特開 2022-176617 セプタム電磁石、加速器および粒子線治療システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022176617

(43)【公開日】2022-11-30

(54)【発明の名称】セプタム電磁石、加速器および粒子線治療システム

(51)【国際特許分類】

   H05H 7/10 20060101AFI20221122BHJP

   H05H 7/04 20060101ALI20221122BHJP

   G21K 5/04 20060101ALI20221122BHJP

   A61N 5/10 20060101ALI20221122BHJP

【ＦＩ】

H05H7/10

H05H7/04

G21K5/04 A

A61N5/10 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021083135

(22)【出願日】2021-05-17

(71)【出願人】

【識別番号】000005108

【氏名又は名称】株式会社日立製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】野田 文章

(72)【発明者】

【氏名】羽江 隆光

【テーマコード（参考）】

2G085

4C082

【Ｆターム（参考）】

2G085BA13

2G085BA14

2G085BC04

2G085EA07

4C082AA01

4C082AC05

4C082AE03

(57)【要約】

【課題】本発明の目的は、セプタム電磁石を小型化することである。
【解決手段】セプタム電磁石３０は、ビーム取り出し軌道に沿って延びるセプタムコイル３２と、セプタムコイル３２に並設され、ビーム取り出し軌道に沿って延びる追加セプタムコイル３６とを備えている。追加セプタムコイル３６は、ビーム取り出し軌道に沿って延びる複数の追加セプタム導体３８を備えている。複数の追加セプタム導体３８は、周回軌道側に膨らむ弧を描くように配列されている。複数の追加セプタム導体３８のうち、周回軌道寄りの追加セプタム導体３８は、セプタムコイル３２よりも周回軌道側に、イオンビームの軌道面４８を避けて配置されている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ビーム取り出し軌道に沿って延びるセプタムコイルと、
前記セプタムコイルに並設され、前記ビーム取り出し軌道に沿って延びる追加セプタムコイルと、を備え、
前記追加セプタムコイルは、
前記ビーム取り出し軌道に沿って延びる複数の追加セプタム導体であって、周回軌道側に膨らむ弧を描くように配列された複数の追加セプタム導体を備えることを特徴とするセプタム電磁石。

【請求項2】

請求項１に記載のセプタム電磁石において、
複数の前記追加セプタム導体のうち、前記周回軌道寄りの前記追加セプタム導体が、前記セプタムコイルよりも前記周回軌道側に配置されていることを特徴とするセプタム電磁石。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載のセプタム電磁石において、
複数の前記追加セプタム導体は、
前記周回軌道側が密になるように配置されていることを特徴とするセプタム電磁石。

【請求項4】

請求項１または請求項２に記載のセプタム電磁石において、
複数の前記追加セプタム導体は、
前記周回軌道側が密になるように配置されている第１導体群と、
前記周回軌道側斜め上および前記周回軌道側斜め下が疎になるように配置されている第２導体群と、を形成し、
前記第１導体群および前記第２導体群が、前記ビーム取り出し軌道に沿って並設されていることを特徴とするセプタム電磁石。

【請求項5】

請求項２に記載のセプタム電磁石において、
前記セプタムコイルよりも前記周回軌道側に配置されている前記追加セプタム導体は、イオンビームの軌道面を避けて配置されていることを特徴とするセプタム電磁石。

【請求項6】

請求項５に記載のセプタム電磁石において、
複数の前記追加セプタム導体は、
前記セプタムコイルよりも前記周回軌道側に配置されている前記追加セプタム導体を除いて見た場合に、前記周回軌道側が密になるように配置されていることを特徴とするセプタム電磁石。

【請求項7】

請求項５または請求項６に記載のセプタム電磁石において、
複数の前記追加セプタム導体は、
前記セプタムコイルよりも前記周回軌道側に配置されている前記追加セプタム導体を除いて見た場合に、前記周回軌道側が密になるように配置されている第１導体群と、
前記周回軌道側斜め上および前記周回軌道側斜め下が疎になるように配置されている第２導体群と、を形成し、
前記第１導体群および前記第２導体群が、前記ビーム取り出し軌道に沿って並設されていることを特徴とするセプタム電磁石。

【請求項8】

請求項１、請求項２および請求項５のいずれか１項に記載のセプタム電磁石において、
複数の前記追加セプタム導体は、
前記周回軌道側斜め上および前記周回軌道側斜め下が疎になるように配置されていることを特徴とするセプタム電磁石。

【請求項9】

請求項１または請求項２に記載のセプタム電磁石において、
前記セプタムコイルよりも前記周回軌道側に配置され、前記ビーム取り出し軌道に沿って延びる補正コイルを備え、
前記補正コイルは、前記セプタムコイルよりも前記周回軌道側で前記ビーム取り出し軌道に沿って延びる一対または複数対の補正コイル導体を備えることを特徴とするセプタム電磁石。

【請求項10】

請求項１または請求項２に記載のセプタム電磁石において、
前記ビーム取り出し軌道に沿って延びるリターンコイルと、
前記ビーム取り出し軌道に沿って延びる追加リターンコイルと、を備え、
前記リターンコイルは、
前記セプタムコイルとの間に前記ビーム取り出し軌道を挟む位置に配置され、
前記追加リターンコイルは、
前記ビーム取り出し軌道に沿って延びる複数の追加リターン導体であって、前記周回軌道側とは反対側に膨らむ弧を描くように配置された複数の追加リターン導体を備えることを特徴とするセプタム電磁石。

【請求項11】

請求項１または請求項２に記載のセプタム電磁石において、
前記セプタムコイルよりもビーム取り出し側にあるセプタム磁場領域における磁場分布の理想分布に対するずれが１％未満となるように、複数の前記追加セプタム導体が配置されていることを特徴とするセプタム電磁石。

【請求項12】

請求項１または請求項２に記載のセプタム電磁石を備え、
加速されたイオンビームが前記ビーム取り出し軌道から取り出されることを特徴とする加速器。

【請求項13】

請求項１２に記載の加速器において、
前記セプタムコイルおよび前記追加セプタムコイルに電流を流す電源を備え、
前記電源は、
前記イオンビームが取り出されるタイミングに応じて、前記セプタムコイルおよび前記追加セプタムコイルに電流を流すことを特徴とする加速器。

【請求項14】

請求項１２に記載の加速器と、
前記加速器から取り出された前記イオンビームを輸送するビーム輸送装置と、
前記ビーム輸送装置によって輸送された前記イオンビームを患者に照射する照射装置と、
を備えることを特徴とする粒子線治療システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、セプタム電磁石、加速器および粒子線治療システムに関し、特に、加速器からイオンビームを取り出すための電磁石に関する。

【背景技術】

【0002】

粒子線を患部に照射する粒子線治療が広く行われている。一般に、粒子線治療では加速器を備える粒子線治療システムが用いられる。加速器には、炭素イオンやヘリウムイオン、陽子等のイオンが注入され、治療に必要なエネルギーを有するようになるまでイオンが加速される。加速器によって加速されたイオンによるビーム（イオンビーム）は、患部に向けて照射される。粒子線治療システムでは、患部の位置や形状に合わせてイオンビームのエネルギーや空間的な広がりが調整される。

【0003】

加速器には、イオンビームを取り出すためのセプタム電磁石が用いられている。セプタム電磁石は、セプタムコイルおよびリターンコイルを備えている。セプタムコイルおよびリターンコイルは、加速器内から加速器外へとイオンビームが取り出されるビーム取り出し軌道に沿って延び、ビーム取り出し軌道を挟んでいる。

【0004】

加速器内を周回するイオンビームは、ビーム取り出しの段階でビーム取り出し軌道に導かれる。セプタムコイルおよびリターンコイルは、周回磁場とは逆方向の磁場であるセプタム磁場を発生する。イオンビームは、セプタム磁場によって加速器外側へと偏向され加速器から取り出される。取り出されたイオンビームは、所定の位置まで輸送され、実験、ＲＩ製造（Radio Isotope）、粒子線治療等に用いられる。

【0005】

以下の特許文献１および非特許文献１にはセプタム電磁石が記載されている。また、特許文献２および３には、本願発明に関連する技術として、イオンビームを偏向させるコイルが記載されている。特許文献４には、本願発明に関連する技術として、加速器が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】国際公開第２０１３／１２１５０３号

【特許文献2】国際公開第２０１５／０４５０１７号

【特許文献3】特開２０１３－２０６６３５号公報

【特許文献4】特開２０２０－２０２０１５号公報

【非特許文献】

【0007】

【非特許文献1】杉田圭、エクバート・フィッシャー、「コサインシータ型セプタム電磁石とその超電導応用について」、Proceedings of the 13th Annual Meeting of Particle Accelerator Sciety of Japan August 8-10,2016,Chiba,Japan.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

近年では、比較的小さい建造物内に粒子線治療システムを設置する必要性が高まっており、粒子線治療システムに用いられる装置を単純化および小型化することが望まれている。

【0009】

セプタム電磁石を小型化する設計として、セプタムコイルに流れる電流を大きくして、セプタム電磁石を短くすることが考えられる。しかし、セプタムコイルに流れる電流を大きくするには発熱等を抑制するため、セプタムコイルを構成する導線の断面を広くする必要が生じることがある。一方で、セプタムコイルを構成する導線の断面が広くなると、セプタムコイルがイオンビームの進行を妨げてしまうことがある。

【0010】

本発明の目的は、セプタム電磁石を小型化することである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明は、ビーム取り出し軌道に沿って延びるセプタムコイルと、前記セプタムコイルに並設され、前記ビーム取り出し軌道に沿って延びる追加セプタムコイルと、を備え、前記追加セプタムコイルは、前記ビーム取り出し軌道に沿って延びる複数の追加セプタム導体であって、周回軌道側に膨らむ弧を描くように配列された複数の追加セプタム導体を備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、セプタム電磁石が小型化される。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】第１実施形態に係る加速器を示す図である。

【図2】第１実施形態に係るセプタム電磁石を示す図である。

【図3】追加セプタムコイルおよび追加リターンコイルを示す図である。

【図4】各コイル導体の断面構造を示す図である。

【図5】第２実施形態に係るセプタム電磁石を示す図である。

【図6】追加セプタムコイルおよび追加リターンコイルを示す図である。

【図7】第１実施形態に係るセプタム電磁石と、第２実施形態に係るセプタム電磁石とを縦続配置したセプタム電磁石を示す図である。

【図8】第３実施形態に係るセプタム電磁石を示す図である。

【図9】第４実施形態に係るセプタム電磁石を示す図である。

【図10】第５実施形態に係るセプタム電磁石を示す図である。

【図11】セプタム電磁石の内部の磁場分布の計算結果を示す図である。

【図12】第６実施形態に係るセプタム電磁石を示す図である。

【図13】第７実施形態に係る加速器を示す図である。

【図14】第８実施形態に係る粒子線治療システムを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

各図を参照して本発明の各実施形態が説明される。複数の図面に示された同一の構成要素については同一の符号を付してその説明が簡略化されている。本明細書における「上」、「下」、「左」、「右」等の用語は図面における方向を示す。これらの方向を示す用語は説明の便宜上のものであり、各構成要素を配置する際の姿勢を限定するものではない。

【0015】

図１には、本発明の第１実施形態に係る加速器１００の構成が模式的に示されている。加速器１００はシンクロトロンと称されるものである。加速器１００は、イオン源１０、入射装置１２、偏向電磁石１４－１～１４－４、真空ダクト１６－１～１６－４、加速空洞１８、四極電磁石２０およびセプタム電磁石３０を備えている。

【0016】

真空ダクト１６－１、偏向電磁石１４－１、真空ダクト１６－２、偏向電磁石１４－２、真空ダクト１６－３、偏向電磁石１４－３、加速空洞１８、真空ダクト１６－４および偏向電磁石１４－４は、この順序で環状に配置されイオンビームの周回経路が形成されている。イオン源１０は、イオンを入射装置１２に供給し、入射装置１２はイオンを真空ダクト１６－１に入射する。各偏向電磁石１４－１～１４－４はイオンビームを左方向に９０°偏向させ、イオンビームは各真空ダクト１６－１～１６－４内を直進する。

【0017】

イオンは、加速空洞１８で高周波電場によって加速されながら周回経路を周回する。加速空洞１８では、イオンが周回する周期に合わせて高周波電場の周波数が制御されている。各真空ダクト１６－１～１６－４に設けられた四極電磁石２０は、イオンビームの空間的な広がりを調整する。

【0018】

イオンビームが加速され、イオンビームのエネルギーが所定のエネルギーに達したときに、イオンビームはセプタム電磁石３０によってビーム取り出し軌道に沿って外側に偏向され、加速器１００から取り出される。

【0019】

図２には、セプタム電磁石３０をＡＡ線で切断した場合に現れる断面が示されている。図２では、周回軌道から離れる方向を正方向としてｘ軸が定義されている。ｘ軸はビーム取り出し軌道に対して垂直である。以下の説明では、セプタム電磁石３０の内部から見てｘ軸負方向側は周回軌道側と称され、ｘ軸正方向側（周回軌道側とは反対側）はビーム取り出し側と称される。セプタム電磁石３０は、セプタムコイル３２、リターンコイル４０、追加セプタムコイル３６および追加リターンコイル４４を備えている。

【0020】

セプタムコイル３２は、上下方向に配列された複数のセプタム導体３４を備えている。各セプタム導体３４は、図２の描画面に向かう方向に進むに従ってビーム取り出し側に反れるビーム取り出し軌道に沿って延びている。リターンコイル４０は、セプタムコイル３２との間にビーム取り出し軌道を挟む位置に配置されている。リターンコイル４０は、上下方向に配列された複数のリターン導体４２を備えている。各リターン導体４２はビーム取り出し軌道に沿って延びている。

【0021】

以下に示される例では、セプタムコイル３２およびリターンコイル４０は、それぞれ、Ｎ本のセプタム導体３４およびＮ本のリターン導体４２によって構成されている。また、各セプタム導体３４および各リターン導体４２の手前側の一端は入射側端と称され、奥側の一端は出射側端と称される。Ｎ本のセプタム導体３４およびＮ本のリターン導体４２は、例えば、次のような構造を有してよい。

【0022】

最も下側のセプタム導体３４の出射側端は電流が流入する一端となる。最も下側のセプタム導体３４の入射側端は、最も下側のリターン導体４２の入射側端に接続されている。最も下側のリターン導体４２の出射側端は、下から２番目のセプタム導体３４の出射側端に接続されている。下から２番目のセプタム導体３４の入射側端は、下から２番目のリターン導体４２の入射側端に接続されている。・・・・・・下からＮ－１番目のリターン導体４２の出射側端は、下からＮ番目（最も上側）のセプタム導体３４の出射側端に接続されている。最も上側のセプタム導体３４の入射側端は、最も上側のリターン導体４２の入射側端に接続されている。最も上側のリターン導体４２の出射側端は、電流が流出する一端となる。

【0023】

このように、下からｉ番目のセプタム導体３４の入射側端は下からｉ番目のリターン導体４２の入射側端に接続され、下からｉ番目のリターン導体４２の出射側端は、下からｉ＋１番目のセプタム導体３４の出射側端に接続されている。ただし、ｉは１～Ｎ－１のうちのいずれかの整数である。

【0024】

このような構成によれば、最も下側のセプタム導体３４の出射側端に流入した電流は、最も下側のセプタム導体３４、最も下側のリターン導体４２、下から２番目のセプタム導体３４、下から２番目のリターン導体４２、下から３番目のセプタム導体３４・・・・・・の順に各導体を流れ、最も上側のリターン導体４２の出射側端から流出する。各セプタム導体３４には出射側端から入射側端に向かう電流が流れ、各リターン導体４２には入射側端から出射側端に向かう電流が流れる。

【0025】

なお、複数のセプタム導体３４と、複数のリターン導体４２とが接続される構造は、上記の構造に限られない。複数のセプタム導体３４と複数のリターン導体４２は、各セプタム導体３４に出射側端から入射側端に向かう電流が流れ、各リターン導体４２に入射側端から出射側端に向かう電流が流れるように接続される。例えば、上からｉ番目のセプタム導体３４の入射側端が上からｉ番目のリターン導体４２の入射側端に接続され、上からｉ番目のリターン導体４２の出射側端が上からｉ＋１番目のセプタム導体３４に出射側端に接続されてもよい。

【0026】

追加セプタムコイル３６は、セプタムコイル３２よりもビーム取り出し側に配置され、複数の追加セプタム導体３８を備えている。複数の追加セプタム導体３８は、周回軌道側に膨らむ弧を描くように、上下方向に配列されている。

【0027】

追加リターンコイル４４は、リターンコイル４０よりも周回軌道側に配置され、複数の追加リターン導体４６を備えている。複数の追加リターン導体４６は、ビーム取り出し側に膨らむ弧を描くように、上下方向に配列されている。すなわち、複数の追加セプタム導体３８および複数の追加リターン導体４６は、取り出しビーム軌道を筒状に囲んでいる。複数の追加セプタム導体３８と、複数の追加リターン導体４６のそれぞれは、ビーム取り出し軌道に垂直な断面で円弧状に配置されてよい。

【0028】

以下に示される例では、追加セプタムコイル３６および追加リターンコイル４４は、それぞれ、Ｍ本の追加セプタム導体３８およびＭ本の追加リターン導体４６によって構成されている。Ｍ本の追加セプタム導体３８およびＭ本の追加リターン導体４６は、例えば、次のような構造を有してよい。

【0029】

最も下側の追加セプタム導体３８の出射側端は電流が流入する一端となる。セプタムコイル３２と同様、下からｊ番目の追加セプタム導体３８の入射側端は下からｊ番目の追加リターン導体４６の入射側端に接続され、下からｊ番目の追加リターン導体４６の出射側端は下からｊ＋１番目の追加セプタム導体３８の出射側端に接続される。最も上側の追加リターン導体４６の出射側端は電流が流出する一端となる。ただし、ｊは１～Ｍ－１のうちのいずれかの整数である。

【0030】

このような構成によれば、最も下側の追加セプタム導体３８の出射側端に流入した電流は、最も下側の追加セプタム導体３８、最も下側の追加リターン導体４６、下から２番目の追加セプタム導体３８、下から２番目の追加リターン導体４６、下から３番目の追加セプタム導体３８・・・・・・の順に各導体を流れ、最も上側の追加リターン導体４６の出射側端から流出する。各追加セプタム導体３８には出射側端から入射側端に向かう電流が流れ、各追加リターン導体４６には入射側端から出射側端に向かう電流が流れる。

【0031】

なお、複数の追加セプタム導体３８と、複数の追加リターン導体４６とが接続される構造は、上記の構造に限られない。複数の追加セプタム導体３８と複数の追加リターン導体４６は、各追加セプタム導体３８に出射側端から入射側端に向かう電流が流れ、各追加リターン導体４６に入射側端から出射側端に向かう電流が流れるように接続される。例えば、上からｊ番目の追加セプタム導体３８の入射側端は上からｊ番目の追加リターン導体４６の入射側端に接続され、上からｊ番目の追加リターン導体４６の出射側端は上からｊ＋１番目の追加セプタム導体３８の出射側端に接続されてもよい。

【0032】

複数の追加セプタム導体３８および複数の追加リターン導体４６に囲まれるセプタム磁場領域６には、イオンビームをビーム取り出し側へ偏向させるためのセプタム磁場が生じる。

【0033】

図３には、追加セプタムコイル３６および追加リターンコイル４４がセプタム電磁石３０から抜き出して描かれている。図３では、セプタム磁場領域６内に定められた基準点Ｏから見た仰俯角θおよびφが定義されている。基準点Ｏはセプタム磁場領域６の重心であってよい。仰俯角θはｘ軸正方向に対して反時計回りを正とした仰俯角であり、仰俯角φはｘ軸負方向に対して時計回りを正とした仰俯角である。

【0034】

複数の追加リターン導体４６は、Ｑを定数として、電流の空間分布がＱ・ｃｏｓθに一致または近似するように配置されている。すなわち、複数の追加リターン導体４６はコサイン巻のコイルを形成する。複数の追加リターン導体４６は、ビーム取り出し側が密になり、上側および下側が疎になるように配置されている。

【0035】

複数の追加セプタム導体３８は、電流の空間分布がＱ・ｃｏｓφに一致または近似するように配置されている。すなわち、複数の追加セプタム導体３８はコサイン巻のコイルを形成する。ただし、本実施形態では、複数の追加セプタム導体３８のうち、周回軌道寄りの追加セプタム導体３８が、セプタムコイル３２よりも周回軌道側に配置されている。図３には、周回軌道寄りの追加セプタム導体３８が、仮に、セプタムコイル３２よりも周回軌道側に配置されない場合のこれらの導体が二点鎖線によって示されている。

【0036】

図３に示されている例では、２つの追加セプタム導体３８が、セプタムコイル３２よりも周回軌道側に配置されている。さらに、セプタムコイル３２よりも周回軌道側に配置された２本の追加セプタム導体３８は軌道面４８の上下に配置され、軌道面４８が避けられている。ここで、軌道面４８は、イオンビームが周回軌道を描く仮想上の平面である。

【0037】

このように、複数の追加セプタム導体３８は、セプタムコイル３２よりも周回軌道側に配置されているものを除いて見た場合に、周回軌道側が密になり、上側および下側が疎になるように配置されている。複数の追加セプタム導体３８は、セプタムコイル３２よりも周回軌道側に配置されているものを併せて見た場合にも、周回軌道側が密になり、上側および下側が疎になるように配置されてもよい。

【0038】

図４には、セプタム導体３４、追加セプタム導体３８、リターン導体４２および追加リターン導体４６の断面構造の例が示されている。これらのコイル導体は、冷媒配管２６、導体２２および絶縁体２４を備えている。冷媒配管２６は筒状に形成されている。導体２２は筒状に形成されており冷媒配管２６の周囲を覆っている。導体２２の周囲は絶縁体２４によって被覆されている。冷媒配管２６には水等の冷媒２８が流通し、冷媒２８が導体２２から熱を奪う。これによって導体２２が冷却される。

【0039】

図２に戻ってセプタム電磁石３０の動作が説明される。図２には、周回軌道上のイオンビーム１と、ビーム取り出し軌道上のイオンビーム２が示されている。セプタムコイル３２、追加セプタムコイル３６、リターンコイル４０および追加リターンコイル４４に電流が流れることで、セプタム磁場領域６には上方向のセプタム磁場が発生する。周回軌道を周回し所定のエネルギーを有するに至ったイオンは、イオンビーム取り出し用の電磁石（図示せず）が発生する磁場に従ってベータトロン振動し、セプタム電磁石３０に入射する。セプタム電磁石３０に入射したイオンは、セプタム磁場によって周回軌道の外側に偏向し、イオン取り出し軌道に沿って進行してセプタム電磁石３０から外側に取り出される。

【0040】

本実施形態に係るセプタム電磁石３０では、セプタムコイル３２およびリターンコイル４０に加えて、追加セプタムコイル３６および追加リターンコイル４４が設けられている。追加セプタムコイル３６および追加リターンコイル４４は、セプタムコイル３２およびリターンコイル４０に比べて、ｘ軸方向分布がより一様な磁場を発生する。すなわち、ｘ軸方向に沿って見たときに、追加セプタムコイル３６および追加リターンコイル４４が発生する磁場は、セプタムコイル３２およびリターンコイル４０が発生する磁場に比べて実効的な磁束密度が大きい。これによって、セプタムコイル３２およびリターンコイル４０のみが用いられる場合に比べて、一定距離当たりのイオンビームの偏向角が大きくなり、セプタム電磁石３０が短くなる。

【0041】

また、本実施形態に係るセプタム電磁石３０では、セプタムコイル３２およびリターンコイル４０と、追加セプタムコイル３６および追加リターンコイル４４とが併用されている。セプタムコイル３２およびリターンコイル４０は、コサイン巻の追加セプタムコイル３６および追加リターンコイル４４に比べて構造が簡単である。したがって、本実施形態に係るセプタム電磁石３０によれば、総てのコイルをコサイン巻のコイルとした場合に比べて構造が単純化される。すなわち、構造が過度に複雑になることを回避しつつ、一定距離当たりのイオンビームの偏向角が大きくなる。

【0042】

さらに、本実施形態に係るセプタム電磁石３０では、セプタムコイル３２よりも周回軌道側に配置された２本の追加セプタム導体３８は軌道面４８の上下に配置され、軌道面４８が避けられた位置に配置されている。これによって、追加セプタムコイル３６に流れる電流の分布が理想的な分布に一致または近似した状態で、周回軌道の径方向への追加セプタムコイル３６の厚みが薄くなり得る。したがって、周回軌道を外れてセプタム電磁石３０に入射する前のイオンが、追加セプタムコイル３６に衝突する可能性が低くなる。また、軌道面４８上に追加セプタム導体３８が設けられた場合に比べて、一定時間当たりに加速器１００から取り出せるイオンビームの数が増加する。

【0043】

ここでは、セプタムコイル３２よりも周回軌道側に配置された追加セプタム導体３８が、軌道面４８を避けて配置される実施形態が示された。周回軌道上のイオンビーム１と、取り出し軌道上のイオンビーム２との間の距離が大きい場合には、セプタムコイル３２よりも周回軌道側に配置された追加セプタム導体３８は、軌道面４８を避けずに配置されてもよい。

【0044】

図５には、本発明の第２実施形態に係るセプタム電磁石６０の断面が示されている。セプタム電磁石６０は、セプタムコイル３２、リターンコイル４０、追加セプタムコイル５０および追加リターンコイル５４を備えている。

【0045】

追加セプタムコイル５０は、複数の追加セプタム導体５２を備えている。複数の追加セプタム導体５２のうち周回軌道寄りの一部は、セプタムコイル３２よりも周回軌道側に配置されている。追加セプタム導体５２は、周回軌道側に膨らむ弧を描くように、上下方向に配列されている。追加リターンコイル５４は、複数の追加リターン導体５６を備えている。複数の追加リターン導体５６は、リターンコイル４０よりも周回軌道側に配置されている。追加リターン導体５６は、ビーム取り出し側に膨らむ弧を描くように、上下方向に配列されている。複数の追加セプタム導体５２および複数の追加リターン導体５６は、取り出しビーム軌道を筒状に囲んでいる。複数の追加セプタム導体５２と、複数の追加リターン導体５６のそれぞれは、ビーム取り出し軌道に垂直な断面で円弧状に配置されてよい。

【0046】

複数の追加セプタム導体５２および複数の追加リターン導体５６は、次の４つの導体グループに分けられる。第１の導体グループは、仰俯角φが－４５°以上４５°未満である追加セプタム導体５２による左側導体グループである。第２の導体グループは、仰俯角φが４５°以上９０°未満である追加セプタム導体５２と、仰俯角θが４５°以上９０°未満である追加リターン導体５６による上側導体グループである。第３の導体グループは、仰俯角θが－４５°以上４５°未満である追加リターン導体５６による右側導体グループである。第４の導体グループは、仰俯角φが－９０°以上－４５°未満である追加セプタム導体５２と、仰俯角θが－９０°以上－４５°未満である追加リターン導体５６による下側導体グループである。

【0047】

左側導体グループに流れる電流の方向と、右側導体グループに流れる電流の方向は同一方向である。また、上側導体グループに流れる電流の方向と、下側導体グループに流れる電流の方向は同一方向である。そして、左側導体グループおよび右側導体グループに流れる電流の方向と、上側導体グループおよび下側導体グループに流れる電流の方向は逆方向である。

【0048】

複数の追加セプタム導体５２のそれぞれと、複数の追加リターン導体５６のそれぞれは、各導体に流れる電流の方向につき上記の関係が得られるように接続されている。また、複数の追加セプタム導体５２のそれぞれの入射側端および出射側端のうちいずれかが、電流が流入または流出する一端であってよい。そして、複数の追加リターン導体５６のそれぞれの入射側端および出射側端のうちいずれかが、電流が流出または流入する一端であってよい。

【0049】

図６には、追加セプタムコイル５０および追加リターンコイル５４がセプタム電磁石６０から抜き出して描かれている。複数の追加リターン導体５６は、電流の空間分布がＰ・ｃｏｓ２θに一致または近似するように配置されている。ここでＰは定数であってもよいし、時間に関する変数であってもよい。すなわち、複数の追加リターン導体５６は２倍角コサイン巻のコイルを形成する。複数の追加リターン導体５６は、ビーム取り出し側が密になり、ビーム取り出し側斜め上およびビーム取り出し側斜め下が疎になるように配置されている。

【0050】

複数の追加セプタム導体５２は、電流の空間分布がＰ・ｃｏｓ２φに一致または近似するように配置されている。すなわち、複数の追加セプタム導体５２は２倍角コサイン巻のコイルを形成する。ただし、本実施形態では、複数の追加セプタム導体５２のうち、周回軌道寄りの追加セプタム導体５２が、セプタムコイル３２よりも周回軌道側に配置されている。図６に示されている例では、２つの追加セプタム導体５２が、セプタムコイル３２よりも周回軌道側に配置されている。さらに、セプタムコイル３２よりも周回軌道側に配置された２本の追加セプタム導体５２は軌道面４８の上下に配置され、軌道面４８が避けられた位置に配置されている。

【0051】

このように、複数の追加セプタム導体５２は、セプタムコイル３２よりも周回軌道側に配置されているものを除いて見た場合に、周回軌道側が密になり、周回軌道側斜め上および周回軌道側斜め下が疎になるように配置されている。複数の追加セプタム導体５２は、セプタムコイル３２よりも周回軌道側に配置されているものを併せて見た場合にも、周回軌道側が密になり、周回軌道側斜め上および周回軌道側斜め下が疎になるように配置されてもよい。

【0052】

図５に戻ってセプタム電磁石６０の動作が説明される。セプタムコイル３２およびリターンコイル４０に電流が流れることで、セプタム磁場領域６には上方向のセプタム磁場が発生する。周回軌道を周回し所定のエネルギーを有するに至ったイオンは、イオンビーム取り出し用の電磁石が発生する磁場に従ってベータトロン振動し、セプタム電磁石６０に入射する。セプタム電磁石６０に入射したイオンは、セプタム磁場によって周回軌道の外側に偏向し、イオン取り出し軌道に沿って進行してセプタム電磁石６０から外側に取り出される。

【0053】

本実施形態に係るセプタム電磁石６０では、セプタムコイル３２およびリターンコイル４０に加えて、追加セプタムコイル５０および追加リターンコイル５４が設けられている。追加セプタムコイル５０および追加リターンコイル５４は、四極電磁石と同様、イオンビームの広がりを調整する磁場を発生する。本実施形態では、２倍角コサイン巻の追加セプタムコイル５０および追加リターンコイル５４が設けられているため、加速器から取り出されたイオンビームに対して用いられる四極電磁石の数が削減され得る。

【0054】

また、本実施形態に係るセプタム電磁石６０では、セプタムコイル３２よりも周回軌道側に配置された２本の追加セプタム導体５２は軌道面４８の上下に配置され、軌道面４８が避けられた位置に配置されている。これによって、追加セプタムコイル５０に流れる電流の分布が理想的な分布に一致または近似した状態で、周回軌道の径方向への追加セプタムコイル５０の厚みが薄くなり得る。したがって、周回軌道を外れてセプタム電磁石６０に入射する前のイオンが、追加セプタムコイル５０に衝突する可能性が低くなる。また、軌道面４８上に追加セプタム導体５２が設けられた場合に比べて、一定時間当たりに加速器から取り出せるイオンビームの数が増加する。

【0055】

ここでは、セプタムコイル３２よりも周回軌道側に配置された追加セプタム導体５２が、軌道面４８を避けて配置された実施形態が示された。周回軌道上のイオンビーム１と、取り出し軌道上のイオンビーム２との間の距離が大きい場合には、セプタムコイル３２よりも周回軌道側に配置された追加セプタム導体５２は、軌道面４８を避けずに配置されてもよい。

【0056】

図７に示されているように、第１実施形態に係るセプタム電磁石３０と、第２実施形態に係るセプタム電磁石６０とが縦続配置されたセプタム電磁石２００が構成されてもよい。すなわち、セプタム電磁石３０から出射するイオンビームがセプタム電磁石６０に入射するように、セプタム電磁石３０および６０が配置されてよい。

【0057】

この場合、セプタムコイル３２およびリターンコイル４０は、セプタム電磁石３０およびセプタム電磁石６０に対して共通に設けられてもよい。すなわち、セプタムコイル３２およびリターンコイル４０は、セプタム電磁石３０からセプタム電磁石６０にまで及ぶように配置されてもよい。また、セプタム電磁石３０およびセプタム電磁石６０のそれぞれに対して個別に、セプタムコイル３２およびリターンコイル４０が設けられてもよい。

【0058】

図７に示されているセプタム電磁石３０における複数の追加セプタム導体３８は、セプタムコイル３２よりも周回軌道側に配置されている追加セプタム導体３８を除いて見た場合に、周回軌道側が密になるように配置されている第１導体群を形成する。また、セプタム電磁石６０における複数の追加セプタム導体５２は、セプタムコイル３２よりも周回軌道側に配置されている追加セプタム導体５２を除いて見た場合に、周回軌道側が密になるように配置され、かつ、周回軌道側斜め上および周回軌道側斜め下が疎になるように配置されている第２導体群を形成する。これら第１導体群および第２導体群は、ビーム取り出し軌道に沿って縦続配置されている。

【0059】

図８には、本発明の第３実施形態に係るセプタム電磁石６２が示されている。セプタム電磁石６２は、セプタムコイル３２およびリターンコイル４０に、コサイン巻の追加セプタムコイル３６および追加リターンコイル４４と、２倍角コサイン巻の追加セプタムコイル５０および追加リターンコイル５４を並設したものである。

【0060】

セプタムコイル３２よりもビーム取り出し側には、２倍角コサイン巻の追加セプタムコイル５０が隣接して配置されている。ただし、追加セプタムコイル５０を構成する追加セプタム導体５２のうち、周回軌道寄りの一部は、セプタムコイル３２の周回軌道側の配置されている。２倍角コサイン巻の追加セプタムコイル５０よりもビーム取り出し側には、コサイン巻の追加セプタムコイル３６が隣接して配置されている。図８では、２倍角コサイン巻の追加セプタムコイル５０が、セプタムコイル３２を描く実線よりも太い実線で描かれている。また、コサイン巻の追加セプタムコイル３６が破線で描かれている。

【0061】

コサイン巻の追加セプタムコイル３６を構成する複数の追加セプタム導体３８のうち、周回軌道側の２つの追加セプタム導体３８は、セプタムコイル３２よりも周回軌道側において軌道面４８の上下に配置され、軌道面４８が避けられた位置に配置されている。さらに、２倍角コサイン巻の追加セプタムコイル５０を構成する複数の追加セプタム導体５２のうち、周回軌道側の２つの追加セプタム導体５２は、セプタムコイル３２よりも周回軌道側において軌道面４８の上下に配置され、軌道面４８が避けられた位置に配置されている。セプタムコイル３２よりも周回軌道側では、追加セプタムコイル５０に属する２本の追加セプタム導体５２は、追加セプタムコイル３６に属する２本の追加セプタム導体３８の上下に位置している。

【0062】

リターンコイル４０よりも周回軌道側には、２倍角コサイン巻の追加リターンコイル５４が隣接して配置され、２倍角コサイン巻の追加リターンコイル５４よりも周回軌道側には、コサイン巻の追加リターンコイル４４が隣接して配置されている。図６では、２倍角コサイン巻の追加リターンコイル５４が、リターンコイル４０を描く実線よりも太い実線で描かれている。また、コサイン巻の追加リターンコイル４４が破線で描かれている。

【0063】

このように、本実施形態における複数の追加セプタム導体３８は、セプタムコイル３２よりも周回軌道側に配置されている追加セプタム導体３８を除いて見た場合に、周回軌道側が密になるように配置されている第１導体群を形成する。また、複数の追加セプタム導体５２は、セプタムコイル３２よりも周回軌道側に配置されている追加セプタム導体５２を除いて見た場合に、周回軌道側が密になるように配置され、かつ、周回軌道側斜め上および周回軌道側斜め下が疎になるように配置されている第２導体群を形成する。これら第１導体群および第２導体群は、ビーム取り出し軌道に沿って並設されている。

【0064】

このような構成によれば、セプタムコイル３２およびリターンコイル４０のみが用いられる場合に比べて、一定距離当たりのイオンビームの偏向角が大きくなり、セプタム電磁石６２が短くなる。また、総てのコイルをコサイン巻とした場合に比べて構造が単純化される。すなわち、構造が過度に複雑になることを回避しつつ、イオンビームを偏向する効果が高められる。さらに、周回軌道を外れてセプタム電磁石６２に入射する前のイオンが、コサイン巻の追加セプタムコイル３６および２倍角コサイン巻の追加セプタムコイル５０に衝突する可能性が低くなる。これによって、軌道面４８上に各追加セプタム導体が設けられた場合に比べて、一定時間当たりに加速器から取り出せるイオンビームの数が増加する。

【0065】

ここでは、２倍角コサイン巻の追加セプタムコイル５０および追加リターンコイル５４の内側に、コサイン巻の追加セプタムコイル３６および追加リターンコイル４４が設けられた実施形態が示された。このような構成の他、２倍角コサイン巻の追加セプタムコイル５０および追加リターンコイル５４の外側に、コサイン巻の追加セプタムコイル３６および追加リターンコイル４４が設けられてもよい。

【0066】

図９には、本発明の第４実施形態に係るセプタム電磁石６４が示されている。セプタム電磁石６４は、図２に示された第１実施形態に係るセプタム電磁石３０に、補正コイル７２が追加されたものである。補正コイル７２は、ビーム取り出し軌道に沿って延びる一対または複数対の補正コイル導体７４によって構成されている。対をなす２本の補正コイル導体７４は、セプタムコイル３２よりも周回軌道側に軌道面４８を挟んで上下に配置されている。図９には、２対の補正コイル導体７４が配置された例が示されている。右側の一対の補正コイル導体７４は、左側の一対の補正コイル導体７４に比べて、上下の配置間隔が広い。

【0067】

対をなす２本の補正コイル導体７４には、互いに逆方向の電流が流される。これによって、ｘ軸正方向またはｘ軸負方向の補正磁場が生じる。セプタムコイル３２、リターンコイル４０、追加セプタムコイル３６および追加リターンコイル４４は、セプタム磁場を発生すると共に、周回軌道側に漏れるｘ軸方向の磁場を発生する。この漏れ磁場によって、加速中のイオンビームの軌道が所望の軌道からずれてしまうことがある。本実施形態によれば、補正コイル７２から発せられる補正磁場によって漏れ磁場が抑制され、加速中のイオンビームの軌道が、理想的な軌道に近付けられ、または一致させられる。

【0068】

補正コイル７２は、第２実施形態に係るセプタム電磁石６０および第３実施形態に係るセプタム電磁石６２に追加されてもよい。

【0069】

図１０には、第５実施形態に係るセプタム電磁石６６が示されている。このセプタム電磁石６６は、セプタムコイル３２の周回軌道側に、追加セプタムコイル５１を構成する複数の追加セプタム導体５２を配置し、リターンコイル４０のビーム取り出し側に、追加リターンコイル５５を構成する複数の追加リターン導体５６を配置したものである。セプタムコイル３２のビーム取り出し側およびリターンコイル４０の周回軌道側は、セプタム磁場領域６に面している。

【0070】

さらに、ｘ軸の上側の追加セプタム導体５２およびｘ軸の下側の追加セプタム導体５２は、軌道面４８で接触してよい。同様に、ｘ軸の上側の追加リターン導体５６およびｘ軸の下側の追加リターン導体５６は、軌道面４８で接触してよい。

【0071】

複数の追加セプタム導体５２および複数の追加リターン導体５６は、次の４つの導体グループに分けられる。第１の導体グループは、仰俯角φが－４５°以上４５°未満である追加セプタム導体５２による左側導体グループである。第２の導体グループは、仰俯角φが４５°以上９０°未満である追加セプタム導体５２と、仰俯角θが４５°以上９０°未満である追加リターン導体５６による上側導体グループである。第３の導体グループは、仰俯角θが－４５°以上４５°未満である追加リターン導体５６による右側導体グループである。第４の導体グループは、仰俯角φが－９０°以上－４５°未満である追加セプタム導体５２と、仰俯角θが－９０°以上－４５°未満である追加リターン導体５６による下側導体グループである。

【0072】

左側導体グループに流れる電流の方向と、右側導体グループに流れる電流の方向は同一方向である。また、上側導体グループに流れる電流の方向と、下側導体グループに流れる電流の方向は同一方向である。そして、左側導体グループおよび右側導体グループに流れる電流の方向と、上側導体グループおよび下側導体グループに流れる電流の方向は逆方向である。

【0073】

複数の追加セプタム導体５２のそれぞれと、複数の追加リターン導体５６のそれぞれは、各導体に流れる電流の方向につき上記の関係が得られるように接続されている。また、複数の追加セプタム導体５２のそれぞれの入射側端および出射側端のうちいずれかが、電流が流入または流出する一端であってよい。そして、複数の追加リターン導体５６のそれぞれの入射側端および出射側端のうちいずれかが、電流が流出または流入する一端であってよい。

【0074】

複数の追加リターン導体５６は、ビーム取り出し側が密になり、ビーム取り出し側斜め上およびビーム取り出し側斜め下が疎になるように配置されている。複数の追加リターン導体５６は、電流の空間分布がＰ・ｃｏｓ２θに一致または近似するように配置されてもよい。すなわち、複数の追加リターン導体５６は２倍角コサイン巻のコイルを形成してもよい。

【0075】

複数の追加セプタム導体５２は、周回軌道側が密になり、周回軌道側斜め上および周回軌道側斜め下が疎になるように配置されている。複数の追加セプタム導体５２は、電流の空間分布がＰ・ｃｏｓ２φに一致または近似するように配置されてもよい。すなわち、複数の追加セプタム導体５２は２倍角コサイン巻のコイルを形成してもよい。

【0076】

本実施形態に係るセプタム電磁石６６は、上記の各実施形態に係るセプタム電磁石３０、６０、６２および６４に比べて、周回軌道上のイオンビーム１と、取り出し軌道上のイオンビーム２との間の距離が大きい場合に用いられてよい。本実施形態に係るセプタム電磁石６６における複数の追加リターン導体５６の配置、複数の追加セプタム導体５２の配置、および各導体に流れる電流の方向によれば、追加セプタムコイル５１および追加リターンコイル５５は四極電磁石として作用する。そのため、加速器から取り出されたイオンビームに対して用いられる四極電磁石の数が削減され得る。

【0077】

図１１には、セプタム電磁石６６の内部における磁場分布の計算結果が示されている。横軸はｘ軸上の位置を示し、縦軸は磁場強度を示す。理想分布４００は理想的な磁場分布であり、計算分布４０２は、シミュレーションで得られた磁場分布である。図１１に示されている例では、理想分布に対する磁場分布のずれは４％である。理想分布に対する磁場分布のずれは１％未満であることが好ましい。すなわち、理想分布に対する磁場分布のずれを１％未満とすることで、イオンビームを収束させる十分な性能が得られる。

【0078】

上記の第１～第４実施形態についても、理想分布に対する磁場分布のずれが１％未満となるように、セプタムコイル、リターンコイル、追加セプタムコイルおよび追加リターンコイルを構成する各導体を配置することで、同様の効果が得られる。

【0079】

ここでは、第５実施形態として、セプタムコイル３２の周回軌道側に左側導体グループ（追加セプタム導体５２）が設けられ、リターンコイル４０のビーム取り出し側に右側導体グループ（追加リターン導体５６）が設けられたセプタム電磁石６６が示された。このような構成に代えて、左側導体グループがセプタムコイル３２のビーム取り出し側に設けられ、右側導体グループがリターンコイル４０の周回軌道側に設けられた構成が採用されてもよい。

【0080】

図１２には、第６実施形態に係るセプタム電磁石７０が示されている。このセプタム電磁石７０は、第５実施形態に係るセプタム電磁石６６における追加セプタムコイル５１の構造を変形したものである。すなわち、セプタム電磁石７０では、セプタムコイル３２よりも周回軌道側にある追加セプタム導体５２が、軌道面４８の上下に配置され、軌道面４８が避けられた位置に配置されている。

【0081】

このような構成によれば、追加セプタムコイル５１に流れる電流の分布が理想的な分布に一致または近似した状態で、周回軌道の径方向への追加セプタムコイル５１の厚みが薄くなり得る。したがって、周回軌道を外れてセプタム電磁石７０に入射する前のイオンが、追加セプタムコイル５１に衝突する可能性が低くなる。

【0082】

なお、図８に示されたセプタム電磁石６２と同様、セプタムコイル３２およびリターンコイル４０に、追加セプタムコイル３６および追加リターンコイル４４と、第５実施形態における追加セプタムコイル５１および追加リターンコイル５５とが並設されてもよい。同様に、セプタムコイル３２およびリターンコイル４０に、追加セプタムコイル３６および追加リターンコイル４４と、第６実施形態における追加セプタムコイル５１および追加リターンコイル５５とが並設されてもよい。

【0083】

図１３には、本発明の第７実施形態に係る加速器１０２が模式的に示されている。加速器１０２はサイクロトロンと称される。図１０には、水平面で切断された加速器１０２の断面が示されている。加速器１０２は、電磁石筐体８０、加速電極対９０およびセプタム電磁石３０を備えている。

【0084】

電磁石筐体８０は、円柱状のビーム偏向磁場領域８２を内部に形成する。電磁石筐体８０は、描画面に向かうｚ軸正方向の磁場をビーム偏向磁場領域８２に発生する。加速電極対９０は、中空の円板状の空洞を切断して得られる２つのＤ電極９０Ａおよび９０Ｂから構成されている。Ｄ電極９０ＡとＤ電極９０Ｂとの間には高周波電場が発生する。

【0085】

Ｄ電極９０ＡとＤ電極９０Ｂとの間におけるイオン注入点８４にはイオンが注入される。イオンはＤ電極９０ＡとＤ電極９０Ｂとの間の高周波電場によって加速し、エネルギーが増加すると共に軌道半径が増加する周回軌道８６を加速電極対９０内に描く。周回軌道８６を周回し所定のエネルギーを有するに至ったイオンは、キッカ（図示せず）が発生する電場に従ってベータトロン振動し、セプタム電磁石３０に入射する。セプタム電磁石３０に入射したイオンは、セプタム磁場によって周回軌道８６の外側に偏向し、イオン取り出し軌道に沿って進行してセプタム電磁石３０から外側に取り出される。

【0086】

上記の各実施形態に係るセプタム電磁石は、その他の方式の加速器に用いられてもよい。例えば、特許文献４に示されているように、ビーム偏向磁場領域の中心から変位した位置にイオンが注入される偏心型の加速器に、上記の各実施形態に係るセプタム電磁石が用いられてもよい。

【0087】

図１４には、本発明の第８実施形態に係る粒子線治療システム１０４が示されている。粒子線治療システム１０４は、加速器１０２、回転ガントリ３０１、照射装置３０２、治療台３０３、治療制御装置３０４および加速器制御装置３０５を備えている。加速器１０２は、図１０に示された構成要素に加えて、電源としてセプタム電源・ローカル制御装置３０６および主電源・ローカル制御装置３０７を備えている。

【0088】

加速器１０２から取り出されたイオンビームは回転ガントリ３０１に入射する。回転ガントリ３０１は、イオンビームを輸送すると共にイオンビームの進行方向を変化させるビーム輸送装置として動作する。イオンビームは、回転ガントリ３０１を通過して照射装置３０２まで輸送される。照射装置３０２は、治療台３０３に横たわる患者３０８の患部標的にイオンビームを照射する。

【0089】

治療制御装置３０４は、加速器制御装置３０５にイオンビームの出射または出射停止を指令するオン／オフ信号を送信する。加速器制御装置３０５は、オン／オフ信号に従ってセプタム電源・ローカル制御装置３０６および主電源・ローカル制御装置３０７を制御する。セプタム電源・ローカル制御装置３０６は、加速器制御装置３０５の制御に従って、セプタム電磁石３０に電流を流し、またはセプタム電磁石３０に流れる電流を遮断する。主電源・ローカル制御装置３０７は、加速器制御装置３０５の制御に従って、加速器１０２の主要部に電流を流し、または主要部に流れる電流を遮断する。なお、加速器１０２の主要部は、セプタム電磁石３０を含まない加速器１０２のその他の構成要素である。

【0090】

治療制御装置３０４は、照射装置３０２が患者３０８に照射したイオンビームの線量を計測すると共に、イオンビームに対して要求されるエネルギー、イオンビームに対して要求される線量等を示す制御情報を計測結果に応じて加速器制御装置３０５に出力する。また、治療制御装置３０４は、照射方向を指示する制御情報を回転ガントリ３０１に出力し、照射領域を指示する制御情報を照射装置３０２に出力する。

【0091】

加速器制御装置３０５は、治療制御装置３０４から出力された制御情報に従ってセプタム電源・ローカル制御装置３０６および主電源・ローカル制御装置３０７に必要な情報を送信する。セプタム電源・ローカル制御装置３０６および主電源・ローカル制御装置３０７は、加速器制御装置３０５から送信された情報に応じて、セプタム電磁石３０および加速器１０２の主要部をそれぞれ個別に制御する。

【0092】

例えば、加速器制御装置３０５およびセプタム電源・ローカル制御装置３０６は、治療制御装置３０４の指示に従う大きさの電流を、治療制御装置３０４の指示に従うタイミングで、セプタム電磁石３０が備える各コイルに電流を流す制御を実行する。治療制御装置３０４の指示に従うタイミングには、例えば、患者３０８にイオンビームを照射するタイミングや、加速器１０２からイオンビームが取り出されるタイミングがある。このように、セプタム電磁石３０の各コイルに流れる電流を、治療制御装置３０４の指示に従ってオン／オフするパルス運転を行うことでセプタム電磁石３０の発熱量が抑制される。したがって、連続的に電流を流す場合に比べて各コイルに実効値の大きい電流を流すことで、一定距離当たりのイオンビームの偏向角をより大きくし、セプタム電磁石３０を短くした設計が可能となる。

【0093】

ここでは、セプタム電磁石３０が用いられた粒子線治療システム１０４が示された。粒子線治療システムには、図５、図７、図８、図９、図１０および図１２にそれぞれ示されたセプタム電磁石６０，２００，６２、６４、６６および７０が用いられてもよい。

【符号の説明】

【0094】

１ 周回軌道上のイオンビーム、２ 取り出し軌道上のイオンビーム、６ セプタム磁場領域、１０ イオン源、１２ 入射装置、１４－１～１４－４ 偏向電磁石、１６－１～１６－４ 真空ダクト、１８ 加速空洞、２０ 四極電磁石、２２ 導体、２４ 絶縁体、２６ 冷媒配管、２８ 冷媒、３０，６０，６２，６４，６６，７０，２００ セプタム電磁石、３２ セプタムコイル、３４ セプタム導体、３６，５０，５１ 追加セプタムコイル、３８，５２ 追加セプタム導体、４０ リターンコイル、４２ リターン導体、４４，５４，５５ 追加リターンコイル、４６，５６ 追加リターン導体、４８ 軌道面、７２ 補正コイル、７４ 補正コイル導体、８０ 電磁石筐体、８２ ビーム偏向磁場領域、８４ イオン注入点、８６ 周回軌道、９０ 加速電極対、９０Ａ，９０Ｂ Ｄ電極、１００，１０２ 加速器、１０４ 粒子線治療システム、３０１ 回転ガントリ、３０２照射装置、３０３ 治療台、３０４ 治療制御装置、３０５ 加速器制御装置、３０６ セプタム電源・ローカル制御装置、３０７ 主電源・ローカル制御装置、４００ 理想分布、４０２ 計算分布。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】