荷電粒子を偏向させるための偏向板および偏向装置

本発明は、請求項1に記載の荷電粒子を偏向させるための偏向板に関し、並びに請求項7に記載の荷電粒子を偏向させるための偏向装置に関している。

移動している荷電粒子を、電場および/または磁場によって偏向させることは公知である。また、導電性プレートに電圧を印加して電場を発生させることも公知である。

本発明の課題は、荷電粒子を偏向させるための改良された偏向板を提供することにある。この課題は、請求項1の特徴部分に記載された本発明による偏向板によって解決される。本発明のさらなる課題は、荷電粒子を偏向するための改良された偏向装置を提供することにある。この課題は、請求項7の特徴部分に記載された本発明による偏向装置によって解決される。好ましい改善例は、従属請求項に記載されている。

本発明による荷電粒子を偏向させるための偏向板は、切欠きを有している。有利なことに、この偏向板は、切欠きなしの偏向板に比べて改善された空間分布を有する電場を生成する。

本発明による偏向板の好ましい実施形態によれば、当該偏向板が実質的に平坦なプレートとして構成されている。有利には、この偏向板は簡単かつ安価に製造することが可能である。とりわけこの偏向板は、有利には、例えばプリントされた回路板などのようなプリント基板として製造することができる。

本発明による偏向板の一実施形態によれば、前記切欠きが孔部として形成されている。それにより、有利には、当該偏向板によって生成された電場が、当該孔部領域において減衰される。

本発明による偏向板の別の実施形態によれば、前記切欠きが、スロットとして形成されている。有利には、このような切欠きの構成によっても、当該偏向板によって生成される電場が当該切欠き領域において減衰されるようになる。

有利には、前記切欠きは、偏向板の中央に配置されていてもよい。それにより有利には、偏向板によって生成される電場の空間分布がフラットな分布特性を有するようになる。

本発明による偏向板の別の有利な実施形態によれば、この偏向板が導電性材料、とりわけ金属を含み得る。それにより有利には、前記偏向板は、所定の電位におくことが可能になる。

本発明による荷電粒子を偏向するための偏向装置は、前述した形態の第1の偏向板を有している。それにより有利には、この偏向装置は、粒子ビームの荷電粒子を偏向させるのに使用することができるようになる。この有利に構成された偏向板のために、前記偏向装置は、荷電粒子の順次連続したビーム束から個々の粒子束を選択的に偏向するのに使用することが可能となる。

前記偏向装置の有利な実施形態によれば、この偏向装置は、前述した形態の第2の偏向板を有する。それにより有利には、前記偏向装置の複数の偏向板の間で所定の電位差を形成することが可能にある。

前記偏向装置の特に有利な実施形態によれば、前記複数の偏向板が実質的に平坦なパネルとして構成される。その他に前記第1の偏向板と前記第2の偏向板は、第2の空間方向で互いに離間されて配置されている。有利にはこの偏向装置では、第2の空間方向に配向された電場成分が当該第2の空間方向に直交する空間方向に向けてほぼ矩形に延在する。

前記偏向装置の別の改善例によれば、第3の偏光板と第4の偏光板を有する。その場合前記第3の偏向板は、前記第1の偏光板に比べて前記第2の空間方向と直交する第3の空間方向へ偏差している。またその他にも、前記第2の偏向板に比べて第3の空間方向に偏差している。それにより有利には、前記第3の偏向板と前記第4の偏向板の間に、前記第1の偏向板と前記第2の偏向板の間の電位とは別の電位差が形成される。

前記偏向装置の別の実施形態によれば、この偏向装置が、第3の空間方向へ移動する荷電粒子を、第2の空間方向へ偏向させるように構成されてもよい。それにより有利には、この偏向装置を、個々の粒子または粒子束を、粒子ビームから選択的に偏向させるのに用いることができるようになる。

前述してきた本発明の特性、特徴および利点、並びにそれらを達成するやり方は、以下の図面に基づいて詳細に説明される本発明の実施例の説明と関連してより明確に理解されるであろう。

粒子線治療装置の概略図

偏向装置の概略図

偏向装置の偏向板対の第1断面図

偏向装置の偏向板対の平面図

偏向装置の偏向板対の第2断面図

偏向板対内の電場強度分布のグラフ

実施例 図1には、本発明による偏向装置の実用的な一例として、粒子線治療装置100が概略的に示されている。但し本発明による偏向装置は、これに限らずその他の多種多様な用途にも使用することが可能であり、以下の詳細な説明が本発明を、粒子線治療装置の分野に限定するものではないことを述べておく。

粒子線治療装置100は、病に冒された患者の患部に荷電粒子(粒子)を照射する粒子線治療を行うために使用することができる。この荷電粒子は、例えばプロトンであってもよい。また病に冒された患者の疾患は、例えば腫瘍であってもよい。

粒子線治療装置100は、イオン源110、集束装置120、偏向装置130、シェード140、粒子加速器150を含み、それらはz軸方向103に相前後して配置されている。

イオン源110は、荷電粒子115のビームを生成するのに用いられる。粒子ビーム115の粒子は、例えば、陽子(プロトン)であってもよい。粒子ビーム115の粒子は、イオン源110を離れ、z軸方向103に向かう。この粒子ビーム115の粒子は、イオン源110から出るときに、例えば10keVから20keVのエネルギーを有することができる。

集束装置120は、連続的な粒子ビーム115を、離散した粒子線束125に細分化するために用いられる。これらの粒子線束125は、当該集束装置120を離れてz軸方向103に向かう。この集束装置120は、省略することも可能である。

偏向装置130は、選択的に、個々の粒子線束125(または連続する粒子ビーム115の個々の粒子)の、z軸方向103に向かう動きを、当該z軸方向103に垂直なy軸方向102へ選択的に偏向するために用いられる。

偏向装置130によって偏向された粒子および粒子線束125は、偏向装置130に後置接続された遮蔽板シェード140を全く通過しないかまたは完全には通過せず、それに対して偏向されなかった粒子および粒子線束125は、シェード140を通過する。また粒子線治療装置100の代替的な実施形態によれば、偏向装置130によってy軸方向102に偏向された粒子と粒子線束125のみがシェード140を完全に通過するものであってもよい。

前記シェード140を通過した粒子および粒子線束125は、粒子加速器150に到達し、そこで前記粒子および粒子線束125がより高い運動エネルギー、例えば80MeVから250MeVまで加速される。この粒子加速器150は、例えば線形加速器であってもよい。特にこの粒子加速器150は、RF線形加速器であってもよい。

図2は、偏向装置130の概略図である。この偏向装置130は、図2に示す実施形態では荷電粒子の粒子線束125束を偏向させるための6つの偏向板を含んでいる。詳細には、前記偏向装置130は、当該の実施形態によれば、第1の偏向板210と、第2の偏向板220と、第3の偏向板230と、第4の偏向板240と、第5の偏向板250と、第6の偏向板260とを含んでいる。

第1の偏向板210と第2の偏向板220は、第1の偏向板対201を形成する。第3の偏向板230と第4の偏向板240は、第2の偏向板対202を形成する。第5の偏向板250と第6の偏向板260は、第3の偏向板対203を形成する。別の実施形態においては、前記複数の偏向板230は、3つの偏向板対201,202,203よりも少ないものであってもよいし、前記3つの偏向板対201,202,203よりも多いものであってもよい。

前記複数の偏向板対201,202,203は、相前後してz軸方向に配置されている。各偏向板対201,202,203毎の2つの各偏向板は、z軸方向103において、並びにy軸方向102とz軸方向103に垂直なx軸方向101において、それぞれ共通の位置に存在し、さらにy軸方向102において互いに離間されている。粒子線束125は、前記偏向板対201,202,203の各2つの偏向板の間をz軸方向103に延在する。

前記複数の偏向板210,220,230,240,250,260は、導電性材料、有利には金属を含む。これらの複数の偏向板210,220,230,240,250,260は、例えば、金属コーティングを有するプリント回路基板として構成されていてもよい。

前記偏向板対201,202,203の各偏向板の間には、z軸方向103に移動する粒子線束125の粒子をy軸方向102に偏向させるために、それぞれ1つの電位差とその結果としての電場が形成される。例えば第1の偏向板対201の第1の偏向板210に同じ大きさの正の電圧を印加し、第1の偏向板対201の第2の偏向板220には同じ大きさの負の電圧を印加してもよい。異なる偏向板対201,202,203において形成される電位差は相互に異ならせてもよい。迅速に所定の時間順序で順次連続する粒子線束125の個別の粒子線束125のみをy軸方向102に偏向させるためには、時間的に短い電圧パルスを前記複数の偏向板210,220,230,240,250,260に印加させなければならない。

前記複数の偏向板210,220,230,240,250,260が閉じられた平坦なプレートで構成されている場合には、偏向板対201,202,203において生成されy軸方向102に向いている電場成分が、z軸方向103においてガウス分布経過を有する。しかしながら、y軸方向102に向いている電場成分の分布が、偏向板対201,202,203内でz軸方向103において近似的な矩形関数を有するならばさらに有利である。

y軸方向102に向いている電場成分の有利な空間分布に近づくために、偏向装置130の複数の偏向板210,220,230,240,250,260はそれぞれ切欠きを有する。これについては、以下の明細書で、第1の偏向板対201が描写されている図3から図5に基づいて説明する。残りの偏向板対202,203も有利には、第1の偏向板対201と同一に構成される。

図3は、第1の偏向板対201の第1断面を示している。この第1断面は、z軸方向103に対して垂直方向に延在している。第1の偏向対201の第1の偏向板210と第2の偏向板220は、x軸方向101で幅301を有している。この幅301は、例えば4ミリメートルであってもよい。前記偏向板210,220は、y軸方向では各々厚さ302を有している。この厚さ302は、例えば、0.1mmであってもよい。第1の偏向板210と第2の偏向板220は、y軸方向102において互いに間隔距離312を有している。この間隔距離312は、例えば、6mmであってもよい。

図4は、y軸方向102とは反対側から見た第1の偏向板対201の第1の偏向板210の平面図を示す。図4では見ることのできない第2の偏向板220は、有利には、第1の偏向板210と同様に構成される。第1の偏向板210は、z軸方向103で長さ303を有し、これは例えば4mmであってもよい。

第1の偏向板210は、その他にも矩形の孔部300を有している。この孔部300は、第1の偏向板210の中央に配置されている。この孔部300は、x軸方向101で、孔部幅311を有し、この幅は例えば1mmであってもよい。孔部300は、z軸方向103で、孔部長さ313を有し、この長さも例えば1mmであってもよい。

第1の偏向板210は、金属コーティングされたプリント基板として構成されている場合には、孔部300は金属コーティング内に形成するだけで十分である。

前記第1の偏向板210は、中央に配置された前記孔部300に代えて、中央に位置していない孔部を有することも可能である。

また前記第1の偏向板210は、前記孔部300に代えて、当該第1の偏向板210を2つの部分に分割する、貫通スリットを有していてもよい。このスリットは、例えばx軸方向101またはz軸方向103に配向させることができる。第1の偏向板210が金属コーティングされたプリント基板として構成されている場合には、前記スリットは、当該金属コーティング内に形成されるので十分である。二分割された第1の偏向板210の2つの部分は、一枚の共通の基板上に配置されていてもよい。

図5は、第1の偏向板対201の偏向板210,220の第2の断面図が示されている。この図は、図5のx軸方向101に垂直な方向での断面を示している。

図6は、偏向板対201,202,203の内側に生じる電場強度空間分布のグラフ600である。このグラフ600の水平軸には、偏向板対201,202,203の領域のz軸方向103がプロットされている。グラフ600の垂直軸には、電場強度のy軸方向102の成分がプロットされている。

第1の電場強度空間分布610は、偏向板対201,202,203の上方の偏向板と下方の偏向板との間の空間におけるy軸方向102の電場強度の分布を示している。ここでは、この第1の電場強度空間分布610からは、ガウス分布よりも強く矩形関数に近似していることが分かる。この矩形関数への近似は、前記複数の偏向板210,220,230,240,250,260に設けられた孔部300によって達成される。

第2の電場強度空間分布620は、y軸方向102で偏向板対201,202,203の他の偏向板よりも近い偏向板における位置でのy軸方向102の電場強度の空間分布を示している。この第2の電場強度空間分布620は、偏向板対201,202,203の中央においてz軸方向103で凸状に形成されていることが分かる。

本発明は、有利な実施例によって詳細を図示し、詳細に説明してきたが、本発明は、開示された実施形態に限定されるものではない。最後に、当業者であれば、その他の変化実施例も、本発明の権利範囲からそれることなく導き出すことが可能であることを述べておく。