[发明专利]离子输送器、离子输送方法、离子束辐照器和医学粒子束辐照器

说明书

技术领域

本发明涉及能够在粒子束经过时提高输出用粒子束(离子束)的方向性的离子输送器和离子输送方法。另外，本发明还涉及使用所述离子输送器和离子输送方法的离子束辐照器和医学粒子束辐照器的结构。

背景技术

已知多种技术使用通过加速离子(包括质子)获得的离子束辐照样品来进行制造、薄膜形成、分析和医学实践等。在所述技术中，必须稳定地生成高能量和高强度的离子束(粒子束)。通常，用于生成和辐照高能离子束的装置特别是加速装置需要大型设备，从而增大了整个装置的尺寸。因此，即使明显此类离子束(粒子束)辐照器对于医学应用特别有效，但是所述离子束辐照器还不能广泛应用。

在此类情况中，作为能够减小尺寸的离子束辐照器的激光驱动离子束辐照器是已知的。如专利文献1和2所述，在通过对可以用高强度超短脉冲激光束生成大量质子的由金属、聚合物等形成的靶进行辐照的激光驱动离子束辐照器中，可将靶材料蒸发并形成等离子体。在等离子体中，质量较小的电子首先经加速至高能状态，然后质量较大的质子由电子生成的电场加速。然后将质子以高能质子束的形式辐射到样品上。质子和离子均可以相同的方式加速并以离子束的形式进行辐射。与常规大尺寸加速器相比，所述激光驱动离子束辐照器可制造得明显小型化，并因而可以预期应用至诸如医学领域等多个领域。

专利文献1公开了一种对靶厚度和激光束辐照能量密度进行优化从而获得高效/高能离子束的技术。专利文献2公开了一种通过调节靶中电子密度分布而增加能量从激光到离子的传递效率从而获得高能离子束的技术。

然而，在上述方法中，所生成的离子束的方向性差，因此离子以一定的扩散角进行辐照。因此，为了在离子束辐照到的部分获得令人满意的强度，需要增加离子束的方向性或将离子束聚焦。非专利文献1公开了一种实现此目的的技术。图3中示出了非专利文献1的离子束辐照器的构造。在离子束辐照器90中，由激光源91发出的激光92通过两个平面镜93和94进入聚焦镜95。使聚焦镜95的焦点设置在靶96上，使得所述激光在靶96上具有极其高的能量密度。通过辐照由靶96生成的离子束(粒子束)97相对于辐照部分以给定的扩散角进行辐射。离子束辐照器90具有多个多极磁体(用来使离子聚焦的磁体)98，以用于对离子束97施加多极(例如，四极或六极)磁场。将多极磁体98设定为使用永磁体或电磁体形成使离子束97偏转并聚焦于预置的输出靶100的磁场。在将患者的染病区设置为输出靶100时，高能/高强度离子束(粒子束)97可用于医学治疗。在这种构造中，平面镜94、聚焦镜95、靶96和多极磁体98设置于真空室99中。激光92通过光学窗进入真空室99，且离子束97通过射束管从真空室99发射出。

在离子束辐照器90中，电子与离子一起从靶96中发射。在这种构造中，离子与电子之间的质量差用来使得由多极磁体98形成的磁场对离子束中离子的轨迹进行优化。这使得只有离子束97发生聚焦而使电子束散开。如上所述，电子对离子加速起到重要作用。但是，从在输出靶100处使用离子束97的角度来看，输出端的电子束是不必要的而且优选被除去(使得电子束与离子束97相比可忽略不计)。在这种情况下，多极磁体98用于只对离子束97进行选择聚焦，从而实现除去电子束。在这种构造中，可将其中设置有多极磁体98的部分视作离子输送器。也就是说，在离子束经过所述离子输送器时，离子束的方向性因所述离子输送器而得到改善，从而在输出靶100处获得了高强度。

因此，通过使用离子束辐照器90(离子输送器)，可以获得高方向性/高强度的离子束。

[引用文献清单]

[非专利文献]