JP6430264B2 - 負イオン源装置 - Google Patents

Description

本発明は、負イオン源装置に関する。

加速器等に用いられるイオン源装置として、例えば、固体を原料とするプラズマスパッタ型の負イオン源装置（特許文献１参照）や、気体（例えば、水素ガス）を原料として負イオンビームを生成する負イオン源装置が知られている。後者の負イオン源装置は、例えば、チャンバと、チャンバ内にプラズマを生成するためのフィラメントと、チャンバ内に水素ガスを供給する水素ガス供給部と、チャンバ内にセシウム蒸気を供給するためのセシウム供給源とを備える。フィラメントには電流が流されているので、加熱されたフィラメントからは熱電子が放出され、チャンバ内の水素ガスと衝突してプラズマが生成される。そして、プラズマ中の低速電子又はプラズマ電極表面の電子と、水素分子、水素原子、又は水素イオンと、が反応することにより、負イオンが生成される。

セシウムが付着した物質の表面においては仕事関数が低下するので、セシウムは、負イオンの生成を促進する機能を有する。そのため、セシウムがセシウム供給源によってチャンバ内に供給されると、負イオン源から引き出される負イオン量の増大が図られる。

特開２００４−０３０９６６号公報

ところで、上述のような負イオン源装置における負イオンの生成量を更に増加させることが要請されていた。本発明の目的は、負イオンの生成量を増加させることができる負イオン源装置を提供することにある。

本発明に係る負イオン源装置は、内部で負イオンを生成するチャンバと、チャンバ内に原料ガスを供給する原料ガス供給部と、原料ガス供給部により供給された原料ガスを用いてプラズマを生成するプラズマ生成部と、チャンバの一端側に設けられ、生成された負イオンを引き出す引出孔を有するプラズマ電極と、負イオンの生成を促進する促進物質をチャンバ内に供給する促進物質供給部と、チャンバの一端側に設けられ、所定のエネルギー以上の電子を遮断する磁場を生成するフィルター磁場生成部と、磁場が生成される磁場領域内に設けられ、促進物質を付着させる部分の面積を増加させる促進物質付着面積増加部と、を備える。

本発明に係る負イオン源装置は、所定のエネルギー以上の電子を遮断する磁場を生成するフィルター磁場生成部と、磁場が生成される磁場領域内に設けられ、促進物質を付着させる部分の面積を増加させる促進物質付着面積増加部と、を備えている。フィルター磁場生成部による磁場領域内には、所定のエネルギー以上の電子の侵入が遮断されると共に所定のエネルギー未満の電子の進入は許容されるため、当該磁場領域では高いエネルギーの電子に破壊されることなく、低いエネルギーの電子によって負イオンが生成される。当該磁場領域のうち促進物質が付着する部分の表面では、促進物質により仕事関数が低下することで、負イオンの表面生成が行われる。従って、磁場領域に促進物質付着面積増加部が設けられることによって、負イオンの表面生成が行われる部分の面積が増加する。以上によって、負イオンの生成量を増加させることができる。

本発明に係る負イオン源装置において、促進物質付着面積増加部は、プラズマ電極の表面に形成された凹凸部によって構成されてよい。これによって、別部材を用いることなく負イオンの表面生成に係る面積を増加させることができる。

本発明に係る負イオン源装置において、促進物質付着面積増加部は、プラズマ電極の表面から離間して設けられた部材によって構成されてよい。これによって、プラズマ電極に加工等を施さなくとも、別部材を設けることで容易に負イオンの表面生成に係る面積を増加させることができる。

本発明に係る負イオン源装置において、部材は、貫通孔を有していてよい。これによって、負イオンを生成するための原子、分子、電子が部材の貫通孔を通過してプラズマ電極側へ移動することができる。

本発明によれば、負イオンの生成量を増加させることができる。

図１は、中性子捕捉療法装置を概略的に示す図である。 図２は、第１実施形態に係る負イオン源装置を示す図である。 図３（ａ）は、プラズマ電極をチャンバ内部より軸方向から見た図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡで示す部分の拡大図である。 図４（ａ）〜（ｃ）は、凹凸部の断面形状の一例を示す図である。 図５は、第２実施形態に係る負イオン源装置を示す図である。 図６（ａ），（ｂ）は、促進物質付着面積増加部材及び支持部の構成の一例を示す図である。 図７は、変形例に係る負イオン源装置を示す図である。 図８は、変形例に係る負イオン源装置を示す図である。

本発明の実施形態について図面を参照して説明するが、以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態に係る負イオン源装置１００を備える中性子捕捉療法装置１を例にとり、中性子捕捉療法装置１の概要について図１を参照しつつ説明する。中性子捕捉療法装置１は、ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ：Boron Neutron Capture Therapy）を用いたがん治療などを行うために用いられる装置であり、ホウ素（^１０Ｂ）が投与された患者５０の腫瘍へ中性子線Ｎを照射する。

中性子捕捉療法装置１は、サイクロトロン２を備える。サイクロトロン２は、負イオン源装置１００で生成された負イオン（陰イオンともいう）を加速して、荷電粒子線Ｒを作り出す加速器である。このサイクロトロン２は、例えば、ビーム半径４０ｍｍ、６０ｋＷ（＝３０ＭｅＶ×２ｍＡ）の荷電粒子線Ｒを生成する能力を有している。中性子捕捉療法装置１は、加速器として、サイクロトロン２に限られず、シンクロトロン、シンクロサイクロトロン、ライナックなどを用いてもよい。

サイクロトロン２から出射された荷電粒子線Ｒは、ビームダクト３を通り、ターゲット６へ向かって進行する。このビームダクト３に沿って複数の四極電磁石４及び走査電磁石５が設けられている。走査電磁石５は、荷電粒子線Ｒを走査し、ターゲット６に対する荷電粒子線Ｒの照射位置を制御する。

中性子捕捉療法装置１は、制御部（算出手段）Ｓを備える。制御部Ｓは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有する電子制御ユニットであり、中性子捕捉療法装置１を総合的に制御する。

制御部Ｓは、ターゲット６に照射される荷電粒子線Ｒの電流値（すなわち、電荷、照射線量率）をリアルタイムで測定する電流モニタＭに接続されており、その測定結果に応じて中性子捕捉療法装置１の各部の制御を行う。電流モニタＭとしては、例えば、荷電粒子線Ｒに影響を与えずに測定可能な非破壊型のＤＣＣＴ（Direct Current Current Transformer）を用いることができる。

ターゲット６は、荷電粒子線Ｒの照射を受けて中性子線Ｎを生成する。ターゲット６は、例えば、直径１６０ｍｍの円板状を呈する。ターゲット６は、例えば、ベリリウム（Ｂｅ）、リチウム（Ｌｉ）、タンタル（Ｔａ）、又はタングステン（Ｗ）で形成してもよい。ターゲット６は、板状（固体）に限られず、液状であってもよい。

遮蔽体７は、発生した中性子線Ｎや、当該中性子線Ｎの発生に伴って生じたガンマ線等が、中性子捕捉療法装置１の外部へ放出されないように遮蔽する。減速材８は、中性子線Ｎを減速（中性子線Ｎのエネルギーを減衰）させる機能を有する。減速材８は、第１及び第２の減速材８Ａ，８Ｂが積層されて構成されている。第１の減速材８Ａは、中性子線Ｎに含まれる速中性子を主に減速させる。第２の減速材８Ｂは、中性子線Ｎに含まれる熱外中性子を主に減速させる。

コリメータ９は、中性子線Ｎの照射野（中性子線Ｎの進行方向に直交する平面における照射範囲）を成形するものであり、中性子線Ｎが通過する開口９ａを有している。ターゲット６で発生した中性子線Ｎは、減速材８を通り抜けた後、一部がコリメータ９の開口９ａを通過する一方で、残部がコリメータ９の開口９ａを確定する周辺部により遮蔽される。その結果、コリメータ９を通過した中性子線Ｎは、開口９ａの形状に対応した形状に成形される。

中性子線量測定装置１０は、治療台５１上の患者５０に照射される中性子線Ｎの線量及び線量分布を測定する装置である。

続いて、負イオン源装置１００の構成について、図２を参照しつつ説明する。負イオン源装置１００は、負イオン源１０２と、真空ボックス１０４とを備える。負イオン源１０２と真空ボックス１０４とは、絶縁フランジ１０６によって接続されている。

負イオン源１０２は、チャンバ１０８と、原料ガス供給部１０９と、磁石１１０と、プラズマ生成部１１２と、促進物質供給部１１５と、プラズマ電極１１６と、促進物質付着面積増加部１１７とを有する。

チャンバ１０８は、図示しない真空ポンプと接続されており、内部を真空状態に保持可能である。チャンバ１０８は、円筒状を呈する本体部１０８ａと、本体部１０８ａの他端側に設けられた蓋部１０８ｂとを有する。本体部１０８ａは、チャンバ１０８の側壁をなしている。チャンバ１０８の一端側には、後述のプラズマ生成部１１２及び真空ボックス１０４が設けられている。本体部１０８ａの両端には、外方に向けて突出する鍔部１０８ｃ，１０８ｄがそれぞれ設けられている。

蓋部１０８ｂは、本体部１０８ａの他端側に位置する鍔部１０８ｃに着脱自在に取り付けられており、本体部１０８ａの他端（開放端）を開放又は閉塞する。蓋部１０８ｂの略中央部には、円形状を呈する貫通孔１０８ｅが形成されている。貫通孔１０８ｅは、蓋部１０８ｂが本体部１０８ａの他端を閉塞しているときに、チャンバ１０８の内外を連通する。

原料ガス供給部１０９は、後述のプラズマ電極１１６の近傍に設けられた配管１１６ｂと、配管１１６ｂに接続されたガス供給源１２２と、を備えている。配管１１６ｂは、チャンバ１０８の他端側に位置している。ガス供給源１２２は、原料ガス源（水素ガス源）及び不活性ガス源（アルゴンガス源）を含む。すなわち、ガス供給源１２２の原料ガスや不活性ガスは、配管１１６ｂを通じて本体部１０８ａの他端側からチャンバ１０８内に供給される。

磁石１１０は、プラズマ閉じ込め部１１０Ａと、フィルター磁場生成部１１０Ｂと、を備えている。プラズマ閉じ込め部１１０Ａは、チャンバ１０８の他端側の領域に設けられている。プラズマ閉じ込め部１１０Ａは、チャンバ１０８内で生成されたプラズマをチャンバ１０８に閉じ込めるように磁場を生成する。フィルター磁場生成部１１０Ｂは、チャンバ１０８の一端側に設けられ、所定のエネルギー以上の電子を遮断する磁場を生成する。チャンバ１０８の軸方向において、フィルター磁場生成部１１０Ｂに比してプラズマ閉じ込め部１１０Ａの方が広い範囲を占めている。高いエネルギーの電子（高温電子）は、フィルター磁場生成部１１０Ｂによって生成される磁場領域内には侵入することはできず、プラズマ閉じ込め部１１０Ａに囲まれる領域に閉じ込められる。この領域をプラズマ生成領域Ｅ１（図２に示す一点鎖線よりも左側領域）と称する。一方、所定のエネルギーより低いエネルギーの電子（低温電子）は、フィルター磁場生成部１１０Ｂに囲まれる磁場領域を通過することができる。負イオンは高温電子によって容易に破壊されるが、フィルター磁場生成部１１０Ｂの磁場領域には高温電子の侵入が防止されると共に低温電子は進入可能とされるため、当該磁場領域にて負イオンが生成される。従って、フィルター磁場生成部１１０Ｂによる磁場領域を負イオン生成領域Ｅ２（図２に示す一点鎖線よりも右側領域）と称する。

磁石１１０は、本体部１０８ａの外周面側に複数配置されている。より詳しくは、磁石１１０は、本体部１０８ａの外周面から離間した状態でチャンバ１０８の外周側に位置する。プラズマ閉じ込め部１１０Ａは、周方向にＳ極とＮ極を交互に配置することによって構成される。フィルター磁場生成部１１０Ｂは、周方向における一部の領域にＳ極を集めて配置し、周方向における他の領域にＮ極を集めて配置する。磁石１１０と本体部１０８ａの外周面との間には、図示しない冷却路が設けられている。磁石１１０又は本体部１０８ａの壁部を冷却するために、当該冷却路内には水などの冷媒が循環される。なお、冷却路が設けられる位置は、磁石１１０と本体部１０８ａの外周面との間に限らず、他の位置としてもよい。例えば、磁石１１０の外周面に冷却路を設けてもよい。

プラズマ生成部１１２は、円柱形状を呈する本体部１１２ａと、本体部１１２ａの端面から外方（チャンバ１０８の他端側、プラズマ電極１１６側）に延びる一対のフィラメント１１２ｂとを有する。本体部１１２ａは、蓋部１０８ｂの貫通孔１０８ｅに対応する外形を有し、蓋部１０８ｂ（貫通孔１０８ｅ）に対して着脱可能である。本体部１１２ａが蓋部１０８ｂ（貫通孔１０８ｅ）に取り付けられている場合、本体部１１２ａと貫通孔１０８ｅとの間にＯリング等を介在させることにより、チャンバ１０８内の気密が保たれる。本体部１１２ａには、図示しない直流電源が接続されている。当該直流電源は、フィラメント１１２ｂに電圧及び電流を印加し、フィラメント１１２ｂを発熱させると共に、フィラメント１１２ｂとチャンバ１０８（本体部１０８ａ）との間に電位差を生じさせる。

促進物質供給部１１５は、負イオンの生成を促進する促進物質を導入する促進物質導入部１１４と、促進物質導入部１１４に接続された促進物質供給源１１８と、を備えている。促進物質導入部１１４は、蓋部１０８ｂを貫通するように蓋部１０８ｂに設けられている。促進物質導入部１１４の先端は、チャンバ１０８内に位置している。促進物質として、セシウム、そのほかのアルカリ物質等の負イオンの生成の促進効果を有する物質を採用してよい。また、促進物質は、気体、液体、固体の何れの状態でチャンバ１０８内に供給されてもよい。

プラズマ電極１１６は、本体部１０８ａの一端側に位置する鍔部１０８ｄに設けられた絶縁フランジ１２５と、真空ボックス１０４側の絶縁フランジ１０６との間に配置されている。プラズマ電極１１６は、電圧が可変の電源（図示せず）に接続されている。当該電源を制御してプラズマ電極１１６に印加される電圧の大きさを制御することにより、チャンバ１０８内のプラズマ分布を制御し、チャンバ１０８から引き出される負イオンの量を制御する。プラズマ電極１１６は、チャンバ１０８内で生成された負イオンをチャンバ１０８外（本実施形態では真空ボックス１０４側）に引き出すことが可能な引出孔１１６ａを有している。なお、本実施形態に係るプラズマ電極１１６は、平板形状であるが、特に形状は限定されず、テーパー状等に構成されていてもよい。

真空ボックス１０４は、チャンバ１０８のうち負イオンビームが引き出される下流側（チャンバ１０８の一端側）に位置している。真空ボックス１０４は、チャンバ１０８と同様に、内部を真空状態に保持可能である。真空ボックス１０４内には、引出電極等の電極１２４、負イオンビームのビーム量を計測するファラデーカップ（図示せず）、負イオンビームの軌道を変化させるステアリングコイル（図示せず）等が配置されている。

促進物質付着面積増加部１１７は、磁場が生成される磁場領域（負イオン生成領域Ｅ２）内に設けられ、促進物質を付着させる部分の面積を増加させる構造である。図３（ａ）に示すように、本実施形態では、促進物質付着面積増加部１１７は、プラズマ電極１１６の表面１１６ｃ（チャンバ１０８の内部空間側の面）をチャンバ１０８の軸方向から見たときに、表面１１６ｃに対して設定される所定の領域Ｆ（ハッチングを付した領域）に形成されている。ここで、従来の負イオン源装置は、負イオン生成領域Ｅ２内において促進物質を付着させる部分として、プラズマ電極１１６の表面１１６ｃと、本体部１０８ａの内周面と、を有していた。また、プラズマ電極１１６の表面１１６ｃは略全域が平面として形成されており、本体部１０８ａの内周面は、少なくとも負イオン生成領域Ｅ２内では略全域が平滑（溝や段差が形成されていない）な面として形成されていた。このような従来の負イオン源装置の負イオン生成領域Ｅ２内における促進物質を付着させる部分の面積を「付着面積ＳＰ１」とする。一方、本実施形態に係る負イオン源装置１００は、促進物質付着面積増加部１１７が形成されることにより、負イオン生成領域Ｅ２内における促進物質を付着させる部分の付着面積ＳＰ２が付着面積ＳＰ１よりも大きくなる。

図３（ａ）に示す例では、促進物質付着面積増加部１１７が形成される領域Ｆは、プラズマ電極１１６の中央位置における一部に円形状に設定されている。領域Ｆの直径Ｄは、チャンバ１０８のサイズ、ガス圧等に基づいて設定される。例えば、領域Ｆの大きさは、負イオンの平均自由行程に基づいて設定されてよい。平均自由行程とは、生成した負イオンがチャンバ１０８内を飛行することができる距離である。例えば、引出孔１１６ａから離れ過ぎた位置、すなわち平均自由行程よりも離れた位置で生成された負イオンは、引出孔１１６ａから引き出されない。従って、促進物質付着面積増加部１１７が形成される領域Ｆは、引出孔１１６ａから平均自由行程以内の範囲内に設定されていてよい。なお、領域Ｆの形状は特に限定されず、矩形状等のその他の形状であってもよい。チャンバ１０８の半径が平均自由行程よりも小さい場合、チャンバ１０８の本体部１０８ａの内周面に形成されていてもよい。

本実施形態では、図３（ｂ）に示すように、促進物質付着面積増加部１１７は、プラズマ電極１１６の表面１１６ｃに形成された複数の凹凸部１２０によって構成される。凹凸部１２０は、引出孔１１６ａの周りに同心円状に複数の溝を並べることによって形成されている。凹凸部１２０が形成された領域Ｆ内の表面１１６ｃの表面積は、当該領域Ｆ内の表面１１６ｃが平面であった場合の表面積に比して大きい。したがって、本実施形態に係る負イオン源装置１００においては、領域Ｆ内に平面に比して表面積の大きい凹凸部１２０が形成されることにより、負イオン生成領域Ｅ２内における促進物質を付着させる部分の付着面積ＳＰ２が従来の負イオン源装置の付着面積ＳＰ１よりも大きくなる。なお、凹凸部１２０は同心円状の溝によって形成されていなくともよく、直線状の溝を複数並べることで形成されてもよい。あるいは、凹凸部１２０は、複数の溝を網目状に並べることで形成されてもよい。あるいは、凹凸部１２０は、複数の突起部を並べることで形成されてもよい。

図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、凹凸部１２０の断面形状は特に限定されない。例えば、図４（ａ）に示すように、凹凸部１２０は、矩形状であってよい。また、図４（ｂ）に示すように、凹凸部１２０は、波状であってよい。また、図４（ｃ）に示すように、凹凸部１２０は、三角形状であってよい。なお、凹凸部１２０は、プラズマ電極１１６の平面状の表面１１６ｃに対して切削やレーザー加工等の溝加工を施すことによって構成される。これに代えて、プラズマ電極１１６の平面状の表面１１６ｃから複数の突出部が突出し、当該突出部同士の間の空間を凹凸部１２０として形成されてもよい。

上記の負イオン源装置１００において、負イオンを生成する際には、まずチャンバ１０８及び真空ボックス１０４内を真空ポンプにより真空引きする。次に、ガス供給源１２２により原料ガス（水素ガス）をチャンバ１０８内に供給すると共に、促進物質供給源１１８により促進物質をチャンバ１０８内に供給する。促進物質供給源１１８による促進物質の供給量は、引き出したい負イオンビームのビーム量に応じて調整してもよい。促進物質が付着した物質の表面においては仕事関数が低下するので、促進物質は、負イオンの生成を促進する機能を有する。図２には、チャンバ１０８の内壁面やプラズマ電極１１６の表面１１６ｃに付着した促進物質の堆積層Ｃを示している。

次に、プラズマ生成部１１２に電流を流し、プラズマ生成部１１２とチャンバ１０８との間に電圧が印加される。電流が流れることにより加熱されたフィラメント１１２ｂとチャンバ１０８との間に電圧が印加されることにより、フィラメント１１２ｂからチャンバ１０８へ熱電子が放出され、アーク放電が起きる。当該熱電子は、チャンバ１０８内に充満している水素ガスと衝突して電子を弾き出し、当該水素ガスをプラズマ化させる。

プラズマ中に存在する電子のうち高温電子と低温電子とが、磁石１１０によって弁別される。すなわち、高温電子は、プラズマ閉じ込め部１１０Ａによってプラズマ生成領域Ｅ１に閉じ込められ、フィルター磁場生成部１１０Ｂの磁場で遮断されて負イオン生成領域Ｅ２への移動が遮断される。一方、低温電子は負イオン生成領域Ｅ２へ移動する。低温電子又はプラズマ電極１１６の表面１１６ｃの電子と、プラズマ中の水素分子、水素原子、又は水素イオンと、が反応することにより、負イオンが生成される。こうして生成された負イオンは、プラズマ電極１１６の引出孔１１６ａを通じてチャンバ１０８の外に引き出され、真空ボックス１０４を介してサイクロトロン２に導入される。

次に、本実施形態に係る負イオン源装置１００の作用・効果について説明する。

本実施形態に係る負イオン源装置１００は、所定のエネルギー以上の電子を遮断する磁場を生成するフィルター磁場生成部１１０Ｂと、磁場が生成される磁場領域（負イオン生成領域Ｅ２）内に設けられ、促進物質を付着させる部分の面積を増加させる促進物質付着面積増加部１１７と、を備えている。フィルター磁場生成部１１０Ｂによる磁場領域内には、所定のエネルギー以上の電子の侵入が遮断されるため、当該磁場領域では高いエネルギーの電子に破壊されることなく、負イオンが生成される。当該磁場領域のうち促進物質が付着する部分の表面では、促進物質により仕事関数が低下することで、負イオンの表面生成が行われる。従って、磁場領域に促進物質付着面積増加部１１７が設けられることによって、負イオンの表面生成が行われる部分の面積が増加する。以上によって、負イオンの生成量を増加させることができる。

本実施形態に係る負イオン源装置１００において、促進物質付着面積増加部１１７は、プラズマ電極１１６の表面１１６ｃに形成された凹凸部１２０によって構成されている。これによって、別部材を用いることなく負イオンの表面生成に係る面積を増加させることができる。

［第２実施形態］
図５及び図６を参照して、第２実施形態に係る負イオン源装置２００について説明する。第２実施形態に係る負イオン源装置２００では、促進物質付着面積増加部２１７の構成が第１実施形態に係る負イオン源装置１００の促進物質付着面積増加部１１７と異なっている。

図５及び図６に示すように、促進物質付着面積増加部２１７は、プラズマ電極１１６の表面１１６ｃから離間して設けられた促進物質付着面積増加部材２１８によって構成される。促進物質付着面積増加部材２１８は、負イオン生成領域Ｅ２内の空間内に配置される。促進物質付着面積増加部材２１８は、領域Ｆ（図３（ａ）参照）における表面１１６ｃを覆うように、当該表面１１６ｃから離間した位置に配置される。なお、促進物質付着面積増加部材２１８と表面１１６ｃとの間の離間距離は特に限定されないが、引出孔１１６ａからの距離が平均自由行程よりも小さくなる位置に配置されることが好ましい。

促進物質付着面積増加部材２１８は、支持部材２１９によって支持される。支持部材２１９は絶縁材によって構成されている。従って、促進物質付着面積増加部材２１８は、プラズマシースを調整できるように、プラズマ電極１１６及びチャンバ１０８とは独立して電圧を印加できる。支持部材２１９の構成は特に限定されず、図６（ａ）に示すように複数の脚部材であってもよく、図６（ｂ）に示すように筒状部材であってもよい。また、支持部材２１９はプラズマ電極１１６に連結されていてもよいが、チャンバ１０８に連結されてもよい。

図６に示すように、促進物質付着面積増加部材２１８は、少なくとも電子を通過可能な大きさの貫通孔２２０を有している。具体的には、促進物質付着面積増加部材２１８は、網目状の金属部材によって構成されている。貫通孔２２０の一つ当たりの大きさは特に限定されず、電子が通過可能な大きさに設定されていればよい。また、促進物質付着面積増加部材２１８全体の面積に対して貫通孔２２０が占める割合は、電子及び負イオンが表面１１６ｃ及び引出孔１１６ａ側へ移動することを妨げない範囲であればよい。なお、促進物質付着面積増加部材２１８は、金属ワイヤーを複数張り巡らせることによって構成されていてもよく、金属板に複数の貫通孔２２０を形成することによって構成されていてもよい。

以上のように、本実施形態に係る負イオン源装置２００において、促進物質付着面積増加部２１７は、プラズマ電極１１６の表面１１６ｃから離間して設けられた促進物質付着面積増加部材２１８によって構成されている。これによって、プラズマ電極１１６に加工等を施さなくとも、別部材である促進物質付着面積増加部材２１８を設けることで容易に負イオンの表面生成に係る面積を増加させることができる。

本実施形態に係る負イオン源装置２００において、促進物質付着面積増加部材２１８は、貫通孔２２０を有している。これによって、負イオンを生成するための原子、分子、電子が促進物質付着面積増加部材２１８の貫通孔２２０を通過してプラズマ電極１１６側へ移動することができる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではない。例えば、イオン源装置は、促進物質付着面積増加部として、プラズマ電極１１６に形成される凹凸部１２０と、プラズマ電極１１６の表面１１６ｃから離間する促進物質付着面積増加部材２１８と、の両方を採用してよい。

例えば、プラズマ生成部１１２は、フィラメント１１２ｂではなく、内部アンテナ型でもよい。この場合、アンテナに高周波を印加することにより、チャンバ１０８内にプラズマが生成される。

ガス供給源１２２に接続された配管１１６ｂがチャンバ１０８の他端側に位置するのではなく、他の箇所に設けられていてもよい。例えば、配管１１６ｂは、チャンバ１０８の他端側に設けられていてもよいし、チャンバ１０８の一端と他端との間に設けられていてもよい。

また、負イオン源装置の全体的な構成は図２，５に示すものに限定されず、図７に示すものを採用してもよい。図７に示す負イオン源装置３００は、例えば、チャンバ３０８内に配置されるフィラメント３１２及びプラズマ電極３１６の形状、及びフィルター磁場生成部３１０Ｂの配置等が図１の負イオン源装置１００と異なっている。この負イオン源装置３００では、プラズマ電極３１６付近に負イオン生成領域Ｅ２が形成されており、当該領域内に促進物質付着面積増加部３１７が形成されている。図８示す負イオン源装置４００は、例えば、プラズマ生成部４１２の構成、チャンバ４０８の形状、プラズマ電極４１６の形状等が図１の負イオン源装置１００と異なっている。この負イオン源装置４００では、プラズマ電極４１６付近に負イオン生成領域Ｅ２が形成されており、当該領域内に促進物質付着面積増加部４１７が形成されている。

１…中性子捕捉療法装置、１００，２００，３００，４００…負イオン源装置、１０８，３０８，４０８…チャンバ、１１０Ｂ，３１０Ｂ…フィルター磁場生成部、１１２…プラズマ生成部、１１５…促進物質供給部、１１６，３１６，４１６…プラズマ電極、１１６ａ…引出孔、１１６ｃ…表面、１１７，２１７，３１７，４１７…促進物質付着面積増加部、１２０…凹凸部、２１８…促進物質付着面積増加部材（部材）。

Claims (3)

1. 内部で負イオンを生成するチャンバと、
   前記チャンバ内に原料ガスを供給する原料ガス供給部と、
   前記原料ガス供給部により供給された前記原料ガスを用いてプラズマを生成するプラズマ生成部と、
   前記チャンバの一端側に設けられ、生成された前記負イオンを引き出す引出孔を有するプラズマ電極と、
   前記負イオンの生成を促進する促進物質を前記チャンバ内に供給する促進物質供給部と、
   前記チャンバの前記一端側に設けられ、所定のエネルギー以上の電子を遮断する磁場を生成するフィルター磁場生成部と、
   前記磁場が生成される磁場領域内に設けられ、前記促進物質を付着させる部分の面積を平面に比して増加させる促進物質付着面積増加部と、を備え、
   前記フィルター磁場生成部に生成された磁場は、前記プラズマ生成部側からの所定のエネルギー以上の前記電子が前記磁場へ侵入することを遮断し、
   前記促進物質付着面積増加部は、前記プラズマ電極の表面に形成された凹凸部によって構成される、負イオン源装置。
2. 前記促進物質付着面積増加部は、前記プラズマ電極の表面から離間して設けられた部材によって構成される、請求項１に記載の負イオン源装置。
3. 前記部材は、貫通孔を有している、請求項２に記載の負イオン源装置。

Images