KR20220132560A - 입자 가속기의 진단 장치, 입자 가속기의 진단 방법 및 입자 가속기의 진단 프로그램 - Google Patents

입자 가속기의 진단 장치, 입자 가속기의 진단 방법 및 입자 가속기의 진단 프로그램 Download PDF

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Abstract

하전 입자의 취출 효율을 단주기로 평가할 수 있는 입자 가속기의 진단 기술을 제공한다. 입자 가속기의 진단 장치(10)는, 원형 가속기(20) 내에서의 하전 입자의 이동에 의해 생긴 제1 전류값을 검출하는 제1 검출기(28)로부터, 이 제1 전류값에 대응하는 신호로서 출력되는 제1 검출 신호(S1)를 수신하는 제1 수신부(11)와, 원형 가속기(20)로부터 빔 수송계(30)에 취출된 하전 입자의 이동에 의해 생긴 제2 전류값을 검출하는 제2 검출기(55)로부터, 이 제2 전류값에 대응하는 신호로서 출력되는 제2 검출 신호(S2)를 수신하는 제2 수신부(12)와, 제1 검출 신호(S1)와 제2 검출 신호(S2)에 의거하여 하전 입자의 취출 효율(Q)을 산출하는 산출부(40)를 구비하고 있다.

Description

입자 가속기의 진단 장치, 입자 가속기의 진단 방법 및 입자 가속기의 진단 프로그램
본 발명의 실시형태는, 하전 입자빔의 느린 취출을 행하는 입자 가속기의 진단 기술에 관한 것이다.
근래, 하전 입자(이온)를 가속기에 공급하고 가속해서 고에너지 상태로 한 하전 입자빔을, 공학이나 의학 등의 폭넓은 분야에서 응용하는 연구가 진행되고 있다. 현재, 널리 운용되고 있는 가속기 시스템은, 대략 이온원과 선형 가속기(라이낙)와 원형 가속기로 구성되고, 이 순번으로 하전 입자를 단계적으로 가속한다. 그리고, 원형 가속기를 주회(周回)하는 하전 입자가 소정의 에너지에 도달했을 때, 출사 기기를 작동시켜, 주회 궤도로부터 진행 방향을 변경시킨 하전 입자빔을 빔 수송계에 취출한다.
원형 가속기로부터 하전 입자빔을 취출하는 출사 기기는, 빠른 취출(fast extraction)과 느린 취출(slow extraction)로 사양이 분류된다. 「빠른 취출」이란, 원형 가속기를 주회하는 하전 입자의 집단(빔)을, 일주(一周)에 걸리는 시간 내에 모두 취출하는 방법이다.
이에 대해, 「느린 취출」이란, 원형 가속기를 주회시키면서, 하전 입자빔을 취출하는 방법이다. 이 때문에 「느린 취출」에 의해 출사되는 하전 입자빔은, 「빠른 취출」에 의한 경우와 비교해서, 시간을 들여 조금씩 원형 가속기로부터 취출하는 것이 가능해진다.
이에 의해, 원형 가속기에서 주회하는 하전 입자빔을 단계적으로 가속시킴으로써, 빔 수송계로 취출되는 하전 입자빔의 에너지를 단계적으로 변화시키는 것이 가능해진다. 그리고 원형 가속기에 있어서의 일회(一回)의 가속 사이클에서, 서로 다른 에너지(예를 들면 수백 단계)의 하전 입자빔을 빔 수송계에 취출할 수 있다.
일본국 특허 제4873563호 공보
그런데, 원형 가속기에서 가속된 하전 입자빔은, 빔 수송계의 말단 설비(예를 들면 치료실의 조사 장치)에 도달할 때까지의 로스가 가능한 한 낮은 것이 요구된다. 하전 입자빔의 수송 로스가 크면, 예정된 에너지 패턴을, 최후까지 실행할 수 없게 되는 과제가 있다. 또한, 하전 입자빔의 수송 로스가 크면, 빔 이용 효율이 저하하는 과제도 있다.
이러한 하전 입자빔의 취출 효율은, 그 에너지 값에 의존하여 변화하고, 원형 가속기를 구성하는 전자석의 여자 전류를 조정함으로써, 개선되는 것이 알려져 있다. 또한 원형 가속기의 환경 변화(냉각수 온도, 실내 온도)에 수반해서 전자석의 자장은 미묘하게 변화하기 때문에, 세밀하게 조정 작업을 행하여, 하전 입자빔의 취출을 고효율로 유지할 필요가 있다.
여기에서, 또한, 하전 입자빔의 취출 효율은, 10-5초 내지 10-1초의 오더로 변화하는 것으로 생각되고 있다. 따라서, 빔 취출 효율을 고효율로 유지하기 위해서는, 빔 취출 효율을 가능한 한 리얼 타임에 가까운 단위 시간으로 취득하면서 전자석의 여자 전류를 제어하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시형태는 이러한 사정을 고려해서 이루어진 것이고, 하전 입자의 취출 효율을 단주기로 평가할 수 있는 입자 가속기의 진단 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 입자 가속기의 진단 장치의 블록도.
도 2는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 입자 가속기의 진단 장치의 블록도.
도 3의 (a)(b)(c)(d)(e)는 실시형태에 따른 입자 가속기의 진단 장치의 동작을 설명하는 타이밍 차트.
도 4는 본 발명의 제3 실시형태에 따른 입자 가속기의 진단 장치의 블록도.
도 5는 본 발명의 제4 실시형태에 따른 입자 가속기의 진단 장치의 블록도.
도 6은 각 실시형태에 따른 입자 가속기의 진단 방법 및 진단 프로그램을 설명하는 플로우차트.
(제1 실시형태)
이하, 본 발명의 실시형태를 첨부 도면에 의거하여 설명한다. 도 1은, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 입자 가속기의 진단 장치(10A)의 블록도이다. 이와 같이 입자 가속기의 진단 장치(10A)(10)는, 원형 가속기(20) 내에서의 하전 입자의 이동에 의해 생긴 제1 전류값을 검출하는 제1 검출기(28)로부터, 이 제1 전류값에 대응하는 신호로서 출력되는 제1 검출 신호(S1)를 수신하는 제1 수신부(11)와, 원형 가속기(20)로부터 빔 수송계(30)에 취출된 하전 입자의 이동에 의해 생긴 제2 전류값을 검출하는 제2 검출기(55)로부터, 이 제2 전류값에 대응하는 신호로서 출력되는 제2 검출 신호(S2)를 수신하는 제2 수신부(12)와, 제1 검출 신호(S1)와 제2 검출 신호(S2)에 의거하여, 원형 가속기(20)로부터 빔 수송계(30)에 취출된 하전 입자의 취출 효율(Q)을 산출하는 산출부(40)를 구비하고 있다.
그리고 산출부(40)는, 제1 검출 신호(S1)에 대해 미분 처리를 포함하는 처리를 행해서 제1 처리 신호(D)를 얻고, 이 제1 처리 신호(D)와 제2 검출 신호(S2)에 의거하여(제1 처리 신호(D)와 제2 검출 신호(S2)의 비를 적어도 계산하여), 취출된 하전 입자의 취출 효율(Q)을 산출하는 처리부(16)를 갖고 있다.
입자 가속기의 시스템은, 이온원(21)과 라이낙(22)과 원형 가속기(20)로 구성되고, 이 순번으로 하전 입자를 단계적으로 가속한다. 그리고, 원형 가속기(20)를 주회하는 하전 입자가 소정의 에너지에 도달했을 때에, 그 에너지가 유지된 상태에서 출사 기기(29)를 작동시켜, 주회 궤도로부터 진행 방향을 변경시킨 하전 입자빔이 빔 수송계(30)에 취출된다. 또한, 본 설명에 있어서 「에너지」란 「핵자당의 운동 에너지」를 의미한다. 여기에서, 본 실시형태에 따른 입자 가속기의 진단 장치(10A)에 의해 진단되는 대상의 입자 가속기는, 상술한 라이낙(선형 가속기)(22)과 원형 가속기(20)와 빔 수송계(30)를 적어도 포함하여 구성되는 기기이다.
이온원(21)은, ECR(Electron Cyclotron Resonance) 이온원, PIG(Penning Ionization Gauge) 이온원과 같은 고주파(마이크로파를 포함함) 조사형 외에, 레이저 조사형의 이온원 등을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다.
라이낙(22)은, 이웃끼리에서 역 방향의 전계 성분을 갖는 복수의 가속 전장을 직선 형상으로 나열하고, 전계 방향을 고주파 주파수로 반복 반전시켜, 가속 전장을 통과하는 하전 입자를 항상 일 방향으로만 가속하는 것이다. 그리고 이 라이낙(22)은, 이온원(21)으로부터 입사한 이온을 소정의 에너지까지 가속한 후에, 원형 가속기(20)에 출사한다.
원형 가속기(20)는, 라이낙(22)으로부터 입사한 하전 입자를 고주파 전력에 의해 가속시키는 고주파 가속 공동(25)과, 주회하는 하전 입자를 구부리는 자장을 발생시키는 복수의 편향 전자석(26)과, 주회하는 하전 입자를 발산·수속시켜서 주회 궤도 내에 압류(押留)하는 자장을 발생시키는 복수의 사극 전자석(27)과, 주회하는 하전 입자의 빔의 전류값을 검출하는 전류 검출기(제1 검출기)(28)와, 원형 가속기(20)를 주회하는 하전 입자의 빔을 조금씩 빔 수송계(30)에 출사시키는 출사 기기(29)로 구성되어 있다.
이와 같이 구성되는 원형 가속기(20)는, 라이낙(22)으로부터 저 에너지로 입사한 하전 입자의 빔을, 주회시키면서 최종적으로 광속의 70~80％의 상한 에너지까지 가속할 수 있다. 그리고 원형 가속기(20)는, 이 상한 에너지보다 저 에너지의 임의의 에너지로, 주회하는 하전 입자의 빔의 에너지를 유지할 수 있다. 그리고, 제어부(23)는, 상술한 하전 입자의 빔의 가속이 올바르게 행해지도록, 이온원(21), 라이낙(22) 및 원형 가속기(20)를 연동하여 제어한다.
또한 빔 수송계(30)에도, 직진하는 하전 입자를 궤도 내에 압류하기 위한 사극 전자석(27)과, 하전 입자의 궤도를 구부리기 위한 편향 전자석(26)이 설치되어 있다. 그리고, 이 빔 수송계(30)의 끝에는, 하전 입자빔(51)을 조사함에 의해 환자(52)의 종양을 치료하는 조사 장치(50)가 접속되어 있다. 또한 이 조사 장치(50)는 예시이며, 빔 수송계(30)의 끝에 접속되는 시설은 특별히 한정되지 않는다.
실시형태에서 채용되는 출사 기기(29)는, 원형 가속기(20)를 주회하는 하전 입자의 집단(빔)을 조금씩 취출하는 「느린 취출」의 사양이다. 출사 기기(29)는, 제어부(23)로부터 입력되는 제어 신호(G)에 의거하여 출사용 전극(도시생략)을 여진(勵振)시킴으로써, 불안정 영역으로 천이한 빔을 원형 가속기(20)로부터 빔 수송계(30)에 취출한다. 또한, 빔 수송계(30)에는 통과하는 하전 입자의 이동에 의해 생기는 전류값(제2 전류값)을 검출해서 감시하는 제2 검출기(55)가 설치되어 있다.
제1 수신부(11)가 수신하는 제1 검출 신호(S1)는, 원형 가속기(20)에 설치된 제1 검출기(28)로부터 출력되는 신호로서, 주회하는 하전 입자의 이동에 의해 생기는 전류값(제1 전류값)에 대응한 신호이다. 제1 검출기(28)에 의한 전류값의 측정원리는, 암페어의 법칙을 이용해서, 전류의 둘레에 동심원상으로 형성되는 자장을 검출하는 것에 의한다. 그리고, 제1 검출기(28)는, 주회하는 하전 입자의 이동에 수반해서 생기는 제1 전류값에 비례한 제1 검출 신호(S1)를 출력한다.
처리부(16)는, 이 제1 검출 신호(S1)에 대해 적어도 시간 미분을 포함하는 처리를 행해서 얻어지는 제1 처리 신호(D)를 출력하는 것이다. 여기에서, 제1 처리 신호(D)는, 원형 가속기(20)로부터 빔 수송계(30)에 로스 없이 취출된 경우, 제2 검출기(55)에서 검출되는 제2 검출 신호(S2)의 이상값(理想値)에 상당한다.
여기에서, 원형 가속기(20)의 주회 전류값을 나타내는 제1 검출 신호(S1)는, 하전 입자의 주회 주파수(f)에 비례하고, 이 주회 주파수(f)는 하전 입자의 속도에 비례하는 것이다. 그리고, 원형 가속기(20)를 주회하는 하전 입자의 단위 시간당 감소 수(A)는, 다음 식 (1)로 나타나고, 제1 처리 신호(D)에 대응하는 것이다. 여기에서 계수 k는, 하전 입자의 핵종에 의존하여 결정되는 양이며, 전하량으로부터 입자 수로 변환하는 계수이다. △S1은, 기간(△t)에 있어서의 제1 검출 신호(S1)의 변화량이다.
주회 하전 입자의 단위 시간당 감소 수(A)＝D×K1 … (1)
[D＝△S1/△t, K1＝k/f]
또한 도시를 생략하지만, 처리부(16)에서 제1 검출 신호(S1)를 시간 미분하기 전단에, 제1 검출 신호(S1)에 포함되는 노이즈 성분을 제거하는 노이즈 필터(도시생략)가 설치되어 있다. 또한 노이즈 필터에 입력하기 전에, 아날로그 신호인 제1 검출 신호(S1)를 증폭하는 증폭기(도시생략)도 설치되어 있다. 또한, 증폭된 제1 검출 신호(S1)는, 그 후, 아날로그 신호인 채, 노이즈 필터 및 처리부(16)에서 처리될 경우도 있지만, 디지털 신호로 변환된 후에, 노이즈 필터 및 처리부(16)에서 처리될 경우도 있다.
제2 수신부(12)가 수신하는 제2 검출 신호(S2)는, 빔 수송계(30)에 설치된 제2 검출기(55)로부터 출력되는 신호로서, 직진하는 하전 입자의 이동에 의해 생기는 전류값(제2 전류값)에 대응한 신호이다. 제2 검출기(55)에 의한 전류값의 측정원리는, 하전 입자빔이 기체를 통과했을 때의 전리 전자에 의해 발생한 펄스 신호를, 카운트한다는 것이다. 이 펄스 신호의 단위 시간당 카운트 수는, 빔 수송계(30)를 통과하는 하전 입자의 이동에 수반해서 생긴 전류값에 대응한다.
제2 검출기(55)는, 통과하는 하전 입자의 전류값에 비례한 주파수의 펄스 신호를 발생하고, 단위 시간당 발생한 펄스 신호의 카운트 적산값을 제2 검출 신호(S2)로서 출력한다. 그리고, 빔 수송계(30)를 직진하는 하전 입자의 단위 시간당 통과 수(B)는, 다음 식 (2)로 나타나는 바와 같이, 1 펄스당의 하전 입자 수를 나타내는 제2 계수(K2)에 제2 검출 신호(S2)를 승산하여 얻어진다.
직진 하전 입자의 단위 시간당 통과 수(B)＝S2×K2 … (2)
산출부(40)는, 다음 식 (3)으로 나타내는 바와 같이, 하전 입자의 취출 효율(Q)을 산출한다. 이와 같이 취출 효율(Q)은, 제2 검출 신호(S2)와 제1 처리 신호(D)의 비(S2/D)를 요소로 갖는다. 또한, 하전 입자의 에너지가 변화할 경우의 취출 효율(Q)은, 제2 검출 신호(S2)와 제1 처리 신호(D)의 비(S2/D)에, 주회 주파수(f)와 상수(K2/k)를 승산하여 얻어진다.
취출 효율(Q)＝B/A＝K3×S2/D … (3)
[K3＝K2/K1＝f·K2/k]
빔의 취출 효율(Q)은, 다양한 요인에 의해 변동하지만, 원형 가속기(20)나 빔 수송계(30)를 구성하는 전자석의 전류값 조정에 의한 자장 조정에 의해, 회복시킬 수 있다. 특히 원형 가속기(20)를 주회하는 하전 입자빔을 수속시키는 사극 전자석(27)의 전류 패턴의 조정에 의해, 개선할 수 있는 경우가 많다.
(제2 실시형태)
다음으로 도 2를 참조해서 본 발명에 있어서의 제2 실시형태에 대해 설명한다. 도 2는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 입자 가속기의 진단 장치(10B)의 블록도이다. 또한, 도 2에 있어서 도 1과 공통인 구성 또는 기능을 갖는 부분은, 동일 부호로 나타내고, 중복되는 설명을 생략한다.
제2 실시형태에 따른 입자 가속기의 진단 장치(10B)(10)의 산출부(40)는, 제1 처리 신호(D)에 제1 계수(K1)를 승산하여 원형 가속기(20)를 주회하는 하전 입자의 단위 시간당 감소 수를 나타내는 제1 환산값(A)으로 환산하는 제1 환산부(41)와, 제2 검출 신호(S2)에 제2 계수(K2)를 승산하여 빔 수송계(30)를 직진하는 하전 입자의 단위 시간당 통과 수를 나타내는 제2 환산값(B)으로 환산하는 제2 환산부(42)를 갖고 있다. 그리고 제산부(除算部)(45)는, 제2 환산값(B)을 제1 환산값(A)으로 제산하여 취출 효율(Q)을 산출한다.
제1 환산부(41)로부터 출력되는 제1 환산값(A)은, 상술한 식 (1)에 나타내는 바와 같이, 처리부(16)로부터 입력된 제1 처리 신호(D)에 제1 계수(K1)를 승산한 것이다. 또한 제1 계수(K1)는 원형 가속기(20)의 주회 주파수(f)를 구성에 포함하므로, 주회하는 하전 입자의 에너지가 변화할 경우는, 이것에 대응해서 제1 계수(K1)도 변화시킨다.
제2 환산부(42)로부터 출력되는 제2 환산값(B)은, 상술한 식 (2)에 나타내는 바와 같이, 제2 검출 신호(S2)에 제2 계수(K2)를 승산한 것이다. 이 제2 환산값(B)은 빔 수송계(30)를 직진하는 하전 입자의 단위 시간당 통과 수를 나타내고 있고, 제1 환산값(A)은 원형 가속기(20)를 주회하는 하전 입자의 단위 시간당 감소 수를 나타내고 있다. 이에 의해, 원형 가속기(20)를 주회하는 하전 입자의 에너지가 단계적으로 변화할 경우여도, 제2 환산값(B)과 제1 환산값(A)의 비(B/A)는 취출 효율(Q)을 나타낸다.
도 3의 (a)(b)(c)(d)(e)는, 실시형태에 따른 입자 가속기의 진단 장치의 동작을 설명하는 타이밍 차트이다. 도 3의 (a)에 나타내는 타이밍에, 제어부(23)(도 1)로부터 이온원(21)에 지령 신호가 송신된다. 그러면, 이온원(21)으로부터 하전 입자가 출력되고, 라이낙(22)에서 가속된 후, 하전 입자의 빔이 원형 가속기(20)에 공급된다.
도 3의 (b)는, 제어부(23)(도 1)로부터 편향 전자석(26)에 부여되는 여자 전류의 프로파일을 나타내고 있다. 편향 전자석(26)의 여자 전류는, 주회하는 하전 입자의 에너지에 대응해서 일의적으로 결정하는 값이기 때문에, 도 3의 (b)는, 원형 가속기(20)를 주회하는 하전 입자의 에너지의 프로파일을 나타낸다고 생각해도 된다.
원형 가속기(20)는, 지령 신호(도 3의 (a))가 송신되기 이전부터, 라이낙(22)으로부터 공급된 직후의 입사 에너지(E0)를 갖는 하전 입자를 주회시키는 것에 대응한 초기 상태로 설정되어 있다. 그리고, 하전 입자의 빔이 입사한 이후, 원형 가속기(20)는, 하전 입자의 에너지가 증가하는 방향으로 설정 상태를 변화시켜, 소정의 에너지(E1)로 안정되었을 때 설정 상태를 유지한다.
도 3의 (c)는, 원형 가속기(20)의 설정 상태가 에너지(E1)(또는 E2, E3)로 유지된 상태에서, 제어부(23)(도 1)로부터 출사 기기(29)에 송신되는 제어 신호(G)의 기간(△t)을 나타내고 있다. 이와 같이, 제어 신호(G)가 출사 기기(29)에 송신되고 있는 기간(△t)에 있어서, 원형 가속기(20)를 주회하는 하전 입자의 빔은 조금씩 빔 수송계(30)에 취출되어 간다.
도 3의 (d)는, 제1 검출기(28)(도 1)에 있어서, 원형 가속기(20)를 주회하는 하전 입자의 빔의 전류값을 검출한 제1 검출 신호(S1)의 프로파일을 나타내고 있다. 처리부(16)는, 기간(△t)에 있어서의 제1 검출 신호(S1)의 변화량(△S1)을 출력하는 시간 미분을 행하여, 제1 처리 신호(D)를 출력한다.
도 3의 (e)는, 제2 검출기(55)(도 1)에 있어서, 빔 수송계(30)를 직진하는 하전 입자가 기간(△t)에서 발생시킨 펄스 신호의 카운트 적산값을 나타내는 제2 검출 신호(S2)의 프로파일을 나타내고 있다. 그리고, 제1 처리 신호(D) 및 제2 검출 신호(S2)가 얻어진 타이밍에, 상술 (3) 식에 의해, 취출 효율(Q)이 계산된다. 그리고, 원형 가속기(20)의 에너지(E)의 설정 상태를 E1로부터 E2, E3으로 단계적으로 변화시킨 상태에서, 제1 처리 신호(D) 및 제2 검출 신호(S2)를 취득하고, 에너지(E)에 대응하는 주회 주파수(f)를 대입한 상술 (3) 식에 의해, 취출 효율(Q)을 계산한다.
또한 도 3에 있어서, 미분 및 적산의 기간은, 설명을 단순하게 하기 위해, 빔 수송계(30)에 빔 취출 기간(△t)에 일치시켰지만, 빔 취출 기간 내의 더 미소한 기간(△t)(예를 들면, 100ms, 10ms, 1ms 등)으로 해도 된다.
제어 신호(G)가 출사 기기(29)에 송신되고 시간이 경과함에 따라, 원형 가속기(20)를 주회하는 하전 입자의 빔은, 감소 또는 없어진다. 그래서, 원형 가속기(20)의 설정 상태를 에너지(E1, E2, E3)로부터 초기 설정인 입사 에너지(E0)의 상태로 되돌리고(감속하고), 재차, 이온원(21)에 지령 신호를 송신하고(도 3의 (a)), 취출 효율(Q)을 재계산할 수 있다.
(제3 실시형태)
다음으로 도 4를 참조해서 본 발명에 있어서의 제3 실시형태에 대해 설명한다. 도 4는 본 발명의 제3 실시형태에 따른 입자 가속기의 진단 장치(10C)의 블록도이다. 또한, 도 4에 있어서 도 1과 공통인 구성 또는 기능을 갖는 부분은, 동일 부호로 나타내고, 중복되는 설명을 생략한다.
제3 실시형태에 따른 입자 가속기의 진단 장치(10C)(10)는, 빔 수송계(30)에 설치된 복수의 제2 검출기(55)(55a, 55b)로부터 수신한 복수의 제2 검출 신호(S2)(S2a, S2b) 중 어느 하나를 선택하는 선택부(15)를 구비하고 있다. 그리고, 선택부(15)에서 선택된 제2 검출 신호(S2)가 제2 수신부(12)에서 수신된다. 또한 선택부(15)를 제외한 제3 실시형태의 구성 요소의 동작은, 제1 실시형태 및 제2 실시형태의 구성 요소와 동일하다.
여기에서, 빔 수송계(30)의 상류 측에 설치된 제2 검출기(55a)로부터 출력된 제2 검출 신호(S2a)에 의거하여 산출된 취출 효율(Q)은, 원형 가속기(20)로부터 빔 수송계(30)에 취출된 직후의 빔 로스를 반영하고 있다. 이에 대해, 빔 수송계(30)의 하류 측에 설치된 제2 검출기(55b)로부터 출력된 제2 검출 신호(S2b)에 의거하여 산출된 취출 효율(Q)은, 또한 빔 수송계(30)를 통과하는 과정에 있어서의 빔 로스도 반영하고 있다.
취출 효율(Q)의 악화는, 가속기 건물에 있어서의 냉각수 온도나 실내 온도 등의 환경 변화에 수반해서 전자석 자장이 미묘하게 변화해 버리는 것이 원인의 하나이다. 제2 검출 신호(S2a)에 의거하여 산출된 취출 효율(Q)이 악화하고 있을 경우는, 원형 가속기(20)의 주변 기기나 제어 파라미터의 조정이 행해진다. 또한 제2 검출 신호(S2b)에 의거하여 산출된 취출 효율(Q)이 악화하고 있을 경우는, 빔 수송계(30)의 주변 기기나 제어 파라미터의 조정이 행해진다. 이와 같이, 빔 수송계(30)의 별개의 위치에 설치된 복수의 제2 검출기(55)로부터 출력된 제2 검출 신호(S2)에 의거하여 복수의 취출 효율(Q)을 산출함으로써, 빔 로스의 원인 구명의 일조가 된다.
또한, 실시형태에 있어서 빔 수송계(30)가 하나로 구성될 경우를 나타냈지만, 빔 수송계(30)가 분기하여 구성될 경우도 있다. 이 경우, 복수의 제2 검출기(55)가 배치됨으로써, 빔 로스가, 빔 수송계(30) 중 어느 가지(branch)에 기인하는지 특정하는 것이 용이해진다.
(제4 실시형태)
다음으로 도 5를 참조해서 본 발명에 있어서의 제4 실시형태에 대해 설명한다. 도 5는 본 발명의 제4 실시형태에 따른 입자 가속기의 진단 장치(10D)의 블록도이다. 또한, 도 5에 있어서 도 1과 공통인 구성 또는 기능을 갖는 부분은, 동일 부호로 나타내고, 중복되는 설명을 생략한다.
제4 실시형태에 따른 입자 가속기의 진단 장치(10D)(10)는, 취출 효율(Q)에 의거하여, 원형 가속기(20) 및 빔 수송계(30)의 적어도 한쪽의 제어부(23, 24)에 이상 발생의 환기 신호(R)를 출력부(18)로부터 출력할지의 여부의 판정을 행하는 판정부(17)를 더 구비하고 있다. 이 환기 신호(R)는, 제어부(23)에 입력되어, 원형 가속기(20)나 빔 수송계(30)에 미리 정해진 동작을 행하게 한다. 또한 판정부(17) 및 출력부(18)를 제외한 제4 실시형태의 구성 요소의 동작은, 제1 실시형태 및 제2 실시형태의 구성 요소와 동일하다.
취출 효율(Q)이 허용값을 넘어서 악화했을 경우는, 원형 가속기(20) 또는 빔 수송계(30)에 어떠한 이상의 발생이 추측된다. 조사 장치(50)에 있어서 환자의 치료를 실시하는 공정에서 환기 신호(R)가 출력된 경우는, 오퍼레이터에 통지하거나, 원형 가속기(20) 및 빔 수송계(30)의 동작을 긴급 정지시킬 경우가 있다.
또는 환기 신호(R)가 출력된 경우, 제어부(23)에 복수의 보정 전류 패턴을 전자석(27)에 투입시켜, 각각의 보정 전류 패턴에 의거하여 복수의 취출 효율(Q)을 산출시킨다. 이에 의해, 취출 효율(Q)이 가장 우수한 보정 전류 패턴을 채용함으로써, 효율적으로 하전 입자빔을 조사할 수 있다.
도 6의 플로우차트에 의거하여, 각 실시형태에 따른 입자 가속기의 진단 방법 및 진단 프로그램을 설명한다(적절히, 도 1 참조). 우선, 원형 가속기(20)를 주회하는 하전 입자빔을 소정의 에너지(E)에서 안정화시킨다(S11). 다음으로, 원형 가속기(20)로부터 하전 입자빔을 취출하여 빔 수송계(30)를 직진시킨다(S12). 그리고, 원형 가속기(20)를 주회하는 하전 입자의 이동에 의해 생기는 제1 전류값에 대응한 제1 검출 신호(S1)를 수신하고(S13), 이 제1 검출 신호(S1)를 시간 미분하여, 제1 처리 신호(D)를 출력한다(S14).
한편, 원형 가속기(20)로부터 취출되어 빔 수송계(30)를 직진하는 하전 입자의 이동에 의해 생기는 제2 전류값에 대응한 제2 검출 신호(S2)를 수신한다(S15). 그리고, 제1 처리 신호(D)와 제2 검출 신호(S2)의 비를 계산하여, 하전 입자의 취출 효율(Q)을 산출한다(S16).
이 취출 효율(Q)이 미리 정해진 역치를 넘지 않을 경우(S17 No), 환기 신호가 출력된다(S18 END). 환기 신호가 출력되면, 오퍼레이터의 판단으로 원형 가속기(20) 또는 빔 수송계(30)를 구성하는 전자석에 입력하는 여자 전류의 조정이 행해진다.
취출 효율(Q)이 역치보다 클 경우는(S17 Yes), 원형 가속기(20)를 주회하는 하전 입자빔의 에너지(E)를 갱신 설정하고(S19 No), (S11)로부터 (S17)까지의 플로우가 반복된다. 그리고, 설정한 모든 에너지(E)에 있어서 취출 효율(Q)이 역치보다 큰 것의 확인이 된 시점에 종료한다(S19 Yes END).
이상 기술한 적어도 하나의 실시형태의 입자 가속기의 진단 장치에 따르면, 원형 가속기의 빔 전류값의 시간 미분값과 빔 수송계의 빔 전류값의 비를 계산함으로써, 하전 입자빔의 취출 효율을 단주기로 평가하는 것이 가능해진다.
또한, 각 실시형태에 있어서는, 원형 가속기를 주회하는 하전 입자의 감소 수와, 빔 수송계에 출사된 하전 입자 수를 비교할 수 있으면 된다. 예를 들면, 제1 검출 신호에는 미분 연산을 행하는 것으로 해서 설명했지만, 빔의 출사(즉 원형 가속기 중의 하전 입자의 감소)에 의한 제1 검출 신호의 변화와, 이 빔의 출사의 타이밍에 대응하는 시간, 즉 출사된 빔이 제2 검출기(55)에 도달하는 타이밍의 제2 검출 신호에 의거하여 빔 출사 효율을 구할 수 있도록 구성하면, 미분 연산은 필수의 연산 처리가 아니다.
본 발명의 몇 가지 실시형태를 설명했지만, 이들 실시형태는, 예로서 제시한 것이고, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 이들 실시형태는, 그 밖의 다양한 형태에서 실시되는 것이 가능하고, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 다양한 생략, 치환, 변경, 조합을 행할 수 있다. 이들 실시형태나 그 변형은, 발명의 범위나 요지에 포함되는 것과 마찬가지로, 특허청구범위에 기재된 발명과 그 균등한 범위에 포함되는 것이다.
이상 설명한 입자 가속기의 진단 장치는, 전용의 칩, FPGA(Field Programmable Gate Array), GPU(Graphics Processing Unit), 또는 CPU(Central Processing Unit) 등의 프로세서를 고집적화시킨 제어 장치와, ROM(Read Only Memory)이나 RAM(Random Access Memory) 등의 기억 장치와, HDD(Hard Disk Drive)나 SSD(Solid State Drive) 등의 외부 기억 장치와, 디스플레이 등의 표시 장치와, 마우스나 키보드 등의 입력 장치와, 통신 I/F를 구비하고 있고, 통상의 컴퓨터를 이용한 하드웨어 구성으로 실현할 수 있다.
또한 입자 가속기의 진단 장치에서 실행되는 프로그램은, ROM 등에 미리 도입해서 제공된다. 혹은, 이 프로그램은, 인스톨 가능한 형식 또는 실행 가능한 형식의 파일로 CD-ROM, CD-R, 메모리 카드, DVD, 플렉서블 디스크(FD) 등의 컴퓨터에서 판독 가능한 기억 매체에 기억되어 제공하도록 해도 된다.
또한, 본 실시형태에 따른 입자 가속기의 진단 장치에서 실행되는 프로그램은, 인터넷 등의 네트워크에 접속된 컴퓨터상에 저장되고, 네트워크 경유로 다운로드시켜 제공하도록 해도 된다. 또한, 진단 장치는, 구성 요소의 각 기능을 독립적으로 발휘하는 별개의 모듈을, 네트워크 또는 전용선으로 상호 접속하고, 조합해서 구성할 수도 있다.

Claims (9)

  1. 원형 가속기 내에서의 하전 입자의 이동에 의해 생긴 제1 전류값을 검출하는 제1 검출기로부터, 상기 제1 전류값에 대응하는 신호로서 출력되는 제1 검출 신호를 수신하는 제1 수신부와,
    상기 원형 가속기로부터 빔 수송계에 취출된 하전 입자의 이동에 의해 생긴 제2 전류값을 검출하는 제2 검출기로부터, 상기 제2 전류값에 대응하는 신호로서 출력되는 제2 검출 신호를 수신하는 제2 수신부와,
    상기 제1 검출 신호와 상기 제2 검출 신호에 의거하여, 상기 취출된 하전 입자의 취출 효율을 산출하는 산출부
    를 구비하는 입자 가속기의 진단 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 산출부는, 상기 제1 검출 신호에 대해 미분 처리를 포함하는 처리를 행해서 제1 처리 신호를 얻고, 상기 제1 처리 신호와 상기 제2 검출 신호에 의거하여, 상기 취출된 하전 입자의 취출 효율을 산출하는, 입자 가속기의 진단 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 산출부는,
    상기 제1 처리 신호에 제1 계수를 승산해서, 상기 원형 가속기를 주회(周回)하는 상기 하전 입자의 단위 시간당 감소 수를 나타내는 제1 환산값으로 환산하는 제1 환산부와,
    상기 제2 검출 신호에 제2 계수를 승산해서, 상기 빔 수송계를 직진하는 상기 하전 입자의 단위 시간당 통과 수를 나타내는 제2 환산값으로 환산하는 제2 환산부를 갖고,
    상기 제2 환산값을 상기 제1 환산값으로 제산(除算)하여 상기 취출 효율을 산출하는 입자 가속기의 진단 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산출부는, 상기 원형 가속기를 주회하는 상기 하전 입자의 에너지가 단계적으로 변화할 때마다 상기 취출 효율을 산출하는 입자 가속기의 진단 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 빔 수송계에 설치된 복수의 상기 제2 검출기로부터 수신한 복수의 상기 제2 검출 신호 중 어느 하나를 선택하는 선택부를 구비하는 입자 가속기의 진단 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 취출 효율에 의거하여, 상기 원형 가속기 및 상기 빔 수송계의 적어도 한쪽의 제어부에, 이상 발생의 환기(喚起) 신호를 출력할지의 여부의 판정을 행하는 판정부를 구비하는 입자 가속기의 진단 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 환기 신호가 출력된 경우, 상기 제어부에 복수의 보정 전류 패턴을 전자석에 투입시키고, 각각의 상기 보정 전류 패턴에 의거하여 복수의 상기 취출 효율을 산출시키는 입자 가속기의 진단 장치.
  8. 원형 가속기 내에서의 하전 입자의 이동에 의해 생긴 제1 전류값을 검출하는 제1 검출기로부터, 상기 제1 전류값에 대응하는 신호로서 출력되는 제1 검출 신호를 수신하는 스텝과,
    상기 원형 가속기로부터 빔 수송계에 취출된 하전 입자의 이동에 의해 생긴 제2 전류값을 검출하는 제2 검출기로부터, 상기 제2 전류값에 대응하는 신호로서 출력되는 제2 검출 신호를 수신하는 스텝과,
    상기 제1 검출 신호와 상기 제2 검출 신호에 의거하여, 상기 취출된 하전 입자의 취출 효율을 산출하는 스텝을 포함하는 입자 가속기의 진단 방법.
  9. 컴퓨터에,
    원형 가속기 내에서의 하전 입자의 이동에 의해 생긴 제1 전류값을 검출하는 제1 검출기로부터, 상기 제1 전류값에 대응하는 신호로서 출력되는 제1 검출 신호를 수신하는 스텝,
    상기 원형 가속기로부터 빔 수송계에 취출된 하전 입자의 이동에 의해 생긴 제2 전류값을 검출하는 제2 검출기로부터, 상기 제2 전류값에 대응하는 신호로서 출력되는 제2 검출 신호를 수신하는 스텝,
    상기 제1 검출 신호와 상기 제2 검출 신호에 의거하여, 상기 취출된 하전 입자의 취출 효율을 산출하는 스텝을 실행시키는 입자 가속기의 진단 프로그램.
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