特許 6585309 粒子加速器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6585309

(24)【登録日】2019年9月13日

(45)【発行日】2019年10月2日

(54)【発明の名称】粒子加速器

(51)【国際特許分類】

   H05H 13/00 20060101AFI20190919BHJP

   G21K 1/14 20060101ALI20190919BHJP

【ＦＩ】

   H05H13/00

   G21K1/14

【請求項の数】3

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2018-543849(P2018-543849)

(86)(22)【出願日】2017年9月25日

(86)【国際出願番号】JP2017034540

(87)【国際公開番号】WO2018066403

(87)【国際公開日】20180412

【審査請求日】2019年4月5日

(31)【優先権主張番号】特願2016-198179(P2016-198179)

(32)【優先日】2016年10月6日

(33)【優先権主張国】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100162640

【弁理士】

【氏名又は名称】柳 康樹

(72)【発明者】

【氏名】熊田 幸生

(72)【発明者】

【氏名】筒井 裕士

【審査官】 鳥居 祐樹

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００９−５２４２００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２５６０００（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｈ １３／００

Ｇ２１Ｋ １／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに対向して配置された一対の磁極と、
それぞれの前記磁極を囲い、一方の前記磁極から他方の前記磁極へ向かう第１磁束密度を発生させるコイルと、
荷電粒子の周回軌道上に設けられ、前記荷電粒子から電子を剥ぎ取るフォイルストリッパーと、
前記第１磁束密度と反対の方向へ向かう第２磁束密度を発生させる磁束密度調整部と、を備え、
前記磁束密度調整部は、平面視における前記フォイルストリッパーの位置での磁束密度の絶対値を前記第１磁束密度の絶対値よりも小さくし、
前記磁束密度調整部は、コイルによって前記第２磁束密度を発生させ、
前記平面視において、前記コイルの巻き中心に前記フォイルストリッパーが位置する、粒子加速器。

【請求項2】

互いに対向して配置された一対の磁極と、
それぞれの前記磁極を囲い、一方の前記磁極から他方の前記磁極へ向かう第１磁束密度を発生させるコイルと、
荷電粒子の周回軌道上に設けられ、前記荷電粒子から電子を剥ぎ取るフォイルストリッパーと、
前記第１磁束密度と反対の方向へ向かう第２磁束密度を発生させる磁束密度調整部と、を備え、
前記磁束密度調整部は、平面視における前記フォイルストリッパーの位置での磁束密度の絶対値を前記第１磁束密度の絶対値よりも小さくし、
前記磁束密度調整部は、前記荷電粒子の前記周回軌道の外側で前記電子を回収する回収部を有し、
前記磁束密度調整部は、前記第１磁束密度の絶対値よりも大きい前記第２磁束密度を発生させることで、平面視における前記フォイルストリッパーの位置での磁束密度を前記第１磁束密度と反対向きとする、粒子加速器。

【請求項3】

互いに対向して配置された一対の磁極と、
それぞれの前記磁極を囲い、一方の前記磁極から他方の前記磁極へ向かう第１磁束密度を発生させるコイルと、
荷電粒子の周回軌道上に設けられ、前記荷電粒子から電子を剥ぎ取るフォイルストリッパーと、
前記第１磁束密度と反対の方向へ向かう第２磁束密度を発生させる磁束密度調整部と、を備え、
前記磁束密度調整部は、平面視における前記フォイルストリッパーの位置での磁束密度の絶対値を前記第１磁束密度の絶対値よりも小さくし、
前記平面視において、前記磁束密度調整部は、前記磁極の中心位置と重なることなく、当該中心位置から径方向に離間した位置に配置される、粒子加速器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、粒子加速器に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、サイクロトロンなどの粒子加速器では、加速されたＨ⁻粒子の電子を剥ぎ取り、Ｈ^＋の陽子線として粒子加速器の外へ出力するために、フォイルストリッパーが用いられる。特許文献１には、カーボン薄膜から形成されたフォイルと、フォイルを保持するフォイルフォルダと、を備えたサイクロトロン用のストリッピングフォイルが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１０−２５６０００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記のような粒子加速器においては、フォイルストリッパーのフォイルは高エネルギーのＨ⁻の衝突を受けるので、この衝突に伴う発熱によりフォイルが昇華するおそれがある。このため、フォイルは比較的短寿命な消耗品であり、定期的にフォイルの交換を行う必要がある。また、Ｈ⁻ビームの電流値が高くなるほどフォイルの寿命が短くなるので、交換の頻度が高くなり、メンテナンスの手間や維持コストが大きくなる。したがって、フォイルの長寿命化が要請されている。

【0005】

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、フォイルの長寿命化を図ることが可能な粒子加速器を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明者らは鋭意研究の結果、次の知見を見出すに至った。すなわち、本発明者らは、一般的な粒子加速器において、フォイルストリッパーのフォイルの寿命が短くなる理由を見出した。フォイルによって剥ぎ取られた電子は、第１磁束密度の影響を受けて加速粒子（負イオン）の周回軌道の内側方向に曲げられて回転し、何度もフォイルを通過する。これにより、電子のエネルギーがフォイルに付与されるため、フォイルが高温になり、フォイルを形成する材質の昇華などが起きてフォイルの寿命が短くなる。

【0007】

上記の課題を解決するために、本発明の一形態に係る粒子加速器は、互いに対向して配置された一対の磁極と、それぞれの磁極を囲い、一方の磁極から他方の磁極へ向かう第１磁束密度を発生させるコイルと、荷電粒子の周回軌道上に設けられ、荷電粒子から電子を剥ぎ取るフォイルストリッパーと、第１磁束密度と反対の方向へ向かう第２磁束密度を発生させる磁束密度調整部と、を備え、磁束密度調整部は、平面視におけるフォイルストリッパーの位置での磁束密度の絶対値を第１磁束密度の絶対値よりも小さくする。

【0008】

本発明の一形態に係る粒子加速器は、第１磁束密度と反対の方向へ向かう第２磁束密度を発生させる磁束密度調整部を備えている。この磁束密度調整部は、平面視におけるフォイルストリッパーの周辺に第２磁束密度を発生させることにより、フォイルストリッパーの位置での磁束密度（第１磁束密度及び第２磁束密度の合計）の絶対値を第１磁束密度の絶対値よりも小さくする（磁場を弱くする）。これにより、フォイルストリッパーの位置にて第１磁束密度が発生している場合と比較して、電子が回転する回転半径が大きくなる。したがって、フォイルによって剥ぎ取られた電子が再びフォイルを通過することによってフォイルが高温になることを抑制できる。したがって、フォイルの長寿命化を図ることが可能である。

【0009】

一形態に係る粒子加速器においては、磁束密度調整部は、コイルによって第２磁束密度を発生させてもよい。この構成によれば、コイルに流す電流を調整することにより、第２磁束密度の大きさを調整することができる。したがって、第２磁束密度を最適な大きさに調整することが可能である。

【0010】

一形態に係る粒子加速器においては、磁束密度調整部は、磁石によって第２磁束密度を発生させてもよい。この構成によれば、電力の供給を必要とせずに第２磁束密度を発生させることが可能である。

【0011】

一形態に係る粒子加速器においては、磁束密度調整部は、荷電粒子の周回軌道の外側で電子を回収する回収部を有し、磁束密度調整部は、第１磁束密度の絶対値よりも大きい第２磁束密度を発生させることで、平面視におけるフォイルストリッパーの位置での磁束密度を第１磁束密度と反対向きとする。この構成によれば、フォイルストリッパーの位置での磁束密度（第１磁束密度及び第２磁束密度の合計）の方向は、第１磁束密度の方向と反対向きとなる。故に、フォイルストリッパーによって剥ぎ取られた電子は、荷電粒子（負イオン）の周回軌道の外側方向に曲げられる。これにより、フォイルによって剥ぎ取られた電子が再びフォイルを通過することを抑制できる。また、電子が周回軌道の外側方向に曲げられるので、回収部を周回軌道の外側に配置して電子を回収することが可能である。したがって、フォイルによって剥ぎ取られた電子が再びフォイルを通過することをより確実に抑制することが可能である。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、フォイルの長寿命化を図ることが可能な粒子加速器が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】（ａ）は一実施形態に係る粒子加速器を概略的に示す図であり、（ｂ）は、（ａ）のIb-Ib線に沿った断面図である。

【図2】図１に示す粒子加速器の作用を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のIIｂ−IIｂ線に沿った断面図である。

【図3】図１に示す粒子加速器の磁束密度調整部の構成を概略的に示す図である。

【図4】（ａ）は、図３のIVa-IVa線における断面を概略的に示す図であり、（ｂ）は、磁束密度調整部の支持構造を概略的に示す図である。

【図5】（ａ）は比較例に係る粒子加速器のフォイルストリッパー周辺を概略的に示す図であり（ｂ）は（ａ）のフォイル部分の拡大図である。

【図6】図１に示す粒子加速器のフォイルストリッパー周辺を概略的に示す図である。

【図7】磁束密度調整部の変形例を概略的に示す図である。

【図8】磁束密度調整部の変形例を概略的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を付すこととする。

【0015】

図１及び図２を参照して、本発明の一実施形態に係る粒子加速器について説明する。図１（ａ）は一実施形態に係る粒子加速器を概略的に示す図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のIb-Ib線に沿った断面図である。また、図２は、図１に示す粒子加速器の作用を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のIIｂ−IIｂ線に沿った断面図である。粒子加速器１００は、例えば、ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ：Ｂｏｒｏｎ Ｎｅｕｔｏｒｏｎ Ｃａｐｔｕｒｅ Ｔｈｅｒａｐｙ）を用いたがん治療を行う中性子捕捉療法システムなどにおいて、負イオンＰ（荷電粒子）を加速して荷電粒子線を生成するために用いられるサイクロトロンである。また、粒子加速器１００は、ＰＥＴ用サイクロトロン、ＲＩ製造用サイクロトロン、及び原子核実験用サイクロトロンとして用いることもできる。図１及び図２に示すように、粒子加速器１００は、一対の磁極１０Ａ，１０Ｂと、それぞれの磁極１０Ａ，１０Ｂを囲うコイル２０と、負イオンＰから電子を剥ぎ取るフォイルストリッパー３０と、磁束密度調整部４０と、を備えている。また、粒子加速器１００は、負イオンＰが周回する真空箱５０と、磁極１０Ａ，１０Ｂの間に配置された一対の加速電極６０と、フォイルストリッパー３０によって軌道変更された陽子を取り出す出射口５１と、を有している。負イオンＰは、例えば負イオン源装置（不図示）から真空箱５０内に供給される。

【0016】

磁極１０Ａ，１０Ｂは互いに対向して配置されており、その形状は円柱状である。磁極１０Ａ，１０Ｂの互いに対向する面は、複数の谷領域（ヴァレー）１１と複数の山領域（ヒル）１２を含む複数のセクタに分割されており、谷領域１１と山領域１２とが交互に現れるように形成されている。このような構成により、セクターフォーカシングを利用して真空箱５０内で加速する負イオンＰの収束を図っている。

【0017】

コイル２０は円環状であり、磁極１０Ａ，１０Ｂの周囲を囲うようにそれぞれ配置されている。コイル２０に対して電流を供給することにより、一方の磁極１０Ａから他方の磁極１０Ｂへ向かう第１磁束密度Ｂ１（図３参照）が発生する。すなわち、磁極１０Ａ（又は磁極１０Ｂ）及びコイル２０によって電磁石が形成されている。

【0018】

フォイルストリッパー３０は、磁極１０Ａ，１０Ｂの径方向に沿って延在するストリッパー駆動軸３１と、ストリッパー駆動軸３１の先端に設けられたフォイル３２と、ストリッパー駆動軸３１を磁極１０Ａ，１０Ｂの径方向に沿って進退自在に駆動するフォイル駆動部３３と、を備えている。フォイル駆動部３３は高精度のモータ等を備えており、フォイル駆動部３３の駆動制御によってストリッパー駆動軸３１は１０^−２ｍｍ〜１０^−１ｍｍの単位で進退し、その結果、フォイル３２が負イオンＰの周回軌道Ｋを交差するように進退自在となる。フォイルストリッパー３０は、例えば、磁極１０Ａ，１０Ｂの谷領域１１に配置される。

【0019】

磁束密度調整部４０は、磁極１０Ａ，１０Ｂ及びコイル２０が発生させる第１磁束密度Ｂ１と反対の方向（他方の磁極１０Ｂから一方の磁極１０Ａへの方向）へ向かう第２磁束密度Ｂ２（図３参照）を発生させる。磁束密度調整部４０は、フォイルストリッパー３０のフォイル３２周辺に第２磁束密度Ｂ２（図３参照）を発生するように、磁極１０Ａ，１０Ｂの谷領域１１に配置される。

【0020】

真空箱５０は、例えば、箱本体（不図示）と箱蓋（不図示）とを有している。真空箱５０の底壁部には、一方の磁極１０Ａの外形と略同径の開口部が設けられており、この開口から、一方の磁極１０Ａの谷領域１１及び山領域１２を備える面が、真空箱５０内に突出している。また、箱本体には真空排気用の排気口（不図示）が設けられており、この排気口には真空ポンプ（不図示）が接続されている。箱蓋は、真空ポンプによって真空箱５０内を真空化できるように、箱本体の上部開口を塞いでいる。箱蓋には、箱本体と同様に、他方の磁極１０Ｂの谷領域１１及び山領域１２を備える面を真空箱５０内に突出させるために、他方の磁極１０Ｂの外形と略同径の開口部が設けられている。

【0021】

一対の加速電極６０は、それぞれ平面視において三角形状をなし、それぞれの頂角を突き合わせるようにして対向配置されている。各加速電極６０は、例えば、銅などの電気導体から構成されており、上下に二枚の三角形を底辺で連結して構成されている。そして、加速電極６０の板面には、冷却用の冷媒を通すための管が設けられている。

【0022】

一対の加速電極６０は、磁極１０Ａ，１０Ｂの谷領域１１に位置する。そして、加速電極６０の先端部同士が、接続部材により、機械的且つ電気的に接続されている。なお、接続部材の形態は特に限定されず、様々な形状を採用可能である。例えば、一対の加速電極６０の先端部同士は電気的に接続されていなくてもよい。この場合、一対の加速電極６０に対して別々にＲＦ電極を供給してもよい。

【0023】

磁極１０Ａ（又は磁極１０Ｂ）の中心位置には、負イオン源装置で生成された負イオンＰを真空箱５０内に供給するイオン供給口１３が設けられている。負イオン源装置は、水素ガスなどの原材料中でアーク放電を行って負イオンＰを生成する装置である。負イオン源装置で生成された負イオンＰはイオン供給口１３を介して真空箱５０内に引き込まれるように供給され、高周波の電圧がかけられている加速電極６０によって周回しながら加速し、次第にエネルギーを増している。エネルギーが増せば負イオンＰの回転半径は大きくなり、螺旋運動をしているような周回軌道Ｋを描く。周回軌道Ｋは、一対の磁極１０Ａ，１０Ｂの間の中央の平面（メディアンプレーン）上に位置する。なお、負イオン源装置は粒子加速器１００の外部に配置されていてもよいし、粒子加速器１００の内部に設けられていてもよい。

【0024】

フォイル３２は、例えば炭素製の薄膜からなる。フォイル３２は、周回する負イオンＰの周回軌道Ｋ上に侵入して負イオンＰに接触すると、その負イオンＰから電子を剥ぎ取る。電子を剥奪されて負電荷から正電荷となった陽子（加速粒子）は、周回軌道Ｋの曲率が反転し、その軌道が周回軌道Ｋの外側に飛び出す方向に向けて変更される。反転後の陽子の軌道上には、陽子を真空箱５０内から取り出すための出射口５１が設けられている。より詳細には、フォイルストリッパー３０によって軌道が変更される陽子の軌道上には出射口５１が設けられている。したがって、フォイル３２は、負イオンＰから電子を奪うことで、結果的に陽子を出射口５１まで誘導することになる。

【0025】

続いて、図３及び図４を参照して、磁束密度調整部４０の構成について詳細に説明する。図３は、図１に示す粒子加速器の磁束密度調整部の構成を概略的に示す図である。また、図４（ａ）は、図３のIVa-IVa線における断面を概略的に示す図であり、図４（ｂ）は、磁束密度調整部の支持構造を概略的に示す図である。

【0026】

図３及び図４に示されるように、磁束密度調整部４０は、一対の空芯コイル４１Ａ，４１Ｂを有している。空芯コイル４１Ａ，４１Ｂは、磁極１０Ａと磁極１０Ｂとの間に配置されている。空芯コイル４１Ａ，４１Ｂのそれぞれは、楕円形の開口４２ａを有する巻枠４２と、巻枠４２に巻回されたコイル巻線４３を有している。空芯コイル４１Ａ，４１Ｂは、磁極１０Ａ，１０Ｂが対向する方向（垂直方向）と同じ方向において互いに対向し、空芯コイル４１Ａ，４１Ｂの間にフォイルストリッパー３０のフォイル３２が位置するように配置されている。また、図４（ａ）に示すように、フォイル３２は、巻枠４２の開口４２ａの中心に位置するように配置されている。このように磁束密度調整部４０を配置してコイル巻線４３に電流を流すことにより、空芯コイル４１Ａ，４１Ｂはフォイル３２の周辺に効果的に第２磁束密度Ｂ２を発生することができる。

【0027】

空芯コイル４１Ａ，４１Ｂは、例えば図４（ｂ）に示すように、磁極１０Ａの谷領域１１に配置された支持台４４と、支持台４４の上に固定された支持体４５とによって支持される。支持体４５は、垂直方向に延びる延在部４５ａと、延在部４５ａの両端部から垂直方向に交差する方向に延びる一対の固定部４５ｂとを含んでおり、空芯コイル４１Ａ，４１Ｂのそれぞれは、固定部４５ｂに固定されている。支持台４４及び支持体４５は、空芯コイル４１Ａ，４１Ｂ及びフォイルの位置関係を一定に保つために、例えば、フォイルストリッパー３０の動作に応じて移動可能に構成することができる。支持台４４及び支持体４５は、例えばアルミ又はセラミックなどの非磁性材料から形成される。

【0028】

なお、磁束密度調整部４０はフォイル３２の周辺に第２磁束密度Ｂ２を発生できればよく、空芯コイル４１Ａ，４１Ｂ及びフォイル３２の位置関係は上記に限定されない。また、磁束密度調整部４０の支持構造も図４（ｂ）に示す構成に限定されず、任意に変更することができる。

【0029】

次に、図５及び図６を参照して、比較例に係る粒子加速器における電子の軌道と本実施形態に係る粒子加速器における電子の軌道との違いについて説明する。図５（ａ）は比較例に係る粒子加速器のフォイルストリッパー周辺を概略的に示す図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のフォイル部分の拡大図である。また、図６は、図１に示す粒子加速器のフォイルストリッパー周辺を概略的に示す図である。

【0030】

図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、フォイル３２が周回軌道Ｋ上に侵入して負イオンＰと接触すると、負イオンＰから電子が剥ぎ取られ、負イオンＰが陽子となる。陽子は、周回軌道Ｋの外側方向へ曲がる軌道Ｌを描きながら出射口５１（図２参照）から出射される。このとき、フォイル３２の位置における磁束密度Ｂは第１磁束密度Ｂ１であり、負イオンＰから剥ぎ取られた電子は、第１磁束密度Ｂ１によって周回軌道Ｋの内側方向へ曲げられ、軌道Ｍを描く。電子の軌道Ｍは回転半径が小さいので、電子はフォイル３２を再度通過することとなる。これにより、電子のエネルギーがフォイル３２に付与されるので、フォイル３２が高温になり、フォイルの寿命が短くなる。一例として、７０ＭｅＶのＨ⁻（負イオンＰ）サイクロトロンにおいて第１磁束密度Ｂ１が１Ｔの場合、電子のエネルギーは約３８ｋｅＶである。フォイル３２として１２０μｇ／ｃｍ^２のグラファイトを用いた場合、電子がフォイル３２を通過する際に約１ｋｅＶのエネルギーが付与される。このような条件下において、電子の軌道Ｍの回転半径は約０．７ｍｍであるので、電子は回転して何度もフォイル３２を通過することとなり、最大で約３８ｋｅＶのエネルギーがフォイル３２に付与される可能性がある。

【0031】

これに対し、図６に示すように、粒子加速器１００においては、磁束密度調整部４０によってフォイル３２の周辺に第２磁束密度Ｂ２が発生しているので、フォイル３２の位置における磁束密度Ｂは第１磁束密度Ｂ１及び前記第２磁束密度Ｂ２の合計である。第１磁束密度Ｂ１と第２磁束密度Ｂ２とは互いに反対方向へ向かうので、互いに打ち消しあう。これにより、第１磁束密度Ｂ１が第２磁束密度Ｂ２に打ち消され、第２磁束密度Ｂ２が第１磁束密度Ｂ１に打ち消され、あるいは互いに相殺される。従って、第２磁束密度Ｂ２の絶対値が第１磁束密度Ｂ１の絶対値の２倍より小さければ、磁束密度Ｂの絶対値は、第１磁束密度Ｂ１の絶対値よりも小さくなる。図６では、第２磁束密度Ｂ２の絶対値が第１磁束密度Ｂ１の絶対値以下である場合を示している。このように、磁束密度Ｂの絶対値を第１磁束密度Ｂ１の絶対値以下とすることにより、電子の軌道Ｍの回転半径が大きくなるので、電子がフォイル３２を再度通過することを抑制することができる。一例として、上記の例と同じ条件とした場合、磁束密度調整部４０によってフォイル３２の位置における磁束密度Ｂ（第１磁束密度Ｂ１及び第２磁束密度Ｂ２の合計）を１０ｍＴ程度に小さくすると、電子の軌道Ｍの回転半径は約６７ｍｍとなる。

【0032】

なお、電子の軌道Ｍの回転半径は、負イオンＰとフォイル３２とが接触する位置からフォイル３２の端部までの距離よりも大きいことが好ましい。このように第２磁束密度Ｂ２を設定することにより、電子がフォイル３２を再度通過することをより確実に抑制することができる。また、磁束密度調整部４０によってフォイル３２の周辺には磁束密度Ｂの勾配が形成されるので、電子の回転半径は軌道Ｍ上のそれぞれの位置において異なる。これにより、仮に電子がフォイル３２を再度通過したとしても、電子の軌道Ｍが一定の形状を描くことが無いので、フォイル３２の同じ箇所を何度も通過することを抑制できる。したがって、フォイル３２の特定の箇所に集中して電子のエネルギーが付与されることを抑制されるので、フォイル３２の長寿命化を図ることができる。

【0033】

以上説明したように、粒子加速器１００は、第１磁束密度Ｂ１と反対の方向へ向かう第２磁束密度Ｂ２を発生させる磁束密度調整部４０を備えている。この磁束密度調整部４０は、平面視におけるフォイルストリッパー３０の周辺に第２磁束密度Ｂ２を発生させることにより、フォイルストリッパー３０の位置での磁束密度Ｂ（第１磁束密度Ｂ１及び第２磁束密度Ｂ２の合計）の絶対値を第１磁束密度Ｂ１の絶対値よりも小さくする。これにより、フォイルストリッパー３０の位置にて第１磁束密度Ｂ１が発生している場合と比較して、電子が回転する回転半径が大きくなる。したがって、フォイル３２によって剥ぎ取られた電子が再びフォイル３２を通過することによってフォイル３２が高温になることを抑制できる。したがって、フォイル３２の長寿命化を図ることが可能である。

【0034】

また、磁束密度調整部４０は、空芯コイル４１Ａ，４１Ｂによって第２磁束密度Ｂ２を発生している。これにより、空芯コイル４１Ａ，４１Ｂに流す電流を調整することにより、第２磁束密度Ｂ２の大きさを調整することができる。したがって、第２磁束密度Ｂ２を最適な大きさに調整することが可能である。

【0035】

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は上記の実施形態に限定されず、種々の変更を行うことができる。

【0036】

例えば、上記の実施形態では、磁束密度調整部４０が発生させる第２磁束密度Ｂ２の絶対値は第１磁束密度Ｂ１の絶対値以下であるが、第２磁束密度Ｂ２の絶対値を第１磁束密度Ｂ１の絶対値より大きくしてもよい。すなわち、フォイル３２の位置における磁束密度Ｂの方向が反転するように第２磁束密度Ｂ２を発生させてもよい。この場合、第１磁束密度Ｂ１が第２磁束密度Ｂ２によって打ち消され、磁束密度Ｂの絶対値は、第１磁束密度Ｂ１の絶対値よりも小さくなる。また、この場合、磁束密度調整部４０は、負イオンＰの周回軌道Ｋの外側で電子を回収する回収部４６を有していてもよい。図７は、磁束密度調整部の変形例を概略的に示す図である。図７に示すように、フォイル３２の位置における磁束密度Ｂの方向を反転させた場合、フォイル３２によって剥ぎ取られた電子は、周回軌道Ｋの外側方向へ曲がる軌道Ｍを描くようになる。周回軌道Ｋの外側方向へ曲げられた電子は、回収部４６によって回収される。回収部４６は、電子の衝突に伴って２次電子が発生した場合であってもこの２次電子が回収部４６の外へ逃げないように、凹形状に形成されている。凹形状は、湾曲した凹形状であってもよく、角形の凹形状であってもよい。なお、２次電子の全方向への逃げを抑制するために、回収部４６は全周にわたって凹んだ形状であることが好ましい。回収部４６は、例えば、銅等の熱伝導率の高い材料から形成される。回収部４６は、例えば、冷却用の冷媒を循環させるための配管４６ａを有しており、電子に付与されたエネルギーによる回収部４６の発熱を抑制することが可能である。

【0037】

このように、フォイルストリッパー３０の位置における磁束密度Ｂ（第１磁束密度Ｂ１及び第２磁束密度Ｂ２の合計）の方向を、第１磁束密度Ｂ１の方向と反対向きとすることにより、フォイルストリッパー３０によって剥ぎ取られた電子は、周回軌道Ｋの外側方向に曲げられる。これにより、フォイル３２によって剥ぎ取られた電子が再びフォイル３２を通過することを抑制できる。また、電子が周回軌道Ｋの外側方向に曲げられるので、回収部４６を周回軌道Ｋの外側に配置して電子を回収することが可能である。したがって、フォイル３２によって剥ぎ取られた電子が再びフォイル３２を通過することをより確実に抑制することが可能である。

【0038】

また、上記の実施形態では、磁束密度調整部４０は空芯コイル４１Ａ，４１Ｂによって第２磁束密度Ｂ２を発生させていたが、磁束密度調整部４０は磁石によって第２磁束密度Ｂ２を発生させてもよい。図８は、磁束密度調整部の変形例を概略的に示す図である。図８に示すように、変形例に係る磁束密度調整部７０は、Ｃ字型の鉄７１と、鉄７１に巻回されたコイル巻線７２と、フォイル３２によって剥ぎ取られた電子が当たる回収部７３とを有している。鉄７１及びコイル巻線７２は、いわゆる偏向電磁石を構成している。回収部７３は、例えば銅板などによって形成されており、電子の軌道Ｍ上に配置される。一例では、回収部７３は、フォイル３２に隣接する位置に配置される。回収部７３は、例えば、水冷によって冷却される。この場合、例えば、ストリッパー駆動軸３１内に冷却水の通路を設けることにより、回収部７３に冷却水を供給することができる。

【0039】

この構成においても、フォイルストリッパー３０の位置における磁束密度Ｂ（第１磁束密度Ｂ１及び第２磁束密度Ｂ２の合計）の方向を、第１磁束密度Ｂ１の方向と反対向きとすることにより、フォイルストリッパー３０によって剥ぎ取られた電子は、周回軌道Ｋの外側方向に曲げられる。これにより、フォイル３２によって剥ぎ取られた電子が再びフォイル３２を通過することを抑制できる。また、磁束密度調整部７０が鉄７１を有していることにより、コイル巻線７２に供給する電流を低電流としながらも大きい第２磁束密度Ｂ２を発生させることができる。また、空芯コイル４１Ａ，４１Ｂを用いる場合と比べて、広い範囲で第２磁束密度Ｂ２の大きさを調整することが可能である。

【0040】

また、磁束密度調整部４０は、磁石によって第２磁束密度Ｂ２を発生させてもよい。これにより、電力の供給を必要とせずに第２磁束密度Ｂ２を発生させることが可能である。

【符号の説明】

【0041】

１０Ａ，１０Ｂ…磁極、１１…谷領域、１２…山領域、１３…イオン供給口、２０…コイル、３０…フォイルストリッパー、３１…ストリッパー駆動軸、３２…フォイル、３３…フォイル駆動部、４０…磁束密度調整部、４０、７０…磁束密度調整部、４１Ａ，４１Ｂ…空芯コイル、４２…巻枠、４２ａ…開口、４３…コイル巻線、４４…支持台、４５…支持体、４６…回収部、５０…真空箱、５１…出射口、６０…加速電極、１００…粒子加速器、Ｂ…磁束密度、Ｂ１…第１磁束密度、Ｂ２…第２磁束密度、Ｋ…周回軌道、Ｌ…軌道、Ｍ…軌道、Ｐ…負イオン（荷電粒子）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】