Proceedings of the 7th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (August 4-6, 2010, Himeji, Japan)

REPORT OF HEAVY-ION MEDICAL CENTER IN GUNMA UNIVERSITY
Kota Torikai#, Takayoshi Ishii, Tatsuaki Kanai, Junichi Koya, Hirofumi Shimada, Mutsumi Tashiro, Ken Yusa,
Satoru Yamada, Yukari Yoshida, Azusa Watanabe,and Takashi Nakano
Gunma University Heavy-ion Medical Center
3-39-22 Showa-Machi, Maebashi, Gunma, 371-0851

Abstract
Proof-of-Principe of the world-standard type heavy-ion medical facility in Gunma University (Gunma University Heavyion Medical Center: GHMC) was started in April 2006. GHMC was built in March 2009 and operation was started inAugust 2009. The GHMC started cancer therapy from March 16, 2010. This report shows the current operation report ofaccelerator component of the GHMC.

群馬大学・普及型重粒子線治療施設報告
1.

表1

はじめにECR Ion Source
Excitation Method

群馬大学では 2006 年度より普及実証型炭素線照射装置の建設が三菱電機により開始され、2010 年 3
月 16 日より前立腺患者に対する治療照射を開始した。5 月までに 12 名の患者に対する照射を行い、今年度は頭頚部・肺・肝臓など 6 疾患/70 名の治療を予定している。本レポートでは 2009 年 8 月より開始された運転に伴う事象とその対策について報告する。

2.

Magnetic Field TypeOperation ModeMicrowave Source
Microwave Frequency
Input Microwave Power
Valence of C-Ion
Extraction Energy

各装置の運転状況

2.1
イオン源
イオン源は放医研で開発された永久磁石型 ECR
イオン源を採用し、RF 周波数 10GHz、300W で200μA のイオン電流を得ている。運転開始から 740
時間が経過した 2009 年 11 月ごろより高圧電極部にて持続放電が発生した。原因はプラズマチェンバー内部のガスフローと真空度に起因すると考えられ、2010 年 2 月の電極形状の変更によって改善した。

図2

ECR イオン源Electro–Cyclotron
Resonance
Permanent
Magnet(Mirror& Sextupole)
Pulse Mode
Travelling-wave
TubeAmplifier
9.75 GHz – 10.25GHz
650 W(Max.)
4+10 keV

2.2
RFQ / IH-APF Linac
線形加速器はオイルフリー型ターボポンプが採用され、タンク内放電の現象に寄与している。2010
年 7 月に RFQ-High Power Amp のフィラメント給電ブスバーが焼損する事象が発生した。原因はブスバーでの締め付け法に起因する接触抵抗の増大であり、再設計を実施している。

イオン源

図2___________________________________________#torikai@gunma-u.ac.jp-46-

RFQ および IH-APF Linac

Proceedings of the 7th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (August 4-6, 2010, Himeji, Japan)

表 2 RFQ Linac
RFQ Linac
Total Length2480 mm
Diameter of Vacuum Tank
339 mmCell Amount
268
Max. Surface Electric Field
23.5MV/m (K=1.6)
Electric Power Feeder
120D Coaxial tubeTank Material
Tapered Iron + Cu Coating
Vacuum System
Turbo Molecular Pumpx2

RF 周波数を 24bit に増加して対応した。
表 4 シンクロトロン
Synchrotron
Circumference
63.3 mBending Magnetic Field
0.134-1.477 T
Injection Energy
4 MeV/uExtraction Energy140-400 MeV/u
Chromaticity-0.58/-1.54
Momentum Compaction
0.3241-0.3429
Max. Injection Intensity
1.3E9 pps
Repetition Rate
2.8 sec(typical)
Harmonic Number
2
Max. Acc. Voltage
2.0 kV
Extraction
3rd Resonance

表 3 IH-APF Linac
APF-IH Drift Tube Linac
Total Length3437 mm
Diameter of Vacuum Tank
364 mmCell Amount72
Max. Surface Electric Field 23.5MV/m (K=1.6)
Electric Power Feeder
152D Coaxial tube
Tank Material
Tapered Iron + Cu CoatingVacuum System
Turbo Molecular Pump x4

表 5 取 り 出 しビーム電流スピルをファラデーカップで測定した際の周波数成分。Vrf はフラットトップ時の RF 電圧、Dilusion は Dilusion Factor を表す。
Freq/300/1.4
150/1.4
150/1.0300/1.0
Vrf/Dilusion
50Hz-16.8dB -16.8
-15.6
-15.9
90.5
-15.3
-16.4
-12.8
180-9.58
-14.7
-11.7
-8.43
222.7
-9.25
-7.38
-15.7
293-0.72
-6.39
-5.72
-0.99
315.6
-9.15325-6.65
360-15.7368.7-12.2444.5-12.9456.3
-17.0
-2.3
シンクロトロン/ 偏向磁場
シンクロトロンではパターン周期 2.8sec で最大400MeV/u の運転を行っている。ビーム取り出しは3 次共鳴を用い、フラットトップでビームを加速し⊿p/p を増大させて行う。当初の予定ではフラットトップ部での偏向磁場の磁気余効影響を偏向磁場自身で補正する予定であったが、IGBT による電流制御分解能のためビームが不連続に取り出される現象が発生した。このため磁気余効による軌道補正を含めたステアリング電磁石を用いて軌道を維持する運転を採用している。

治療ではビーム軸の変動が治療照射野における線量均一性に影響するため、ビーム軸の測定を治療日ごとに行っている。ビーム軸は運転時の電力投入履歴に相当する磁石温度によって影響を受ける。GHMC では夜間加速器を停止しているため、立ち上げ時および終業時でビーム軸および加速器パラメータが異なる。図 4 に示すように照射ライン上のストリップラインモニタ等で測定を行った
ところ、治療日間の軸変動は 2mm 程度生じていることが分かった。

図 3 シンクロトロン

2.3シンクロトロン/ RF
シンクロトロンの RF は当初 20bit（周波数分解能：約 9Hz)で製作されていたが、取り出し時におけるビームリップルを調査したところ、RF の周波数変化速度に起因する周波数が観測されたため、-47-

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図 4 ビーム軸の治療日間変動（治療室 B、水平、380MeV/u）

3.

まとめ

群馬大学では 2010 年 3 月より治療を開始し、現在までに 20 人以上の患者治療が行われている。粒
子線治療における加速器はその安定性に性能としての大きな重要性がある。今後は建屋変動や季節変動の影響をさらに調査し、より安定な加速器運転を行う手段についての調査を進めていく。

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