JP2019105641A - 荷電粒子ビーム照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を図ることができるとともに、経済性を向上させることができる荷電粒子ビーム照射装置を提供する。【解決手段】本実施形態による荷電粒子ビーム照射装置１は、荷電粒子ビームを加速する加速器１１と、加速器から出射された荷電粒子ビームを照射する複数の照射室１３と、複数の偏向電磁石Ｂ１，Ｂ２を有し、偏向電磁石Ｂ１，Ｂ２で加速器から照射室１３に荷電粒子ビームを輸送するビーム輸送部１２と、を備え、ビーム輸送部１２は、平面視において加速器１１に沿って配置された共通ビーム輸送部１２１と、共通ビーム輸送部から分岐して複数の照射室１３にそれぞれ至る複数の分岐ビーム輸送部１２２と、を備え、複数の照射室１３は、平面視において加速器１１に沿って配置されている。【選択図】図１

Description

本発明による実施形態は、荷電粒子ビーム照射装置に関する。

荷電粒子ビーム照射装置は、加速器で荷電粒子ビームを高エネルギーとなるまで加速し、加速された荷電粒子ビームを標的に照射する。荷電粒子ビームを効率的に活用するため、荷電粒子ビーム照射装置は、複数の照射ラインを備える場合がある。

複数の照射ラインを備える代表的な荷電粒子ビーム照射装置として、粒子線治療装置が知られている。粒子線治療装置は、高エネルギーの荷電粒子ビームを腫瘍に照射することで、腫瘍を治療する。個々の照射ラインで生じる準備作業等による待機時間が全体的なビーム利用効率に影響を及ぼさないように、粒子線治療装置は、計画的に複数の照射ラインに荷電粒子ビームを振り分ける。

例えば、従来の粒子線治療装置においては、横並びに配置された複数の照射室のそれぞれに向けて、加速器から取り出された荷電粒子ビームを分岐させる場合があった。しかしながら、この場合には、ビーム輸送系を含めた装置全体の敷地面積が非常に大きくなるといった問題があった。

また、従来の粒子線治療装置においては、省スペース化を図るために、分岐箇所ごとのビームラインの分岐数を増やす場合や、ビームラインを階層的に分岐させる場合があった。しかしながら、これらの場合には、ビームラインの分岐数が多いことで、上流側のビーム条件に対して分岐後の全てのビームラインで照射室までビームを導くための解を見つけるのが困難であった。この結果、ビームラインを調整するための電磁石を増やす必要があるといった問題があった。

特開２０００−７５１００号公報

"MEDICAL HEAVY ION ACCELERATOR PROPOSALS" Trans. Nucl. Sci. Vol. NS-32 No.5 October 1985

小型化を図ることができるとともに、経済性を向上させることができる荷電粒子ビーム照射装置を提供する。

本実施形態による荷電粒子ビーム照射装置は、荷電粒子ビームを加速する加速器と、加速器から出射された荷電粒子ビームを照射する複数の照射室と、複数の偏向電磁石を有し、偏向電磁石で加速器から照射室に荷電粒子ビームを輸送するビーム輸送部と、を備え、ビーム輸送部は、平面視において加速器に沿って配置された共通ビーム輸送部と、共通ビーム輸送部から分岐して複数の照射室にそれぞれ至る複数の分岐ビーム輸送部と、を備え、複数の照射室は、平面視において加速器に沿って配置されている。

本発明によれば、小型化を図ることができるとともに、経済性を向上させることができる。

第１の実施形態を示す荷電粒子ビーム照射装置の平面図である。 第１の実施形態の変形例を示す荷電粒子ビーム照射装置の平面図である。 第２の実施形態を示す荷電粒子ビーム照射装置の平面図である。 第３の実施形態を示す共通ビーム輸送部の側面図である。 第４の実施形態を示す荷電粒子ビーム照射装置の斜視図である。 第４の実施形態の変形例を示すビーム輸送部の側面図である。

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態を示す荷電粒子ビーム照射装置１の模式的な平面図である。荷電粒子ビーム照射装置１は、例えば、粒子線治療や素粒子実験などに用いることができる。

図１に示すように、荷電粒子ビーム照射装置１は、加速器の一例であるシンクロトロン加速器１１と、ビーム輸送部（ビーム輸送系）１２と、複数の照射室１３とを備える。シンクロトロン加速器１１は、荷電粒子ビームを加速する。照射室１３は、シンクロトロン加速器１１から出射された荷電粒子ビームを照射する。ビーム輸送部１２は、シンクロトロン加速器１１から照射室１３に荷電粒子ビームを輸送する。

ビーム輸送部１２は、共通ビーム輸送部１２１と、複数の分岐ビーム輸送部１２２とを備える。共通ビーム輸送部１２１は、各照射室１３への荷電粒子ビームの共通の輸送経路を確保する構成部である。共通ビーム輸送部１２１は、複数の第１偏向電磁石Ｂ１を備える。分岐ビーム輸送部１２２は、各照射室１３への荷電粒子ビームの個別の輸送経路を確保する構成部である。分岐ビーム輸送部１２２は、第２偏向電磁石Ｂ２を備える。

また、荷電粒子ビーム照射装置１は、第１偏向電磁石Ｂ１の励磁用の電源１４と、第２偏向電磁石Ｂ２の励磁用の電源１５と、電源１４、１５の励磁量を制御する制御装置１０とを備える。なお、シンクロトロン加速器１１の詳細な構成については、図示を省略する。

図１に示すように、共通ビーム輸送部１２１は、シンクロトロン加速器１１を包囲する略多角形（図１において略六角形）の環状に配置されている。すなわち、共通ビーム輸送部１２１は、平面視においてシンクロトロン加速器１１に沿った環状に配置されている。ビーム輸送部１２が環状に配置されていることで、荷電粒子ビーム照射装置１の敷地面積を抑えることができる。

共通ビーム輸送部１２１の複数の角部には、それぞれ第１偏向電磁石Ｂ１が配置されている。各第１偏向電磁石Ｂ１は、電源１４に接続されている。電源１４は、制御装置１０に接続されている。共通ビーム輸送部１２１は、更に、ビーム輸送調整用の四極電磁石や軌道補正用の電磁石を備えていてもよい。

複数の分岐ビーム輸送部１２２は、共通ビーム輸送部１２１から周方向Ｄｃに所定間隔置きに分岐して、複数の照射室１３にそれぞれ至る。具体的には、図１に示すように、各分岐ビーム輸送部１２２は、共通ビーム輸送部１２１上に周方向Ｄｃに所定間隔置きにとられた複数の分岐点Ｐのそれぞれから分岐して、照射室１３まで直線状に延びている。各分岐点Ｐは、隣り合う第１偏向電磁石Ｂ１同士の間に存在し、各分岐点Ｐには、それぞれ第２偏向電磁石Ｂ２が配置されている。なお、各分岐ビーム輸送部１２２は、分岐点Ｐの下流（照射室１３側）では分岐していない。

より具体的には、各分岐ビーム輸送部１２２は、共通ビーム輸送部１２１に対して径方向Ｄｒの外方側に所定の鋭角θで傾いている。共通ビーム輸送部１２１に対して直角より小さい角度θを有することで、分岐ビーム輸送部１２２の下流端は、共通ビーム輸送部１２１に近い位置に配置されている。これにより、荷電粒子ビーム照射装置１の敷地面積を更に抑えることができる。

各分岐点Ｐには、それぞれ第２偏向電磁石Ｂ２が配置されている。各第２偏向電磁石Ｂ２は、電源１５に接続されている。電源１５は、制御装置１０に接続されている。分岐ビーム輸送部１２２は、四極電磁石を備えていてもよい。

複数の照射室１３は、各分岐ビーム輸送部１２２の下流端において、互いに周方向Ｄｃに間隔を有するように配置されている。すなわち、各照射室１３は、平面視においてシンクロトロン加速器１１に沿った環状（放射状）に配置されている。照射室１３が環状に配置されていることで、荷電粒子ビーム照射装置１の敷地面積を更に抑えることができる。各照射室１３には、不図示の照射機器が配置されている。

以上の構成を有する第１の実施形態の荷電粒子ビーム照射装置１において、シンクロトロン加速器１１には、ビーム源で発生した荷電粒子ビームが、入射用機器を介して入射される。荷電粒子ビームは、例えば、陽子や炭素イオンのビームであってよい。シンクロトロン加速器１１は、入射した荷電粒子ビームを、複数の偏向電磁石で偏向させて、周回軌道に沿って周回させる。このとき、シンクロトロン加速器１１は、四極電磁石で荷電粒子ビームを水平方向および垂直方向にベータトロン振動させながら安定的に周回させる。また、シンクロトロン加速器１１は、周回する荷電粒子ビームを、高周波加速空洞で加速する。そして、シンクロトロン加速器１１は、必要なエネルギーまで加速された後、出射用機器を介してビーム輸送部１２側に出射する。

次いで、ビーム輸送部１２は、シンクロトロン加速器１１から出射された荷電粒子ビームを照射室１３に輸送する。このとき、共通ビーム輸送部１２１は、第１偏向電磁石Ｂ１によって荷電粒子ビームを環状の輸送経路に沿って下流側に輸送する。分岐ビーム輸送部１２２は、第２偏向電磁石Ｂ２によって荷電粒子ビームを共通ビーム輸送部１２１から照射室１３側に分岐させる。

より具体的には、制御装置１０は、各第１偏向電磁石Ｂ１に励磁電流を供給するように電源１４を制御する。電源１４から励磁電流が供給されることで、各第１偏向電磁石Ｂ１は励磁されて荷電粒子ビームに電磁力を作用させる。第１偏向電磁石Ｂ１から電磁力が作用されることで、荷電粒子ビームは、下流側の次の第１偏向電磁石Ｂ１の方向に偏向される。また、制御装置１０は、荷電粒子ビームを照射すべき照射室１３に対応する第２偏向電磁石Ｂ２に励磁電流を供給するように電源１５を制御する。電源１５から励磁電流が供給されることで、第２偏向電磁石Ｂ２は励磁されて荷電粒子ビームに電磁力を作用させる。第２偏向電磁石Ｂ２から電磁力が作用されることで、荷電粒子ビームは、照射室１３の方向に分岐（偏向）される。

次いで、照射室１３において、シンクロトロン加速器１１から出射されて分岐ビーム輸送部１２２で分岐された荷電粒子ビームが、照射機器を介して照射対象に照射される。照射対象は、例えば、腫瘍などの患者の患部である。

第１の実施形態によれば、シンクロトロン加速器１１を囲むようにビーム輸送部１２および照射室１３を環状に配置することで、シンクロトロン加速器１１と照射室１３との間の余分なスペースを削減できる。余分なスペースを削減できるので、ビーム輸送部１２を含めた荷電粒子ビーム照射装置１全体の敷地面積を抑えることができる。また、第１の実施形態によれば、分岐点Ｐを共通ビーム輸送部１２１上のみに設けることで、分岐ビーム輸送部１２２の分岐数を抑えることができる。分岐数を抑えることができるので、ビームラインを調整するための電磁石の数を抑えることができ、コストを削減できる。したがって、第１の実施形態によれば、小型化を図ることができるとともに、経済性を向上させることができる。

（変形例）
次に、第１の実施形態の変形例として、ディスパージョンを抑制する荷電粒子ビーム照射装置１の例について説明する。なお、本変形例において、図１に対応する構成部については、同一の符号を用いて重複した説明を省略する。図２は、第１の実施形態の変形例を示す荷電粒子ビーム照射装置１の模式的な平面図である。

図２に示すように、本変形例の共通ビーム輸送部１２１は、第１の実施形態の構成に加えて、更に、荷電粒子ビームのディスパージョンを抑制する第１四極電磁石Ｑ１を備える。ディスパージョンとは、運動量に依存した粒子軌道または粒子分布の偏りである。

図２に示すように、第１四極電磁石Ｑ１は、一対の第１偏向電磁石Ｂ１の間に挟まれるようにして、共通ビーム輸送部１２１の角部に配置されている。なお、図２の配置に限定されず、例えば、第１四極電磁石Ｑ１は、共通ビーム輸送部１２１の角部に配置された１つの第１偏向電磁石Ｂ１の下流近傍または上流近傍に配置されていてもよい。

第１四極電磁石Ｑ１は、励磁用の電源１６に接続されている。電源１６は、制御装置１０に接続されている。

以上の構成を有する本変形例の荷電粒子ビーム照射装置１において、制御装置１０は、第１四極電磁石Ｑ１に励磁電流を供給するように電源１６を制御する。電源１６から励磁電流が供給されることで、第１四極電磁石Ｑ１は励磁されて荷電粒子ビームに電磁力を作用させる。第１四極電磁石Ｑ１から電磁力が作用されることで、荷電粒子ビームは収束してディスパージョンが抑えられる。

ここで、第１偏向電磁石Ｂ１で偏向される際に、荷電粒子ビームは、荷電粒子ビームの運動量分散（すなわち、個々の荷電粒子が持つ速度のばらつき）により、運動量に応じてわずかに異なる偏向軌道をとる。具体的には、運動量が大きい（すなわち、速度が速い）荷電粒子ビームは、運動量が小さい（すなわち、速度が遅い）荷電粒子ビームよりも径方向Ｄｒの外側の偏向軌道を通る。運動量に応じて異なる偏向軌道がとられることで、ディスパージョンが生じる。もし、第１偏向電磁石Ｂ１によって同じ方向へのビーム偏向が繰り返されると、ディスパージョンが増大し、結果的にビームサイズが増大する。ビームサイズが増大すると、ビーム輸送効率が悪化してしまう。

これに対して、第１四極電磁石Ｑ１は、運動量に応じて偏向軌道が異なる荷電粒子ビームを径方向Ｄｒに収束させることで、ディスパージョンを抑制することができる。

したがって、第１の実施形態の変形例によれば、第１四極電磁石Ｑ１でディスパージョンを抑制できるので、ビームサイズを低減してビーム輸送効率を向上できる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態として、分岐ビーム輸送部１２２の偏向電磁石を共通ビーム輸送部１２１の偏向電磁石と共通にする実施形態について説明する。なお、第２の実施形態において、第１の実施形態に対応する構成部については、同一の符号を用いて重複した説明を省略する。図３は、第２の実施形態を示す荷電粒子ビーム照射装置１の平面図である。

図３に示すように、第２の実施形態の共通ビーム輸送部１２１は、第１偏向電磁石Ｂ１および第２偏向電磁石Ｂ２の代わりに、第３偏向電磁石Ｂ３を備える。第３偏向電磁石Ｂ３は、共通ビーム輸送部１２１専用の第１偏向電磁石Ｂ１や、分岐ビーム輸送部１２２専用の第２偏向電磁石Ｂ２とは異なり、共通ビーム輸送部１２１と分岐ビーム輸送部１２２とで共通（兼用）の偏向電磁石である。

第３偏向電磁石Ｂ３は、励磁用の電源１７に接続されている。電源１７は、制御装置１０に接続されている。

以上の構成を有する第２の実施形態の荷電粒子ビーム照射装置１において、制御装置１０は、分岐点Ｐにおいて荷電粒子ビームを照射室１３へ分岐させる場合と共通ビーム輸送部１２１の下流側に輸送する場合とで第３偏向電磁石Ｂ３の励磁量（強度）を異ならせる。第３偏向電磁石Ｂ３の励磁量を異ならせることで、荷電粒子ビームを照射室１３側と共通ビーム輸送部１２１側とに振り分けることができる。

第２の実施形態によれば、第３偏向電磁石Ｂ３によって共通ビーム輸送部１２１の輸送経路と分岐ビーム輸送部１２２の輸送経路との双方を確保できるので、偏向電磁石の個数を削減できる。偏向電磁石の個数を削減できるので、経済性を更に向上させることができる。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態として、分岐点間のベータトロン振動の位相差をπの整数倍にする実施形態について説明する。なお、第３の実施形態において、第１の実施形態に対応する構成部については、同一の符号を用いて重複した説明を省略する。図４は、第３の実施形態を示す共通ビーム輸送部の模式的な側面図である。

図４に示すように、第３の実施形態の共通ビーム輸送部１２１は、第１の分岐ビーム輸送部１２２が分岐される第１の分岐点Ｐ１と、第１の分岐ビーム輸送部１２２に隣り合う第２の分岐ビーム輸送部１２２が分岐される第２の分岐点Ｐ２との間に、荷電粒子ビームの位相を調整する４つの第２四極電磁石Ｑ２＿Ｆ１、Ｄ１、Ｆ２、Ｄ２を備える。なお、第１の分岐ビーム輸送部１２２は、複数の分岐ビーム輸送部１２２のうちの任意の分岐ビーム輸送部１２２である。第２の分岐ビーム輸送部１２２は、例えば、第１の分岐ビーム輸送部１２２に下流側において隣り合う分岐ビーム輸送部１２２である。

ここで、Ｑ２＿Ｆ１は、第１の分岐点Ｐ１から数えて１番目に配置された収束用の第２四極電磁石である。Ｑ２＿Ｄ１は、第１の分岐点Ｐ１から数えて２番目に配置された発散用の第２四極電磁石である。Ｑ２＿Ｆ２は、第１の分岐点Ｐ１から数えて３番目に配置された収束用の第２四極電磁石である。Ｑ２＿Ｄ２は、第１の分岐点Ｐ１から数えて４番目に配置された発散用の第２四極電磁石である。

第１の分岐点Ｐ１とＱ２＿Ｆ１との距離をＬａ、Ｑ２＿Ｆ１とＱ２＿Ｄ１との距離をＬｂ、Ｑ２＿Ｄ２と第２の分岐点Ｐ２との距離をＬｃとすると、Ｑ２＿Ｄ１とＱ２＿Ｆ２との距離はＬｃ＋Ｌａであり、Ｑ２＿Ｆ２とＱ２＿Ｄ２との距離はＬｂである。

各第２四極電磁石Ｑ２＿Ｆ１、Ｄ１、Ｆ２、Ｄ２は、励磁用の電源１８に接続されている。電源１８は、制御装置１０に接続されている。

以上の構成を有する第３の実施形態の荷電粒子ビーム照射装置１において、制御装置１０は、Ｑ２＿Ｆ１およびＱ２＿Ｆ２を同じ方向（荷電粒子ビームを収束させる方向）および同じ強度で励磁するように電源１８を制御する。また、制御装置１０は、Ｑ２＿Ｄ１およびＱ２＿Ｄ２をＱ２＿Ｆ１およびＱ２＿Ｆ２と逆方向（荷電粒子ビームを発散させる方向）および同じ強度で励磁するように電源１８を制御する。これにより、隣り合う分岐点Ｐ１、Ｐ２同士の間にπセクションが構成され、隣り合う分岐点Ｐ１、Ｐ２間のベータトロン振動の位相差をπ（１８０°）にすることができる。

位相差がπとなることで、分岐点Ｐ１、Ｐ２におけるビーム輸送条件を定めるＴｗｉｓｓパラメータを、各分岐点Ｐ１、Ｐ２において一致させることができる。Ｔｗｉｓｓパラメータが一致することで、ビームライン下流側でのビーム調整を簡略化することができる。

なお、第２四極電磁石の個数や配置は図４に示したものに限定されず、例えば、第２四極電磁石を５個以上設けてもよい。また、第２四極電磁石は、隣り合う分岐点Ｐ１、Ｐ２間の位相差をπの２倍以上の整数倍にしてもよい。

また、制御装置１０は、第２四極電磁石Ｑ２＿Ｆ１、Ｄ１、Ｆ２、Ｄ２の下流の分岐点において荷電粒子ビームを照射室１３へ分岐させる場合と共通ビーム輸送部１２１の下流側に分岐させる場合とで、第２四極電磁石Ｑ２＿Ｆ１、Ｄ１、Ｆ２、Ｄ２を異なる強度で励磁してもよい。荷電粒子ビームを照射室１３へ分岐させる場合、制御装置１０は、第２四極電磁石Ｑ２＿Ｆ１、Ｄ１、Ｆ２、Ｄ２の励磁量を、照射室１３へのビーム輸送条件を満足するように調整してもよい。ここで、照射室１３に所望のビーム輸送条件で荷電粒子ビームを輸送するために、通常は、分岐ビーム輸送部１２２に位相調整用の複数の四極電磁石を設ける。これに対して、第２四極電磁石Ｑ２＿Ｆ１、Ｄ１、Ｆ２、Ｄ２の励磁量を照射室１３へのビーム輸送条件を満足するように調整すれば、分岐ビーム輸送部１２２に設けるべき四極電磁石の個数を削減できる。四極電磁石の個数を削減することで、経済性を更に向上させることができる。

以上説明したように、第３の実施形態によれば、第２四極電磁石Ｑ２＿Ｆ１、Ｄ１、Ｆ２、Ｄ２によってπセクションを構成することで、ビームラインの下流側でのビーム調整を簡略化できる。これにより、ビームラインの下流側でのビーム調整に必要な要素数（四極電磁石などの数）を削減できるので、経済性を更に向上させることができる。

（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態として、シンクロトロン加速器１１と照射室１３とを互いに異なる階層に設ける実施形態について説明する。なお、第４の実施形態において、第２の実施形態に対応する構成部については、同一の符号を用いて重複した説明を省略する。図５は、第４の実施形態を示す荷電粒子ビーム照射装置１の模式的な斜視図である。図５では、照射室１３の図示を省略している。

第１〜第３の実施形態においては、シンクロトロン加速器１１と照射室１３とを、建屋の同じ階層に設置することを想定している。すなわち、第１〜第３の実施形態において、シンクロトロン加速器１１と照射室１３とはほぼ同じ水平基準にある。

これに対して、第４の実施形態では、シンクロトロン加速器１１と照射室１３とが建屋の異なる階層に設置されている。図５では、照射室１３がシンクロトロン加速器１１より上階に設置されている。また、シンクロトロン加速器１１と照射室１３とを異なる階層に設置するため、図５に示すように、共通ビーム輸送部１２１は螺旋状に配置されている。

なお、図５の荷電粒子ビーム照射装置１は、第２の実施形態と同様に第３偏向電磁石Ｂ３を備えるが、第１の実施形態と同様に第１および第２偏向電磁石Ｂ１、Ｂ２を備えてもよい。また、シンクロトロン加速器１１と異なる階層において、照射室１３を共通ビーム輸送部１２１に対して径方向Ｄｒの内方に配置してもよい。

第４の実施形態によれば、照射室１３をシンクロトロン加速器１１と異なる階層に設置することで、スペースを有効に活用して更にコンパクトな構成を実現することができる。

（変形例）
次に、第４の実施形態の変形例として、荷電粒子ビームを第２偏向電磁石Ｂ２と異なる階層の照射室１３で照射する例について説明する。なお、本変形例において、図５に対応する構成部については、同一の符号を用いて重複した説明を省略する。図６は、第４の実施形態の変形例を示すビーム輸送部１２の模式的な側面図である。

図６に示すように、本変形例において、各照射室１３は、水平照射用の第１照射機器１３１と、垂直照射用の第２照射機器１３２とを備える。また、図６に示すように、荷電粒子ビーム照射装置１は、垂直照射用の第４偏向電磁石Ｂ４を備える。

第１照射機器１３１は、ダクトＤを介して第１照射機器１３１と同じ階層の第２偏向電磁石Ｂ２に接続されている。第１照射機器１３１は、第１〜第３の実施形態および図５の構成における照射機器と同様でよい。

上階ｕの第２照射機器１３２は、第４偏向電磁石Ｂ４を経由するダクトＤ１を介して、下階の第２偏向電磁石Ｂ２に接続されている。下階ｄの第２照射機器１３２は、第４偏向電磁石Ｂ４を経由するダクトＤ２を介して、上階ｕの第２偏向電磁石Ｂ２に接続されている。第４偏向電磁石Ｂ４は、ダクトＤ１、Ｄ２で共通である。

第４偏向電磁石Ｂ４は、励磁用の電源１９に接続されている。電源１９は、制御装置１０に接続されている。

以上の構成を有する本変形例の荷電粒子ビーム照射装置１において、制御装置１０は、使用すべき照射室１３および照射機器１３１、１３２に応じた偏向電磁石Ｂ２、Ｂ４を励磁するように電源１５、１９を制御する。

例えば、上階ｕの照射室１３において第１照射機器１３１を使用すべき場合、制御装置１０は、上階ｕの第１照射機器１３１側に荷電粒子ビームを分岐するように、上階ｕの第２偏向電磁石Ｂ２を励磁させる。これにより、上階ｕの照射室１３において、第１照射機器１３１から荷電粒子ビームを水平照射できる。なお、第１照射機器１３１の照射方向は、水平方向に対して傾いていてもよい。

また、下階ｄの照射室１３において第２照射機器１３２を使用すべき場合、制御装置１０は、第４偏向電磁石Ｂ４側に荷電粒子ビームを分岐するように、上階ｕの第２偏向電磁石Ｂ２を励磁させる。また、制御装置１０は、下階ｄの第２照射機器１３２側に荷電粒子ビームを偏向するように、第４偏向電磁石Ｂ４を励磁させる。これにより、下階ｄの照射室１３において、第２照射機器１３２から荷電粒子ビームを垂直照射できる。なお、第２照射機器１３２の照射方向は、垂直方向に対して傾いていてもよい。

一方、上階ｕの照射室１３において第２照射機器１３２を使用すべき場合、制御装置１０は、第４偏向電磁石Ｂ４側に荷電粒子ビームを分岐するように、下階ｄの第２偏向電磁石Ｂ２を励磁させる。また、制御装置１０は、上階ｕの第２照射機器１３２側に荷電粒子ビームを偏向するように、第４偏向電磁石Ｂ４を励磁させる。これにより、上階ｕの照射室１３において、第２照射機器１３２から荷電粒子ビームを垂直照射できる。

第４の実施形態の変形例によれば、簡易かつ小型の構成によって、荷電粒子ビームの照射方向の選択の自由度を向上させることができる。また、第４偏向電磁石Ｂ４を上階での垂直照射と下階での垂直照射との双方に用いることができるので、部品点数を抑えることができる。

なお、第１〜第４の実施形態および変形例は、適宜組み合わせることができる。例えば、第１の実施形態の変形例で説明した第１四極電磁石Ｑ１を、第２〜第４の実施形態に適用してもよい。また、第２の実施形態で説明した第３偏向電磁石Ｂ３を、第３の実施形態に適用してもよい。

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る。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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ものである。

１ 荷電粒子ビーム照射装置
１１ シンクロトロン加速器
１２ ビーム輸送部
１２１ 共通ビーム輸送部
１２２ 分岐ビーム輸送部
１３ 照射室

Claims (10)

1. 荷電粒子ビームを加速する加速器と、
   前記加速器から出射された前記荷電粒子ビームを照射する複数の照射室と、
   複数の偏向電磁石を有し、前記偏向電磁石で前記加速器から前記照射室に前記荷電粒子ビームを輸送するビーム輸送部と、を備え、
   前記ビーム輸送部は、平面視において前記加速器に沿って配置された共通ビーム輸送部と、前記共通ビーム輸送部から分岐して前記複数の照射室にそれぞれ至る複数の分岐ビーム輸送部と、を備え、
   前記複数の照射室は、平面視において前記加速器に沿って配置された荷電粒子ビーム照射装置。
2. 荷電粒子ビームを加速する加速器と、
   前記加速器から出射された前記荷電粒子ビームを照射する複数の照射室と、
   複数の偏向電磁石を有し、前記偏向電磁石で前記加速器から前記照射室に前記荷電粒子ビームを輸送するビーム輸送部と、を備え、
   前記ビーム輸送部は、平面視において環状に配置された共通ビーム輸送部と、前記共通ビーム輸送部から分岐して前記複数の照射室にそれぞれ至る複数の分岐ビーム輸送部と、を備え、
   前記複数の照射室は、平面視において環状に配置された荷電粒子ビーム照射装置。
3. 前記分岐ビーム輸送部は、前記共通ビーム輸送部から所定間隔置きに分岐して前記複数の照射室にそれぞれ至ることを特徴とする請求項１または２に記載の荷電粒子ビーム照射装置。
4. 前記加速器は、平面視において前記共通ビーム輸送部の内側に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム照射装置。
5. 前記分岐ビーム輸送部の偏向電磁石を、前記共通ビーム輸送部の偏向電磁石と共通にした請求項１〜４のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム照射装置。
6. 前記共通ビーム輸送部は、前記荷電粒子ビームのディスパージョンを抑制する第１四極電磁石を備える請求項１〜５のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム照射装置。
7. 前記共通ビーム輸送部は、第１の分岐ビーム輸送部が分岐される第１の分岐点と、前記第１の分岐ビーム輸送部に隣り合う第２の分岐ビーム輸送部が分岐される第２の分岐点との間に、前記荷電粒子ビームの位相を調整する少なくとも４つの第２四極電磁石を備え、
   前記第２四極電磁石は、前記第１の分岐点と前記第２の分岐点との間における前記荷電粒子ビームのベータトロン振動の位相差をπの整数倍に調整する請求項１〜６のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム照射装置。
8. 前記第２四極電磁石は、前記第２四極電磁石の下流の分岐点において前記荷電粒子ビームを前記照射室へ分岐させる場合と前記共通ビーム輸送部の下流側に輸送する場合とで異なる強度で励磁される請求項７に記載の荷電粒子ビーム照射装置。
9. 前記加速器と前記照射室とは、互いに異なる階層に設けられた請求項１〜８のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム照射装置。
10. 前記照射室は、治療室である請求項１〜９のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム照射装置。

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