(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、メイン電磁石にマグネット電流を印加して形成される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、
前記メイン電磁石に印加する前記マグネット電流を制御するマグネット電流制御手段と、
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経時的に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、
前記マグネット電流制御手段が、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、前記マグネット電流を増大させ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、所定の設定量に至るまで増大させた後に前記設定量で維持する供給制御手段を更に備え、
前記第一閾値が、前記供給量が前記設定量に到達した後の所定タイミングで前記出力モニタ手段が取得した前記指標値よりも、前記乖離度合いが大きい値に対応して設定されている請求項１に記載のサイクロトロン制御装置。
【請求項３】
前記マグネット電流制御手段が前記マグネット電流を増大させた後に、前記出力モニタ手段は前記指標値を更新取得し、前記照射状態判定手段は更新取得された前記指標値を第一閾値と比較して前記乖離度合いを更新判定し、
前記マグネット電流制御手段は、更新判定された前記乖離度合いが所定未満になったと判定された場合に、前記マグネット電流の増大を停止する請求項１または２に記載のサイクロトロン制御装置。
【請求項４】
前記マグネット電流制御手段が前記マグネット電流を増大させた後に、前記出力モニタ手段は前記指標値を更新取得し、前記照射状態判定手段は更新取得された前記指標値を第一閾値と比較して前記乖離度合いを更新判定し、
前記マグネット電流制御手段は、前記マグネット電流の増大幅が所定以上となったとき、更新判定された前記乖離度合いにかかわらず前記マグネット電流の増大を停止する請求項１から３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５】
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】
イオン源と、
前記イオン源から供給される重荷電粒子を、メイン電磁石にマグネット電流を印加して形成される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５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７】
イオン源から供給される重荷電粒子を、メイン電磁石にマグネット電流を印加して形成される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経時的に取得し、取得され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、前記メイン電磁石に印加する前記マグネット電流を増大させるマグネット電流増大処理と、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８】
イオン源から供給される重荷電粒子をメイン電磁石にマグネット電流を印加して形成される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照射ステップと、
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経時的に取得し、取得され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し、前記乖離度合いが所定以上であると判定された場合に、前記マグネット電流を増大させる電流制御ステップと、
生成された前記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標識ステップと、を備え、
前記照射ステップを前記電流制御ステップの前後に亘って連続して行うことを特徴とする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、互いに対向配置された下部電磁石および上部電磁石と呼ばれるメイン電磁石で静磁場を形成し、この静磁場中で加速電極（ディー電極）によって高周波電場を生成することにより負イオンを加速して重荷電粒子ビームとするサイクロトロンが記載されている。特許文献２にも、対向配置された円盤状の磁極（メイン電磁石）およびその周囲に配置されたコイルで静磁場を形成し、この静磁場中に配置された加速電極で負イオンを加速して重荷電粒子ビームを生成するサイクロトロンが記載されている。特許文献２には、磁極の対向する面にセクタと呼ばれる谷領域と山領域を交互に形成して磁場に強弱をつけることで、セクターフォーカシングにより重荷電粒子ビームの収束が良好となることが記載されている。
【０００４】
サイクロトロンを、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】
【０００６】
重荷電粒子は、メイン電磁石が形成する静磁場と加速電極が形成する高周波電場からローレンツ力を受けて周期的に加速されて高速の重荷電粒子ビームとなる。このため、メイン電磁石が形成する静磁場の強度が変動すると、重荷電粒子の回転半径やビームの収束具合が敏感に変動する。たとえばメイン電磁石に同じ強度の直流電流を印加していても、磁極の温度が上昇するとキュリーの法則に従って磁極の磁化が低下し、重荷電粒子が受ける磁場も小さくなる。このため重荷電粒子ビームの収束は緩くなり、取り出されるビームのうちターゲットに正確に照射されるものの比率が低下するため、ターゲットにおいて所望の核反応を持続することは困難となる。
【０００７】
一方で、放射性薬剤を大量に製造する場合など、サイクロトロンを長時間に亘って連続運転することが近年は求められている。この場合、メイン電磁石の発熱は顕著になる。しかしながら、メイン電磁石は強い放射線環境下にあり温度センサーにとって過酷な環境であるため、温度センサーを用いてメイン電磁石の温度を計測および制御することは極めて困難である。また、温度センサーは静磁場に対する異物になり重荷電粒子ビームの収束を損なうという観点からも温度センサーの使用は困難である。
【０００８】
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、サイクロトロンを長時間に亘って連続運転しても重荷電粒子ビームをターゲットに正確に照射し続けることが可能なサイクロトロンおよびその制御装置等を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、イオン源から供給される重荷電粒子を、メイン電磁石にマグネット電流を印加して形成される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、前記メイン電磁石に印加する前記マグネット電流を制御するマグネット電流制御手段と、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経時的に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、前記マグネット電流制御手段が、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、前記マグネット電流を増大させ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。
【００１０】
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、メイン電磁石にマグネット電流を印加して形成される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。
【００１１】
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、メイン電磁石にマグネット電流を印加して形成される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経時的に取得し、取得され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、前記メイン電磁石に印加する前記マグネット電流を増大させる電流制御処理と、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。
【００１２】
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メイン電磁石にマグネット電流を印加して形成される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照射ステップと、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経時的に取得し、取得され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し、前記乖離度合いが所定以上であると判定された場合に、前記マグネット電流を増大させる調整ステップと、生成された前記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標識ステップと、を備え、前記照射ステップを前記調整ステップの前後に亘って連続して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】
【００１３】
本発明によれば、ビーム電流値とターゲット電流値との乖離度合いが所定以上であると判定された場合に、メイン電磁石に印加するマグネット電流を増大させる。このため、メイン電磁石が温度上昇して磁化が低下した分をマグネット電流の増大によって補償することができる。よって本発明によれば、サイクロトロンを長時間に亘って連続運転してメイン電磁石が温度上昇しても重荷電粒子ビームをターゲットに正確に照射し続けることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【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】マグネット電流の印加量の時間変化を模式的に示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
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、メイン電磁石５０にマグネット電流ＩＭを印加して形成される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。
【００１７】
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１０は、マグネット電流制御部１８、出力モニタ部１４および照射状態判定部１６を備えている。
マグネット電流制御部１８は、メイン電磁石５０に印加するマグネット電流ＩＭを制御する制御手段である。
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、この指標値を経時的に取得する。
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、マグネット電流制御部１８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判定された場合に、マグネット電流ＩＭを増大させることを特徴とする。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
イオン源２０にアーク電圧を印加して生成される重荷電粒子Ｐ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Ｐのビームがビーム取出部４０で取り出されてターゲット３４に向けて照射される。ビーム取出部４０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４０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ＰＢ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ＥＰＲと呼称する。負イオン加速型の場合、ストリッパフォイル４２で重荷電粒子Ｐから剥ぎ取られた電子の量がビーム電流値ＥＰＲに対応する。そして、ターゲット３４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ＴＧと呼称する。
【００２２】
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。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。
【００２３】
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５０に印加するマグネット電流ＩＭを制御するマグネット電流制御部１８（図２参照）の機能を有している。
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
イオン源２０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２４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２０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２４やＲＦアンテナ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。
【００２７】
本実施形態ではフィラメント駆動型のイオン源２０を例示する。イオン源２０は、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。
【００２８】
サイクロトロン制御装置１０は、イオン源２０から加速器３０に供給される重荷電粒子Ｐの供給量を制御する供給制御部１２を備えている。供給制御部１２は、重荷電粒子Ｐの供給量を所定の設定量に至るまで増大させた後に、当該設定量で維持する機能を少なくとも有している。本実施形態の供給制御部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。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。
【００２９】
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。加速空間３１から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。
【００３０】
アーク電流値を上昇させることで、重荷電粒子ビームＰＢの量が増大するため、ビーム電流値ＥＰＲおよびターゲット電流値ＴＧも上昇する傾向にある。しかしながら、ビーム取出部４０で取り出されたビームの全量がターゲット３４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４０とターゲット３４との間に配置されて重荷電粒子ビームＰＢが通過するコリメータ４４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４２に衝突するなどして軌道変更された重荷電粒子ビームＰＢはコリメータ４４によるコリメーションを受けてもその１００％がターゲット３４に照射されるわけではなく、ターゲット３４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。
【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、照射状態判定部１６およびマグネット電流制御部１８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、トランスミッション値表示部６６およびマグネット設定表示部７０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ＳＴ２６（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。
【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。
【００４０】
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、照射工程に応じて異なる制御を行なう。照射工程については図５を用いて後述するが、具体的には、初期の照射工程にあたる第一供給ステップＳＴ１０では、マグネット電流ＩＭを一定に維持した状態で、イオン源２０から加速器３０に供給される重荷電粒子Ｐの供給量の増大を抑制する。そして、中期以降の照射工程にあたる第三供給ステップＳＴ２６では、重荷電粒子Ｐの供給量を一定に維持した状態、すなわちアーク電流を一定に維持した状態で、直流電源５８からコイル５６に印加させるマグネット電流ＩＭの印加量を増大させる。
これにより、初期の照射工程にあっては、サイクロトロン１００の条件設定が不十分でありコリメータ４４または外部にビームが集中的に照射されてコリメータ損失や外部損失が大きくなっていると推定して重荷電粒子Ｐの供給量を抑制する。これにより、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。一方、中期以降の照射工程にあっては、メイン電磁石５０の磁極５１の温度が上昇して磁化が低下し、重荷電粒子ビームＰＢの収束が低下して軌道がずれたものと推定してマグネット電流ＩＭを増大させる。これにより、メイン電磁石５０が形成する静磁場の強度が回復して重荷電粒子ビームＰＢの軌道が修正される。
【００４１】
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の供給過剰を抑制し、またはマグネット電流ＩＭの印加量を増大させる制御を行なう。
【００４２】
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。
【００４３】
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、高周波電圧値表示部６９およびマグネット設定表示部７０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。サイクロトロン制御装置１０はメイン電磁石５０と信号接続され、またマグネット電流制御部１８の機能を有している。マグネット電流制御部１８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制御部１８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。
マグネット設定表示部７０は、中期以降の照射工程でマグネット電流ＩＭを増大させるための判定を行なう基準値としての第一閾値を設定し、また表示する。第一閾値は、ユーザーの操作に基づいて可変に設定してもよく、またはサイクロトロン制御装置１０により自動的に設定してもよい。第一閾値の具体的な設定方法については後述する。
【００４４】
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はマグネット電流ＩＭの印加量の時間変化を模式的に示すグラフである。図５の縦軸は直流電源５８からコイル５６に通電されるマグネット電流ＩＭの大きさを表し、横軸は通電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。
【００４５】
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、メイン電磁石５０にマグネット電流ＩＭを印加して形成される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、判定処理（判定ステップＳＴ３２）とマグネット電流増大処理（マグネット電流増大ステップＳＴ３４）とをサイクロトロン１００に実行させる。
出力モニタ部１４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経時的に取得する（ステップＳＴ３０）。そして判定処理（判定ステップＳＴ３２）において照射状態判定部１６は、ステップＳＴ３０で取得された指標値を第一閾値と比較して乖離度合いを判定する。
マグネット電流増大処理（マグネット電流増大ステップＳＴ３４）では、上記の判定処理（判定ステップＳＴ３２）で乖離度合いが所定以上であると判定された場合に、マグネット電流制御部１８は、メイン電磁石５０に印加するマグネット電流ＩＭを増大させる。
【００４６】
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。
【００４７】
サイクロトロン制御装置１０のマグネット電流制御部１８は、図５に示すように、マグネット電流ＩＭを多段階で制御する。具体的には、初期の照射工程にあたる第一供給ステップＳＴ１０と、第一供給ステップＳＴ１０の後に実行されて重荷電粒子Ｐの供給量を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ＳＴ１８と、第二供給ステップＳＴ１８の後に実行されて重荷電粒子Ｐの供給量を第二設定量にて維持する第三供給ステップＳＴ２６と、を実行する。第三供給ステップＳＴ２６は、アーク電流値が安定して以降、重荷電粒子ビームＰＢの照射を終了するまでの工程の総称である。第三供給ステップＳＴ２６では、指標値に基づいてマグネット電流ＩＭを増大させる処理を経時的に繰り返す。このため、第三供給ステップを電流制御ステップと呼称する場合がある。
【００４８】
初期の照射工程にあたる第一供給ステップＳＴ１０は時刻Ｔ０からＴ１まで行なわれる。第一供給ステップＳＴ１０ではマグネット電流ＩＭは初期値ＩＭ０で一定とする。第一供給ステップＳＴ１０において供給制御部１２は、重荷電粒子Ｐの供給量を、僅かな初期量から第一設定量に至るまで増大させる。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の供給量を初期量から第一設定量まで増大させる（ステップＳＴ１１）。
【００４９】
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）が第一設定量未満である間（ステップＳＴ１２：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。
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ＳＴ１２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に到達したことを判定してもよい。
【００５０】
第一供給ステップＳＴ１０において出力モニタ部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てトランスミッション値ＴＲ（指標値）を算出して取得する。
イオン源２０から加速器３０に供給される重荷電粒子Ｐの量が第一設定量に到達すると（ステップＳＴ１２：ＹＥＳ）、第一供給ステップＳＴ１０は終了する。つぎに照射状態判定部１６は、トランスミッション値ＴＲを第二閾値と大小判定する（ステップＳＴ１４）。第二閾値は、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。第二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。第二閾値はユーザーにより可変に設定可能としてもよい。トランスミッション値ＴＲが第二閾値よりも小さいと照射状態判定部１６により判定された場合には、供給制御部１２は重荷電粒子Ｐの供給の増大を停止して各種調整を行なうとよい（図示せず）。各種調整としては、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。これらの各種調整により、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。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。
【００５１】
ステップＳＴ１４において指標値であるトランスミッション値ＴＲが第二閾値以上であり乖離度合いが所定未満であると判定されると、マグネット電流制御部１８はマグネット電流ＩＭを最適化する（ステップＳＴ１６：図４および図５参照）。マグネット電流ＩＭの最適化にあたっては、マグネット電流ＩＭを僅かずつ昇降調整しながら出力モニタ部１４でトランスミッション値ＴＲを監視し、トランスミッション値ＴＲが最大となるマグネット電流ＩＭを最適値ＩＭ１として決定するとよい。図５では最適値ＩＭ１が初期値ＩＭ０よりも大きい場合を例示しているが、これに限られない。マグネット電流ＩＭの最適値ＩＭ１は、４００Ａ以上６００Ａ以下が好ましく、たとえば５００Ａである。
【００５２】
マグネット電流ＩＭが最適値ＩＭ１に設定された時刻Ｔ２から、第二供給ステップＳＴ１８を行なう。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から更に増大させる（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に到達すると第二供給ステップＳＴ１８を終了する。第二供給ステップＳＴ１８の間、マグネット電流ＩＭは最適値ＩＭ１にて一定とする。
【００５３】
ステップＳＴ２０で行なわれる具体的な判定処理は特に限定されないが、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を取得し、当該ターゲット電流値ＴＧを第二設定量と比較することにより重荷電粒子Ｐの供給量が所望量に到達したことを判定する。第二供給ステップＳＴ１８を終了すると、イオン源２０から加速器３０への重荷電粒子Ｐの供給量の増大を停止し（ステップＳＴ２２）、それ以降は重荷電粒子Ｐの供給量を一定とする。第二供給ステップＳＴ１８の終了時刻をＴ３とする（図５参照）。
第二供給ステップＳＴ１８が終了した時刻Ｔ３またはそれ以降のタイミングで、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を取得し、指標値（トランスミッション値ＴＲ）を算出してバッチレコードなどに記録しておく（ステップＳＴ２４）。照射状態判定部１６は、この指標値に基づいて、電流制御ステップＳＴ２６で用いる第一閾値を設定する。
【００５４】
第一閾値は、重荷電粒子Ｐの供給量が設定量（第二設定量）に到達した後の所定タイミング（ステップＳＴ２４）で出力モニタ部１４が取得した上記の指標値（トランスミッション値ＴＲ）よりも、乖離度合いが大きい値に対応して設定される。これにより、重荷電粒子Ｐの供給量を安定させた時点と比べて乖離度合いが僅かに悪化した状態を、判定ステップＳＴ３２における判定の閾値とすることができる。具体的には、たとえば第二供給ステップＳＴ１８が終了してから１０分間が経過した時刻Ｔ４の時点でトランスミッション値ＴＲを取得するとよい。この時点でのトランスミッション値ＴＲがたとえば８５％であった場合、第一閾値としては、トランスミッション値ＴＲを僅かに低下させた８４．５％などとすることができる。第二供給ステップＳＴ１８の終了時点でのトランスミッション値ＴＲと第一閾値との差分は、５％以下、好ましくは１％以下とするとよい。
【００５５】
第一閾値を設定してから重荷電粒子ビームＰＢの照射を終了するまでが電流制御ステップ（電流制御ステップ）ＳＴ２６である。電流制御ステップＳＴ２６では、所定時間に亘って重荷電粒子ビームＰＢを照射し（ステップＳＴ２７）、照射終了判定が否定されて照射を継続する場合（ステップＳＴ２８：ＮＯ）、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を取得してトランスミッション値ＴＲを更新する（ステップＳＴ３０）。
【００５６】
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（たとえば８９．５％）と大小判定する。トランスミッション値ＴＲが第一閾値以上であると判定された場合（判定ステップＳＴ３２：ＹＥＳ）には、再び所定時間に亘って重荷電粒子ビームＰＢの照射を継続する（ステップＳＴ２７）。この所定時間は特に限定されないが、１分間以上、５分間以下とすることができる。これにより、判定ステップＳＴ３２の頻度が過剰とならず、かつ重荷電粒子ビームＰＢの収束の悪化をすみやかに検知することができる。
【００５７】
判定ステップＳＴ３２においてトランスミッション値ＴＲが第一閾値未満と照射状態判定部１６が判定した場合（判定ステップＳＴ３２：ＮＯ）、マグネット電流制御部１８はマグネット電流ＩＭを増大させる（マグネット電流増大ステップＳＴ３４）。
【００５８】
マグネット電流増大ステップＳＴ３４におけるマグネット電流ＩＭの具体的な増大処理は特に限定されないが、本実施形態では予め定められた上昇幅だけマグネット電流ＩＭを増大させる処理を１回または複数回繰り返して行なうことを例示する。上昇幅は、０．００１Ａ以上０．０２Ａ以下とすることができる。この上昇幅は、マグネット電流ＩＭの最適値ＩＭ１（たとえば５００Ａ）に比べて１０−６（１ｐｐｍ）以下とすることができる。
本実施形態では、一例として、繰り返し回数の最大値を５回とする。
【００５９】
マグネット電流制御部１８は、マグネット電流増大ステップＳＴ３４でマグネット電流ＩＭを増大させた後に、増大の残り回数を１だけ減算し（ステップＳＴ３６）、残り回数を判定する。残り回数が１以上である場合は（ステップＳＴ３８：ＮＯ）、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を取得して指標値を更新取得する。照射状態判定部１６は、更新取得された指標値を第一閾値と比較して乖離度合いを更新判定する（判定ステップＳＴ３２）。
マグネット電流制御部１８は、更新判定された指標値が第一閾値以上になり乖離度合いが所定未満になったと判定された場合には（判定ステップＳＴ３２：ＹＥＳ）、マグネット電流ＩＭの増大を停止し、ステップＳＴ２７に戻る。
【００６０】
上記の更新判定の結果、マグネット電流制御部１８は、マグネット電流ＩＭの増大幅が所定以上となったとき、更新判定された乖離度合いにかかわらずマグネット電流ＩＭの増大を停止する。具体的には、更新判定された指標値が、なお第一閾値未満であると判定された場合には（判定ステップＳＴ３２：ＮＯ）、マグネット電流増大ステップＳＴ３４からステップＳＴ３８を繰り返す。そして、マグネット電流ＩＭの増大を５回繰り返し、残り回数が０になると（ステップＳＴ３８：ＹＥＳ）、マグネット電流ＩＭの増大を停止してステップＳＴ２７に戻る。これにより、メイン電磁石５０の磁化の低下以外の要因、たとえばコリメータ損失や外部損失の増大などの理由によりトランスミッション値ＴＲが低下している場合に、マグネット電流ＩＭを過剰に印加してしまうことが防止される。
ステップＳＴ２７に戻ると、再び所定時間に亘って重荷電粒子ビームＰＢの照射を継続する。このとき、マグネット電流ＩＭの増大の残り回数を初期値（たとえば５回）にリセットしておく。
【００６１】
ステップＳＴ２７に戻った時刻Ｔ５から再び所定時間に亘って重荷電粒子ビームＰＢを照射して時刻Ｔ６に到達すると、照射終了判定（ステップＳＴ２８）を行なったうえで、出力モニタ部１４は改めて指標値（トランスミッション値ＴＲ）を算出し、そしてマグネット電流制御部１８は指標値を第一閾値と大小判定する（ステップＳＴ３２）。以降は上記の処理を繰り返す。そして、指標値が第一閾値未満と判定された場合は、その都度、マグネット電流増大ステップＳＴ３４からステップＳＴ３８を繰り返してステップＳＴ２７に戻る（時刻Ｔ７：図５参照）。
【００６２】
そして、第三供給ステップＳＴ２６を継続して所定の照射時間が経過すると（ステップＳＴ２８：ＹＥＳ）、サイクロトロン制御装置１０は重荷電粒子Ｐの供給および重荷電粒子ビームＰＢの照射を停止させる。
【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を用いることで、メイン電磁石５０が加熱されて磁極５１の磁化が低下したことに起因してトランスミッション値ＴＲが低下したことを高精度に検知し、マグネット電流ＩＭを増大させることによってこれを解消することができる。これにより、安定したターゲット電流値ＴＧを、たとえば２時間以上の長時間に亘って得ることができる。
【００６４】
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。
【００６５】
本方法は、イオン源２０から供給される重荷電粒子Ｐをメイン電磁石５０にマグネット電流を印加して形成される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、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照射ステップと、電流制御ステップＳＴ２６と、標識ステップと、を備え、照射ステップを電流制御ステップＳＴ２６の前後に亘って連続して行うことを特徴とする。
電流制御ステップＳＴ２６では、指標値を経時的に取得し、取得された指標値を第一閾値と比較して乖離度合いを判定し、乖離度合いが所定以上であると判定された場合に、マグネット電流ＩＭを増大させる。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、の乖離度合いを示し、上述したようにトランスミッション値ＴＲを用いることができる。そして標識ステップでは、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。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。
本方法によれば、重荷電粒子ビームＰＢのビーム出力が一旦安定して以降、メイン電磁石５０の温度上昇によってビーム出力が低下することを抑制し、放射性核種を長時間に亘って安定して製造することができる。
【００６６】
本方法の一例として、上記のように最適値ＩＭ１を５００Ａとし、第一閾値を８４．５％に設定し、放射性核種として１８Ｆを生成した。本方法を非適用とし、すなわち電流制御ステップＳＴ２６においてマグネット電流ＩＭを最適値ＩＭ１で固定した場合の１８Ｆの生成収率と、本方法を適用して電流制御ステップＳＴ２６でマグネット電流ＩＭを増大させた場合の１８Ｆの生成収率とを比較した。結果として、１８Ｆの生成収率の平均値は、本方法を非適用とした場合は３２１５．３ＭＢｑ／μＡであったのに対し、本方法を適用した結果３４４９．５ＭＢｑ／μＡｈに向上した。また、１８Ｆの生成収率の相対標準偏差（ＲＳＤ：％）＝（標準偏差／平均値）×１００は、本方法を非適用とした場合は８．０％であったのに対し、本方法を適用した結果４．５％に改善された。これにより、本方法によれば放射性核種の生成収率が向上するだけでなく、生成収率が安定することも確認された。
【００６７】
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、温度センサーをメイン電磁石５０に装着することなく、メイン電磁石５０の加熱に起因して重荷電粒子ビームＰＢの収束状態が悪化したことをサイクロトロン制御装置１０で検知し、マグネット電流ＩＭの僅かな増大によってこれを解消することができる。また、第三供給ステップＳＴ２６でアーク電流を一定に維持した状態で上記のように重荷電粒子ビームＰＢの収束状態を最適に維持することができるため、コリメータ４４やフィラメント２４の負荷を増大させることもない。
【００６８】
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。
【００６９】
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、メイン電磁石にマグネット電流を印加して形成される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、前記メイン電磁石に印加する前記マグネット電流を制御するマグネット電流制御手段と、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経時的に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、前記マグネット電流制御手段が、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、前記マグネット電流を増大させることを特徴とするサイクロトロン制御装置。
（２）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、所定の設定量に至るまで増大させた後に前記設定量で維持する供給制御手段を更に備え、前記第一閾値が、前記供給量が前記設定量に到達した後の所定タイミングで前記出力モニタ手段が取得した前記指標値よりも、前記乖離度合いが大きい値に対応して設定されている上記（１）に記載のサイクロトロン制御装置。
（３）前記マグネット電流制御手段が前記マグネット電流を増大させた後に、前記出力モニタ手段は前記指標値を更新取得し、前記照射状態判定手段は更新取得された前記指標値を第一閾値と比較して前記乖離度合いを更新判定し、前記マグネット電流制御手段は、更新判定された前記乖離度合いが所定未満になったと判定された場合に、前記マグネット電流の増大を停止する上記（１）または（２）に記載のサイクロトロン制御装置。
（４）前記マグネット電流制御手段が前記マグネット電流を増大させた後に、前記出力モニタ手段は前記指標値を更新取得し、前記照射状態判定手段は更新取得された前記指標値を第一閾値と比較して前記乖離度合いを更新判定し、前記マグネット電流制御手段は、前記マグネット電流の増大幅が所定以上となったとき、更新判定された前記乖離度合いにかかわらず前記マグネット電流の増大を停止する上記（１）から（３）のいずれか一項に記載のサイクロトロン制御装置。
（５）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（４）のいずれか一項に記載のサイクロトロン制御装置。
（６）イオン源と、前記イオン源から供給される重荷電粒子を、メイン電磁石にマグネット電流を印加して形成される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（５）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。
（７）イオン源から供給される重荷電粒子を、メイン電磁石にマグネット電流を印加して形成される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経時的に取得し、取得され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、前記メイン電磁石に印加する前記マグネット電流を増大させるマグネット電流増大処理と、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。
（８）イオン源から供給される重荷電粒子をメイン電磁石にマグネット電流を印加して形成される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照射ステップと、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経時的に取得し、取得され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し、前記乖離度合いが所定以上であると判定された場合に、前記マグネット電流を増大させる電流制御ステップと、生成された前記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標識ステップと、を備え、前記照射ステップを前記電流制御ステップの前後に亘って連続して行うことを特徴とする放射性薬剤の製造方法。
【符号の説明】
【００７０】
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
１８      マグネット電流制御部
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      コイル電源
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
７０      マグネット設定表示部
１００    サイクロトロン
ＤＰ      表示画面
ＩＭ      マグネット電流
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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