特許 7300197 イオン源と、それを備えた多種イオン生成装置

(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】2023-06-21

(45)【発行日】2023-06-29

(54)【発明の名称】イオン源と、それを備えた多種イオン生成装置

(51)【国際特許分類】

   H01J 27/20 20060101AFI20230622BHJP

   H01J 37/08 20060101ALI20230622BHJP

   G21K 5/04 20060101ALI20230622BHJP

   A61N 5/10 20060101ALI20230622BHJP

【ＦＩ】

H01J27/20

H01J37/08

G21K5/04 A

G21K5/04 W

A61N5/10 H

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021511364

(86)(22)【出願日】2020-03-13

(86)【国際出願番号】 JP2020011145

(87)【国際公開番号】W WO2020203186

(87)【国際公開日】2020-10-08

【審査請求日】2022-09-16

(31)【優先権主張番号】P 2019071409

(32)【優先日】2019-04-03

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】301032942

【氏名又は名称】国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構

(74)【代理人】

【識別番号】100106909

【弁理士】

【氏名又は名称】棚井 澄雄

(74)【代理人】

【識別番号】100188558

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 雅人

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(72)【発明者】

【氏名】片桐 健

(72)【発明者】

【氏名】涌井 崇志

【審査官】松平 佳巳

(56)【参考文献】

【文献】特開平２－１６８５４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平７－１６９４２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６０－２４００３９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｊ ２７／２０

Ｈ０１Ｊ ３７／０８

Ｇ２１Ｋ ５／０４

Ａ６１Ｎ ５／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電子源と、
前記電子源からホロー電子ビームを引き出すアノード電極およびカソード電極と、
引き出された前記ホロー電子ビームの通過領域を囲むドリフトチューブと、
前記通過領域を通過した前記ホロー電子ビームの進行方向を、前記電子源側に反転させるリペラーと、
前記通過領域に、原料ガスを供給するガス供給手段と、を備え、
前記電子源、前記アノード電極、前記リペラー、前記ガス供給手段が、いずれも前記ドリフトチューブの外に配置されていることを特徴とするイオン源。

【請求項2】

前記アノード電極が、発生する前記ホロー電子ビームの量を調整する第一アノード電極と、前記ドリフトチューブの中心軸方向にイオントラップを形成する第二アノード電極と、を含むことを特徴とする請求項１に記載のイオン源。

【請求項3】

前記ドリフトチューブの外壁面の周囲に配置された、磁場発生手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のイオン源。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか一項に記載のイオン源を、複数備えた多種イオン生成装置であって、
それぞれの前記イオン源から、生成されたイオンを取り出すイオン取り出し手段をさらに備え、
前記イオン取り出し手段が、複数の前記イオン源のうち少なくとも一つを、所定のイオン取り出し部と連結させるイオン流路と、前記イオン流路が連結される前記イオン源を変更する被連結イオン源変更手段と、で構成されていることを特徴とする多種イオン生成装置。

【請求項5】

前記被連結イオン源変更手段が、前記イオン取り出し部と接続される前記イオン流路の一端側に固定され、前記イオン流路を回転させる回転軸を有し、
複数の前記イオン源が、前記回転軸からの距離が互いに等しくなるように、かつ回転した前記イオン流路の他端が、複数の前記イオン源のうち、いずれかの前記通過領域と連結できるように配置されていることを特徴とする請求項４に記載の多種イオン生成装置。

【請求項6】

請求項１～３のいずれか一項に記載のイオン源と、
第一ガス流路を介して前記イオン源と連結された排気手段と、
前記第一ガス流路から分岐した、複数の第二ガス流路のそれぞれに連結されたガス供給手段と、を備え、
前記第一ガス流路のコンダクタンスＣが、前記イオン源の体積Ｖと前記イオン源の排気時間Δｔとの比Ｖ／（Δｔ）以上であることを特徴とする多種イオン生成装置。

【請求項7】

前記排気時間Δｔが１秒以下であることを特徴とする請求項６に記載の多種イオン生成装置。

【請求項8】

複数の前記第二ガス流路のそれぞれに、ガス流量を調整するマスフローコントローラーが設けられていることを特徴とする請求項６または７のいずれかに記載の多種イオン生成装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、イオン源と、それを備えた多種イオン生成装置に関する。
本願は、２０１９年４月３日に、日本に出願された特願２０１９－０７１４０９号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

【背景技術】

【0002】

重粒子線がん治療のさらなる治療効果の向上のため、数種類のイオンを用いて治療を行うマルチイオン照射法が提案されている。全国に普及しつつある小型治療装置を備えた重粒子線がん治療施設にて、この方法を展開するためには、４種類のイオン（Ｈｅ、Ｃ、Ｏ、Ｎｅ）の生成と、その切り替えを素早く行える、小型のマルチイオン生成システムが必要となる。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【文献】K. Takahashi et al., Proc. of the 15th Annual Meeting of ParticleAccelerator Society of Japan, Nagaoka, Japan, 2018, p.408

【文献】E. D. Donets, E. E. Donets, and D. E. Donets, Review of Scientific Instruments, Volume73, Number2, 2002, p.696

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

これまでに、１台のＥＣＲイオン源のガス供給系の制御により、イオン種の切り替えを行う方法が試されているが、イオン種の切り替えには数分間の時間を要することが実験により確認されている（非特許文献１）。また、ＥＣＲイオン源と構造が全く異なるＥＢＩＳイオン源が知られているが、従来のＥＢＩＳイオン源は重元素多価イオンの生成を目的として設計されているため、重粒子線治療用小型ＥＣＲイオン源より大きい（非特許文献２）。

【0005】

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、供給するイオン種の切り替えを、短い時間で行えるように小型化したイオン源と、それを備えた多種イオン生成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】

上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を採用している。

【0007】

（１）本発明の一態様に係るイオン源は、電子源と、前記電子源からホロー電子ビームを引き出すアノード電極およびカソード電極と、引き出された前記ホロー電子ビームの通過領域を囲むドリフトチューブと、前記通過領域を通過した前記ホロー電子ビームの進行方向を、前記電子源側に反転させるリペラーと、前記通過領域に、原料ガスを供給するガス供給手段と、を備え、前記電子源、前記アノード電極、前記リペラー、前記ガス供給手段が、いずれも前記ドリフトチューブの外に配置されている。

【0008】

（２）前記（１）に記載のイオン源において、前記アノード電極が、発生する前記ホロー電子ビームの量を調整する第一アノード電極と、前記ドリフトチューブの中心軸方向にイオントラップを形成する第二アノード電極と、を含んでいてもよい。

【0009】

（３）前記（１）または（２）のいずれかに記載のイオン源において、前記ドリフトチューブの外壁面の周囲に配置された、磁場発生手段をさらに備えていてもよい。

【0010】

（４）本発明の一態様に係る多種イオン生成装置は、前記（１）～（３）のいずれか一つに記載のイオン源を、複数備えた多種イオン生成装置であって、それぞれの前記イオン源から、生成されたイオンを取り出すイオン取り出し手段をさらに備え、前記イオン取り出し手段が、複数の前記イオン源のうち少なくとも一つを、所定のイオン取り出し部と連結させるイオン流路と、前記イオン流路が連結される前記イオン源を変更する被連結イオン源変更手段と、で構成されている。

【0011】

（５）前記（４）に記載の多種イオン生成装置において、前記被連結イオン源変更手段が、前記イオン取り出し部と接続される前記イオン流路の一端側に固定され、前記イオン流路を回転させる回転軸を有し、複数の前記イオン源が、前記回転軸からの距離が互いに等しくなるように、かつ回転した前記イオン流路の他端が、複数の前記イオン源のうち、いずれかの前記通過領域と連結できるように配置されていてもよい。

【0012】

（６）本発明の他の一態様に係る多種イオン生成装置は、前記（１）～（３）のいずれか一つに記載のイオン源と、第一ガス流路を介して前記イオン源と連結された排気手段と、前記第一ガス流路から分岐した、複数の第二ガス流路のそれぞれに連結されたガス供給手段と、を備え、前記第一ガス流路のコンダクタンスＣが、前記イオン源の体積Ｖと前記イオン源の排気時間Δｔとの比Ｖ／（Δｔ）以上である。

【0013】

（７）前記（６）に記載の多種イオン生成装置において、前記排気時間Δｔが１秒以下であることが好ましい。

【0014】

（８）前記（６）または（７）のいずれかに記載の多種イオン生成装置において、複数の前記第二ガス流路のそれぞれに、ガス流量を調整するマスフローコントローラーが設けられていてもよい。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、供給するイオン種の切り替えを、短い時間で行えるように小型化したイオン源と、それを備えた多種イオン生成装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の多種イオン生成装置を含む、普及型小型治療装置の構成図である。

【図2】本発明の第一、第二実施形態に係るイオン源の断面図である。

【図3】（ａ）、（ｂ）本発明の第一実施形態に係る多種イオン生成装置の側面図、断面図である。

【図4】図２のイオン源と、重粒子線治療用小型ＥＣＲイオン源とを比較した図である。

【図5】シンクロトロン、入射器、本発明の多種イオン生成装置の動作タイミングの関係を示す図である。

【図6】本発明の第二実施形態に係る多種イオン生成装置の構成図である。

【図7】（ａ）、（ｂ）本発明の実施例として、イオン源内における電子軌道、電子分布のシミュレーション結果を示すグラフである。

【図8】本発明の実施例として、イオン源内の蓄積電子数の時間変化のシミュレーション結果を示すグラフである。

【図9】（ａ）本発明の実施例として、生成させた各種イオンの電離断面積データテーブルを示すグラフである。（ｂ）、（ｃ）本発明の実施例として、生成させた各種イオンの価数分布比のシミュレーション結果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明を適用した実施形態に係るイオン源と、それを備えた多種イオン生成装置について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。

【0018】

＜第一実施形態＞
図１は、本発明の第一実施形態に係る多種イオン生成装置１５０を含む、普及型小型治療装置の構成図である。普及型小型治療装置は、主に、多種イオン生成装置１５０と、普及型小型入射器１６０と、普及型シンクロトン１７０と、で構成されている。

【0019】

多種イオン生成装置１５０は、主に、複数のイオン源１００と、それぞれのイオン源１００から、生成されたイオンを取り出すイオン取り出し手段（装置）１２０と、を備えている。イオン源１００としては、軽イオン生成用の小型電子ビーム型イオン源（ＥＢＩＳ）が用いられる。

【0020】

図２は、イオン源１００の断面図である。イオン源１００は、主に、電子源１０１と、電子源１０１からホロー電子ビームＥＢを引き出すアノード電極１０２およびカソード電極１０３と、引き出されたホロー電子ビームＥＢの通過領域１０４を囲むドリフトチューブ１０５と、通過領域１０４を通過したホロー電子ビームＥＢの進行方向を、電子源１０１側に反転させるリペラー１０６と、真空チャンバー１１０と、を備えている。電子源１０１、アノード電極１０２、カソード電極１０３、リペラー１０６は、いずれも、真空チャンバー１１０内において、ドリフトチューブ１０５に囲まれた空間の外に配置されている。ドリフトチューブ１０５に囲まれた空間は、空洞となっている。

【0021】

ドリフトチューブ１０５の外には、さらに、電磁石または永久磁石等の磁場発生手段（磁場発生装置）１０７が、ドリフトチューブ１０５の周りを囲むように配置されている。
アノード電極１０２は、発生するホロー電子ビームＥＢの量を調整する第一アノード電極と、ドリフトチューブ１０５の中心軸方向にイオントラップを形成する第二アノード電極と、を含んでいてもよい。

【0022】

カソード電極（陰極）１０３上の電子源１０１から、アノード電極（陽極）１０２によって引き出された電子ビームＥＢは、磁場発生手段１０７から発生した磁場の方向に沿って、ドリフトチューブ１０５内を運動する。円環状の電子源１０１、カソード電極１０３、アノード電極１０２を備えた電子銃の設計を適切に行うことにより、ホロー（円環）形状の電子ビームＥＢを形成することができる。このホロー形状の電子ビームＥＢにより、空間電荷効果により生じるドリフトチューブ１０５内の電位低下を抑制し、線状ビームの場合に比べてより多くの電子を蓄えることが可能となる。発生させる電子ビームＥＢの運動エネルギーは、カソード電極１０３とドリフトチューブ１０５との間の電位差を変えることで調整することができる。

【0023】

ホロー電子ビームＥＢは、リベラーアノード１０８を過ぎ、電子源１０１と同じ、もしくはそれよりも低い電圧に設定されたリペラー１０６まで辿り着くと、反転されて逆方向への運動を始め、再び電子源１０１の周辺まで辿り着く。この繰り返しにより、ドリフトチューブ１０５内には、イオンを生成する上で、好ましいエネルギーを有する電子が蓄積される。

【0024】

蓄積された電子の空間電荷効果により、ドリフトチューブ１０５内の中空部分において、径方向（ｒ方向）に電位分布が形成され、中空部分を貫く中心軸１０５Ｃ上の電位は、ドリフトチューブ１０５の電位に比べて低下する。このｒ方向の電位分布に加えて、アノード電極１０２及びリペラーアノード１０８の電位を、ドリフトチューブ１０５よりも高い電位に設定することで、軸方向（ｓ方向）にも電位分布を与え、イオンの閉じ込めに必要なポテンシャル井戸が形成される。

【0025】

イオン化させるガスは、イオン源１００の外部からドリフトチューブ１０５内に供給される。供給されたガスは、そこに蓄積された電子と衝突し、一価イオンが生成される。生成された一価イオンは、ドリフトチューブ１０５内に形成されたポテンシャル井戸に閉じ込められる。閉じ込め時間τが長ければ長いほど、多くの一価イオンが、逐次電離によって多価イオンへと変化する。

【0026】

目的の多価イオンを生成する上で、必要な閉じ込め時間τ（２０～２００ｍｓ）を達成するためには、イオン源１００内のドリフトチューブ１０５周辺を、高い真空度に保つ必要がある。そのために、ＮＥＧ（Ｎｏｎ・ｅｖａｐｏｒａｔｅｄ ｇｅｔｔｅｒ）ポンプを、ドリフトチューブ周囲に配置する。生成された多価イオンは、引き出し電極１０９により、イオン源１００外に取り出される。

【0027】

図３（ａ）は、本実施形態の多種イオン生成装置１５０を、イオン源１００における、イオンの取り出し口側から平面視した側面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）の多種イオン生成装置１５０を、α－α線を含む面で切断した際の断面図である。多種イオン生成装置１５０は、主に、複数（ここでは４つ）のイオン源１００と、それぞれのイオン源１００から、生成されたイオンを取り出すイオン取り出し手段１２０と、を備えている。生成が必要なイオン種の数と同数のイオン源１００が、設置されるものとする。生成するイオン種としては、例えば、Ｈｅ、Ｃ、Ｏ、Ｎｅ等が挙げられる。

【0028】

イオン取り出し手段１２０は、複数のイオン源１００のうち少なくとも一つを、所定のイオン取り出し部１２１と連結させるイオン流路（偏向器）１２２と、イオン流路１２２が連結されるイオン源１００を変更する被連結イオン源変更手段１２３と、で構成されている。

【0029】

被連結イオン源変更手段１２３としては、特に限定されることはないが、例えば図３に示すように、イオン取り出し部１２１と接続されるイオン流路の一端１２２ａ側に固定され、イオン流路１２２を回転させる回転軸１２４を有するものが挙げられる。この場合には、複数のイオン源１００が、回転軸１２４からの距離が互いに等しくなるように、かつ回転したイオン流路の他端１２２ｂが、複数のイオン源１００のうち、いずれかの通過領域１０４と連結できるように配置されているものとする。

【0030】

回転軸１２４を真空中で回転駆動させる場合には、マニピュレータとして磁気結合式回転導入器を用い、その回転駆動にはステッピングモーターを用いることができる。イオンの切り替えに必要となる時間は、イオン流路１２２を回転させるのに必要な約１秒以内となる。イオン流路１２２は、選択したイオン源によって、下流の分散関数に変化が生じないように設計されているものとする。

【0031】

図４（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、図２のイオン源１００、重粒子線治療用小型ＥＣＲイオン源の断面図である。電子ビームＥＢの通過方向におけるイオン源１００の寸法Ｌ１は、ＥＣＲイオン源５００の最大寸法Ｌ２の１／４程度であるため、イオン源１００を用いる場合には、設置スペースを大幅に削減することができる。

【0032】

図５は、シンクロトロン、入射器、本発明の多種イオン生成装置１５０の動作タイミングの関係を示す図である。シンクロトロンでは、１０秒オーダーの周期で運転が行われており、その周期の始まりの時間幅１００μｓの間に、入射器よりイオンが供給される。この時間幅１００μｓで、小型マルチイオン生成システムは、下流の入射器に対してイオンを供給する。あるイオンの供給が終わり、次の供給のタイミングが来るまでの間（シンクロトロンの１周期に相当する１０秒間）に、供給イオンの切り替えを行うことができる。
そして、次の供給のタイミングでは、前の周期とは異なるイオンを供給することが可能となる。

【0033】

以上のように、本実施形態に係るイオン源は、電子源１０１、アノード電極１０２、リペラー１０６等をドリフトチューブの外に配置し、ドリフトチューブ内を中空にすることによって、小型化されたものである。したがって、従来のＥＣＲイオン源一つ分の設置スペースに、本実施形態に係るイオン源１００を複数設置することが可能となり、複数のイオン源１００を備えた多種イオン生成装置１５０を容易に実現することができる。複数のイオン源１００をそれぞれ駆動させることにより、異なる複数のイオンの生成を同時に行うことができる。そのため、本実施形態の多種イオン生成装置によれば、供給するイオン種の切り替えを、一つのイオン源で複数のイオンを順番に生成させる場合に比べて、短い時間で行うことが可能となる。

【0034】

＜第二実施形態＞
図６は、本発明の第二実施形態に係る多種イオン生成装置２１０の構成図である。多種イオン生成装置２１０は、イオン源２００と、第一ガス流路２１１を介してイオン源２００と連結された排気手段２１２と、第一ガス流路２１１から分岐した、複数の第二ガス流路２１３のそれぞれに連結されたガス供給手段２１４と、を備えている。複数のガス供給手段２１４は、それぞれ、互いに異なるイオンの原料ガスを供給する機能を有する。イオン源２００は、第一実施形態のイオン源１００と同様に構成されているものとする。

【0035】

多種イオン生成装置２１０は、ガスラインおよびイオン源２００内の真空排気を素早く行うことにより、生成イオンの切り替えを行えるように構成されている。具体的には、まず、生成イオンの変更の際に、シリンダー前のバルブＶ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５を閉めて、Ｖ１を開け、ガスラインおよびイオン源２００内の真空チャンバー１１０の真空排気を行う。真空排気を素早く行うために、第一ガス流路２１１、第二ガス流路２１３となる導管として、内径の大きいものが用いられ、かつ真空チャンバー１１０は超高真空に保たれるようにする。真空排気が終了した後に、使用するガスシリンダーのバルブを開け、Ｖ１を閉じ、供給ガスの切り替えを行う。

【0036】

複数の前記第二ガス流路のそれぞれには、ガス流量を調整するマスフローコントローラーが設けられている。バルブＶ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５が、このマスフローコントローラーの機能を有していてもよい。このバルブ操作で行うイオン切り替えの時間は、バルブ間導管（第一ガス流路２１１、第二ガス流路２１３）の体積と、イオン源２００の体積とによって定まる排気の時定数τｅｖａｃと同程度となる．この時定数τｅｖａｃは、例えば、イオン源２００の体積を０．４Ｌとし、バルブ間導管の内径を９ｍｍとし、その長さを２００ｍｍとしてより見積もると、１秒である。この排気の時定数であれば、イオン源２００の排気を開始して４．７秒後には、残留ガスの量を、排気開始する前の１／１００に減らすことができるので、イオンの切り替えも可能となる。真空チャンバー１１０の吸排気の性能は、主に、第一ガス流路２１１のコンダクタンスＣによって左右される。時定数τevac以下の時間で真空排気を行う場合、第一ガス流路２１１のコンダクタンスＣは、イオン源２００の体積Ｖ（真空チャンバー１１０の容積）、イオン源２００（真空チャンバー１１０）の排気時間Δｔとの間に、下記（１）式の関係を有する。
Ｃ≧Ｖ／（Δｔ）・・・（１）
すなわち、第一ガス流路２１１のコンダクタンスＣは、イオン源２００の体積Ｖとイオン源２００の排気時間Δｔとの比Ｖ／（Δｔ）以上である。本実施形態での排気時間Δｔは、約１秒以下であることが好ましい。

【実施例】

【0037】

以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとする。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。

【0038】

本発明の実施例として、イオン源内における電子軌道、電子分布について、3次元PICコードを用いたシミュレーションを行った。図７（ａ）は、イオン源を駆動した状態での電子軌道を示す図である。ソレノイドを数値解析して得た磁場分布を用いている。１０^７個の粒子を用いて計算し、そのうちの１０^２個の粒子の軌道をプロットしている。図７（ｂ）は、イオン源の断面における、電子ビーム電流密度ｊのｒ（（ｘ^２＋ｚ^２）^１／２）方向依存性を示すグラフである。これらの結果から、本発明のイオン源において、ホロー形状の電子ビームの形成が可能であることが分かる。

【0039】

本発明の実施例として、イオン源内の蓄積電子数の時間変化のシミュレーションを行った。図８は、その結果を示すグラフである。イオン源内の蓄積電子数の時間変化より、ドリフトチューブ内の電子数は１．５×１０^１１に達することが分かる。この結果は、イオンの価数が最大のＮｅ^７＋イオン（ｑ＝７）の場合でも、ドリフトチューブ内に最大でＮ～１０^１０個蓄えられることを示している。また、マルチイオン生成システムから、マルチターン入射を行うシンクロトロンまでの輸送効率を１０％とすれば、シンクロトロンにはＮ～１０^９個のイオンを供給できることが分かる。

【0040】

図９（ａ）は、本発明の実施例として、生成させた各種イオンの電離断面積を示すグラフである。図９（ｂ）、（ｃ）は、本発明の実施例として、生成させた各種イオンの価数分布比のシミュレーション結果を示すグラフである。

【0041】

各電極の電位については、陰極：０Ｖ、第一アノード電極：１．５ｋＶ、第二アノード電極：１．７ｋＶ、ドリフトチューブ：１．３ｋＶ，リベラーアノード：１．７ｋＶ，リベラー：－１００Ｖ、引き出し電極：－４ｋＶとした。この条件で得られたドリフトチューブ内の平均の電子ビームエネルギーは、６６０ｅＶであった。このエネルギーは、図９（ａ）に示す通り、Ｈｅ^２＋、Ｃ^４＋、Ｃ^５＋，Ｑ^６＋、Ｎｅ^７＋の逐次電離による生成に十分である。

【0042】

図９（ｂ）は、炭素イオンに関する全生成イオン数ｎ_ｏに対する、各イオンの生成数ｎ_ｑの割合であるｎ_ｑ／ｎ_０を、電子ビーム電流密度ｊと閉じ込め時間τの積であるｊτの関数として示したものである。ｊτの値を図中のターゲット領域で調整すると、Ｃ^４＋はｎ_ｑ／ｎ_０＝０．８３、Ｃ^５＋はｎ_ｑ／ｎ_ｏ＝０．６２の値を最大で得ることができる。

【0043】

同様に、図９（ｃ）に示す通り、Ｈｅ^２＋はｎ_ｑ／ｎ_０＝１．０、Ｏ^６＋はｎ_ｑ／ｎ_０＝１．０（６６０ｅＶではＫ核は電離できず、ｑ＝６に溜まる）、Ｎｅ^７＋はｎ_ｑ／ｎ_０＝０．４９の値を最大で得ることができる。このターゲット領域のｊτの値（＝０．２－２Ｃ／ｃｍ^２）を達成するためには、図７（ｂ）から、ｊ＝１０Ａ／ｃｍ^２であるので、閉じ込め時間はτ＝２０－２００ｍｓに設定する必要があるが、これはＥＢＩＳでは一般的な値であり、本発明のイオン源でも問題なく実現することができる。

【符号の説明】

【0044】

１００、２００・・・イオン源、１０１・・・電子源、１０２・・・アノード電極
１０３・・・カソード電極、１０４・・・通過領域、１０５・・・ドリフトチューブ
１０５Ｃ・・・中心軸、１０６・・・リペラー、１０７・・・磁場発生手段
１０８・・・リベラーアノード、１０９・・・引き出し電極、
１１０・・・真空チャンバー、１２０・・・イオン取り出し手段
１２１・・・イオン取り出し部、１２２・・・イオン流路
１２２ａ・・・イオン流路の一端、１２２ｂ・・・イオン流路の他端、
１２３・・・被連結イオン源変更手段
１２４・・・回転軸、１５０、２１０・・・多種イオン生成装置、１６０・・・入射器
１７０・・・普及型シンクロトン、１８０・・・治療室、２１１・・・第一ガス流路
２１２・・・排気手段、２１３・・・第二ガス流路、２１４・・・ガス供給手段
５００・・・ＥＣＲイオン源、ＥＢ・・・ホロー電子ビーム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】