[發明專利]離子輸送器、離子輸送方法、離子束輻照器和醫學粒子束輻照器

無效

• 申請號: 201010539601.1
• 申請日: 2010-10-28
• 公開（公告）號: CN102054647A
• 公開（公告）日: 2011-05-11
• 發明（設計）人: 榊泰直;西內滿美子;堀利彥;鈴木將之;井關康;吉行健
• 申請（專利權）人: 獨立行政法人日本原子力研究開發機構;株式會社東芝
• 主分類號: H01J33/00
• 分類號: H01J33/00;H01J33/02;A61N5/10
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 丁香蘭;龐東成

技術領域

本發明涉及能夠在粒子束經過時提高輸出用粒子束(離子束)的方向性的離子輸送器和離子輸送方法。另外，本發明還涉及使用所述離子輸送器和離子輸送方法的離子束輻照器和醫學粒子束輻照器的結構。

背景技術

已知多種技術使用通過加速離子(包括質子)獲得的離子束輻照樣品來進行制造、薄膜形成、分析和醫學實踐等。在所述技術中，必須穩定地生成高能量和高強度的離子束(粒子束)。通常，用于生成和輻照高能離子束的裝置特別是加速裝置需要大型設備，從而增大了整個裝置的尺寸。因此，即使明顯此類離子束(粒子束)輻照器對于醫學應用特別有效，但是所述離子束輻照器還不能廣泛應用。

在此類情況中，作為能夠減小尺寸的離子束輻照器的激光驅動離子束輻照器是已知的。如專利文獻1和2所述，在通過對可以用高強度超短脈沖激光束生成大量質子的由金屬、聚合物等形成的靶進行輻照的激光驅動離子束輻照器中，可將靶材料蒸發并形成等離子體。在等離子體中，質量較小的電子首先經加速至高能狀態，然后質量較大的質子由電子生成的電場加速。然后將質子以高能質子束的形式輻射到樣品上。質子和離子均可以相同的方式加速并以離子束的形式進行輻射。與常規大尺寸加速器相比，所述激光驅動離子束輻照器可制造得明顯小型化，并因而可以預期應用至諸如醫學領域等多個領域。

專利文獻1公開了一種對靶厚度和激光束輻照能量密度進行優化從而獲得高效/高能離子束的技術。專利文獻2公開了一種通過調節靶中電子密度分布而增加能量從激光到離子的傳遞效率從而獲得高能離子束的技術。

然而，在上述方法中，所生成的離子束的方向性差，因此離子以一定的擴散角進行輻照。因此，為了在離子束輻照到的部分獲得令人滿意的強度，需要增加離子束的方向性或將離子束聚焦。非專利文獻1公開了一種實現此目的的技術。圖3中示出了非專利文獻1的離子束輻照器的構造。在離子束輻照器90中，由激光源91發出的激光92通過兩個平面鏡93和94進入聚焦鏡95。使聚焦鏡95的焦點設置在靶96上，使得所述激光在靶96上具有極其高的能量密度。通過輻照由靶96生成的離子束(粒子束)97相對于輻照部分以給定的擴散角進行輻射。離子束輻照器90具有多個多極磁體(用來使離子聚焦的磁體)98，以用于對離子束97施加多極(例如，四極或六極)磁場。將多極磁體98設定為使用永磁體或電磁體形成使離子束97偏轉并聚焦于預置的輸出靶100的磁場。在將患者的染病區設置為輸出靶100時，高能/高強度離子束(粒子束)97可用于醫學治療。在這種構造中，平面鏡94、聚焦鏡95、靶96和多極磁體98設置于真空室99中。激光92通過光學窗進入真空室99，且離子束97通過射束管從真空室99發射出。

在離子束輻照器90中，電子與離子一起從靶96中發射。在這種構造中，離子與電子之間的質量差用來使得由多極磁體98形成的磁場對離子束中離子的軌跡進行優化。這使得只有離子束97發生聚焦而使電子束散開。如上所述，電子對離子加速起到重要作用。但是，從在輸出靶100處使用離子束97的角度來看，輸出端的電子束是不必要的而且優選被除去(使得電子束與離子束97相比可忽略不計)。在這種情況下，多極磁體98用于只對離子束97進行選擇聚焦，從而實現除去電子束。在這種構造中，可將其中設置有多極磁體98的部分視作離子輸送器。也就是說，在離子束經過所述離子輸送器時，離子束的方向性因所述離子輸送器而得到改善，從而在輸出靶100處獲得了高強度。

因此，通過使用離子束輻照器90(離子輸送器)，可以獲得高方向性/高強度的離子束。

[引用文獻清單]

[非專利文獻]