[發明專利]圓形加速器、及圓形加速器的運行方法

有效

• 申請號: 201210023337.5
• 申請日: 2012-01-16
• 公開（公告）號: CN102762023A
• 公開（公告）日: 2012-10-31
• 發明（設計）人: 春名延是;吉田克久;池田昌廣;菅原賢悟;田中博文
• 申請（專利權）人: 三菱電機株式會社
• 主分類號: H05H13/04
• 分類號: H05H13/04
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 張鑫

技術領域

本發明涉及一種圓形加速器，該圓形加速器為了用于粒子射線治療裝置等，利用高頻電壓將帶電粒子進行加速，并取出被加速的帶電粒子。

背景技術

將同步加速器用于以下物理實驗或癌癥治療等醫療用途：即，用同步加速器等圓形加速器使帶電粒子回旋加速，從該回旋軌道取出加速至高能量的帶電粒子，用粒子束輸送系統輸送呈束狀的帶電粒子(也稱為帶電粒子束、粒子射線)，對所希望的對象物照射該呈束狀的帶電粒子。同步加速器包括：用于使帶電粒子束長時間回旋的真空導管；用于控制回旋軌道或帶電粒子束尺寸的產生致偏磁場或聚束磁場的電磁鐵組；以與回旋周期同步的高頻電壓(也稱為加速電壓)將粒子束進行加速的高頻加速空洞；對施加于高頻加速空洞的高頻電壓進行控制的高頻產生裝置；將帶電粒子導入真空導管的射入裝置；以及將帶電粒子取出至圓形加速器外的射出裝置。在上述構成要素中，高頻產生裝置包括：產生加速電壓的高頻源；對該高頻的頻率、電壓進行控制的高頻控制裝置；以及將所產生的高頻進行放大的放大器。

圓形加速器的運行包括射入、加速、及射出。高頻產生裝置對高頻加速空洞施加加速電壓，從而對在時間上均勻分布的射入粒子束在穩定加速區域上形成粒子束的塊(聚束)。在加速中，使施加于高頻加速空洞的加速電壓的頻率增加。在作為圓形加速器的一種的同步加速器(圓形加速器除了回旋半徑一定的同步加速器以外，還有回旋半徑隨著加速而變大的回旋加速器)中，為了保持粒子束的回旋半徑一定，高頻產生裝置根據由用于形成帶電粒子的回旋軌道的致偏電磁鐵所產生的致偏磁場強度，來對加速電壓頻率進行控制。最后，利用射出用磁體使加速至目標能量的粒子束的軌道彎曲，并將粒子束取出至圓形加速器外。

一般，圓形加速器中的帶電粒子以設計軌道為中心，一邊進行電子感應加速豈蕩(ベ一タトロン振動：Betatron?Oscillation)，一邊進行回旋。此時，存在被稱為分界面的穩定界限，穩定界限內、即穩定區域的帶電粒子進行穩定的回旋，但超出穩定區域的帶電粒子具有振動振幅增加而發生發散的特性。為了利用該特性來射出帶電粒子，在現有的圓形加速器中，使用四極電磁鐵，使表示加速器每一周的電子感應加速頻率的自由振蕩頻率接近整數±1/3，將六極電磁鐵進行勵磁(三次共振)等。

提出有以下方式：即，在射出時，例如使施加于圓形加速器的高頻加速空洞的高頻電壓的頻率發生變化，從而使作為回旋的帶電粒子團的帶電粒子束的中心動量發生位移，使電子感應加速豈蕩的穩定區域變窄，并進行射出(例如專利文獻1)。在該方法中，為了根據動量的位移量將粒子束射出，一邊使高頻加速空洞的高頻電壓的頻率逐漸發生變化，一邊將粒子束進行射出。

另外，還提出有以下方法：即，除了高頻加速空洞以外，還包括產生高頻電壓的電極，利用該電極間所產生的電場，保持分界面(電子感應加速豈蕩的穩定區域與共振區域之間的邊界)一定而增大電子感應加速豈蕩的振幅，不使中心動量發生位移，將粒子束從穩定區域逐出至共振區域，從而進行射出(RF逐出法，專利文獻2)。在該方法中，由于不使中心動量發生位移，因此，使具有中心動量的粒子的回旋頻率(中心頻率)保持一定較為理想，施加于電極的高頻信號包含與電子感應加速頻率同步的頻率分量。此時，考慮到嚴格來講粒子的自由振蕩頻率具有連續的部分，通過增大頻帶，能更有效地進行射出。

近年來，在利用圓形加速器的粒子射線治療中，需要一種能高精度地照射癌癥部位、且無需對每位患者使用治療輔助工具的掃描照射法。在掃描照射中，一般利用照射系統的兩個雙極電磁鐵將粒子束進行二維掃描，并調整能量，從而也沿深度方向進行掃描，以對目標部位進行照射。在原則上不停地持續照射相同能量的粒子束的掃描照射法(光柵掃描照射)的情況下，需要在時間上具有較高的穩定性的照射粒子束電流強度。由于穩定性越高，照射劑量的管理越容易，能增加照射粒子束電流量，因此，能縮短照射時間。

專利文獻1：日本專利特開2003-086399號公報

專利文獻2：日本專利特開平5-198397號公報

發明內容