高频加速器的制造方法、高频加速器以及圆形加速器系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于产生对肿瘤等患部照射粒子射线来进行治疗的粒子射线治疗装置等的粒子射线的高频加速器，尤其涉及作为用于使粒子射线入射至同步加速器等圆形加速器的入射器的高频加速器。
【背景技术】
[0002]粒子射线癌症治疗装置中，入射器被用作为入射至圆形加速器的前级加速装置。入射器大多使用线性加速器。离子射束中将离子射束的各粒子(离子)间的互相作用(电斥力)称为空间电荷效应(space charge) 0该斥力随着能量的增加而得到缓和，因此要求在向圆形加速入射的前级尽量预先得到加速。
[0003]已知例如是质子的情况下，适于对来自离子源的射束进行加速的线性加速器与可作为两级加速来形成得较小型的线性加速器之间的结构不同。在粒子射线癌症治疗装置以外的用途中，也将多种线性加速器串联连接，将粒子射线加速至较高的能量。
[0004]通常在向使用两台高频腔体的加速器(高频加速器)的各个高频腔体提供高频的情况下，需要使得所提供的高频与射束同步。因此，需要在各个高频腔体中接通相同频率的高频，并使其相位同步。另外，对接通至各个高频腔体的高频功率以及接通至两个高频腔体的高频各自的相位进行设计并调整，以使得射束质量及透过效率变好(例如专利文献I)。
[0005]提供至高频加速器的高频需要大功率。高频的大功率产生装置较为昂贵，且大多用真空管来构成，因此需要更换，存在维护费用增加的问题。因此，对两台高频腔体供电具有如下优点:在使用功率分配装置的情况下，功率产生装置的数量减少，因此能降低成本，提尚可靠性(例如专利文献2)。
[0006]然而，在用一台功率产生装置来实现，通过谐振型的功率分配装置来分配高频功率的情况下，由于该功率分配装置的原理性的问题，使得无法独立地对提供至各个腔体的高频功率的相位进行调整。另外，也比较难以对各腔体的功率进行调整，以使得射束质量及透过效率变好。
现有技术文献专利文献
[0007]专利文献1:日本专利特开平3 - 34252号公报专利文献2:日本专利特开2010 - 27529号公报
【发明内容】
发明所要解决的技术问题
[0008]如上所述，在将两台不同方式的高频加速器串联配置来对带电粒子进行加速的情况下，以往，考虑分别将提供至两台高频加速器的高频功率及相位分别调整为最佳，高频功率及相位能仅在设计值附近较小的范围内对带电粒子进行加速。
[0009]然而，本申请发明人通过对带电粒子的能量及相位相对于接通高频功率的变动进行研究，从而发现即使在更大范围的高频功率下也存在能对带电粒子进行加速的条件。
[0010]本申请的目的在于，在将第一级线性加速器与第二级线性加速器串联配置并利用功率分配装置将这两台线性加速器相结合而成的高频加速器中，得到如下的高频加速器:即使所提供的高频功率发生变化，第一级加速器与第二级加速器之间的匹配也不会变差，且容易调整。
解决技术问题所采用的技术方案
[0011]本发明涉及高频加速器的制造方法，该高频加速器包括:第一级线性加速器，向该第一级线性加速器入射从离子源射出的带电粒子，且该第一级线性加速器对其进行加速；第二级线性加速器，经由匹配部向该第二级线性加速器入射从该第一级线性加速器射出的带电粒子束，且该第二级线性加速器对其进行加速；高频电源，该高频电源产生提供给第一级线性加速器及第二级线性加速器的高频功率；以及功率分配装置，该功率分配装置将由高频电源提供的全高频功率分配并提供给第一级线性加速器及第二级线性加速器，所述高频加速器的制造方法包含如下设定步骤:对提供至功率分配装置的第二级线性加速器的高频功率的功率分配率R的值、以及从第一级线性加速器的出口到第二级线性加速器的入口为止的匹配部的长度L与高频功率的角频率ω之间的比L/ω的值进行设定，以使得在比基于针对各相位的入射带电粒子的相位接受度而决定的所述全高频功率的容许范围中的最大容许范围还要大的所述全高频功率的范围内，从第二级线性加速器射出带电粒子束。
发明效果
[0012]由于对提供至功率分配装置的第二级线性加速器的高频功率的功率分配率R的值、以及从第一级线性加速器的出口到第二级线性加速器的入口为止的匹配部的长度L与高频功率的角频率ω之间的比L/ ω的值进行设定，以使得在由高频电源产生的高频功率Prf，total的较宽的范围内，从第二级线性加速器射出带电粒子束，因此，能够获得如下的高频加速器:即使所提供的高频功率发生变化，第一级加速器与第二级加速器之间的匹配也不会变差，且容易调整。其结果是，还可起到能提供如下的高频加速器的效果:在将该高频加速器用作为对于圆形加速器的入射器的情况下，通过调整高频功率能得到作为入射至圆形加速器的带电粒子束较为理想的带电粒子束特性。
【附图说明】
[0013]图1是表示本发明的实施方式I的高频加速器的简要结构的框图。
图2是说明本申请所使用的各参数的标记的示意图。
图3是表示本发明的高频加速器的从第一级线性加速器射出的带电粒子束的能量特性例的图。
图4是表示本发明的实施方式I的高频加速器的作为射入第二级线性加速器的带电粒子束所要求的设计值的能量特性例的图。
图5是表示本发明的实施方式I的高频加速器的将从第一级线性加速器射出的带电粒子束的功率分配率作为参数的能量特性例的图。
图6是表示本发明的实施方式I的高频加速器的作为射入第二级线性加速器的带电粒子束所要求的以功率分配率作为参数的设计值的能量特性例的图。
图7是表示本发明的实施方式I的高频加速器的从第一级线性加速器射出的带电粒子束的能量特性与射入第二级线性加速器的带电粒子束所要求的能量特性例之间的匹配的图。
图8是说明本发明的实施方式I的高频加速器的作为射入第二级线性加速器的带电粒子束所要求的设计值的相位特性与设计容许范围的图。
图9是说明本发明的实施方式I的高频加速器的作为射入第二级线性加速器的带电粒子束所要求的设计值的相位特性与设计容许范围的另一个图。
图10是表示本发明的实施方式I的高频加速器的从第一级线性加速器射出的带电粒子束的相位特性例的图。
图11是表示本发明的实施方式I的高频加速器的从第一级线性加速器射出的带电粒子束到达第二级线性加速器的入口时的相位特性例的图。
图12是说明本发明的实施方式I的高频加速器的从第一级线性加速器射出的带电粒子束到达第二级线性加速器的入口时的相位特性、与作为射入第二级线性加速器的带电粒子束所要求的设计值的相位特性之间的匹配的图。
图13是将本发明的实施方式I的高频加速器的动作特性与作为比较例的现有的高频加速器的动作特性一起示出的图。
图14是说明本发明的实施方式I的高频加速器的动作的示意图。
图15是说明现有的高频加速器的动作的示意图。
图16是表示本发明的实施方式I的高频加速器的制造步骤的流程图。
图17是表示包含本发明的实施方式2的高频加速器的圆形加速系统整体的简要结构的框图。
图18是以相位-能量空间来表示从本发明的实施方式I的高频加速器输出的带电粒子束的特性的示意图。
图19是表示从本发明的实施方式I的高频加速器输出的带电粒子束的能量宽度的特性的图。
【具体实施方式】
[0014]图1是表示本发明实施方式I的高频加速器10的简要结构的框图。将离子源I所产生的离子(带电粒子)入射至构成高频加速器10的第一级线性加速器2。经第一级线性加速器2加速后的带电粒子入射至第二级线性加速器3，进一步得到加速。从第二级线性加速器3射出的带电粒子束是从本发明的实施方式I的高频加速器10射出的带电粒子束9。此处，第一级线性加速器2使用RFQ (Rad1 Frequency Quadrupole:射频四极场)型线性加速器，第二级线性加速器3使用APF (Alternating Phase Focus:交替相位聚焦)方式IH(Interdigital-H:交叉指-H)型DTL(Drift Tube Linac:漂移管直