特許 6720103 高周波電源装置および粒子線治療装置ならびに真空管寿命予測方法

(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】6720103

(24)【登録日】2020年6月19日

(45)【発行日】2020年7月8日

(54)【発明の名称】高周波電源装置および粒子線治療装置ならびに真空管寿命予測方法

(51)【国際特許分類】

   A61N 5/10 20060101AFI20200629BHJP

【ＦＩ】

   A61N5/10 H

【請求項の数】7

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2017-39641(P2017-39641)

(22)【出願日】2017年3月2日

(65)【公開番号】特開2018-143368(P2018-143368A)

(43)【公開日】2018年9月20日

【審査請求日】2019年7月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】000233044

【氏名又は名称】株式会社日立パワーソリューションズ

(74)【代理人】

【識別番号】110001829

【氏名又は名称】特許業務法人開知国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】関 孝義

(72)【発明者】

【氏名】山田 貴啓

【審査官】 宮崎 敏長

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−１６５９８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−３０８８７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−１８３７８５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｎ ５／１０

Ｂ２３Ｋ １３／０８

Ｇ０１Ｒ ３１／２４

Ｈ０５Ｈ ７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高周波電源装置であって、
並列に複数個接続された真空管と、
前記並列接続された全真空管のカソード電圧の平均値、および各真空管のカソード電圧の前記平均値に対する電圧変化率を各真空管毎に演算する電圧演算部と、
前記並列接続された全真空管のカソード電流，グリッド電流またはプレート電流のうち少なくともいずれか一つ以上の平均値、および各真空管のカソード電流，グリッド電流またはプレート電流のうち少なくともいずれか一つ以上の平均値に対する電流変化率を各真空管毎に演算する電流演算部と、
前記電圧演算部で演算された前記電圧変化率を予め設定された電圧寿命設定値と比較するとともに、前記電流演算部で演算された前記電流変化率を予め設定された電流寿命設定値と比較し、前記電圧変化率が前記電圧寿命設定値以下、且つ前記電流変化率が前記電流寿命設定値以下と判定されたときは該当する前記真空管が寿命を迎えたと判定する比較部と、を備えた
ことを特徴とする高周波電源装置。

【請求項2】

請求項１に記載の高周波電源装置において、
前記比較部で前記真空管が寿命を迎えたと判定されたときに、寿命を迎えたことを通知する警報部を更に備えた
ことを特徴とする高周波電源装置。

【請求項3】

請求項１に記載の高周波電源装置において、
前記比較部は、
前記電圧演算部で演算された各真空管の前記電圧変化率の時間経過を追い、各真空管の前記電圧変化率同士を比較して変化率が負の値をとっているか否かを判定するとともに、
前記電流演算部で演算された各真空管の前記電流変化率の時間経過を追い、各真空管の前記電流変化率同士を比較して変化率が負の値をとっているか否かを判定する
ことを特徴とする高周波電源装置。

【請求項4】

請求項１に記載の高周波電源装置において、
前記カソード電圧の平均値をＶｋ_ａｖｅ、前記カソード電流の平均値をＩｋ_ａｖｅ、前記グリッド電流の平均値をＩｇ_ａｖｅ、前記プレート電流の平均値をＩｐ_ａｖｅとし、
寿命予測対象の前記真空管のカソード電圧の計測値をＶｋ、カソード電流の計測値をＩｋ、グリッド電流の計測値をＩｇ、プレート電流の計測値をＩｐとしたときに、
前記電圧変化率Ｖｋ’をＶｋ’＝（Ｖｋ−Ｖｋ_ａｖｅ）／Ｖｋ_ａｖｅ、前記カソード電流の電流変化率Ｉｋ’をＩｋ’＝（Ｉｋ−Ｉｋ_ａｖｅ）／Ｉｋ_ａｖｅ、前記グリッド電流の電流変化率Ｉｇ’をＩｇ’＝（Ｉｇ−Ｉｇ_ａｖｅ）／Ｉｇ_ａｖｅ、前記プレート電流の電流変化率Ｉｐ’をＩｐ’＝（Ｉｐ−Ｉｐ_ａｖｅ）／Ｉｐ_ａｖｅとする
ことを特徴とする高周波電源装置。

【請求項5】

請求項１に記載の高周波電源装置において、
前記カソード電圧の平均値をＶｋ_ａｖｅ、前記カソード電流の平均値をＩｋ_ａｖｅ、前記グリッド電流の平均値をＩｇ_ａｖｅ、前記プレート電流の平均値をＩｐ_ａｖｅとし、
寿命予測対象の前記真空管のカソード電圧の計測値をＶｋ、カソード電流の計測値をＩｋ、グリッド電流の計測値をＩｇ、プレート電流の計測値をＩｐとしたときに、
前記電圧変化率Ｖｋ’をＶｋ’＝（Ｖｋ_ａｖｅ−Ｖｋ）／Ｖｋ_ａｖｅ、前記カソード電流の電流変化率Ｉｋ’をＩｋ’＝（Ｉｋ_ａｖｅ−Ｉｋ）／Ｉｋ_ａｖｅ、前記グリッド電流の電流変化率Ｉｇ’をＩｇ’＝（Ｉｇ_ａｖｅ−Ｉｇ）／Ｉｇ_ａｖｅ、前記プレート電流の電流変化率Ｉｐ’をＩｐ’＝（Ｉｐ_ａｖｅ−Ｉｐ）／Ｉｐ_ａｖｅとする
ことを特徴とする高周波電源装置。

【請求項6】

請求項１に記載の高周波電源装置を備えたことを特徴とする粒子線治療装置。

【請求項7】

高周波電源装置に複数個並列に接続されて設けられた真空管の各々の寿命を予測する方法であって、
前記並列接続された全真空管のカソード電圧の平均値、および各真空管のカソード電圧の前記平均値に対する電圧変化率を各真空管毎に演算する電圧演算工程と、
前記並列接続された全真空管のカソード電流，グリッド電流またはプレート電流のうち少なくともいずれか一つ以上の平均値、および各真空管のカソード電流，グリッド電流またはプレート電流のうち少なくともいずれか一つ以上の平均値に対する電流変化率を各真空管毎に演算する電流演算工程と、
前記電圧演算工程で演算された前記電圧変化率を予め設定された電圧寿命設定値と比較するとともに、前記電流演算工程で演算された前記電流変化率を予め設定された電流寿命設定値と比較し、前記電圧変化率が前記電圧寿命設定値以下、且つ前記電流変化率が前記電流寿命設定値以下と判定されたときに該当する前記真空管が寿命を迎えたと判定する比較工程と、を有する
ことを特徴とする真空管の寿命予測方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は真空管を用いた高周波電源装置および粒子線治療装置ならびに真空管寿命予測方法に関する。

【背景技術】

【0002】

真空管を用いた高周波溶接機における真空管の劣化を検出する劣化検出方法が特許文献１に記載されている。この特許文献１には、「真空管のプレート交流電流の通流開始時又は通流終了時のグリッド交流電圧ｅ_ｇｏと、プレート交流電圧ｅ_ｐｏとを計測して真空管の増幅率μをμ＝ｅ_ｐｏ／ｅ_ｇｏから算出し、この増幅率μと予め設定した劣化判定基準値μ_ｓとを比較することにより、真空管の劣化を判定する」ことが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開昭６３−１８３７８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

高周波電源装置に用いられる真空管では、経年変化により真空管のフィラメントの消耗および管内の汚れによる意図しない放電や、真空管内部の真空の低下等の理由により、プレート電流が減少することが知られている。これらの現象によって出力電力が所定のレベルに低下してしまうと、必要とする電力が得られなくなる、との問題が発生する。こうなると、例えば粒子線治療装置であれば、加速器の加速効率が低下し、ビーム電流が減少する、との問題が生じることになる。

【0005】

ここで、真空管を並列接続した回路を用いることにより、高い増幅率が得られるとともに、一部の真空管が寿命となっても他の真空管で出力を担保できるといったメリットもあることから、高周波電源装置では並列接続回路が用いられている。

【0006】

前述の特許文献１には、真空管のグリッド交流電圧とプレート交流電圧とを計測し、真空管の増幅率μを予め算出した劣化判定基準値μ_ｓと比較することにより真空管の劣化を判定する判定方法が記載されている。

【0007】

しかし、特許文献１に記載された真空管の劣化を判定する方法は１個の真空管の劣化について検出する方法であり、並列接続時のアンバランスによる個々の増幅率の変化には対応できず、各々の真空管の劣化を判定することは困難であるといった問題があった。

【0008】

本発明の目的は、高周波電源に用いられる並列接続された真空管の寿命を予測することができ、従来に比べて真空管の劣化による装置の計画外停止を未然に抑制し、装置の稼働率を向上させることと、真空管を限界まで有効に使用することが可能な高周波電源装置および粒子線治療装置ならびに真空管寿命予測方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、高周波電源装置であって、並列に複数個接続された真空管と、前記並列接続された全真空管のカソード電圧の平均値、および各真空管のカソード電圧の前記平均値に対する電圧変化率を各真空管毎に演算する電圧演算部と、前記並列接続された全真空管のカソード電流，グリッド電流またはプレート電流のうち少なくともいずれか一つ以上の平均値、および各真空管のカソード電流，グリッド電流またはプレート電流のうち少なくともいずれか一つ以上の平均値に対する電流変化率を各真空管毎に演算する電流演算部と、前記電圧演算部で演算された前記電圧変化率を予め設定された電圧寿命設定値と比較するとともに、前記電流演算部で演算された前記電流変化率を予め設定された電流寿命設定値と比較し、前記電圧変化率が前記電圧寿命設定値以下、且つ前記電流変化率が前記電流寿命設定値以下と判定されたときは該当する前記真空管が寿命を迎えたと判定する比較部と、を備えたことを特徴とする。

【0010】

また、他の一例をあげるならば、高周波電源装置に複数個並列に接続されて設けられた真空管の各々の寿命を予測する方法であって、前記並列接続された全真空管のカソード電圧の平均値、および各真空管のカソード電圧の前記平均値に対する電圧変化率を各真空管毎に演算する電圧演算工程と、前記並列接続された全真空管のカソード電流，グリッド電流またはプレート電流のうち少なくともいずれか一つ以上の平均値、および各真空管のカソード電流，グリッド電流またはプレート電流のうち少なくともいずれか一つ以上の平均値に対する電流変化率を各真空管毎に演算する電流演算工程と、前記電圧演算工程で演算された前記電圧変化率を予め設定された電圧寿命設定値と比較するとともに、前記電流演算工程で演算された前記電流変化率を予め設定された電流寿命設定値と比較し、前記電圧変化率が前記電圧寿命設定値以下、且つ前記電流変化率が前記電流寿命設定値以下と判定されたときに該当する前記真空管が寿命を迎えたと判定する比較工程と、を有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、高周波電源に用いられる並列接続された真空管の寿命を予測することができ、従来に比べて真空管の劣化による装置の計画外停止を未然に抑制し、装置の稼働率を向上させることと、真空管を限界まで有効に使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の粒子線治療装置の概略を示す図である。

【図2】本発明の高周波電源装置の増幅回路と比較演算器の概略を示す図である。

【図3】本発明の高周波電源の真空管寿命予測装置による寿命予測手順を示すフローチャートである。

【図4】図２に示す真空管寿命予測装置を用いて実際に計測した値から計算したカソード電圧およびグリッド電流の平均値からの変化率を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本発明の高周波電源装置および粒子線治療装置ならびに真空管寿命予測方法の実施例を、図１乃至図４を用いて説明する。最初に、高周波電源装置を備え、真空管寿命予測方法を実施する一例である粒子線治療装置について図１を用いて説明する。

【0014】

図１は高周波電源装置を有する粒子線治療装置を示す図である。

【0015】

図１において、粒子線治療装置１００は、シンクロトロン型加速器５０、ライナック５８、イオン源５９、ビーム輸送系５２、照射装置５４、治療台４０、制御装置５６、および高周波電源装置５７Ａ，５７Ｂを備える。

【0016】

イオン源５９は、治療に用いられるイオンを発生させる機器である。ライナック５８は、イオン源５９で発生させたイオンをシンクロトロン型加速器５０に入射するのに適した速度まで加速する機器である。

【0017】

シンクロトロン型加速器５０は、ライナック５８で所定の速度まで加速されたイオンをさらに加速し、イオンビームとする加速器である。シンクロトロン型加速器５０は、偏向電磁石や、高周波加速空胴、出射装置５０ａなどから構成される。なお、シンクロトロン型加速器５０を用いる場合について説明したが、加速器は高周波電源装置を備えていればよく、例えばサイクロトロン型加速器等とすることができる。

【0018】

ビーム輸送系５２はシンクロトロン型加速器５０に接続されており、シンクロトロン型加速器５０から出射されたイオンビームを照射装置５４に導く。

【0019】

照射装置５４は治療室に設けられており、イオンビームを照射するための機器であり、ビームの軌道に対して垂直な平面内の直交する二方向（以下、まとめて横方向と定義する）に独立にビームが走査させる二台の走査電磁石、ビームモニタ等を備えている。

【0020】

治療第４０は、患者４５をのせるベッドである。

【0021】

制御装置５６は、これらシンクロトロン型加速器５０をはじめとした粒子線治療装置１００内の各装置，機器の動作、警報を制御する。

【0022】

高周波電源装置５７Ａは、ライナック５８に供給する高周波を生成する装置であり、高周波増幅回路１Ａおよび比較演算器２Ａを有している。高周波電源装置５７Ｂは、シンクロトロン型加速器５０中の出射装置５０ａに供給する高周波を生成する装置であり、高周波増幅回路１Ｂおよび比較演算器２Ｂを有している。これら高周波電源装置５７Ａ，５７Ｂの詳細な構成については後述する。

【0023】

粒子線治療装置１００では、イオン源５９で発生させたイオンをライナック５８、およびシンクロトロン型加速器５０で加速してイオンビームとする。加速されたイオンビームはシンクロトロン型加速器５０から出射され、ビーム輸送系５２により照射装置５４まで輸送される。輸送されたイオンビームは照射装置５４で患部形状に合致するように整形され、治療台４０に横になった患者４５の標的に対して所定量照射される。

【0024】

ライナック５８への高周波は、高周波増幅回路１Ａを含む高周波電源装置５７Ａから供給され、比較演算器２Ａで真空管３（図２参照）の寿命を算出して警報を制御装置５６へ送る。シンクロトロン型加速器５０の出射装置５０ａへの高周波は、高周波増幅回路１Ｂを含む高周波電源装置５７Ｂから供給され、比較演算器２Ｂで真空管３の寿命を算出して警報を制御装置５６へ送る。なお、寿命を算出して警報を出力する部分は高周波電源装置５７Ａ，５７Ｂとは別に設けてもかまわない。

【0025】

次に、高周波電源装置５７Ａ，５７Ｂの詳細について図２乃至図４を用いて説明する。なお以下ではライナック５８に供給する高周波を生成する高周波電源装置５７Ａについて説明するが、高周波電源装置５７Ｂの構成も同じである。図２は、三極管の真空管を複数使用し、並列接続した場合の高周波増幅回路の概略図であり、図３は寿命予測方法を示すフローチャートで、図４は実際に計測した真空管のカソード電圧とグリッド電流の平均値からの変化率を示した図である。

【0026】

図２において、高周波電源装置５７Ａは、高周波増幅回路１Ａと比較演算器２Ａとで構成される。

【0027】

高周波増幅回路１Ａは、真空管３のグリッド２１を接地したグリッド接地方式の増幅回路の概略を示すもので、真空管３、カソード用加熱電源４、カソード電源９、プレート電源８、高周波フィルタ１５、結合コンデンサー６，７、グリッド電流検出器１０、カソード電圧検出器１１で構成される。

【0028】

真空管３は高周波増幅に用いられるもので、並列に複数個接続されている。真空管３は、カソード２０とグリッド２１、プレート２２を有する三極管であるが、例えば四極や五極等の構成の真空管であっても構わない。図２では三極管の例を示す。

【0029】

また、図２では真空管３を３個並列接続した形態を示したが、必要とする出力電力に応じて真空管３は複数個接続することができ、並列接続であれば個数を制限するものではない。また、図２はグリッド接地であるが、カソード接地その他の回路方式であっても、並列に接続されていれば同様に本発明の真空管３の寿命予測方法は実施可能である。

【0030】

カソード用加熱電源４は交流を用いており、その場合は高周波フィルタ１５を併用する。なお、直流電源でもかまわない。

【0031】

カソード電源９は直流電源で、正極接地でカソード２０とグリッド２１間に接続され、この値を変えることでプレート電流Ｉｐを調整する。

【0032】

プレート電源８は直流電源で、負極接地で高周波フィルタ１５を通してプレート２２に接続する。本実施例のプレート電源８は、その内部で各々の真空管３のプレート２２に流れるプレート電流Ｉｐ（Ｉｐ_ｎ）を検出することができるものとする。なお、プレート電流Ｉｐはプレート電源８で計測する形態に限られず、電流計を各々のプレート２２とプレート電源８との間に配置して、その電流計で計測してもよい。

【0033】

カソード電源９、プレート電源８とも、値は使用する真空管に依存する。図２において、プレート電源８は１台で共用しているが、別々の電源を用いてもかまわない。

【0034】

グリッド電流検出器１０は例えばシャント抵抗や電流変換器（ＣＴ）などがあり、各々の真空管３のグリッド電流Ｉｇを検出する。

【0035】

カソード電圧検出器１１はカソード電源９のモニター出力を検出することでカソード電圧Ｖｋを検出する。なお、直接カソード電圧Ｖｋを計測してもかまわない。

【0036】

カソード電源９に流れるカソード電流Ｉｋは、カソード電源９の電流から計算で求める。なお、図２からもわかるように、カソード電流Ｉｋはグリッド電流Ｉｇとプレート電流Ｉｐの和であることから、プレート電源８によって計測されるプレート電流Ｉｐとグリッド電流検出器１０によって計測されるグリッド電流Ｉｇとから計算して求めることができる。

【0037】

比較演算器２Ａは、演算部１２、比較部１３、警報信号出力部（警報部）１４で構成される。

【0038】

演算部１２は、電圧演算部１２ａおよび電流演算部１２ｂで構成される。

【0039】

電圧演算部１２ａは、カソード電圧検出器１１で検出された並列に接続されたそれぞれの真空管３のカソード電圧Ｖｋの平均値Ｖｋ_ａｖｅを演算する。また、演算した平均値Ｖｋ_ａｖｅに対する電圧変化率Ｖｋ’を各真空管３毎に演算する（電圧演算工程）。

【0040】

電流演算部１２ｂは、グリッド電流検出器１０で検出された並列に接続されたそれぞれの真空管３のグリッド電流Ｉｇの平均値Ｉｇ_ａｖｅを演算する。また、各真空管３のグリッド電流Ｉｇの平均値Ｉｇ_ａｖｅに対する電流変化率Ｉｇ’を各真空管３毎に演算する（電流演算工程）。

【0041】

比較部１３は、電圧演算部１２ａで演算されたそれぞれの真空管３の電圧変化率Ｖｋ’を寿命設定値Ｖｋ_ｓとそれぞれ比較するとともに、電流演算部１２ｂで演算されたそれぞれの真空管３の電流変化率Ｉｇ’を寿命設定値Ｉｇ_ｓとそれぞれ比較するものである。また、比較部１３は、電圧変化率Ｖｋ’が電圧寿命設定値Ｖｋ_ｓ以下であり、且つ電流変化率Ｉｇ’が電流寿命設定値Ｉｇ_ｓ以下と判定されたときは該当する真空管３が寿命を迎えたと判定し、警報信号出力部１４に対して警報出力要求信号を出力する（比較工程）。カソード電圧Ｖｋ、グリッド電流Ｉｇの寿命設定値Ｖｋ_ｓ，Ｉｇ_ｓは真空管３の仕様にもよるが、例えばともに−０．２〜−０．６の範囲である。

【0042】

演算部１２の電圧演算部１２ａおよび電流演算部１２ｂ、比較部１３の処理の詳細は図３を用いて後述する。

【0043】

警報信号出力部１４は比較部１３で寿命設定値以下と判定されて警報出力要求信号が入力された場合に、どの真空管３が寿命を迎えたと判定されたかを外部に警報として知らせるもので、制御画面などへ表示するよう動作する。

【0044】

次いで、検出した各真空管３のカソード電圧Ｖｋとグリッド電流Ｉｇを用いて各真空管３の寿命を予測する方法について図３を用いて以下説明する。

【0045】

はじめに、比較演算器２Ａ，２Ｂは、初期値として寿命と判定するカソード電圧Ｖｋの寿命設定値Ｖｋ_ｓ、およびグリッド電流の寿命設定値Ｉｇ_ｓを設定する（ステップＳ２０１）。

【0046】

その後、比較演算器２Ａ，２Ｂの電圧演算部１２ａは、カソード電圧Ｖｋの平均値Ｖｋ_ａｖｅ、を求める（ステップＳ２０２）。また、比較演算器２Ａ，２Ｂの電流演算部１２ｂは、グリッド電流Ｉｇの平均値Ｉｇ_ａｖｅを求める（ステップＳ２０３）。

【0047】

次いで、比較演算器２Ａ，２Ｂの電圧演算部１２ａは、各真空管３のカソード電圧Ｖｋ_ｎに対するカソード電圧Ｖｋの平均値Ｖｋ_ａｖｅからの変化率Ｖｋ_ｎ’を、次式Ｖｋ_ｎ’＝（Ｖｋ_ｎ−Ｖｋ_ａｖｅ）／Ｖｋ_ａｖｅに基づいて各真空管３毎に計算する（ステップＳ２０４）。ここで、Ｖｋ_ｎはある真空管３のカソード電圧を示す。

【0048】

次いで、比較演算器２Ａ，２Ｂの電流演算部１２ｂは、各真空管３のグリッド電流Ｉｇ_ｎに対するグリッド電流Ｉｇの平均値Ｉｇ_ａｖｅからの変化率Ｉｇ_ｎ’を、次式Ｉｇ_ｎ’＝（Ｉｇ_ｎ−Ｉｇ_ａｖｅ）／Ｉｇ_ａｖｅに基づいて各真空管３毎に計算する（ステップＳ２０５）。ここで、Ｉｇ_ｎはある真空管３のグリッド電流を示す。

【0049】

なお、ステップＳ２０４における電圧変化率Ｖｋ’やステップＳ２０５における電流変化率Ｉｇ’のうち、分子となる（Ｖｋ_ｎ−Ｖｋ_ａｖｅ）および（Ｉｇ_ｎ−Ｉｇ_ａｖｅ）は、得られるＶｋ_ｎ’およびＩｇ_ｎ’の符号が反転するのみである。このため、分子を（Ｖｋ_ａｖｅ−Ｖｋ_ｎ）および（Ｉｇ_ａｖｅ−Ｉｇ_ｎ）、すなわち、Ｖｋ’＝（Ｖｋ_ａｖｅ−Ｖｋ）／Ｖｋ_ａｖｅ、Ｉｇ’＝（Ｉｇ_ａｖｅ−Ｉｇ）／Ｉｇ_ａｖｅによって求めることができる。

【0050】

次いで、比較演算器２Ａ，２Ｂの比較部１３は、計算された電圧変化率Ｖｋ_ｎ’と寿命設定値Ｖｋ_ｓとを比較して、Ｖｋ_ｎ’≦Ｖｋ_ｓであるか否かを判定する（ステップＳ２０６）。電圧変化率Ｖｋ_ｎ’が寿命設定値Ｖｋ_ｓ以下であると判定されたときは処理をステップＳ２０８に進める。これに対し、電圧変化率Ｖｋ_ｎ’が寿命設定値Ｖｋ_ｓより大きいと判定されたときは処理をステップＳ２０７に進める。

【0051】

ステップＳ２０６において電圧変化率Ｖｋ_ｎ’が寿命設定値Ｖｋ_ｓより大きいと判定されたときは、データを保存（ステップＳ２０７）した後、処理をステップＳ２０２に戻して、真空管３の使用を継続する。

【0052】

これに対し、ステップＳ２０６において電圧変化率Ｖｋ_ｎ’が寿命設定値Ｖｋ_ｓ以下であると判定されたときは、比較演算器２Ａ，２Ｂの比較部１３は、計算された電流変化率Ｉｇ_ｎ’と寿命設定値Ｉｇ_ｓとを比較して、Ｉｇ_ｎ’≦Ｉｇ_ｓであるか否かを判定する（ステップＳ２０８）。電流変化率Ｉｇ_ｎ’が寿命設定値Ｉｇ_ｓ以下であると判定されたときは処理をステップＳ２０９に進める。これに対し、電流変化率Ｉｇ_ｎ’が寿命設定値Ｉｇ_ｓより大きいと判定されたときは処理をステップＳ２０７に進める。

【0053】

ステップＳ２０８において電流変化率Ｉｇ_ｎ’が寿命設定値Ｉｇ_ｓより大きいと判定されたカソード電圧の低下だけ生じているときは、データを保存（ステップＳ２０７）した後、処理をステップＳ２０２に戻して、真空管３の使用を継続する。

【0054】

これに対し、ステップＳ２０８において電流変化率Ｉｇ_ｎ’が寿命設定値Ｉｇ_ｓ以下であると判定されたときは、データを保存（ステップＳ２０９）した後に処理をステップＳ２１０に進め、比較演算器２Ａ，２Ｂの警報信号出力部１４は警報を出力するよう処理を行う（ステップＳ２１０）。

【0055】

上記のような処理を行う高周波電源装置５７Ａ，５７Ｂは以下のように動作する。

【0056】

高周波電源装置５７Ａ，５７Ｂに入力された高周波は、各真空管３のカソード２０とグリッド２１との間の電圧を変調し、その結果グリッド２１とプレート２２との間の電圧も変調されて、プレート出力が得られる。複数の真空管３から出力された高周波出力をあわせて一つの出力とする。

【0057】

さらに加速器では安定した加速を行うために一定した出力が必要であり、そのためにはそれぞれのカソード電圧Ｖｋを調整して出力の調整を行う。カソード電圧Ｖｋを大きくすることでプレート電流Ｉｐは減少し、逆にカソード電圧Ｖｋを小さくすることでプレート電流Ｉｐは増大する。

【0058】

本実施例の高周波電源装置５７Ａ，５７Ｂでは、計測したカソード電圧Ｖｋとグリッド電流Ｉｇからそれぞれ平均値Ｖｋ_ａｖｅ，Ｉｇ_ａｖｅを計算し、さらにそれぞれの真空管３についてのカソード電圧Ｖｋおよびグリッド電流Ｉｇの平均値Ｖｋ_ａｖｅ，Ｉｇ_ａｖｅからの電圧変化率Ｖｋ_ｎ’，電流変化率Ｉｇ_ｎ’を計算して、寿命設定値Ｖｋ_ｓ，Ｉｇ_ｓと比較する。その後、計算した電圧変化率Ｖｋ_ｎ’，電流変化率Ｉｇ_ｎ’が寿命設定値Ｖｋ_ｓ，Ｉｇ_ｓより低下した場合は警報を出力し、真空管３の交換を促す。

【0059】

次いで、ある真空管３のカソード電圧Ｖｋの平均値Ｖｋ_ａｖｅからの変化率Ｖｋ’とグリッド電流Ｉｇの平均値Ｉｇ_ａｖｅからの変化率Ｉｇ’について図４に示す実測値を用いて説明する。

【0060】

図４において、Ａ部ではカソード電圧Ｖｋの変化率Ｖｋ’が約−０．４、すなわち平均値Ｖｋ_ａｖｅよりも低い値となり、プレート電流Ｉｐを増加させようとしている状態である。本結果では、変化率Ｖｋ’は−０．４で一定となっていることからこの値が閾値となる寿命設定値Ｖｋ_ｓとなる。

【0061】

その後、図４に示すように、カソード電圧Ｖｋではプレート電流Ｉｐが調整できなくなったために、グリッド電流Ｉｇの変化率Ｉｇ’も低下し始め、最終的にはカソード電圧Ｖｋの変化率Ｖｋ’と同じ−０．４になったところで出力が不安定になり、実際に真空管３の交換を実施した。

【0062】

交換後は、図４中のＢ部に示すように、両者の値とも正常である０付近に戻っている。

【0063】

なお、このようにカソード電圧Ｖｋの変化率Ｖｋ’やグリッド電圧Ｉｇの変化率Ｉｇ’が低下した場合、比較演算器２Ａ，２Ｂの比較部１３において、各真空管３のカソード電圧Ｖｋの電圧変化率Ｖｋ_ｎ’同士や、グリッド電流Ｉｇの電流変化率Ｉｇ_ｎ’同士の比較を行い、変化率が負の値をとっているか否かを判定することができる。なお、低下した場合から比較を始める必要はなく、常に比較を行ってもよい。

【0064】

そのほかの真空管３がカソード電圧Ｖｋおよびグリッド電流Ｉｇの平均値Ｖｋ_ａｖｅ，Ｉｇ_ａｖｅからの変化率Ｖｋ’，Ｉｇ’が正の値を示している場合は、その真空管３での出力が全体に比べ小さいことを示し、全体の出力としても余裕があると判定でき、まだ使用が可能である。しかし、そのほかの真空管も０あるいは負の値をとった場合は、劣化が進んでおり真空管３の寿命が早くなると判定できることから、増幅率だけで判定する場合に比べてより詳細な寿命予測が可能となる。

【0065】

以上、電流演算部１２ｂが、グリッド電流Ｉｇの平均値Ｉｇ_ａｖｅおよび電流変化率Ｉｇ’を各真空管３毎に演算する場合について説明した。グリッド電流Ｉｇは、プレート２２に流れる電流の一部がグリッド２１に流入することで得られる電流であるから、グリッド電流Ｉｇの増減がプレート電流Ｉｐの増減に対応する。また、グリッド電流Ｉｇは、プレート電流Ｉｐやカソード電流Ｉｋに比べて変化が大きく現れるため、グリッド電流Ｉｇが最も好適である。

【0066】

また、本発明の高周波電源装置５７Ａ，５７Ｂや真空管３の寿命予測方法では、グリッド電流Ｉｇの代わりに、プレート電流Ｉｐの平均値Ｉｐ_ａｖｅや電流変化率Ｉｐ’、またはプレート電流Ｉｐとグリッド電流Ｉｇの和となるカソード電流Ｉｋの平均値Ｉｋ_ａｖｅや電流変化率Ｉｋ’を各真空管３毎に演算する形態とすることができる。この場合、並列に接続された全真空管３のカソード電流Ｉｋまたはプレート電流Ｉｐの平均値Ｉｋ_ａｖｅ，Ｉｐ_ａｖｅおよび電流変化率Ｉｋ’，Ｉｐ’を演算して寿命設定値Ｉｋ_ｓ，Ｉｐ_ｓと比較する。

【0067】

プレート電流Ｉｐを用いる場合は、プレート電流Ｉｐの電流変化率Ｉｐ’は、Ｉｐ’＝（Ｉｐ−Ｉｐ_ａｖｅ）／Ｉｐ_ａｖｅ、もしくはＩｐ’＝（Ｉｐ_ａｖｅ−Ｉｐ）／Ｉｐ_ａｖｅから求めることができる。Ｉｐ_ｎは対象とする真空管３のプレート電流である。

【0068】

カソード電流Ｉｋを用いる場合は、カソード電流Ｉｋの電流変化率Ｉｋ’はＩｋ’＝（Ｉｋ−Ｉｋ_ａｖｅ）／Ｉｋ_ａｖｅ、もしくはＩｋ’＝（Ｉｋ_ａｖｅ−Ｉｋ）／Ｉｋ_ａｖｅから求めることができる。Ｉｋ_ｎは対象とする真空管３のカソード電流である。

【0069】

比較部１３は、電流変化率Ｉｋ’，Ｉｐ’が電流寿命設定値Ｉｋ_ｓ，Ｉｐ_ｓ以下と判定されたときは該当する真空管３が寿命を迎えたと判定する。

【0070】

また、カソード電流Ｉｋ，グリッド電流Ｉｇまたはプレート電流Ｉｐのうち一つを用いる場合について説明したが、それら３つのうち、２つを用いて比較を行ってもよいし、３つ全てを用いて比較を行ってもよい。

【0071】

例えば、電流演算部１２ｂでは、並列接続された全真空管３のグリッド電流Ｉｇの平均値Ｉｇ_ａｖｅおよびプレート電流Ｉｐの平均値Ｉｐ_ａｖｅと、各真空管３のグリッド電流Ｉｇの平均値Ｉｇ_ａｖｅに対する電流変化率Ｉｇ’およびプレート電流Ｉｐの平均値Ｉｐ_ａｖｅに対する電流変化率Ｉｐ’とを各真空管３毎に演算することができる。

【0072】

この場合は、比較部１３は、電流演算部１２ｂで演算されたグリッド電流Ｉｇの電流変化率Ｉｇ’およびプレート電流Ｉｐの電流変化率Ｉｐ’を予め設定された電流寿命設定値Ｉｇ_ｓ，Ｉｐ_ｓと比較し、グリッド電流Ｉｇの電流変化率Ｉｇ’とプレート電流Ｉｐの電流変化率Ｉｐ’のうちいずれか一方が電流寿命設定値Ｉｇ_ｓ，Ｉｐ_ｓ以下と判定されたときに該当する真空管３が寿命を迎えたと判定することができるし、グリッド電流Ｉｇの電流変化率Ｉｇ’とプレート電流Ｉｐの電流変化率Ｉｐ’のうちいずれもが電流寿命設定値Ｉｇ_ｓ，Ｉｐ_ｓ以下と判定されたときに該当する真空管３が寿命を迎えたと判定することができる。

【0073】

３つを用いる場合も、いずれか一つの電流変化率Ｉｋ’，Ｉｇ’，Ｉｐ’が電流寿命設定値Ｉｋ_ｓ，Ｉｇ_ｓ，Ｉｐ_ｓ以下と判定されたときに該当する真空管３が寿命を迎えたと判定してもよいし、３つのうち２つが電流寿命設定値Ｉｋ_ｓ，Ｉｇ_ｓ，Ｉｐ_ｓ以下と判定されたときに該当する真空管３が寿命を迎えたと判定してもよい。更には、いずれもが電流寿命設定値Ｉｋ_ｓ，Ｉｇ_ｓ，Ｉｐ_ｓ以下と判定されたときに該当する真空管３が寿命を迎えたと判定してもよい。

【0074】

次に、本実施例の効果について説明する。

【0075】

上述した本実施例の粒子線治療装置１００の高周波電源装置５７Ａ，５７Ｂは、並列に複数個接続された真空管３と、並列接続された全真空管３のカソード電圧Ｖｋの平均値Ｖｋ_ａｖｅ、および各真空管３のカソード電圧Ｖｋの平均値Ｖｋ_ａｖｅに対する電圧変化率Ｖｋ’を各真空管３毎に演算する（電圧演算工程）電圧演算部１２ａと、並列接続された全真空管３のカソード電流Ｉｋ，グリッド電流Ｉｇまたはプレート電流Ｉｐのうち少なくともいずれか一つ以上の平均値Ｉｋ_ａｖｅ，Ｉｇ_ａｖｅ，Ｉｐ_ａｖｅ、および各真空管３のカソード電流Ｉｋ，グリッド電流Ｉｇまたはプレート電流Ｉｐのうち少なくともいずれか一つ以上の平均値Ｉｋ_ａｖｅ，Ｉｇ_ａｖｅ，Ｉｐ_ａｖｅに対する電流変化率Ｉｋ’，Ｉｇ’，Ｉｐ’を各真空管３毎に演算する（電流演算工程）電流演算部１２ｂと、電圧演算部１２ａで演算された電圧変化率Ｖｋ’を予め設定された電圧寿命設定値Ｖｋ_ｓと比較するとともに、電流演算部１２ｂで演算された電流変化率Ｉｋ’，Ｉｇ’，Ｉｐ’を予め設定された電流寿命設定値Ｉｋ_ｓ，Ｉｇ_ｓ，Ｉｐ_ｓと比較し、電圧変化率Ｖｋ’が電圧寿命設定値Ｖｋ_ｓ以下、且つ電流変化率Ｉｋ’，Ｉｇ’，Ｉｐ’が電流寿命設定値Ｉｋ_ｓ，Ｉｇ_ｓ，Ｉｐ_ｓ以下と判定されたときは該当する真空管３が寿命を迎えたと判定する（比較工程）比較部１３と、を備えたものである。

【0076】

本発明によれば、並列に接続された複数の真空管３のカソード電圧Ｖｋやグリッド電流Ｉｇ、プレート電流Ｉｐあるいはカソード電流Ｉｋの平均値Ｖｋ_ａｖｅ，Ｉｇ_ａｖｅ，Ｉｐ_ａｖｅ，Ｉｋ_ａｖｅからの変化率Ｖｋ’，Ｉｇ’，Ｉｐ’ ，Ｉｋ’により、アンバランスを考慮した真空管３の寿命を予測することができるため、真空管３の劣化による粒子線治療装置１００等の計画外停止を従来に比べて高確率で抑制することができ、装置の安定動作と稼働率向上が可能である。また、各々の真空管３の寿命限界まで使用することが可能となるため、高い経済性が得られるという効果がある。

【0077】

また、比較部１３で真空管３が寿命を迎えたと判定されたときに、寿命を迎えたことを通知する警報信号出力部１４を更に備えたため、寿命を迎えた真空管３を速やかに交換することができ、装置の稼働率の更なる向上を図ることができる。

【0078】

更に、比較部１３は、電圧演算部１２ａで演算された各真空管３の電圧変化率Ｖｋ’の時間経過を追い、各真空管３の電圧変化率Ｖｋ’同士を比較して変化率が負の値をとっているか否かを判定するとともに、電流演算部１２ｂで演算された各真空管３の電流変化率Ｉｋ’，Ｉｇ’，Ｉｐ’の時間経過を追い、各真空管３の電流変化率Ｉｋ’，Ｉｇ’，Ｉｐ’同士を比較して変化率が負の値をとっているか否かを判定することで、真空管３の劣化が進んでおり、寿命が近いか否かをより正確に判定することができ、より正確な真空管３の寿命予測が可能となる。

【0079】

また、カソード電圧Ｖｋの平均値をＶｋ_ａｖｅ、カソード電流Ｉｋの平均値をＩｋ_ａｖｅ、グリッド電流Ｉｇの平均値をＩｇ_ａｖｅ、プレート電流Ｉｐの平均値をＩｐ_ａｖｅとし、寿命予測対象の真空管３のカソード電圧の計測値をＶｋ、カソード電流Ｉｋの計測値をＩｋ、グリッド電流の計測値をＩｇ、プレート電流の計測値をＩｐとしたときに、電圧変化率Ｖｋ’をＶｋ’＝（Ｖｋ−Ｖｋ_ａｖｅ）／Ｖｋ_ａｖｅまたはＶｋ’＝（Ｖｋ_ａｖｅ−Ｖｋ）／Ｖｋ_ａｖｅ、カソード電流Ｉｋの電流変化率Ｉｋ’をＩｋ’＝（Ｉｋ−Ｉｋ_ａｖｅ）／Ｉｋ_ａｖｅまたはＩｋ’＝（Ｉｋ_ａｖｅ−Ｉｋ）／Ｉｋ_ａｖｅ、グリッド電流Ｉｇの電流変化率Ｉｇ’をＩｇ’＝（Ｉｇ−Ｉｇ_ａｖｅ）／Ｉｇ_ａｖｅまたはＩｇ’＝（Ｉｇ_ａｖｅ−Ｉｇ）／Ｉｇ_ａｖｅ、プレート電流Ｉｐの電流変化率Ｉｐ’をＩｐ’＝（Ｉｐ−Ｉｐ_ａｖｅ）／Ｉｐ_ａｖｅまたはＩｐ’＝（Ｉｐ_ａｖｅ−Ｉｐ）／Ｉｐ_ａｖｅとすることにより、簡易かつ速やかに電圧変化率Ｖｋ’や電流変化率Ｉｋ’，Ｉｇ’，Ｉｐ’を演算することができる。

【0080】

＜その他＞
なお、本発明は上記の実施例に限られず、種々の変形、応用が可能なものである。上述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。

【符号の説明】

【0081】

１Ａ，１Ｂ…高周波増幅回路
２Ａ，２Ｂ…比較演算器
３…真空管
４…カソード用加熱電源
６，７…結合コンデンサー
８…プレート電源
９…カソード電源
１０…グリッド電流検出器
１１…カソード電圧検出器
１２…演算部
１２ａ…電圧演算部
１２ｂ…電流演算部
１３…比較部
１４…警報信号出力部（警報部）
１５…高周波フィルタ
２０…カソード
２１…グリッド
２２…プレート
４０…治療台
４５…患者
５０…シンクロトロン型加速器
５０ａ…出射装置
５２…ビーム輸送系
５４…照射装置
５６…制御装置
５７Ａ，５７Ｂ…高周波電源装置
５８…ライナック
５９…イオン源
１００…粒子線治療装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】