特許 7237877 イオン源装置

(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】

(24)【登録日】2023-03-03

(45)【発行日】2023-03-13

(54)【発明の名称】イオン源装置

(51)【国際特許分類】

   H01J 27/02 20060101AFI20230306BHJP

   H01J 37/08 20060101ALI20230306BHJP

   H01J 27/18 20060101ALI20230306BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20230306BHJP

   H05H 7/08 20060101ALI20230306BHJP

   H05H 3/06 20060101ALI20230306BHJP

【ＦＩ】

H01J27/02

H01J37/08

H01J27/18

H05H1/46 C

H05H7/08

H05H3/06

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020043867

(22)【出願日】2020-03-13

(65)【公開番号】P2021144896

(43)【公開日】2021-09-24

【審査請求日】2022-03-14

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001380

【氏名又は名称】弁理士法人東京国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】佐古 貴行

(72)【発明者】

【氏名】大崎 一哉

(72)【発明者】

【氏名】高山 茂貴

(72)【発明者】

【氏名】松田 晋弥

(72)【発明者】

【氏名】スパダベッキヤ ウルデリコ クラウディオ アントニオ

【審査官】中尾 太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開平０６－２３１７１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１６１４４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００１－５０４９７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０７７８５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０６２０５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２５１７０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０６５０１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１０９１５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１０００５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０５９６９４７０（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｊ ２７／０２

Ｈ０１Ｊ ３７／０８

Ｈ０１Ｊ ２７／１８

Ｈ０５Ｈ １／４６

Ｈ０５Ｈ ７／０８

Ｈ０５Ｈ ３／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高電圧が印加されると共に開口部が形成された第１電極を収容する第1真空容器と、
開口部が形成された第２電極を収容する第２真空容器と、
前記第１電極または前記第１真空容器と前記第２電極または前記第２真空容器との間に配置され、絶縁素材で形成された絶縁部材とを有し、
前記第１電極及び前記第２電極のそれぞれの前記開口部を通してイオンビームを引き出すイオン源装置であって、
前記第１電極及び前記第２電極と前記絶縁部材との間に、前記絶縁部材を内側から覆う保護部材が配置され、この保護部材が、可動機構により前記第１電極に対して移動可能に構成され、
前記保護部材は、前記第１真空容器と前記第２真空容器の少なくとも一方に設置され、
前記保護部材が設置された前記第１真空容器と前記第２真空容器の少なくとも一方に隔離機構を介して、外部に開口可能な第３真空容器が配置され、
前記保護部材は、前記隔離機構の開放時に前記可動機構により、前記絶縁部材の内側空間と前記第３真空容器との間で搬出入可能に構成されたことを特徴とするイオン源装置。

【請求項2】

前記保護部材は、前記第１電極と前記第２電極のそれぞれの前記開口部の中心を結ぶビーム軸の周方向に設けられたことを特徴とする請求項１に記載のイオン源装置。

【請求項3】

前記第１真空容器または前記第２真空容器には、その周囲に磁場発生装置が配置されると共に、ガス導入路が接続され、
前記第１真空容器には、マイクロ波導入路を介してマイクロ波発生装置が接続されて、
電子サイクロトロン共鳴により前記第１真空容器内に生成されたプラズマからイオンビームを発生させるよう構成されたことを特徴とする請求項１または２に記載のイオン源装置。

【請求項4】

前記第２真空容器における前記第１真空容器との反対側にビーム輸送系、加速器が順次接続されて、粒子線治療装置の入射器として用いられるよう構成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のイオン源装置。

【請求項5】

前記第２真空容器における前記第１真空容器との反対側にビーム輸送系、加速器、中性子生成標的が順次接続されて、中性子源として用いられるよう構成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のイオン源装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、生成したプラズマからイオンビームを引き出すイオン源装置に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、イオン源装置は、高電圧側電極と接地側電極の二種類を用意し、電極間に高電圧を印加することでプラズマからイオンビームを静電加速して引き出す。このようなイオン源装置としては、プラズマ室のアノード電極と、内部に引き出し電極を設けたイオン引き出し用のケーシングとを用いる構造がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０００－１７３４８６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述のイオン源装置においては、高電圧印加のために、絶縁素材で構成された絶縁管が両電極間に配置される。ところが、例えば炭素ビームを生成する場合には、イオン源装置の運転により炭素の汚れが絶縁管に付着して絶縁管の耐電圧性能が低下し、このため放電のリスクが増大する。従って、定期的なメンテナンスとして絶縁管表面の汚れの除去、真空運転のためのベーキング、あるいは絶縁管の新品への交換等の作業が必要になる。

【0005】

本発明の実施形態は、上述の事情を考慮してなされたものであり、少なくとも第１電極と第２電極とを電気的に絶縁する絶縁部材の耐電圧性能の低下を防止できるイオン源装置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】

本発明の実施形態におけるイオン源装置は、高電圧が印加されると共に開口部が形成された第１電極を収容する第1真空容器と、開口部が形成された第２電極を収容する第２真空容器と、前記第１電極または前記第１真空容器と前記第２電極または前記第２真空容器との間に配置され、絶縁素材で形成された絶縁部材とを有し、前記第１電極及び前記第２電極のそれぞれの前記開口部を通してイオンビームを引き出すイオン源装置であって、前記第１電極及び前記第２電極と前記絶縁部材との間に、前記絶縁部材を内側から覆う保護部材が配置され、この保護部材が、可動機構により前記第１電極に対して移動可能に構成され、前記保護部材は、前記第１真空容器と前記第２真空容器の少なくとも一方に設置され、前記保護部材が設置された前記第１真空容器と前記第２真空容器の少なくとも一方に隔離機構を介して、外部に開口可能な第３真空容器が配置され、前記保護部材は、前記隔離機構の開放時に前記可動機構により、前記絶縁部材の内側空間と前記第３真空容器との間で搬出入可能に構成されたことを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0007】

本発明の実施形態によれば、少なくとも第１電極と第２電極とを電気的に絶縁する絶縁部材の耐電圧性能の低下を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１実施形態に係るイオン源装置を示す断面図。

【図2】図１の保護部材を示し、（Ａ）が円筒形状の場合を、（Ｂ）が板形状の場合をそれぞれ示す斜視図。

【図3】図１の保護部材が円筒形状である場合を示す部分拡大断面図。

【図4】図３のIV－IV線に沿う断面図。

【図5】図１の保護部材が板形状である場合を示す部分拡大断面図。

【図6】図５のVI－VI線に沿う断面図。

【図7】第２実施形態に係るイオン源装置を示す断面図。

【図8】図７のイオン源装置の変形形態を示す断面図。

【図9】第３実施形態に係るイオン源装置を示す断面図。

【図10】図９の一部を拡大して示す部分拡大断面図。

【図11】第４実施形態に係るイオン源装置を示す断面図。

【図12】第５実施形態のイオン源装置が適用された粒子線治療装置を示す概略構成図。

【図13】第６実施形態のイオン源装置が適用された中性子生成装置を示す概略構成図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明を実施するための形態を、図面に基づき説明する。
［Ａ］第１実施形態（図１～図６）
図１は、第１実施形態に係るイオン源装置を示す断面図である。この図１に示すイオン源装置１０は、第１真空容器１１、第２真空容器１２、第１電極１、第２電極２、絶縁材としての絶縁管１３、保護部材１４及び可動機構１５を有して構成され、第１真空容器１１内で生成されたプラズマからのイオンビーム（共に図示せず）を、第１電極１及び第２電極２のそれぞれの開口部１Ｘ、２Ｘを通して引き出すものである。ここでイオンビームは、第１電極１の開口部１Ｘの中心と第２電極２の開口部２Ｘの中心とを結ぶビーム軸Ｐに沿って進行する。

【0010】

第１真空容器１１は第１電極１を収容する。更に、第１真空容器１１には、第１電極１が存在する内側空間を大気圧よりも低く保持するために真空排気ポンプ１６が直接、またはバルブ１７介して接続される。真空排気ポンプ１６としては、ターボ分子ポンプ、イオンポンプ、ロータリポンプ、ドライポンプ、スクロールポンプ等である。また、バルブ１７としては、ゲートバルブやバタフライバルブ等である。更に、第１真空容器１１には、コールドカソードゲージ、ヌードイオンゲージ、ピラニーゲージ、ぺニングゲージ等の真空計１８が接続されてもよい。

【0011】

第１電極１には、この第１電極１を高電圧に印加し保持するための電源１９が接続されている。また、第１電極１の開口部１Ｘは、プラズマからイオンビームを引き出すために例えば円形状に形成されている。この開口部１Ｘは、イオンビームを引き出すための電場形成用にテーパ２０（図３、図５）が形成されている。

【0012】

第２真空容器１２は第２電極２を収容する。更に、第２真空容器１２には、第２電極２が存在する内側空間を大気圧よりも低く保持するために、第１真空容器１１と同様に真空排気ポンプ１６が直接、またはバルブ１７を介して接続され、また真空計１８が接続されてもよい。更に第２電極２の開口部２Ｘにも、テーパ２０と同様なテーパ２１（図３、図５）が形成されている。

【0013】

絶縁管１３は、第１真空容器１１と第２真空容器１２との間に配置され、絶縁素材にて構成される。これらの絶縁管１３と第１真空容器１１及び第２真空容器１２とは、Ｏリングやインジウムリング等で真空封止される。絶縁素材としては、セラミックやガラス、ガラスエポキシ樹脂、ポリアセタール樹脂などがある。従って、この絶縁管１３により、第１電極１及び第１真空容器１１と第２電極２及び第２真空容器１２とが電気的に絶縁される。なお、絶縁管１３（絶縁部材）は、第１真空容器１１と第２電極２との間、第１電極１と第２真空容器１２との間、第１電極１と第２電極２との間にそれぞれ配置されてもよい。

【0014】

保護部材１４は、第１電極１及び第２電極２と絶縁管１３との間に配置され、イオンビームのビーム軸Ｐの周方向に設けられて絶縁管１３を内側から覆う。この保護部材１４は、可動機構１５により、第１電極１に対してビーム軸Ｐの方向に移動可能に構成される。更に、第１実施形態では、保護部材１４は可動機構１５を介して第２真空容器１２に設置されている。

【0015】

この保護部材１４は、可動機構１５により移動可能な形状に形成される。可動機構１５がベローズ２２（図３）に代表される蛇腹機構である場合には、保護部材１４は、図２（Ａ）に示すように、ビーム軸Ｐが内部に貫通する円筒形状または同軸状に組み合された複数のリング形状に形成される。また、可動機構１５がベルトコンベア２３（図５）やアームなどの搬送機構である場合には、保護部材１４は、図２（Ｂ）に示すように、ビーム軸Ｐ方向の辺の長さがビーム軸Ｐに垂直方向の辺の長さに等しい正方形または長い長方形のそれぞれ板形状に形成される。

【0016】

図３及び図４に示すように、可動機構１５がベローズ２２の場合、例えば円筒形状の保護部材１４は、ベローズ２２の伸縮により、第１電極１に対してビーム軸Ｐの方向に移動可能に設けられる。これにより、第１電極１から飛散する汚れは、保護部材１４の内面に付着して絶縁管１３の内面への付着が抑制される。更に、ベローズ２２の伸縮により、保護部材１４への汚れの付着箇所を変更して、保護部材１４における汚れが付着していない箇所を、第１電極１に対する所定位置に位置づけることが可能になる。

【0017】

上述の円筒形状または複数のリング形状の保護部材１４は、ビーム軸Ｐの周方向に隙間無く設けられることで、ビーム軸Ｐから絶縁管１３を目視したとき、絶縁管１３の内表面がビーム軸Ｐの周方向に露出して目視されることがない。これにより、絶縁管１３の内表面への汚れの付着防止が確実化される。また、図４の破線に示すように、例えば円筒形状の複数の保護部材１４が半径方向に重ね合され、それぞれの保護部材１４がベローズ２２に支持されてもよい。内側の保護部材１４のビーム軸Ｐ方向における略全内表面に第１電極１からの汚れが付着し堆積したときには、この内側の保護部材１４をベローズ２２の作用で第１電極１から退避させ、外側の保護部材１４（破線表示）に第１電極１からの汚れを付着させるようにしてもよい。

【0018】

図５及び図６に示すように、可動機構１５がベルトコンベア２３の場合、例えば板形状の保護部材１４は、ベルトコンベア２３の搬送により、第１電極１に対してビーム軸Ｐ方向に移動可能に設けられる。この場合ベルトコンベア２３は、図６に示すように、ビーム軸Ｐの周方向における例えば上下左右の各位置に配置される。これにより、第１電極１から飛散する汚れは、各ベルトコンベア２３における内側（ビーム軸Ｐ側）に位置づけられた保護部材１４の表面に付着して、絶縁管１３の内面への付着が抑制される。更に、図５に示すように、ベルトコンベア２３のビーム軸Ｐ方向の搬送により、汚れが付着していない新たな保護部材１４を、ベルトコンベア２３における内側（ビーム軸Ｐ側）に位置づけ、且つ第１電極１に対する所定位置に位置づけることが可能になる。

【0019】

また、図６の破線に示すように、ベルトコンベア２３により搬送される保護部材１４では、絶縁管１３の周方向に隣接配置された保護部材１４のそれぞれを、絶縁管１３の半径方向の異なる位置に位置づけて、ビーム軸Ｐの周方向に隙間なく配置してもよい。これにより、ビーム軸Ｐから絶縁管１３を目視したとき、絶縁管１３の内表面がビーム軸Ｐの周方向に露出して目視されることがなくなり、絶縁管１３の内表面への汚れの付着防止が確実化される。

【0020】

ここで、図１に示す上述の第１電極１、第２電極２、第１真空容器１１、第２真空容器１２及び保護部材１４の主要な材料としては、加工性に富むステンレスなどの導電性金属のほか、融点の高いモリブデンやタングステン等の材質が用いられる。また、鉄やアルミニウムなどの材料で成形した後に異種の金属（例えば銅）の鍍金を施して、第１電極１、第２電極２、第１真空容器１１、第２真空容器１２及び保護部材１４を形成してもよい。

【0021】

以上のように構成されたことから、本第１実施形態によれば次の効果（１）～（３）を奏する。
（１）図１に示すように、第１電極１及び第２電極２と絶縁管１３との間に、絶縁管１３を内側から覆う保護部材１４が配置されたので、イオン源装置１０の運転により第１電極１から飛散する汚れが保護部材１４に付着し、絶縁管１３への付着を抑制できる。この結果、第１電極１及び第１真空容器１１と第２電極２及び第２真空容器１２とを電気的に絶縁する絶縁管１３の耐電圧性能の低下を防止できる。これにより、イオン源装置１０の短時間のメンテナンスが不要となり、また絶縁管１３の交換頻度を大幅に低減できる。

【0022】

（２）保護部材１４が、可動機構１５（ベローズ２２、ベルトコンベア２３等）により第１電極１に対して移動可能に構成されたので、例えばベローズ２２により保護部材１４における汚れが付着していない箇所、または例えばベルトコンベア２３により汚れが付着していない新たな保護部材１４を、第１電極１に対する所定位置に位置づけることができる。このため、保護部材１４に汚れが堆積し、この堆積した汚れにイオンビームが衝突して、第１真空容器１１、第２真空容器１２及び絶縁管１３の各内側空間で構成された真空空間内への汚れの拡散を防止できる。この結果、真空空間の真空度の低下を抑制できるので、イオン源装置１０のビーム性能を良好に確保できる。

【0023】

（３）保護部材１４が可動機構１５を介して第２真空容器１２に設置されることで、これらの保護部材１４及び可動機構１５を第２真空容器１２と同電位に容易に保持できる。このため、第１電極１を正の高電圧に設定し第２電極２を接地したときには、保護部材１４及び可動機構１５を共に接地構造に構成できるので、これらの保護部材１４及び可動機構１５の構成を簡素化できる。

【0024】

［Ｂ］第２実施形態（図７、図８）
図７は、第２実施形態に係るイオン源装置を示す断面図である。この第２実施形態において第１実施形態と同様な部分については、第１実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

【0025】

本第２実施形態のイオン源装置２５が第１実施形態と異なる点は、保護部材１４が可動機構１５を介して第１真空容器１１に設置された点である。保護部材１４は、第１真空容器１１に設置されることで第１真空容器１１と同電位になるが、汚れが発生しやすい第１電極１の近傍に配置されることで、この第１電極１からの汚れを確実に付着させることが可能になる。

【0026】

また、図８に示すように、第２実施形態の変形形態におけるイオン源装置２６では、保護部材１４が第１真空容器１１に設置されると共に、保護部材１４と同様に構成された保護部材２７が、第１実施形態と同様に可動機構１５を介して第２真空容器１２に設置される。これらの保護部材１４及び２７は、ビーム軸Ｐ方向に重ね合されることで、ビーム軸Ｐ方向に隙間なく配置される。これにより、ビーム軸Ｐから絶縁管１３を目視したときに、絶縁管１３の内表面がビーム軸Ｐ方向に露出することがない。

【0027】

以上のように構成されたことから、本第２実施形態によれば、第１実施形態の効果（１）及び（２）と同様な効果を奏するほか、次の効果（４）及び（５）を奏する。

【0028】

（４）図７に示すイオン源装置２５では、保護部材１４が第１真空容器１１に設置されて、汚れが発生し易い第１電極１の近傍に保護部材１４が配置されるので、第１電極１からの汚れを保護部材１４に効果的に付着させることができる。この結果、絶縁管１３への汚れの付着を確実に防止できる。

【0029】

（５）図８に示すイオン源装置２６では、保護部材１４が第１真空容器１１に設置され、更に保護部材２７が第２真空容器１２に設置され、これらの保護部材１４及び２７がビーム軸Ｐ方向に重ね合されて、ビーム軸Ｐ方向に隙間無く設けられている。これにより、第１電極１から発生した汚れは、保護部材１４及び２７に付着するので、絶縁管１３の内表面に付着することをより一層確実に防止できる。

【0030】

［Ｃ］第３実施形態（図９、図１０）
図９は、第３実施形態に係るイオン源装置を示す断面図である。この第３実施形態において第１実施形態と同様な部分については、第１実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

【0031】

本第３実施形態のイオン源装置３０が第１実施形態と異なる点は、保護部材１４が可動機構１５を介して設置された第２真空容器１２に、外部に開口可能な第３真空容器３３が隔離機構３１を介して配置され、保護部材１４が、隔離機構３１の開放時に可動機構１５により、絶縁管１３の内側空間と第３真空容器３３の内側空間との間で搬出入可能に構成された点である。

【0032】

隔離機構３１は、ゲートバルブなどの気圧保持可能なバルブである。また、可動機構１５は、ベルトコンベア２３やアーム等の搬送機構である。例えばベルトコンベア２３は、図１０に示すように、絶縁管１３の内側空間に設けられたメインベルトコンベア２３Ａと、第３真空容器３３内に設けられたサブベルトコンベア２３Ｂとを有して構成される。これらのメインベルトコンベア２３Ａとサブベルトコンベア２３Ｂは、隔離機構３１を隔ててその両側に配置され、隔離機構３１の開放時に、この隔離機構３１を通して保護部材１４を受け渡して搬送（搬出入）可能とする。

【0033】

汚れが付着した保護部材１４を、絶縁管１３の内側空間内のメインベルトコンベア２３Ａから第３真空容器３３内へ搬送する場合には、第３真空容器３３を外部に対して閉塞した状態で、隔離機構３１を開放してメインベルトコンベア２３Ａからサブベルトコンベア２３Ｂへ保護部材１４を搬送（搬出）する。次に、隔離機構３１を閉止した後に第３真空容器３３を外部に対して開口して、第１真空容器１１、第２真空容器１２及び絶縁管１３の各内側空間を真空状態に維持したまま、サブベルトコンベア２３Ｂにより、汚れが付着した保護部材１４を第３真空容器３３外へ排出させる。

【0034】

また、汚れが付着していない新たな保護部材１４を第３真空容器３３外から絶縁管１３の内側空間に搬入する場合には、隔離機構３１を閉止した状態で第３真空容器３３を外部に対し開口して、サブベルトコンベア２３Ｂにより新たな保護部材１４を第３真空容器３３外から第３真空容器３３内に搬入する。次に、第３真空容器３３を外部に対して閉塞した状態で隔離機構３１を開放し、第１真空容器１１、第２真空容器１２及び第３真空容器３３の各内部空間を真空状態に維持した状態で、メインベルトコンベア２３Ａ及びサブベルトコンベア２３Ｂにより、新たな保護部材１４を、第３真空容器３３内から隔離機構３１を通して絶縁管１３の内部空間に搬入する。

【0035】

以上のように構成されたことから、本第３実施形態によれば、第１実施形態の効果（１）～（３）と同様な効果を奏するほか、次の効果（６）を奏する。

【0036】

（６）保護部材１４が可動機構１５を介して設置された第２真空容器１２に、第３真空容器３３が隔離機構３１を介して配置され、この第３真空容器３３が外部に対して開口可能に設けられ、第３真空容器３３の内側空間と絶縁管１３の内側空間との間で、可動機構１５（メインベルトコンベア２３Ａ、サブベルトコンベア２３Ｂ）により保護部材１４が搬出入（搬送）可能に構成されている。

【0037】

隔離機構３１の閉止時に第３真空容器３３を外部に対して開口させ、隔離機構３１の開放時に第３真空容器３３を外部に対して閉塞することで、第１真空容器１１、第２真空容器１２及び絶縁管１３の各内部空間を真空状態に維持した状態で、汚れが付着した保護部材１４を第３真空容器３３外へ排出し、且つ汚れが付着していない保護部材１４を絶縁管１３の内側空間に搬入することができる。この結果、イオン源装置３０の真空度及び清浄度を良好に確保することができる。

【0038】

なお、第３真空容器３３は、保護部材１４が可動機構１５を介して第１真空容器１１に設置されている場合には、この第１真空容器１１に隔離機構３１を介して配置され、また、保護部材１４が可動機構１５を介して第１真空容器１１及び第２真空容器１２に共に設置されている場合には、これらの第１真空容器１１及び第２真空容器１２に隔離機構３１を介して配置される。

【0039】

［Ｄ］第４実施形態（図１１）
図１１は、第４実施形態に係るイオン源装置を示す断面図である。この第４実施形態において第１実施形態と同様な部分については、第１実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

【0040】

本第４実施形態のイオン源装置４０が第１実施形態と異なる点は、磁場発生装置４１、マイクロ波発生装置４２、マイクロ波導入路４３及びガス導入路４４を有して、第１真空容器１１内で電子サイクロトロン共鳴によりプラズマを生成し、このプラズマからイオンビームを引き出す点である。

【0041】

つまり、磁場発生装置４１は、第１真空容器１１及び／または第２真空容器１２（例えば第１真空容器１１）の周囲に配置される。この磁場発生装置４１は、永久磁石または電磁石が用いられ、ソレノイドコイルやヘルムホルツコイルで形成される一様磁場のほか、磁場強度に極値を持つミラー磁場を用いてもよい。また、磁場発生装置４１は、例えば第１真空容器１１の周方向に永久磁石または電磁石を所定間隔で配置して、多極磁場を形成してもよい。

【0042】

マイクロ波導入路４３は真空容器（例えば第１真空容器１１）に接続され、このマイクロ波導入路４３にマイクロ波発生装置４２が接続される。マイクロ波導入路４３としては、方形もしくは円形の導波管、または同軸ケーブルなどが用いられる。マイクロ波発生装置４２としては、マグネトロンやクライストロン、半導体高周波源などが用いられる。このマイクロ波発生装置４２にて発生したマイクロ波がマイクロ波導入路４３を介して真空容器内に導入される。

【0043】

ガス導入路４４は、第１真空容器１１及び／または第２真空容器１２（例えば第１真空容器１１）に接続される。このガス導入路４４には、炭素を含むメタンや二酸化炭素のほか、窒素、酸素、水素、ヘリウム、キセノン、アルゴン等を貯蔵するガスボンベ、または水素発生器などの気体発生器が接続される。このガス導入路４４を通して、イオン生成用の上述のガスが真空容器（例えば第１真空容器１１）内に導入される。

【0044】

磁場発生装置４１による磁場が第１真空容器１１内に形成され、マイクロ波発生装置４２及びマイクロ波導入路４３により第１真空容器１１内にマイクロ波が、ガス導入路４４により第１真空容器１１内にイオン生成用ガスがそれぞれ導入されることで、第１真空容器１１内に電子サイクロトロン共鳴によるプラズマが生成される。イオン源装置４０は、このプラズマにて発生したイオンビームを、第１電極１及び第２電極２のそれぞれの開口部１Ｘ、２Ｘを通して引き出す。

【0045】

本第３実施形態のイオン源装置４０によれば、第１実施形態の効果（１）～（３）と同様な効果を奏するほか、電子サイクロトロン共鳴で生成されたプラズマからイオンビームを引き出すことができる。

【0046】

［Ｅ］第５実施形態（図１２）
図１２は、第５実施形態のイオン源装置が適用された粒子線治療装置を示す概略構成図である。この第５実施形態において第１実施形態と同様な部分については、第１実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

【0047】

本第５実施形態のイオン源装置５０が第１～第４実施形態と異なる点は、イオン源装置５０の第２真空容器１２における第１真空容器１１との反対側に、粒子線治療装置５１（例えば重粒子線癌治療装置）のビーム輸送系５２、線形加速器５３、主加速器５４、高エネルギビーム輸送系５５、ビーム照射系５６、及び治療室５７が順次接続されることで、粒子線治療装置５１の入射器として構成された点である。

【0048】

ビーム輸送系５２は、イオンビームを通過させる真空容器を備え、更に必要に応じて、ビーム収束系であるアインツェルレンズ、四重極電磁石、四重極静電レンズ等と、ビームを曲げる偏向電磁石、チョッパ等と、ビームの計測系であるファラデーカップ、変流器、ワイヤモニタ、蛍光板、ワイヤチェンバ、ドリフトチェンバ、シンチレータ、電離箱等とを用いて構成される。

【0049】

線形加速器５３としては、高周波四重極線形加速器、ドリフトチューブ加速器等が挙げられる。また、主加速器５４としては、シンクロトロン、サイクロトロン、シンクロサイクロトロン、固定磁場強収束加速器等が挙げられる。また、高エネルギビーム輸送系５５の代表的な構成はビーム輸送系５２と同様である。

【0050】

ビーム照射系５６としては、壁面に固定された固定照射ポートの他、回転ガントリ等が用いられる。粒子線治療装置５１の治療室５７には、イオン源装置５０から引き出されたイオンビームが、線形加速器５３及び主加速器５４により加速されて輸送される。

【0051】

以上のように構成されたことから、本第５実施形態のイオン源装置５０によれば、第１～第４実施形態の効果（１）～（６）と同様な効果を奏するほか、引き出したイオンビームを粒子線治療装置５１のビーム輸送系５２、線形加速器５３及び主加速器５４等へ供給することで、粒子線治療装置５１の入射器として機能させることができる。

【0052】

［Ｆ］第６実施形態（図１３）
図１３は、第６実施形態のイオン源装置が適用された中性子生成装置を示す概略構成図である。この第６実施形態において第１及び第５実施形態と同様な部分については、第１及び第５実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

【0053】

本第６実施形態のイオン源装置６０が第１～第５実施形態と異なる点は、イオン源装置６０の第２真空容器１２における第１真空容器１１との反対側に、中性子生成装置６１のビーム輸送系５２、線形加速器５３及び中性子生成標的６２が順次接続されることで、中性子生成装置６１の中性子源として構成された点である。

【0054】

中性子生成標的６２は、線形加速器５３にて加速されたイオンビームのイオン種に応じた、中性子生成量の多い材質で構成される。例えば、この中性子生成標的６２は、イオンビームが陽子ビームの場合にはリチウムやベリリウムなどが用いられ、イオンビームが重イオンビームの場合には、融点が高く且つ原子番号の大きな材質（例えばタングステン等）が用いられる。この中性子生成標的６２に、イオン源装置６０にて発生したイオンビームが線形加速器５３により加速されて輸送される。

【0055】

以上のように構成されたことから、本第６実施形態のイオン源装置６０は、第１～第４実施形態の効果（１）～（６）と同様な効果を奏するほか、引き出したイオンビームを中性子生成装置６１の中性子生成標的６２へ供給して中性子を生成させることで、中性子生成装置６１の中性子源として機能させることができる。

【0056】

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができ、また、それらの置き換えや変更は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0057】

１…第１電極、２…第２電極、１Ｘ、２Ｘ…開口部、１０…イオン源装置、１１…第１真空容器、１２…第２真空容器、１３…絶縁管（絶縁部材）、１４…保護部材、１５…可動機構、２５、２６…イオン源装置、２７…保護部材、３０…イオン源装置、３１…隔離機構、３３…第３真空容器、４０…イオン源装置、４１…磁場発生装置、４２…マイクロ波発生装置、４３…マイクロ波導入路、４４…ガス導入路、５０…イオン源装置、５１…粒子線治療装置、５２…ビーム輸送系、５３…線形加速器、５４…主加速器、６０…イオン源装置、６１…中性子生成装置、６２…中性子生成標的、Ｐ…ビーム軸

【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】