专利名称：电子加速器及使用该电子加速器的放射线治疗装置的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种产生几MeV～十几MeV能量的电子线的通过固定磁场型强聚束的电子加速器以及使用该电子加速器的放射线治疗装置。
背景技术：
作为现有例子1的使用电子束和由该电子束产生的X线的癌症等的放射线治疗装置，现在主要使用加速到几MeV～十几MeV程度的能量的线性加速器(直线加速器)(例如参见下述专利文献1)。还有，作为线性加速器的电子回旋加速器是公知的(例如，参加下述专利文献2)。
图20是表示现有例子1的医疗用线性加速器的结构的一个例子的图。医疗用线性加速器100由电子枪101、加速器装置102以及设置在加速器装置102的外部的磁弯曲装置103构成。
由电子枪101入射到加速器装置102中的电子沿着加速器装置102的光束轴加速。加速器装置102由微波加速空腔构成，连接有微波振荡器104以及该微波振荡器的控制电路105。微波振荡器104在加速器装置102的加速空腔中产生电磁场。电子在通过加速器装置102的加速空腔时，被微波电磁场集合在焦点并加速。这样被加速的电子束106从射出窗107发射后，变为输出电子束108，被用于放射线治疗。
还有，该输出电子束108被磁弯曲装置103改变轨道，由于照射在产生金或者钨这样的X线的靶(标的)109上，所以可以产生X线束110。该X线束110也被用于放射线治疗。上述加速器装置102的大小为了将电子束加速到10MeV，需要长度为2m(例如，参见下述专利文献3)。
作为现有例子2的其它的癌症等的放射线治疗装置包括重粒子线加速器。重粒子线加速器能量大，与通过电子线和X线的现有例子1的线性加速器相比，可以限制性的照射癌症组织，具有对正常组织的危害小的优点(例如，参见下述专利文献4)。
作为现有例子3的加速器，包括1953年日本大河申请的固定磁场型交变梯度加速器(FFGA加速器Fixed Field Alternative Gradient加速器)(参见下述非专利文献1)。FFGA加速器具有对于电子束等的粒子的聚束的零色象差，使用所谓的强聚束电磁铁，不必像现有的电子回旋加速器那样连续加速以使磁场变化，具有在固定磁场下良好的特征。因此，可以提前进行粒子的加速。
但是，FFGA加速器，在本案申请时的技术水平下，用于实现强聚束电磁铁的精密的磁场分布的实现等是困难的，渐渐地，近年来可以进行用于基本粒子原子核物理研究的质子加速用的FFGA装置的设计和试制(例如，参照下述非专利文献2、3)。
还有，在专利文献5中，公开了在使用电子回旋加速装置的FFAG电子加速器中的噪音降低技术。该噪音降低技术是相对于由FFAG电子加速器产生的噪音从扬声器产生抵消音，而不是从FFAG电子加速器本身消除噪音。
专利文献1日本专利申请特开平10-64700号公报(第4页，图1)专利文献2日本专利申请特开平07-169600号公报(第2～3页，图1、2)专利文献3日本专利申请特开2001-21699号公报(第2页)专利文献4日本专利申请特开2002-110400号公报(第1～2页)专利文献5日本专利申请特开2003-159342号公报(第1～2页)非专利文献1大河千宏，日本物理学会年度报告，1953非专利文献2Y.Mori等14人，“FFAG(Fixed-field AlternatingGradient)Proton Syncrotron”(FFAG(固定磁场交变梯度)质子同步加速器)，1999，The 12th Syposium on Accelerator Science andTechnology，81-83页非专利文献3中野让以及KEKFFAG集团，“150MeV FixedField Alternative Gradient(FFAG)Accelerator”(150MeV固定磁场交变梯度(FFAG)加速器)2002年9月、原子核研究Vol.47，No.4，91～101页由于现有例子1的直线电子加速器的电子束强度是几百μA这样小，在癌症等的放射线治疗中需要的时间长，而成为患者的负担，由于呼吸运动，不仅产生照射区域的偏移，还具有癌症组织等集中照射患部困难等问题。因此，在电子线和X线的治疗中，与使用现有例子2的重粒子线的癌症治疗装置相比，局限在癌症组织的照射是困难的，对于正常组织的损害大。
而且，在现有例子1的直线电子加速器中，由于在对电子进行加速的微波空腔中设置产生X线的靶时，不能加速电子束，因此不能实现从加速器重引出电子束。还有，在现有例子1的直线电子加速器中，由于不仅从加速器引出电子束并产生X线，而且由于需要设置使使用者的健康不会由于放射线的放射而受到损害的放射线屏蔽，因此设置的费用提高。还有，在现有例子1的直线电子加速器中，为了得到必要的加速电压，需要输出功率大的微波振荡器，只能使用脉冲动作的微波振荡器，不能连续运动。
另一方面，使用现有例子2的重粒子线的癌症等的放射线治疗装置，加速器的长度相对于电子加速器2的2米～几米，为10米～几十米，重量也超出100吨。还有，成本也是电子线加速器的100倍，存在不能在一般的医院中容易地设置的问题。
而且，在如现有技术的加速装置中，需要极高频率(几GHz)的米单位长度的大的高频率空腔。因此，具有要求极高精度的加工技术，制造成本高的问题。
在现有例子3的FFAG加速器中，尽管相对现有例子1和2的加速器电子束电流大，而且可以快速反复进行，但是在现实的状况中，具有对于放射线治疗装置必要的几十MeV的加速电压，无法实现可在一般的医院简单的设置的这种加速器，同时具有由加速器中使用的加速装置等产生的可听到的频率的噪音等问题。
发明内容
本发明鉴于以上的问题提出，目的在于提供一种电子束强度强且小型轻质的使用固定磁场型强聚束的电子加速器，以及可以在短时间内对癌症组织等进行电子束照射、并使用固定磁场型强聚束电子加速器的放射线治疗装置。
为了实现上述目的，本发明的电子加速器是固定磁场型强聚束电子加速器，包括真空容器；设置在该真空容器内或真空容器外的电磁铁；使电子束向真空容器入射的电子束入射部；对电子束进行加速的加速装置；以及对来自真空容器的被加速的电子束进行输送的电子束输送部，其特征在于电磁铁是强聚束电磁铁，该强聚束电磁铁由集束电磁铁和设置在集束电磁铁的两侧的发散电磁铁构成，或者由集束电磁铁和设置在集束电磁铁两侧的发散部构成，在电子束输送部的紧挨着的前方的真空容器内设置有产生X线的内部靶，加速后的电子束和X线可选择性的被引出。
上述结构中电子束入射部最好包括电子枪、和使由电子枪产生的电子束的轨道改变以向真空容器入射的电磁铁。电子束输送部最好包括使电子束的轨道向真空容器外改变的的电磁铁或聚束透镜，并且通过电子束输送部的电子束或X线被扫描。还有，加速装置是高频率加速方式或感应加速方式，最好至少包括连续输出或脉冲的振荡器。
根据上述结构，由于强聚束电磁铁和使用高频率等的加速装置，电子束被更高效地加速，因此可以提供可选择地产生与现有的直线电子加速器等的电子加速器相比，大概10倍以上的电子束和由该电子束产生的X线的固定磁场型强聚束电子加速器。还有，由于可以在连续输出或者脉冲输出下，将低输出的高频率振荡器作为加速装置使用，因此可以小型、轻型以及低成本地进行制作。
还有，本发明的电子加速器，是固定磁场型强聚束电子加速器，包括真空容器；设置在该真空容器内或真空容器外的电磁铁；使电子束向真空容器入射的电子束入射部；对电子束进行加速的加速装置；用于引出在真空容器内被加速的电子束的电磁铁，以及对来自真空容器的被加速的电子束进行输送的电子束输送部，其特征在于电磁铁是强聚束电磁铁，该强聚束电磁铁由集束电磁铁和设置在集束电磁铁的两侧的发散电磁铁构成，或者由集束电磁铁和设置在集束电磁铁两侧的发散部构成，从电子束输送部射出的电子束被扫描。
上述结构中，最好是在被加速的电子束输送部的紧挨着的前方的真空容器内设置有产生X线的内部靶，加速后的电子束和X线可以选择性地被引出。最好是，电子束或X线由至少含有针孔狭缝的扫描部进行扫描。
根据上述结构，可以提供与现有的直线电子加速器等的电子加速器相比，可以得到大约10倍以上的电子束和由该电子束产生的X线，而且可以扫描电子束或X线的固定磁场型强聚束电子加速器。还有，由于在连续输出或者脉冲输出下，可以用低输出的高频率振荡器作为加速装置，所以可以小型、轻质以及低成本地进行制作。
上述结构中，最好是电子束输送部由使电子束的轨道向真空容器外改变的隔板(セプタム)电磁铁或聚束透镜构成，在真空容器内的强聚束用电磁铁的电子束射出部的附近设置有第一电子束补偿用电磁铁。最好是，第一电子束轨道校正用电磁铁相对于隔板电磁铁或聚束透镜设置在电子束相位空间中的延迟π/2弧度的位置。根据上述结构，由于包括第一电子束轨道校正用电磁铁，可以得到强度更高的电子束。
在上述结构中，最好是，在强聚束用电磁铁的电子束入射部的附近设置有第二电子束轨道校正用电磁铁，第二电子束轨道校正用电磁铁与第一电子束轨道校正用电磁铁一起调整电子束的轨道。第一和第二电子束轨道校正用电磁铁，最好是设置在电子束相位空间中具有nπ弧度(这里，n是整数)关系的位置处。根据该结构，由于还包括第二电子束轨道校正用电磁铁，可以得到强度更高的电子束。
在上述结构中，最好是，构成强聚束用电磁铁的电磁铁的绕线部是分割绕线结构，驱动控制分割绕线部的各个电流从而形成预定的磁场分布。根据该结构，用强聚束电磁铁作为分割绕线结构的电磁铁，通过驱动控制各个绕线部的电流可以调整磁场分布，得到强度更高的连续电子束。
还有，本发明的电子加速器是固定磁场型强聚束电子加速器，包括真空容器；设置在该真空容器内或真空容器外的电磁铁；使电子束向真空容器入射的电子束入射部；对电子束进行加速的加速装置，用于引出在真空容器内被加速的电子束的电磁铁；以及对来自真空容器的被加速的电子束进行输送的电子束输送部，其特征在于电磁铁是强聚束电磁铁，该强聚束电磁铁由集束电磁铁和设置在集束电磁铁的两侧的发散电磁铁构成，或者由集束电磁铁和设置在集束电磁铁的两侧的发散部构成，构成强聚束用电磁铁的电磁铁的绕线部是分割绕线结构，驱动控制分割绕线部的各个电流从而形成预定的磁场分布。
上述结构中，最好是，分割绕线部的各部分电流由并联连接在各个绕线部的电阻控制，或者由连接在各个绕线部的电流源控制。
根据上述结构，由于强聚束电磁铁是分割绕线结构，因此可以使各个绕线部的电流形成行最适当的磁场分布，得到强度更强的电子束。由于对电磁铁进行直流驱动，加速装置可以使用可听到的频率以上的高频率振荡器，所以不会由电子加速器产生噪音。
还有，使用本发明的电子加速器的放射线治疗装置，由可以选择性地产生电子线或X线的电子加速器；照射头；支持部；以及承载被治疗者的治疗台构成，其特征在于上述电子加速器是固定磁场型强聚束电子加速器。根绝该结构，由于使用固定磁场型强聚束电子加速器，电子束强度可以是大约10倍以上的强度，可以容易地扫描等，所以可以将照射癌症等组织的时间缩短到十分之一以下。还有，由于可以是小型轻质，不产生噪音且低成本，因此在即使一般的医院也可以设置。
根据下面的详细说明以及表示本发明的实施例的附图将会更好地理解本发明。附图中表示的实施例并不是用于特定或是限定本发明，而仅仅是用于使本发明的说明以及理解更容易而记载的。
图中，图1是表示用于癌症等治疗的放射线治疗装置的一个实施例的结构的外观图，该放射线治疗装置使用本发明的固定磁场型强聚束电子加速器。
图2是表示本发明的固定磁场型强聚束电子加速器的简要结构的图。
图3是表示电子束入射部的结构的简图。
图4是表示电磁铁结构例子的斜视图。
图5是表示电磁铁的结构的例子的图4的变型实施例的斜视图。
图6是表示电子束输送部的结构的平面图。
图7是表示由本发明的固定磁场型强聚束电子加速器产生的电子束轨道的简图。
图8是表示在本发明的固定磁场强聚束电子加速器中，将电子加速到10MeV的电子束轨道计算图。
图9是从本发明的第二实施例的固定磁场型强聚束电子加速器的结构的侧面看的模式图。
图10是模式化地表示由第一电子束轨道校正用电磁铁进行的电子束轨道的补偿的图。
图11是模式化地表示由第一和第二电子束轨道校正用电磁铁进行的电子束轨道校正的图。
图12是表示图11中的相位空间下的电子束轨道的仿真的图。
图13是模式化地表示作为图9的电子束扫描部的结构的点扫描的斜视图。
图14是模式化地表示作为图9的电子束扫描部的其它结构的电子扫描的斜视图。
图15是从表示本发明的第三实施例的固定磁场型强聚束电子加速器的结构的侧面看到的模式图。
图16是表示用于本发明的第三实施例的电磁铁的结构，图16(a)是表示电磁铁的平面的平面图，图16(b)是表示电磁铁的绕线部的结构的剖视图。
图17是表示图16所示的电磁铁的励磁方法的图。
图18是表示图16所示的电磁铁的其它励磁方法的图。
图19是模式化地表示图16所示的电磁铁的磁通密度分布的图。
图20是表示现有的医疗用线性加速器的结构的一个例子的图。
具体实施例方式
下面，根据附图中表示的实施例，对本发明进行详细地说明。
图1和图2是表示使用了本发明的固定磁场型强聚束电子加速器的用于癌症等治疗的放射线治疗装置的一个实施例的结构的外观图，以及从侧面看到的表示固定磁场型强聚束电子加速器的结构的模式图。
在图1中，使用固定磁场型强聚束电子加速器的放射线治疗装置1，由对电子进行加速的固定磁场型强聚束电子加速器2、支持固定磁场型强聚束电子加速器2的支持部3以及承载被治疗者的治疗台4构成。
固定磁场型强聚束电子加速器2的治疗台4侧的部分2a是将后述的电子束输送部26容纳在内部的电子束输送部分，电子束输送部26的前端部成为用于将电子束或用电子束产生的X线照射至被治疗者的照射头2b。固定磁场型强聚束电子加速器2旋转可动地支撑在支持部3上从而可以以任意角度对被治疗者进行照射(参见图1的箭头)。
接下来，针对固定磁场型强聚束电子加速器2进行说明。
在图2中，固定磁场型强聚束电子加速器2由真空容器10、电子束入射部11、电磁铁20(20a～20f)、加速装置13、以及电子束输送部26构成。真空容器10是形成真空的环状的中空容器。电子束入射部11由电子枪等构成。电磁铁20是产生配置成围绕在真空容器10周围的固定磁场的电磁铁，各个电磁铁20包括位于集束电磁铁21两侧的发散电磁铁22。另外，在图2中，虽然仅示出了电磁铁的下半部分，但是在其上侧也设置成正对有相同结构的电磁铁。
这里，电磁铁20可以设置在真空容器内。还有，在真空容器是非磁性材料的情况下，也可以是将电磁铁设置在真空容器外、在真空容器内形成磁场分布的结构。作为非磁性材料，可以使用Al(铝)等。另外，虽然将真空容器10的大致的宽度表示成L，用于得到10MeV的加速电压的L约为1m。
接下来，针对电子束入射部11进行说明。图3是表示电子束入射部11的结构的简图。在图3中，电子束入射部11包括电子枪14和冲击磁铁(キツカ一磁石)15。由电子枪14产生的电子，由于强聚磁铁15，轨道向真空容器10内弯曲，成为入射电子束16。
接下来，针对电磁铁20进行说明。这里使用的电磁铁20可以使用本发明人在平成13年10月31日申请的日本专利申请2001-334461号中公开的电磁铁等。图4是表示上述电磁铁的结构实施例的斜视图。如图所示，电磁铁20包括在集束电磁铁21的两侧具有发散电磁铁22的强聚束电磁铁。图4中，上部是电磁铁20的真空容器10的外圆周侧，下部是电磁铁20的真空容器10的内圆周侧。在集束电磁铁21和发散电磁铁22上分别缠绕着线圈23a和线圈23b。
因此，在集束电磁铁21和发散电磁铁22的线圈23a和线圈23b上施加电压和电流，从而以直流产生预定的磁场，即，固定磁场，磁场的方向成为彼此相反的方向。图中的箭头21a、22a分别表示集束电磁铁21和发散电磁铁22的磁场方向。
这里，由集束电磁铁21和发散电磁铁22产生的磁通分别在发散电磁铁22和集束电磁铁21中直接往复，形成所谓的正向和逆向磁场的闭环磁回路。因此，不需要使用现有的、为构成磁回路而不可缺少的返回磁轭(リタ一ンヨ一ク)，电子束的入射和引出变得容易。该电磁铁20作为磁场强度的一个例子，得到0.5T(特斯拉)左右的磁通密度。另外，作为电磁铁20，也可以使用超导磁铁。而且，电磁铁20也可以通过包括设置在集束电磁铁21的两侧的发散端部而形成为强聚束电磁铁。
图5是表示电磁铁的其它结构的实施例的斜视图。如图所示，电磁铁20′，除了图4的电磁铁20的结构之外，进一步有形成磁回路的并激磁轭(シヤントヨ一ク)24设置在电磁铁20′的上部和下部。由于其它的结构与图4相同，所以省略对其说明。
由此，由于发散电磁铁22的返回磁通的一部分在构成磁回路的并激磁轭24中流过，所以可以自由地调整由发散电磁铁22产生的发散磁场强度的大小，发散轨道的调整变得容易。
还有，上述电磁铁仅是构成实施例的一个例子，也可以是其它的结构。例如，并激磁轭24对应于发散磁场强度，也可以是上下任何一个。另外，省略发散电磁铁22的线圈23b，也可以使用由来自集束电磁铁21的磁场感应的磁场或由端部形状感应的发散磁场。
接下来，针对电磁铁的作用进行说明。
如图2说明的，虽然在图4中仅示出了电磁铁中的一个，但是在图右侧(未图示)配置成正对有相同结构的电磁铁。因此，在图5中垂直入射到电磁铁20的固定磁场的由虚线表示的入射电子束16形成如虚线所示的发散、聚束、发散轨道。这里，虽然在图2中示出的是在真空容器10内设置六个电磁铁20(20a～20f)的例子，但是如后述的，电子束顺序地通过由电磁铁20产生的固定磁场分布之中，在真空容器10内环绕。由此，通过由电磁铁20形成的固定磁场分布，电子束可以聚束性更好地围绕在真空容器10内。该作用称为固定磁场型强聚束。
接下来，针对加速装置13进行说明。用于加速电子束的加速装置13设置在图2中电磁铁20b和电磁铁20c之间。加速装置13由高频率振荡器及其控制装置等构成。该加速装置13可以仅将施加对电子束进行加速的高频能量的天线和线圈等能量供给单元设置在真空容器内，也可以是将其它高频振荡器及其控制装置和电源等设置在真空容器外。此时，电子束由使用高频加速方式或感应加速方式的加速装置13加速。在使用高频振荡器的加速装置13的情况下，频率为5MHz～几百MHz、功率为500kW的情况下，得到加速电压为几十kV。这里，可以使用连续动作或脉冲动作的振荡器作为高频振荡器。还有，如果使加速装置13的频率在可听到频率值以上，则可以不产生噪音。
接下来，针对电子束输送部26进行说明。图6是表示电子束输送部26的结构的平面图。如图所示，加速到10MeV～15MeV的电子束27入射到电子束输送部26。该电子束27向加速器外部的引出可以使用隔板电极，隔板磁铁，冲击磁铁28中的任一个和聚束透镜29进行。
接下来，针对本发明的固定磁场型强聚束电子加速器的电子束轨道进行说明。
图7是表示由本发明的固定磁场型强聚束电子加速器产生的电子轨道的简图。如图所示，来自电子束入射部11的入射电子束16入射到真空容器10内。由于电磁铁20，入射电子束16被加速装置13加速，直到到达预定的加速电压，在真空容器10内回转。图中的虚线表示电子束16的模式化轨道。入射电子束16在真空容器10内回转一圈，形成第二圈的电子束17。如图所示，电子束16，17的轨道形成大致同心圆的形状，在电子束能量增加的同时，直径渐渐变大，直到加速到预定的加速电压。电子束18成为变为预定的加速电压的电子束。因此，由于加速电子束轨道和最高能量下的电子束轨道在空间上分离，所以在真空容器10内，设置用于产生X线31的内部靶25变得容易。
作为将电子束27和X线可选择性地引出到外部的方法，在将电子束27引出到外部的情况下，将内部靶25移动到不被电子束27照射的位置，并且不使电子束27入射到电子束输送部26也是可以的。与此相对地，在将X线引出到外部的情况下，仅在产生X线时，使内部靶25在真空容器10内移动，将电子束27照射在内部靶25并产生X线也可以。
由此，加速到10MeV～15MeV的电子束27在从真空容器10中被引出并被利用的情况下，和通过内部靶25变换为X线31并被利用的情况下都是可以的。
图8是表示在本发明的固定磁场强聚束电子加速器中将电子加速到10MeV的轨道计算的图。图中的水平和垂直的电子回旋加速器频率(ベ一タトロンチユ一ン)是电子束在真空容器10中反复聚束、发散并进行振动运动时的、闭环轨道旋转一周时的频率。该频率是电子束在真空容器10中回转一周时的电子束水平方向和垂直方向的频率。
通过该结果可以知道由于电子束入射和被加速过的电子束射出，水平和垂直两个方向的电子回旋加速器频率由于加速能量而不会变化很大，电子束很好地聚束。由此，可以知道由于电磁铁20产生的固定磁场分布，即使电子束被加速，电子束的聚束性也不怎么与加速能量一起变化，具有所谓的零色象差形状。还有，在电子束的聚束性依赖于能量的非零色象差形状的情况下，在电子束的加速速度极快的情况下，电子束也可以加速。
还有，在本发明的固定磁场型强聚束电子加速器2中，由于使用不随时间变化的固定磁场，因此与磁场强度随时间变化的通常的加速器相比，可以极高的反复加速。
接下来，针对本发明的固定磁场型强聚束电子加速器的动作进行说明。
本发明的固定磁场型强聚束电子加速器2，首先，由电子枪14产生的电子束16通过电子束入射部11入射到真空容器10内。入射的电子束16由于电磁铁20的固定磁场分布产生的强聚束作用防止电子束的发散，而且，电子束被设置在真空容器10内的电子束的轨道上的加速装置13加速。而且被加速装置13加速后的电子束进一步通过电磁铁20的固定磁场，在大概100～1000周的回转的每周中由加速装置13加速，在真空容器10内略呈环状。
由此，入射的电子束16慢慢地提高加速电压直到达到期望的加速电压。加速到预定加速电压的电子束27在电子束输送部26中，轨道向外部弯曲。由此，可以将电子束30引出到外部。
还有，在本发明的固定磁场型强聚束电子加速器2中，由于电子束轨道位置在电子能量增加的同时，仅仅在真空容器10的外周侧变大，所以入射电子束16的轨道和具有最高能量的电子束轨道10在空间上分离。由此，将电子束引出到真空容器10外和设置用于在真空容器10内产生X线31的内部靶25中的任意一个都变得容易。即，电子束27在从真空容器10中被引出并被利用的情况下和通过内部靶变换为X线31并被利用的两种情况下都是可以的。
接下来，针对本发明的固定磁场型强聚束电子加速器的特征进行说明。
由于用于固定磁场型强聚束电子加速器的电磁铁20是固定磁场型的，可以高度反复加速，所以不需要象现有的直线型加速器那样需要非常高的加速电场。
还有，本发明的固定磁场型强聚束电子加速器的电子束加速效率(占空因数)可得到百分之几十以上的高效率。与此相对，对于现有的直线加速器，由于电子束强度弱，一般为百分之几的效率。
这里，电子束加速效率是电子束功率(＝电子束能量×电子束电流)除以电子束加速需要的功率(＝高频加速或感应加速下的功率)的值。由此，与现有的电子加速器相比，得到10倍以上的从1mA到10mA电子束强度和由该电子束产生的X线。
还有，由于本发明的固定磁场型强聚束电子加速器2不使用在现有的加速装置中使用的极高的几个GHz的微波频带的频率的振荡器，所以不需要要求高技术且不需要高成本的高频率空腔。由于用于本发明的固定磁场型强聚束电子加速器2的加速装置13在由电磁铁20对电子束进行聚束的多个回旋中加速，即使一圈的加速电压低，也可以加速到预定的加速电压。还有，由于可以使用以极低频率(几kHz～几十MHz)连续动作的低输出的高频振荡器，所以成本低。因此，由于电子束强度变为10倍以上的1mA～10mA，装置的大小与现有的相同，所以可以用与现有的电子束加速器相同程度的成本进行制造。
接下来，说明本发明的固定磁场型强聚束电子加速器的第二实施例。
图9是从表示本发明的第二实施例的固定磁场型强聚束电子加速器的结构的侧面看到的模式图。在第二实施例的固定磁场型强聚束电子加速器40中，包括第一电子束轨道校正用电磁铁41，第二电子束轨道校正用电磁铁42、以及电子束扫描部43，而且构成由直流驱动电磁铁20a到20e的结构，这一点与图7表示的固定磁场型强聚束电子加速器2不同。27′表示加速到最高能量，即10MeV～15MeV的电子束。由于其它的结构是与图7相同的结构，所以省略对其说明。
第一电子束轨道校正用电磁铁41插入到真空容器10内的内部靶25和电磁铁20e之间的区域，用于电子束轨道16，17，18的校正。同样的，第二电子束轨道校正用电磁铁42被设置在真空容器10内，设置在与电子束入射部11相对的位置。这里，第一和第二电子束轨道校正用电磁铁41，42可以使用无孔(窓無し)电磁铁。还有，仅利用第一电子束轨道校正用电磁铁41也可以校正电子束轨道并射出电子束。
首先，针对由第一电子束轨道校正用电磁铁进行的电子束轨道的校正进行说明。
图10是模式化地表示由第一电子束轨道校正用电磁铁41进行的电子束轨道校正的图。第一电子束轨道校正用电磁铁41与设置在电子束输送部26的隔板电极或隔板电磁铁28相对，设置在电子束相位空间中延迟π/2弧度的位置。图10中的线表示达到预定的加速电压的电子束18和最接近成为预定的加速电压的电子束17′。电子束18的虚线部18′表示无隔板电极或电磁铁28的情况下的电子束轨道。从图中可以看出，由于隔板电极或电磁铁28与第一电子束轨道校正用电磁铁41相对并且设置在电子束相位空间中提前π/2弧度的位置，所以变成预定加速电压的电子束18成为入射到隔板电极或电磁铁28并最高效地进行轨道校正的电子束46，射出到电子束扫描部43。通过设置第一电子束轨道校正用电磁铁41，可以效率良好的进行电子束轨道的校正和电子束射出。
图11是模式化地表示由第一和第二电子束轨道校正用电磁铁41，42进行的电子束轨道校正的图。第一和第二电子束轨道校正用电磁铁41，42配置成在电子束相位空间形成180度的整数倍(nπ弧度，这里，n是整数)。如从图中看出的，由于相对于隔板电极或隔板电磁铁28，第一和第二电子束轨道校正用电磁铁41，42设置成电子束相位空间180度的整数倍，所以变成预定加速电压的电子束18成为入射到隔板电极或隔板电磁铁28并被最高效的轨道修正的电子束47，射出到电子束扫描部43。
图12是表示图11中相位空间的电子束轨道仿真的图。在图中，横轴表示半径方向的距离R(mm)，纵轴表示相位角度(mrad)。如从图中看出的，可知R＝1000mm，即，如果变为大于1m，那么相位角度急剧地增大，电子束被引出。由此，可以知道通过设置第一电子束轨道校正用电磁铁41或第一和第二电子束轨道校正用电磁铁41，42，可以更高精度地进行电子束轨道的校正和电子束射出。
接下来，针对电子束扫描部进行说明。电子束扫描部43是在电子束或X线27′前进方向的垂直平面(XY平面)内对该电子束27′进行任意方向的移动，即进行扫描的区域。图13是模式化的表示图9的电子束扫描部的结构，即点扫描的斜视图。如图所示，电子束或X线27′通过由透镜50，51扩大其束直径，针孔狭缝52在图示的X，Y方向扫描，得到被扫描的电子束或X线44。
图14是模式化地表示图9的光束扫描部的其它的结构，即电子扫描的斜视图。在图14中，电子束27′通过静电透镜或电磁透镜或它们的组合构成的透镜53，54的未图示的驱动电路，在图示的X，Y方向被扫描。由此，根据本发明的固定磁场型强聚束电子加速器40，电子束或X线27′可以通过点扫描进行扫描，还有，电子束单体可以通过电子扫描进行高速且高效的扫描。
由上述可知，根据本发明的固定磁场型强聚束电子加速器40，可以连续地且效率良好地进行电子束的轨道校正、电子束或X线的引出。还有，通过电子束扫描部，可以进行电子束或X线的扫描。
接下来，针对本发明的固定磁场型强聚束电子加速器的第三实施例进行说明。
图15是从侧面看到的表示本发明第三实施例的固定磁场型强聚束电子加速器的结构的模式图。图示的固定磁场型强聚束电子加速器60包括电磁铁62这一点与图9中表示的固定磁场型强聚束电子加速器40不同。由于其它的结构与图9相同，省略对其说明。电磁铁62在真空容器10内设置有六个(62a～62f)。
图16表示用于第三实施例的电磁铁62的结构，(a)是电磁铁的平面图，(b)是表示电磁铁的绕线部的结构的剖视图。如图16(a)所示，电磁铁62a与电磁铁20a相同，是在聚束电磁铁63的两侧具有发散电磁铁64的强聚束电磁铁。如图16(b)所示，聚束电磁铁63和发散电磁铁64具有将绕线部分割成多个块的结构。虽然图示的情况表示的是聚束电磁铁63和发散电磁铁64同时五分割的情况，但是绕线部的分割数不局限于五分割，也可以对应于作为目的的磁场分布形状适宜地设定。
图17是表示图16中示出的电磁铁的励磁方法的图。如图所示，在被五分割的发散电磁铁线圈的绕线部64a～64e上，分别并联连接了用于电流调整的分流电阻66a～66e。分流电阻的值以分流电阻66a为r0、分流电阻66b为并联连接两个r0电阻的方式，使并联数增加。绕线的两端部64g，64h由电流源68进行恒流驱动。聚束电磁铁63也是同样的结构。因此，由于分别在绕线部64a～64e中流动的电流I1～I5变化，所以伴随于此，可以使由各个绕线部64a～64e产生的磁通密度变化，控制发散电磁铁64的磁通密度分布。通过也同样控制聚束电磁铁63，可以将由发散电磁铁和聚束电磁铁构成的电磁铁62a的磁通密度分布控制成最适宜的程度。
图18是表示图16中示出的电磁铁的其它励磁方法的图。如图所示，被五分割的发散电磁铁线圈的绕线部64a～64e分别通过电流源70～74被独立地恒流驱动。在各个线圈绕线部64a～64e上，可以分别流动I1～I5的电流。因此，可以使由各个绕线部产生的磁通密度变化，控制发散电磁铁64的磁通密度分布。通过也同样控制聚束电磁铁63，可以将由发散电磁铁和聚束电磁铁构成的电磁铁62a的磁通密度分布控制成最适宜的程度。
图19是模式化地表示图16中所示的电磁铁的磁通密度分布的图。在图中，横轴表示真空容器10的水平面的径向距离，纵轴表示磁通密度。由图19可知，通过独立地调整电磁铁62a的线圈绕线部64a～64e，可以将径向的磁场分布调整成B＝B0(r/r0)k。这里，B0是入射轨道上的磁场强度，r0是入射轨道半径(参见图15)，k是磁场系数(field Index)。通过调整电磁铁62a的线圈的绕线部64a～64e，可以任意地改变磁场系数k。因此，通过进行径向的磁场分布从而使电子的轨道聚束最适宜，可以容易地实现电子束的零色象差形状，而且在使电子束强度增大的同时可以容易地进行电子束能量的变化。
由此，在本发明的固定磁场型强聚束电子加速器60中，由于实现了电子束的聚束状态的最适宜化，因此可以增大电子束强度。还有，可以容易地进行电子能量的变化。
接下来，针对使用本发明的固定磁场型强聚束电子加速器的放射线治疗装置的特征进行说明。
在使用本发明的固定磁场型强聚束电子加速器的放射线治疗装置1中，由于加速电压为10MeV～15MeV，得到1mA～10mA的电流，是现有的10倍以上，所以照射时间被极大地缩短。例如，现有例子1的电子束加速器需要在被治疗者的癌症等患部照射5Gy(戈端吸收线量的单位，1Gy＝100rad)程度的线量几分钟，但是本装置需要10秒钟左右即可完成。而且，由于可以进行电子束的短时间照射和电子束的扫描，不会由于被治疗者的呼吸运动产生电子束和X线的照射区域偏移的问题，可以在对于现有的电子加速器来说很困难的在呼吸短时间停止的状态下进行电子束照射，即所谓的呼吸停止照射。
还有，由于使用本发明的固定磁场型强聚束电子加速器的放射线治疗装置1的重量轻至约1吨重，因此通过使固定磁场型强聚束电子加速器2、40、60旋转，可以在短时间内对被治疗者进行来自多方向的照射。相应地，可以减轻对正常组织的放射线损伤。
还有，由于用于本发明的固定磁场型强聚束电子加速器的放射线治疗装置1的固定磁场型强聚束电子加速器2、40、60是在电子束加速中从原理上说极稳定的电子束聚束和加速方式，所以操作容易，也不需要特别的调整操作，即使不是专业人员也足可以使用。
还有，由于固定磁场型强聚束电子加速器2、40、60的电子束轨道大部分被电磁铁20覆盖，所以具有放射线屏蔽效果。由此，在使用本发明的固定磁场型强聚束电子加速器的放射线治疗装置1中，可以减轻设置场所的放射线防护需要的成本。
如上所述的，由使用本发明的固定磁场型强聚束电子加速器的放射线治疗装置进行癌症等治疗时，可以使对被治疗者的患部的照射时间大幅度缩短，防止对被治疗者使用呼吸停止照射的照射区域的偏移，而且，通过多方向照射可以实现对于照射部位的限定和对正常组织的放射损伤的减少。还有，由于使用本发明的固定磁场型强聚束电子加速器的放射线治疗装置是小型轻质的，且可以不产生噪音、低成本的进行制造，所以可以在一般的医院容易地设置。
本发明并不局限于上述实施例，可以在权利要求记载的范围内进行各种变型，这些变型也包含在本发明的范围内。例如，在上述实施例中，电子束的入射部和电子束输送部、电磁铁的结构和数量等可以配合加速电压和电子束电流进行适宜地变换。
本发明在产业上的可利用性如下，根据本发明的固定磁场型强聚束电子加速器，在加速电压为10MeV～15MeV中，可以得到1～10mA的、现有的电子束加速器的10倍以上的高强度的电子束电流，并且通过该电子束能够可选择地产生X线。还有，本装置是小型轻质的，可以以低成本进行制造。
另外，使用本发明的固定磁场型强聚束电子加速器的放射线治疗装置，可以得到现有的电子束加速器的10倍以上的高强度的电子束电流，可以大幅度缩短癌症等的治疗时间，减轻对被治疗者的负担。
还有，由于可以进行使用现有的电子束的癌症等的放射线治疗装置不可能实现的对被治疗者的癌症患部等限定性的大线量比率的短时间照射、消除由于呼吸停止照射产生照射位置的偏移以及降低由于多方向照射而对正常组织的放射线损伤，所以可以实现与通过重粒子的癌症治疗装置同等的尖端的癌症治疗。而且，由于本发明的固定磁场型强聚束电子加速器可以构造成直径1m左右的小型结构，并可以以使用重粒子线的癌症治疗装置的1/100左右的成本进行制造，所以具有即使在一般的医院也可以容易地设置的有利效果。
权利要求
1.一种电子加速器，其为固定磁场型强聚束电子加速器，包括真空容器；设置在该真空容器内或是在真空容器外的电磁铁；使电子束向上述真空容器入射的电子束入射部；对上述电子束进行加速的加速装置；对来自上述真空容器的加速后的电子束进行输送的电子束输送部，其特征在于上述电磁铁是强聚束电磁铁，该强聚束电磁铁由集束电磁铁和设置在该集束电磁铁的两侧的发散电磁铁构成、或者由集束电磁铁和设置在该集束电磁铁的两侧的发散部构成，在上述电子束输送部的前方的真空容器内设置有产生X线的内部靶，上述加速后的电子束和上述X线且可以选择性地被引出。
2.根据权利要求1记载的电子加速器，其特征在于上述电子束入射部包括电子枪，以及使得由电子枪产生的电子束的轨道改变以使其向上述真空容器入射的电磁铁。
3.根据权利要求1记载的电子加速器，其特征在于上述电子束输送部包括使得电子束的轨道向上述真空容器外改变的电磁铁或聚束透镜，通过上述电子束输送部的电子束或上述X线被扫描。
4.根据权利要求1～3中任意一项记载的电子加速器，其特征在于上述加速装置为高频率加速方式或感应加速方式，至少包括连续输出或脉冲输出的振荡器。
5.一种电子加速器，其为固定磁场型强聚束电子加速器，包括真空容器；设置在该真空容器内或是在真空容器外的电磁铁；使电子束向上述真空容器入射的电子束入射部；对上述电子束进行加速的加速装置；对来自上述真空容器的加速后的电子束进行输送的电子束输送部，其特征在于上述电磁铁是强聚束电磁铁，该强聚束电磁铁由集束电磁铁和设置在该集束电磁铁两侧的发散电磁铁构成、或者由集束电磁铁和设置在该集束电磁铁两侧的发散部构成，从上述电子束输送部射出的电子束被扫描。
6.根据权利要求5记载的电子加速器，其特征在于在上述加速后的电子束输送部的前方的真空容器内设置有产生X线的内部靶，并且上述加速后的电子束和上述X线可选择性地被引出。
7.根据权利要求5或6记载的电子加速器，其特征在于上述电子束或X线由至少含有针孔狭缝的扫描部进行扫描。
8.根据权利要求5～7中任意一项记载的电子加速器，其特征在于上述电子束输送部由将电子束的轨道向上述真空容器外改变的隔板电磁铁或聚束透镜构成，在上述强聚束电磁铁的电子束射出部的附近设置有第一电子束轨道校正用电磁铁。
9.根据权利要求8记载的电子加速器，其特征在于上述第一电子束轨道校正用电磁铁相对于上述隔板电磁铁或聚束透镜，设置在电子束相位空间中延迟π/2弧度的位置。
10.根据权利要求5～8中任意一项记载的电子加速器，其特征在于在上述强聚束用电磁铁的电子束入射部的附近设置有第二电子束轨道校正用电磁铁，第二电子束轨道校正用电磁铁与上述第一电子束轨道校正用电磁铁一起调整电子束的轨道。
11.根据权利要求10记载的电子加速器，其特征在于上述第一和第二电子束轨道校正用电磁铁设置在电子束相位空间中具有nπ弧度(其中，n是整数)关系的位置。
12.根据权利要求5记载的电子加速器，其特征在于构成上述强聚束用电磁铁的电磁铁的绕线部是分割绕线结构，对该分割绕线部的各个电流进行驱动控制从而形成预定磁场分布。
13.一种电子加速器，其为固定磁场型强聚束电子加速器，包括真空容器；设置在该真空容器内或是在真空容器外的电磁铁；使电子束向上述真空容器入射的电子束入射部；对上述电子束进行加速的加速装置；对来自上述真空容器的加速后的电子束进行输送的电子束输送部，其特征在于上述电磁铁是强聚束电磁铁，该强聚束电磁铁由集束电磁铁和设置在该集束电磁铁的两侧的发散电磁铁构成的强聚束电磁铁、或者是由集束电磁铁和设置在该集束电磁铁两侧的发散部构成，构成上述强聚束电磁铁的电磁铁的绕线部是分割绕线结构，驱动控制该分割绕线部的各个电流从而形成预定的磁场分布。
14.根据权利要求13记载的电子加速器，其特征在于通过与各个绕线部并联连接的电阻控制上述分割绕线部的各部分的电流。
15.根据权利要求13记载的电子加速器，其特征在于通过与各个绕线部连接的电流源控制上述分割绕线部的各部分的电流。
16.一种使用电子加速器的放射线治疗装置，其包括可选择性地产生电子线或X线的电子加速器、照射头、支持部以及承载被治疗者的治疗台，其特征在于上述加速器是固定磁场型强聚束电子加速器。
17.一种使用电子加速器的放射线治疗装置，其包括可选择性地产生电子线或X线的加速器、照射头、支持部以及承载被治疗者的治疗台，其特征在于上述电子加速器由权利要求1～15中任意一项记载的电子加速器构成。
全文摘要
一种电子束强度强且小型轻质的使用固定磁场型强聚束的电子加速器(2，40，60)，包括真空容器(10)、设置在真空容器(10)上的电磁铁(20)、使电子束向真空容器(10)入射的电子束入射部(11)、对电子束进行加速的加速装置(13)以及对来自真空容器(10)的加速后的电子束进行输送的电子束输送部(26)，电磁铁(20)由集束电磁铁(21)和设置在其两侧的发散电磁铁(22)构成、或者是由集束电磁铁(21)和设置在其两侧的发散部构成的强聚束电磁铁，在电子束输送部(26)的前方的真空容器(10)内设置有产生X线的内部靶(25)，加速后的电子束和X线可选择性地被引出。由于得到加速电压10MeV、1mA～10mA的是现有的10倍以上的电子束，所以可以提供在现有的1/10以下的短时间对癌症组织等进行电子束照射的放射线治疗装置(1)。
文档编号H05H11/00GK1943284SQ200380102089
公开日2007年4月4日 申请日期2003年10月24日 优先权日2002年10月25日
发明者森义治, 秋根康之 申请人:独立行政法人科学技术振兴机构