ガン治療加速器用超小型高出力線形加速器システムの開発

本年度は、超小型高出力線型加速器システムの核となる、レーザープラズマ発生装置と高強度重イオンRFQ線型加速器用電極の設計・製作を中心として研究を行った。レーザープラズマ発生装置用ドライバーとしてヤグレーザーを用い、がん治療に適した炭素イオンビームを発生させる装置を開発した。昨年度行ったプラズマを成型せずRFQ方向への拡散速度を利用してイオンを運ぶ方法に加えて、プラズマに高電場勾配を印可することによって効率良くイオンを引き出す方法について実験を行った。また、新たに設計製作した引き出し電極では必要とされる60kVの絶縁性能を満たすことに成功した。プラズマ発生装置は対地絶縁を取った真空容器中に設置されており、高圧部分が露出しない構造となっている。このためさらに装置が小型化されており、治療装置としても保守容易性に優れている。加速電極の設計では、従来に無い低速領域からの高電流ビームを加速するため、最小ボア半径を7mmとし、最適化を行った。この結果、全長150cmの領域で核子当たり20keVから100KeVまで効率良く加速する構造となっている。この結果をもとに共振周波数が100MHzの加速電極を製作し、高周波特性を測定した。電圧分布特性は+-5%以内であり、クオリティーファクター値は約4000を達成した。現在、ヤグレーザーを用いたプラズマ発生装置とRFQ線形加速器を用いた加速実験に対する準備が進められている。

本年度は、超小型高出力線型加速器システムの核となる、レーザープラズマ発生装置と高強度重イオンRFQ線型加速器用電極の設計・製作を中心として研究を行った。レーザープラズマ発生装置用ドライバーとしてヤグレーザーを用い、がん治療に適した炭素イオンビームを発生させる装置を開発した。昨年度行ったプラズマを成型せずRFQ方向への拡散速度を利用してイオンを運ぶ方法に加えて、プラズマに高電場勾配を印可することによって効率良くイオンを引き出す方法について実験を行った。また、新たに設計製作した引き出し電極では必要とされる60kVの絶縁性能を満たすことに成功した。プラズマ発生装置は対地絶縁を取った真空容器中に設置されており、高圧部分が露出しない構造となっている。このためさらに装置が小型化されており、治療装置としても保守容易性に優れている。加速電極の設計では、従来に無い低速領域からの高電流ビームを加速するため、最小ボア半径を7mmとし、最適化を行った。この結果、全長150cmの領域で核子当たり20keVから100KeVまで効率良く加速する構造となっている。この結果をもとに共振周波数が100MHzの加速電極を製作し、高周波特性を測定した。電圧分布特性は+-5%以内であり、クオリティーファクター値は約4000を達成した。現在、ヤグレーザーを用いたプラズマ発生装置とRFQ線形加速器を用いた加速実験に対する準備が進められている。