离子源、重粒子线照射装置及方法、离子源的驱动方法

技术领域

本发明涉及通过激光的照射而生成离子束的离子源、重粒子线照射装 置、离子源的驱动方法及重粒子线照射方法。

背景技术

作为通过激光的照射而生成离子束的装置，已知有离子源。离子源使 离子高能量化而作为离子束向外部装置输出。作为外部装置，示例了被利 用于癌症治疗的重粒子线照射装置。重粒子线照射装置是使离子束加速来 作为重粒子线对照射对象的部位进行照射的装置。离子中使用了例如碳离 子，特别是在癌症治疗中使用6价碳离子。

作为离子源，能够列举出使用微波放电等离子体的方式和使用激光的 方式（例如参照参照专利文献1、2）。

使用了激光的离子源将激光向真空容器内的靶的表面照射，通过激光 的能量使靶的元素、蒸发/离子化而生成等离子体（激光烧蚀等离子体）。 然后，将激光烧蚀等离子体中包含的离子从真空容器内引出，在引出时使 离子加速来生成离子束。

使用了激光的离子源通过调整激光的能量及密度，能够产生如6价碳 离子那样的多价离子。

先行技术文献

专利文献

专利文献1：专利第3713524号公报

专利文献2：特开2009－37764号公报

在使用了激光的离子源中，出于接下来的原因，有时与作为目标离子 的6价碳离子不同的非目标离子混合在真空容器内。

例如在靶附着有水分或脏污物的情况下，1价的氢分子离子（H₂^＋）、8 价的氧离子等污染物质的离子有可能作为非目标离子混合在真空容器内。

此外，在真空容器内存在残留气体的情况下，残留气体成分的离子有 可能作为非目标离子混合在真空容器内。

在这样的非目标离子混合在真空容器内的情况下，除了目标离子之外 非目标离子也被从真空容器内引出而被作为离子束输出。

本发明所要解决的课题在于得到能够始终监视真空容器内的离子中的 与目标离子不同的非目标离子的离子源、重粒子线照射装置、离子源的驱 动方法及重粒子线照射方法。

发明内容

本发明所涉及的离子源，其特征在于，具备：激光烧蚀等离子体产生 装置，使得从真空容器内的靶产生激光烧蚀等离子体；离子束引出部，将 所述激光烧蚀等离子体中包含的离子从所述真空容器内引出而生成离子 束；以及离子检测器，检测所述真空容器内的所述离子中的、与构成所述 靶的元素被离子化后的目标离子不同的非目标离子，作为检测结果输出检 测信号，该检测信号表示所述非目标离子的数量，或者表示作为所述非目 标离子相对于所述目标离子的混合比的值。

本发明所涉及的重粒子线照射装置具备：离子源；和离子束加速装置， 使来自所述离子源的离子束加速来作为用于对照射对象的部位进行照射的 重粒子线输出，其特征在于，所述离子源具备：激光烧蚀等离子体产生装 置，根据运转指示信号，使得从真空容器内的靶产生激光烧蚀等离子体， 根据停止指示信号，使所述激光烧蚀等离子体的产生停止；离子束引出部， 将所述激光烧蚀等离子体中包含的离子从所述真空容器内引出而生成所述 离子束；离子检测器，检测所述真空容器内的所述离子中的、与构成所述 靶的元素被离子化后的目标离子不同的非目标离子，作为检测结果而输出 检测信号，该检测信号表示所述非目标离子的数量，或者表示作为所述非 目标离子相对于所述目标离子的混合比的值；以及运转控制用信号处理电 路，向所述激光烧蚀等离子体产生装置输出所述运转指示信号，在从所述 离子检测器输出的所述检测信号的值超过了阈值的情况下，向所述激光烧 蚀等离子体产生装置输出所述停止指示信号。

本发明所涉及的重粒子线照射装置具备：离子源；和离子束加速装置， 使来自所述离子源的离子束加速来作为用于对照射对象的部位进行照射的 重粒子线输出，其特征在于，所述离子源具备：激光烧蚀等离子体产生装 置，使得从真空容器内的靶产生激光烧蚀等离子体；离子束引出部，将所 述激光烧蚀等离子体中包含的离子从所述真空容器内引出而生成所述离子 束；离子检测器，检测所述真空容器内的所述离子中的、与构成所述靶的 元素被离子化后的目标离子不同的非目标离子，作为检测结果而输出检测 信号，该检测信号表示所述非目标离子的数量，或者表示作为所述非目标 离子相对于所述目标离子的混合比的值，所述重粒子线照射装置还具备： 输出停止用插板阀，根据开指示信号，输出所述离子束，根据闭指示信号， 停止所述离子束的输出；以及输出停止用信号处理电路，向所述输出停止 用插板阀输出所述开指示信号，在从所述离子检测器输出的所述检测信号 的值超过了阈值的情况下，向所述输出停止用插板阀输出所述闭指示信号。

本发明所涉及的离子源的驱动方法，其特征在于，具备：使得从真空 容器内的靶产生激光烧蚀等离子体的工序；将所述激光烧蚀等离子体中包 含的离子从所述真空容器内引出而生成离子束的工序；和通过离子检测器， 检测所述真空容器内的所述离子中的、与构成所述靶的元素被离子化后的 目标离子不同的非目标离子，作为检测结果而输出检测信号，该检测信号 表示所述非目标离子的数量，或者表示作为所述非目标离子相对于所述目 标离子的混合比的值的工序。

本发明所涉及的重粒子线照射方法，其特征在于，具备：使得从真空 容器内的靶产生激光烧蚀等离子体的工序；将所述激光烧蚀等离子体中包 含的离子从所述真空容器内引出而生成离子束的工序；使所述离子束加速 来作为用于对照射对象的部位进行照射的重粒子线输出的工序；通过离子 检测器，检测所述真空容器内的所述离子中的、与构成所述靶的元素被离 子化后的目标离子不同的非目标离子，作为检测结果而输出检测信号，该 检测信号表示所述非目标离子的数量，或者表示作为所述非目标离子相对 于所述目标离子的混合比的值的工序；和在从所述离子检测器输出的所述 检测信号的值超过了阈值的情况下，使所述激光烧蚀等离子体的产生停止 的工序。

本发明所涉及的重粒子线照射方法，其特征在于，具备：使得从真空 容器内的靶产生激光烧蚀等离子体的工序；将所述激光烧蚀等离子体中包 含的离子从所述真空容器内引出而生成离子束的工序；输出所述离子束的 工序；使所述离子束加速来作为用于对照射对象的部位进行照射的重粒子 线输出的工序；通过离子检测器，检测所述真空容器内的所述离子中的、 与构成所述靶的元素被离子化后的目标离子不同的非目标离子，作为检测 结果而输出检测信号，该检测信号表示所述非目标离子的数量，或者表示 作为所述非目标离子相对于所述目标离子的混合比的值的工序；和在从所 述离子检测器输出的所述检测信号的值超过了阈值的情况下，使所述离子 束的输出停止的工序。

发明效果

根据本发明，能够提供能够始终监视真空容器内的离子中的与目标离 子不同的非目标离子的离子源、重粒子线照射装置、离子源的驱动方法、 以及重粒子线照射方法。

附图说明

图1是示意性地表示第一实施方式所涉及的离子源的构成的截面图。

图2是示意性地表示第二实施方式所涉及的离子源的构成的截面图。

图3是示意性地表示第三实施方式所涉及的离子源的构成的截面图。

图4是表示图3的离子源的动作的流程图。

图5是示意性地表示第四实施方式所涉及的离子源的构成的截面图。

图6是表示图5的离子源的动作的流程图。

图7是表示作为第一应用例而应用了第三实施方式所涉及的离子源的 重粒子线照射装置的构成的框图。

图8是表示作为第二应用例而应用了第一实施方式所涉及的离子源的 重粒子线照射装置的构成的框图。

图9是表示图8的重粒子线照射装置的动作的流程图。

图10是表示作为第三应用例而应用了第三实施方式所涉及的离子源的 重粒子线照射装置的构成的框图。

图11是表示图10的重粒子线照射装置的动作的流程图。

附图标记的说明

1……真空容器

1a……入射窗

1b……离子引出用贯通孔

1c……离子检测用贯通孔

1d……喷嘴

2……靶

3……激光

4……激光烧蚀等离子体

5……离子束

6……引出电极

7a……中间电极

7b……中间电极

8……加速电极

9……离子检测器

9a……离子检测器收容容器

10……离子检测用插板阀

10a……凸缘

10b……凸缘

11……运转控制用信号处理电路

12a……运转指示信号

12b……停止指示信号

13……照射装置

13a……激光电源

13b……激光振荡器

13c……激光镜

13d……激光镜

14……检测信号

15……离子源

15a……第一离子源

15b……第二离子源

16……高压电源

17……壳体

18……离子束引出部

19……离子束加速装置

19a……RFQ线性加速器

19b……DTL

19c……圆形加速器

20……重粒子线照射装置

21……输出停止用插板阀

22……输出停止用信号处理电路

23a……开指示信号

23b……闭指示信号

24……重粒子线

25……运转切换用信号处理电路

26a……第一控制信号

26b……第二控制信号

27……激光烧蚀等离子体产生装置

28……切换请求信号

29……外部装置

具体实施方式

以下，参照附图对本发明所涉及的离子源的实施方式进行说明。在此， 对相互相同或者类似的部分赋予共用的附图标记并省略重复说明。

［第一实施方式］

图1是示意性地表示第一实施方式所涉及的离子源15的构成的截面 图。

第一实施方式所涉及的离子源15具备真空容器1、离子检测器9、离 子束引出部18、激光烧蚀等离子体产生装置27。激光烧蚀等离子体产生装 置27包含照射装置13、高压电源16。

真空容器1是不锈钢制，在真空容器1内的中央部设置有靶2。作为靶 2，例如使用碳系的板状构件、筒状构件。虽未图示，但是真空容器1形成 有排气口，该排气口与用于对真空容器1内进行真空排气的真空泵连接。

高压电源16经由信号缆线与真空容器1内的靶2连接，对靶2施加高 压。

真空容器1设有用于入射后述的激光3的入射窗1a。照射装置13从真 空容器1的外部经由入射窗1a将激光3向真空容器1内的靶2的表面照射 而使其产生激光烧蚀等离子体4。

照射装置13具备激光电源13a、激光振荡器13b、多个激光镜13c、13d。

激光电源13a经由信号缆线与激光振荡器13b连接，对激光振荡器13b 供给电力。激光振荡器13b使用从激光电源13a供给的电力而产生激光3。

作为激光3，使用碳气体激光或Nd－YAG激光等。多个激光镜13c、 13d使激光3通过反射而聚光后，从真空容器1的外部经由入射窗1a向真 空容器1内的靶2的表面照射。

例如在将多个激光镜由图1所示的激光镜13c、13d构成的情况下，激 光镜13c配置成使来自激光振荡器13b的激光3朝向激光镜13d反射，激 光镜13d构成为使来自激光镜13c的激光3从真空容器1的外部经由入射 窗1a向真空容器1内的靶2的表面照射。

真空容器1设有与真空容器1内的靶2的表面相对置地设置的离子引 出用贯通孔1b。离子束引出部18将在靶2的表面生成的激光烧蚀等离子体 4中包含的离子从真空容器1内经由离子引出用贯通孔1b引出而生成离子 束5，并向外部装置29输出。

离子束引出部18具备引出电极6、多个中间电极7a、7b、加速电极8、 壳体17。

引出电极6在真空容器1的内壁上与靶2的表面相对置地设置，此外， 在与离子引出用贯通孔1b对应的部分形成有贯通孔。

引出电极6被施加第一偏置电压，引出电极6将在靶2的表面生成的 激光烧蚀等离子体4内的离子通过第一偏置电压向引出电极6的方向引出。

壳体17以其一端覆盖离子引出用贯通孔1b的方式与真空容器1连结， 另一端与外部装置29连接。中间电极7a、7b在壳体17内与壳体17的长 度方向平行地设置，以离开规定间隔而相互面对的方式配置。

中间电极7a、7b被施加有比第一偏置电压低的第二偏置电压，中间电 极7a、7b通过第二偏置电压将被引出电极6引出的离子向壳体17内引出。

加速电极8以与引出电极6对置的方式设置于壳体17的另一端。加速 电极8被施加比第二偏置电压低的第三偏置电压（例如接地电压），加速电 极8将壳体17内的离子通过第三偏置电压加速而生成离子束5，并向外部 装置29输出。

离子检测器9设置在真空容器1内。离子检测器9检测真空容器1内 的离子中的、与构成靶2的元素被离子化后的目标离子（6价碳离子）不同 的非目标离子，作为检测结果，将表示非目标离子的数量或者表示作为非 目标离子相对于目标离子的混合比的值的检测信号14，经由信号缆线向真 空容器1外输出。

作为离子检测器9，构成为提供电场及磁场中的至少一方，能够进行离 子的价数分离。例如，使用了用于检测分析用离子的Q－mass（Q/MS）或 维恩滤波器等的原理。为了检测到非目标离子来作为分析用离子，对离子 检测器9进行电场或磁场调整。离子检测部中使用离子收集电极、法拉第 筒、MCP（Micro channel plate：微通道板）等来检测离子电流。

离子检测器9是通过对在真空容器1内的靶2的表面产生激光烧蚀等 离子体4的部分（以下，称作产生部分），提供电场及磁场中的至少一方来 检测（分析）非目标离子，作为检测结果而将检测信号14经由信号缆线向 真空容器1外输出。

由激光烧蚀等离子体4生成的离子中的、从激光烧蚀等离子体4的产 生部分扩散出去的离子，其大部分不被离子束引出部18引出而滞留在真空 容器1内。

另一方面，未从激光烧蚀等离子体4的产生部分扩散的离子被与靶2 的表面相对置地设置的离子束引出部18引出。

因此，通过以对激光烧蚀等离子体4的产生部分施加电场及磁场中的 至少一方的方式配置离子检测器9，离子检测器9能够检测由离子束引出部 18引出的离子。

在此，非目标离子不限于1种。例如在靶上附着有水分或脏污物的情 况下，污染物质的离子（1价的氢分子离子（H₂^＋），8价的氧离子等）作为 非目标离子混合在真空容器1内。此外，在真空容器1内存在残留气体的 情况下，残留气体成分的离子作为非目标离子混合在真空容器1内。

这样，污染物质的离子或残留气体成分的离子等多种非目标离子可能 会混合在真空容器1内。因此，通过在真空容器1内配置与多种非目标离 子对应的各个离子检测器9，也能够检测多种非目标离子。

接下来，对离子源15的动作（驱动方法）进行说明。

首先，高压电源16对靶2施加高压。照射装置13为了产生6价碳离 子，而调整激光3的能量及密度，将该激光3向真空容器1内的靶2的表 面照射而使其产生激光烧蚀等离子体4。

此时，离子束引出部18通过将激光烧蚀等离子体4中包含的离子从真 空容器1内引出而生成离子束5。

此外，离子检测器9检测真空容器1内的非目标离子，作为检测结果 而将检测信号14经由信号缆线向真空容器1外输出。

通过以上说明，根据第一实施方式所涉及的离子源15，离子检测器9 检测真空容器1内的非目标离子并输出检测信号14，因此能够不使离子源 15的运转中断地始终监视非目标离子。

此外，根据第一实施方式所涉及的离子源15，在从离子检测器9输出 的检测信号14的值超过了阈值的情况下，表示非目标离子的数量是达到了 妨碍通常运转的量，因此，将该检测信号14的值作为参考，能够预先采取 对策，以避免除了目标离子之外非目标离子也被从真空容器1内引出而被 作为离子束输出。

［第二实施方式］

关于第二实施方式所涉及的离子源，仅对相对于第一实施方式的变更 点进行说明。对与图1相同的部分赋予相同的附图标记，没有特别记载的 部分与第一实施方式相同。

图2是示意性地表示第二实施方式所涉及的离子源15的构成的截面 图。

第二实施方式所涉及的离子源15还具备离子检测器收容容器9a、离子 检测用插板阀10。

真空容器1设有用于离子检测器9检测离子的离子检测用贯通孔1c， 以覆盖该离子检测用贯通孔1c的方式设有喷嘴1d。在喷嘴1d的前端设有 凸缘10a。

离子检测器收容容器9a例如与真空容器1同样为不锈钢制，在其一端 设有凸缘10b。离子检测用插板阀10被凸缘10a和凸缘10b夹着设置，能 够进行开闭。

在离子检测用插板阀10打开的状态下，离子检测器收容容器9a内和 真空容器1内连通，并且被真空排气。离子检测器收容容器9a内收容有离 子检测器9。

离子检测器9通过对真空容器1内的靶2的表面上的产生激光烧蚀等 离子体4的部分施加电场及磁场中的至少一方来检测非目标离子，作为检 测结果而将检测信号14经由信号缆线向离子检测器收容容器9a外输出。

根据第二实施方式所涉及的离子源15，在与真空容器1连结的离子检 测器收容容器9a内配置有离子检测器9，因此，在关闭了离子检测用插板 阀10的状态下，将真空容器1内与离子检测器收容容器9a内的连通遮挡， 能够将两容器之间隔开。即，能够不使离子源15的运转中断地将离子检测 器9所收容的离子检测器收容容器9a拆装。

此外，根据第二实施方式所涉及的离子源15，在卸下了离子检测器收 容容器9a时，能够对离子检测器9进行维修检查。因此，对离子检测器9 提高维护性。

［第三实施方式］

关于第三实施方式所涉及的离子源，仅说明相对于第一及第二实施方 式的变更点。对与图1相同的部分赋予相同的附图标记，没有特别记载的 部分与第一及第二实施方式相同。

图3是示意性地表示第三实施方式所涉及的离子源15的构成的截面 图。

第三实施方式所涉及的离子源15还具备运转控制用信号处理电路11。 运转控制用信号处理电路11经由信号缆线与离子检测器9、照射装置13 连接。

照射装置13根据运转指示信号12a，使激光3从真空容器1的外部经 由入射窗1a向真空容器1内的靶2的表面照射而使其产生激光烧蚀等离子 体4。此外，照射装置13根据停止指示信号12b，停止激光3的照射。

运转控制用信号处理电路11向照射装置13输出运转指示信号12a，在 从离子检测器9输出的检测信号14的值超过了阈值的情况下，向照射装置 13输出停止指示信号12b。

图4是表示图3的离子源15的动作的流程图。

首先，高压电源16对靶2施加高压。照射装置13的激光电源13a对 激光振荡器13b供给电力。此外，运转控制用信号处理电路11向照射装置 13的激光振荡器13b输出运转指示信号12a（步骤S1）。

激光振荡器13b根据运转指示信号12a，使用被从激光电源13a供给的 电力产生激光3。多个激光镜13c、13d使激光3通过反射而聚光，并从真 空容器1的外部经由入射窗1a向真空容器1内的靶2的表面照射。

即，照射装置13根据运转指示信号12a，使激光3向真空容器1内的 靶2的表面照射而使其产生激光烧蚀等离子体4（步骤S2）。

此时，离子束引出部18通过将激光烧蚀等离子体4中包含的离子从真 空容器1内引出而生成离子束5，并向外部装置29输出。

运转控制用信号处理电路11输入从离子检测器9输出的检测信号14 （步骤S3），比较该检测信号14的值与阈值（步骤S4）。

在检测信号14的值未超过阈值的情况（步骤S4为否）下，运转控制 用信号处理电路11输入接下来的检测信号14，进行步骤S3以后的步骤。

在检测信号14的值超过了阈值的情况（步骤S4为是）下，运转控制 用信号处理电路11向照射装置13的激光振荡器13b输出停止指示信号12b （步骤S5）。

激光振荡器13b根据停止指示信号12b，使激光3的产生停止。即，照 射装置13根据停止指示信号12b，使激光3的照射停止（步骤S6）。

运转控制用信号处理电路11将运转指示信号12a及停止指示信号12b 向照射装置13的激光振荡器13b输出，但是也可以向照射装置13的激光 电源13a输出。

另外，也可以是，运转控制用信号处理电路11将运转指示信号12a及 停止指示信号12b向照射装置13的激光电源13a及激光振荡器13b的双方 输出。

运转控制用信号处理电路11在向激光电源13a输出运转指示信号12a 及停止指示信号12b的情况下，在步骤S1中，运转控制用信号处理电路 11向照射装置13的激光电源13a输出运转指示信号12a，在步骤S2中， 激光电源13a根据运转指示信号12a，对激光振荡器13b供给电力。

同样，在步骤S5中，运转控制用信号处理电路11向照射装置13的激 光电源13a输出停止指示信号12b，在步骤S6中，激光电源13a根据停止 指示信号12b，停止对激光振荡器13b的电力供给。

通过以上说明，根据第三实施方式所涉及的离子源15，在从离子检测 器9输出的检测信号14的值超过了阈值的情况下，运转控制用信号处理电 路11使照射装置13的运转停止，因此，能够防止除了目标离子之外非目 标离子也被从真空容器1内引出而被作为离子束5向外部装置29输出的状 况。

［第四实施方式］

关于第四实施方式所涉及的离子源，仅说明相对于第三实施方式的变 更点。对与图1、图3相同的部分赋予相同的附图标记，没有特别的记载与 第三实施方式相同。

图5是示意性地表示第四实施方式所涉及的离子源15的构成的截面 图。

运转控制用信号处理电路11代替与第三实施方式中的照射装置13连 接，而经由信号缆线与高压电源16连接。高压电源16根据运转指示信号 12a，对靶2施加高压，根据停止指示信号12b，停止对靶2的电压施加。

运转控制用信号处理电路11向高压电源16输出运转指示信号12a，在 从离子检测器9输出的检测信号14的值超过了阈值的情况下，向高压电源 16输出停止指示信号12b。

图6是表示图5的离子源15的动作的流程图。

首先，运转控制用信号处理电路11向高压电源16输出运转指示信号 12a（步骤S11）。

高压电源16根据运转指示信号12a，对靶2施加高压（步骤S12）。

此时，照射装置13将激光3向真空容器1内的靶2的表面照射而使其 产生激光烧蚀等离子体4。离子束引出部18通过将激光烧蚀等离子体4中 包含的离子从真空容器1内引出而生成离子束5，并向外部装置29输出。

运转控制用信号处理电路11输入从离子检测器9输出的检测信号14 （步骤S13），在检测信号14的值超过了阈值的情况（步骤S14为是）下， 向高压电源16输出停止指示信号12b（步骤S15）。

高压电源16根据停止指示信号12b，停止对靶2的电压施加。（步骤 S16）。

通过以上说明，根据第四实施方式所涉及的离子源15，在从离子检测 器9输出的检测信号14的值超过了阈值的情况下，运转控制用信号处理电 路11使高压电源16的运转停止，因此，能够防止除了目标离子之外非目 标离子也被从真空容器1内引出而被作为离子束5向外部装置29输出的状 况。

在此，也可以是，运转控制用信号处理电路11经由信号缆线与离子检 测器9、照射装置13和高压电源16连接。在该情况下，关于运转控制用信 号处理电路11和照射装置13的动作顺序，与图4所示的第三实施方式的 动作顺序相同，关于运转控制用信号处理电路11和高压电源16的动作顺 序，与图6所示的第四实施方式的动作顺序相同。

离子源15能够应用在重粒子线照射装置中。重粒子线照射装置是被利 用于癌症治疗、使离子束加速而作为重粒子线向照射对象的部位进行照射 的装置。因此，在重粒子线中含有与目标离子（6价碳离子）不同的非目标 离子的情况下，会成为误照射的原因，对于照射对象而言是不好的。在以 下所示的应用例中，对防止重粒子线的误照射的例子进行说明。

［第一应用例］

关于离子源15的应用例，仅说明相对于所述的实施方式的变更点。没 有特别记载的部分与所述的实施方式相同。

图7是表示作为第一应用例而应用了图3所示的第三实施方式所涉及 的离子源15的重粒子线照射装置20的构成的框图。

第一应用例的重粒子线照射装置20具备：离子源15；作为所述外部装 置29的离子束加速装置19。离子源15是第三实施方式所涉及的离子源15 （参照图3及图4）。

离子束加速装置19使来自离子源15的离子束5加速来作为重粒子线 24输出。

离子束加速装置19具备：高频四级（Radio Frequency Quadrupole；以 下记作RFQ）线性加速器19a、漂移管线性加速器（以下记作DTL）19b、 圆形加速器19c。

RFQ线性加速器19a与离子源15的输出连接，具有通过高频而形成四 级的电场的4个电极（未图示）。此外，RFQ线性加速器19a通过四级的电 场对来自离子源15的离子束引出部18的离子束5同时进行加速和集束。

DTL19b与RFQ线性加速器19a的输出连接，具备通过高频而形成沿 着中心轴的电场的电极（未图示）和沿着中心轴分别分离地配置的漂移管 （未图示）。

DTL19b在电场朝向与中心轴平行的行进方向的期间，使来自RFQ线 性加速器19a的离子束5加速，在电场朝向与行进方向相反的方向的期间， 使离子束5从漂移管中通过，由此使离子束5缓缓地加速。

圆形加速器19c与DTL19b的输出连接，具备通过高频而形成沿着环 形轨道的电场的电极（未图示）。圆形加速器19c通过电场使来自DTL19b 的离子束5沿着环形轨道进行环形加速后，作为用于对照射对象的部位进 行照射的重粒子线24输出。

对第一应用例的重粒子线照射装置20的动作顺序进行说明。

在离子源15中，高压电源16对靶2施加高压（参照图3），运转控制 用信号处理电路11向照射装置13输出运转指示信号12a（参照图3及图4 的步骤S1）。

照射装置13根据运转指示信号12a，将激光3向真空容器1内的靶2 的表面照射而使其产生激光烧蚀等离子体4（参照图3及图4的步骤S2）。

此时，离子源15的离子束引出部18通过将激光烧蚀等离子体4中包 含的离子从真空容器1内引出而生成离子束5（参照图3），并向离子束加 速装置19输出。离子束加速装置19使来自离子源15的离子束5加速来作 为重粒子线24输出。

离子源15的运转控制用信号处理电路11在从离子源15的离子检测器 9输出的检测信号14的值超过了阈值的情况下，向照射装置13输出停止指 示信号12b（参照图3及图4的步骤S3～S5）。照射装置13根据停止指示 信号12b，使激光3的产生停止（参照图3及图4的步骤S6）。

通过以上说明，根据第一应用例的重粒子线照射装置20，通过应用第 三实施方式所涉及的离子源15，在从离子检测器9输出的检测信号14的值 超过了阈值时，运转控制用信号处理电路11使激光烧蚀等离子体产生装置 27中的照射装置13的运转停止，因此能够防止除了目标离子之外非目标离 子也被从真空容器1内引出而被作为离子束5向重粒子线照射装置20输出 的状况。即，能够防止重粒子线24的误照射。

另外，第一应用例的重粒子线照射装置20中，应用了第三实施方式所 涉及的离子源15，但是不限于此。例如，也可以应用第四实施方式所涉及 的离子源15（参照图5及图6）。

在应用了第四实施方式所涉及的离子源15的情况下，在离子源15中， 运转控制用信号处理电路11向高压电源16输出运转指示信号12a（参照图 5及图6的步骤S11）。

高压电源16根据运转指示信号12a，对靶2施加高压（参照图5及图 6的步骤S12）。

此时，离子源15的照射装置13将激光3向真空容器1内的靶2的表 面照射而使其产生激光烧蚀等离子体4（参照图5）。

离子源15的离子束引出部18通过将激光烧蚀等离子体4中包含的离 子从真空容器1内引出而生成离子束5（参照图5），并向离子束加速装置 19输出。离子束加速装置19使来自离子源15的离子束5加速来作为重粒 子线24输出。

离子源15的运转控制用信号处理电路11在从离子检测器9输出的检 测信号14的值超过了阈值的情况下，向高压电源16输出停止指示信号12b （参照图5及图6的步骤S13～S15）。高压电源16根据停止指示信号12b， 使对靶2的电压施加停止（参照图5及图6的步骤S16）。

根据第一应用例的重粒子线照射装置20，在应用了图5所示的第四实 施方式所涉及的离子源15的情况下也是，在从离子检测器9输出的检测信 号14的值超过了阈值时，运转控制用信号处理电路11使激光烧蚀等离子 体产生装置27中的高压电源16的运转停止，因此能够防止重粒子线24的 误照射。

［第二应用例］

关于离子源15的应用例，仅说明相对于图7所示的第一应用例的变更 点。对与图7相同的部分赋予相同的附图标记，没有特别记载的部分与第 一应用例同样。

图8是表示作为第二应用例而应用了图1所示的第一实施方式所涉及 的离子源15的重粒子线照射装置20的构成的框图。

第二应用例的重粒子线照射装置20具备第一实施方式所涉及的离子源 15（参照图1）、离子束加速装置19、输出停止用插板阀21。

输出停止用插板阀21被设置于离子束加速装置19的RFQ线性加速器 19a的输入（离子源15的输出）、DTL19b的输入以及圆形加速器19c的输 入中的某个。

图8中，输出停止用插板阀21设置在离子束加速装置19的DTL19b 的输出和圆形加速器19c的输入之间。输出停止用插板阀21通过与开指示 信号23a相对应地打开而输出离子束5，通过与闭指示信号23b相对应地关 闭而停止离子束5的输出。

输出停止用信号处理电路22经由信号缆线与离子检测器9和输出停止 用插板阀21连接。输出停止用信号处理电路22向输出停止用插板阀21输 出开指示信号23a，在从离子检测器9输出的检测信号14的值超过了阈值 的情况下，向输出停止用插板阀21输出闭指示信号23b。

图9是表示图8的重粒子线照射装置20的动作的流程图。

首先，输出停止用信号处理电路22向输出停止用插板阀21输出开指 示信号23a（步骤S21）。输出停止用插板阀21与开指示信号23a相对应地 打开（步骤S22）。

此外，在离子源15（参照参照图1）中，激光烧蚀等离子体产生装置 27的照射装置13及高压电源16使得从真空容器1内的靶2的表面产生激 光烧蚀等离子体4，离子束引出部18通过将激光烧蚀等离子体4中包含的 离子从真空容器1内引出而生成离子束5，并向RFQ线性加速器19a输出 （参照图8）。

RFQ线性加速器19a对来自离子源15的离子束引出部18的离子束5 进行加速和集束，DTL19b使离子束5缓缓地加速。

在此，输出停止用插板阀21处于打开，因此，离子束5被从DTL19b 向圆形加速器19c输出。圆形加速器19c使来自DTL19b的离子束5进行 环形加速来作为重粒子线24。

输出停止用信号处理电路22输入从离子检测器9输出的检测信号14 （步骤S23），比较该检测信号14的值和阈值（步骤S24）。

在检测信号14的值没有超过阈值的情况下（步骤S24为否），与作为 目标离子的6价碳离子不同的非目标离子的数量较少。在该情况下，输出 停止用信号处理电路22输入接下来的检测信号14，进行步骤S23以后的 步骤。

在检测信号14的值超过了阈值的情况下（步骤S24为是），非目标离 子的数量较多。因此，在该情况下，输出停止用信号处理电路22向输出停 止用插板阀21输出闭指示信号23b（步骤S25）。

输出停止用插板阀21根据闭指示信号23b而关闭（步骤S26）。

通过以上说明，根据第二应用例的重粒子线照射装置20，在从离子检 测器9输出的检测信号14的值超过了阈值时，输出停止用信号处理电路22 使输出停止用插板阀21关闭而使离子束5的输出停止，因此，能够防止除 了目标离子之外非目标离子也被从真空容器1内引出而被作为离子束5输 出的状况。即，能够防止重粒子线24的误照射。

另外，在第二应用例的重粒子线照射装置20（参照图8）中，应用了 第一实施方式所涉及的离子源15（参照图1），但不限于此。例如，也可以 应用第二实施方式所涉及的离子源15（参照图2）。

根据第二应用例的重粒子线照射装置20，在应用了第二实施方式所涉 及的离子源15的情况下也是，在从离子检测器9输出的检测信号14的值 超过了阈值时，输出停止用信号处理电路22使输出停止用插板阀21关闭 而使离子束5的输出停止，因此，能够防止重粒子线24的误照射。

此外，在第二应用例的重粒子线照射装置20中，也可以应用第三实施 方式所涉及的离子源15（参照图3及图4），进而，也可以应用第四实施方 式所涉及的离子源15（参照图5及图6）。

在应用了第三或者第四实施方式所涉及的离子源15的情况下，根据第 二应用例的重粒子线照射装置20，在从离子检测器9输出的检测信号14 的值超过了阈值时，运转控制用信号处理电路11使激光烧蚀等离子体产生 装置27中的照射装置13或者高压电源16的运转停止，并且，输出停止用 信号处理电路22使输出停止用插板阀21关闭而使离子束5的输出停止， 因此，与应用了第一或者第二实施方式所涉及的离子源15的情况相比，能 够进一步防止重粒子线24的误照射。

此外，在第二应用例的重粒子线照射装置20中应用了第三或者第四实 施方式所涉及的离子源15的情况下，输出停止用信号处理电路22可以与 运转控制用信号处理电路11另外设置，也可以与运转控制用信号处理电路 11一体化地构成。

［第三应用例］

关于离子源15的应用例，仅说明相对于第一应用例的变更点。没有特 别记载的部分与第一应用例同样。

图10是表示作为第三应用例而应用了第三实施方式所涉及的离子源 15（参照图3及图4）的重粒子线照射装置20的构成的框图。

重粒子线照射装置20具备第一离子源15a、第二离子源15b、离子束 加速装置19、运转切换用信号处理电路25。第一离子源15a及第二离子源 15b是第三实施方式所涉及的离子源15。

第一离子源15a的运转控制用信号处理电路11根据第一控制信号26a， 向第一离子源15a的照射装置13（参照图3）输出运转指示信号12a，根据 第二控制信号26b，向第一离子源15a的照射装置13输出停止指示信号12b。

同样，第二离子源15b的运转控制用信号处理电路11根据第一控制信 号26a，向第二离子源15b的照射装置13输出运转指示信号12a，根据第 二控制信号26b，向第二离子源15b的照射装置13输出停止指示信号12b。

运转切换用信号处理电路25经由信号缆线与第一离子源15a和第二离 子源15b的运转控制用信号处理电路11连接。运转切换用信号处理电路25 通过第一控制信号26a及第二控制信号26b对各离子源15a、15b的运转控 制用信号处理电路11进行控制，将运转的离子源切换为第一离子源15a或 者第二离子源15b。

离子束加速装置19使来自第一离子源15a或者第二离子源15b的离子 束5加速来作为用于对照射对象的部位进行照射的重粒子线24输出。

图11是表示图10的重粒子线照射装置20的动作的流程图。

在此，说明使第一离子源15a运转、使第二离子源15b停止的例子。 但是，各离子源15a、15b的高压电源16对靶2施加高压（参照图3）。

运转切换用信号处理电路25向第一离子源15a的运转控制用信号处理 电路11输出第一控制信号26a，并且（步骤S21），向第二离子源15b的运 转控制用信号处理电路11输出第二控制信号26b（步骤S22）。

此时，第一离子源15a的运转控制用信号处理电路11根据第一控制信 号26a，向第一离子源15a的照射装置13输出运转指示信号12a（步骤S23）， 第二离子源15b的运转控制用信号处理电路11根据第二控制信号26b，向 第二离子源15b的照射装置13输出停止指示信号12b（步骤S24）。

在步骤S23中，第一离子源15a的照射装置13根据运转指示信号12a， 将激光3向真空容器1内的靶2的表面照射而使其产生激光烧蚀等离子体4 （参照图3及图4的步骤S2）。

第一离子源15a的离子束引出部18通过将激光烧蚀等离子体4中包含 的离子从真空容器1内引出而生成离子束5（参照图3），并向离子束加速 装置19输出。离子束加速装置19使来自离子源15的离子束5加速来作为 重粒子线24输出。

第一离子源15a的运转控制用信号处理电路11输入从第一离子源15a 的离子检测器9输出的检测信号14（步骤S25），比较该检测信号14的值 和阈值（步骤S26）。

在检测信号14的值超过了阈值的情况（步骤S26为是）下，第一离子 源15a的运转控制用信号处理电路11向运转切换用信号处理电路25输出 表示该情况的切换请求信号28（步骤S27）。

运转切换用信号处理电路25在从第一离子源15a的运转控制用信号处 理电路11接受了切换请求信号28的情况下，识别为从第一离子源15a的 离子检测器9输出的检测信号14的值超过了阈值的情况，向第一离子源15a 的运转控制用信号处理电路11输出第二控制信号26b（步骤S28），并且， 向第二离子源15b的运转控制用信号处理电路11输出第一控制信号26a（步 骤S29）。

此时，第一离子源15a的运转控制用信号处理电路11根据第二控制信 号26b，向第一离子源15a的照射装置13输出停止指示信号12b（步骤S30）， 第二离子源15b的运转控制用信号处理电路11根据第一控制信号26a，向 第二离子源15b的照射装置13输出运转指示信号12a（步骤S31）。

在步骤S30中，第一离子源15a的照射装置13根据停止指示信号12b， 使激光3的产生停止。即，第一离子源15a的运转停止（参照图3及图4 的步骤S6）。

此外，在步骤S31中，第二离子源15b的照射装置13根据运转指示信 号12a，将激光3向真空容器1内的靶2的表面照射而使其产生激光烧蚀等 离子体4。即，第二离子源15b运转（参照图3及图4的步骤S2）。

之后，第一离子源15a与第二离子源15b交错地切换运转。

如以上那样，根据第三应用例的重粒子线照射装置20，通过使用第三 实施方式所涉及的离子源15，在从第一离子源15a的离子检测器9输出的 检测信号14的值超过了阈值时，运转切换用信号处理电路25使得从第一 离子源15a切换为第二离子源15b，因此，能够防止除了目标离子之外非目 标离子也被从真空容器1内引出而被作为离子束5输出的状况。即，能够 防止重粒子线24的误照射。

此外，根据第三应用例的重粒子线照射装置20，交错地切换第一离子 源15a和第二离子源15b的运转，因此能够使重粒子线24的照射继续。

另外，在第三应用例的重粒子线照射装置20中使用第三实施方式所涉 及的离子源15，但是不限于此，例如，也可以使用第四实施方式所涉及的 离子源15（参照图5及图6）。

在使用了第四实施方式所涉及的离子源15的情况下也是，参照图10、 11说明使第一离子源15a运转、使第二离子源15b的运转停止的例子。

运转切换用信号处理电路25向第一离子源15a的运转控制用信号处理 电路11输出第一控制信号26a（步骤S21），并且，向第二离子源15b的运 转控制用信号处理电路11输出第二控制信号26b（步骤S22）。

第一离子源15a的运转控制用信号处理电路11根据第一控制信号26a， 向第一离子源15a的高压电源16输出运转指示信号12a（步骤S23），第二 离子源15b的运转控制用信号处理电路11根据第二控制信号26b，向第二 离子源15b的高压电源16输出停止指示信号12b（步骤S24）。

在此，在步骤S23中，第一离子源15a的高压电源16根据运转指示信 号12a，对靶2施加高压（参照图5及图6的步骤S12）。此时，第一离子 源15a的照射装置13将激光3向真空容器1内的靶2的表面照射而使其产 生激光烧蚀等离子体4（参照图5）。

第一离子源15a的离子束引出部18通过将激光烧蚀等离子体4中包含 的离子从真空容器1内引出而生成离子束5（参照图5），并向离子束加速 装置19输出。

离子束加速装置19使来自离子源15的离子束5加速来作为重粒子线 24输出。

第一离子源15a的运转控制用信号处理电路11在从第一离子源15a的 离子检测器9输出的检测信号14的值超过了阈值的情况下，向运转切换用 信号处理电路25输出切换请求信号28，运转切换用信号处理电路25根据 该切换请求信号28，向第一离子源15a的运转控制用信号处理电路11输出 第二控制信号26b，向第二离子源15b的运转控制用信号处理电路11输出 第一控制信号26a（步骤S25～S29）。

此时，第一离子源15a的运转控制用信号处理电路11根据第二控制信 号26b，向第一离子源15a的高压电源16输出停止指示信号12b（步骤S30）， 第二离子源15b的运转控制用信号处理电路11根据第一控制信号26a，向 第二离子源15b的高压电源16输出运转指示信号12a（步骤S31）。

在步骤S30中，第一离子源15a的高压电源16根据停止指示信号12b， 使对靶2的电压施加停止。即，第一离子源15a的运转停止（参照图5及 图6的步骤S16）。

此外，在步骤S31中，第二离子源15b的高压电源16根据运转指示信 号12a，对靶2施加高压。即，第二离子源15b运转（参照图5及图6的步 骤S12）。

之后，第一离子源15a和第二离子源15b交错地切换运转。

根据第三应用例的重粒子线照射装置20，在使用了第四实施方式所涉 及的离子源15的情况下也是，在从第一离子源15a的离子检测器9输出的 检测信号14的值超过了阈值时，运转切换用信号处理电路25使得从第一 离子源15a向第二离子源15b切换，因此能够防止重粒子线24的误照射。

此外，在使用了第四实施方式所涉及的离子源15的情况下也是，第一 离子源15a和第二离子源15b交错地切换运转，因此能够使重粒子线24的 照射继续。

［其他实施方式］

以上，说明了本发明的几个实施方式，这些实施方式作为例子而提示， 不意欲限定发明的范围。这些实施方式能够以其他各种方式实施，在不脱 离发明宗旨的范围内能够进行各种省略、置换和变更。这些实施方式及其 变形包含在发明的范围和宗旨内，同样包含在权利要求书所记载的发明及 其等同的范围内。