(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速器から輸送され、被照射体に実照射中のビームを測定するために、前記ビームが輸送されるビームダクト内に配置される実照射ビーム測定用ビームモニタセンサであって、
前記ビームダクト内の前記ビームの軌道上に配置される薄膜体と、
前記薄膜体上に形成された蛍光層と、
前記薄膜体から所定距離離間して設けられ、前記薄膜体を撮影して実際に被照射体に照射しているビームの強度、または、ビームのプロファイルおよび強度を測定する、前記ビームの軌道外に設けられた撮影カメラと、を備え、
前記ビームは、５０〜５００ＭｅＶ／ｕのビームエネルギーをもつ、Ｈｅ，Ｌｉ，Ｂｅ，Ｂ若しくはＣを核種とする重粒子ビーム、または陽子ビームであり、
前記薄膜体の水等価厚と前記蛍光層の水等価厚の合計を３０〜２０００μｍとした
ことを特徴とする実照射ビーム測定用ビームモニタセンサ。
【請求項２】
前記撮影カメラが、前記蛍光層が形成されている面を撮影するように設置されていることを特徴とする請求項１に記載の実照射ビーム測定用ビームモニタセンサ。
【請求項３】
前記薄膜体が、酢酸セルロースで形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の実照射ビーム測定用ビームモニタセンサ。
【請求項４】
前記薄膜体の厚さが１２μｍ以下であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の実照射ビーム測定用ビームモニタセンサ。
【請求項５】
前記蛍光層が、付活型蛍光体を含んで形成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の実照射ビーム測定用ビームモニタセンサ。
【請求項６】
前記付活型蛍光体が、硫化物系蛍光体であることを特徴とする請求項５に記載の実照射ビーム測定用ビームモニタセンサ。
【請求項７】
前記硫化物系蛍光体が、硫化亜鉛・銀であることを特徴とする請求項６に記載の実照射ビーム測定用ビームモニタセンサ。
【請求項８】
前記蛍光層の厚さが５μｍ以上であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の実照射ビーム測定用ビームモニタセンサ。
【請求項９】
前記加速器が、円形加速器、線形加速器、静電加速器のうちの少なくとも一つであることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の実照射ビーム測定用ビームモニタセンサ。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の実照射ビーム測定用ビームモニタセンサを備えた実照射ビーム測定用ビームモニタであって、
前記実照射ビーム測定用ビームモニタセンサと、
当該実照射ビーム測定用ビームモニタセンサと接続され、この実照射ビーム測定用ビームモニタセンサから入力された撮影データから、前記ビームの位置、分布および強度のうちの少なくとも一つを算出する算出手段と、
を備えていることを特徴とする実照射ビーム測定用ビームモニタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円形加速器、線形加速器、静電加速器などの加速器において輸送されるビームの位置、分布および強度のうちの少なくとも一つを測定することのできるビームモニタセンサおよびこれを備えたビームモニタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、円形加速器、線形加速器、静電加速器などの加速器で得られたビームは、真空のビームダクト、いわゆるビーム輸送ラインを通じて目的とされる場所へ導かれる。例えば、非特許文献１に記載されているように、このビーム輸送ラインには、一定区間ごとに図２１に示すようなビームモニタ１１０が設置されている。かかるビームモニタ１１０は、ビームプロファイルモニタセンサ１０１や強度モニタセンサ１０２が設置され、信号増幅器を備えた信号処理回路１０３や制御装置１２０に接続されている。このようなビームモニタ１１０はビームを出射する出射ライン（図示せず）も含めると、例えば、３０〜３５個設置されており、これらによってビームの位置や分布（これらを総称してプロファイルという）および強度が観測されている。なお、図２１は、従来のビームプロファイルモニタセンサ１０１および強度モニタセンサ１０２を備えたビームモニタの構成を示す構成図である。
【０００３】
例えば、ビームプロファイルモニタセンサ１０１によって測定されたビームプロファイルなどが、それが理想のものと異なる場合、理想の状態となるように上流に設置された軌道補正用電磁石や四極電磁石（いずれも図示せず）による調整が行われる。これにより、ビームをロスすることなく末端まで輸送することができる。
【０００４】
なお、ビームは真空のビームダクトを通過するため、ビームプロファイルモニタセンサ１０１や強度モニタセンサ１０２も真空のビームダクト内に設置される。例えば、このような状況で使用されるビームプロファイルモニタセンサ１０１は、図２２に示すような構成となっている。なお、図２２は、従来のビームプロファイルモニタセンサの構成を示す断面図である。
【０００５】
図２２に示すように、従来のビームプロファイルモニタセンサ１０１は、厚さ３００μｍのアルミニウム製の薄膜１０１ａを用いて形成される筐体１０１ｂ内にワイヤ状の電極１０１ｃが複数本設けられ、さらにこの筐体１０１ｂ内にガスが封入された構成となっている。
ビーム測定時は、前記した薄膜１０１ａと電極１０１ｃの間に数千ボルトの電圧が印加される。この状態でビームがビームプロファイルモニタセンサ１０１を通過すると、筐体１０１ｂ内に封入されたガスがイオン化する。生じたイオンは、薄膜１０１ａと電極１０１ｃの間の電場によって、複数本設けられた電極１０１ｃのうちの最も近くの電極１０１ｃに集められ、集められたイオンの電荷は、図２１に図示する信号増幅器を備えた信号処理回路１０３によって信号強度の増幅と信号処理が行われる。そして、制御装置１２０によってデジタル化されることにより、図２３に示すような、複数本設けられた電極１０１ｃで集められたイオンの電荷に対応した形でビームプロファイルが作成される。なお、図２３は、従来のビームプロファイルモニタセンサ１０１で測定したビームプロファイルを表示した表示例を示す図である。
【０００６】
【非特許文献１】山田聰、高田栄一、河野俊之、野田耕司  編集、ＨＩＭＡＣレポート「重粒子線がん治療装置 建設総合報告書」（HIMAC-009）、独立行政法人放射線医学総合研究所、１９９５年５月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、図２２に示した構成のビームプロファイルモニタセンサ１０１をビームが通過すると、薄膜１０１ａやガス、電極１０１ｃにビームが当たってビームをロスしたり拡散したりしてビームの状態が破壊されてしまう。
【０００８】
このようにビームの状態を破壊してしまうビームプロファイルモニタセンサ１０１は、破壊型モニタと呼ばれるが、薄膜１０１ａやガス、電極１０１ｃにビームが当たってビームをロスしたり拡散したりしてビームの状態が破壊されてしまうので、破壊型モニタをビーム輸送ラインに入れた状態で被照射体にビームを照射することはできない。例えば、図２２に示した構成のビームプロファイルモニタセンサ１０１の場合、厚さが３００μｍであるアルミニウム（密度ρ＝２．７）製の薄膜１０１ａを２枚用いているので、１つのビームプロファイルモニタセンサ１０１一つあたりの水等価厚は約１６００μｍとなり、これが例えば３０個設置されたとすると、総水等価厚は約４９０００μｍにもなるため、ビームのロスおよび拡散が著しく、ビーム輸送が非常に困難となるので、被照射体にビームを照射することができない。
【０００９】
そのため、被照射体にビームを照射する際は、ビームプロファイルモニタセンサ１０１や強度モニタセンサ１０２をビーム輸送ラインから退避させなければならず、実際に被照射体に照射しているビームのプロファイルや強度を測定することができない。
【００１０】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、測定されるビームの状態をほとんど破壊することなく、当該ビームの位置、分布および強度のうちの少なくとも一つを測定することのできるビームモニタセンサおよびこれを備えたビームモニタを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（１）前記課題を解決した本発明に係る実照射ビーム測定用ビームモニタセンサは、加速器から輸送され、被照射体に実照射中のビームを測定するために、前記ビームが輸送されるビームダクト内に配置される実照射ビーム測定用ビームモニタセンサであって、前記ビームダクト内の前記ビームの軌道上に配置される薄膜体と、前記薄膜体上に形成された蛍光層と、前記薄膜体から所定距離離間して設けられ、前記薄膜体を撮影して実際に被照射体に照射しているビームの強度、または、ビームのプロファイルおよび強度を測定する、前記ビームの軌道外に設けられた撮影カメラと、を備え、前記ビームは、５０〜５００ＭｅＶ／ｕのビームエネルギーをもつ、Ｈｅ，Ｌｉ，Ｂｅ，Ｂ若しくはＣを核種とする重粒子ビーム、または陽子ビームであり、前記薄膜体の水等価厚と前記蛍光層の水等価厚の合計を３０〜２０００μｍとしたことを特徴としている。
【００１２】
このような構成とすれば、加速器から輸送されてくるビームが薄膜体に入射されると、この薄膜体に形成された蛍光層が、入射された当該ビームによって励起され、蛍光を発するようになる。また、薄膜体を用いているので、ビームの状態が破壊されにくい。したがって、かかる蛍光面積の大きさおよび輝度を撮影カメラで撮影することによって、ビームを照射する対象となる被照射体にビームを照射している間中、ビームの位置、分布および／または強度を測定することができる。また、このようにすれば、ビームエネルギーの大きさおよびビームの種類が適切であるので、放射線医療に好適に用いることができる。
【００１３】
また、本発明においては、前記ビームを５０〜５００ＭｅＶ／ｕのビームエネルギーをもつ、Ｈｅ、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｂ若しくはＣを核種とする重粒子ビーム、または陽子ビームとしている。したがって、ビームエネルギーの大きさおよびビームの種類が適切であるので、放射線医療に好適に用いることができる。
さらに、本発明においては、前記薄膜体の水等価厚と前記蛍光層の水等価厚の合計を３０〜２０００μｍとしている。したがって、薄膜体の水等価厚と蛍光層の水等価厚の合計が大きくないので、ビームの状態をほとんど破壊することなく当該ビームの位置、分布および／または強度を測定することができる。
【００１４】
（２）本発明においては、前記撮影カメラが、前記蛍光層が形成されている面を撮影するように設置されているのが好ましい。このようにすれば、蛍光層が発する蛍光を確実かつ正確に撮影することができる。
【００１６】
（３）本発明における前記薄膜体は、酢酸セルロースで形成されているのが好ましく、（４）前記薄膜体の厚さが１２μｍ以下であるのが好ましい。
このような薄膜体とすれば、薄膜体の材質や薄膜体の厚さが適切であるので、よりビームの状態を破壊することなく当該ビームの位置、分布および／または強度を測定することができる。
【００１７】
（５）本発明における蛍光層は、付活型蛍光体を含んで形成されているのが好ましく、（６）前記付活型蛍光体が、硫化物系蛍光体であるのが好ましく、（７）前記硫化物系蛍光体が、硫化亜鉛・銀であるのが好ましく、（８）前記蛍光層の厚さが５μｍ以上であるのが好ましい。
このような蛍光層とすれば、加速器において輸送されるビームが入射されることによって、蛍光層に含まれる蛍光体を確実に励起させ、蛍光を発するようにすることができる。
【００１８】
（９）そして、本発明における前記加速器は、円形加速器、線形加速器、静電加速器のうちの少なくとも一つであるのが好ましい。このように、これらの加速器において輸送されるビームについても、その位置、分布および／または強度を測定することができる。
【００１９】
（１０）本発明に係る実照射ビーム測定用ビームモニタは、（１）から（９）のいずれかに記載の実照射ビーム測定用ビームモニタセンサを備えた実照射ビーム測定用ビームモニタであって、前記実照射ビーム測定用ビームモニタセンサと、当該実照射ビーム測定用ビームモニタセンサと接続され、この実照射ビーム測定用ビームモニタセンサから入力された撮影データから、前記ビームの位置、分布および強度のうちの少なくとも一つを算出する算出手段と、備えていることを特徴としている。
このような構成とすれば、前記した実照射ビーム測定用ビームモニタセンサを備えているので、当該実照射ビーム測定用ビームモニタセンサから入力された撮影データに基づいて、ビームの位置、分布および／または強度を監視することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のビームモニタセンサによれば、ビームが薄膜体と蛍光層を通過するだけであるので、測定されるビームの状態をほとんど破壊することなく当該ビームの位置、分布および／または強度を測定することができる。
また、本発明のビームモニタセンサによれば、薄膜体の水等価厚および蛍光層の水等価厚の合計を特定の数値範囲に規制することによって、測定されるビームの状態をさらに破壊することなく当該ビームの位置、分布および／または強度を測定することが可能となる。
そのため、例えば、ビームの調整をする際に複数枚を同時に、ビームの軌道上に配置して位置、分布および／または強度を測定することができる。
また、例えば、ビームを照射する対象となる被照射体にビームを照射している間中、ビームの位置、分布および／または強度を測定することができる。
さらに、薄膜体、蛍光層および撮影カメラという簡易な構成であるので、従来のビームモニタセンサよりも安価なビームモニタセンサを提供することができる。
【００２１】
また、本発明のビームモニタによれば、前記したビームセンサを用いているので、測定されるビームの状態をほとんど破壊することなく当該ビームの位置、分布および／または強度を常時測定して監視することができる。
また、前記したビームモニタセンサを用いているので、従来のビームモニタよりも安価なビームモニタを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、適宜図面を参照して本発明に係るビームモニタセンサおよびこれを備えたビームモニタを実施するための最良の形態について詳細に説明する。
【００２３】
まず、図１を参照して本発明に係るビームモニタセンサについて説明する。なお、図１は、本発明に係るビームモニタセンサの構成の一例を説明する概念的構成図である。
本発明に係るビームモニタセンサ１は、加速器（図１には図示せず）から輸送されてくるビームを測定するために、ビームが輸送されるビームダクトＤ内に配置されている。そして、図１に示すように、ビームダクトＤ内のビームの軌道Ｏ上に配置される薄膜体２と、薄膜体２上に形成された蛍光層３と、薄膜体２から所定距離離間して設けられ、薄膜体２を撮影する、ビームの軌道Ｏ外に設けられた撮影カメラ４を備えた構成となっている。
【００２４】
本発明のビームモニタセンサ１で測定されるビームとしては、放射線治療に用いられる重粒子線を用いた放射線ビームを好適に挙げることができる。特に、Ｈｅ（ヘリウム）、Ｌｉ（リチウム）、Ｂｅ（ベリリウム）、Ｂ（ホウ素）若しくはＣ（炭素）を核種とする重粒子ビーム、または陽子ビームを好適に用いることができる。また、そのビームエネルギーは５０〜５００ＭｅＶ／ｕであるものを用いることができ、特に４００ＭｅＶ／ｕであるものを好適に用いることができる。このようなビームは、放射線医療、特に重粒子線医療に好適に用いることができる。以下の説明では、主として４００ＭｅＶ／ｕのビームエネルギーをもつ炭素を核種とする炭素ビームを用いる場合を例にして説明する。
【００２５】
本発明で用いる薄膜体２は、例えば、酢酸セルロースで形成されたものを用いることができる。このような薄膜体２を用いれば、非常に薄い厚さで薄膜体２を形成することができ、また、密度ρが小さいので水等価厚を小さくすることができる。そのため、薄膜体２に入射されたビームの状態をほとんど破壊することなく、当該ビームの位置、分布（以下、これらをプロファイルという。）および／または強度を測定することができる。
【００２６】
かかる薄膜体２の厚さは、１０〜５０μｍ程度（１．１〜５．５ｍｇ／ｃｍ２程度）とするのが好ましい。なお、厚さについて「ｍｇ／ｃｍ２」とは、１平方センチメートルの範囲に対して使用される薄膜体２の材料の使用量を規定している。
薄膜体２の厚さが１０μｍ未満（１．１ｍｇ／ｃｍ２未満）であると、厚さが薄すぎるため、薄膜体２の形成や取り扱いが困難となる。また、薄膜体２の厚さが５０μｍを超える（５．５ｍｇ／ｃｍ２を超える）と、かかる薄膜体２を備えたビームモニタセンサ１を１〜数台程度設置してもビームの状態を破壊するおそれはほとんどないものの、例えば、加速器において輸送されるビームを常時監視するために本発明に係るビームモニタセンサ１を数台から数十台設置した場合に、ビームのロスが大きくなったり、薄膜体２に入射されたビームの状態を破壊したりするおそれがある。なお、薄膜体２の厚さは、１１〜４０μｍ、つまり、１．２〜４．４ｍｇ／ｃｍ２とするのがより好ましい。具体的には１２μｍ（１．３２ｍｇ／ｃｍ２）などとすることができる。しかしながら、本発明における薄膜体２の厚さは前記した範囲に限定されるものではなく、蛍光層３の形成厚さや耐久性を考慮して、ビームのロスやビームの状態を破壊しない範囲で前記した厚さよりも厚くすることができることはいうまでもない。例えば、後記するように陽子ビームを用いた場合は蛍光層３の厚さを厚くする必要があるので、厚い蛍光層３を保持できる程度に薄膜体２の厚さを厚くすることができる。
【００２７】
次に、本発明で用いる蛍光層３は、輸送されてくるビームが入射されると励起し、蛍光を発することができる蛍光体を含んで形成されている。なお、かかる蛍光の波長は可視光帯であるのが好ましい。撮影カメラ４による撮影が容易であり、特殊な機器を使用しなくてよいのでコストを安くすることができるためである。
【００２８】
かかる蛍光体としては、主成分である母体と微量の付活剤を含んでなる蛍光体である付活型蛍光体を好適に用いることができる。このような付活型蛍光体としては、硫化物系蛍光体、酸化物系蛍光体およびハロゲン化物系蛍光体の中から選択される少なくとも１種を含んでいるのが好ましい。なお、これらの中でも硫化物系蛍光体をより好適に用いることができる。
【００２９】
硫化物系蛍光体としては、硫化亜鉛・銀（ＺｎＳ：Ａｇ）、硫化カルシウム・ビスマス（ＣａＳ：Ｂｉ）、硫化亜鉛カドミウム・銀（（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ）、硫化亜鉛カドミウム・銅・アルミニウム（（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ，Ａｌ）、硫化亜鉛・銅（ＺｎＳ：Ｃｕ）、硫化亜鉛・銅・アルミニウム（ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ）、硫化亜鉛・銅・金・アルミニウム（ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｕ，Ａｌ）、硫化亜鉛・マンガン（ＺｎＳ：Ｍｎ）などを挙げることができる。なお、これらの中でも硫化亜鉛・銀をより好適な蛍光体として挙げることができる。
【００３０】
また、酸化物系蛍光体としては、酸化亜鉛・マンガン（ＺｎＯ：Ｍｎ）、珪酸亜鉛・マンガン（Ｚｎ２ＳｉＯ４：Ｍｎ）、珪酸イットリウム・テルビウム（Ｙ２ＳｉＯ５：Ｔｂ）、珪酸マグネシウム・テルビウム（Ｍｇ２ＳｉＯ４：Ｔｂ）、硼酸マグネシウム・テルビウム（ＭｇＢ４Ｏ７：Ｔｂ）、硫酸バリウム・ユーロピウム（ＢａＳＯ４：Ｅｕ）、燐酸亜鉛・マンガン（Ｚｎ３（ＰＯ４）２：Ｍｎ）、燐酸ランタン・テルビウム・セリウム（ＬａＰＯ４：Ｔｂ，Ｃｅ）、ハロ燐酸カルシウム・アンチモン・マンガン（３Ｃａ３（ＰＯ４）２・Ｃａ（Ｆ，Ｃｌ）２：Ｓｂ，Ｍｎ）、バナジン酸イットリウム・ユーロピウム（ＹＶＯ４：Ｅｕ）、酸化イットリウム・ユーロピウム（Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ）、酸硫化イットリウム・ユーロピウム（Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ）、酸硫化イットリウム・テルビウム（Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ）、酸硫化ガドリニウム・テルビウム（Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ）、酸硫化ランタン・テルビウム（Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ）、酸臭化ランタン・テルビウム（ＬａＯＢｒ：Ｔｂ）、酸臭化ランタン・ツリウム（ＬａＯＢｒ：Ｔｍ）、アルミン酸イットリウム・セリウム（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ）、アルミン酸バリウムマグネシウム・ユーロピウム（ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ）などを挙げることができる。
【００３１】
ハロゲン化物系蛍光体としては、ヨウ化セシウム・ナトリウム（ＣｓＩ：Ｎａ）、弗化塩化バリウム・ユーロピウム（ＢａＦＣｌ：Ｅｕ）、弗化臭化バリウム・ユーロピウム（ＢａＦＢｒ（Ｉ）：Ｅｕ）などを挙げることができる。
【００３２】
なお、本発明で用いることのできる蛍光体は前記したものに限定されるものではなく、母体組成のみからなる蛍光体、つまり付活剤のない蛍光体である純粋型蛍光体も用いることができる。このような純粋型蛍光体としては、例えば、タングステン酸カルシウム（ＣａＷＯ４）、タングステン酸カドミウム（ＣｄＷＯ４）などが挙げられる。
【００３３】
なお、蛍光層３は、前記した種々の蛍光体の中から選択された１種類だけを用いて形成してもよく、２種以上を併用して形成してもよいことはいうまでもない。また、蛍光層３は、前記した蛍光体を保持する保持材に包含される形態で層状に形成されていてもよい。かかる保持材としては、蛍光層３と同素材である酢酸セルロースを挙げることができる。
【００３４】
蛍光層３の厚さは、例えば、付活型蛍光体として硫化亜鉛・銀を用いた場合であって４００ＭｅＶ／ｕの炭素ビームを用いる場合には、５μｍ以上、例えば、５〜１３μｍ程度（２〜５ｍｇ／ｃｍ２程度）とすることができる。蛍光層３の厚さが５μｍ未満（２ｍｇ／ｃｍ２未満）であると、ビームの強度が低い場合に十分な輝度で蛍光を発することが困難となるおそれや、擦れるなどした場合に容易に剥離等するおそれがある。一方、蛍光層３の厚さが１３μｍを超える（５ｍｇ／ｃｍ２を超える）と、本発明のビームモニタセンサ１を加速器に数台から数十台設置すると水等価厚が大きくなるのでビームプロファイルの破壊や、ビームのロスが大きくなるおそれがある。
【００３５】
また、薄膜体２の水等価厚と蛍光層３の水等価厚の合計は、３０〜２０００μｍ程度とすることができる。
ここで、水等価厚とは、水の密度Ｗρと、対象物の密度Ｍρと、対象物の厚さＭｔから、当該対象物の厚さを水の厚さに換算した厚さをいう。水等価厚は下記式（１）で近似的に求めることができる。
水等価厚≒Ｗρ×Ｍρ×Ｍｔ    ・・・式（１）
なお、本発明においては水の密度を１として算出するものとし、対象物が複数の物質からなるものであるときは、各物質の密度や厚さを勘案して算出するものとする。例えば、硫化亜鉛・銀を用いた蛍光層３である場合、かかる蛍光層３の厚さが５μｍであれば水等価厚はおよそ２０μｍとなる。なお、本発明の場合は、薄膜体２および蛍光層３が対象物となるので、これらの密度や厚さを勘案して算出することになる。
【００３６】
薄膜体２の水等価厚と蛍光層３の水等価厚の合計が２０００μｍを超えると、本発明のビームモニタセンサ１を加速器に数台から数十台設置すると水等価厚が大きくなるのでビームのロスやビームの状態を大きく破壊するおそれがある。
薄膜体２の水等価厚と蛍光層３の水等価厚の合計は小さいほど好ましく、例えば、３０μｍ程度とすることができる。
薄膜体２の水等価厚と蛍光層３の水等価厚の合計がこれ以下になるということは、すなわち、薄膜体２の厚さや蛍光層３の厚さが薄くなりすぎるということである。そのため、機械的強度や蛍光強度が十分でなくなるおそれがあり好ましくないが、ビームの状態を破壊しないという観点から、薄膜体２の水等価厚と蛍光層３の水等価厚の合計をなるべく小さくするのがよい。一方、ビームの状態を大きく破壊せず、加速器に数台から数十台設置してもビームのロスが大きくならない範囲で薄膜体２の水等価厚と蛍光層３の水等価厚の合計を厚くすることができることはいうまでもない。
【００３７】
特に、蛍光層３に含まれる付活型蛍光体として硫化亜鉛・銀を用いた場合であって４００ＭｅＶ／ｕの炭素ビームを用いる場合には、薄膜体２の水等価厚と蛍光層３の水等価厚の合計は、前記した数値範囲の中でも３０〜６５μｍ程度とするのがよい。薄膜体２の水等価厚と蛍光層３の水等価厚の合計がこの範囲にあれば、加速器に数台から数十台設置してもビームのロスがほとんど生じず、また、ビームの状態もほとんど破壊されることなく、確実にビームプロファイルまたは／および強度を測定することができる。
【００３８】
これに対し、蛍光層３の発光量は、炭素ビームや陽子ビームが蛍光層３でどの程度のエネルギーを損失するかに依存しているということができるため、例えば、同じビームエネルギーの陽子ビームを用いる場合には、陽子ビームを照射した際の蛍光層３からの発光量は、炭素ビームの発光量の１／３６程度となってしまう。そのため、前記した蛍光層３の厚さを炭素ビームを用いた場合の値よりも３６倍程度大きくする必要がある。
なお、蛍光層３におけるビームのエネルギー損失ΔＥは下記式（２）のように近似することができる（加藤貞幸著、新物理学シリーズ２６「放射線計測」、培風館、p.43参照）。
ΔＥ≒Ｚ２／（Ｅ／Ａ）    ・・・式（２）
ここで、前記式（２）において、Ｚはビーム（イオン）の電荷、Ｅはビームエネルギー、Ａは質量数を表す。つまり、Ｅ／Ａはビームの核子あたりのエネルギーを表し、例えば、１２Ｃによる炭素ビームの核子当たりのエネルギーはＥ／Ａ＝４００ＭｅＶ／ｕとなる。
【００３９】
核子あたりのエネルギーが等しければ、エネルギー損失はＺの二乗に比例するため、炭素（Ｚ＝６）と陽子（Ｚ＝１）を比較すると、同じビームエネルギーであればエネルギー損失は３６倍異なることになる。すなわち、蛍光層３での発光量Ｌは近似的に下記式（３）のようになる。
Ｌ≒ΔＥ    ・・・式（３）
【００４０】
したがって、前記したように陽子ビームによる発光量は炭素ビームによる発光量の１／３６となってしまうため、陽子ビームを用いた場合は、同じビームエネルギーの炭素ビームを用いる場合の蛍光層３の厚さの３６倍大きくしなければ同程度の発光量を得ることができないことになる。
【００４１】
そのため、例えば、ビームエネルギーが４００ＭｅＶ／ｕの陽子ビームを用いる場合であって硫化亜鉛・銀を含む蛍光層３を薄膜体２上に形成する場合、かかる蛍光層３の厚さは１８０〜４６８μｍ程度（７２〜１８７ｍｇ／ｃｍ２程度）とする必要がある。また、この場合における薄膜体２の水等価厚は７０２〜１８２５μｍとなり、先に述べた蛍光層３の水等価厚１１〜５５μｍと合計して７１３〜１８８０μｍ程度、つまり、およそ７００〜２０００μｍ程度となる。
なお、４００ＭｅＶ／ｕの陽子ビームが厚さ２０００μｍの水を通過する際のエネルギー損失は０．６ＭｅＶ（通過後のエネルギー３９９．４ＭｅＶ、エネルギー損失率０．１５％）と計算される。また、前記した４００ＭｅＶ／ｕの炭素ビームが厚さ３０μｍの水を通過する際のエネルギー損失は０．３ＭｅＶ（通過後のエネルギー３９９．９７ＭｅＶ／ｕ、エネルギー損失率約０．００７％）と計算される。
したがって、硫化亜鉛・銀以外の蛍光体を含む蛍光層３を形成する場合において、ビームの状態をほとんど破壊しないようにするためには、エネルギー損失率が０．１５％以下、好ましくは０．００７％以下となるように、蛍光層３および薄膜体２の厚さを設定するとよい。
【００４２】
次に、撮影カメラ４は、輸送されてくるビームが入射されて蛍光を発する薄膜体２から所定距離離間して設けられ、当該薄膜体２を撮影することができるビデオカメラであればどのようなものでも使用することができる。例えば、光に対して感度の良いＣＣＤカメラが好適であるが、ＣＭＯＳカメラなどを用いてもよい。また、撮影カメラ４は、低強度の蛍光から高強度までを撮影することができるよう、できるだけ広いダイナミックレンジを有したものを用いるのが好ましい。なお、一台の撮影カメラ４で広いダイナミックレンジをカバーすることができない場合は、低強度側の蛍光を測定するための撮影カメラと高強度側の蛍光を撮影するための撮影カメラを併設するというように、撮影カメラ４を複数台設ける態様としてもよいことはいうまでもない。
【００４３】
そして、用いる蛍光体の種類によって発せられる蛍光の波長が異なるため、紫外線領域やＸ線領域の波長の蛍光を発する蛍光体を用いた場合は、紫外線カメラやＸ線カメラを用いてもよく、赤外線領域の波長の蛍光を発する蛍光体を用いた場合は、赤外線カメラを用いるのがよい。
【００４４】
また、撮影カメラ４の性能から、蛍光体の発する輝度が飽和してしまう場合は、例えば、レンズに入る光の量を減少させるＮＤ（Neutral Density）フィルターを使用したり、ゲインを変えたり、レンズの絞りを小さくしたりすることで輝度の飽和を解消することが可能である。
そして、蛍光体の発する輝度が低い場合は、前記と同様にゲインを変えたり、明るいレンズを使用したりすることでより低い輝度の蛍光を撮影することが可能である。
【００４５】
撮影カメラ４と蛍光層３が形成された薄膜体２の設置形態は、撮影カメラ４が蛍光層３の発する蛍光を撮影することができればよく、ビームの軌道Ｏ外に設置されていればその設置位置は特に限定されない。例えば、図１に示すように、ビームの軌道Ｏに対して略４５°の角度で蛍光層３が形成された薄膜体２が設置された場合、このビームの軌道Ｏに対して直角方向に、所定距離離間して撮影カメラ４を設置する形態とすることができる。
【００４６】
また、図示はしないが、ビームの軌道Ｏに対して略９０°の角度で蛍光層３が形成された薄膜体２を設置し、撮影カメラ４をビームの軌道Ｏと略平行方向を向くように、所定距離離間して設置する形態とすることができる。
さらに、図示はしないが、薄膜体２が十分に透明であれば、ビームの軌道Ｏに対して略４５°や略９０°の角度で当該薄膜体２を設置し、ビームが入射される面の裏側に撮影カメラ４を所定距離離間して設置する形態とすることもできる。この場合、蛍光層３をビームが入射される面の裏側に形成してもよい。
またさらに、図示はしないが、ビームが入射される側に薄膜体２を配置し、ビームが出射する側に蛍光層３を形成し、この蛍光層３を直接撮影できるように撮影カメラ４を設置してもよい。
なお、薄膜体２と撮影カメラ４との所定距離は、蛍光を発する蛍光層３を撮影することのできる距離であれば特に限定されない。
【００４７】
かかるビームモニタセンサ１は、図２に示すように、算出手段２０と接続されることによって、ビームモニタ１０を構成することができる。なお、図２は、本発明に係るビームモニタの構成の一例を説明する概念的構成図である。
このような構成のビームモニタ１０とすることによって、算出手段２０が、ビームモニタセンサ１から入力された、例えば、蛍光の位置、蛍光の面積、および蛍光の輝度などの撮影データから、ビームのプロファイル（すなわち、ビームの位置や分布）および強度のうちの少なくとも一つを算出することができる。なお、前記した算出手段２０は、例えば、汎用のコンピュータなどを用いることで具現可能である。
【００４８】
以上に説明した本発明に係るビームモニタセンサ１およびビームモニタ１０は、図３に示すように、以下のようにして使用することができる。なお、図３は、本発明のビームモニタセンサを設置した加速器の構成例を示す構成図である。
図３に示すように、本発明に係るビームモニタセンサ１は、例えば、ビームを発生するビーム発生器３０と、ビーム発生器３０で発生させたビームを加速する１次線形加速器３１および２次線形加速器３２と、２次線形加速器３２で加速させたビームを入射して、さらにビームを加速させる高周波加速空洞を備えた円形加速器３４とを接続するビームダクトＤに１〜複数設置される。
【００４９】
本発明に係るビームモニタセンサ１は、ビームが一度しか通らない箇所に置くのが好ましい。具体的には、円形加速器３４から出射され、照射部３６に輸送されるまでのビームダクトＤに１〜複数配置することを例示することができる。また、ビーム発生器３０から出射され、円形加速器３４に輸送されるまでのビームダクトＤに１〜複数配置することも可能である。そして、ビームダクトＤに配置されたビームモニタセンサ１の全てが算出手段２０に接続されてビームモニタ１０を構成している。
【００５０】
このようにすると、前記したように、ビームモニタセンサ１は、ビームの状態をほとんど破壊しないので、照射部３６において被照射体（図示せず）がビームの照射を受けている間中、ビームの軌道Ｏ（図１参照）上に配置されたままでビームのプロファイルおよび強度のうちの少なくとも一つを測定することが可能となる。また、算出手段２０は、ビームモニタセンサ１から送信された撮影データから、１次線形加速器３１、２次線形加速器３２、および円形加速器３４において輸送されるビームのプロファイルおよび強度のうちの少なくとも一つを監視し、ビームの状態を記録することも可能となる。
【００５１】
ここで、ビームモニタセンサ１とビームモニタ１０によって測定されたビームのプロファイルや強度が理想のそれと相違する場合は、ビームのプロファイルや強度を理想の状態に修正すべく、例えば、理想の状態と相違するビームプロファイルや強度が測定されたビームモニタセンサ１よりも上流に設置された偏向電磁石や収束四極電磁石、発散四極電磁石といった電磁石３５を適宜制御する。なお、このような制御を行ってもビームのプロファイルや強度が理想の状態に回復する見込みがない場合は、ビームの照射を中止するのがよい。
【実施例】
【００５２】
次に、本発明の効果を確認した実施例について説明する。
まず、蛍光体を含んだ蛍光層が形成された薄膜体を用いて、以下の点について、ビームプロファイルが正しく測定することができるか試験した。具体的には、〔試験１〕蛍光層の厚さの異なるビームモニタセンサでのビームの測定と低輝度側および高輝度側における測定限界試験および従来のプロファイルモニタセンサと本発明のビームモニタセンサの比較試験、〔試験２〕低エネルギービームを用いた際の蛍光を確認するための試験を行った。
【００５３】
〔試験１〕
はじめに、蛍光層の厚さの異なるビームモニタセンサでのビームの測定と低輝度側および高輝度側における測定限界試験および従来のプロファイルモニタセンサと本発明のビームモニタセンサの比較試験を行った。
かかる比較試験は、加速器から輸送されてきたビームを被照射体に照射する照射室の手前に設置されている従来のプロファイルモニタセンサの直前の大気中に、表１に示す条件で蛍光層が形成された薄膜体を備えた本発明に係るビームモニタセンサを設置した。このようにすれば、従来のプロファイルモニタセンサと本発明のビームモニタセンサの比較を適切に行えるからである。
【００５４】
【表１】
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【００５５】
表１に示すように、使用した蛍光層（ＺｎＳ：Ａｇ）の厚さは５．１３〜１２．８２μｍ（２〜５ｍｇ／ｃｍ２）であり、薄膜体となるベース（酢酸セルロース）の厚さは１２μｍ（１．３２ｍｇ／ｃｍ２）であった。これらの水等価厚はいずれも５０μｍ前後であり、非常に薄いものである。
なお、使用したビームのイオン種は炭素である。ビームを照射する際は、本発明のビームモニタセンサとビデオカメラを暗幕で覆い、周辺の照明を落とした状態で行った。
【００５６】
はじめに、低強度側の測定限界を試験するため、蛍光層が１２．８２μｍ（５ｍｇ／ｃｍ２）の厚さで形成されている薄膜体を用いてビームの測定を行った。測定条件は、ビームのエネルギーを４００ＭｅＶ／ｕとし、ビデオカメラ（ソニー社製CCD-TRV116）の設定を高感度モードであるナイトショットプラスとした上で、ビーム強度を種々変更することにより行った。その結果を図４（ａ）〜（ｇ）に示す。
【００５７】
図４（ａ）〜（ｇ）は、蛍光層が１２．８２μｍの厚さで形成されている薄膜体に種々のビーム強度でビームを照射した場合における蛍光の状態を高感度モードで撮影したビデオカメラの画像である。ビーム強度は、図４（ａ）が９．０×１０６ppp（particle per pulse）、同図（ｂ）が３．３×１０７ppp、同図（ｃ）が７．０×１０７ppp、同図（ｄ）が１．４×１０８ppp、同図（ｅ）が３．４×１０８ppp、同図（ｆ）が８．１×１０８ppp、同図（ｇ）が４．２×１０９pppである。
図４（ａ）に示すように、蛍光層の厚さが１２．８２μｍである場合、９．０×１０６pppのビーム強度でかろうじて蛍光を確認することができた。なお、図示はしないが、４．８×１０６pppのビーム強度では蛍光を確認することができなかった。
【００５８】
また、図４（ａ）（ｂ）（ｄ）〜（ｇ）に示した画像データから、ビームの照射方向に対して垂直となる方向におけるビームの分布と輝度を求めた。その結果を図５に示す。
図５は、ビームの照射方向に対して垂直となる方向におけるビームの分布と輝度の関係を示すグラフである。なお、横軸は、ビームの位置および分布(arb.units）であり、縦軸は、輝度(arb.units)である。
図５に示すように、（ｆ）の８．１×１０８ppp以上のビーム強度であると輝度が飽和することが分かった。
【００５９】
次に、ビデオカメラの設定を通常の感度である通常モードにして前記と同様の測定条件でビームの測定を行った。その結果を図６（ａ）〜（ｅ）に示す。
図６（ａ）〜（ｅ）は、蛍光層が１２．８２μｍで形成されている薄膜体に種々のビーム強度でビームを照射した場合における蛍光の状態を通常モードで撮影したビデオカメラの画像である。なお、ビーム強度は、図６（ａ）が２．３×１０７ppp、（ｂ）が７．１×１０７ppp、（ｃ）が２．６×１０８ppp、（ｄ）が８．７×１０８ppp、（ｅ）が４．０×１０９pppである。なお、図示はしないが、９．１×１０６pppのビーム強度では蛍光を確認することができなかった。
【００６０】
図６（ａ）〜（ｅ）に示した画像データから、ビームの照射方向に対して垂直となる方向のビームの位置および分布を求めた。その結果を図７に示す。
図７は、ビームの照射方向に対して垂直となる方向におけるビームの位置および分布の関係を示すグラフである。なお、横軸は、ビームの位置および分布(arb.units)であり、縦軸は、輝度(arb.units)である。
図７に示すように、通常モードで撮影した場合は、高感度モードで撮影した場合よりも高い輝度で測定限界となることが分かった。また、バックグラウンドが暗くなるため、高感度モードにおける薄膜体の輝度が１５０付近であるのに対して、通常モードにおける薄膜体の輝度が１５付近と格段に低くなるため、通常モードでは画像処理をする際のＳ／Ｎ比が小さくなることが分かった。
【００６１】
また、図８に、高感度モードと通常モードにおけるビーム強度と輝度の関係を示す。なお、横軸は、ビーム強度（ppp）であり、縦軸は、輝度(arb.units)である。
図８に示すように、高感度モードおよび通常モードのいずれにおいても、１０８pppの前半（例えば、２．６×１０８ppp）まではほぼ線形関係があったが、それ以上では飽和することが分かった。
【００６２】
次に、従来のプロファイルモニタセンサと、厚さ１２．８２μｍで蛍光層を形成した薄膜体を用いた本発明のビームモニタセンサとの比較を行った。
前記したように、かかる比較は、照射室の手前に設置されている従来のプロファイルモニタセンサの直前に本発明のビームモニタセンサを設置し、これらに対してビームのエネルギーが４００ＭｅＶ／ｕであるビームを、２．３×１０７ppp、７．１×１０７ppp、２．６×１０８ppp、８．７×１０８pppおよび４．０×１０９pppの各種のビーム強度で照射したときのビームの位置および分布と輝度を測定して、得られた結果を比較することにより行った。なお、本発明のビームモニタセンサは、通常モードで得られた結果を使用した。従来のプロファイルモニタセンサと本発明のビームモニタセンサを比較した結果を図９（ａ）〜（ｅ）に示す。
【００６３】
図９（ａ）〜（ｅ）は、従来のプロファイルモニタセンサと、厚さ１２．８２μｍで蛍光層を形成した薄膜体を用いた本発明のビームモニタセンサで測定したビームの位置および分布と輝度の関係を比較したグラフである。なお、ビーム強度は、図９（ａ）が２．３×１０７ppp、同図（ｂ）が７．１×１０７ppp、同図（ｃ）が２．６×１０８ppp、同図（ｄ）が８．７×１０８ppp、同図（ｅ）が４．０×１０９pppである。なお、本発明のビームモニタセンサの輝度の値は、バックグラウンド、すなわち薄膜体の明度を差し引いて、双方の分布のピーク高がおよそ一致するように縦軸を適当に規格化した。
【００６４】
図９に示すように、１０８pppの前半、例えば同図（ｃ）の２．６×１０８pppまでは、本発明のビームモニタセンサの輝度と、従来のプロファイルモニタセンサの強度はよく一致しており、これらは高い線形関係を保っていた。また、ビームの位置および分布についても、本発明のビームモニタセンサと従来のプロファイルモニタセンサではよく一致していた。
しかしながら、図９（ｄ）（ｅ）に示すように、それ以上のビーム強度、例えば、１×１０９ppp付近になると、本発明のビームモニタセンサは輝度が飽和してしまい、ビームの位置および分布の中央付近が平らになってしまった。
【００６５】
次に、前記した表１に示した蛍光層が５．１３μｍ（２５ｍｇ／ｃｍ２）の厚さで形成されている薄膜体を用いてビームの測定を行った。測定条件は、ビームのエネルギーを４００ＭｅＶ／ｕとし、ビデオカメラの設定を通常モードとした上でビーム強度を種々変更して行った。その結果を図１０（ａ）〜（ｅ）に示す。
【００６６】
図１０（ａ）〜（ｅ）は、蛍光層が５．１３μｍで形成されている薄膜体に種々のビーム強度でビームを照射した場合における蛍光の状態を高感度モードで撮影したビデオカメラの画像である。なお、ビーム強度は、図１０（ａ）が７．３×１０７ppp、同図（ｂ）が３．３×１０８ppp、同図（ｃ）が９．７×１０８ppp、同図（ｄ）が２．４×１０９ppp、同図（ｅ）が６．２×１０９pppである。図１０（ａ）から、蛍光層の厚さが５．１３μｍである場合、１０７pppの中ほど（例えば、５×１０７ppp）のビーム強度が蛍光を確認することができる下限であると推測された。
【００６７】
また、図１０（ａ）〜（ｅ）に示した画像データから、ビームの照射方向に対して垂直となる方向におけるビームの分布と輝度を求めた。その結果を図１１に示す。
図１１は、ビームの照射方向に対して垂直となる方向におけるビームの分布と輝度の関係を示すグラフである。なお、横軸は、ビームの位置および分布(arb.units）であり、縦軸は、輝度(arb.units)である。
図１１に示すように、ビーム強度が１０９ppp台になると輝度が飽和してしまい、ビームの位置および分布の中央付近が平らになることが分かった。
【００６８】
次に、従来のプロファイルモニタセンサと、厚さ５．１３μｍで蛍光層を形成した薄膜体を用いた本発明のビームモニタセンサとの比較を行った。
前記したように、かかる比較は、照射室の手前に設置されている従来のプロファイルモニタセンサの直前に本発明のビームモニタセンサを設置し、これらに対してビームのエネルギーが４００ＭｅＶ／ｕであるビームを、７．３×１０７ppp、３．３×１０８ppp、９．７×１０８pppおよび２．４×１０９pppの各種のビーム強度で照射したときのビームの位置および分布と輝度を測定して、得られた結果を比較することにより行った。なお、本発明のビームモニタセンサは、通常モードで得られた結果を使用した。従来のプロファイルモニタセンサと本発明のビームモニタセンサを比較した結果を図１２（ａ）〜（ｄ）に示す。
【００６９】
図１２（ａ）〜（ｄ）は、従来のプロファイルモニタセンサと、厚さ５．１３μｍで蛍光層を形成した薄膜体を用いた本発明のビームモニタセンサで測定したビームの位置および分布と輝度の関係を比較したグラフである。なお、ビーム強度は、図１２（ａ）が７．３×１０７ppp、（ｂ）が３．３×１０８ppp、（ｃ）が９．７×１０８ppp、（ｄ）が２．４×１０９pppである。また、本発明のビームモニタセンサの輝度の値は、バックグラウンド、すなわち薄膜体の明度を差し引いて前記と同様、適当に規格化した。
【００７０】
図１２に示すように、高強度側（同図（ｄ）の２．４×１０９ppp）における従来のプロファイルモニタセンサの測定結果がややおかしいものの、同図（ａ）〜（ｃ）に示すように、本発明のビームモニタセンサのビームの位置および分布と従来のプロファイルモニタセンサのビームの位置および分布は比較的よく一致していた。また、本発明のビームモニタセンサのビームの輝度と従来のプロファイルモニタセンサのビームの強度も比較的よく一致していた。
【００７１】
そして、図９に示したのと同様、１×１０９ppp付近で本発明のビームモニタセンサは輝度が飽和してしまい、ビームの位置および分布の中央付近が平らになった。
かかる飽和が、蛍光層に含まれる蛍光体の発光量によるものか、ビデオカメラの性能によるものかを確認するため、ビデオカメラに光量が１／４となるＮＤフィルターを取り付け、前記と同様にして、７．８×１０８ppp、１．３×１０９ppp、３．８×１０９ppp、５．８×１０９pppの各種のビーム強度で照射したときのビームの位置および分布と輝度を測定した。その結果を図１３に示す。
【００７２】
図１３は、ＮＤフィルターを取り付けて種々のビーム強度でビームを照射した場合における蛍光の状態を通常モードで撮影したビデオカメラの画像である。なお、ビーム強度は、図１３（ａ）が７．８×１０８ppp、（ｂ）が１．３×１０９ppp、（ｃ）が３．８×１０９ppp、（ｄ）が５．８×１０９pppである。
【００７３】
そして、図１３（ａ）〜（ｄ）に示した画像データから、ビームの照射方向に対して垂直となる方向のビームの位置および分布を求めた。その結果を図１４に示す。
図１４は、ビームの照射方向に対して垂直となる方向におけるビームの位置および分布の関係を示すグラフである。なお、横軸は、ビームの位置および分布(arb.units)であり、縦軸は、輝度(arb.units)である。
図１４に示すように、最高強度である（ｄ）の５．８×１０９pppであっても大きな飽和は見られなかった。したがって、輝度が飽和してしまう場合は、光量を落とすフィルターなどを用いれば飽和を解消することができ、ビームの位置、分布および／または強度が測定可能であることを確認することができた。
【００７４】
次に、従来のプロファイルモニタセンサと、厚さ５．１３μｍで蛍光層を形成した薄膜体を用いた本発明のビームモニタセンサとの比較を行った。
前記したように、かかる比較は、照射室の手前に設置されている従来のプロファイルモニタセンサの直前に本発明のビームモニタセンサを設置し、これらに対してビームのエネルギーが４００ＭｅＶ／ｕであるビームを、７．２×１０８ppp、１．３×１０９ppp、３．７×１０９pppおよび５．８×１０９pppの各種のビーム強度で照射したときのビームの位置および分布と輝度を測定して、得られた結果を比較することにより行った。なお、本発明のビームモニタセンサは、通常モードで得られた結果を使用した。従来のプロファイルモニタセンサと本発明のビームモニタセンサを比較した結果を図１５（ａ）〜（ｄ）に示す。
【００７５】
図１５（ａ）〜（ｄ）は、従来のプロファイルモニタセンサと、厚さ５．１３μｍで蛍光層を形成した薄膜体を用いた本発明のビームモニタセンサで測定したビームの位置および分布と輝度の関係を比較したグラフである。なお、ビーム強度は、図１５（ａ）が７．２×１０８ppp、同図（ｂ）が１．３×１０９ppp、同図（ｃ）が３．７×１０９ppp、同図（ｄ）が５．８×１０９pppである。なお、本発明のビームモニタセンサの輝度の値は、バックグラウンド、すなわち薄膜体の明度を差し引いて前記と同様、適当に規格化した。
【００７６】
図１５に示すように、７．２×１０８pppから５．８×１０９pppのいずれのビーム強度においても、従来のプロファイルモニタセンサと本発明のビームモニタセンサで測定したビームの位置および分布がよく一致し、また、これらの強度と輝度もよく一致していた。
【００７７】
また、図１６にビーム強度とビーム中心位置における輝度の関係を示す。なお、横軸は、ビーム強度（ppp）であり、縦軸は、輝度(arb.units)である。
図１６には、蛍光層の厚さが１２．８２μｍでＮＤフィルターを取り付けないでビームの強度を測定した測定結果（図１６のプロット（ａ）、図７参照）、蛍光層の厚さが５．１３μｍでＮＤフィルターを取り付けないでビームの強度を測定した測定結果（図１６のプロット（ｂ）、図１１参照）、蛍光層の厚さが５．１３μｍでＮＤフィルターを取り付けてビームの強度を測定した測定結果（図１６のプロット（ｃ）、図１４参照）が示されている。
【００７８】
図１６のプロット（ａ）およびプロット（ｂ）に示すように、ＮＤフィルターを取り付けないでビームの強度を測定した場合は、１×１０９ppp前後で飽和しているが、ＮＤフィルターを取り付けてビームの強度を測定した場合は、最高強度である５．８×１０９pppでも線形関係を確認することができる。したがって、ＮＤフィルターを取り付けないでビームの強度を測定した場合に確認される飽和は、ビデオカメラの性能によるものであることを確認することができた。
また、この結果から、高強度側の測定は、ビデオカメラにＮＤフィルターなどの光量を調整するための手段を用いたり、ゲインを変えたりすることで飽和を解消することが可能であることが分かった。
さらに、図１６のプロット（ａ）およびプロット（ｂ）を比較すると、プロット（ａ）の輝度がプロット（ｂ）の輝度よりも１〜２割程度高いことが分かる。したがって、蛍光層の厚さを厚くすることによって、より低強度側の測定も行うことが可能であることが分かった。
これらの結果から、蛍光層の厚さやビデオカメラの設定により、所望の強度ダイナミックレンジを得ることが可能であることを確認することができた。
【００７９】
〔試験２〕
次に、低エネルギービームを用いた際の蛍光を確認するための試験を行った。
前記した〔試験１〕と同様に、照射室の手前に設置されている従来のプロファイルモニタセンサの直前の大気中に、表１に示す条件で蛍光層が形成された薄膜体を備えた本発明に係るビームモニタセンサを設置した。なお、〔試験２〕の測定条件は、ビームのエネルギーを１００ＭｅＶ／ｕとし、蛍光層の厚さを５．１３μｍ（２ｍｇ／ｃｍ２）とし、ビデオカメラの設定を通常モードとした上でビーム強度を種々変更することにより行った。その結果を図１７（ａ）〜（ｄ）に示す。
【００８０】
図１７（ａ）〜（ｄ）は、蛍光層が５．１３μｍの厚さで形成されている薄膜体に種々のビーム強度でビームを照射した場合における蛍光の状態を通常モードで撮影したビデオカメラの画像である。ビーム強度は、図１７（ａ）が８．５×１０７ppp、同図（ｂ）が２．６×１０８ppp、同図（ｃ）が７．８×１０８ppp、同図（ｄ）が１．２×１０９pppである。
図１７（ａ）に示すように、低エネルギービームの場合は、低強度側の測定限界は８．５×１０７ppp付近にあることが分かった。これは、ビームのエネルギーが４００ＭｅＶ／ｕである場合よりも輸送されるビームの径が大きかったためと推測される。
【００８１】
また、図１７（ａ）〜（ｄ）に示した画像データから、ビームの照射方向に対して垂直となる方向におけるビームの分布と輝度を求めた。その結果を図１８に示す。
図１８は、ビームの照射方向に対して垂直となる方向におけるビームの分布と輝度の関係を示すグラフである。なお、横軸は、ビームの位置および分布(ｍｍ）であり、縦軸は、輝度(arb.units)である。
図１８に示すように、（ｄ）の１．２×１０９pppのビーム強度でもビームの輝度は飽和しないことが分かった。
【００８２】
また、図１９にビーム強度とビーム中心位置における輝度の関係を示す。なお、横軸は、ビーム強度（ppp）であり、縦軸は、輝度(arb.units)である。
図１９からも、図１８（ｄ）と同様に１．２×１０９pppのビーム強度でも大きく飽和していないことを確認することができた。また、ビームの強度が１×１０９ppp以下であっても、４００ＭｅＶ／ｕほど高い線形関係を有しないことが示唆された。これは、ビームのエネルギーが低いことが影響している可能性がある。
【００８３】
次に、低エネルギービームを用いた場合における、従来のプロファイルモニタセンサと、厚さ５．１３μｍで蛍光層を形成した薄膜体を用いた本発明のビームモニタセンサとの比較を行った。
前記したように、かかる比較は、照射室の手前に設置されている従来のプロファイルモニタセンサの直前に本発明のビームモニタセンサを設置し、これらに対してビームのエネルギーが１００ＭｅＶ／ｕであるビームを、８．５×１０７ppp、２．６×１０８ppp、７．８×１０８pppおよび１．２×１０９pppの各種のビーム強度で照射したときのビームの位置および分布と輝度を測定して、得られた結果を比較することにより行った。なお、本発明のビームモニタセンサは、通常モードで得られた結果を使用した。従来のプロファイルモニタセンサと本発明のビームモニタセンサを比較した結果を図２０（ａ）〜（ｄ）に示す。
【００８４】
図２０（ａ）〜（ｄ）は、低エネルギービームを用いた場合における、従来のプロファイルモニタセンサと、厚さ５．１３μｍで蛍光層を形成した薄膜体を用いた本発明のビームモニタセンサで測定したビームの位置および分布と輝度の関係を比較したグラフである。なお、ビーム強度は、図２０（ａ）が８．５×１０７ppp、（ｂ）が２．６×１０８ppp、（ｃ）が７．８×１０８ppp、（ｄ）が１．２×１０９pppである。また、本発明のビームモニタセンサの輝度の値は、バックグラウンド、すなわち薄膜体の明度を差し引いて前記と同様、適当に規格化した。
【００８５】
図２０（ａ）〜（ｃ）に示すように、ビームの強度が１．２×１０９ppp未満であれば、本発明のビームモニタセンサのビームの位置および分布と従来のプロファイルモニタセンサのビームの位置および分布は比較的よく一致していた。また、本発明のビームモニタセンサのビームの輝度と従来のプロファイルモニタセンサのビームの強度も比較的よく一致していた。他方、同図（ｄ）に示すように、ビームの強度が１．２×１０９ppp以上になると本発明のビームモニタセンサのビームの輝度には飽和の影響が見受けられた。しかし、これは前記したようにＮＤフィルターなどを使用することによって解消可能であると推測される。
【００８６】
〔まとめ〕
以上に述べたように、〔試験１〕と〔試験２〕により、蛍光層を形成した薄膜体を用いた本発明のビームモニタセンサについて、蛍光層を異なる厚さとしたり、ビームの強度やエネルギーを変更したりして、ビームプロファイルが正しく測定することができるか試験した。
【００８７】
〔試験１〕および〔試験２〕に述べたように、ビデオカメラの設定を通常の状態（通常モード）や高感度の状態（高感度モード）としたり、ＮＤフィルターを使用したりすることにより、種々の条件のビームに対しても、そのビームの位置、分布および強度のうちの少なくとも一つを好適に測定できることが分かった。例えば、ビデオカメラの設定を高感度の状態にすれば、多少Ｓ／Ｎが低下するものの、ビームの強度が低い場合であっても、ビームの位置、分布および強度のうちの少なくとも一つを測定することができることが分かった。また、ビデオカメラの設定を通常の状態にすれば、高いＳ／Ｎで比較的高強度側のビームの測定をすることができた。さらに、蛍光の輝度が飽和する場合であっても、ＮＤフィルターなどを使用することによって飽和を解消することが可能であることも分かった。
また、蛍光層の厚さを厚くすることによって高い輝度を得ることができ、蛍光層の厚さと輝度の関係は必ずしも比例しないことも分かった。
【００８８】
さらに、水等価厚も非常に薄いことから、被照射体にビームを照射する際に本発明に係るビームモニタセンサを例えば３０個設置したとしても、輸送されるビームの状態をほとんど破壊しないため、実際に被被写体に照射しているビームのビームプロファイルや強度を測定することが可能であることが強く示唆された。
【００８９】
以上、本発明のビームモニタセンサおよびビームモニタについて、発明を実施するための最良の形態および実施例により詳細に説明したが、本発明の趣旨はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明に係るビームモニタセンサの構成の一例を説明する概念的構成図である。
【図２】本発明に係るビームモニタの構成の一例を説明する概念的構成図である。
【図３】本発明のビームモニタセンサを設置した加速器の構成例を示す構成図である。
【図４】（ａ）〜（ｇ）は、蛍光層が１２．８２μｍの厚さで形成されている薄膜体に種々のビーム強度でビームを照射した場合における蛍光の状態を高感度モードで撮影したビデオカメラの画像である。
【図５】ビームの照射方向に対して垂直となる方向におけるビームの分布と輝度の関係を示すグラフである。
【図６】蛍光層が１２．８２μｍで形成されている薄膜体に種々のビーム強度でビームを照射した場合における蛍光の状態を通常モードで撮影したビデオカメラの画像である。
【図７】ビームの照射方向に対して垂直となる方向におけるビームの位置および分布の関係を示すグラフである。
【図８】高感度モードと通常モードにおけるビーム強度と輝度の関係を示すグラフである。
【図９】（ａ）〜（ｅ）は、従来のプロファイルモニタセンサと、厚さ１２．８２μｍで蛍光層を形成した薄膜体を用いた本発明のビームモニタセンサで測定したビームの位置および分布と輝度の関係を比較したグラフである。
【図１０】（ａ）〜（ｅ）は、蛍光層が５．１３μｍで形成されている薄膜体に種々のビーム強度でビームを照射した場合における蛍光の状態を高感度モードで撮影したビデオカメラの画像である。
【図１１】ビームの照射方向に対して垂直となる方向におけるビームの分布と輝度の関係を示すグラフである。
【図１２】（ａ）〜（ｄ）は、従来のプロファイルモニタセンサと、厚さ５．１３μｍで蛍光層を形成した薄膜体を用いた本発明のビームモニタセンサで測定したビームの位置および分布と輝度の関係を比較したグラフである。
【図１３】ＮＤフィルターを取り付けて種々のビーム強度でビームを照射した場合における蛍光の状態を通常モードで撮影したビデオカメラの画像である。
【図１４】ビームの照射方向に対して垂直となる方向におけるビームの位置および分布の関係を示すグラフである。
【図１５】（ａ）〜（ｄ）は、従来のプロファイルモニタセンサと、厚さ５．１３μｍで蛍光層を形成した薄膜体を用いた本発明のビームモニタセンサで測定したビームの位置および分布と輝度の関係を比較したグラフである。
【図１６】ビーム強度とビーム中心位置における輝度の関係を示すグラフである。
【図１７】（ａ）〜（ｄ）は、蛍光層が５．１３μｍの厚さで形成されている薄膜体に種々のビーム強度でビームを照射した場合における蛍光の状態を通常モードで撮影したビデオカメラの画像である。
【図１８】ビームの照射方向に対して垂直となる方向におけるビームの分布と輝度の関係を示すグラフである。
【図１９】ビーム強度とビーム中心位置における輝度の関係を示すグラフである。
【図２０】（ａ）〜（ｄ）は、低エネルギービームを用いた場合における、従来のプロファイルモニタセンサと、厚さ５．１３μｍで蛍光層を形成した薄膜体を用いた本発明のビームモニタセンサで測定したビームの位置および分布と輝度の関係を比較したグラフである。
【図２１】従来のビームプロファイルモニタセンサおよび強度モニタセンサを備えたビームモニタの構成を示す構成図である。
【図２２】従来のビームプロファイルモニタセンサの構成を示す断面図である。
【図２３】従来のビームプロファイルモニタセンサで測定したビームプロファイルを表示した表示例を示す図である。
【符号の説明】
【００９１】
１      ビームモニタセンサ
２      薄膜体
３      蛍光層
４      撮影カメラ
Ｄ      ビームダクト
Ｏ      ビームの軌道
１０    ビームモニタ
２０    算出手段
３０    ビーム発生器
３１    １次線形加速器
３２    ２次線形加速器
３３    高周波加速空洞
３４    円形加速器
３５    電磁石
３６    照射部
【図１】
0005263931.tif 000003
【図２】
0005263931.tif 000004
【図３】
0005263931.tif 000005
【図５】
0005263931.tif 000006
【図７】
0005263931.tif 000007
【図８】
0005263931.tif 000008
【図９】
0005263931.tif 000009
【図１１】
0005263931.tif 000010
【図１２】
0005263931.tif 000011
【図１４】
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【図１５】
0005263931.tif 000013
【図１６】
0005263931.tif 000014
【図１８】
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【図１９】
0005263931.tif 000016
【図２０】
0005263931.tif 000017
【図２１】
0005263931.tif 000018
【図２２】
0005263931.tif 000019
【図２３】
0005263931.tif 000020
【図４】
0005263931.tif 000021
【図６】
0005263931.tif 000022
【図１０】
0005263931.tif 000023
【図１３】
0005263931.tif 000024
【図１７】
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