特表 2022-546374 ビーム位置監視およびビーム撮像のためのシステム、デバイス、ならびに方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-11-04

(54)【発明の名称】ビーム位置監視およびビーム撮像のためのシステム、デバイス、ならびに方法

(51)【国際特許分類】

   G01T 1/29 20060101AFI20221027BHJP

   G21K 5/02 20060101ALI20221027BHJP

   H05H 3/06 20060101ALI20221027BHJP

   A61N 5/10 20060101ALI20221027BHJP

【ＦＩ】

G01T1/29

G21K5/02 N

H05H3/06

A61N5/10 H

A61N5/10 Q

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022512784

(86)(22)【出願日】2020-08-28

(85)【翻訳文提出日】2022-04-12

(86)【国際出願番号】 US2020048443

(87)【国際公開番号】W WO2021041837

(87)【国際公開日】2021-03-04

(31)【優先権主張番号】62/894,220

(32)【優先日】2019-08-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】62/894,290

(32)【優先日】2019-08-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】63/065,442

(32)【優先日】2020-08-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】63/065,448

(32)【優先日】2020-08-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

【公序良俗違反の表示】

（特許庁注：以下のものは登録商標）

１．ＳＭＡＬＬＴＡＬＫ

(71)【出願人】

【識別番号】515056990

【氏名又は名称】ティーエーイー テクノロジーズ， インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100078282

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 秀策

(74)【代理人】

【識別番号】100113413

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 夏樹

(74)【代理人】

【識別番号】100181674

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 貴敏

(74)【代理人】

【識別番号】100181641

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 大輔

(74)【代理人】

【識別番号】230113332

【弁護士】

【氏名又は名称】山本 健策

(72)【発明者】

【氏名】ヴェクセルマン， ヴラディスラフ

(72)【発明者】

【氏名】ドゥナエフスキー， アレクサンダー

【テーマコード（参考）】

2G085

2G188

4C082

【Ｆターム（参考）】

2G085BA02

2G085BA05

2G085BA14

2G085BA15

2G085BA16

2G085BA17

2G085CA04

2G085CA20

2G085CA27

2G085DA03

2G085DA08

2G085EA07

2G085EA08

2G188BB12

2G188BB14

2G188CC39

2G188DD13

2G188DD34

4C082AA01

4C082AC07

4C082AE01

4C082AG09

4C082AJ06

4C082AP01

(57)【要約】

システム、デバイス、および方法の実施形態は、ビームライン内のビーム不整合を検出するための高速ビーム位置監視に関する。ある実施例では、高速ビーム位置モニタが、ビームラインの構成要素の内部の中に延在する、複数の電極を含む。高速ビーム位置モニタは、ビームハロ電流に基づいて、ビームラインの構成要素を通して通過する、ビームの位置を検出するように構成される。本システム、デバイス、および方法の実施形態はさらに、ビームラインに沿って前進する、ビームのパラメータを非侵襲的に監視することに関する。実施例では、ガスが、ビームラインに沿って、圧送チャンバの中に吹送される。１つまたはそれを上回るビームパラメータが、ビームラインを通して前進するビームのエネルギービーム微粒子の衝突から結果として生じる、蛍光から測定される。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ビームラインの構成要素の内部の中に延在する複数の電極を備えるビーム位置モニタであって、前記ビーム位置モニタは、前記ビームのハロ電流に基づいて、前記ビームラインの構成要素を通して通過するビームの位置を検出するように構成される、ビーム位置モニタ。

【請求項2】

冷却デバイスをさらに備える、請求項１に記載のビーム位置モニタ。

【請求項3】

前記複数の電極の各電極は、電流閾値と関連付けられる、請求項１に記載のビーム位置モニタ。

【請求項4】

前記複数の電極の少なくとも１つの電極は、前記複数の電極の１つまたはそれを上回る他の電極と異なる電流閾値と関連付けられる、請求項１に記載のビーム位置モニタ。

【請求項5】

前記複数の電極の各電極は、複数の電流閾値と関連付けられる、請求項１に記載のビーム位置モニタ。

【請求項6】

前記ビーム位置モニタは、前記複数の電極の１つまたはそれを上回る電極によって測定された電流がその関連付けられる電流閾値を超えると、信号を制御システムに伝送するように構成される、請求項３または４に記載のビーム位置モニタ。

【請求項7】

前記ビーム位置モニタは、前記複数の電極の隣接する電極によって測定された電流が、前記隣接する電極の各電極と関連付けられる前記複数の電流閾値の下限閾値を超えると、信号を制御システムに伝送するように構成される、請求項５に記載のビーム位置モニタ。

【請求項8】

前記複数の電極の各電極は、電極延在距離と関連付けられる、請求項１に記載のビーム位置モニタ。

【請求項9】

前記電極延在距離は、前記電極が延在する前記構成要素の内部の中の距離を表す、請求項８に記載のビーム位置モニタ。

【請求項10】

各電極延在距離は、調節可能である、請求項８または９に記載のビーム位置モニタ。

【請求項11】

前記複数の電極は、前記ビーム位置モニタの壁からガルバニ的に隔離される、請求項１に記載のビーム位置モニタ。

【請求項12】

前記複数の電極は、外部電力供給源によってバイアスされるように構成される、請求項１に記載のビーム位置モニタ。

【請求項13】

前記ビーム位置モニタは、前記ビームラインを通して前進するビームが軸外になると、信号を制御システムに伝送するように構成される、請求項１に記載のビーム位置モニタ。

【請求項14】

前記ビームラインの構成要素を通して通過する前記ビームの最小限の量のビーム電流が、前記複数の電極に起因して低減される、請求項１３に記載のビーム位置モニタ。

【請求項15】

ビームシステムであって、
ビーム位置モニタであって、前記ビーム位置モニタは、ビームのハロ電流に基づいて、ビームラインの構成要素を通して通過するビームの位置を検出するように構成される、ビーム位置モニタと、
制御システムであって、前記制御システムは、前記ビームの位置に基づいて、ビームラインパラメータを調節するように構成される、制御システムと
を備える、ビームシステム。

【請求項16】

前記ビーム位置モニタは、前記ビームラインの構成要素の内部の中に延在する複数の電極を備える、請求項１５に記載のビームシステム。

【請求項17】

前記制御システムは、少なくとも１つのプロセッサと、少なくとも１つのメモリとを備え、前記少なくとも１つのメモリは、命令を記憶しており、前記命令は、前記少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、前記制御システムに、
１つまたはそれを上回る信号を前記ビーム位置モニタから受信することと、
前記１つまたはそれを上回る信号に基づいて、前記ビームシステムの動作を中断させるための命令を伝送することと
を行わせる、請求項１６に記載のビームシステム。

【請求項18】

前記制御システムは、少なくとも１つのプロセッサと、少なくとも１つのメモリとを備え、前記少なくとも１つのメモリは、命令を記憶しており、前記命令は、前記少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、前記制御システムに、
１つまたはそれを上回る信号を前記ビーム位置モニタから受信することと、
前記１つまたはそれを上回る信号に基づいて、前記１つまたはそれを上回る信号を表すデータをコンピューティングデバイスに伝送することと
を行わせる、請求項１６に記載のビームシステム。

【請求項19】

前記制御システムは、少なくとも１つのプロセッサと、少なくとも１つのメモリとを備え、前記少なくとも１つのメモリは、命令を記憶しており、前記命令は、前記少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、前記制御システムに、
１つまたはそれを上回る信号を前記ビーム位置モニタから受信することと、
前記１つまたはそれを上回る信号に基づいて、前記ビームが所望の軸外にあることを決定することと、
調節信号を１つまたはそれを上回るビームライン構成要素に伝送し、前記所望の軸に戻るように、前記ビームの位置を調節することと
を行わせる、請求項１６に記載のビームシステム。

【請求項20】

前記制御システムは、少なくとも１つのプロセッサと、少なくとも１つのメモリとを備え、前記少なくとも１つのメモリは、命令を記憶しており、前記命令は、前記少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、前記制御システムに、
１つまたはそれを上回る信号を前記ビーム位置モニタから受信することと、
前記１つまたはそれを上回る信号に基づいて、所望の軸外のビームの偏向度を決定することと、
調節信号を１つまたはそれを上回るビームライン構成要素に伝送し、前記所望の軸外のビーム偏向度を補償することと
を行わせる、請求項１６に記載のビームシステム。

【請求項21】

前記１つまたはそれを上回るビームライン構成要素は、１つまたはそれを上回るビーム操向磁石を備える、請求項１９または２０のいずれかに記載のビームシステム。

【請求項22】

前記調節信号は、前記１つまたはそれを上回るビーム操向磁石の位置を調節する、請求項２１に記載のビームシステム。

【請求項23】

前記１つまたはそれを上回る信号は、前記複数の電極の１つまたはそれを上回る電極によって測定された電流を表す、請求項１７－２２のいずれかに記載のビームシステム。

【請求項24】

前記１つまたはそれを上回る信号は、前記１つまたはそれを上回る電極と関連付けられる電流閾値を超える前記複数の電極の１つまたはそれを上回る電極によって測定された電流を表す、請求項１７－２２のいずれかに記載のビームシステム。

【請求項25】

前記１つまたはそれを上回る信号は、隣接する電極と関連付けられる電流閾値を超える前記複数の電極の隣接する電極によって測定された電流を表す、請求項１７－２２のいずれかに記載のビームシステム。

【請求項26】

前記ビーム位置モニタは、請求項１－１４のいずれかに記載のビーム位置モニタを備える、請求項１５－２５のいずれかに記載のビームシステム。

【請求項27】

イオンを発生させるように構成されるイオン源と、
前記イオン源から伝搬されるイオンを加速させるように構成されるタンデム加速器と
をさらに備え、
１つまたはそれを上回るビーム位置モニタは、前記タンデム加速器の上流または前記タンデム加速器の下流のうちの１つまたはそれを上回るものに位置付けられる、請求項１５－２６のいずれかに記載のビームシステム。

【請求項28】

中性子ビームシステムであって、
イオン源からのイオンを加速させるように構成される前段加速器システムと、
前記前段加速器システムからのイオンを加速させるように構成されるタンデム加速器と、
請求項１－１４のいずれかに記載のビーム位置モニタと
を備える、中性子ビームシステム。

【請求項29】

前記イオン源は、イオンを発生させるように構成される、請求項２８に記載の中性子ビームシステム。

【請求項30】

前記タンデム加速器の出口に結合されるビームラインをさらに備え、前記前段加速器システムは、前記タンデム加速器の入口に結合される、請求項２９に記載の中性子ビームシステム。

【請求項31】

前記前段加速器システムは、アインツェルレンズ、前段加速器管、磁気集束要素、または圧送チャンバのうちの１つまたはそれを上回るものを備える、請求項２９に記載の中性子ビームシステム。

【請求項32】

ビームラインを通して前進するビームの位置を監視する方法であって、前記方法は、
ビームが前記ビームラインを通して前進するにつれて、ビームライン内に位置付けられる複数の電極の１つまたはそれを上回る個々の電極における電流の大きさを測定することを含む、方法。

【請求項33】

前記複数の電極の各個々の電極は、１つまたはそれを上回る電流閾値と関連付けられる、請求項３２に記載の方法。

【請求項34】

前記１つまたはそれを上回る個々の電極のうちの１つまたはそれを上回るものにおける前記電流の大きさを１つまたはそれを上回る電流閾値に対して比較することによって、前記ビームラインを通して前進するビームが軸外にあるかどうかを決定することをさらに含む、請求項３３に記載の方法。

【請求項35】

前記１つまたはそれを上回る個々の電極の第１の電極における電流の第１の大きさと第１の電流閾値を、前記１つまたはそれを上回る個々の電極の第２の電極における電流の第２の大きさと第２の電流閾値を比較することによって、前記ビームラインを通して前進するビームが軸外にあるかどうかを決定することをさらに含み、前記第１の電極および前記第２の電極は、相互に隣接して位置付けられる、請求項３３に記載の方法。

【請求項36】

前記１つまたはそれを上回る個々の電極のうちの１つまたはそれを上回るものにおける前記電流の大きさが、前記１つまたはそれを上回る電流閾値を超えるかまたは下回るとき、前記ビームが軸外にあることを制御システムに信号伝達することをさらに含む、請求項３４に記載の方法。

【請求項37】

前記第１の電極における前記電流の第１の大きさが、前記第１の電流閾値を超えるかまたは下回り、前記第２の電極における前記電流の第２の大きさが、前記第２の電流閾値を超えるかまたは下回るとき、前記ビームが軸外にあることを制御システムに信号伝達することをさらに含む、請求項３５に記載の方法。

【請求項38】

外部電力供給源を使用して、前記複数の電極をバイアスすることをさらに含む、請求項３２に記載の方法。

【請求項39】

前記複数の電極を水冷することをさらに含む、請求項３２に記載の方法。

【請求項40】

前記複数の電極の各個々の電極は、電極延在距離と関連付けられる、請求項３２に記載の方法。

【請求項41】

前記電極延在距離は、電極が延在する前記ビームラインの構成要素の内部の中の距離を表す、請求項３９に記載の方法。

【請求項42】

各個々の電極は、一意の所定の閾値電流と関連付けられる、請求項３２に記載の方法。

【請求項43】

ビームシステムのビームラインを通して前進するビームの位置を制御する方法であって、前記方法は、
ビーム位置モニタから、１つまたはそれを上回る信号を受信することと、
前記１つまたはそれを上回る信号に基づいて、前記ビームラインを通して前進するビームが軸外にあるかどうかを決定することと
を含む、方法。

【請求項44】

前記ビーム位置モニタは、前記ビームラインの構成要素の内部の中に延在する複数の電極を備える、請求項４３に記載の方法。

【請求項45】

前記１つまたはそれを上回る信号に基づいて、前記ビームシステムの動作を中断させるための命令を伝送することをさらに含む、請求項４４に記載の方法。

【請求項46】

前記１つまたはそれを上回る信号に基づいて、前記１つまたはそれを上回る信号を表すデータをコンピューティングデバイスに伝送することをさらに含む、請求項４４に記載の方法。

【請求項47】

前記ビームが所望の軸外にあることの決定に応じて、調節信号を１つまたはそれを上回るビームライン構成要素に伝送し、前記所望の軸に戻るように、前記ビームの位置を調節することをさらに含む、請求項４４に記載の方法。

【請求項48】

前記１つまたはそれを上回る信号に基づいて、所望の軸外のビームの偏向度を決定することと、
調節信号を１つまたはそれを上回るビームライン構成要素に伝送し、前記所望の軸外のビーム偏向度を補償することと
をさらに含む、請求項４４に記載の方法。

【請求項49】

前記１つまたはそれを上回るビームライン構成要素は、１つまたはそれを上回るビーム操向磁石を備える、請求項４７または４８のいずれかに記載の方法。

【請求項50】

前記調節信号は、前記１つまたはそれを上回るビーム操向磁石の位置を調節する、請求項４９に記載の方法。

【請求項51】

前記１つまたはそれを上回る信号は、前記複数の電極の１つまたはそれを上回る電極によって測定された電流を表す、請求項４４－５０のいずれかに記載の方法。

【請求項52】

前記１つまたはそれを上回る信号は、前記１つまたはそれを上回る電極と関連付けられる電流閾値を超える前記複数の電極の１つまたはそれを上回る電極によって測定された電流を表す、請求項４４－５０のいずれかに記載の方法。

【請求項53】

前記１つまたはそれを上回る信号は、隣接する電極と関連付けられる電流閾値を超える前記複数の電極の隣接する電極によって測定された電流を表す、請求項４４－５０のいずれかに記載の方法。

【請求項54】

前記ビーム偏向度は、前記ビームが進行している軸外距離を定量化する、請求項４８に記載の方法。

【請求項55】

圧送チャンバに結合され、その内部の中に延在し、前記圧送チャンバのビーム伝搬軸に直交して配向される２つまたはそれを上回る撮像構成要素を備える、ビーム撮像診断器システム。

【請求項56】

前記圧送チャンバは、ビームラインに沿って位置付け可能である、請求項５５に記載のビーム撮像診断器システム。

【請求項57】

前記２つまたはそれを上回る撮像構成要素は、ガスの入射を用いて、前記ビームラインを通して前進するビームを実質的に非侵襲的に監視するように構成される、請求項５６に記載のビーム撮像診断器システム。

【請求項58】

前記ビーム撮像診断器システムは、前記ビームラインを通して前進するビームのビームパラメータを監視するように構成される、請求項５７に記載のビーム撮像診断器システム。

【請求項59】

前記ビームパラメータは、サイズ、場所、傾斜度、またはプロファイルのうちの１つまたはそれを上回るものを備える、請求項５８に記載のビーム撮像診断器システム。

【請求項60】

前記圧送チャンバから延在し、通路を前記圧送チャンバの中に提供するガス吹送ポートをさらに備える、請求項５５に記載のビーム撮像診断器システム。

【請求項61】

前記２つまたはそれを上回る撮像構成要素は、レンズと結合されるカメラを備える、請求項５５に記載のビーム撮像診断器システム。

【請求項62】

光学管が、間接的または直接的のうちの１つまたはそれを上回るものによって、前記レンズと結合される、請求項６１に記載のビーム撮像診断器システム。

【請求項63】

前記カメラから最も遠い前記光学管の端部は、具体的形状の開口部を有する開口を備える、請求項６２に記載のビーム撮像診断器システム。

【請求項64】

前記開口は、前記カメラと合致され、そうでなければ前記カメラのカメラセンサに到達し得る背景光の大部分を遮断するように構成される、請求項６３に記載のビーム撮像診断器システム。

【請求項65】

前記２つまたはそれを上回る撮像構成要素はさらに、前記光学管と前記レンズとの間に位置付けられる干渉帯域通過フィルタを備える、請求項６２に記載のビーム撮像診断器システム。

【請求項66】

前記ガス吹送ポートは、ガス弁によって駆動される、請求項６０に記載のビーム撮像診断器システム。

【請求項67】

前記２つまたはそれを上回る撮像構成要素は、調節可能検出器暴露時間を備える、請求項５５に記載のビーム撮像診断器システム。

【請求項68】

前記調節可能検出器暴露時間は、最高可能信号対雑音比（ＳＮＲ）を維持しながら、可能な限り多くの信号の蓄積を提供するように調節可能である、請求項６７に記載のビーム撮像診断器システム。

【請求項69】

前記ガス弁は、吹送されるガスの量および前記ガスの量が前記圧送チャンバの中に吹送される時間を制御するように構成される、請求項６６に記載のビーム撮像診断器システム。

【請求項70】

前記ガス弁はさらに、ガスの均一分布が前記２つまたはそれを上回る撮像構成要素の視野内で達成されるように、前記圧送チャンバの中に吹送されるガスの場所を制御するように構成される、請求項６９に記載のビーム撮像診断器システム。

【請求項71】

前記カメラは、時間分解能、信号対雑音比、またはサイズのうちの１つまたはそれを上回るものを備える、請求項６１に記載のビーム撮像診断器システム。

【請求項72】

前記時間分解能は、２ミリ秒またはそれ未満である、請求項７１に記載のビーム撮像診断器システム。

【請求項73】

前記信号対雑音比は、４０：１を超える、請求項７１に記載のビーム撮像診断器システム。

【請求項74】

ビームシステムであって、
前記ビームシステムに沿って位置付けられるビーム撮像診断器システムであって、前記ビーム撮像診断器システムは、前記ビームシステムを通して前進するビームを非侵襲的に監視するように構成される、ビーム撮像診断器システムと、
１つまたはそれを上回る信号を前記ビーム撮像診断器システムから受信するように構成される制御システムと
を備える、ビームシステム。

【請求項75】

前記ビーム撮像診断器システムは、請求項５５－７３のいずれか１項に記載のビーム撮像診断器システムを備える、請求項７４に記載のビームシステム。

【請求項76】

前記制御システムは、少なくとも１つのプロセッサと、少なくとも１つのメモリとを備え、前記少なくとも１つのメモリは、命令を記憶しており、前記命令は、前記少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、前記制御システムに、
前記１つまたはそれを上回る信号に基づいて、サイズ、場所、傾斜度、またはプロファイルのうちの１つまたはそれを上回るものを備える１つまたはそれを上回るビームパラメータを決定すること
を行わせる、請求項７４または７５のいずれかに記載のビームシステム。

【請求項77】

前記制御システムは、少なくとも１つのプロセッサと、少なくとも１つのメモリとを備え、前記少なくとも１つのメモリは、命令を記憶しており、前記命令は、前記少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、前記制御システムに、
前記１つまたはそれを上回る信号に基づいて、制御信号を前記ビーム撮像診断器システムのガス弁または１つまたはそれを上回る撮像構成要素のうちの１つまたはそれを上回るものに伝送すること
を行わせる、請求項７４－７６のいずれかに記載のビームシステム。

【請求項78】

低エネルギービームライン（ＬＥＢＬ）をさらに備える、請求項７７に記載のビームシステム。

【請求項79】

前記ＬＥＢＬは、負のイオン源、ビーム光学系、前段加速器システム、ビーム診断器、または圧送チャンバのうちの１つまたはそれを上回るものを備える、請求項７８に記載のビームシステム。

【請求項80】

前記ＬＥＢＬの下流の加速器をさらに備える、請求項７８に記載のビームシステム。

【請求項81】

請求項５５－７３のいずれかに記載の第１のビーム撮像診断器システムが、前記加速器の上流に位置付けられる、請求項８０に記載のビームシステム。

【請求項82】

請求項５５－７３のいずれかに記載の第２のビーム撮像診断器システムが、前記加速器の下流に位置付けられる、請求項８１に記載のビームシステム。

【請求項83】

中性子ビームシステムであって、
イオン源からのイオンを加速させるように構成される前段加速器システムと、
前記前段加速器システムからのイオンを加速させるように構成されるタンデム加速器と、
請求項１－１９のいずれかに記載のビーム撮像診断器システムと
を備える、中性子ビームシステム。

【請求項84】

前記イオン源は、イオンを発生させるように構成される、請求項８３に記載の中性子ビームシステム。

【請求項85】

前記タンデム加速器の出口に結合される高エネルギービームライン（ＨＥＢＬ）をさらに備え、前記前段加速器システムは、前記タンデム加速器の入口に結合される、請求項８３に記載の中性子ビームシステム。

【請求項86】

前記前段加速器システムは、アインツェルレンズ、前段加速器管、磁気集束要素、または圧送チャンバのうちの１つまたはそれを上回るものを備える、請求項８３に記載の中性子ビームシステム。

【請求項87】

１つまたはそれを上回る信号を前記ビーム撮像診断器システムから受信するように構成される制御システムをさらに備える、請求項８３－８６のいずれかに記載の中性子ビームシステム。

【請求項88】

前記制御システムは、少なくとも１つのプロセッサと、少なくとも１つのメモリとを備え、前記少なくとも１つのメモリは、命令を記憶しており、前記命令は、前記少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、前記制御システムに、
前記１つまたはそれを上回る信号に基づいて、サイズ、場所、傾斜度、またはプロファイルのうちの１つまたはそれを上回るものを備える１つまたはそれを上回るビームパラメータを決定すること
を行わせる、請求項８７に記載の中性子ビームシステム。

【請求項89】

前記制御システムは、少なくとも１つのプロセッサと、少なくとも１つのメモリとを備え、前記少なくとも１つのメモリは、命令を記憶しており、前記命令は、前記少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、前記制御システムに、
前記１つまたはそれを上回る信号に基づいて、制御信号を前記ビーム撮像診断器システムのガス弁または１つまたはそれを上回る撮像構成要素のうちの１つまたはそれを上回るものに伝送すること
を行わせる、請求項８７に記載の中性子ビームシステム。

【請求項90】

ビームラインに沿って前進するビームのパラメータを非侵襲的に監視する方法であって、前記方法は、
ガスを圧送チャンバの中に吹送することと、
前記ビームラインを通して前進するビームのエネルギービーム微粒子の衝突から結果として生じる蛍光に基づいて、１つまたはそれを上回るビームパラメータを測定することと
を含む、方法。

【請求項91】

前記ビームが前記ビームラインを通して前進する間、前記ガスを前記圧送チャンバの中に吹送することをさらに含む、請求項９０に記載の方法。

【請求項92】

前記ビームラインを通して前進するビームへの擾乱が最小限にされるように、前記ビームラインに沿って、前記ガスを前記圧送チャンバの中に吹送することをさらに含む、請求項９０に記載の方法。

【請求項93】

前記ビームラインを通して前進するビームへの擾乱が最小限にされるように、前記１つまたはそれを上回るビームパラメータを測定することをさらに含む、請求項９０に記載の方法。

【請求項94】

前記ビームのパルスが前記ビームラインを通して前進することに先立って、前記ガスを前記圧送チャンバの中に吹送することをさらに含む、請求項９０に記載の方法。

【請求項95】

前記１つまたはそれを上回るビームパラメータは、横方向ビームサイズ（プロファイル）またはビーム位置のうちの１つまたはそれを上回るものを備える、請求項９０に記載の方法。

【請求項96】

前記測定することは、ビーム－ガス相互作用領域からの蛍光の発光量を記録することを含む、請求項９５に記載の方法。

【請求項97】

前記蛍光の発光量を記録することは、２つまたはそれを上回る直交して配向される撮像構成要を使用して記録することを含む、請求項９６に記載の方法。

【請求項98】

前記２つまたはそれを上回る直交して配向される撮像構成要素のためのトリガを前記ビームのパルスに対して遅延させることをさらに含む、請求項９７に記載の方法。

【請求項99】

前記トリガは、ビーム平衡時間または蛍光性放出遅延のうちの１つまたはそれを上回るものに適応するように遅延される、請求項９８に記載の方法。

【請求項100】

１つまたはそれを上回るビームパラメータを制御システムに転送することをさらに含む、請求項９０に記載の方法。

【請求項101】

前記１つまたはそれを上回るビームパラメータは、ビーム位置、横方向サイズ、およびビーム傾斜度を備える、請求項１００に記載の方法。

【請求項102】

前記１つまたはそれを上回るビームパラメータを前記制御システムにリアルタイムで転送することをさらに含む、請求項１０１に記載の方法。

【請求項103】

ビーム伝搬に沿って、ビーム重心を計算することと、
前記ビーム重心とビームライン軸座標を比較することと
をさらに含む、請求項９０に記載の方法。

【請求項104】

ビーム撮像診断器システムの較正の間、前記ビームライン軸座標を取得することをさらに含む、請求項１０３に記載の方法。

【請求項105】

治療の前、治療の間、または治療の後のうちの１つまたはそれを上回るものにおいて、前記１つまたはそれを上回るビームパラメータを測定することをさらに含む、請求項９０に記載の方法。

【請求項106】

前記ガスは、アルゴンまたはキセノンのうちの１つまたはそれを上回るものを備える、請求項１０５に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（関連出願の相互参照）
本願は、その全てが、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる、「ＳＹＳＴＥＭＳ， ＤＥＶＩＣＥＳ， ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＦＡＳＴ ＢＥＡＭ ＰＯＳＩＴＩＯＮ ＭＯＮＩＴＯＲＩＮＧ」と題され、２０２０年８月１３日に出願された、米国仮出願第６３／０６５，４４８号、「ＳＹＳＴＥＭＳ， ＤＥＶＩＣＥＳ， ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＧＡＳ ＰＵＦＦ ＢＥＡＭ ＩＭＡＧＩＮＧ」と題され、２０２０年８月１３日に出願された、米国仮出願第６３／０６５，４４２号、「ＳＹＳＴＥＭＳ， ＤＥＶＩＣＥＳ， ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＦＡＳＴ ＢＥＡＭ ＰＯＳＩＴＩＯＮ ＭＯＮＩＴＯＲＩＮＧ」と題され、２０１９年８月３０日に出願された、米国仮出願第６２／８９４，２９０号、および「ＳＹＳＴＥＭＳ， ＤＥＶＩＣＥＳ， ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＧＡＳ ＰＵＦＦ ＢＥＡＭ ＩＭＡＧＩＮＧ」と題され、２０１９年８月３０日に出願された、米国仮出願第、６２／８９４，２２０号の優先権を主張する。

【0002】

本明細書に説明される主題は、概して、ビームシステムに関し、特に、ビームシステムの荷電粒子ビームラインのビーム診断器に関し、さらに特に、ビームライン内のビーム不整合の検出のための高速ビーム位置監視を促進するためのシステムおよび方法に関する。主題はさらに、非侵襲的ビーム診断器を促進するためのシステムおよび方法に関する。

【背景技術】

【0003】

ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ）は、最も困難なタイプのうちのいくつかを含む、種々のタイプの癌の治療のモダリティである。ＢＮＣＴは、ホウ素化合物を使用して、正常細胞を避けながら、腫瘍細胞を治療するように選択的に照準する、技法である。ホウ素を含有する、物質が、血管の中に注入され、ホウ素が、腫瘍細胞内に集中する。患者は、次いで、（例えば、中性子ビームの形態における）中性子を用いた放射線療法を受ける。中性子は、ホウ素と反応し、正常細胞への害を低減または排除させながら、腫瘍細胞を死滅させる。長期臨床研究は、３～３０キロ電子ボルト（ｋｅＶ）以内のエネルギースペクトルを伴う、中性子のビームが、患者への放射線負荷を減少させながら、より効率的癌治療を達成するために好ましくあり得ることを証明している。本エネルギースペクトルまたは範囲は、頻繁に、熱外と称される。

【0004】

熱外中性子（例えば、熱外中性子ビーム）の発生のための大部分の従来の方法は、陽子（例えば、陽子ビーム）とベリリウムまたはリチウム（例えば、ベリリウム標的またはリチウム標的）のいずれかの核反応に基づく。

【0005】

静電加速器に基づく解決策に関して、ビーム診断器は、荷電粒子ビームライン設計の固有の部分である。ビーム移送における重要なタスクは、ビームがビームラインの内側に正しく位置付けられる（例えば、ビームライン構成要素および壁との直接ビーム相互作用が存在しない）ことを確実にすることである。そのようなビーム診断器の設置または使用の任意の影響は、ビームの破壊的電力がビームエネルギーに伴って上昇するにつれて、ビームエネルギーに比例し得る。これは、特に、ビームライン構成要素への不可逆的損傷がミリ秒の時間スケールで生成され得る、直流（ＤＣ）ビームの移送に当てはまる。したがって、ビーム位置の持続的監視は、加速器ベースの解決策におけるビーム移送の成功にとって重要である。

【0006】

二次放出モニタのアレイに基づく、従来のビーム位置モニタ（ＢＰＭ）は、ミリメートル分解能を伴って、信頼性のある動作を実証する。しかしながら、従来のＢＰＭは、そのプローブ（薄箔）とビームの直接相互作用に起因して、比較的に低ビーム電力受容閾値を有する。故に、二次放出モニタのアレイに基づく、ビーム監視は、最大３．５メガワット（ＭＷ）のビームにとって好ましくない。

【0007】

非破壊的ビーム位置モニタ（ＢＰＭ）は、典型的には、ビームインピーダンスの検出に基づく。そのような非破壊的ＢＰＭは、主に、容量タイプＢＰＭ（例えば、線形切断、ボタンタイプ、およびストリップラインＢＰＭ）である。そのようなビームインピーダンス検出デバイスの動作の原理は、その使用がパルス状ビームに限定される結果をもたらす。

【0008】

従来のシステムは、１）ＤＣビームと正常に動作することが不可能である、２）ミリ秒の応答時間を欠いている、３）核あたり最大２．５メガ電子ボルト（ＭｅＶ）の電力を有する、ビームを受容することが不可能である、４）簡略化を欠いている、かつ５）信頼性を欠いていると考えられる。

【0009】

加速器ベースの解決策に関して、そのようなビーム診断器の成果はまた、ビームライン要素の配列および制御、ビーム成形、ビーム集束、ビーム屈曲、ビームライン要素の清掃および回転、ビーム監視および統計等のために広範に使用される、ビームパラメータおよび特性についての情報を提供することを含む。従来、大部分の開発および利用されているビーム診断器は、侵襲的診断と称され得るものであって、（例えば、測定のプロセスの間の）ビームへのその影響は、一般に、１つまたはそれを上回るビームパラメータの望ましくない摂動をもたらす。

【0010】

ビームサイズおよび断面プロファイルを測定するための従来の侵襲的ビーム診断器は、スリットグリッドおよびアリソンエミッタンススキャナ、ワイヤビームプロファイラ、ならびに同等物を含む。しかしながら、そのような侵襲的ビーム診断器は、それらが、ａ）典型的には、短持続時間後、ビームの望ましくない終了をもたらすように、ビームを摂動させ、ｂ）ビーム微粒子との直接相互作用に起因して、容認可能ビーム電力の観点から限定されるため、リアルタイムビーム追跡のためにあまり好適ではない。

【0011】

従来のビームワイヤスキャナの使用は、プローブ収集ビーム電力によって限定される。したがって、直流（ＤＣ）ビームが、低ビームエネルギー（例えば、１５ミリアンペア（ｍＡ）電流における比較的に低エネルギービームライン内の３０キロ電子ボルト（ｋｅＶ））の領域内でのみプローブされ得る。本限界を克服するために、より高いエネルギーのビーム（ビームパルス持続時間によって決定される）を伴う、ワイヤスキャナの使用を可能にする、パルス状ビームが、使用されることができる。しかしながら、両アプローチ（例えば、パルス状ビームの有無にかかわらず）とも、測定の間のビーム歪曲のため、ビームパラメータ（場所およびサイズ）の持続的監視のために好適ではない。

【0012】

エネルギービーム微粒子とプローブの相互作用は、典型的には、種々の現象を伴い、そのうちのいくつかは、信号解釈を著しく複雑にし得ることに留意することが重要である。例えば、二次電子放出（ＳＥＥ）現象は、プローブ（信号）上で測定された電流を修正する。プローブバイアスを介したＳＥＥ抑制の一般的アプローチは、ビーム微粒子の恣意的エネルギーのための信号へのＳＥＥ寄与を減少させることを確実にしない。さらに、プローブ表面の近傍の可能性として考えられるプラズマ形成およびプローブの高速加熱も同様に、信号に影響を及ぼすプロセスである。これらの現象の寄与は、予測および考慮することが困難である。

【0013】

高出力ＤＣビーム（最大５キロワット（ｋＷ））を監視し、ビーム位置、サイズ、およびプロファイル等の基本ビーム特性を送達するために、真に非侵襲的ビーム診断器が、望ましい。加えて、そのような非侵襲的ビーム診断器の可用性は、ビーム制御システムのためのリアルタイムフィードバックループを促進し得る。

【0014】

これらおよび他の理由から、ビームシステム内のビーム位置を監視する、改良された、効率的、かつコンパクトなシステム、デバイス、および方法、ならびに非侵襲的ビーム診断器を中性子ビームシステム内に提供する、改良された、効率的、かつコンパクトなシステム、デバイス、および方法の必要性が存在する。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0015】

ビームシステムのためのシステム、デバイス、および方法、より具体的には、ビームライン内のビーム不整合の検出のための高速ビーム位置監視を促進するためのシステムおよび方法の例示的実施形態が、本明細書に説明される。ある例示的実施形態では、ビーム位置モニタ（ＢＰＭ）（例えば、本明細書には、高速ビーム位置モニタまたはＦＢＰＭとも称される）が、中性子ビームシステム（ＮＢＳ）として構成される、例示的ビームシステムのために提供される。

【0016】

ある例示的実施形態では、ビーム位置モニタ（ＢＰＭ）は、ビームシステムのビームラインの内部の中に延在する、複数の電極を含むことができる。これらの実施形態では、ビーム位置モニタ（ＢＰＭ）は、電極によるビームハロ電流の収集によって動作することができる。電極は、ＢＰＭの壁からガルバニ的に隔離され、ＢＰＭ壁に対してバイアスされることができ、これは、信号への二次電子放出（ＳＥＥ）電流の寄与を低減させることができ、ビーム発生プラズマから収集されるビームハロ電流を増加させることができる。

【0017】

ビーム位置モニタ（ＢＰＭ）は、ビームラインを通して前進するビームへの擾乱を最小限にしながら、ビームライン構成要素へのビーム誘発損傷を低減または排除することと関連付けられる、検出感度レベルを含むことができる。すなわち、ビームラインの構成要素を通して通過する、ビームの最小限の量のビーム電流が、電極に起因して低減されることができる。

【0018】

システム、デバイス、および方法の実施形態はさらに、加速器ベースのビームシステムに関し、より具体的には、非侵襲的ビーム診断器を促進するためのシステムおよび方法に関する。例示的実施形態では、非侵襲的ビーム診断器システムは、ビームライン、例えば、中性子ビームシステム（ＮＢＳ）の一部としての役割を果たすビームラインのために好適なガス吹送ビーム撮像（ＧＰＢＩ）診断器システムを含む。ガス吹送ビーム撮像（ＧＰＢＩ）診断器システムは、実質的ビーム摂動を伴わずに、ビーム位置およびサイズについての情報をリアルタイムで送達するように適合されることができる。非侵襲的ビーム診断器システムは、時間分解および空間分解され、広範囲の異なるビーム電力にわたって機能する。さらに、本ガス吹送ビーム撮像（ＧＰＢＩ）診断器システムは、高エネルギービームライン（ＨＥＢＬ）のために、または中性子ビームシステム（ＮＢＳ）の一部としてのタンデム加速器内もしくはその近傍において好適である。

【0019】

例示的実施形態は、ビーム電力の上限に関する制限を伴わずに、ビームの非侵襲的持続的監視およびビーム制御システムに関する重要なビームパラメータ（サイズ、場所、プロファイル）の入手を可能にすることによって、従来の侵襲的ビーム監視解決策と関連付けられる、前述の限界を克服する。加えて、本ＧＰＢＩ診断器システムの時間および空間の両方の分解能は、従来の診断より改良されている。例えば、本ＧＰＢＩ診断器システムの時間分解能は、約数百ミリ秒であって、これは、ワイヤスキャナの測定時間スケール（数秒）に優る有意な改良である。

【0020】

例示的実施形態では、エネルギービーム微粒子との衝突に起因して生産される、残留（背景）または吹送ガスの蛍光が、横方向ビームサイズ（プロファイル）およびビーム位置を測定するための非破壊的診断技法の一部として使用される。ビームパラメータ（例えば、横方向サイズ、場所、傾斜度）を測定するために、ビーム－ガス相互作用領域からの蛍光の発光量が、ビーム横方向サイズ、ビーム場所、および傾斜度に関するデータを提供する、ビーム撮像診断器の記録デバイスまたは撮像構成要素（例えば、カメラ）によって記録される。

【0021】

本明細書に説明される主題の他のシステム、デバイス、方法、特徴、および利点は、以下の図および詳細な説明の吟味に応じて、当業者に明白である、または明白となるであろう。全てのそのような付加的システム、方法、特徴、および利点は、本説明内に含まれ、本明細書に説明される主題の範囲内であって、付随の請求項によって保護されることが、意図される。それらの特徴の明治的列挙が請求項内に不在であっても、いかようにも、例示的実施形態の特徴は、添付の請求項を限定するものとして解釈されるべきではない。

【図面の簡単な説明】

【0022】

その構造および動作の両方に関する、本明細書に記載される主題の詳細は、付随の図の精査によって明白となり得、その中の同様の参照番号は、同様の部品を指す。図中の構成要素は、必ずしも、正確な縮尺ではなく、強調が、代わりに、主題の原理を図示する際に置かれ得る。さらに、全ての例証は、概念を伝達するように意図され、相対的サイズ、形状、および他の詳述される属性は、文字通りまたは精密にではなく、図式的に図示され得る。

【0023】

【図1A】図１Ａは、本開示の実施形態と併用するための中性子ビームシステムの例示的実施形態の概略図である。

【0024】

【図1B】図１Ｂは、ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ）において使用するための中性子ビームシステムの例示的実施形態の概略図である。

【0025】

【図2】図２は、本開示の実施形態と併用するための例示的前段加速器システムまたはイオンビーム注入器を図示する。

【0026】

【図3】図３は、図２に示されるイオンビーム注入器システムのビーム位置モニタ（ＢＰＭ）の例示的実施形態の斜視図である。

【0027】

【図4】図４は、人工的不整合の間の例示的ビーム位置モニタ（ＢＰＭ）の電極上に収集される電流の例示的波形を図示する、グラフ画像である。

【0028】

【図5】図５は、ビーム撮像（例えば、ＧＰＢＩ）診断器システムを伴う、図２に示されるイオンビーム注入器システムの圧送チャンバの実施形態の斜視図である。

【0029】

【図6】図６は、パルス状ビームのためのビーム撮像（ＧＰＢＩ）診断器システムの撮像構成要素の斜視図である。

【0030】

【図7】図７は、本開示の実施形態と併用するための例示的タイミングスキームを図示する。

【0031】

【図8】図８は、ガス吹送ビーム撮像（ＧＰＢＩ）診断器システムによって入手された例示的ビーム画像である。

【0032】

【図9】図９は、図８に示される後処理された画像の実施例である。

【0033】

【図10】図１０は、測定されたビームライン積分プロファイルの実施例を示す、グラフである。

【0034】

【図11A】図１１Ａおよび１１Ｂは、それを用いて本開示の実施形態が動作し得る、制御システムの例示的実施形態を描写する、ブロック図を図示する。

【図11B】図１１Ａおよび１１Ｂは、それを用いて本開示の実施形態が動作し得る、制御システムの例示的実施形態を描写する、ブロック図を図示する。

【0035】

【図12】図１２は、本開示の実施形態と併用され得る、コンピューティング装置の例示的実施形態を描写する、ブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0036】

詳細な説明
本主題が詳細に説明される前に、本開示は、説明される特定の実施形態に限定されず、したがって、当然ながら、変動し得ることを理解されたい。また、専門用語は、特定の実施形態を説明する目的のためにのみ、本明細書で使用され、本開示の範囲は、添付の請求項によってのみ限定されるであろうため、限定することを意図するものではないことを理解されたい。

【0037】

用語「粒子」は、本明細書では、広義に使用され、別様に限定されない限り、電子、陽子（またはＨ＋イオン）、または中性子、ならびに１つを上回る電子、陽子、および／または中性子（例えば、他のイオン、原子、および分子）を有する、種を説明するために使用され得る。

【0038】

（例えば、粒子加速器を含む）ビームシステム内の診断器のためのシステム、デバイス、および方法の例示的実施形態が、本明細書に説明される。本明細書に説明される実施形態は、任意のタイプの粒子加速器と併用される、または粒子加速器に供給するための規定されたエネルギーにおける荷電粒子ビームの生産を伴う、任意の粒子加速器用途内で使用されることができる。本明細書における実施形態は、多数の用途において使用されることができ、その実施例は、ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ）において使用するための中性子ビームの発生のための中性子ビームシステムとしてのものである。説明を容易にするために、多くの本明細書に説明される実施形態は、ＢＮＣＴにおいて使用するための中性子ビームシステムの文脈においてそのように行われるであろうが、実施形態は、特に、中性子ビームの発生またはＢＮＣＴ用途のみに限定されない。

【0039】

図１Ａは、本開示の実施形態と併用するためのビームシステムの例示的実施形態の概略図である。ここでは、ビームシステム１０は、源２２と、低エネルギービームライン（ＬＥＢＬ）１９０と、低エネルギービームライン（ＬＥＢＬ）１９０に結合される、加速器４０と、加速器４０から標的１９６を格納する標的アセンブリまで延在する、高エネルギービームライン（ＨＥＢＬ）５０とを含む。ＬＥＢＬ１９０は、ビームを源２２から、ビームを加速させるように構成される、加速器４０に移送するように構成される。ＨＥＢＬ５０は、ビームを加速器４０の出力から標的１９６に輸送する。

【0040】

ビームシステム１０のビームライン内のビーム不整合の検出のための高速ビーム位置監視を促進するためのシステム、デバイス、および方法の例示的実施形態が、本明細書に説明される。例示的実施形態では、単純かつ信頼性のあるビーム位置モニタ（ＢＰＭ）が、提供される。ある例示的実施形態では、ビーム位置モニタ（ＢＰＭ）は、中性子ビームシステム（ＮＢＳ）のビームラインの内部の中に延在する、複数の電極を含むことができる。これらの実施形態では、ビーム位置モニタ（ＢＰＭ）は、電極によるビームハロ電流の収集によって動作することができる。電極は、ＢＰＭの壁からガルバニ的に隔離され、外部電力供給源を使用してバイアスされることができる。ＢＰＭ壁に対するバイアスは、信号への二次電子放出（ＳＥＥ）電流の寄与を低減させることができ、ビーム発生プラズマから収集されるビームハロ電流を増加させることができる。

【0041】

例示的実施形態では、ビーム位置モニタ（ＢＰＭ）は、ビームラインを通して前進するビームが軸外にあるとき、制御システムに信号伝達または示すように構成される。

【0042】

ビーム位置モニタ（ＢＰＭ）は、ビームラインを通して前進するビームへの擾乱を最小限にしながら、ビームライン構成要素へのビーム誘発損傷を低減または排除することと関連付けられる、検出感度レベルを含むことができる。すなわち、ビームラインの構成要素を通して通過するビームの最小限の量のビーム電流が、電極による電流収集の結果として、低減されることができる。ＢＰＭの例示的実施形態は、有利なこととして、直流（ＤＣ）ビームで動作し、ミリ秒（またはより高速の）応答時間を有し、および／または核あたり２．５ＭｅＶの（およびより高い）ビーム電力を受容することができる。

【0043】

いくつかの例示的実施形態では、ＢＰＭは、中性子ビームをイオンビームから生産するために構成される、ビームシステムの一部であることができる。ビームシステムは、イオンビーム注入器システムとしての役割を果たす、ＬＥＢＬと、イオンビーム注入器システムに結合される、高電圧（ＨＶ）タンデム加速器と、タンデム加速器から中性子生産標的を格納する中性子標的アセンブリまで延在する、ＨＥＢＬとを含むことができる。これらの例示的実施形態では、イオンビーム注入器は、イオン源と、イオン源から延在する低エネルギービームラインの中に組み込まれる、ビーム光学系と、前段加速器管と、ビーム診断器と、タンデム加速器に結合される、圧送チャンバとを含むことができる。イオン源は、荷電粒子をプラズマ体積内で発生させることができ、これは、抽出され、加速され、調整され、最終的に、中性子生産標的に送達されると、中性子を生産するために使用されることができる。ビーム位置を監視する、そのような改良された、効率的、かつコンパクトなシステム、デバイス、および方法は、動作有効性を維持しながら、中性子ビームシステム機器の保存を可能にする。

【0044】

システム１０はまた、ガスベースまたは実質的に非侵襲的ビーム診断器システムを含むことができる。本診断器システムは、ビームシステムのビーム注入器としての役割を果たす、ＬＥＢＬのために好適なガス吹送ビーム撮像（ＧＰＢＩ）を含むことができ、ＧＰＢＩは、ビーム摂動を伴わずに、ビーム位置およびサイズについての情報をリアルタイムで送達するように適合される。さらに、本ＧＰＢＩ診断器システムは、高エネルギービームライン（ＨＥＢＬ）のために、または加速器内もしくはその近傍において好適である。非侵襲的ビーム診断器システムは、時間および空間分解され、ビーム電力に関する上限を有していない。

【0045】

例示的実施形態では、エネルギービーム微粒子との衝突に起因して生産される、残留（背景）または吹送ガスの蛍光が、横方向ビームサイズ（プロファイル）およびビーム位置を測定するための非破壊的診断技法の一部として使用される。ガス環境を通した荷電粒子の伝搬は、ガス原子および分子の衝突励起に起因する、光の放出につながる。ビームパラメータ（横方向サイズ、場所、傾斜度）を測定するために、ビーム－ガス相互作用領域からの蛍光の発光量が、ビーム横方向サイズ、ビーム場所、および傾斜度に関するデータを提供する、記録デバイスまたは撮像構成要素（例えば、カメラ）によって記録される。取得された画像は、（ある仮定、例えば、ビーム軸方向対称性下における）アーベル反転を介して、または断層撮影技法を使用して、実際のビームプロファイルとさらに相関されることができる。

【0046】

例示的実施形態では、ＧＰＢＩ診断器システムは、１つまたはそれを上回る撮像構成要素、多くの実施形態では、圧送チャンバに結合され、その内部の中に延在する、少なくとも２つの直交して配向される撮像構成要素と、圧送チャンバから延在し、通路を圧送チャンバの中に提供する、ガス吹送ポートとを含む。

【0047】

ガス吹送ポートは、ＧＰＢＩ診断器システムの中に導入される、いくつかの中性子が、測定または観察されるべきビームとの相互作用を回避するために調整されるように、制御可能である。すなわち、ビームラインを通して通過する、ビームは、ＧＰＢＩ診断器システムによって観察されている間、実質的に妨害されずに、中性子の群を通して通過する。実施形態では、本開示の実施形態では、吹送されるガスは、アルゴンまたはキセノンのうちの１つまたはそれを上回るものを備える。

【0048】

図１Ｂは、本開示の実施形態による、ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ）において使用するための例示的中性子ビームシステム１０を図示する、概略図である。中性子ビームシステム１０は、ＬＥＢＬの少なくとも一部を形成する、前段加速器システム２０であって、図２に示されるように、荷電粒子ビーム注入器としての役割を果たす、前段加速器システム２０と、前段加速器システム２０に結合される、高電圧（ＨＶ）タンデム加速器４０と、タンデム加速器４０から中性子生産標的を格納する、中性子標的アセンブリ２００まで延在する、高エネルギービームライン５０とを含む。本実施形態では、ビーム源２２は、イオン源であって、荷電粒子ビームは、タンデム加速器４０内での陽子ビームへの変換に先立って、負のイオンビームである。中性子ビームシステム１０ならびに前段加速器システム２０はまた、積荷点検およびその他等の他の用途のためにも使用され、ＢＮＣＴに限定されないことができることを理解されたい。

【0049】

前段加速器システム２０（本明細書には、荷電粒子ビーム注入器またはイオンビーム注入器とも称される）は、イオンビームをイオン源２２からタンデム加速器４０の入力（例えば、入力開口）に移送するように構成される。

【0050】

そこに結合される、高電圧電力供給源４２によって給電される、タンデム加速器４０は、多くの実施形態では、概して、タンデム加速器４０内に位置付けられる加速電極に印加される電圧の２倍に等しいエネルギーを伴う、陽子ビームを生産することができる。陽子ビームのエネルギーレベルは、負の水素イオンのビームをタンデム加速器４０の入力から最内高電位電極まで加速させ、２個の電子を各イオンから奪取し、次いで、結果として生じる陽子を逆順で遭遇される同一電圧によって下流に加速させることによって達成される。

【0051】

高エネルギービームライン５０は、陽子ビームを、タンデム加速器４０の出力から、患者治療室の中に延在する、ビームラインの分岐７０の端部に位置付けられる、中性子標的アセンブリ２００内の中性子発生標的に輸送する。システム１０は、陽子ビームを任意の数の１つまたはそれを上回る標的および関連付けられる治療面積に指向するように構成されることができる。本実施形態では、高エネルギービームライン５０は、３つの分岐７０、８０、および９０を含み、３つの異なる患者治療室の中に延在する。高エネルギービームライン５０は、圧送チャンバ５１と、ビームの外集束を防止するための四重極磁石５２および７２と、ビームを治療室の中に操向するための双極子または屈曲磁石５６および５８と、ビーム補正器５３と、電流モニタ５４および７６等の診断器と、高速ビーム位置モニタ５５区分と、走査磁石７４とを含む。

【0052】

高エネルギービームライン５０の設計は、治療設備の構成（例えば、１階建構成の治療設備、２階建構成の治療設備、および同等物）に依存し得る。ビームは、屈曲磁石５６の使用を用いて、（例えば、治療室の近傍に位置付けられる）標的アセンブリ２００に送達されることができる。四重極磁石７２は、次いで、ビームを標的においてあるサイズに集束させるように含まれることができる。次いで、ビームは、１つまたはそれを上回る走査磁石７４を通過し、これは、所望のパターン（例えば、螺旋、湾曲、行および列における段階的、それらの組み合わせ、およびその他）において、標的表面上のビームの側方移動を提供する。ビーム側方移動は、リチウム標的上で陽子ビームの平滑かつ均一な時間平均分布を達成し、過熱を防止し、中性子発生をリチウム層内で可能な限り均一にすることに役立ち得る。

【0053】

走査磁石７４に進入後、ビームは、電流モニタ７６の中に送達されることができ、これは、ビーム電流を測定する。測定されたビーム電流値は、安全インターロックを動作させるために使用されることができる。標的アセンブリ２００は、ゲート弁７７を用いて、高エネルギービームライン体積から物理的に分離されることができる。ゲート弁の主要機能は、標的交換／装填の間の、ビームラインの真空体積の標的からの分離である。実施形態では、ビームは、屈曲磁石５６によって、９０度屈曲されなくてもよく、むしろ、右に直線に進み、次いで、水平ビームライン内に位置する、四重極磁石５２に進入する。その後、ビームは、別の屈曲磁石５８によって、部屋構成に応じて、必要とされる角度まで、屈曲され得る。そうでなければ、屈曲磁石５８は、同一階上に位置する２つの異なる治療室のために、ビームラインを２つの方向に分裂させるために、Ｙ形状磁石と置換され得る。

【0054】

図２は、本開示の実施形態と併用するための前段加速器システムまたはイオンビーム注入器の実施例を図示する。本実施例では、前段加速器システム２０は、アインツェルレンズ（図示せず）と、前段加速器管２６と、ソレノイド５１０とを含み、イオン源２２から注入される負のイオンビームを加速させるように構成される。前段加速器システム２０は、タンデム加速器４０のために要求されるエネルギーへのビーム粒子の加速を提供し、タンデム加速器４０の入力開口または入口における入力開口面積に合致するために、負のイオンビームの全体的収束を提供するように構成される。前段加速器システム２０はさらに、イオン源への損傷および／または逆流がイオン源のフィラメントに到達する可能性を低減させるために、タンデム加速器４０から前段加速器システムを通して通過するにつれて、逆流を最小限または外集束させるように構成される。

【0055】

実施形態では、イオン源２２は、負のイオンビームをアインツェルレンズ（図示せず）の下流に提供するように構成され、負のイオンビームは、前段加速器管２６およびソレノイド５１０を通して通過し続ける。ソレノイド５１０は、前段加速器管とタンデム加速器との間に位置付けられ、電力供給源と電気的に結合可能である。負のイオンビームは、ソレノイド５１０を通してタンデム加速器４０まで通過する。

【0056】

前段加速器システム２０はまた、イオン源真空ボックス２４と、圧送チャンバ２８とを含むことができ、これは、前段加速器管２６ならびに上記に説明される他の要素とともに、タンデム加速器４０につながる、比較的に低エネルギービームラインの一部である。その中にアインツェルレンズ（図示せず）が位置付けられる、イオン源真空ボックス２４は、イオン源２２から延在する。前段加速器管２６は、イオン源真空ボックス２４に結合されることができ、ソレノイド５１０は、前段加速器管２６に結合されることができる。圧送チャンバ２８は、ソレノイド５１０およびタンデム加速器４０に結合されることができる。イオン源２２は、荷電粒子の源としての役割を果たし、これは、加速され、調整され、最終的に、中性子生産標的に送達されると、中性子を生産するために使用されることができる。例示的実施形態は、負の水素イオンビームを生産するイオン源を参照して本明細書に説明されるであろうが、実施形態は、そのようなものに限定されず、他の正または負の粒子も、源によって生産されることができる。

【0057】

前段加速器システム２０は、ビームを集束および／またはその整合を調節する等の目的のために、ゼロ、１つ、または複数の磁気要素を有することができる。例えば、任意のそのような磁気要素は、ビームをビームライン軸およびタンデム加速器４０の受光角に合致させるために使用されることができる。イオン真空ボックス２４は、その中に位置付けられる、イオン光学系を有してもよい。

【0058】

負のイオンの発生の機構と異なる、２つのタイプの負のイオン源２２、すなわち、表面タイプおよび体積タイプが存在する。表面タイプは、概して、具体的内部表面上にセシウム（Ｃｓ）の存在を要求する。体積タイプは、高電流放電プラズマの体積内の負のイオンの形成に依拠する。両方のタイプのイオン源が、タンデム加速器に関連する用途のために、所望の負のイオン電流を送達することができるが、表面タイプの負のイオン源は、変調のために望ましくない。すなわち、本明細書に説明される実施形態における負のイオンビームの変調のためには、（例えば、セシウム（Ｃｓ）を採用しない）体積タイプの負のイオン源が、好ましい。

【0059】

図３に目を向けると、例示的ビーム位置モニタ（ＢＰＭ）（例えば、または高速ビーム位置モニタ）３０は、ビーム位置モニタ（ＢＰＭ）３０をビームライン（例えば、前段加速器システム２０と、加速器４０と、高エネルギービームライン（ＨＥＢＬ）５０とを含む、低エネルギービームライン（ＬＥＢＬ））に沿って搭載するように適合される、一対のフランジ３４間に延在する、円筒形壁３２を含む。ビーム位置モニタ（ＢＰＭ）３０が低エネルギービームライン（ＬＥＢＬ）に沿って搭載される、実施例では、ビーム位置モニタ（ＢＰＭ）は、前段加速器管２６と圧送チャンバ２８との間に搭載されてもよい。ビーム位置モニタ（ＢＰＭ）３０の動作は、壁３２から突出し、ビームラインの内部の中に延在する、電極３６による、ビームハロ電流の収集に基づき得る。例示的実施形態では、電極３６は、１つまたはそれを上回る冷却デバイス４１を用いて冷却されてもよい。例示的実施形態では、１つまたはそれを上回る冷却デバイスは、水冷デバイスを備えてもよい。

【0060】

図３では、ビーム位置モニタ（ＢＰＭ）３０は、４つの電極３６を含むように示されるが、実施形態は、４つの電極に限定されない（例えば、任意の数の電極が、本開示の範囲内で採用されてもよい）。電極３６は、好ましくは、円柱として成形され、タンタル（Ｔａ）またはタングステン（Ｗ）のうちの１つまたはそれを上回るものから作製され、熱流束への抵抗を増加させる。電極３６はまた、ビームによって発生される熱負荷に耐えることが可能である、複合材料から作製されてもよい。電極３６の挿入長（例えば、ビームラインの内部の中の電極延在距離）は、電極３６毎に、別個に調節され（例えば、図３に示されない制御システムを使用して）、ユーザが、ビーム位置モニタ（ＢＰＭ）３０を恣意的寸法のビームのために適合させることを可能にすることができる。電極３６は、ビームハロ電流に暴露されるように意図され、したがって、収集される電力束は、はるかに少ないことが予期される。さらに、ビーム－残留ガス相互作用の領域の近傍に形成されるプラズマは、ビーム外側境界まで拡張し、ビーム位置モニタ（ＢＰＭ）３０のための付加的信号を形成する。

【0061】

電極３６は、ＢＰＭ壁３２からガルバニ的に隔離され、外部電力供給源を使用してバイアスされることができる。ＢＰＭ壁３２に対するバイアスは、ａ）信号への二次電子放出（ＳＥＥ）電流の寄与を低減させることができ、ｂ）ビーム発生プラズマから収集されるビームハロ電流を増加させることができる。

【0062】

ビームシステムが、動作しており、ビームが、源（例えば、２２）から抽出され、例示的ビームシステム（例えば、１０）の構成要素（例えば、１９０、４０、５０、１９６）を通して伝搬される間、ビーム位置モニタ（ＢＰＭ）３０は、制御システムが、ビーム位置を能動的に監視することを可能にする。各電極３６は、それと関連付けられる電流閾値（例えば、信号閾値）を有してもよい。所与の電極によって収集される電流（例えば、または信号）が、その電流閾値を超えると、ビームは、その電極に向かって極端に偏向している、したがって、軸外にあると見なされ得る。ビーム位置モニタ（３０）は、電極によって収集される電流がその電流閾値を超えたことのインジケーションを制御システムに提供することができ、制御システムは、ビームシステム（例えば、１０）全体の１つまたはそれを上回る構成要素のパラメータを調節し、ビームを軸上に戻すことができる。調節可能パラメータの実施例は、ビーム操向磁石の位置がビームを所望の軸上に戻すように改変されるように、ビーム操向磁石に提供される入力を含んでもよい。このように、ビーム位置モニタ（ＢＰＭ）３０は、制御システムとともに、持続的に／繰り返し、かつリアルタイムで、フィードバックをビーム操向磁石および／またはビームシステムの他の構成要素に提供する。

【0063】

実施形態では、所与の電極と関連付けられる、電流閾値は、ビーム位置モニタ（３０）の別の電極と関連付けられる、電流閾値と異なり得る。さらに、所与の電極は、ビーム位置のより粒状の検出のために、それと関連付けられる複数の電流閾値を有してもよい。すなわち、複数の電流閾値が、ビーム位置モニタ（例えば、３０）の電極と併用されることができる。電極間の方向におけるビームの軸外移動の検出は、隣接する電極と関連付けられる、複数の電流閾値に基づいてもよい。

【0064】

例えば、一対の隣接する電極は両方とも、信号レベル（例えば、収集される電流）の増加を登録してもよいが、しかしながら、信号レベルの増加は、対の隣接する電極の各電極と関連付けられる、第２の下限電流閾値を超え得る。そのような実施例では、対の隣接する電極の各電極と関連付けられる、第２の下限電流閾値を超える、信号レベルは、ビームが電極間で軸外方向にあることを示し得る。

【0065】

故に、制御システムは、信号レベルがビーム位置モニタ（ＢＰＭ）３０の単一電極に関する単一閾値を超えることのインジケーションに基づいて、または信号レベルが隣接する電極に関する２つの下限閾値を超えることのインジケーションに基づいて、ビーム操向磁石を調節してもよい。

【0066】

さらに、制御システムは、電極のそれぞれ上の信号の大きさを監視し、信号の大きさに基づいて（例えば、独立して、もしくは電極と関連付けられる１つまたはそれを上回る電流閾値と組み合わせて）、特定の方向におけるビーム偏向度を外挿してもよい。制御システムは、次いで、ビーム偏向を補償し、ビームをその所望の軸に戻すために、外挿されたビーム偏向度に基づいて、ビーム操向磁石または他のパラメータを調節してもよい。そのような実施例では、制御システムは、持続的に、かつリアルタイムで、最小量の検出された偏向（例えば、偏向閾値）に基づいて、ビーム操向磁石の位置等のビームラインパラメータを調節することができる。

【0067】

実施例では、ＢＰＭ電極３６上の信号レベルを予測することは、困難であり得る。故に、動作に先立って、ＢＰＭ３０の較正が、所望され、実施されてもよい。較正は、ビームをビームライン軸外に制御可能かつ安全に偏移させ、ＢＰＭ電極３６上の電流を収集することによって遂行されてもよい。

【0068】

ビーム動作のパルス状モードは、ＢＰＭ３０の較正の間、ＢＰＭ３０および他のビームライン構成要素上への総ビーム堆積エネルギーを低減させるために好ましくあり得る。他のビーム位置診断器（例えば、ガス吹送ビーム撮像）もまた、安全性または他の規制を満たすために、ＢＰＭ較正と連動して関わってもよい。

【0069】

実施例では、例示的ＢＰＭ３０の動作が、例示的中性子ビームシステム（ＮＢＳ）１０の例示的低エネルギービームライン（ＬＥＢＬ）（例えば、前段加速器システム２０を含む、１９０）上で試験された。試験では、ＬＥＢＬ内の総負の水素イオンビーム電流は、約１２ミリアンペア（ｍＡ）であった。ＢＰＭ３０の性能を実証するために、ビームは、軸Ｘ－およびＹ－操向磁石を使用して、ビームラインから意図的に逸脱された。各ＢＰＭ電極３６によって収集される電流波形は、図４に示される。図４に示されるように、ＢＰＭ電極３６は、ビームがＸ－およびＹ－操向磁石を使用して意図的に不整合されるとき、より大きい電流を収集する。最大電流値が、最小電流値とともに表示される。図４に図示される結果に基づいて、ＦＢＰＭ電極３６毎の閾値電流が、制御システムにビームが不整合されることを信号伝達するために定義されてもよい。ＢＰＭ３０の応答時間は、図４に描写される結果の発生のために使用される試験では、４マイクロ秒（μｓ）であった。

【0070】

通常動作の間にＢＰＭ電極３６によって収集されるビーム電流の小さい大きさは、有利なこととして、ＢＰＭ３０の長寿命を確実にする。すなわち、ＢＰＭ電極３６によって収集されるビーム電流の小さい大きさに起因して、ＢＰＭ３０の１つまたはそれを上回る構成要素の有効期限をもたらす、ビーム誘発損傷は、回避または有意に遅延され得る。

【0071】

例示的ＢＰＭは、有利なこととして、マイクロ秒分解能を伴って、異常ビーム挙動の検出を可能にする。ある実施形態では、ＢＰＭの応答時間は、読取電子機器の入手率に基づき得る。ＢＰＭは、有利なこととして、ビーム不整合の高速アラーム／通知を制御システムに提供する。

【0072】

ＢＰＭ３０は、有利なこととして、小ビーム逸脱が、より大きい信号を伴って、より高速で（例えば、低減された応答時間を伴う）検出され得るように、各電極３６の挿入長（例えば、ビームラインの内部の中の電極の延在距離）の独立調節を可能にする。これは、（かなり複雑なものを含む）恣意的形状のビームに関するＢＰＭの反応時間を改良する。

【0073】

各電極３６は、ビーム位置モニタ（ＢＰＭ）内の一意の電極位置と関連付けられてもよく、各一意の電極位置は、調節可能であり得る。故に、一対の電極は、所与の距離だけ分離されてもよいが、そのような距離はまた、調節可能である。

【0074】

ＢＰＭ３０は、本明細書に説明される具体的実施例における使用に限定されず、また、半導体チップの製造等の産業または製造プロセス、材料性質の改変（表面処理等）、食品の照射、および医療滅菌における病原破壊における実装される、ビームシステムにおいて使用されることができる。ＢＰＭ３０はさらに、積荷またはコンテナ点検等の撮像用途において使用されることができる。また、別の非包括的実施例として、ＢＰＭ３０は、医療診断器システム、医療撮像システム、または他の非ＢＮＣＴ放射線療法システム等の医療用途のための粒子加速器において使用されることができる。

【0075】

図５に目を向けると、圧送チャンバ２８は、ビーム伝搬軸Ｂに対して横方向（例えば、直交）方向に配設される、複数のセット（例えば、図５に描写されるように、２つ）のビーム撮像診断器５００を有してもよい。ビーム撮像診断器５００のそのような配列は、ビーム伝搬のものに対して横方向にビームの特性評価を可能にする。ガス吹送ポート３１（部分的に示される）が、圧送チャンバ２８から延在し、通路を圧送チャンバ２８の内部の中に提供する。圧送チャンバ２８の上部のターボ分子ポンプ２９は、ガス吹送ポート３１を通して吹送されるガスを圧送するために使用されてもよい。ターボ分子ポンプ２９はまた、所望または要求される背景ガス圧力を低エネルギービームライン２０内に維持してもよい。

【0076】

図６は、ビーム撮像診断器システム５００の例示的実施形態を図示する。実施形態では、記録デバイスまたは撮像構成要素３３（例えば、カメラ）が、レンズ３５と結合されてもよい。レンズ３５は、ビーム撮像診断器システム５００の視野および空間分解能を決定するために使用されてもよい。光学管３８の端部における開口３９は、記録デバイス（例えば、カメラ）３３およびレンズ３５と合致または整合され、そうでなければ、記録デバイスまたは撮像構成要素（例えば、カメラ）のセンサ（図示せず）に到達し得る、背景光の大部分を遮断するために使用されてもよい。背景雑音（例えば、背景光）をさらに低減させるために、干渉帯域通過フィルタ（図示せず）が、随意に、光学管３８とレンズ３５との間に位置付けられ得る、フィルタホルダ３７の内側に配設されることができる。

【0077】

ガス吹送は、ガス吹送弁３１（図５に示される）に結合される、ガス弁（図示せず）によって駆動されてもよい。ガス弁（図示せず）は、ガス弁開放状態の制御された持続時間を伴って、ガス吹送を駆動し、圧送チャンバ２８の中に吹送されるガスの量の制御ならびにガスが圧送チャンバ２８の中に吹送される時間の制御または選択を可能にしてもよい。

【0078】

ガス弁、記録デバイスおよびビーム撮像診断器システム５００の他の構成要素は、制御システム（示されないが、その実施例は、図１１Ａおよび１１Ｂに描写される）を用いて制御されてもよい。

【0079】

記録デバイスまたは撮像構成要素３３（例えば、カメラ）の視野内のガスの均一分布を達成するために、ガス吹送およびノズル構造の場所を選択することが望ましくあり得る。これは、収集される信号の線形性を有意に改良し、データ分析を簡略化することができる。

【0080】

例示的実施形態では、例示的ビーム撮像診断器システム５００は、ＤＣおよびパルス状モードの両方で動作する、ビームシステムの荷電粒子ビームを追跡するように構成されてもよい。これは、図７に示される例示的タイミングスキームに従って実装されてもよい。ビーム撮像診断器システム５００のトリガは、ＤＣビームに関して恣意的であってもよい。パルス状ビーム発生の場合、ガス弁が、ビーム診断器システム５００の診断器視野内のガスの存在ならびにガスの均一性を確実にするために、ビームパルスに先立ってトリガされてもよい。記録デバイスまたは撮像構成要素（例えば、カメラ）トリガは、ビーム平衡時間ならびに蛍光性放出遅延に適応するために、ビームパルスに対して遅延されてもよい。カメラ検出器暴露時間は、信号対雑音（ＳＮＲ）比を最高レベルに保ちながら、可能な限り多くの信号を蓄積するように調節されてもよい。

【0081】

例示的ビーム撮像診断器システム５００の例示的記録デバイス（例えば、カメラ）によって入手された未加工画像は、図８に示される。ビームは、画像の中央において可視である。すなわち、３０ｋｅＶ、１２ｍＡの負の水素イオンは、図８の画像では、左から右に伝搬する。均一黒色背景が、真空チャンバの内側に配設された視認ダンプ（図示せず）によって形成される。背景が減算され、ビームを強調するように人工的に再スケーリングされ、約１０ミリメートル（ｍｍ）ビーム長を示す、後処理された画像が、図９に提示される。

【0082】

背景光からクリアにされた図９における画像はさらに、ＬＥＢＬの内側のビーム位置、横方向サイズ、およびビーム傾斜度を取得するために使用されてもよく、これは、リアルタイムで、制御システム（例えば、図１１Ａ、１１Ｂ参照）に転送される。ビームサイズは、ビーム電流の９０％において推定される。本レベルは、仮定または測定されたビーム電流分布のいずれかに応じて調節されることができる。画像ＳＮＲはさらに、帯域通過フィルタ（例えば、図６参照）を使用して、収集を有用な信号に制限し、背景光のより効果的遮断を可能にすることによって、改良されることができる。

【0083】

測定されたビームライン積分プロファイルの実施例は、図１０に示され、ガウス様ビーム電流分布を図示し、ビームサイズがビーム電流の９０％レベルで計算された約１０ｍｍであることを示す。図１０における半径方向距離は、ビーム重心においてゼロにされる（図９と比較）。実際のビームプロファイルは、例えば、アーベル反転アルゴリズム（ビームの対称性に基づく）を使用して、または断層撮影技法を使用して、図１０から再構築されることができる。

【0084】

低エネルギービームライン（ＬＥＢＬ）の軸に対するビーム傾斜度を推定するために、ビーム重心が、ビーム伝搬に沿って計算され、ビーム撮像診断器システムの較正の間に取得されたビームライン軸座標と比較される。

【0085】

ビーム撮像診断器システム５００は、加速器のより低いエネルギー側、加速器自体内、またはより高いエネルギー側のいずれかにおける、ビームラインの任意の所望の場所内に設置されることができる。システム５００は、本明細書に説明される具体的実施例における使用に限定されず、また、半導体チップの製造等の産業または製造プロセス、材料性質の改変（表面処理等）、食品の照射、および医療滅菌における病原破壊において実装されるビームシステム内でも使用されることができる。システム５００はさらに、積荷またはコンテナ点検等の撮像用途において使用されることができる。また、別の非包括的実施例として、システム５００は、医療診断器システム、医療撮像システム、または他の非ＢＮＣＴ放射線療法システム等の医療用途のための粒子加速器において使用されることができる。

【0086】

図１１Ａおよび１１Ｂは、それを用いて本開示の実施形態が動作し得る、制御システムの例示的実施形態を描写する、ブロック図である。例えば、図示される例示的システムは、ビームシステム１０と、１つまたはそれを上回るコンピューティングデバイス３００２とを含む。実施形態では、ビームシステム１０は、例示的中性子ビームシステム（例えば、上記のシステム１０）の一部であってもよい。そのような実施形態では、ビームシステム１０は、１つまたはそれを上回る制御システム３００１Ａを採用してもよく、それを用いて１つまたはそれを上回るコンピューティングデバイス３００２は、ビームシステム１０（例えば、中性子ビームシステム１０）のシステムおよび構成要素と相互作用するために、通信してもよい。これらのデバイスおよび／またはシステムはそれぞれ、直接相互に、もしくはネットワーク３００４等のローカルネットワークを介して、通信するように構成される。

【0087】

コンピューティングデバイス３００２は、種々のユーザデバイス、システム、コンピューティング装置、および同等物によって具現化されてもよい。例えば、第１のコンピューティングデバイス３００２は、特定のユーザと関連付けられる、デスクトップコンピュータであってもよい一方、別のコンピューティングデバイス３００２は、特定のユーザと関連付けられる、ラップトップコンピュータであってもよく、さらに別のコンピューティングデバイス３００２は、モバイルデバイス（例えば、タブレットまたはスマートデバイス）であってもよい。コンピューティングデバイス３００２はそれぞれ、例えば、コンピューティングデバイスを介してアクセス可能なユーザインターフェースを通して、ビームシステム１０と通信するように構成されてもよい。例えば、ユーザは、デスクトップアプリケーションをコンピューティングデバイス３００２上で実行してもよく、これは、ビームシステム１０と通信するように構成される。

【0088】

コンピューティングデバイス３００２を使用して、ビームシステム１０と通信することによって、ユーザは、本明細書に説明される実施形態による、ビームシステム１０のための動作パラメータ（例えば、動作電圧および同等物）を提供してもよい。実施形態では、ビームシステム１０は、制御システム３００１Ａを含んでもよく、それによってビームシステム１０は、動作パラメータをコンピューティングデバイス３００２から受信し、適用してもよい。

【0089】

制御システム３００１Ａは、測定値、信号、または他のデータをビームシステム１０の構成要素から受信するように構成されてもよい。例えば、制御システム３００１Ａは、ビームシステム１０を通して通過するビームの位置を示す、信号を例示的ビーム位置モニタ（ＢＰＭ）３０（例えば、図１１Ａ）から受信してもよい。制御システム３００１Ａは、ビームシステムを通して通過するビームの位置に応じて、本明細書に説明される方法に従って、ビーム操向磁石等の１つまたはそれを上回るビームライン構成要素３００６の入力への調節を提供し、ビームの位置を改変してもよい。制御システム３００１Ａはまた、ビーム位置モニタ（ＢＰＭ）３０（例えば、図１１Ａ）を含む、ビームシステム１０の構成要素のいずれかから収集される情報を、直接または通信ネットワーク３００４を介してのいずれかにおいて、コンピューティングデバイス３００２に提供してもよい。

【0090】

例えば、制御システム３００１Ａは、ビームシステム１０を通して通過するビームのビーム位置、ビームの横方向サイズ、ビームのビーム傾斜度、ビーム電流分布、および同等物を示す、信号を例示的ビーム診断器システム５００（例えば、図１１Ｂ）から受信してもよい。制御システム３００１Ａは、受信される信号に応じて、本明細書に説明される方法に従って、１つまたはそれを上回るビームライン構成要素３００６の入力への調節を提供し、ビームの位置または他のパラメータを改変してもよい。例えば、制御システム３００１Ａは、ビーム診断器システム５００（例えば、図１１Ｂ）の診断器視野内のガスの存在ならびにガスの均一性を確実にするために、ビームパルスに先立って、ガス弁をトリガしてもよい。制御システム３００１Ａはさらに、ビーム平衡時間ならびに蛍光性放出遅延に適応させるために、ビームパルスに対して記録デバイスまたは撮像構成要素（例えば、カメラ）のトリガを遅延させてもよい。制御システム３００１Ａはさらに、カメラ検出器暴露時間を調節し、信号対雑音（ＳＮＲ）比を最高レベルに保ちながら、可能な限り多くの信号を蓄積させてもよい。

【0091】

制御システム３００１Ａはまた、ビーム診断器システム５００（例えば、図１１Ｂ）を含む、ビームシステム１０の構成要素のいずれかから収集される情報を、直接または通信ネットワーク３００４を介してのいずれかにおいて、コンピューティングデバイス３００２に提供してもよい。

【0092】

通信ネットワーク３００４は、例えば、有線または無線ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、パーソナルエリアネットワーク（ＰＡＮ）、都市規模ネットワーク（ＭＡＮ）、広域ネットワーク（ＷＡＮ）、または同等物を含む、任意の有線または無線通信ネットワーク、ならびにそれを実装するために要求される、任意のハードウェア、ソフトウェア、および／またはファームウェアを含んでもよい（例えば、ネットワークルータ等）。例えば、通信ネットワーク３００４は、８０２．１１、８０２．１６、８０２．２０、および／またはＷｉＭａｘネットワークを含んでもよい。さらに、通信ネットワーク３００４は、インターネット等のパブリックネットワーク、イントラネット等のプライベートネットワーク、またはそれらの組み合わせを含んでもよく、限定ではないが、ＴＣＰ／ＩＰベースのネットワーキングプロトコルを含む、現在利用可能なまたは後に開発される種々のネットワーキングプロトコルを利用してもよい。

【0093】

コンピューティングデバイス３００２ならびに制御システム３００１Ａは、図１２に示される装置３１００等の１つまたはそれを上回るコンピューティングシステムによって具現化されてもよい。図１２に図示されるように、装置３１００は、プロセッサ３１０２と、メモリ３１０４と、入力および／または出力回路網３１０６と、通信デバイスまたは回路網３１０８とを含んでもよい。また、これらの構成要素３１０２－３１０８のあるものは、類似ハードウェアを含んでもよいことを理解されたい。例えば、２つの構成要素は両方とも、複製ハードウェアがデバイス毎に要求されないように、同一プロセッサ、ネットワークインターフェース、記憶媒体、または同等物の使用を活用し、その関連付けられる機能を実施してもよい。装置の構成要素に関する本明細書で使用されるような用語「デバイス」および／または「回路網」の使用は、したがって、本明細書に説明されるようなその特定のデバイスと関連付けられる機能を実施するためにソフトウェアとともに構成される、特定のハードウェアを包含し得る。

【0094】

用語「デバイス」および／または「回路網」は、広義には、ハードウェアを含み、いくつかの実施形態では、デバイスおよび／または回路網はまた、ハードウェアを構成するためのソフトウェアを含むものと理解されたい。例えば、いくつかの実施形態では、デバイスおよび／または回路網は、処理回路網、記憶媒体、ネットワークインターフェース、入／出力デバイス、および同等物を含んでもよい。いくつかの実施形態では、装置３１００の他の要素は、特定のデバイスの機能性を提供または補完してもよい。例えば、プロセッサ３１０２は、処理機能性を提供してもよく、メモリ３１０４は、記憶機能性を提供してもよく、通信デバイスまたは回路網３１０８は、ネットワークインターフェース機能性を提供してもよい等となる。

【0095】

いくつかの実施形態では、プロセッサ３１０２（および／またはプロセッサを補助する、もしくは別様にそれと関連付けられる、コプロセッサまたは任意の他の処理回路網）は、装置の構成要素間で情報を通過させるために、バスを介して、メモリ３１０４と通信してもよい。メモリ３１０４は、非一過性であってもよく、例えば、１つまたはそれを上回る揮発性および／または不揮発性メモリを含んでもよい。換言すると、例えば、メモリは、電子記憶デバイス（例えば、コンピュータ可読記憶媒体）であってもよい。メモリ３１０４は、装置が、本開示の例示的実施形態による種々の機能を行うことを可能にするために、情報、データ、コンテンツ、アプリケーション、命令、または同等物を記憶するように構成されてもよい。

【0096】

プロセッサ３１０２は、いくつかの異なる方法において具現化されてもよく、例えば、独立して実施するように構成される、１つまたはそれを上回る処理デバイスを含んでもよい。加えて、または代替として、プロセッサは、バスを介して連動し、命令、パイプライン、および／またはマルチスレッドの独立実行を可能にするように構成される、１つまたはそれを上回るプロセッサを含んでもよい。用語「処理デバイス」および／または「処理回路網」の使用は、装置の内部のシングルコアプロセッサ、マルチコアプロセッサ、複数のプロセッサ、および／または遠隔もしくは「クラウド」プロセッサを含むと理解され得る。

【0097】

例示的実施形態では、プロセッサ３１０２は、メモリ３１０４内に記憶される、または別様にプロセッサにアクセス可能である、命令を実行するように構成されてもよい。代替として、または加えて、プロセッサは、ハードコーディングされた機能性を実行するように構成されてもよい。したがって、ハードウェアまたはソフトウェア方法によって、もしくはハードウェアとソフトウェアの組み合わせによって、構成されるかどうかにかかわらず、プロセッサは、適宜構成される間、本開示のある実施形態による動作を実施することが可能である、（例えば、回路網内で物理的に具現化される）エンティティを表し得る。代替として、別の実施例として、プロセッサが、ソフトウェア命令のエグゼキュータとして具現化されると、命令は、命令が実行されると、本明細書に説明されるアルゴリズムおよび／または動作を実施するように、プロセッサを具体的に構成してもよい。

【0098】

いくつかの実施形態では、装置３１００は、入／出力デバイス３１０６を含んでもよく、これは、ひいては、プロセッサ３１０２と通信し、出力をユーザに提供し、いくつかの実施形態では、入力をユーザから受信し得る。入／出力デバイス３１０６は、ユーザインターフェースを含んでもよく、ウェブユーザインターフェース、モバイルアプリケーション、クライアントデバイス、または同等物を含み得る、ユーザデバイスディスプレイ等のデバイスディスプレイを含んでもよい。いくつかの実施形態では、入／出力デバイス３１０６はまた、キーボード、マウス、ジョイスティック、タッチスクリーン、タッチエリア、ソフトキー、マイクロホン、スピーカ、または他の入／出力機構を含んでもよい。プロセッサおよび／またはプロセッサを含むユーザインターフェース回路網は、プロセッサにアクセス可能なメモリ（例えば、メモリ３１０４および／または同等物）上に記憶されたコンピュータプログラム命令（例えば、ソフトウェアおよび／またはファームウェア）を通して、１つまたはそれを上回るユーザインターフェース要素の１つまたはそれを上回る機能を制御するように構成されてもよい。

【0099】

通信デバイスまたは回路網３１０８は、データを／ネットワークおよび／または装置３１００と通信する任意の他のデバイスまたは回路網から受信し、および／またはそこに伝送するように構成される、ハードウェアまたはハードウェアとソフトウェアの組み合わせのいずれか内に具現化される、デバイスまたは回路網等の任意の手段であってもよい。この点において、通信デバイスまたは回路網３１０８は、例えば、有線または無線通信ネットワークとの通信を可能にするためのネットワークインターフェースを含んでもよい。例えば、通信デバイスまたは回路網３１０８は、１つまたはそれを上回るネットワークインターフェースカード、アンテナ、バス、スイッチ、ルータ、モデム、およびサポートハードウェアおよび／またはソフトウェア、もしくはネットワークを介して通信を可能にするために好適な任意の他のデバイスを含んでもよい。加えて、または代替として、通信インターフェースは、アンテナと相互作用し、アンテナを介して信号の伝送を引き起こす、またはアンテナを介して受信される信号の受信をハンドリングするための回路網を含んでもよい。これらの信号は、装置３１００によって、現在および将来的Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）規格（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）およびＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）低エネルギー（ＢＬＥ）を含む）、赤外線無線（例えば、ＩｒＤＡ）、ＦＲＥＣ、超広帯域（ＵＷＢ）、誘導無線伝送、または同等物等のいくつかの無線パーソナルエリアネットワーク（ＰＡＮ）技術のいずれかを使用して、伝送されてもよい。加えて、これらの信号は、Ｗｉ－Ｆｉ、短距離通信（ＮＦＣ）、ワールドワイド・インターオペラビリティ・フォー・マイクロウェーブ・アクセス（ＷｉＭＡＸ）、または他の近接度ベースの通信プロトコルを使用して、伝送されてもよいことを理解されたい。

【0100】

理解されるであろうように、任意のそのようなコンピュータプログラム命令および／または他のタイプのコードは、コンピュータ、プロセッサ、または他のプログラマブル装置の回路網上にロードされ、機械上のコードを実行する、コンピュータ、プロセッサ、または他のプログラマブル回路網が、本明細書に説明されるものを含む、種々の機能を実装するための手段を生成するように、機械を生産してもよい。

【0101】

上記に説明され、本開示に基づいて理解されるであろうように、本開示の実施形態は、システム、方法、モバイルデバイス、バックエンドネットワークデバイス、および同等物として構成されてもよい。故に、実施形態は、完全にハードウェアまたはソフトウェアとハードウェアの任意の組み合わせを含む、種々の手段を備えてもよい。さらに、実施形態は、記憶媒体内に具現化されるコンピュータ可読プログラム命令（例えば、コンピュータソフトウェア）を有する、少なくとも１つの非一過性コンピュータ可読記憶媒体上のコンピュータプログラム製品の形態をとってもよい。非一過性ハードディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、フラッシュメモリ、光学記憶デバイス、または磁気記憶デバイスを含む、任意の好適なコンピュータ可読記憶媒体が、利用されてもよい。

【0102】

本開示の実施形態と併用するための処理回路網は、１つまたはそれを上回るプロセッサ、マイクロプロセッサ、コントローラ、および／またはマイクロコントローラを含むことができ、それぞれ、離散チップである、もしくはいくつかの異なるチップ（およびその一部）間に分散されることができる。本開示の実施形態と併用するための処理回路網は、デジタル信号プロセッサを含むことができ、これは、本開示の実施形態と併用するための処理回路網のハードウェアおよび／またはソフトウェア内に実装されることができる。本開示の実施形態と併用するための処理回路網は、本明細書における図の他の構成要素と通信可能に結合されることができる。本開示の実施形態と併用するための処理回路網は、処理回路網に、異なるアクションの集合を行わせ、本明細書の図中の他の構成要素を制御させる、メモリ上に記憶されたソフトウェア命令を実行することができる。

【0103】

本開示の実施形態と併用するためのメモリは、種々の機能ユニットのうちの１つまたはそれを上回るものによって共有されることができる、またはそれらのうちの２つまたはそれを上回るもの間に分散されることができる（例えば、異なるチップ内に存在する別個のメモリとして）。メモリはまた、その独自の別個のチップであることができる。メモリは、非一過性であることができ、揮発性（例えば、ＲＡＭ等）および／または不揮発性メモリ（例えば、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、Ｆ－ＲＡＭ等）であることができる。

【0104】

説明される主題による動作を行うためのコンピュータプログラム命令は、Ｊａｖａ（登録商標）、Ｊａｖａ（登録商標）スクリプト、Ｓｍａｌｌｔａｌｋ、Ｃ＋＋、Ｃ＃、Ｔｒａｎｓａｃｔ－ＳＱＬ、ＸＭＬ、ＰＨＰ、または同等物等の、オブジェクト指向プログラミング言語、および「Ｃ」プログラミング言語または類似プログラミング言語等の従来の手続型プログラミング言語を含む、１つまたはそれを上回るプログラミング言語の任意の組み合わせで書き込まれてもよい。

【0105】

本主題の種々の側面は、これまで説明された実施形態の復習として、および／またはその補完として、下記に記載され、以下の実施形態の相互関係および相互交換可能性が強調される。換言すると、実施形態の各特徴は、別様に明示的に述べられない、または論理的にあり得ない限り、あらゆる他の特徴と組み合わせられることができるという事実が強調される。

【0106】

いくつかの実施形態では、ビーム位置モニタは、ビームラインの構成要素の内部の中に延在する、複数の電極を含む。これらの実施形態のうちのいくつかでは、ビーム位置モニタは、ビームのハロ電流に基づいて、ビームラインの構成要素を通して通過する、ビームの位置を検出するように構成される。これらの実施形態のうちのいくつかでは、ビーム位置モニタはさらに、冷却デバイスを含む。

【0107】

これらの実施形態のうちのいくつかでは、複数の電極の各電極は、電流閾値と関連付けられる。これらの実施形態のうちのいくつかでは、複数の電極の少なくとも１つの電極は、複数の電極の１つまたはそれを上回る他の電極と異なる電流閾値と関連付けられる。これらの実施形態のうちのいくつかでは、複数の電極の各電極は、複数の電流閾値と関連付けられる。

【0108】

これらの実施形態のうちのいくつかでは、ビーム位置モニタは、複数の電極の１つまたはそれを上回る電極によって測定された電流がその関連付けられる電流閾値を超えると、信号を制御システムに伝送するように構成される。これらの実施形態のうちのいくつかでは、ビーム位置モニタは、複数の電極の隣接する電極によって測定された電流が隣接する電極の各電極と関連付けられる複数の電流閾値の下限閾値を超えると、信号を制御システムに伝送するように構成される。

【0109】

これらの実施形態のうちのいくつかでは、複数の電極の各電極は、電極延在距離と関連付けられる。これらの実施形態のうちのいくつかでは、電極延在距離は、電極が延在する、構成要素の内部の中の距離を表す。これらの実施形態のうちのいくつかでは、各電極延在距離は、調節可能である。

【0110】

これらの実施形態のうちのいくつかでは、複数の電極は、ビーム位置モニタの壁からガルバニ的に隔離される。これらの実施形態のうちのいくつかでは、複数の電極は、外部電力供給源によってバイアスされるように構成される。

【0111】

これらの実施形態のうちのいくつかでは、ビーム位置モニタは、ビームラインを通して前進するビームが軸外になると、信号を制御システムに伝送するように構成される。これらの実施形態のうちのいくつかでは、ビームラインの構成要素を通して通過するビームの最小限の量のビーム電流が、複数の電極に起因して低減される。

【0112】

いくつかの実施形態では、ビームシステムは、ビームのハロ電流に基づいて、ビームラインの構成要素を通して通過するビームの位置を検出するように構成される、ビーム位置モニタを含む。これらの実施形態のうちのいくつかでは、ビームシステムはさらに、ビームの位置に基づいて、ビームラインパラメータを調節するように構成される、制御システムを含む。

【0113】

これらの実施形態のうちのいくつかでは、ビーム位置モニタは、ビームラインの構成要素の内部の中に延在する、複数の電極を含む。

【0114】

これらの実施形態のうちのいくつかでは、制御システムは、少なくとも１つのプロセッサと、少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、制御システムに、１つまたはそれを上回る信号をビーム位置モニタから受信させ、１つまたはそれを上回る信号に基づいて、ビームシステムの動作を中断させるための命令を伝送させる、命令を記憶する、少なくとも１つのメモリとを含む。

【0115】

これらの実施形態のうちのいくつかでは、制御システムは、少なくとも１つのプロセッサと、少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、制御システムに、１つまたはそれを上回る信号をビーム位置モニタから受信させ、１つまたはそれを上回る信号に基づいて、１つまたはそれを上回る信号を表すデータをコンピューティングデバイスに伝送させる、命令を記憶する、少なくとも１つのメモリとを含む。

【0116】

これらの実施形態のうちのいくつかでは、制御システムは、少なくとも１つのプロセッサと、少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、制御システムに、１つまたはそれを上回る信号をビーム位置モニタから受信させる、命令を記憶する、少なくとも１つのメモリとを含む。これらの実施形態のうちのいくつかでは、制御システムは、１つまたはそれを上回る信号に基づいて、ビームが所望の軸外にあることを決定させ、調節信号を１つまたはそれを上回るビームライン構成要素に伝送し、所望の軸に戻るように、ビームの位置を調節させられる。

【0117】

これらの実施形態のうちのいくつかでは、制御システムは、少なくとも１つのプロセッサと、少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、制御システムに、１つまたはそれを上回る信号をビーム位置モニタから受信させる、命令を記憶する、少なくとも１つのメモリとを含む。これらの実施形態のうちのいくつかでは、制御システムはさらに、１つまたはそれを上回る信号に基づいて、所望の軸外のビームの偏向度を決定させ、調節信号を１つまたはそれを上回るビームライン構成要素に伝送し、所望の軸外のビーム偏向度を補償させられる。

【0118】

これらの実施形態のうちのいくつかでは、１つまたはそれを上回るビームライン構成要素は、１つまたはそれを上回るビーム操向磁石を含む。これらの実施形態のうちのいくつかでは、調節信号は、１つまたはそれを上回るビーム操向磁石の位置を調節する。

【0119】

これらの実施形態のうちのいくつかでは、１つまたはそれを上回る信号は、複数の電極の１つまたはそれを上回る電極によって測定された電流を表す。

【0120】

これらの実施形態のうちのいくつかでは、１つまたはそれを上回る信号は、１つまたはそれを上回る電極と関連付けられる電流閾値を超える、複数の電極の１つまたはそれを上回る電極によって測定された電流を表す。

【0121】

これらの実施形態のうちのいくつかでは、１つまたはそれを上回る信号は、隣接する電極と関連付けられる電流閾値を超える、複数の電極の隣接する電極によって測定された電流を表す。

【0122】

これらの実施形態のうちのいくつかでは、ビームシステムは、前述の実施形態のいずれかに記載のビーム位置モニタを含む。

【0123】

これらの実施形態のうちのいくつかでは、ビームシステムは、イオンを発生させるように構成される、イオン源と、イオン源から伝搬されるイオンを加速させるように構成される、タンデム加速器とを含む。これらの実施形態のうちのいくつかでは、１つまたはそれを上回るビーム位置モニタは、タンデム加速器の上流またはタンデム加速器の下流のうちの１つまたはそれを上回るものに位置付けられる。

【0124】

いくつかの実施形態では、中性子ビームシステムは、イオン源からのイオンを加速させるように構成される、前段加速器システムと、前段加速器システムからのイオンを加速させるように構成される、タンデム加速器と、前述の実施形態のいずれかに記載のビーム位置モニタとを含む。これらの実施形態のうちのいくつかでは、イオン源は、イオンを発生させるように構成される。

【0125】

これらの実施形態のうちのいくつかでは、中性子ビームシステムはさらに、タンデム加速器の出口に結合される、ビームラインを含み、前段加速器システムは、タンデム加速器の入口に結合される。

【0126】

これらの実施形態のうちのいくつかでは、前段加速器システムは、アインツェルレンズ、前段加速器管、磁気集束要素、もしくは圧送チャンバのうちの１つまたはそれを上回るものを含む。

【0127】

いくつかの実施形態では、ビームラインを通して前進するビームの位置を監視する方法は、ビームがビームラインを通して前進するにつれて、ビームライン内に位置付けられる複数の電極の１つまたはそれを上回る個々の電極において、電流の大きさを測定することを含む。これらの実施形態のうちのいくつかでは、複数の電極の各個々の電極は、１つまたはそれを上回る電流閾値と関連付けられる。

【0128】

これらの実施形態のうちのいくつかでは、本方法はさらに、１つまたはそれを上回る個々の電極のうちの１つまたはそれを上回るものにおける電流の大きさを１つまたはそれを上回る電流閾値に対して比較することによって、ビームラインを通して前進するビームが軸外にあるかどうかを決定することを含む。

【0129】

これらの実施形態のうちのいくつかでは、本方法はさらに、１つまたはそれを上回る個々の電極の第１の電極における電流の第１の大きさと第１の電流閾値を、１つまたはそれを上回る個々の電極の第２の電極における電流の第２の大きさと第２の電流閾値を比較することによって、ビームラインを通して前進するビームが軸外にあるかどうかを決定することを含む。これらの実施形態のうちのいくつかでは、第１の電極および第２の電極は、相互に隣接して位置付けられる。

【0130】

これらの実施形態のうちのいくつかでは、本方法はさらに、１つまたはそれを上回る個々の電極のうちの１つまたはそれを上回るものにおける電流の大きさが、１つまたはそれを上回る電流閾値を超える、または下回るとき、ビームが軸外にあることを制御システムに信号伝達することを含む。

【0131】

これらの実施形態のうちのいくつかでは、本方法はさらに、第１の電極における電流の第１の大きさが、第１の電流閾値を超え、または下回り、第２の電極における電流の第２の大きさが、第２の電流閾値を超える、または下回るとき、ビームが軸外にあることを制御システムに信号伝達することを含む。

【0132】

これらの実施形態のうちのいくつかでは、本方法はさらに、外部電力供給源を使用して、複数の電極をバイアスすることを含む。これらの実施形態のうちのいくつかでは、本方法はさらに、複数の電極を水冷することを含む。

【0133】

これらの実施形態のうちのいくつかでは、複数の電極の各個々の電極は、電極延在距離と関連付けられる。これらの実施形態のうちのいくつかでは、電極延在距離は、電極が延在する、ビームラインの構成要素の内部の中の距離を表す。

【0134】

これらの実施形態のうちのいくつかでは、各個々の電極は、一意の所定の閾値電流と関連付けられる。

【0135】

いくつかの実施形態では、ビームシステムのビームラインを通して前進するビームの位置を制御する方法は、ビーム位置モニタから、１つまたはそれを上回る信号を受信することと、１つまたはそれを上回る信号に基づいて、ビームラインを通して前進するビームが軸外にあるかどうかを決定することとを含む。

【0136】

これらの実施形態のうちのいくつかでは、ビーム位置モニタは、ビームラインの構成要素の内部の中に延在する、複数の電極を含む。

【0137】

これらの実施形態のうちのいくつかでは、本方法はさらに、１つまたはそれを上回る信号に基づいて、ビームシステムの動作を中断させるための命令を伝送することを含む。これらの実施形態のうちのいくつかでは、本方法はさらに、１つまたはそれを上回る信号に基づいて、１つまたはそれを上回る信号を表すデータをコンピューティングデバイスに伝送することを含む。これらの実施形態のうちのいくつかでは、本方法はさらに、ビームが所望の軸外にあることの決定に応じて、調節信号を１つまたはそれを上回るビームライン構成要素に伝送し、所望の軸に戻るように、ビームの位置を調節することを含む。

【0138】

これらの実施形態のうちのいくつかでは、本方法はさらに、１つまたはそれを上回る信号に基づいて、所望の軸外のビームの偏向度を決定することと、調節信号を１つまたはそれを上回るビームライン構成要素に伝送し、所望の軸外のビーム偏向度を補償することとを含む。

【0139】

これらの実施形態のうちのいくつかでは、１つまたはそれを上回るビームライン構成要素は、１つまたはそれを上回るビーム操向磁石を備える。これらの実施形態のうちのいくつかでは、調節信号は、１つまたはそれを上回るビーム操向磁石の位置を調節する。

【0140】

これらの実施形態のうちのいくつかでは、１つまたはそれを上回る信号は、複数の電極の１つまたはそれを上回る電極によって測定された電流を表す。これらの実施形態のうちのいくつかでは、１つまたはそれを上回る信号は、１つまたはそれを上回る電極と関連付けられる電流閾値を超える、複数の電極の１つまたはそれを上回る電極によって測定された電流を表す。これらの実施形態のうちのいくつかでは、１つまたはそれを上回る信号は、隣接する電極と関連付けられる電流閾値を超える、複数の電極の隣接する電極によって測定された電流を表す。

【0141】

これらの実施形態のうちのいくつかでは、ビーム偏向度は、ビームが進行している軸外距離を定量化する。

【0142】

いくつかの実施形態では、ビーム撮像診断器システムは、圧送チャンバに結合され、その内部の中に延在し、圧送チャンバのビーム伝搬軸に直交して配向される、２つまたはそれを上回る撮像構成要素を含む。これらの実施形態のうちのいくつかでは、圧送チャンバは、ビームラインに沿って位置付け可能である。これらの実施形態のうちのいくつかでは、２つまたはそれを上回る撮像構成要素は、ガスの入射を用いて、ビームラインを通して前進するビームを実質的に非侵襲的に監視するように構成される。これらの実施形態のうちのいくつかでは、ビーム撮像診断器システムは、ビームラインを通して前進するビームのビームパラメータを監視するように構成される。これらの実施形態のうちのいくつかでは、ビームパラメータは、サイズ、場所、傾斜度、もしくはプロファイルのうちの１つまたはそれを上回るものを備える。

【0143】

これらの実施形態のうちのいくつかでは、ビーム撮像診断器システムはさらに、圧送チャンバから延在し、通路を圧送チャンバの中に提供する、ガス吹送ポートを含む。これらの実施形態のうちのいくつかでは、２つまたはそれを上回る撮像構成要素は、レンズと結合される、カメラを含む。これらの実施形態のうちのいくつかでは、光学管が、間接的もしくは直接のうちの１つまたはそれを上回るものによって、レンズと結合される。これらの実施形態のうちのいくつかでは、カメラから最も遠い、光学管の端部は、具体的形状の開口部を有する、開口を含む。これらの実施形態のうちのいくつかでは、開口は、カメラと合致され、そうでなければカメラのカメラセンサに到達し得る、背景光の大部分を遮断するように構成される。これらの実施形態のうちのいくつかでは、２つまたはそれを上回る撮像構成要素はさらに、光学管とレンズとの間に位置付けられる、干渉帯域通過フィルタを含む。

【0144】

これらの実施形態のうちのいくつかでは、ガス吹送ポートが、ガス弁によって駆動される。

【0145】

これらの実施形態のうちのいくつかでは、２つまたはそれを上回る撮像構成要素は、調節可能検出器暴露時間を含む。これらの実施形態のうちのいくつかでは、調節可能検出器暴露時間は、最高可能信号対雑音比（ＳＮＲ）を維持しながら、可能な限り多くの信号の蓄積を提供するように調節可能である。

【0146】

これらの実施形態のうちのいくつかでは、ガス弁は、吹送されるガスの量およびガスの量が圧送チャンバの中に吹送される時間を制御するように構成される。これらの実施形態のうちのいくつかでは、ガス弁はさらに、ガスの均一分布が２つまたはそれを上回る撮像構成要素の視野内で達成されるように、圧送チャンバの中に吹送されるガスの場所を制御するように構成される。

【0147】

これらの実施形態のうちのいくつかでは、カメラは、時間分解能、信号対雑音比、もしくはサイズのうちの１つまたはそれを上回るものを含む。これらの実施形態のうちのいくつかでは、時間分解能は、２ミリ秒またはそれ未満である。これらの実施形態のうちのいくつかでは、信号対雑音比は、４０：１を超える。

【0148】

いくつかの実施形態では、ビームシステムは、ビームシステムに沿って位置付けられる、ビーム撮像診断器システムを含む。これらの実施形態のうちのいくつかでは、ビーム撮像診断器システムは、ビームシステムを通して前進する、ビームを非侵襲的に監視するように構成される。これらの実施形態のうちのいくつかでは、ビームシステムはさらに、１つまたはそれを上回る信号をビーム撮像診断器システムから受信するように構成される、制御システムを含む。

【0149】

これらの実施形態のうちのいくつかでは、ビーム撮像診断器システムは、前述の実施形態のいずれかに記載のビーム撮像診断器システムを含む。

【0150】

これらの実施形態のうちのいくつかでは、制御システムは、少なくとも１つのプロセッサと、少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、制御システムに、１つまたはそれを上回る信号に基づいて、サイズ、場所、傾斜度、もしくはプロファイルのうちの１つまたはそれを上回るものを備える、１つまたはそれを上回るビームパラメータを決定させる、命令を記憶する、少なくとも１つのメモリとを含む。

【0151】

これらの実施形態のうちのいくつかでは、制御システムは、少なくとも１つのプロセッサと、少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、制御システムに、１つまたはそれを上回る信号に基づいて、制御信号をビーム撮像診断器システムのガス弁もしくは１つまたはそれを上回る撮像構成要素のうちの１つまたはそれを上回るものに伝送させる、命令を記憶する、少なくとも１つのメモリとを含む。

【0152】

これらの実施形態のうちのいくつかでは、ビームシステムはさらに、低エネルギービームライン（ＬＥＢＬ）を含む。これらの実施形態のうちのいくつかでは、ＬＥＢＬは、負のイオン源、ビーム光学系、前段加速器システム、ビーム診断器、または圧送チャンバのうちの１つまたはそれを上回るものを含む。これらの実施形態のうちのいくつかでは、ビームシステムはさらに、ＬＥＢＬの下流の加速器を含む。これらの実施形態のうちのいくつかでは、前述の実施形態のいずれかに記載の第１のビーム撮像診断器システムが、加速器の上流に位置付けられる。これらの実施形態のうちのいくつかでは、前述の実施形態のいずれかに記載の第２のビーム撮像診断器システムが、加速器の下流に位置付けられる。

【0153】

いくつかの実施形態では、中性子ビームシステムは、イオン源からのイオンを加速させるように構成される、前段加速器システムと、前段加速器システムからのイオンを加速させるように構成される、タンデム加速器と、前述の実施形態のいずれかに記載のビーム撮像診断器システムとを含む。

【0154】

これらの実施形態のうちのいくつかでは、中性子ビームシステムはさらに、イオンを発生させるように構成される、イオン源を含む。これらの実施形態のうちのいくつかでは、中性子ビームシステムはさらに、タンデム加速器の出口に結合される、高エネルギービームライン（ＨＥＢＬ）を含み、前段加速器システムは、タンデム加速器の入口に結合される。これらの実施形態のうちのいくつかでは、前段加速器システムは、アインツェルレンズ、前段加速器管、磁気集束要素、もしくは圧送チャンバのうちの１つまたはそれを上回るものを含む。

【0155】

これらの実施形態のうちのいくつかでは、中性子ビームシステムはさらに、１つまたはそれを上回る信号をビーム撮像診断器システムから受信するように構成される、制御システムを含む。

【0156】

これらの実施形態のうちのいくつかでは、制御システムは、少なくとも１つのプロセッサと、少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、制御システムに、１つまたはそれを上回る信号に基づいて、サイズ、場所、傾斜度、もしくはプロファイルのうちの１つまたはそれを上回るものを備える、１つまたはそれを上回るビームパラメータを決定させる、命令を記憶する、少なくとも１つのメモリとを含む。

【0157】

これらの実施形態のうちのいくつかでは、制御システムは、少なくとも１つのプロセッサと、少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、制御システムに、１つまたはそれを上回る信号に基づいて、制御信号をビーム撮像診断器システムのガス弁もしくは１つまたはそれを上回る撮像構成要素のうちの１つまたはそれを上回るものに伝送させる、命令を記憶する、少なくとも１つのメモリとを含む。

【0158】

いくつかの実施形態では、ビームラインに沿って前進するビームのパラメータを非侵襲的に監視する方法は、ガスを圧送チャンバの中に吹送することと、ビームラインを通して前進するビームのエネルギービーム微粒子の衝突から結果として生じる蛍光に基づいて、１つまたはそれを上回るビームパラメータを測定することとを含む。

【0159】

これらの実施形態のうちのいくつかでは、本方法はさらに、ビームがビームラインを通して前進する間、ガスを圧送チャンバの中に吹送することを含む。

【0160】

これらの実施形態のうちのいくつかでは、本方法はさらに、ビームラインを通して前進するビームへの擾乱が最小限にされるように、ビームラインに沿って、ガスを圧送チャンバの中に吹送することを含む。

【0161】

これらの実施形態のうちのいくつかでは、本方法はさらに、ビームラインを通して前進するビームへの擾乱が最小限にされるように、１つまたはそれを上回るビームパラメータを測定することを含む。

【0162】

これらの実施形態のうちのいくつかでは、本方法はさらに、ビームのパルスがビームラインを通して前進することに先立って、ガスを圧送チャンバの中に吹送することを含む。

【0163】

これらの実施形態のうちのいくつかでは、１つまたはそれを上回るビームパラメータは、横方向ビームサイズ（プロファイル）もしくはビーム位置のうちの１つまたはそれを上回るものを含む。

【0164】

これらの実施形態のうちのいくつかでは、測定することは、ビーム－ガス相互作用領域からの蛍光の発光量を記録することを含む。これらの実施形態のうちのいくつかでは、蛍光の発光量を記録することは、２つまたはそれを上回る直交して配向される撮像構成要を使用して記録することを含む。これらの実施形態のうちのいくつかでは、本方法はさらに、２つまたはそれを上回る直交して配向される撮像構成要素のためのトリガをビームのパルスに対して遅延させることを含む。これらの実施形態のうちのいくつかでは、トリガは、ビーム平衡時間もしくは蛍光性放出遅延のうちの１つまたはそれを上回るものに適応するように遅延される。

【0165】

これらの実施形態のうちのいくつかでは、本方法はさらに、１つまたはそれを上回るビームパラメータを制御システムに転送することを含む。これらの実施形態のうちのいくつかでは、１つまたはそれを上回るビームパラメータは、ビーム位置、横方向サイズ、およびビーム傾斜度を含む。これらの実施形態のうちのいくつかでは、本方法はさらに、１つまたはそれを上回るビームパラメータを制御システムにリアルタイムで転送することを含む。

【0166】

これらの実施形態のうちのいくつかでは、本方法はさらに、ビーム伝搬に沿って、ビーム重心を計算することと、ビーム重心とビームライン軸座標を比較することとを含む。これらの実施形態のうちのいくつかでは、本方法はさらに、ビーム撮像診断器システムの較正の間、ビームライン軸座標を取得することを含む。

【0167】

これらの実施形態のうちのいくつかでは、本方法はさらに、治療の前、治療の間、もしくは治療の後のうちの１つまたはそれを上回るものにおいて、１つまたはそれを上回るビームパラメータを測定することを含む。

【0168】

これらの実施形態のうちのいくつかでは、ガスは、アルゴンまたはキセノンのうちの１つまたはそれを上回るものを含む。

【0169】

本明細書に提供される任意の実施形態に関して説明される、全ての特徴、要素、構成要素、機能、およびステップは、自由に組み合わせ可能であって、任意の他の実施形態からのものと代用可能であるように意図されることに留意されたい。ある特徴、要素、構成要素、機能、またはステップが、一実施形態のみに関して説明される場合、特徴、要素、構成要素、機能、またはステップは、別様に明示的に述べられない限り、本明細書に説明される全ての他の実施形態と併用されることができることを理解されたい。本段落は、したがって、随時、異なる実施形態からの特徴、要素、構成要素、機能、およびステップを組み合わせる、または一実施形態からの特徴、要素、構成要素、機能、およびステップを別の実施形態からのもので代用することの請求項の導入の前提および記述支援としての役割を果たし、以下の説明が、特定の事例において、そのような組み合わせまたは代用が可能であることを明示的に述べていない場合でも該当する。特に、あらゆるそのような組み合わせおよび代用の許容性は、当業者によって容易に認識されるであろうことを前提として、あらゆる可能性として考えられる組み合わせおよび代用の列挙を表すことは、過度に負担であることが明示的に認識される。

【0170】

本明細書に開示される実施形態が、メモリ、記憶装置、および／またはコンピュータ可読媒体を含む、またはそれと関連付けて動作する限りにおいて、そのメモリ、記憶装置、および／またはコンピュータ可読媒体は、非一過性である。故に、メモリ、記憶装置、および／またはコンピュータ可読媒体が、１つまたはそれを上回る請求項によって網羅される限りにおいて、そのメモリ、記憶装置、および／またはコンピュータ可読媒体は、非一過性にすぎない。

【0171】

本明細書および添付の請求項で使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎ」、ならびに「ｔｈｅ」は、文脈が別様に明確に決定付けない限り、複数参照を含む。

【0172】

実施形態は、種々の修正および代替形態を被るが、その具体的実施例が、図面に示され、本明細書で詳細に説明される。しかしながら、これらの実施形態は、開示される特定の形態に限定されず、対照的に、これらの実施形態は、本開示の精神内に該当する、全ての修正、均等物、および代替を網羅することを理解されたい。さらに、実施形態の任意の特徴、機能、ステップ、または要素が、その範囲内に該当しない、特徴、機能、ステップ、または要素によって、請求項の本発明の範囲を定義する、負の限定とともに、請求項内に列挙される、もしくはそれに追加されてもよい。

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11A】

【図11B】

【図12】

【国際調査報告】