡで示される運転期間を第１出射準備運転期間とする。すなわち、第１出射準備運転期間Ａに不要荷電粒子が周回軌道から廃棄軌道に外れてダンパー４３などでロスする。このように、第１出射準備運転期間Ａでは、セパラトリクスの向きをセパラトリクスの外側の荷電粒子が周回軌道から外れて廃棄軌道に向かう向きに設定する。ここで、廃棄軌道に外れた不要荷電粒子をロスさせるダンパー４３は、例えばシンクロトロンの周回軌道を形成するダクトの内壁に設けることができる。ダンパーの配置は、シンクロトロンのラティス設計とセパラトリクスの枝の向きに依存する。セパラトリクスの境界に達した粒子は、３ターン中に軌道が外側に大きくなっていく。その３ターン中の軌道中にぶつかる位置にダンパーを配置する。ただし、この位置では、入射時や加速時にぶつからない位置とする。なお、ビームダンパーの材質は通常金属である。
【００２４】
不要粒子がダンパー４３などでロスした後、クーランシュナイダー不変量が設計値内の荷電粒子が周回軌道から外れないように、セパラトリクスの面積を再び大きくする。設計時には、どの程度の不要ビームが生じるかは不明なので、この運転方法は、ビーム調整期間中に調整する。ビームスピルモニタによって図４の波形を取得し、図６のスパイクの量を測定しながら、Ａの期間を徐々に伸ばしていく。Ａの期間が十分長くなると、出射されるビームスピルにはスパイク構造が観測されなくなる。これととともに、第１六極電磁石４１および第２六極電磁石４２の励磁を変化させて、セパラトリクスの三角形の向きが図７に示すように、セパラトリクスの面積を狭めたときにセパラトリクスの外側に追い出される荷電粒子の移動経路が出射用電極７の方向に向くよう、すなわち出射軌道に向かうように設定する。この運転期間は、図６のＢで示す運転期間で、第２出射準備運転期間Ｂとする。セパラトリクスの向きが設定された後、図８に示すように、セパラトリクスの面積を徐々に狭めることにより、クーランシュナイダー不変量が設計値に入っている、すなわち線量などを制御可能な荷電粒子が徐々にセパラトリクスの外側の不安定領域に入って周回軌道から外れ、出射用電極７方向に追い出され、出射軌道を通って出射ポート３９に設置された出射用電磁石によりシンクロトロンから出射される。この運転期間は図６のＣで示す運転期間で、出射運転期間Ｃとする。出射運転期間Ｃにおいては、スパイクの無い、設計した出射ビームが得られる。
【００２５】
以上のように、第１出射準備運転期間Ａにおいて、セパラトリクスの向きが、出射運転期間Ｃにおけるセパラトリクスの向きとは異なる向きとなるように第１六極電磁石４１および第２六極電磁石４２の励磁を設定するとともに、セパラトリクスの面積を一旦狭める。この第１出射準備運転期間Ａ中に、不要な荷電粒子を周回軌道から廃棄軌道に外して、ダンパー４３などでロスさせる。第１出射準備運転期間Ａに続く第２出射準備運転期間Ｂでは、セパラトリクスの面積を広げるとともに、セパラトリクスの向きが、出射運転期間Ｃにおいてセパラトリクスの外側に追い出される荷電粒子の移動経路が出射軌道に向くように、第１六極電磁石４１および第２六極電磁石４２の励磁の設定を変更する。この第２出射準備運転期間Ｂに続く出射運転期間Ｃでは、セパラトリクスの面積を徐々に狭めて、質が揃った荷電粒子の束である粒子線をシンクロトロン外に出射させて、治療などに利用する。
【００２６】
なお、以上では多極電磁石として六極電磁石を用いて、三角形のセパラトリクスを形成する構成で説明したが、多極電磁石の極数は六極に限らない。例えば、８極電磁石を用いた４次共鳴ではセパラトリクスの形状は４角形になる。このように、セパラトリクスの形状は、多極電磁石の極数に対応した多角形の形状となるが、その多角形の向きを、第１出射準備運転期間Ａにはセパラトリクスの外側に追い出された荷電粒子が出射軌道とは異なる廃棄軌道に外れるような向きとし、出射運転期間Ｃには、セパラトリクスの外側に追い出された荷電粒子が出射軌道に外れるような向きになるように、第１多極電磁石４１および第２多極電磁石４２の励磁を制御すればよい。また、ビーム取り出し方法も高周波加速空洞の周波数を変化させる方式に限定されるものではない。さらに、Ａの期間とＣの期間でそれぞれ取り出し方法が異なっても良い。
【００２７】
実施の形態２．  
実施の形態１では、第１出射準備運転期間Ａにおいてセパラトリクスの面積を狭めることにより、質の悪い荷電粒子を廃棄軌道に追い出す方法を説明したが、特許文献１に記載されている方法、すなわち、高周波電極に共鳴する周波数成分を含む高周波電界を印加して、荷電粒子の持つクーランシュナイダー不変量を増加させ、結果としてセパラトリクスの外側に移動させて追い出す方法でも良い。
【００２８】
図９に示すように、第１出射準備運転期間Ａにおいて、セパラトリクスの多角形の向きを、セパラトリクスの外側に追い出された荷電粒子が廃棄軌道に外れるよう多極電磁石の励磁を設定する。設定後、高周波電極に共鳴する周波数成分を含む高周波電界を印加して、荷電粒子の持つクーランシュナイダー不変量を増加させ、もともとクーランシュナイダー不変量が大きかった不要な荷電粒子が分布していた領域を図９の破線で示す領域まで広げる。セパラトリクスの外側に追い出され廃棄軌道に外れた不要な荷電粒子は、例えばダンパー４３などでロスする。その後、第２出射準備運転期間Ｂにおいて、高周波電極に共鳴する周波数成分を含む高周波電界の印加を止めて、荷電粒子の持つクーランシュナイダー不変量を元に戻すとともに、図１０に示すように、セパラトリクスの外側の荷電粒子が出射用電極７に向かう、すなわち出射軌道に向かう向きとなるよう多極電磁石の励磁を設定する。その後、出射運転期間Ｃにおいて、再び高周波電極に共鳴する周波数成分を含む高周波電界を印加して、荷電粒子の持つクーランシュナイダー不変量を増加させて、図１０の破線で示す領域まで荷電粒子の分布を広げて、セパラトリクスの外側となった荷電粒子を出射軌道からシンクロトロン外に出射させる。なお、Ｂ期間におけるビーム停止には、高周波電界の印加を止めるだけでなく、高速４極電磁石などを用いて、セパラトリクスの面積を急峻に増加させる方法もある。
【００２９】
以上により、出射運転期間Ｃには、スパイクの無い、良質な荷電粒子を出射させることができる。
【００３０】
以上では、円形加速器として代表的なシンクロトロンを例として説明したが、加速器内で周回する荷電粒子を多極電磁石により共鳴を励起してセパラトリクスを形成する円形加速器であれば、シンクロトロン以外の円形加速器であっても本発明が適用できる。
【符号の説明】
【００３１】
９  多極電磁石励磁制御部、３９  出射ポート、
４１  第１多極電磁石（六極電磁石）、
４２  第２多極電磁石（六極電磁石）、５０  照射装置、
１００  シンクロトロン（円形加速器）、Ａ  第１出射準備運転期間、
Ｂ  第２出射準備運転期間、Ｃ  出射運転期間
【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】
2015145558.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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