高頻加速器的制造方法、高頻加速器以及圓形加速器系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于產(chǎn)生對腫瘤等患部照射粒子射線來進行治療的粒子射線治療裝置等的粒子射線的高頻加速器，尤其涉及作為用于使粒子射線入射至同步加速器等圓形加速器的入射器的高頻加速器。
【背景技術(shù)】
[0002]粒子射線癌癥治療裝置中，入射器被用作為入射至圓形加速器的前級加速裝置。入射器大多使用線性加速器。離子射束中將離子射束的各粒子(離子)間的互相作用(電斥力)稱為空間電荷效應(yīng)(space charge) 0該斥力隨著能量的增加而得到緩和，因此要求在向圓形加速入射的前級盡量預(yù)先得到加速。
[0003]已知例如是質(zhì)子的情況下，適于對來自離子源的射束進行加速的線性加速器與可作為兩級加速來形成得較小型的線性加速器之間的結(jié)構(gòu)不同。在粒子射線癌癥治療裝置以外的用途中，也將多種線性加速器串聯(lián)連接，將粒子射線加速至較高的能量。
[0004]通常在向使用兩臺高頻腔體的加速器(高頻加速器)的各個高頻腔體提供高頻的情況下，需要使得所提供的高頻與射束同步。因此，需要在各個高頻腔體中接通相同頻率的高頻，并使其相位同步。另外，對接通至各個高頻腔體的高頻功率以及接通至兩個高頻腔體的高頻各自的相位進行設(shè)計并調(diào)整，以使得射束質(zhì)量及透過效率變好(例如專利文獻I)。
[0005]提供至高頻加速器的高頻需要大功率。高頻的大功率產(chǎn)生裝置較為昂貴，且大多用真空管來構(gòu)成，因此需要更換，存在維護費用增加的問題。因此，對兩臺高頻腔體供電具有如下優(yōu)點:在使用功率分配裝置的情況下，功率產(chǎn)生裝置的數(shù)量減少，因此能降低成本，提尚可靠性(例如專利文獻2)。
[0006]然而，在用一臺功率產(chǎn)生裝置來實現(xiàn)，通過諧振型的功率分配裝置來分配高頻功率的情況下，由于該功率分配裝置的原理性的問題，使得無法獨立地對提供至各個腔體的高頻功率的相位進行調(diào)整。另外，也比較難以對各腔體的功率進行調(diào)整，以使得射束質(zhì)量及透過效率變好。
現(xiàn)有技術(shù)文獻專利文獻
[0007]專利文獻1:日本專利特開平3 - 34252號公報專利文獻2:日本專利特開2010 - 27529號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
[0008]如上所述，在將兩臺不同方式的高頻加速器串聯(lián)配置來對帶電粒子進行加速的情況下，以往，考慮分別將提供至兩臺高頻加速器的高頻功率及相位分別調(diào)整為最佳，高頻功率及相位能僅在設(shè)計值附近較小的范圍內(nèi)對帶電粒子進行加速。
[0009]然而，本申請發(fā)明人通過對帶電粒子的能量及相位相對于接通高頻功率的變動進行研究，從而發(fā)現(xiàn)即使在更大范圍的高頻功率下也存在能對帶電粒子進行加速的條件。
[0010]本申請的目的在于，在將第一級線性加速器與第二級線性加速器串聯(lián)配置并利用功率分配裝置將這兩臺線性加速器相結(jié)合而成的高頻加速器中，得到如下的高頻加速器:即使所提供的高頻功率發(fā)生變化，第一級加速器與第二級加速器之間的匹配也不會變差，且容易調(diào)整。
解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案
[0011]本發(fā)明涉及高頻加速器的制造方法，該高頻加速器包括:第一級線性加速器，向該第一級線性加速器入射從離子源射出的帶電粒子，且該第一級線性加速器對其進行加速；第二級線性加速器，經(jīng)由匹配部向該第二級線性加速器入射從該第一級線性加速器射出的帶電粒子束，且該第二級線性加速器對其進行加速；高頻電源，該高頻電源產(chǎn)生提供給第一級線性加速器及第二級線性加速器的高頻功率；以及功率分配裝置，該功率分配裝置將由高頻電源提供的全高頻功率分配并提供給第一級線性加速器及第二級線性加速器，所述高頻加速器的制造方法包含如下設(shè)定步驟:對提供至功率分配裝置的第二級線性加速器的高頻功率的功率分配率R的值、以及從第一級線性加速器的出口到第二級線性加速器的入口為止的匹配部的長度L與高頻功率的角頻率ω之間的比L/ω的值進行設(shè)定，以使得在比基于針對各相位的入射帶電粒子的相位接受度而決定的所述全高頻功率的容許范圍中的最大容許范圍還要大的所述全高頻功率的范圍內(nèi)，從第二級線性加速器射出帶電粒子束。
發(fā)明效果
[0012]由于對提供至功率分配裝置的第二級線性加速器的高頻功率的功率分配率R的值、以及從第一級線性加速器的出口到第二級線性加速器的入口為止的匹配部的長度L與高頻功率的角頻率ω之間的比L/ ω的值進行設(shè)定，以使得在由高頻電源產(chǎn)生的高頻功率Prf，total的較寬的范圍內(nèi)，從第二級線性加速器射出帶電粒子束，因此，能夠獲得如下的高頻加速器:即使所提供的高頻功率發(fā)生變化，第一級加速器與第二級加速器之間的匹配也不會變差，且容易調(diào)整。其結(jié)果是，還可起到能提供如下的高頻加速器的效果:在將該高頻加速器用作為對于圓形加速器的入射器的情況下，通過調(diào)整高頻功率能得到作為入射至圓形加速器的帶電粒子束較為理想的帶電粒子束特性。
【附圖說明】
[0013]圖1是表示本發(fā)明的實施方式I的高頻加速器的簡要結(jié)構(gòu)的框圖。
圖2是說明本申請所使用的各參數(shù)的標記的示意圖。
圖3是表示本發(fā)明的高頻加速器的從第一級線性加速器射出的帶電粒子束的能量特性例的圖。
圖4是表示本發(fā)明的實施方式I的高頻加速器的作為射入第二級線性加速器的帶電粒子束所要求的設(shè)計值的能量特性例的圖。
圖5是表示本發(fā)明的實施方式I的高頻加速器的將從第一級線性加速器射出的帶電粒子束的功率分配率作為參數(shù)的能量特性例的圖。
圖6是表示本發(fā)明的實施方式I的高頻加速器的作為射入第二級線性加速器的帶電粒子束所要求的以功率分配率作為參數(shù)的設(shè)計值的能量特性例的圖。
圖7是表示本發(fā)明的實施方式I的高頻加速器的從第一級線性加速器射出的帶電粒子束的能量特性與射入第二級線性加速器的帶電粒子束所要求的能量特性例之間的匹配的圖。
圖8是說明本發(fā)明的實施方式I的高頻加速器的作為射入第二級線性加速器的帶電粒子束所要求的設(shè)計值的相位特性與設(shè)計容許范圍的圖。
圖9是說明本發(fā)明的實施方式I的高頻加速器的作為射入第二級線性加速器的帶電粒子束所要求的設(shè)計值的相位特性與設(shè)計容許范圍的另一個圖。
圖10是表示本發(fā)明的實施方式I的高頻加速器的從第一級線性加速器射出的帶電粒子束的相位特性例的圖。
圖11是表示本發(fā)明的實施方式I的高頻加速器的從第一級線性加速器射出的帶電粒子束到達第二級線性加速器的入口時的相位特性例的圖。
圖12是說明本發(fā)明的實施方式I的高頻加速器的從第一級線性加速器射出的帶電粒子束到達第二級線性加速器的入口時的相位特性、與作為射入第二級線性加速器的帶電粒子束所要求的設(shè)計值的相位特性之間的匹配的圖。
圖13是將本發(fā)明的實施方式I的高頻加速器的動作特性與作為比較例的現(xiàn)有的高頻加速器的動作特性一起示出的圖。
圖14是說明本發(fā)明的實施方式I的高頻加速器的動作的示意圖。
圖15是說明現(xiàn)有的高頻加速器的動作的示意圖。
圖16是表示本發(fā)明的實施方式I的高頻加速器的制造步驟的流程圖。
圖17是表示包含本發(fā)明的實施方式2的高頻加速器的圓形加速系統(tǒng)整體的簡要結(jié)構(gòu)的框圖。
圖18是以相位-能量空間來表示從本發(fā)明的實施方式I的高頻加速器輸出的帶電粒子束的特性的示意圖。
圖19是表示從本發(fā)明的實施方式I的高頻加速器輸出的帶電粒子束的能量寬度的特性的圖。
【具體實施方式】
[0014]圖1是表示本發(fā)明實施方式I的高頻加速器10的簡要結(jié)構(gòu)的框圖。將離子源I所產(chǎn)生的離子(帶電粒子)入射至構(gòu)成高頻加速器10的第一級線性加速器2。經(jīng)第一級線性加速器2加速后的帶電粒子入射至第二級線性加速器3，進一步得到加速。從第二級線性加速器3射出的帶電粒子束是從本發(fā)明的實施方式I的高頻加速器10射出的帶電粒子束9。此處，第一級線性加速器2使用RFQ (Rad1 Frequency Quadrupole:射頻四極場)型線性加速器，第二級線性加速器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