(57)【要約】【課題】真空状態を維持したまま、レーザ照射位置の軸合せを正確に行うことができるレーザイオン源を提供する。【解決手段】実施形態によれば、レーザイオン源１は、真空排気された真空容器１ａと、真空容器１ａの中に設置されたターゲット２と、ターゲット２のレーザ照射面にプラズマ生成用レーザ光５ａを照射してプラズマを生成するプラズマ生成用レーザ照射装置５と、生成したプラズマを輸送するノズル４と、ターゲット２のレーザ照射面におけるプラズマ生成用レーザ照射装置５のプラズマ生成用レーザ光５ａの目標照射点をノズル４の中心軸上とし、この目標照射点に可視光のガイドレーザ光を照射するガイドレーザ照射装置８と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空排気された真空容器と、
前記真空容器の中に設置されたターゲットと、
前記ターゲットのレーザ照射面にレーザ光を照射してプラズマを生成するプラズマ生成用レーザ照射装置と、
前記生成したプラズマを輸送するノズルと、
前記ターゲットのレーザ照射面における前記プラズマ生成用レーザ照射装置のレーザ光の目標照射点を前記ノズルの中心軸上とし、この目標照射点に可視光のガイドレーザ光を照射するガイドレーザ照射装置と、
を備えることを特徴とするレーザイオン源。
【請求項２】
前記ガイドレーザ照射装置は、前記ノズルからオフセットした位置で互いに異なる位置に複数設置され、これらのガイドレーザ照射装置は、前記ターゲットのレーザ照射面に線状のガイドレーザ光を照射し、これらのガイドレーザ光が前記レーザ照射面の目標照射点で交差するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザイオン源。
【請求項３】
前記真空容器に窓部を設置し、この窓部を通して前記ターゲット上に照射されたガイドレーザ光、前記プラズマ生成用レーザ照射装置のレーザ光による前記ターゲットの照射痕を目視可能としたことを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザイオン源。
【請求項４】
前記真空容器に前段可動式ミラー部をさらに備え、この前段可動式ミラー部のミラーを前記プラズマから引き出されたイオンの直進軌道上に進退移動可能に構成した特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のレーザイオン源。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載のレーザイオン源と、
前記レーザイオン源から引き出されたイオンを加速する線形加速器と、
を備えることを特徴とする入射器。
【請求項６】
前記線形加速器又は前記線形加速器の後段のいずれかに後段可動式ミラー部をさらに備え、この後段可動式ミラー部のミラーを前記プラズマから引き出されたイオンの直進軌道上に進退移動可能に構成したことを特徴とする請求項５に記載の入射器。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の入射器と、
前記線形加速器のイオンビームが輸送され、このイオンビームを周回させて所定のエネルギーまで加速するシンクロトロンと、
前記シンクロトロンにより加速されたイオンビームを取り出す取出し機器と、
前記取出し機器により取り出されたイオンビームを照射対象に照射する照射装置と、
を備えることを特徴とする粒子線治療装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、レーザ光を照射することによりイオンを発生させるレーザイオン源、このレーザイオン源から引き出されたイオンビームを加速器に入射させる入射器、及びこれを用いた粒子線治療装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、イオン源では、イオンを発生させる方法として、ガス中に放電を発生させてイオンを得る方法が知られている。放電を発生させる方法としては、マイクロ波や電子ビームを用いている。
【０００３】
一方、レーザ光を用いたレーザイオン源は、レーザ光を集光してターゲットに照射し、このターゲット元素を蒸発させ、イオン化してプラズマを生成させる。また、レーザイオン源は、そのプラズマ中に含まれるイオンをプラズマのまま輸送し、そのイオンを引き出す際に加速することで、イオンビームを作り出す装置である（例えば、特許文献１、２参照）。したがって、レーザイオン源は、ターゲットにレーザ光を照射することにより、イオンを発生させることが可能であり、パルス大電流、多価イオンを発生させるのに有利である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−３７７６４号公報
【特許文献２】特許第３７１３５２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述したレーザイオン源においては、ターゲット上のプラズマ生成用レーザ光の照射点を後段のプラズマ引き出しダクト及びノズルに対して位置調整してビーム軸合せ（アライメント）を行う必要がある。
【０００６】
上記プラズマは、プラズマ生成用レーザ光を照射したターゲットに対して引き出されるプラズマが前方集中性を有するため、効率よく引き出すためにはプラズマの集中度の高い部分を引き出す必要がある。
【０００７】
また、レーザイオン源の後段に線形加速器、例えば高周波四重極型線形加速器（Radio Frequency Quadrupole、以下、ＲＦＱと称す）を接続する場合には、レーザイオン源単体のみならず、後段の線形加速器とのビーム軸合せが不可欠となる。
【０００８】
ビームを効率よく引き出すためには、レーザ照射点と高精度のビーム軸合せが必要である。それにも関わらず、従来はレーザイオン源及び線形加速器を組み付けた後、特に真空状態を解除しないオンライン状態での軸合せ技術及び軸合せ確認技術が確立されていないという課題があった。
【０００９】
また、非真空状態で軸合せを行っても、真空状態とした後にＯリングやガスケット等が潰れて位置が変化すること、真空状態を解除後に再度ビームを輸送可能な状態の真空度に復帰させるのに時間がかかるため、真空状態を維持したまま、軸合せを行うことがビームを効率的に供給するために必要である。
【００１０】
さらに、ターゲット側に軸合せの基準点を設けたとしても、後段のプラズマ引き出しダクトとの軸出し精度の影響を受ける。そのため、ターゲットを交換する際には、上記軸合せの基準点を設けること自体が困難で、その基準点がターゲット又はターゲット周辺の構造物の設置精度の影響を受けるという課題がある。
【００１１】
本発明の実施形態が解決しようとする課題は、真空状態を維持したまま、レーザ照射位置の軸合せを正確に行うことができるレーザイオン源、入射器及び粒子線治療装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本実施形態に係るイオン源は、真空排気された真空容器と、前記真空容器の中に設置されたターゲットと、前記ターゲットのレーザ照射面にレーザ光を照射してプラズマを生成するプラズマ生成用レーザ照射装置と、前記生成したプラズマを輸送するノズルと、前記ターゲットのレーザ照射面における前記プラズマ生成用レーザ照射装置のレーザ光の目標照射点を前記ノズルの中心軸上とし、この目標照射点に可視光のガイドレーザ光を照射するガイドレーザ照射装置と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
本実施形態に係る入射器は、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のレーザイオン源と、前記レーザイオン源から引き出されたイオンを加速する線形加速器と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
本実施形態に係る粒子線治療装置は、請求項５又は６に記載の入射器と、前記線形加速器のイオンビームが輸送され、このイオンビームを周回させて所定のエネルギーまで加速するシンクロトロンと、前記シンクロトロンにより加速されたイオンビームを取り出す取出し機器と、前記取出し機器により取り出されたイオンビームを照射対象に照射する照射装置と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の実施形態によれば、真空状態を維持したまま、レーザ照射位置の軸合せを正確に行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係るレーザイオン源及び線形加速器を具備する重粒子線治療装置の一例を示す構成図である。
【図２】本発明に係るレーザイオン源の第１実施形態を示す概略平断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線による概略断面図である。
【図４】図２の概略縦断面図である。
【図５】本発明に係るレーザイオン源の第２実施形態を示す概略平断面図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線による概略断面図である。
【図７】図５の概略縦断面図である。
【図８】本発明に係るレーザイオン源の第３実施形態を示す概略平断面図である。
【図９】図８のＩＸ−ＩＸ線による概略断面図である。
【図１０】図８の概略縦断面図である。
【図１１】図１０の前段窓の取付状態を示す拡大断面図である。
【図１２】本発明に係るレーザイオン源の第４実施形態を示す概略平断面図である。
【図１３】図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線による概略断面図である。
【図１４】図１２の概略縦断面図である。
【図１５】本発明に係る入射器の一実施形態を示す概略平断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明に係るレーザイオン源及び入射器の実施形態と、これらを具備する重粒子線治療装置の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１８】
なお、以下の実施形態では、レーザイオン源及び入射器の実施形態を重粒子線治療装置に適用した例について説明する。
【００１９】
（重粒子線治療装置）
図１は本発明の実施形態に係るレーザイオン源及び線形加速器を具備する重粒子線治療装置の一例を示す構成図である。なお、図１では、ビーム輸送系を省略している。
【００２０】
図１に示すように、重粒子線治療装置３００は、レーザイオン源１、線形加速器１３、シンクロトロン４０、取出し機器３５、Ｘ軸用電磁石３０ａ、Ｙ軸用電磁石３０ｂ、真空ダクト３１、線量モニタ部５０、リッジフィルタ６０、レンジシフタ７０、コントローラ８０等を備えて構成されている。
【００２１】
レーザイオン源１及び線形加速器１３は、本実施形態の入射器を構成する。また、Ｘ軸用電磁石３０ａ、Ｙ軸用電磁石３０ｂ、真空ダクト３１、線量モニタ部５０、リッジフィルタ６０、レンジシフタ７０、及びコントローラ８０は、本実施形態の照射装置を構成する。
【００２２】
重粒子線治療装置３００は、レーザイオン源１で発生させるイオンを線形加速器１３、シンクロトロン４０で高速に加速してイオンビームを生成し、このイオンビームを患者２００の患部（腫瘍細胞）２０１に向けて照射してイオンを作用させて治療を行う装置である。重粒子線治療装置３００では、患部２０１を３次元の格子点に離散化し、各格子点に対して細い径のイオンビームを順次走査する３次元スキャニング照射法を実施することが可能である。
【００２３】
具体的には、患部２０１をイオンビームの軸方向（図１右上に示す座標系におけるＺ軸方向）にスライスと呼ばれる平板状の単位で分割し、分割したスライスＺi、スライスＺi+1、スライスＺi+2等の各スライスの２次元格子点（図１右上に示す座標系におけるＸ軸及びＹ軸方向の格子点）を順次走査することによって３次元スキャニングを行っている。
【００２４】
レーザイオン源１で発生させたイオンを、線形加速器１３、シンクロトロン４０によって患部２０１の奥深くまで到達できるエネルギーまで加速してイオンビームを生成している。すなわち、線形加速器１３は、レーザイオン源１で発生させたイオンを加速する。シンクロトロン４０は、線形加速器１３のイオンビームが輸送され、このイオンビームを周回させて所定のエネルギーまで加速する。
【００２５】
イオンビームの加速終了後は、取出し機器３５によりイオンビームを取り出し、図示しない出射軌道から治療室に輸送される。取出し機器３５により取り出されたイオンビームは、上記照射装置で照射対象である患部２０１に照射される。
【００２６】
具体的には、上記照射装置において、Ｘ方向に走査するＸ軸用電磁石３０ａとＹ方向に走査するＹ軸用電磁石３０ｂは、イオンビームをＸ軸方向及びＹ軸方向に偏向させ、スライス面上を２次元で走査する。レンジシフタ７０は、患部２０１のＺ軸方向の位置を制御する。
【００２７】
レンジシフタ７０は、例えば複数の厚さのアクリル板から構成されており、これらのアクリル板を組み合わせることによってレンジシフタ７０を通過するイオンビームのエネルギー、すなわち体内飛程を患部２０１スライスのＺ軸方向の位置に応じて段階的に変化させることができる。レンジシフタ７０による体内飛程の大きさは通常等間隔で変化するように制御され、この間隔がＺ軸方向の格子点の間隔に相当する。
【００２８】
なお、体内飛程の切り替え方法としては、レンジシフタ７０のようにイオンビームの径路上に減衰用の物体を挿入する方法のほか、上流機器の制御によってイオンビームのエネルギー自体を変更する方法でもよい。
【００２９】
リッジフィルタ６０は、ブラッグピークと呼ばれる体内深さ方向における線量のシャープなピークを拡散させるために設けられている。ここで、リッジフィルタ６０によるブラッグピークの拡散幅は、スライスの厚み、すなわちＺ軸方向の格子点の間隔と等しくなるように設定される。３次元スキャニング照射用のリッジフィルタ６０は、断面が略二等辺三角形のアルミニウム棒状部材を複数並べて構成している。イオンビームが二等辺三角形を通過する際に生じる径路長の差異によってブラッグピークのピークを拡散させることが可能であり、二等辺三角形の形状によって拡散幅を所望の値に設定することができる。
【００３０】
線量モニタ部５０は、照射する線量をモニタするためのものであり、その筐体内に、重粒子線の電離作用によって生じた電荷を平行電極で収集する電離箱や、筐体内に配置された二次電子放出膜から放出される二次電子を計測するＳＥＭ（Secondary Electron Monitor）装置等によって構成されている。
【００３１】
（レーザイオン源の第１実施形態）
図２は本発明に係るレーザイオン源の第１実施形態を示す概略平断面図である。図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線による概略断面図である。図４は図２の概略縦断面図である。
【００３２】
なお、図２では、プラズマ生成用レーザ照射装置５及びアライメントレーザ照射装置９を図示しているが、その他の図面では図示を省略している。また、以下の各実施形態では、真空容器１ａにおいてプラズマ引き出しダクト３が接続される面を真空容器１ａの前面とし、その対向する面を後面とし、その両側の面を側面として説明する。
【００３３】
図２及び図３に示すように、レーザイオン源１は、第１真空容器としての真空容器１ａを有している。この真空容器１ａは、耐食性や耐薬品性に優れ、放出ガスが少ない材料、例えばステンレス鋼製である。真空容器１ａの内部には、イオンとなる元素又はそれを含有するターゲット２が設置されている。
【００３４】
このターゲット２は、例えばカーボン系の板状部材か、あるいは円柱部材により形成されている。ターゲット２が板状部材の場合は、２軸駆動により平面移動するように構成されている。また、円柱部材の場合は、レーザ光を照射するごとに新しい面となるように回転可能に構成されている。なお、本実施形態では、ターゲット２に板状部材が用いられている。
【００３５】
真空容器１ａは、その前面中央にプラズマ引き出しダクト３が接続される。真空容器１ａは、前面の外側部近傍にプラズマ生成用レーザ光５ａ及びアライメントレーザ光９ａを入射するために円形の入射窓１ｂが設置されている。真空容器１ａの前面は、上記ステンレス鋼の他、アルミニウム等の金属でもよく、またアクリル等の透明な樹脂素材を用いる場合もある。
【００３６】
プラズマ生成用レーザ光５ａは、プラズマ生成用レーザ照射装置５から出射され、例えばＣＯ２レーザやＮｄ−ＹＡＧレーザを用いることができる。プラズマ生成用レーザ光５ａは、ターゲット２に照射されてレーザアブレーションプラズマ６を生成する。アライメントレーザ光９ａは、アライメントレーザ照射装置９から出射され、例えば可視光である赤色のＨｅ−Ｎｅレーザ光を用いることができる。アライメントレーザ光９ａは、プラズマ生成用レーザ光５ａの照射位置を示すためのものである。プラズマ生成用レーザ照射装置５及びアライメントレーザ照射装置９は、本実施形態では真空容器１ａの外部に設置されている。
【００３７】
真空容器１ａの前面には、プラズマ引き出しダクト３を介して真空状態を維持する第２真空容器としての線形加速器２０が接続されている。
【００３８】
また、真空容器１ａの前面には、真空容器１ａ、ターゲット２と同電位である加速電極を兼ねたノズル４が設けられている。真空容器１ａ、ターゲット２及びノズル４には、イオン７を加速するために必要な電位が付与され、線形加速器２０との電位差によりイオン７を加速する。
【００３９】
真空容器１ａの前面外部には、ガイドレーザ照射装置８が設置されている。このガイドレーザ照射装置８は、例えば出力１０ｍＷ以下の半導体レーザから可視光である緑色のガイドレーザ光１０を出射する。本実施形態では、ガイドレーザ照射装置８のガイドレーザ光１０の色を緑色とすることで、アライメントレーザ光９ａの赤色と識別可能としている。
【００４０】
ガイドレーザ光１０の照射形状には、レーザポインタに代表される点、円、楕円、矩形の他、レーザ墨出し器による線状等がある。本実施形態のガイドレーザ光１０は、図３及び図４に示すようにターゲット２の幅方向中央に長手方向に沿って線状に照射する形状である。
【００４１】
ガイドレーザ照射装置８は、図４に示すように固定部材としてのホルダ１７により真空容器１ａの前面上部に位置決め固定されている。ガイドレーザ照射装置８の真空容器１ａの取付部には、例えば硼珪酸ガラス（ＢＫ７）、石英等の光学ガラス材料からなる窓部１８が設けられている。この窓部１８は、ガイドレーザ光１０の照射方向に対して垂直に設置されている。すなわち、窓部１８は、ガイドレーザ光１０によって形成されるレーザ墨出し器の面に対して垂直に設置されている。ここで、窓部１８をガイドレーザ光１０の照射方向に対して垂直に設置していないと、ガイドレーザ光１０が窓部１８によって反射してしまう不具合があるからである。
【００４２】
ガイドレーザ照射装置８は、真空容器１ａの前面への取付時にノズル４の中心軸に対して鉛直上方に設置されている。また、プラズマ引き出しダクト３は、ノズル４と同心状に設置されている。ターゲット２のレーザ照射面の目標照射点は、プラズマ引き出しダクト３、ノズル４の中心軸上である。これにより、ガイドレーザ光１０は、ターゲット２のレーザ照射面の目標照射点に照射される。
【００４３】
なお、本実施形態では、ガイドレーザ照射装置８を真空容器１ａの外面に設置したが、これに限らず真空容器１ａの内部に設置するようにしてもよい。このようにガイドレーザ照射装置８を真空容器１ａ内部に設置する場合は、真空容器１ａの前面又は側面の内部にガイドレーザ照射装置８を固定し、例えば真空容器１ａに設置した図示しない電流導入端子を介してレーザ出力の有無の切り替えや、レーザ出力信号の強弱を調整する。
【００４４】
また、本実施形態では、ガイドレーザ照射装置８を真空容器１ａの前面側に設置した例について説明したが、これに限らず側面又は後面に配置するようにしてもよい。
【００４５】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００４６】
本実施形態では、ガイドレーザ照射装置８がプラズマ引き出しダクト３、ノズル４の中心軸上のターゲット２の目標照射点にガイドレーザ光１０を照射する。すると、ターゲット２のレーザ照射面にプラズマ引き出しダクト３、ノズル４の中心軸と一致するビーム軸中心がターゲット２周辺の設置精度の影響を受けずにターゲット２に正確に示される。
【００４７】
レーザイオン源１は、上記ビーム軸中心が示されたターゲット２に、アライメントレーザ照射装置９から出射されたアライメントレーザ光９ａを、入射窓１ｂを通して照射する。
【００４８】
同時に、プラズマ生成用レーザ照射装置５から入射窓１ｂを通して上記ビーム軸中心が目標照射点として示されたターゲット２のレーザ照射面に、プラズマ生成用レーザ光５ａを照射することで、レーザアブレーションプラズマ６を生成させ、このレーザアブレーションプラズマ６からイオン７が引き出される。
【００４９】
このように本実施形態によれば、ターゲット２のレーザ照射面におけるプラズマ生成用レーザ照射装置５のプラズマ生成用レーザ光５ａの目標照射点がノズル４の中心軸上とし、この目標照射点にガイドレーザ光１０を照射することにより、真空状態を維持したまま、レーザ照射位置の軸合せを正確に行うことが可能になる。
【００５０】
すなわち、本実施形態によれば、ターゲット２のレーザ照射面にビーム軸中心である目標照射点が真空状態を維持したまま示され、運転中にプラズマ生成用レーザ光５ａの照射位置のビーム軸からのずれを線形加速器２０側から確認することができるとともに、必要に応じてビーム軸のずれを調整することができる。その結果、ターゲット２にビーム軸中心が正確に示されることにより、軸出し誤差によるイオン７の損失を最小限に抑えることが可能になる。
【００５１】
（レーザイオン源の第２実施形態）
図５は本発明に係るレーザイオン源の第２実施形態を示す概略平断面図である。図６は図５のＶＩ−ＶＩ線による概略断面図である。図７は図５の概略縦断面図である。なお、本実施形態は、前記第１実施形態の変形例であって、前記第１実施形態と同一部分又は対応する部分には、同一符号を付して重複説明を省略する。
【００５２】
図５〜図７に示すように、本実施形態は、ガイドレーザ照射装置が２つ設置されている。すなわち、本実施形態は、ガイドレーザ照射装置８ａ，８ｂがプラズマ引き出しダクト３からオフセットした真空容器１ａの互いに異なる位置の前面の上部及び側部にそれぞれ設置されている。
【００５３】
具体的には、ガイドレーザ照射装置８ａは、前記第１実施形態と同様にホルダ１７ａにより真空容器１ａの前面上部に位置決め固定されている。ガイドレーザ照射装置８ａは、真空容器１ａの前面への取付時にノズル４の中心軸に対して鉛直上方に設置されている。ガイドレーザ照射装置８ａの真空容器１ａの取付部には、光学ガラス材料からなる窓部１８ａが設けられている。ガイドレーザ照射装置８ａからターゲット２に照射されるガイドレーザ光１０ａは、図６に示すようにターゲット２の幅方向中央に長手方向に沿って線状に照射されている。
【００５４】
また、ガイドレーザ照射装置８ｂは、ホルダ１７ｂにより真空容器１ａの前面側部に位置決め固定されている。ガイドレーザ照射装置８ｂは、真空容器１ａの前面への取付時にノズル４の中心軸に対して水平方向に設置されている。ガイドレーザ照射装置８ｂの真空容器１ａの取付部には、光学ガラス材料からなる窓部１８ｂが設けられている。ガイドレーザ照射装置８ｂからターゲット２に照射されるガイドレーザ光１０ｂは、ターゲット２の長手方向中央に幅方向に沿って線状に照射されている。
【００５５】
したがって、本実施形態では、ガイドレーザ照射装置８ａ，８ｂから照射されたガイドレーザ光１０ａ，１０ｂがノズル４の中心軸の目標照射点で交差することで、ターゲット２のレーザ照射面上の目標照射点が常にビーム軸中心位置を示すことになる。そのため、プラズマ生成用レーザ光５ａの照射位置、アライメントレーザ光９ａの位置を同時に例えば線形加速器２０側から視認することができる状態になる。
【００５６】
このように本実施形態によれば、ターゲット２の形状、ターゲット２の傾き、ターゲット２のビーム軸方向の距離、ターゲット２の移動又は静止等の状態に依存せず、ビーム軸中心からプラズマ生成用レーザ光５ａの照射位置のずれを確認することができ、必要に応じて調整可能である。また、ガイドレーザ照射装置８ａ，８ｂは、ノズル４からオフセットした位置に設置されているため、引き出されるイオン７の軌道を阻害することがない。
【００５７】
ここで、単一のレーザ光をイオン７の軌道を阻害しないようノズル４からオフセットした位置から照射した場合は、ターゲット２の形状や傾きに依存してビーム軸中心位置からのずれが生ずる。しかし、本実施形態では、互いに異なる位置からガイドレーザ光１０ａ，１０ｂを照射するので、上記ビーム軸中心位置からのずれが発生せず、複数のガイドレーザ光１０ａ，１０ｂの交点がターゲット２のレーザ照射面上のプラズマ引き出しダクト３、ノズル４に対応したビーム軸中心位置を常に示し続けることになる。
【００５８】
また、本実施形態によれば、複数のガイドレーザ光１０ａ，１０ｂの交点がターゲット２のレーザ照射面において常に目標照射点であるプラズマ引き出しダクト３、ノズル４のビーム軸中心軸上を示し続けるため、運転中にターゲット２の位置が大きく変動する場合、例えば運転中にターゲット２を交換するとき等でも、常に正確にビーム軸中心位置を視認及び調整することができる。
【００５９】
なお、本実施形態では、２つガイドレーザ照射装置８ａ，８ｂを設置した例について説明したが、それ以上の数のガイドレーザ照射装置を設置するようにしてもよい。
【００６０】
（レーザイオン源の第３実施形態）
図８は本発明に係るレーザイオン源の第３実施形態を示す概略平断面図である。図９は図８のＩＸ−ＩＸ線による概略断面図である。図１０は図８の概略縦断面図である。図１１は図１０の前段窓の取付状態を示す拡大断面図である。なお、本実施形態は、前記第１実施形態の変形例であって、前記第１実施形態と同一部分又は対応する部分には、同一符号を付して重複説明を省略する。
【００６１】
図８〜図１１に示すように、本実施形態は、前記第１実施形態の構成に加え、真空容器１ａの前面の側部中央に前段窓１１が設置されている。この前段窓１１は、例えば硼珪酸ガラス（ＢＫ７）、石英等の光が透過可能な素材で構成される。
【００６２】
図１１に示すように、金属製の真空容器１ａの前面の側部中央には、円孔１ｃが形成されている。この円孔１ｃは、Ｏリング２３を介して前段窓１１により閉止される。この前段窓１１は、真空容器１ａの前面に市販のビューイングポート用フランジ２１をボルト等の締付部材２２により締め付けることで強固に固定される。
【００６３】
したがって、本実施形態では、前段窓１１を通してガイドレーザ照射装置８によって示されるビーム軸位置、プラズマ生成用レーザ光５ａの照射位置、アライメントレーザ光９ａの位置を同時に視認することができる。
【００６４】
このように本実施形態によれば、真空容器１ａの一部に透明な素材を用いない場合でも、真空状態を維持したまま、前段窓１１を通してビーム軸中心を確認することができる。その結果、運転中にプラズマ生成用レーザ光５ａの照射位置のビーム軸からのずれを確認することができ、必要に応じてプラズマ生成用レーザ光５ａの照射位置を調整することができる。
【００６５】
なお、本実施形態は、真空容器１ａの前面に前段窓１１を設置した例について説明したが、これに限らず真空容器１ａの側面に設置するようにしてもよい。
【００６６】
（レーザイオン源の第４実施形態）
図１２は本発明に係るレーザイオン源の第４実施形態を示す概略平断面図である。図１３は図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線による概略断面図である。図１４は図１２の概略縦断面図である。なお、本実施形態は、前記第１実施形態の変形例であって、前記第１実施形態と同一部分又は対応する部分には、同一符号を付して重複説明を省略する。
【００６７】
図１２〜図１４に示すように、本実施形態では、真空容器１ａに前段可動式ミラー部１２が設置されている。この前段可動式ミラー部１２は、真空容器１ａ外から操作可能であって、真空容器１ａ内にイオン７の直進軌道上に進退移動可能に構成したミラー１２ａが取り付けられている。このミラー１２ａは、例えば直線導入機１９の先端に４５度の角度で取り付けられている。
【００６８】
前段可動式ミラー部１２は、ビームを引き出す際、直線導入機１９を駆動することによりビーム軸からミラー１２ａを退避するようにしている。ミラー１２ａは、可視光を反射する。
【００６９】
したがって、本実施形態では、前段可動式ミラー部１２がイオン７の直進軌道上に進入移動し、ミラー１２ａの反射光を目視することで、ガイドレーザ照射装置８によって示されるビーム軸位置、プラズマ生成用レーザ光５ａの照射位置、アライメントレーザ光９ａの位置を同時に視認することができる状態になる。
【００７０】
このように本実施形態によれば、真空容器１ａに前段可動式ミラー部１２を設置したことにより、真空状態を維持したまま、ターゲット２の正面側からプラズマ生成用レーザ光５ａの照射位置を調整することができる。そのため、本実施形態では、視認する角度の影響を受けないため、位置出し誤差によるイオン７の損失を最小限に抑えることが可能となる。
【００７１】
また、本実施形態によれば、真空容器１ａ内の構造物により前段窓１１から直接ターゲット２を視認することができない場合であっても、ターゲット２のレーザ照射面の表面状態を確認することが可能になる。このターゲット２の表面状態としては、例えばプラズマ生成用レーザ光５ａによるアブーレション痕の大きさ、深さ、隣接する照射位置との間隔等が挙げられる。
【００７２】
なお、本実施形態では、直線導入機１９に前段可動式ミラー部１２を取り付けた例について説明したが、これに限らず直線導入機１９によってイオン７の直進軌道上に進退移動可能とした可動式カメラを取り付けるようにしてもよい。この場合には、カメラの光軸をターゲット２のプラズマ生成用レーザ光５ａの照射面に対して垂直に設置することが望ましい。
【００７３】
（入射器の一実施形態）
図１５は本発明に係る入射器の一実施形態を示す概略平断面図である。なお、前記レーザイオン源の各実施形態と同一部分又は対応する部分には、同一符号を付して重複説明を省略する。
【００７４】
図１５に示すように、真空容器１ａの前面には、プラズマ引き出しダクト３を介して真空状態を維持する線形加速器（例えば、ＲＦＱ）１３が接続されている。この線形加速器１３の後段には、後段真空容器１４が接続されている。この後段真空容器１４には、後段可動式ミラー部１５が設置されている。後段可動式ミラー部１５は、真空外から操作可能であって、ビーム軸上に進退移動可能に構成したミラー１５ａが取り付けられている。また、後段真空容器１４の側面には、後段窓１６が設置されている。この後段窓１６は、可視光を透過する窓である。
【００７５】
後段可動式ミラー部１５は、前記レーザイオン源の第４実施形態と同様に直線導入機１９に接続されている。後段可動式ミラー部１５は、ビームを加速する際、直線導入機１９を駆動することによりビーム軸からミラー１５ａを退避するようにしている。このミラー１５ａは、可視光を反射する。
【００７６】
なお、後段可動式ミラー部１５及び後段窓１６は、線形加速器１３内に設置してしてもよく、また短管やチャンバで独立した構成とし、フランジの取り合いで線形加速器１３と接続してもよい。さらに、本実施形態では、真空容器１ａから線形加速器１３との間、又は線形加速器１３と後段真空容器１４との間に、偏向マグネット、収束マグネット、ゲートバルブ、ベローズ等の構成要素を接続してもよい。
【００７７】
したがって、本実施形態では、後段可動式ミラー部１５のミラー１５ａがビーム軸の直進軌道上に移動し、ミラー１２ａの反射光を後段窓１６を通してガイドレーザ照射装置８によって示されるビーム軸位置、プラズマ生成用レーザ光５ａの照射位置、アライメントレーザ光９ａの照射位置を同時に視認することができる。
【００７８】
このように本実施形態によれば、レーザイオン源１の後段に線形加速器１３が接続され、プラズマ生成用レーザ光５ａの照射位置を直接視認することができない構成であっても、真空状態を維持したまま、ターゲット２の正面からプラズマ生成用レーザ光５ａの照射位置を調整することができる。そのため、照射位置を視認する角度の影響を受けないため、軸出し誤差によるイオン７の損失を最小限に抑えられる。
【００７９】
また、本実施形態によれば、プラズマ生成用レーザ光５ａの照射位置が直接視認することができない構成であっても、真空状態を維持したまま、プラズマ生成用レーザ光５ａの目標照射点を基準として線形加速器１３や後段真空容器１４、又はその途中に接続されるマグネットやベローズ等の構成要素の位置調整が可能になる。その結果、ビーム軸出し精度の悪化によるイオン７の損失を最小限に抑えられる。途中に設置された構成要素をベローズ等で真空中でも移動可能な構成にしている場合は、運転中（真空中）でも位置調整が可能になる。
【００８０】
さらに、本実施形態によれば、後段真空容器１４の後段にさらに加速器が接続されてターゲット２の状態を視認することができない構成であっても、真空状態を維持したまま、ターゲット２の正面から直接表面状態を確認することができる。ターゲット２の表面状態としては、上記と同様にプラズマ生成用レーザ光５ａによるアブーレション痕の大きさ、深さ、隣接する照射位置との間隔等が挙げられる。
【００８１】
本実施形態によれば、ビーム軸中心がターゲット２のレーザ照射面に正確に示され、軸出し誤差によるイオン７の損失を最小限に抑えた状態で線形加速器１３に入射させることが可能である。
【００８２】
なお、本実施形態において、ミラー１５ａは可視光を反射するミラーとし、後段窓１６は可視光を透過する窓としたが、これに限らずミラー１５ａは、そのままのミラーとし、後段窓１６に代えてカメラを設置する構成や、ミラー１５ａに代えてカメラを設置し、後段窓１６をそのカメラの信号を取り出すフランジとする構成としてもよい。
【００８３】
（その他の実施形態）
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【００８４】
なお、上記各実施形態では、重粒子線治療装置に適用した例について説明したが、これに限定することなく、例えば陽子線を用いた粒子線治療装置にも適用可能である。
【符号の説明】
【００８５】
１…レーザイオン源、１ａ…真空容器、１ｂ…入射窓、１ｃ…円孔、２…ターゲット、３…プラズマ引き出しダクト、４…ノズル、５…プラズマ生成用レーザ照射装置、５ａ…プラズマ生成用レーザ光、６…レーザアブレーションプラズマ、７…イオン、８，８ａ，８ｂ…ガイドレーザ照射装置、９…アライメントレーザ照射装置、９ａ…アライメントレーザ光、１０，１０ａ，１０ｂ…ガイドレーザ光、１１…前段窓、１２…前段可動式ミラー部、１２ａ…ミラー、１３…線形加速器、１４…後段真空容器、１５…後段可動式ミラー部、１５ａ…ミラー、１６…後段窓、１７，１７ａ，１７ｂ…ホルダ、１８，１８ａ，１８ｂ…窓部、１９…直線導入機、２０…線形加速器、２１…ビューイングポート用フランジ、２２…締付部材、２３…Ｏリング、３０ａ…Ｘ軸用電磁石、３０ｂ…Ｙ軸用電磁石、３１…真空ダクト、３５…取出し機器、４０…シンクロトロン、５０…線量モニタ部、６０…リッジフィルタ、７０…レンジシフタ、８０…コントローラ、２００…患者、２０１…患部、３００…重粒子線治療装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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