(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン源から供給される重荷電粒子を磁場環境下で周回させながら加速して重荷電粒子ビームとする加速器と、前記重荷電粒子ビームを軌道変更して前記加速器から取り出してターゲットに向けて出射するビーム取出部と、を備えるサイクロトロンのための制御装置であって、
前記イオン源から前記加速器に供給される前記重荷電粒子の供給量を、第一設定量に至るまで増大させ、更に前記第一設定量よりも多い第二設定量に至るまで増大させる制御を行う供給制御手段と、
前記ビーム取出部で軌道変更される前記重荷電粒子ビームの量を示すビーム電流値と、出射された前記重荷電粒子ビームが前記ターゲットに衝突して発生するターゲット電流値と、の乖離度合いを示す指標値を、少なくとも前記供給量が前記第一設定量に至った時点で取得する出力モニタ手段と、
前記出力モニタ手段が取得した前記指標値を第一閾値と比較して前記乖離度合いを判定する照射状態判定手段と、を備え、
前記供給制御手段が、前記照射状態判定手段により前記乖離度合いが所定以上であると判定された場合に、前記供給量の増大を抑制することを特徴とするサイクロトロン制御装置。
【請求項２】
前記供給制御手段は、前記重荷電粒子の前記供給量を第一設定量に至るまで増大させる第一供給ステップと、前記第一供給ステップの後に実行されて前記供給量を前記第二設定量に至るまで更に増大させる第二供給ステップと、第二供給ステップの後に実行されて前記供給量を前記第二設定量にて維持する第三供給ステップと、を実行し、
前記照射状態判定手段は、少なくとも前記第一供給ステップの終了時に前記乖離度合いを判定し、
前記供給制御手段は、
前記照射状態判定手段により前記乖離度合いが所定以上であると判定された場合には前記供給量を前記第一設定量で維持し、
前記照射状態判定手段により前記乖離度合いが所定未満であると判定された場合には前記第二供給ステップを実行する請求項１に記載のサイクロトロン制御装置。
【請求項３】
前記第一設定量が前記第二設定量の５０％未満である請求項２に記載のサイクロトロン制御装置。
【請求項４】
前記第二供給ステップの実行中に、前記出力モニタ手段は前記ターゲット電流値を第二閾値と比較し、前記供給制御手段は、前記出力モニタ手段の比較結果に基づいて前記第二供給ステップを終了して前記第三供給ステップを実行する請求項２または３に記載のサイクロトロン制御装置。
【請求項５】
前記ビーム取出部が、前記重荷電粒子ビームを衝突させて前記重荷電粒子から電子を捕捉するストリッパフォイルを備え、
前記ビーム電流値が、前記ストリッパフォイルで捕捉される電子の量を示す請求項１から４のいずれか一項に記載のサイクロトロン制御装置。
【請求項６】
前記出力モニタ手段が取得する前記指標値が、前記ビーム電流値に対する前記ターゲット電流値の比率を示すトランスミッション値である請求項１から５のいずれか一項に記載のサイクロトロン制御装置。
【請求項７】
イオン源と、
前記イオン源から供給される重荷電粒子を磁場環境下で周回させながら加速して重荷電粒子ビームとする加速器と、
前記重荷電粒子ビームを軌道変更して前記加速器から取り出してターゲットに向けて出射するビーム取出部と、
請求項１から６のいずれか一項に記載のサイクロトロン制御装置と、
を備えるサイクロトロン。
【請求項８】
イオン源から供給される重荷電粒子を磁場環境下で周回させながら加速して重荷電粒子ビームとする加速器と、前記重荷電粒子ビームを軌道変更して前記加速器から取り出してターゲットに向けて出射するビーム取出部と、を備えるサイクロトロンを制御するためのプログラムであって、
前記プログラムが、
前記イオン源から前記加速器に供給される前記重荷電粒子の供給量を第一設定量に至るまで増大させる第一供給処理と、
前記ビーム取出部で軌道変更される前記重荷電粒子ビームの量を示すビーム電流値と、出射された前記重荷電粒子ビームが前記ターゲットに衝突して発生するターゲット電流値と、の乖離度合いを示す指標値を少なくとも前記供給量が前記第一設定量に至った時点で取得し、取得された前記指標値を第一閾値と比較することにより前記乖離度合いを判定する判定処理と、
前記判定処理で前記乖離度合いが所定以上であると判定された場合に、前記供給量の増大を抑制し、
前記判定処理で前記乖離度合いが所定未満であると判定された場合に、前記供給量を、前記第一設定量よりも多い第二設定量に至るまで増大させる第二供給処理を前記サイクロトロンに実行させることを特徴とするサイクロトロン制御プログラム。
【請求項９】
イオン源から供給される重荷電粒子を磁場環境下で周回させながら加速して重荷電粒子ビームとする加速器と、前記重荷電粒子ビームを軌道変更して前記加速器から取り出してターゲットに向けて出射するビーム取出部と、を備えるサイクロトロンを用いて放射性薬剤を製造する方法であって、
前記イオン源から前記加速器に供給される前記重荷電粒子の供給量を第一設定量に至るまで増大させる第一供給ステップと、
前記ビーム取出部で軌道変更される前記重荷電粒子ビームの量を示すビーム電流値と、出射された前記重荷電粒子ビームが前記ターゲットに衝突して発生するターゲット電流値と、の乖離度合いを示す指標値を少なくとも前記供給量が前記第一設定量に至った時点で取得し、取得された前記指標値を第一閾値と比較することにより前記乖離度合いを判定する判定ステップと、を含み、
前記判定ステップで前記乖離度合いが所定以上であると判定された場合に、前記供給量の増大を抑制し、
前記判定ステップで前記乖離度合いが所定未満であると判定された場合に、前記供給量を、前記第一設定量よりも多い第二設定量に至るまで増大させる第二供給ステップを行うことを特徴とする放射性薬剤の製造方法。
【請求項１０】
第二供給ステップの後に実行されて前記供給量を前記第二設定量にて維持する第三供給ステップと、
少なくとも前記第三供給ステップで供給された前記重荷電粒子を加速した前記重荷電粒子ビームを前記ターゲットに照射して放射性核種を生成するステップと、
生成された放射性核種および標識前駆体化合物を用いて前記放射性薬剤を製造するステップと、を更に含む請求項９に記載の放射性薬剤の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サイクロトロン制御装置、サイクロトロン、サイクロトロン制御プログラムおよび放射性薬剤の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
サイクロトロンは代表的な粒子加速器であり、磁場中で円運動している荷電粒子を高周波電場によって加速して高エネルギーの粒子ビームを生成する装置である。電子よりも質量が大きい荷電粒子を重荷電粒子といい、サイクロトロンで生成および照射される陽子線、重陽子線、α線などの粒子線は重荷電粒子のビーム（ヘビーイオンビーム）である。サイクロトロンは種々の目的に用いられているが、その一例として放射性薬剤の製造に用いられる放射性核種の生成が挙げられる。粒子ビームはターゲットに照射されて核反応を発生させる。このため、ターゲットの種類を選定することで所望の放射性核種が生成される。
【０００３】
特許文献１および２には従来のサイクロトロンが開示されている。特許文献１には、サイクロトロンにおいて高周波電場を生成する加速電極（ディー電極）で２種の負イオンを同時に加速して重荷電粒子ビームとし、異なるビーム取出部からそれぞれ取り出すことが記載されている。特許文献２にも、サイクロトロンにおいて複数のビーム取出部を設けて放射線治療用の重荷電粒子ビームと放射性同位体の製造用の重荷電粒子ビームを同時に取り出すことが記載されている。
【０００４】
サイクロトロンは、ビームを構成する粒子の電荷の正負によって分類すると、正イオン加速型と負イオン加速型とに大別される。正イオン加速型は、正の電荷を帯びた粒子ビームに静電デフレクタで電場を印加することにより軌道変更して加速器から取り出す方式である。負イオン加速型は、負の電荷を帯びた粒子ビームをストリッパフォイルと呼ばれる薄膜に衝突させて電子を剥ぎ取ることによって軌道変更して加速器から取り出す方式である。負イオン加速型は取り出し効率が高いことから現在主流となっている。
【０００５】
加速器に重荷電粒子を供給するイオン源には種々のものが提案されている。負イオン源としてはフィラメントやＲＦアンテナなどの金属線に通電して熱電子を放出させる体積生成型のものが広く知られている。具体的には、イオン源では水素ガスなどの原料ガス雰囲気中に配置されたフィラメントやＲＦアンテナ（以下、「フィラメント等」という場合がある）に電流を印加することにより放出される熱電子にアーク電圧を印加してソースプラズマを生成し、このソースプラズマに高電圧を印加して負イオンのビームを取り出す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−１４４５９７号公報
【特許文献２】特開２０１０−２８７４１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
イオン源にアーク電圧を印加して生成される重荷電粒子のビームをアーク電流といい、このビームの量をアーク電流値と呼称する。アーク電流値を上昇させることでより多くの重荷電粒子のビームがビーム取出部で取り出されてターゲットに向けて照射される。ビーム取出部は、上述したように正イオン加速型の場合は静電デフレクタであり、負イオン加速型の場合はストリッパフォイルである。ビーム取出部で軌道変更されて加速器から取り出される重荷電粒子ビームの量をビーム電流といい、このビームの量をビーム電流値と呼称する。負イオン加速型の場合、ストリッパフォイルで重荷電粒子から剥ぎ取られた電子の量がビーム電流に対応する。そして、ターゲットに実際に照射されるビームの量をターゲット電流といい、このビームの量をターゲット電流値と呼称する。
【０００８】
アーク電流値を上昇させることで、重荷電粒子ビームの量が増大するため、ビーム電流値およびターゲット電流値も上昇する傾向にある。しかしながら、ビーム取出部で取り出されたビームの全量がターゲットに照射されるわけではなく、ビーム電流とターゲット電流との間には様々な要因により差異が生じる。その要因の一つは、ビーム取出部とターゲットとの間に配置されて重荷電粒子ビームが通過するコリメータにおける損失（以下、「コリメータ損失」と呼称する場合がある）である。このほか、ストリッパフォイルに衝突するなどして軌道変更された重荷電粒子ビームはコリメータによるコリメーションを受けてもその１００％がターゲットに照射されるわけではなく、ターゲット以外の各所に照射されて損失（以下、「外部損失」と呼称する場合がある）となる。
【０００９】
従来のサイクロトロンの制御においては、ターゲットにビーム照射を開始して以降、ターゲット電流値が目標の設定電流値となるまで、アーク電流値を無条件で上昇させることが行われていた。この設定電流値は、ターゲットで所望の核反応を発生させるのに必要な電流値であり、照射前に予め設定しておく。
【００１０】
しかしながら、ストリッパフォイルなどのビーム取出部の微妙な設定および損耗状態やイオン源および加速器の各種の条件設定によっては、コリメータに多量のビームが照射されたりサイクロトロン内のある部位に多量のビームが照射されて外部損失が大きくなったりする場合がある。この場合、コリメータ損失や外部損失が大きくなることで、所望のターゲット電流値を得るにはアーク電流値を過剰に上昇させる必要があり、サイクロトロンの損傷や過負荷が助長されるという問題がある。
【００１１】
本発明は上述のような課題に鑑みてなされたものであり、目的とする照射ポイントと異なるポイントに高電流のビームが照射されることを防いで、サイクロトンの故障を低減するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、イオン源から供給される重荷電粒子を磁場環境下で周回させながら加速して重荷電粒子ビームとする加速器と、前記重荷電粒子ビームを軌道変更して前記加速器から取り出してターゲットに向けて出射するビーム取出部と、を備えるサイクロトロンのための制御装置であって、前記イオン源から前記加速器に供給される前記重荷電粒子の供給量を、第一設定量に至るまで増大させ、更に前記第一設定量よりも多い第二設定量に至るまで増大させる制御を行う供給制御手段と、前記ビーム取出部で軌道変更される前記重荷電粒子ビームの量を示すビーム電流値と、出射された前記重荷電粒子ビームが前記ターゲットに衝突して発生するターゲット電流値と、の乖離度合いを示す指標値を、少なくとも前記供給量が前記第一設定量に至った時点で取得する出力モニタ手段と、前記出力モニタ手段が取得した前記指標値を第一閾値と比較して前記乖離度合いを判定する照射状態判定手段と、を備え、前記供給制御手段が、前記照射状態判定手段により前記乖離度合いが所定以上であると判定された場合に、前記供給量の増大を抑制することを特徴とするサイクロトロン制御装置が提供される。
【００１３】
また、本発明によれば、イオン源と、前記イオン源から供給される重荷電粒子を磁場環境下で周回させながら加速して重荷電粒子ビームとする加速器と、前記重荷電粒子ビームを軌道変更して前記加速器から取り出してターゲットに向けて出射するビーム取出部と、上記のサイクロトロン制御装置と、を備えるサイクロトロンが提供される。
【００１４】
また、本発明によれば、イオン源から供給される重荷電粒子を磁場環境下で周回させながら加速して重荷電粒子ビームとする加速器と、前記重荷電粒子ビームを軌道変更して前記加速器から取り出してターゲットに向けて出射するビーム取出部と、を備えるサイクロトロンを制御するためのプログラムであって、前記プログラムが、前記イオン源から前記加速器に供給される前記重荷電粒子の供給量を第一設定量に至るまで増大させる第一供給処理と、前記ビーム取出部で軌道変更される前記重荷電粒子ビームの量を示すビーム電流値と、出射された前記重荷電粒子ビームが前記ターゲットに衝突して発生するターゲット電流値と、の乖離度合いを示す指標値を少なくとも前記供給量が前記第一設定量に至った時点で取得し、取得された前記指標値を第一閾値と比較することにより前記乖離度合いを判定する判定処理と、前記判定処理で前記乖離度合いが所定以上であると判定された場合に、前記供給量の増大を抑制し、前記判定処理で前記乖離度合いが所定未満であると判定された場合に、前記供給量を、前記第一設定量よりも多い第二設定量に至るまで増大させる第二供給処理を前記サイクロトロンに実行させることを特徴とするサイクロトロン制御プログラムが提供される。
【００１５】
また、本発明によれば、イオン源から供給される重荷電粒子を磁場環境下で周回させながら加速して重荷電粒子ビームとする加速器と、前記重荷電粒子ビームを軌道変更して前記加速器から取り出してターゲットに向けて出射するビーム取出部と、を備えるサイクロトロンを用いて放射性薬剤を製造する方法であって、前記イオン源から前記加速器に供給される前記重荷電粒子の供給量を第一設定量に至るまで増大させる第一供給ステップと、前記ビーム取出部で軌道変更される前記重荷電粒子ビームの量を示すビーム電流値と、出射された前記重荷電粒子ビームが前記ターゲットに衝突して発生するターゲット電流値と、の乖離度合いを示す指標値を少なくとも前記供給量が前記第一設定量に至った時点で取得し、取得された前記指標値を第一閾値と比較することにより前記乖離度合いを判定する判定ステップと、を含み、前記判定ステップで前記乖離度合いが所定以上であると判定された場合に、前記供給量の増大を抑制し、前記判定ステップで前記乖離度合いが所定未満であると判定された場合に、前記供給量を、前記第一設定量よりも多い第二設定量に至るまで増大させる第二供給ステップを行うことを特徴とする放射性薬剤の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、重荷電粒子の供給量がまだ少ない第一設定量であるときにビーム電流値とターゲット電流値との乖離度合いを判定し、この乖離度合いが所定以上であると判定された場合には重荷電粒子の供給量の増大を抑制する。このため、ビーム電流値とターゲット電流値との乖離度合いが大きくコリメータ損失または外部損失が大きい状態になっていることを、アーク電流値を過剰に上昇させてしまう前に検知してサイクロトロンの損傷や過負荷を防止し、故障を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態のサイクロトロンの構造を模式的に示す平面図である。
【図２】サイクロトロンの機能ブロック図である。
【図３】サイクロトロン制御装置の表示画面の一例を示す図である。
【図４】サイクロトロン制御装置における処理を示すフローチャートである。
【図５】重荷電粒子の供給量の時間変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、すべての図面において、同様の構成要素には同様の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。図１は本実施形態のサイクロトロン１００の構造を模式的に示す平面図である。図２は本実施形態のサイクロトロン１００の機能ブロック図である。
【００１９】
はじめに、サイクロトロン１００の概要について説明する。サイクロトロン１００は、イオン源２０と、このイオン源２０から供給される重荷電粒子Ｐを磁場環境下で周回させながら加速して重荷電粒子ビームＰＢとする加速器３０と、重荷電粒子ビームＰＢを軌道変更して加速器３０から取り出してターゲット３４に向けて出射するビーム取出部４０と、本実施形態のサイクロトロン制御装置１０と、を備えている。
【００２０】
サイクロトロン制御装置１０は、サイクロトロン１００のための制御装置である。本実施形態のサイクロトロン制御装置１０は、供給制御部１２、出力モニタ部１４および照射状態判定部１６を備えている。
供給制御部１２は、イオン源２０から加速器３０に供給される重荷電粒子Ｐの供給量を増減調整する制御手段である。供給制御部１２は、重荷電粒子Ｐの供給量を、ごく少量の初期量ＡＣ０から第一設定量ＡＣ１に至るまで増大させ、更にこの第一設定量ＡＣ１よりも多い第二設定量ＡＣ２に至るまで増大させる制御を行う。
出力モニタ部１４は、後述するトランスミッション値ＴＲなどに例示される指標値を測定または演算により取得する手段である。指標値は、ビーム取出部４０で軌道変更される重荷電粒子ビームＰＢの量を示すビーム電流値ＥＰＲと、出射された重荷電粒子ビームＰＢがターゲット３４に衝突して発生するターゲット電流値ＴＧと、の乖離度合いを示すパラメータであり、詳細には後述する。以下、単に「乖離度合い」と表記する場合は、ビーム電流値ＥＰＲとターゲット電流値ＴＧとが乖離している度合いを表す。出力モニタ部１４は、少なくとも重荷電粒子ビームＰＢの供給量が第一設定量ＡＣ１に至った時点で指標値を取得する。
照射状態判定部１６は、出力モニタ部１４が取得した指標値を第一閾値と比較して上記の乖離度合いを判定する手段である。
本実施形態のサイクロトロン制御装置１０においては、供給制御部１２が、照射状態判定部１６により乖離度合いが所定以上であると上記のように判定された場合に、重荷電粒子Ｐの供給量の増大を抑制することを特徴とする。
【００２１】
次に、本実施形態のサイクロトロン制御装置１０およびサイクロトロン１００について詳細に説明する。
【００２２】
サイクロトロン１００は、加速器３０で加速された高速で高エネルギーの重荷電粒子ビームＰＢを、ビーム管３２の内部に配置されたターゲット３４に照射し、核反応を発生させて放射性同位体を生成する装置である。サイクロトロン１００は全体が鉛などの金属材料で作成されて放射性を遮蔽するシールド（図示せず）の内部に配置されていてもよい。図１では、加速器３０に２個のビーム取出部４０が設けられ、２式のビーム管３２に対して重荷電粒子ビームＰＢを取出可能である。ビーム管３２の長さや形状は特に限定されず、図１では中間部を図示省略している。
【００２３】
本実施形態では陰イオン加速型のサイクロトロン１００を例示する。陰イオン加速型のサイクロトロン１００は放射性同位体の大量生産に適している。加速器３０で加速される重荷電粒子Ｐは電子よりも重い荷電粒子であり、たとえば陽子や重陽子である。本実施形態では重荷電粒子Ｐとして負水素イオン（Ｈ−）を例示する。重荷電粒子Ｐは加速器３０で周回運動しながら加速されて重荷電粒子ビームＰＢ（図１にて二点鎖線で示す）となる。
陰イオン加速型のサイクロトロン１００の特徴として、ビーム取出部４０は、重荷電粒子ビームＰＢを衝突させて重荷電粒子Ｐから電子を捕捉するストリッパフォイル４２を備えている。ストリッパフォイル４２は炭素製の薄膜などで構成されている。
加速器３０で加速された負水素イオン（Ｈ−）を、ストリッパフォイル４２を通過させることで負水素イオンから電子が剥ぎ取られて瞬時に陽イオン（Ｈ＋）に変換される。このため、重荷電粒子ビームＰＢに負荷されるローレンツ力の向きが瞬時に反転して、重荷電粒子ビームＰＢは加速器３０の磁場から外向きの力を受けて軌道変更され、ビーム管３２に取り出される。
ビーム電流値ＥＰＲは、ストリッパフォイル４２で捕捉される電子の量を示している。
【００２４】
ただし、本実施形態に代えてサイクロトロン１００は陽イオン加速型でもよい。陽イオン加速型の場合、ビーム取出部４０には一対の対向電極で構成される静電デフレクタを用いることができる。
【００２５】
加速器３０は、メイン電磁石５０および高周波電極５２を備えている。メイン電磁石５０および高周波電極５２は、重荷電粒子ビームＰＢが周回運動する加速空間３１を挟んでそれぞれ対向配置されている。高周波電極５２はディー電極とも呼称される。図１では、便宜上、対向配置されたメイン電磁石５０および高周波電極５２のうち、加速空間３１の上方に配置される側を図示省略している。加速空間３１には真空ポンプが接続され、実質的に真空状態に保たれている。
メイン電磁石５０は、磁極５１、コイル５６および直流電源５８で構成されている。コイル５６は磁極５１の周囲に巻き付けられており、また直流電源５８が接続されてマグネット電流ＩＭが印加される。直流電源５８にはサイクロトロン制御装置１０が信号接続されている。
磁極５１は、厚さが小さい谷領域５１ａと、この谷領域５１ａよりも厚さ大きい山領域５１ｂとが各複数箇所、周回状に交互に繰り返して形成されている。谷領域５１ａは山領域５１ｂよりも磁束密度が低い領域となる。これにより重荷電粒子ビームＰＢの収束が良好になる。図１では、便宜上、山領域５１ｂにハッチングを付している。高周波電極５２は、磁極５１の谷領域５１ａに対応する位置に配置されている。メイン電磁石５０にマグネット電流ＩＭを印加することで一様な磁場環境が形成される。磁場の向きは図１における紙面前後方向である。サイクロトロン制御装置１０は、メイン電磁石に印加するマグネット電流を制御するマグネット電流制御部（図示せず）の機能を有している。マグネット電流制御部は、ユーザーの操作に基づいて可変に設定された設定値に対応するマグネット電流を、直流電源５８よりメイン電磁石５０に印加させる。
高周波電極５２には高周波電源５４が接続されて高周波信号が供給される。高周波電源５４の周波数は重荷電粒子ビームＰＢの回転周期と同期するように設定される。メイン電磁石５０が形成する一様な磁場環境下で高周波電源５４が周期的な電場を形成することで重荷電粒子Ｐは周回運動しながら連続して加速される。
【００２６】
加速された重荷電粒子ビームＰＢの回転半径は加速と共に大きくなる。重荷電粒子ビームＰＢが十分に加速されると重荷電粒子ビームＰＢの軌道は加速空間３１の最外周となる。ビーム取出部４０のストリッパフォイル４２は加速空間３１の最外周に配置されており、十分に加速された重荷電粒子ビームＰＢがストリッパフォイル４２に衝突して上述のように重荷電粒子ビームＰＢの軌道は変更される。本実施形態では、一対のビーム管３２に対応して、一対のビーム取出部４０およびストリッパフォイル４２が加速空間３１の周囲に設けられている。
【００２７】
ビーム取出部４０は、ストリッパフォイル４２およびフォイル駆動部４３を備えている。ストリッパフォイル４２はフォイル駆動部４３の先端に突出して取り付けられ、加速器３０の加速空間３１に対して内向きかつ水平方向に突き出すように配置されている。フォイル駆動部４３はストリッパフォイル４２の向きおよび突出長さを調整する。ビーム取出部４０は、ストリッパフォイル４２で重荷電粒子ビームＰＢから剥ぎ取られた電子の量をビーム電流値ＥＰＲとして検出するプローブである。ビーム取出部４０はサイクロトロン制御装置１０と信号接続されており、検出したビーム電流値ＥＰＲをサイクロトロン制御装置１０に送信し、またサイクロトロン制御装置１０からの制御信号に基づいてフォイル駆動部４３はストリッパフォイル４２を駆動する。
【００２８】
図１には、外部イオン供給型のサイクロトロン１００を図示している。外部イオン供給型のサイクロトロン１００では、イオン源２０が加速器３０の外部に配置されている。イオン源２０の具体的な構造や配置は特に限定されず、加速器３０の内部にイオン源２０が配置された内部イオン供給型としてもよい。本実施形態のイオン源２０はフィラメント駆動型であり、空洞状のプラズマ生成部２２と、このプラズマ生成部２２の内部に露出するように配置されたフィラメント２４とを備えている。このほか、高周波駆動型のイオン源２０を用いる場合、フィラメント２４に代えてＲＦアンテナをプラズマ生成部２２に配置してもよい。プラズマ生成部２２には水素ガスなどの原料ガスが供給される。原料ガス雰囲気下でフィラメント２４に電流（フィラメント電流）を印加して熱電子を放出させ、この熱電子にアーク電圧を印加して加速して原料ガスに衝突させることでアーク放電が発生してプラズマが生成される。フィラメント２４の通電により、プラズマ生成部２２の内部は、たとえば３０００℃程度まで加熱される。生成されたプラズマに引出電極２５で高電圧を印加することで、水素イオン（Ｈ−）などの負イオンの重荷電粒子Ｐのビーム（重荷電粒子ビームＰＢ）がプラズマ生成部２２から向けてイオン供給口２６に引き出される。イオン供給口２６は加速器３０の加速空間３１の内部に配置され、重荷電粒子Ｐがイオン供給口２６を通じて加速空間３１に放出されて加速される。プラズマ生成部２２に配置されたフィラメント２４に通電するフィラメント電流を増加することでフィラメント２４から放出される熱電子の量は増加し、結果としてイオン供給口２６に供給される重荷電粒子Ｐの量が増大する。
【００２９】
図２に示すように、イオン源２０はサイクロトロン制御装置１０の供給制御部１２と信号接続されている。供給制御部１２は、プラズマ生成部２２に印加するフィラメント電流値を増減調整することにより、イオン源２０から加速器３０に供給される重荷電粒子ビームＰＢの量、すなわちアーク電流値を増減調整することができる。
【００３０】
イオン供給口２６から加速空間３１に供給された重荷電粒子ビームＰＢは、上記のようにメイン電磁石５０が生成する静磁場および高周波電極５２が生成する交番電界によって加速され、ストリッパフォイル４２に衝突して加速空間３１から取り出される。取り出された重荷電粒子ビームＰＢには、磁場の誤差や重荷電粒子ビームＰＢ同士の電荷による反発、ストリッパフォイル４２に衝突したことによる散乱などの影響により、所望のビーム幅を超えた粒子（ビームハローという）が発生する。ストリッパフォイル４２からターゲット３４に至る軌道中に配置されたコリメータ４４は、このビームハローを低減する。コリメータ４４は、ターゲット３４に向かってビーム管３２の軸心方向に進行する重荷電粒子ビームＰＢのビーム幅を絞る装置である。
【００３１】
本実施形態のコリメータ４４はビーム管３２の入り口の近傍に配置されている。コリメータ４４の構造は特に限定されないが、本実施形態では多ステージのコリメーションシステムを用いることができる。本実施形態のコリメータ４４は、たとえば、最上流に配置されるプローブコリメータ４４ａ、バッファコリメータ４４ｂおよびターゲット３４に最も近い最下流に配置されるターゲットコリメータ４４ｃの三ステージで構成されている。プローブコリメータ４４ａは偏向電磁石を備え、プローブコリメータ４４ａに当たった重荷電粒子ビームＰＢのビームハローはエネルギーが一部損失するとともに散乱を受けてある方向に振幅が増大する。散乱したビームハローは主としてバッファコリメータ４４ｂで除去されて更にエネルギーが損失する。ターゲットコリメータ４４ｃは四極電磁石を備え、ビームハローを更に削減して重荷電粒子ビームＰＢのビーム幅を絞り込む。ターゲットコリメータ４４ｃを通過する際にも重荷電粒子ビームＰＢのエネルギーは一部損失する。
コリメータ４４の各ステージはサイクロトロン制御装置１０とそれぞれ信号接続されており、各ステージでのコリメータ損失の量を示す情報（コリメータ電流値）はサイクロトロン制御装置１０に送信される。
【００３２】
コリメータ４４を通過した重荷電粒子ビームＰＢはビーム管３２に導入されてターゲット３４に衝突する。ターゲット３４は液体または気体の冷却溶媒により冷却されている。ターゲット３４は固体でも液体でもよい。重荷電粒子ビームＰＢはターゲット３４に衝突して核反応を発生させる。放射性核種としては、１１Ｃ、１３Ｎ、１５Ｏ、１８Ｆなどが例示される。ターゲット３４に衝突した重荷電粒子ビームＰＢの量にあたるターゲット電流値ＴＧはエレクトロメータ（図示せず）などを用いて測定される。エレクトロメータはサイクロトロン制御装置１０と信号接続されており、測定したターゲット電流値ＴＧをサイクロトロン制御装置１０に送信する。
【００３３】
サイクロトロン制御装置１０はサイクロトロン１００の制御部であり、ビーム取出部４０、コリメータ４４およびターゲット３４（エレクトロメータ）とそれぞれ信号接続されてビーム電流値ＥＰＲ、コリメータ電流値およびターゲット電流値ＴＧをそれぞれ取得する。
【００３４】
サイクロトロン制御装置１０は、コンピュータプログラムを読み取って対応する処理動作を実行できるように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、Ｉ／Ｆ（Interface）ユニット、等の汎用デバイスで構築されたハードウェアとして実施することができる。また、サイクロトロン制御装置１０は、各種の情報を表示する出力装置である表示画面ＤＰを備えている。
また、サイクロトロン制御装置１０の機能としては、図２に示すように供給制御部１２、出力モニタ部１４および照射状態判定部１６のほか、演算処理部や記憶部を備えている。
【００３５】
図３は、サイクロトロン制御装置１０の表示画面ＤＰの一例を示す図である。表示画面ＤＰにはサイクロトロン１００の状態を示す各種の情報が表示される。本実施形態の表示画面ＤＰは、アーク電流表示部６２、ビーム電流値表示部６３、コリメータ電流値表示部６４、ターゲット電流値表示部６５およびトランスミッション値表示部６６を備えている。
【００３６】
アーク電流表示部６２は、イオン源２０にフィラメント電圧およびアーク電圧を印加して生成される重荷電粒子ビームＰＢの量を示すアーク電流値を表示する。
ビーム電流値表示部６３は、ビーム取出部４０から送信されたビーム電流値ＥＰＲを表示する。本実施形態のサイクロトロン１００は一対のビーム取出部４０を備えており、各ビーム取出部４０から送信されたビーム電流値ＥＰＲを、表示画面ＤＰではＥＰＲ１およびＥＰＲ２として個別に表示する。
コリメータ電流値表示部６４は、一対のビーム取出部４０から取り出された重荷電粒子ビームＰＢがそれぞれ通過するコリメータ４４で損失した電流値を表示する。コリメータ電流値表示部６４は、プローブコリメータ４４ａでのコリメータ電流値を取得して表示するＰＣＬ１およびＰＣＬ２、バッファコリメータ４４ｂでのコリメータ電流値を取得して表示するＢＦ１およびＢＦ２、ターゲットコリメータ４４ｃでのコリメータ電流値を取得して表示するＴＣＬ１およびＴＣＬ２を含んで構成されている。
ターゲット電流値表示部６５は、一対のビーム管３２にそれぞれ入射した重荷電粒子ビームＰＢがターゲット３４に衝突して発生するターゲット電流値ＴＧを、ＴＧ１およびＴＧ２として表示する。
【００３７】
トランスミッション値表示部６６は、ビーム電流値ＥＰＲとターゲット電流値ＴＧとの乖離度合いを示すパラメータである指標値を表示する。ビーム電流値ＥＰＲとターゲット電流値ＴＧとの乖離度合いとしては、両者の相対的な比率もしくは差分、またはこれらと相関する数値を用いることができる。本実施形態の出力モニタ部１４は、重荷電粒子ビームＰＢを照射している全工程、すなわち第一供給ステップＳＴ１０、第二供給ステップＳＴ１８および第三供給ステップＳＴ２２（図４および図５参照）に亘って、指標値を経時的に算出してトランスミッション値表示部６６に表示する。ただしかかる態様に代えて、出力モニタ部１４はイオン源２０からの重荷電粒子ビームＰＢの供給量が後述する第一設定量ＡＣ１に至った時点で少なくとも指標値を取得してトランスミッション値表示部６６に表示すればよい。
【００３８】
かかる指標値としては種々のパラメータを選択することが可能であるが、本実施形態において出力モニタ部１４が取得する指標値は、ビーム電流値ＥＰＲに対するターゲット電流値ＴＧの比率（＝ターゲット電流値ＴＧ／ビーム電流値ＥＰＲ）を示すトランスミッション値ＴＲである。トランスミッション値表示部６６は、ターゲット電流値ＴＧ１，ＴＧ２およびビーム電流値ＥＰＲ１，ＥＰＲ２に基づいて個別に算出されるトランスミッション値ＴＲをＴＲ１およびＴＲ２として表示する。
図３に示す例では、トランスミッション値ＴＲ１＝８７／１１３＝０．７７であり、トランスミッション値ＴＲ２＝１００／１２３＝０．８１である。
【００３９】
トランスミッション値ＴＲは、ストリッパフォイル４２に当たって取り出された重荷電粒子ビームＰＢのうちターゲット３４に照射されたものの比率を示している。したがって、トランスミッション値ＴＲが高い場合は重荷電粒子ビームＰＢが効率的にターゲット３４に照射されていることになり、言い換えるとビームのロスが少ないことを意味する。ビームのロスの要因としては、コリメータ４４の通過によりビームハローが除去されることに起因するコリメータ損失と、コリメータ４４およびターゲット３４以外の外部にビームが照射されることによりエネルギーを逸失する外部損失とが考えられる。そしてサイクロトロン制御装置１０の供給制御部１２は、指標値であるトランスミッション値ＴＲが所定以下であり、すなわちターゲット電流値ＴＧとビーム電流値ＥＰＲとの乖離度合いが所定以上であると判定された場合に、イオン源２０から加速器３０に供給される重荷電粒子Ｐの供給量が過剰にならないように制御する。
指標値としてトランスミッション値ＴＲを用い、これが所定以下である場合にサイクロトロン制御装置１０の供給制御部１２が重荷電粒子Ｐの量を抑制する。これにより、コリメータ４４または外部にビームが集中的に照射されてサイクロトロン１００が損傷したり、所望のターゲット電流値ＴＧを得るために過剰なビーム電流値ＥＰＲを発生させてサイクロトロン１００に過負荷を与えたりすることを回避できる。
【００４０】
出力モニタ部１４は、一対のビーム取出部４０およびターゲット３４に対応してＴＲ１およびＴＲ２の二つのトランスミッション値ＴＲを算出し、これをトランスミッション値表示部６６に表示する。供給制御部１２は、これらのＴＲ１およびＴＲ２のいずれか少なくとも一方が所定以下、すなわちＴＲ１とＴＲ２がそれぞれ表す乖離度合いのいずれか少なくとも一方が所定以上と判定された場合に、重荷電粒子Ｐの供給過剰を抑制する。
【００４１】
このほか指標値としては、ビーム電流値ＥＰＲからコリメータ電流値およびターゲット電流値ＴＧを減算したビーム差分値を用いてもよい。この場合、指標値（ビーム差分値）が大きいほどビームのロスが大きいことを意味する。そしてサイクロトロン制御装置１０の供給制御部１２は、ビーム差分値が所定以上であり、すなわちターゲット電流値ＴＧとビーム電流値ＥＰＲとの乖離度合いが所定以上であると判定された場合に、イオン源２０から加速器３０に供給される重荷電粒子Ｐの供給量が過剰にならないように制御してもよい。これにより、外部損失が過大となってサイクロトロン１００の内部の不特定の箇所に損傷が生じることを未然に防止でき、またサイクロトロン１００の過負荷を回避することができる。
具体的には、指標値（ビーム差分値）＝ビーム電流値ＥＰＲ１−プローブコリメータ電流値ＰＣＬ１−バッファコリメータ電流値ＢＦ１−ターゲットコリメータ電流値ＴＣＬ１−ターゲット電流値ＴＧ１とすることができる。上式においてＥＰＲ１、ＰＣＬ１、ＢＦ１、ＴＣＬ１、ＴＧ１に代えて、ＥＰＲ２、ＰＣＬ２、ＢＦ２、ＴＣＬ２、ＴＧ２を用いてもよい。
【００４２】
表示画面ＤＰは、その他の表示部として、真空度表示部６７、マグネット電流値表示部６８および高周波電圧値表示部６９を備えている。サイクロトロン制御装置１０は、イオン供給口２６や加速空間３１の内部で測定された真空度を示す情報を取得して真空度表示部６７で表示する。また、サイクロトロン制御装置１０は、マグネット電流値表示部６８は、メイン電磁石５０に印加するマグネット電流の設定値を表示する。高周波電圧値表示部６９は、高周波電源５４から高周波電極５２に印加される高周波電圧の値を表示する。かかる高周波電圧はユーザーの操作に基づいて可変に設定することができる。
【００４３】
図４はサイクロトロン制御装置１０における処理を示すフローチャートである。図５は重荷電粒子Ｐの供給量の時間変化を示すグラフである。図５の縦軸はイオン源２０から加速器３０への重荷電粒子Ｐの単位時間当たりの供給量であり、横軸は供給開始からの経過時間を表す。以下、図１から図５を参照してサイクロトロン制御装置１０の動作およびサイクロトロン制御装置１０で実行されるプログラムについて説明する。
【００４４】
サイクロトロン制御装置１０で実行されるプログラムは、すなわちサイクロトロン１００を制御するためのプログラムである。サイクロトロン１００は、上述したようにイオン源２０から供給される重荷電粒子Ｐを磁場環境下で周回させながら加速して重荷電粒子ビームＰＢとする加速器３０と、重荷電粒子ビームＰＢを軌道変更して加速器３０から取り出してターゲット３４に向けて出射するビーム取出部４０と、を備えている。
サイクロトロン制御装置１０のプログラムは、第一供給処理（第一供給ステップＳＴ１０）と判定処理（判定ステップＳＴ１６）と第二供給処理（第二供給ステップＳＴ１８）をサイクロトロン１００に実行させる。
第一供給処理（第一供給ステップＳＴ１０）では、供給制御部１２は、イオン源２０から加速器３０に供給される重荷電粒子Ｐの供給量を第一設定量ＡＣ１に至るまで増大させる。
判定処理（判定ステップＳＴ１６）では、照射状態判定部１６は、ビーム電流値ＥＰＲとターゲット電流値ＴＧとの乖離度合いを示す指標値を、少なくとも重荷電粒子Ｐの供給量が第一設定量ＡＣ１に至った時点で取得し、そして取得された指標値を第一閾値と比較することにより乖離度合いを判定する。
第二供給処理（第二供給ステップＳＴ１８）では、供給制御部１２は、判定処理で乖離度合いが所定以上であると判定された場合（判定ステップＳＴ１６：ＮＯ）には、重荷電粒子Ｐの供給量の増大を抑制し、また判定処理で乖離度合いが所定未満であると判定された場合（判定ステップＳＴ１６：ＹＥＳ）には、重荷電粒子Ｐの供給量を、第一設定量ＡＣ１よりも多い第二設定量ＡＣ２に至るまで増大させる。
【００４５】
つぎに、サイクロトロン制御装置１０における制御処理について詳細に説明する。
【００４６】
図５に示すように、供給制御部１２はイオン源２０から加速器３０への重荷電粒子Ｐの供給量を、三段階で制御する。具体的には、供給制御部１２は、重荷電粒子Ｐの供給量を第一設定量ＡＣ１に至るまで増大させる第一供給ステップＳＴ１０と、第一供給ステップＳＴ１０の後に実行されて供給量を第二設定量ＡＣ２に至るまで更に増大させる第二供給ステップＳＴ１８と、第二供給ステップＳＴ１８の後に実行されて供給量を第二設定量ＡＣ２にて維持する第三供給ステップＳＴ２２と、を実行する。
第一供給ステップＳＴ１０と第二供給ステップＳＴ１８における増大速度（すなわち図５のグラフの傾き）は互いに等しくてもよく、または異なってもよい。また、図５では初期量ＡＣ０が非零の所定値として図示されているが、これに限られず、重荷電粒子Ｐの初期量ＡＣ０は実質的に零でもよい。
【００４７】
第一供給ステップＳＴ１０では、イオン源２０のフィラメント２４に所定のフィラメント電流を印加し、プラズマ生成部２２の内部で重荷電粒子Ｐを発生させてイオン供給口２６から加速空間３１に供給する。供給制御部１２は、フィラメント２４に印加するフィラメント電流を漸増させることで、重荷電粒子Ｐの供給量を初期量ＡＣ０から第一設定量ＡＣ１まで増大させる（ステップＳＴ１１）。
【００４８】
出力モニタ部１４は、十分に短い所定の時間間隔ごとにビーム電流値ＥＰＲおよびターゲット電流値ＴＧをビーム取出部４０およびターゲット３４からそれぞれ取得し、トランスミッション値ＴＲ（指標値）を算出して取得する（ステップＳＴ１２）。
供給制御部１２は、重荷電粒子Ｐの単位時間あたりの供給量（すなわちアーク電流値）が第一設定量ＡＣ１未満である間（ステップＳＴ１４：ＮＯ）、フィラメント電流値を漸増して第一供給ステップＳＴ１０を継続する。
【００４９】
ステップＳＴ１４において重荷電粒子Ｐの単位時間あたりの供給量を判定する処理は種々の態様を選択することができる。たとえば、アーク電流値の到達目標値である第一設定量ＡＣ１と、重荷電粒子ビームＰＢの照射開始からアーク電流値を第一設定量ＡＣ１に到達させるまでの到達時間とを予め設定しておき、この到達時間（たとえば４０秒間）に亘ってフィラメント電流値を強制的に増大させてアーク電流値を第一設定量ＡＣ１まで増大させることができる。この場合、出力モニタ部１４はステップＳＴ１４においては照射開始からの経過時間を監視し、この経過時間が到達時間の設定値に到達したか否かを判定するとよい。
このほかイオン供給口２６から加速空間３１に供給される重荷電粒子Ｐの量を測定する手段を設け、この測定手段による測定値を出力モニタ部１４は取得して重荷電粒子Ｐの供給量が第一設定量ＡＣ１に到達したことを判定してもよい。
【００５０】
イオン源２０から加速器３０に供給される重荷電粒子Ｐの量が第一設定量ＡＣ１に到達すると（ステップＳＴ１４：ＹＥＳ）、第一供給ステップＳＴ１０は終了する。照射状態判定部１６は、出力モニタ部１４が直近に算出したトランスミッション値ＴＲを第一閾値と大小判定する（判定ステップＳＴ１６）。これにより照射状態判定部１６は、少なくとも第一供給ステップＳＴ１０の終了時に乖離度合いを判定する。ここで第一供給ステップＳＴ１０の終了時とは、重荷電粒子Ｐの供給量が第一設定量ＡＣ１に至った時点と同義であり、これは重荷電粒子Ｐの供給量を第一設定量ＡＣ１に至るまで増大させる増大処理が終了するのとほぼ同時のタイミングに限られず、増大処理が終了して重荷電粒子Ｐの供給量を実質的に第一設定量ＡＣ１で一定に維持している間、の両方を意味するものである。
【００５１】
第一閾値は、コリメータ４４の配置や、メイン電磁石５０が生成する磁場環境、ストリッパフォイル４２の状態などが正常である場合にトランスミッション値ＴＲが十分にこれを上回る数値に設定することが好ましい。第一閾値はサイクロトロン制御装置１０に予め設定されて記憶されており、たとえば０．６から０．８などとすることができる。第一閾値はユーザーにより可変に設定可能としてもよい。
【００５２】
第二設定量ＡＣ２は、ターゲット３４で所望の核反応を発生させるために必要な目標の重荷電粒子Ｐの供給量である。図５に示すように、第一設定量ＡＣ１は第二設定量ＡＣ２よりも十分に低く設定されている。具体的には、第一設定量ＡＣ１は第二設定量ＡＣ２の５０％未満である。より好ましくは、第一設定量ＡＣ１は第二設定量ＡＣ２に対して２０％以上４０％以下とすることができる。第一設定量ＡＣ１を２０％以上とすることで、第二供給ステップＳＴ１８において第一設定量ＡＣ１から第二設定量ＡＣ２まで重荷電粒子Ｐの供給量を増大させる増大幅が過剰になることを防止する。これにより、第一供給ステップＳＴ１０の終了時点における乖離度合いが、重荷電粒子Ｐの供給量が第二設定量ＡＣ２に到達する時点での乖離度合いと実質的に一致し、第三供給ステップＳＴ２２においてサイクロトロン１００に不測の過負荷が発生することが回避される。また、第一設定量ＡＣ１を５０％未満、好ましくは４０％以下とすることで、判定ステップＳＴ１６を実行するよりも前にビームのロスの量が過剰になってサイクロトロン１００が損耗することが回避される。
【００５３】
供給制御部１２は、トランスミッション値ＴＲが第一閾値未満であって乖離度合いが所定以上であると照射状態判定部１６に判定された場合（判定ステップＳＴ１６：ＮＯ）には、重荷電粒子Ｐの供給量の増大を抑制し、具体的には供給量の増大を停止（ステップＳＴ３０）して第一設定量ＡＣ１で維持する。この場合、サイクロトロン１００の各種の設定を調整する（ステップＳＴ３２）。具体的には、コリメータ４４（プローブコリメータ４４ａ、バッファコリメータ４４ｂ、ターゲットコリメータ４４ｃ）の向きを調整したり、ストリッパフォイル４２の向きやフォイル駆動部４３からの突出長さを調整したり、メイン電磁石５０に印加するマグネット電流を増減調整したりするとよい。これらの調整により、ビームハローを低減させて重荷電粒子ビームＰＢの指向性を向上させたり、ターゲット３４に向けてより正確に重荷電粒子ビームＰＢを照射させたりすることができる。ステップＳＴ３２における各種調整は、表示画面ＤＰのトランスミッション値表示部６６等に表示されるパラメータの数値を目視確認しながらユーザーが手動で行なってもよく、またはサイクロトロン制御装置１０によりトランスミッション値ＴＲの最適値を探索するように自動調整してもよい。
ステップＳＴ３２の後、出力モニタ部１４はビーム電流値ＥＰＲおよびターゲット電流値ＴＧを改めて取得してトランスミッション値ＴＲを更新する。照射状態判定部１６は、更新されたトランスミッション値ＴＲを第一閾値と大小判定する。この結果、指標値であるトランスミッション値ＴＲが第一閾値以上となり乖離度合いが所定未満になったと判定された場合（ステップＳＴ３４：ＹＥＳ）、供給制御部１２は第二供給ステップＳＴ１８を実行する。
一方、ステップＳＴ３２の各種調整を行なってもトランスミッション値ＴＲが第一閾値以上とならず乖離度合いが所定以上のままである場合（ステップＳＴ３４：ＮＯ）は、図５に破線で示すように、重荷電粒子Ｐの供給および重荷電粒子ビームＰＢの照射を停止するとよい。
【００５４】
また、判定ステップＳＴ１６において照射状態判定部１６により乖離度合いが所定未満であると判定された場合（判定ステップＳＴ１６：ＹＥＳ）にも、第二供給ステップＳＴ１８を実行する。
第二供給ステップＳＴ１８では、フィラメント２４に印加するフィラメント電流を更に漸増することで、重荷電粒子Ｐの供給量を第一設定量ＡＣ１から増大させる（ステップＳＴ１９）。出力モニタ部１４は重荷電粒子Ｐの供給量が十分な値となるまで（ステップＳＴ２０：ＮＯ）、これを繰り返す。サイクロトロン制御装置１０は、重荷電粒子Ｐの供給量が第二設定量ＡＣ２に到達すると第二供給ステップＳＴ１８を終了し、第三供給ステップＳＴ２２を実行する。
【００５５】
図５では、便宜上、第一供給ステップＳＴ１０と第二供給ステップＳＴ１８との間にインターバルＩＴを設ける態様を例示するが、かかるインターバルＩＴの長さは任意であり、実質的に零でもよい。特に、ステップＳＴ１６が肯定された場合は、インターバルＩＴの時間を零とし、第一供給ステップＳＴ１０と第二供給ステップＳＴ１８を連続的に実行してもよい。
【００５６】
ステップＳＴ２０において重荷電粒子Ｐの供給量が第二設定量ＡＣ２に到達したか否かを判定する具体的な処理は特に限定されない。フィラメント電流が所定値に達したことを検知して第二供給ステップＳＴ１８を終了してもよく、または他のパラメータを監視して当該判定を行なってもよい。
【００５７】
本実施形態では、第二供給ステップＳＴ１８の実行中に、出力モニタ部１４がターゲット電流値ＴＧを第二閾値と比較する。そして供給制御部１２は、出力モニタ部１４の比較結果に基づいて第二供給ステップＳＴ１８を終了して第三供給ステップＳＴ２２を実行する。すなわち本実施形態のサイクロトロン制御装置１０では、ターゲット３４に対する重荷電粒子ビームＰＢの照射量を監視して第二供給ステップＳＴ１８の終了判定を行ない、それ以降は重荷電粒子Ｐの供給量を第二設定量ＡＣ２にて維持する第三供給ステップＳＴ２２を実行する。これにより、ターゲット３４において所望の核反応を発生させるために必要なターゲット電流値ＴＧを確実に実現することができる。
【００５８】
第三供給ステップＳＴ２２で所望の時間に亘って重荷電粒子ビームＰＢをターゲット３４に連続照射した後は重荷電粒子Ｐの供給および重荷電粒子ビームＰＢの照射を停止する。本実施形態のサイクロトロン制御装置１０を用いることで、重荷電粒子ビームＰＢの連続照射時間をたとえば２時間以上の長時間とすることができる。
【００５９】
本実施形態のサイクロトロン制御装置１０を用いることでターゲット３４において核反応が発生して放射性核種が生成される。放射性核種は放射性薬剤の製造や放射線治療などの用途に用いることができる。
特に本実施形態のサイクロトロン制御装置１０を搭載したサイクロトロン１００によれば上記のように長時間に亘って重荷電粒子ビームＰＢをターゲット３４に連続照射することができ、放射性薬剤を大量生産することができる。すなわち本実施形態のサイクロトロン制御装置１０によれば以下の放射性薬剤の製造方法（以下、本方法と呼称する場合がある）が提供される。
【００６０】
本方法は、イオン源２０から供給される重荷電粒子Ｐを磁場環境下で周回させながら加速して重荷電粒子ビームＰＢとする加速器３０と、重荷電粒子ビームＰＢを軌道変更して加速器３０から取り出してターゲット３４に向けて出射するビーム取出部４０と、を備えるサイクロトロン１００を用いて放射性薬剤を製造する方法に関する。
本方法は、第一供給ステップＳＴ１０および判定ステップＳＴ１６を含む。
第一供給ステップＳＴ１０では、イオン源２０から加速器３０に供給される重荷電粒子Ｐの供給量を第一設定量ＡＣ１に至るまで増大させる。
判定ステップＳＴ１６では、ビーム取出部４０で軌道変更される重荷電粒子ビームＰＢの量を示すビーム電流値ＥＰＲと、出射された重荷電粒子ビームＰＢがターゲット３４に衝突して発生するターゲット電流値ＴＧと、の乖離度合いを示す指標値を、少なくとも供給量が第一設定量ＡＣ１に至った時点（ステップＳＴ１４）で取得する。そして、取得された指標値を第一閾値と比較することにより乖離度合いを判定する。
本方法においては、判定ステップＳＴ１６で乖離度合いが所定以上であると判定された場合（判定ステップＳＴ１６：ＮＯ）には供給量の増大を抑制する（ステップＳＴ３０）。一方、判定ステップＳＴ１６で乖離度合いが所定未満であると判定された場合（判定ステップＳＴ１６：ＹＥＳ）には第二供給ステップＳＴ１８を行う。第二供給ステップＳＴ１８では、図５に示すように、重荷電粒子Ｐの供給量を、第一設定量ＡＣ１よりも多い第二設定量ＡＣ２に至るまで増大させる。
これにより、重荷電粒子ビームＰＢの照射開始からビーム出力が安定するまでの間にサイクロトロン１００に過度の負担をかけることなく、放射性薬剤を製造することができる。
【００６１】
そして本方法では、上記の第二供給ステップＳＴ１８を経て安定的に出力される重荷電粒子ビームＰＢをターゲット３４に照射して放射性核種を生成し、かかる放射性核種を用いて標識前駆体化合物を標識することにより放射性薬剤を製造する。
【００６２】
すなわち本方法は更に、第三供給ステップＳＴ２２、放射性核種生成ステップおよび標識ステップを含む。第三供給ステップＳＴ２２は第二供給ステップＳＴ１８の後に実行されて供給量を第二設定量ＡＣ２にて維持する工程である。放射性核種生成ステップは、少なくともこの第三供給ステップＳＴ２２で供給された重荷電粒子Ｐを加速した重荷電粒子ビームＰＢをターゲット３４に照射して放射性核種を生成するステップである。標識ステップは、生成された放射性核種および標識前駆体化合物を用いて放射性薬剤を製造するステップであり、加水分解や精製などの各種処理を含む工程である。標識ステップには公知の方法を用いることができる。例えば、本方法により、１８Ｏ水（酸素１８標識水）から、放射性核種として１８Ｆを生成し、標識ステップで、標識前駆体化合物としてＴＡＴＭ（１，３，４，６−テトラ−Ｏ−アセチル−２−Ｏ−トリフルオロメタンスルホニル−β−Ｄ−マンノピラノース）を用いて１８Ｆ−ＦＤＧ（フルオロデオキシグルコース）を製造することができる。
【００６３】
以上説明したように本実施形態のサイクロトロン制御装置１０、その制御プログラムおよびサイクロトロン制御装置１０を備えるサイクロトロン１００によれば、重荷電粒子ビームＰＢの照射の初期段階で、アーク電流を比較的低い第一設定量ＡＣ１まで上昇させてビーム電流値ＥＰＲとターゲット電流値ＴＧとの乖離度合いを判定し、必要によりサイクロトロン１００の照射条件を微調整する。このため、サイクロトロン１００に過負荷を与えず、またコリメータ４４そのほかのターゲット３４以外の部位に重荷電粒子ビームＰＢが過剰に照射してサイクロトロン１００を損傷することが未然に回避される。このため、放射性薬剤を長時間に亘って安定して製造することができる。
【００６４】
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的が達成される限りにおける種々の変形、改良等の態様も含む。
【００６５】
上記実施形態は、以下の技術思想を包含するものである。
（１）イオン源から供給される重荷電粒子を磁場環境下で周回させながら加速して重荷電粒子ビームとする加速器と、前記重荷電粒子ビームを軌道変更して前記加速器から取り出してターゲットに向けて出射するビーム取出部と、を備えるサイクロトロンのための制御装置であって、前記イオン源から前記加速器に供給される前記重荷電粒子の供給量を、第一設定量に至るまで増大させ、更に前記第一設定量よりも多い第二設定量に至るまで増大させる制御を行う供給制御手段と、前記ビーム取出部で軌道変更される前記重荷電粒子ビームの量を示すビーム電流値と、出射された前記重荷電粒子ビームが前記ターゲットに衝突して発生するターゲット電流値と、の乖離度合いを示す指標値を、少なくとも前記供給量が前記第一設定量に至った時点で取得する出力モニタ手段と、前記出力モニタ手段が取得した前記指標値を第一閾値と比較して前記乖離度合いを判定する照射状態判定手段と、を備え、前記供給制御手段が、前記照射状態判定手段により前記乖離度合いが所定以上であると判定された場合に、前記供給量の増大を抑制することを特徴とするサイクロトロン制御装置。
（２）前記供給制御手段は、前記重荷電粒子の前記供給量を第一設定量に至るまで増大させる第一供給ステップと、前記第一供給ステップの後に実行されて前記供給量を前記第二設定量に至るまで更に増大させる第二供給ステップと、第二供給ステップの後に実行されて前記供給量を前記第二設定量にて維持する第三供給ステップと、を実行し、前記照射状態判定手段は、少なくとも前記第一供給ステップの終了時に前記乖離度合いを判定し、前記供給制御手段は、前記照射状態判定手段により前記乖離度合いが所定以上であると判定された場合には前記供給量を前記第一設定量で維持し、前記照射状態判定手段により前記乖離度合いが所定未満であると判定された場合には前記第二供給ステップを実行する上記（１）に記載のサイクロトロン制御装置。
（３）前記第一設定量が前記第二設定量の５０％未満である上記（２）に記載のサイクロトロン制御装置。
（４）前記第二供給ステップの実行中に、前記出力モニタ手段は前記ターゲット電流値を第二閾値と比較し、前記供給制御手段は、前記出力モニタ手段の比較結果に基づいて前記第二供給ステップを終了して前記第三供給ステップを実行する上記（２）または（３）に記載のサイクロトロン制御装置。
（５）前記ビーム取出部が、前記重荷電粒子ビームを衝突させて前記重荷電粒子から電子を捕捉するストリッパフォイルを備え、前記ビーム電流値が、前記ストリッパフォイルで捕捉される電子の量を示す上記（１）から（４）のいずれか一項に記載のサイクロトロン制御装置。
（６）前記出力モニタ手段が取得する前記指標値が、前記ビーム電流値に対する前記ターゲット電流値の比率を示すトランスミッション値である上記（１）から（５）のいずれか一項に記載のサイクロトロン制御装置。
（７）イオン源と、前記イオン源から供給される重荷電粒子を磁場環境下で周回させながら加速して重荷電粒子ビームとする加速器と、前記重荷電粒子ビームを軌道変更して前記加速器から取り出してターゲットに向けて出射するビーム取出部と、上記（１）から（６）のいずれか一項に記載のサイクロトロン制御装置と、
を備えるサイクロトロン。
（８）イオン源から供給される重荷電粒子を磁場環境下で周回させながら加速して重荷電粒子ビームとする加速器と、前記重荷電粒子ビームを軌道変更して前記加速器から取り出してターゲットに向けて出射するビーム取出部と、を備えるサイクロトロンを制御するためのプログラムであって、前記プログラムが、前記イオン源から前記加速器に供給される前記重荷電粒子の供給量を第一設定量に至るまで増大させる第一供給処理と、前記ビーム取出部で軌道変更される前記重荷電粒子ビームの量を示すビーム電流値と、出射された前記重荷電粒子ビームが前記ターゲットに衝突して発生するターゲット電流値と、の乖離度合いを示す指標値を少なくとも前記供給量が前記第一設定量に至った時点で取得し、取得された前記指標値を第一閾値と比較することにより前記乖離度合いを判定する判定処理と、前記判定処理で前記乖離度合いが所定以上であると判定された場合に、前記供給量の増大を抑制し、前記判定処理で前記乖離度合いが所定未満であると判定された場合に、前記供給量を、前記第一設定量よりも多い第二設定量に至るまで増大させる第二供給処理を前記サイクロトロンに実行させることを特徴とするサイクロトロン制御プログラム。
（９）イオン源から供給される重荷電粒子を磁場環境下で周回させながら加速して重荷電粒子ビームとする加速器と、前記重荷電粒子ビームを軌道変更して前記加速器から取り出してターゲットに向けて出射するビーム取出部と、を備えるサイクロトロンを用いて放射性薬剤を製造する方法であって、前記イオン源から前記加速器に供給される前記重荷電粒子の供給量を第一設定量に至るまで増大させる第一供給ステップと、前記ビーム取出部で軌道変更される前記重荷電粒子ビームの量を示すビーム電流値と、出射された前記重荷電粒子ビームが前記ターゲットに衝突して発生するターゲット電流値と、の乖離度合いを示す指標値を少なくとも前記供給量が前記第一設定量に至った時点で取得し、取得された前記指標値を第一閾値と比較することにより前記乖離度合いを判定する判定ステップと、を含み、前記判定ステップで前記乖離度合いが所定以上であると判定された場合に、前記供給量の増大を抑制し、前記判定ステップで前記乖離度合いが所定未満であると判定された場合に、前記供給量を、前記第一設定量よりも多い第二設定量に至るまで増大させる第二供給ステップを行うことを特徴とする放射性薬剤の製造方法。
（１０）第二供給ステップの後に実行されて前記供給量を前記第二設定量にて維持する第三供給ステップと、少なくとも前記第三供給ステップで供給された前記重荷電粒子を加速した前記重荷電粒子ビームを前記ターゲットに照射して放射性核種を生成するステップと、生成された放射性核種および標識前駆体化合物を用いて前記放射性薬剤を製造するステップと、を更に含む上記（９）に記載の放射性薬剤の製造方法。
【符号の説明】
【００６６】
１０      サイクロトロン制御装置
１２      供給制御部
１４      出力モニタ部
１６      照射状態判定部
２０      イオン源
２２      プラズマ生成部
２４      フィラメント
２５      引出電極
２６      イオン供給口
３０      加速器
３１      加速空間
３２      ビーム管
３４      ターゲット
４０      ビーム取出部
４２      ストリッパフォイル
４３      フォイル駆動部
４４      コリメータ
４４ａ    プローブコリメータ
４４ｂ    バッファコリメータ
４４ｃ    ターゲットコリメータ
５０      メイン電磁石
５１      磁極
５１ａ    谷領域
５１ｂ    山領域
５２      高周波電極
５４      高周波電源
５６      コイル
５８      直流電源
６２      アーク電流表示部
６３      ビーム電流値表示部
６４      コリメータ電流値表示部
６５      ターゲット電流値表示部
６６      トランスミッション値表示部
６７      真空度表示部
６８      マグネット電流値表示部
６９      高周波電圧値表示部
１００    サイクロトロン
ＡＣ１    第一設定量
ＡＣ２    第二設定量
ＤＰ      表示画面
Ｐ        重荷電粒子
ＰＢ      重荷電粒子ビーム
ＴＧ      ターゲット電流値
ＴＲ      トランスミッション値
ＥＰＲ    ビーム電流値
【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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