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同步加速器用入射器系统及漂移管直线加速器的运转方法

阅读：823发布：2020-05-17

专利汇可以提供同步加速器用入射器系统及漂移管直线加速器的运转方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明的同步加速器用入射器系统及漂移管直线加速器的运转方法中，在对第一离子进行加速的情况下，向漂移管直线加速器提供高频功率，使得在相邻的漂移管间隙中对第一离子加速的加速半周期的差成为第一加速周期差，在对与第一离子相比荷质比小的第二离子进行加速的情况下，向漂移管直线加速器提供高频功率，使得在相邻的漂移管间隙中对第二离子加速的加速半周期的差即第二加速周期差大于第一加速周期差。，下面是同步加速器用入射器系统及漂移管直线加速器的运转方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种同步加速器用入射器系统，是将入射至同步加速器的离子射出的同步加速器用入射器系统，其特征在于，包括：
第一离子源，该第一离子源产生第一离子；
第二离子源，该第二离子源产生比所述第一离子的荷质比q1/A1小的荷质比q2/A2的第二离子；
漂移管直线加速器，该漂移管直线加速器包括圆筒谐振器、以及以直线状排列于该圆筒谐振器的圆筒轴向的多个漂移管，在通过这些多个漂移管形成的多个漂移管间隙中产生的高频电场成为加速相位的高频的半周期即加速半周期期间对离子进行加速；
高频发生器，该高频发生器向所述漂移管直线加速器提供高频功率；以及低能射束传输路径，该低能射束传输路径使所述第一离子和所述第二离子中的任一种离子入射至所述漂移管直线加速器，
所述高频发生器在所述低能射束传输路径使所述第一离子入射的情况下，向所述漂移管直线加速器提供高频功率，使得在所述多个漂移管间隙中的一个漂移管间隙中使所述第一离子加速的加速半周期、与被加速的该第一离子到达所述一个漂移管间隙的相邻的漂移管间隙而被加速的加速半周期的相位差成为第一加速周期差，该高频发生器在所述低能射束传输路径使所述第二离子入射的情况下，向所述漂移管直线加速器提供高频功率，使得在所述一个漂移管间隙中使所述第二离子加速的加速半周期、与被加速的该第二离子到达所述一个漂移管间隙的相邻的漂移管间隙而被加速的加速半周期的相位差即第二加速周期差大于所述第一加速周期差。
2.如权利要求1所述的同步加速器用入射器系统，其特征在于，
所述漂移管直线加速器是APF-IH型漂移管直线加速器，所述第一加速周期差是0.5周期，所述第二加速周期差是(0.5+n)周期，n为正整数。
3.如权利要求2所述的同步加速器用入射器系统，其特征在于，
在所述漂移管中包括利用磁场的集束设备。
4.如权利要求1所述的同步加速器用入射器系统，其特征在于，
所述漂移管直线加速器是阿尔瓦雷斯型漂移管直线加速器，所述第一加速周期差是1周期，所述第二加速周期差是(1+n)周期，n为正整数。
5.如权利要求1至4中任一项所述的同步加速器用入射器系统，其特征在于，在所述漂移管设有向所述漂移管间隙突出的电极，在所述漂移管间隙形成有四极电场。
6.如权利要求1至4中任一项所述的同步加速器用入射器系统，其特征在于，所述第一离子是质子，所述第二离子是四价碳离子。
7.一种漂移管直线加速器的运转方法，该漂移管直线加速器包括圆筒谐振器、以及以直线状排列于该圆筒谐振器的圆筒轴向上的多个漂移管，在通过这些多个漂移管形成的多个漂移管间隙中产生的高频电场成为加速相位的高频的半周期即加速半周期期间，对第一离子、或比所述第一离子的荷质比q1/A1小的荷质比q2/A2的第二离子中的任一种离子进行加速，该漂移管直线加速器的运转方法的特征在于，
以如下方式进行运转：在对所述第一离子加速的情况下，向所述漂移管直线加速器提供高频功率，使得在所述多个漂移管间隙中的一个漂移管间隙中使所述第一离子加速的加速半周期、与被加速的该第一离子到达所述一个漂移管间隙的相邻的漂移管间隙而被加速的加速半周期的相位差成为第一加速周期差，
在对所述第二离子加速的情况下，向所述漂移管直线加速器提供高频功率，使得在所述一个漂移管间隙中使所述第二离子加速的加速半周期、与被加速的该第二离子到达所述一个漂移管间隙的相邻的漂移管间隙而被加速的加速半周期的相位差即第二加速周期差大于所述第一加速周期差。
8.如权利要求7所述的漂移管直线加速器的运转方法，其特征在于，
所述漂移管直线加速器是APF-IH型漂移管直线加速器，以所述第一加速周期差是0.5周期，所述第二加速周期差是(0.5+n)周期的方式运转，n为正整数。
9.如权利要求7所述的漂移管直线加速器的运转方法，其特征在于，
所述漂移管直线加速器是阿尔瓦雷斯型漂移管直线加速器，以所述第一加速周期差是
1周期，所述第二加速周期差是(1+n)周期的方式运转，n为正整数。
10.如权利要求7至9中任一项所述的漂移管直线加速器的运转方法，其特征在于，所述第一离子是质子，所述第二离子是四价碳离子。

说明书全文

同步加速器用入射器系统及漂移管直线加速器的运转方法

技术领域

[0001] 本发明涉及在一个同步加速器系统中，为了形成为能使不同种类的离子加速的系统，而使不同种类的离子入射至同步加速器的同步加速器用入射器系统。

背景技术

[0002] 将在同步加速器中使带电粒子加速，并从同步加速器射出的高能量的带电粒子束即粒子射线例如利用于进行癌治疗。在治疗用的粒子射线中，有时优选根据治疗对象选择粒子射线的种类。由此，期望能从一个同步加速器系统中射出不同种类的粒子射线。同步加速器对射入的带电粒子、即离子进行加速，为了使其能射出不同种类的粒子射线，需要将不同种类的离子入射至同步加速器的同步加速器用入射器系统。

[0003] 专利文献1中，公开了通过同一个同步加速器能使所有种类的离子加速至任意能级的技术。记载了在用于使离子入射至该同步加速器的入射器系统中，通过前级加速器使加速至一定能级的离子射束入射。

[0004] 此外，专利文献2中虽然记载了为了将质子射束和碳射束合并利用，需要产生各自的射束的离子源，但针对用于使离子入射至同步加速器的前级加速器没有详细的记载。

[0005] 此外，专利文献3中，公开了在APF-IH型漂移管直线加速器中，能使大电流的质子等粒子射束加速的结构。

[0006] 现有技术文献

[0007] 专利文献

[0008] 专利文献1：日本专利特开2006－310013号公报

[0009] 专利文献2：日本专利特开2009－217938号公报

[0010] 专利文献3：国际公开WO2012/008255号

发明内容

[0011] 发明所要解决的技术问题

[0012] 例如，在用于能通过同步加速器使质子和碳离子那样、不同种类的离子加速而进行预加速的同步加速器用入射器系统中，例如专利文献1所记载的那样，使不同种类的离子加速至同一能量。像这样，以往受限于两种相同的预加速能量、以及相同的加速器这样的条件。由于像这样的以往的入射器系统是无法针对各个种类的离子提供最适宜的预加速能量的入射器系统，因此效率较差且设备较大。由于荷质比(电荷/质量)较大的离子(例如质子：电荷/质量＝1/1)中，空间电荷效应较大，因此期望与荷质比较小的离子(例如四价碳离子：
电荷/质量＝4/12)相比，荷质比较大的离子向同步加速器的入射能较高。为了使荷质比较小的离子加速，需要比使荷质比较大的离子加速时更高的加速电压，使得加速器变大，因此期望与荷质比较大的离子相比，荷质比较小的离子向同步加速器的入射能较低。以往，上述需求未得到解决，无论荷质比较大的离子还是较小的离子，向同步加速器的入射能都固定为相同，设备较为大型。

[0013] 本发明是为了解决上述那样以往的同步加速器用入射器系统的问题点而完成的，其目的在于提供一种能使不同种类的离子加速的、小型的同步加速器用入射器系统。

[0014] 解决技术问题的技术方案

[0015] 本发明的同步加速器用入射器系统包括：第一离子源，该第一离子源产生第一离子；第二离子源，该第二离子源产生比第一离子的荷质比q1/A1小的荷质比q2/A2的第二离子；漂移管直线加速器，该漂移管直线加速器包括圆筒谐振器、以及以直线状排列于该圆筒谐振器的圆筒轴向上的多个漂移管，在通过这些多个漂移管形成的多个漂移管间隙中产生的高频电场成为加速相位的高频的半周期即加速半周期期间对离子进行加速；高频发生器，该高频发生器向漂移管直线加速器提供高频功率；以及低能射束传输路径，该低能射束传输路径使第一离子和所述第二离子中的任一种离子入射至漂移管直线加速器，高频发生器在低能射束传输路径使第一离子入射的情况下，向漂移管直线加速器提供高频功率，使得在多个漂移管间隙中的一个漂移管间隙中使所述第一离子加速的加速半周期、与被加速的该第一离子到达所述一个漂移管间隙的相邻的漂移管间隙而被加速的加速半周期的相位差成为第一加速周期差，该高频发生器在低能射束传输路径使第二离子入射的情况下，向漂移管直线加速器提供高频功率，使得在所述一个漂移管间隙中使所述第二离子加速的加速半周期、与被加速的该第二离子到达所述一个漂移管间隙的相邻的漂移管间隙而被加速的加速半周期的相位差即第二加速周期差大于第一加速周期差。

[0016] 本发明的漂移管直线加速器的运转方法中，该漂移管直线加速器包括圆筒谐振器、以及以直线状排列于该圆筒谐振器的圆筒轴向的多个漂移管，在通过这些多个漂移管形成的多个漂移管间隙中产生的高频电场成为加速相位的高频的半周期即加速半周期期间，对第一离子、或比第一离子的荷质比q1/A1小的荷质比q2/A2的第二离子中的任一种离子进行加速，其中，以如下方式进行运转：在对第一离子加速的情况下，向所述漂移管直线加速器提供高频功率，使得在多个漂移管间隙中的一个漂移管间隙中使所述第一离子加速的加速半周期、与被加速的该第一离子到达所述一个漂移管间隙的相邻的漂移管间隙而被加速的加速半周期的相位差成为第一加速周期差，在对第二离子加速的情况下，向漂移管直线加速器提供高频功率，使得在所述一个漂移管间隙中使所述第二离子加速的加速半周期、与被加速的该第二离子到达所述一个漂移管间隙的相邻的漂移管间隙而被加速的加速半周期的相位差即第二加速周期差大于第一加速周期差。

[0017] 发明效果

[0018] 根据本发明，使不同种类的离子以不同的能量射出，因此，能提供小型且能射出不同种类的离子的同步加速器用入射器系统。附图说明

[0019] 图1是表示本发明的实施方式1所涉及的同步加速器用入射器系统的结构的框图。

[0020] 图2是表示本发明的实施方式1所涉及的同步加速器用入射器系统的漂移管加速器的简要结构的侧面剖视图。

[0021] 图3是表示离子粒子在漂移管间隙被加速同时前进的情况的示意图。

[0022] 图4是说明本发明的实施方式1所涉及的同步加速器用入射器系统的漂移管直线加速器中第一离子的加速动作的线图。

[0023] 图5是说明本发明的实施方式1所涉及的同步加速器用入射器系统的漂移管直线加速器中第二离子的加速动作的线图。

[0024] 图6是说明本发明的实施方式1所涉及的同步加速器用入射器系统的另一个漂移管直线加速器中第一离子的加速动作的线图。

[0025] 图7是说明本发明的实施方式1所涉及的同步加速器用入射器系统的另一个漂移管直线加速器中第二离子的加速动作的线图。

[0026] 图8是表示本发明的实施方式1所涉及的同步加速器用入射器系统的漂移管直线加速器的漂移管的简要结构的一例的剖视图。

[0027] 图9是表示本发明的实施方式1所涉及的同步加速器用入射器系统的漂移管直线加速器的主要部位的简要结构的一例的侧面剖视图。

[0028] 图10是表示本发明的实施方式1所涉及的同步加速器用入射器系统的漂移管直线加速器的主要部位的简要结构的一例的立体图。

[0029] 图11是说明本发明的实施方式1所涉及的同步加速器用入射器系统的漂移管直线加速器的图9的结构的一个示例的动作的图。

[0030] 图12是表示本发明的实施方式2所涉及的同步加速器用入射器系统的漂移管直线加速器的简要结构的侧面剖视图。

[0031] 图13是说明本发明的实施方式2所涉及的同步加速器用入射器系统的漂移管直线加速器中第一离子的加速动作的线图。

[0032] 图14是说明本发明的实施方式2所涉及的同步加速器用入射器系统的漂移管直线加速器中第二离子的加速动作的线图。

具体实施方式

[0033] 在同步加速器用入射器系统中，由于对重的离子进行加速比对轻的离子加速需要更大功率，因此例如在能对作为不同离子的质子和碳离子进行加速的情况下，首先设计能对作为重的离子的碳离子加速到所需能量的加速器。对于轻的质子，在加速到碳离子所需能量的加速器中，基于考虑到若减少功率则能将其加速至与碳离子相同的能量，从而在以往实现将碳离子和质子加速到相同能量并射出的入射器系统。然而，优选地，对于像质子这样荷质比较大的离子，其向同步加速器的入射能要高于像碳离子这样荷质比较小的离子。由于以往将重的碳离子的设计放在第一位来考虑，因此在相同的入射器系统中，没有设想实现使碳离子和质子以不同的能量射出的入射器系统。

[0034] 与此相对，本发明中，舍弃了将最适合于荷质比较小的离子的入射器系统也用于荷质比较大的离子的加速这样的想法，基于将对荷质比较大的离子加速至适合同步加速器的入射能的入射器系统用于对荷质比较小的离子的加速、这样与以往相反的设想，实现了将不同离子分别加速到不同能量的入射器系统。通过该设想，能以小型化实现在荷质比较小的离子和荷质比较大的离子中能射出分别适合作为向同步加速器的入射能的能量的入射器系统。下面，利用实施方式对本发明进行说明。

[0035] 实施方式1.

[0036] 图1是表示本发明的实施方式1所涉及的同步加速器用入射器系统的简要结构的框图。该同步加速器用入射器系统10是可切换两种离子并入射至同步加速器100的系统。同步加速器用入射器10包括：产生第一离子的第一离子源1；和产生荷质比小于第一离子的第二离子的第二离子源2。下面，将质子作为第一离子，四价碳离子作为第二离子，以此为例进行说明。但是，只要是满足第二离子的荷质比(q2/A2)小于第一离子的荷质比(q1/A1)的组合，则本发明能适用于各种离子的组合。例如，也能适用于第一离子为质子(荷质比＝1)、第二离子为1价氦离子(荷质比＝1/4)的组合，或第一离子为氦离子、第二离子为碳离子的组合等。

[0037] 若质子的电荷q为1价，质量A设为1，则质子的荷质比q/A为1/1，碳离子为4价，质子设为1时的质量为12，因此，碳离子的荷质比为4/12。由此，与质子相比，碳离子的荷质比较小。从第一离子源1产生的质子通过第一低能射束传输路径41入射至合成器43，从第二离子源2产生的碳离子通过第二低能射束传输路径42入射至合成器43。构成为通过合成器43使第一低能射束传输路径41和第二低能射束传输路径42合流成一个射束线44来切换质子和碳离子，使任一种离子入射至漂移管直线加速器5。将质子从第一离子源1射出并入射至漂移管直线加速器5的传输路径、以及碳离子从第二离子源2射出并入射至漂移管直线加速器5的传输路径合并称作低能射束传输路径4。

[0038] 在合成器43中，使来自第二离子源2的碳离子偏转并合流至射束线44。从第二离子源2射出的碳离子包含除4价之外、价数不同的碳离子。在加速器中仅对4价的碳离子进行加速。因此，构成为通过在合成器43的部分使来自第二离子源2的碳离子偏转从而仅使4价的碳离子合流至射束线44。

[0039] 图2是表示本发明的实施方式1所涉及的同步加速器用入射器系统的漂移管直线加速器5的简要结构的侧面剖视图。漂移管直线加速器5在圆筒谐振器6内将多个漂移管T1、T2……排列在圆筒谐振器6的圆筒轴向上。图2中为了简便图示出排列了七个漂移管的情况，但多数情况排列有更多的漂移管。圆筒谐振器6内被抽真空。各漂移管形成为沿着离子通过的加速轴20在中央设有贯通孔的圆筒形，利用基杆(stem)3支承圆筒谐振器壁7。图2的漂移管直线加速器中，相邻的漂移管的基杆向相反侧延伸。像这样构成的漂移管直线加速器被称为IH(Interdigital-H：一段交叉指)型漂移管直线加速器。漂移管直线加速器中，从高频发生器50向圆筒谐振器内提供高频功率，在相邻的漂移管间的间隙(以下称为漂移管间隙)G1、G2……产生高频电场，通过该高频电场对沿着加速轴20前进的离子加速。

[0040] 离子成为粒子射束被逐渐加速。由于粒子射束是离子(带电粒子)的集合体，因此在粒子间发散力相互作用(这被称为空间电荷效应)。因此粒子射束随着在前进方向上前进的同时在径向和前进方向上扩大，特别是由于径向的发散而与真空管壁碰撞，粒子射束产生损耗。因此，需要抑制径向发散的射束径向集束设备。然而，在被称为APF(Alternating-Phase Focusing：交变相聚焦)-IH型漂移管直线加速器的漂移管直线加速器中，通过对漂移管间隙中产生的弯曲的电场分布、和粒子射束通过漂移管间隙的定时进行耦合设计从而获得射束集束力，因此不需要射束径向集束设备。

[0041] 图3是表示离子粒子在漂移管间隙被加速的同时前进的情况的示意图。离子粒子在图3中沿着加速轴20从左向右前进。离子粒子在第i个漂移管间隙Gi中被加速，在漂移管Ti内不被加速而前进，在下一个漂移管间隙Gi+1被加速。再次在漂移管Ti+1内不被加速而前进，进而在下一个漂移管间隙Gi+2被加速。像这样，离子粒子每次通过漂移管间隙时被加速。图3中示意性地以双圆圈表示被加速的离子粒子，以黑色圆圈表示不被加速而前进的离子粒子。

[0042] 这里，利用图4简单说明通过IH型漂移管直线加速器对离子粒子加速的动作。图4是说明离子粒子依次通过某个漂移管间隙Gi、Gi+1、Gi+2来被加速的情况的线图。横轴是高频电场的相位，由于相位推进表示时间推进，因此横轴也是时间。即，时间向横轴右方向推进。在各漂移管间隙中产生与提供至圆筒谐振器内的高频功率对应的高频电场。高频电场强度如图4所示描绘正弦波曲线来变化。图4中，在漂移管间隙Gi产生的高频电场强度将达到峰值的相位作为0度来记载相位的值。IH型漂移管直线加速器中，如图4的漂移管间隙Gi和Gi+1、或Gi+1和Gi+2的高频电场强度所示，设计为在相邻的漂移管间隙中产生的高频电场呈相反相位。图4中示出了使离子加速的方向为正(上方)来作为高频电场的方向。高频电场强度为正时具有对离子加速的能力，因此这里将高频电场强度为正的半周期称为加速半周期。例如漂移管间隙Gi的加速半周期Pai、Gi+2的加速半周期Pai+2是从-90度到+90度、270度到450度这样的、从(360*N-90)度到(360*N+90)度的半周期。漂移管间隙Gi+1的加速半周期Pai+1成为从(360*N+90)度到(360*N+270)度的半周期。这里N是包含0的整数。

[0043] 双圆圈表示某个离子粒子的位置，随着相位推进即时间推进，用箭头表示该离子粒子前进至什么位置。图4的最上部示出了与高频相位对应的离子粒子的位置、即在与相位对应的时间该离子粒子存在于什么位置。离子粒子在漂移管间隙Gi中从漂移管间隙Gi中产生的高频电场获取能量而被加速。离子粒子进入漂移管Ti后不被加速地以原本的能量前进，在下一个漂移管间隙Gi+1中从漂移管间隙Gi+1中产生的高频电场获取能量而被加速。图4示出了像这样使离子粒子加速的同时前进的情况。

[0044] 通常，在IH型漂移管直线加速器中，调整电场强度使得加速半周期中电场强度快要达到峰值之前，在图4的漂移管间隙Gi中从电场强度的峰值起例如-30度左右的相位下供离子粒子通过。由此，对稍许延迟通过的离子粒子进一步加速，从而形成离子的集合体。IH型漂移管直线加速器中，在下一个漂移管间隙中产生相反相位的高频电场，因此漂移管间隙Gi+1的加速半周期Pai+1成为从漂移管间隙Gi的加速半周期Pai起延迟了半周期的半周期。即，相邻的漂移管间隙中加速半周期的差成为半周期。设计为在该加速半周期的高频电场强度快要达到峰值之前，即相位在150度左右的相位下使离子的集合体通过漂移管间隙Gi+1。像这样使离子的集合体通过漂移管间隙从而被加速。

[0045] 以往的IH型漂移管直线加速器中，进行如上文那样的设计，通过在运转时提供可达到依照设计的加速动作的高频功率，从而对离子粒子的集合体、即离子射束加速，使所设计的能量的离子射束射出，入射至同步加速器100。本发明的实施方式1中，荷质比较大的第一离子(例如质子)与以往同样地，通过与图4说明的相同的动作进行加速。然而，在对荷质比较小的第二离子(例如四价的碳离子)加速的情况下，使相邻的漂移管间隙中用于加速的加速半周期的差成为比第一离子的加速半周期的差要大的差来进行加速。这里，将对第一离子加速的、相邻的漂移管间隙之间的加速半周期的差称为第一加速周期差，将对第二离子加速的加速半周期的差称为第二加速周期差。上述内容中，第一加速周期差为半周期(0.5周期)。

[0046] 图5是表示本发明的实施方式1的同步加速器用入射器系统的漂移管直线加速器中、将四价碳离子作为第二离子时的加速的情况的图。第二离子的集合体在漂移管间隙Gi中在相位-30度左右通过而被加速。在漂移管间隙Gi+1中调整高频电场强度、即提供至圆筒谐振器的高频功率，使其不是在下一个半周期，而是在比下一个半周期再多延迟一周期从而成为加速半周期的半周期期间的相位510度左右被加速。上述内容中第二加速周期差为1.5周期。像这样的加速中，第二离子的加速比第一离子的速度慢。即，从漂移管直线加速器射出的第二离子的能量比第一离子的能量小。设有第一离子的电荷q1、质量A1、第二离子的电荷q2、质量A2时，优选地，使第二离子的能量为第一离子的能量的(q2/A2)/(q1/A1)(荷质比的比例)倍。

[0047] 此外，在第一离子和第二离子的荷质比的差较大的情况下，可以使第二加速周期差进一步增大到2.5周期、3.5周期。像这样，进行动作从而使对第二离子加速时的第二加速周期差大于对第一离子加速时的第一加速周期差。优选地，可以使第一加速周期差为半周期(0.5周期)，使第二加速周期差为(0.5+n)周期(n为正整数)。像这样，在荷质比较小的第二离子中，设计为与第一离子相比射出能量较低，从而使对第一离子加速时提供的高频功率、和对与第一离子相比荷质比较小即较重的第二离子进行加速时提供的高频功率的差变得较小即可，不需要较大的高频发生器。

[0048] 以往只有如下内容的设计思想，即，首先，对进行加速而需要较大高频功率的重的(质量大、荷质比小)第二离子(例如四价碳离子)的加速动作进行设计，通过降低高频功率从而能使轻的(质量小、荷质比大)第一离子(例如质子)加速到与第二离子相同的能量。即，只有如下内容的设计思想，即，无论第一离子的加速还是第二离子的加速都通过图4所说明的动作进行加速。像这样，在第一离子的加速中，从第二离子的加速时的高频功率起降低功率，将其加速到与第二离子相同的能量。从而，需要具有能输出高频功率的能力的高频发生器，该高频功率是用于将第二离子加速到与第一离子相同能量的高频功率。然而，本发明中，发现了利用与能对较轻、荷质比较大的第一离子加速的高频发生器几乎相同能力的高频发生器，通过使第二加速周期差大于第一加速周期差，从而即使射出的离子的能量较低，也能使较重、荷质比较小的第二离子加速，由此成功实现了能加速两种离子的漂移管直线加速器。

[0049] 图6是说明属于IH型漂移管直线加速器的、APF(Alternating-Phase Focusing：交变相聚焦)-IH型漂移管直线加速器的动作的图。该漂移管直线加速器被设计为在漂移管间隙Gi中-60度左右的相位下使离子通过，在下一个漂移管间隙Gi+1中高频电场强度达到峰值的相位+50度左右、即230度左右的相位下使离子通过，在再下一个漂移管间隙Gi+2中与漂移管间隙Gi同样地高频电场强度达到峰值的相位-60度左右、即300度左右的相位下使离子通过。通过这样的设计，仅在高频电场中抑制射束发散，能实现不需要另行设置集束设备就能进行加速的加速器。APF-IH型漂移管直线加速器中，如图6所示，也与图4说明的IH型漂移管直线加速器同样地、在相邻的漂移管间隙中进行动作使其以半周期不同的加速半周期进行加速。本发明中，在该APF-IH型漂移管直线加速器中，设计为使得第一离子进行图6所示的加速动作，利用这样设计成的APF-IH型漂移管直线加速器，通过图7所示的加速动作从而对比第一离子的荷质比小的第二离子进行加速。

[0050] 如图7所示，第二离子的集合体在漂移管间隙Gi中相位-60度左右通过而被加速。在漂移管间隙Gi+1中调整高频电场强度、即提供至圆筒谐振器的高频功率，使离子不是在下一个半周期、而是在比下一个半周期再多延迟一周期来成为加速半周期的半周期期间，在高频电场强度达到峰值的相位+50度左右的相位、即590度左右的相位下通过。根据以上的动作，与图4和图5中说明的动作同样地，第二离子比第一离子速度慢，从漂移管直线加速器射出时的能量低。该动作中，第一离子能仅利用高频电场抑制发散，第二离子可能无法仅利用高频电场抑制发散。该情况下，如图8所示，通过在漂移管T中内置产生磁场的集束设备
8，从而在第二离子加速时使集束设备8动作来抑制发散即可。

[0051] 此外，如图9至图11所示，能将在漂移管间隙产生的电场设为集束性的电场从而抑制发散。图9是表示沿着加速轴20排列的漂移管T中从漂移管Ti到漂移管Ti+2的部分的截面的示意图，图10是表示漂移管Ti和漂移管Ti+1的部分的立体图，图11是表示从加速轴方向观察形成于漂移管间隙的电场的示意图。图9以及图10所示的结构中，构成为在各漂移管T中设有向间隙侧突出的指状的电极Tf。各电极Tf被设为使形成于漂移管间隙的高频电场成为图11所示的四极电场。例如图9、图10所示，可以各将两个电极Tf设置于各漂移管中，使各漂移管间隙中，从构成漂移管间隙的一个漂移管突出的电极、和从另一个漂移管突出的电极位于加速轴20的周围彼此相差90度的位置。利用该结构，在漂移管间隙形成有四极电场，使离子被集束的同时被加速。利用该结构，在对第一离子加速的情况、和对第二离子加速的情况下，分别适当设计加速相位以及形成的四极电场，从而在对任何离子加速的情况下均不发散，能抑制损耗并进行加速。此外，也能并用图8所示的磁场进行的集束和上述电场进行的集束。

[0052] 像这样，允许第一离子和第二离子中射出的离子的能量不同来进行设计，从而使对第一离子加速时提供的高频功率、和与第一离子相比荷质比较小即较重的第二离子进行加速时提供的高频功率的差较小即可，不需要较大的高频发生器。

[0053] 对上述的实施方式1的同步加速器用入射器系统的漂移管直线加速器、即IH型漂移管直线加速器中的本发明的动作进行总结如下。在对第一离子进行加速的情况下，向漂移管直线加速器提供高频功率，使得多个漂移管间隙中的一个漂移管间隙中使第一离子加速的加速半周期、和被加速的该第一离子到达该一个漂移管间隙的相邻的漂移管间隙并被加速的加速半周期的差成为第一加速周期差，在对与第一离子相比荷质比小的第二离子进行加速的情况下，向漂移管直线加速器提供高频功率的高频，使得所述一个漂移管间隙中被加速的加速半周期、和被加速的该第二离子到达该一个漂移管间隙的相邻的漂移管间隙并被加速的加速半周期的差、即第二加速周期差大于第一加速周期差，从而利用能对第一离子加速的高频发生器，能构成虽然射出的离子的能量为低于第一离子的能量、但也能对第二离子进行加速的同步加速器用入射器系统。

[0054] 实施方式2.

[0055] 实施方式2中，说明利用了阿尔瓦雷斯型漂移管直线加速器作为构成图1所示的同步加速器用入射器系统10的漂移管直线加速器5的情况的动作。利用了阿尔瓦雷斯型漂移管直线加速器的情况下，也通过以大于第一离子的加速周期差的加速周期差对第二离子加速，从而利用能加速第一离子的高频发生器，能构成虽然射出的离子的能量为低于第一离子的能量、但也能对第二离子进行加速的同步加速器用入射器系统。

[0056] 图12是表示本发明的实施方式2所涉及的同步加速器用入射器系统的漂移管直线加速器5、即阿尔瓦雷斯型漂移管直线加速器5的简要结构的侧面剖视图。阿尔瓦雷斯型漂移管直线加速器5中，也在圆筒谐振器6内将多个漂移管T1、T2……排列在圆筒谐振器6的圆筒轴向上。图12中为了简便图示出排列了七个漂移管，但多数情况排列有更多的漂移管。圆筒谐振器6内被抽真空。各漂移管形成为在中央沿着供离子通过的加速轴20设有贯通孔的圆筒形，利用基杆3支承于圆筒谐振器壁7。阿尔瓦雷斯型漂移管直线加速器中，全部的漂移管的基杆向同一方向延伸。从图1所示的高频发生器50向圆筒谐振器内提供高频功率，在相邻的漂移管间隙G1、G2……产生高频电场，通过该高频电场对离子进行加速。在阿尔瓦雷斯型漂移管直线加速器中，通常与图8所示的内容同样地，将利用磁场的集束设备内置于漂移管内来抑制径向的射束发散。此外，也可以并用图9～11所说明的、利用电场的集束。

[0057] 这里，利用图13简单说明通过阿尔瓦雷斯型漂移管直线加速器对离子粒子加速的情况。图13是说明离子粒子依次通过某个漂移管间隙Gi、Gi+1、Gi+2来被加速的情况的线图。图13中，在漂移管间隙Gi产生的高频电场强度将达到峰值的相位作为0度来记载相位。阿尔瓦雷斯型漂移管直线加速器中，与IH型漂移管直线加速器不同，如图13的漂移管间隙Gi和Gi+1、或Gi+1和Gi+2的高频电场强度所示，设计为在相邻的漂移管间隙中产生的高频电场呈同相位。图13中示出了使离子加速的方向为正(上方)来作为高频电场的方向。由于高频电场强度为正时具有对离子进行加速的能力，因此与实施方式1的IH型漂移管直线加速器的情况同样地，将高频电场强度为正的半周期称为加速半周期。在阿尔瓦雷斯型漂移管直线加速器中，由于全部的漂移管间隙中高频相位呈相同相位，因此从(360＊N－90)度到(360＊N+90)度的半周期成为加速半周期。这里N是包含0的整数。

[0058] 双圆圈表示某个离子粒子的位置，随着相位推进即时间推进，用箭头表示该离子粒子前进至哪个位置。图13的最上部示出了与高频相位对应的离子粒子的位置、即在与相位对应的时间该离子粒子存在于什么位置。离子粒子在漂移管间隙Gi中从漂移管间隙Gi中产生的高频电场获取能量而被加速。离子粒子进入漂移管Ti后不被加速而以原本的能量前进，在下一个漂移管间隙Gi+1中从漂移管间隙Gi+1中产生的高频电场获取能量而进一步被加速。图13示出了像这样使离子粒子前进的情况。

[0059] 通常，在阿尔瓦雷斯型漂移管直线加速器中，调整电场强度使得加速半周期中电场强度快要达到峰值之前，在图13的漂移管间隙Gi中从电场强度的峰值起例如-30度左右的相位下使离子粒子通过。由此，对稍许延迟通过的离子粒子进一步加速，从而使离子的集合体形成。阿尔瓦雷斯型漂移管直线加速器中，在下一个漂移管间隙中也产生相同相位的高频电场，因此漂移管间隙Gi+1的加速半周期Pai+1成为从漂移管间隙Gi的加速半周期Pai起延迟了一个周期的半周期。即，相邻的漂移管间隙中加速半周期的差成为一个周期。设计为在该加速半周期的高频电场强度快要达到峰值之前，即在330度左右的相位下使离子的集合体通过漂移管间隙Gi+1。像这样使离子的集合体通过漂移管间隙从而被加速。

[0060] 以往的阿尔瓦雷斯型漂移管直线加速器中，进行如上文那样的设计，通过在运转时提供可达到依照设计的加速动作的高频功率，从而对离子粒子的集合体、即离子射束加速，使所设计的能量的离子射束射出，入射至同步加速器100。本发明的实施方式2中，荷质比较大的第一离子(例如质子)与以往同样地，通过与图13说明的相同的动作进行加速。然而，在荷质比较小的第二离子(例如四价的碳离子)中，使相邻的漂移管间隙之间的加速半周期的差成为比第一离子的加速半周期的差要大的差的加速半周期来进行加速。与实施方式1同样地，将对第一离子加速的加速半周期的差称为第一加速周期差，将对第二离子加速的加速半周期的差称为第二加速周期差。上述内容中，第一加速周期差为1周期。

[0061] 图14是表示本发明的实施方式2的同步加速器用入射器系统的漂移管直线加速器、即阿尔瓦雷斯型漂移管直线加速器中，将四价碳离子作为第二离子的情况的加速的状态的图。第二离子集合体在漂移管间隙Gi中高频电场强度快要达到峰值前的相位下通过并被加速。在漂移管间隙Gi+1中调整高频电场强度、即提供至圆筒谐振器的高频功率，使其不是在下一个周期、而是在比下一个周期再多延迟一周期来成为加速半周期的半周期期间的、高频电场强度快要达到峰值之前的相位下被加速。上述内容中第二加速周期差为2周期。像这样的加速中，第二离子的加速比第一离子的速度慢。即，从漂移管直线加速器射出的第二离子的能量比第一离子的能量小。设有第一离子的电荷q1、质量A1、第二离子的电荷q2、质量A2时，优选地，使第二离子的能量为第一离子的能量的(q2/A2)/(q1/A1)(荷质比部分)倍。

[0062] 此外，在第一离子和第二离子的荷质比的差较大的情况下，可以使第二加速周期差进一步增大到3周期、4周期。像这样，进行动作从而使对第二离子加速时的第二加速周期差大于对第一离子加速时的第一加速周期差。优选地，可以使第一加速周期差为1周期，使第二加速周期差为(1+n)周期(n为正整数)。像这样，在阿尔瓦雷斯型漂移管直线加速器中也与IH型漂移管直线加速器同样地，在荷质比较小的第二离子中，设计为与第一离子相比射出能量较低，从而使对第一离子加速时提供的高频功率、和对与第一离子相比荷质比较小即较重的第二离子进行加速时提供的高频功率的差变得较小即可，不需要较大的高频发生器。

[0063] 以上，对实施方式2的同步加速器用入射器系统的漂移管直线加速器、即阿尔瓦雷斯型漂移管直线加速器中的本发明的动作进行总结，与如实施方式1说明的IH型漂移管直线加速器中的动作同样地，如下文所述。在对第一离子进行加速的情况下，向漂移管直线加速器提供高频功率，使得多个漂移管间隙中的一个漂移管间隙中使第一离子加速的加速半周期、和被加速的该第一离子到达该一个漂移管间隙的相邻的漂移管间隙并被加速的加速半周期的差成为第一加速周期差，在对与第一离子相比荷质比小的第二离子进行加速的情况下，向漂移管直线加速器提供高频功率的高频，使得所述一个漂移管间隙中被加速的加速半周期、和被加速的该第二离子到达该一个漂移管间隙的相邻的漂移管间隙并被加速的加速半周期的差、即第二加速周期差大于第一加速周期差，从而利用能对第一离子加速的高频发生器，能构成虽然射出的离子的能量为低于第一离子的能量、但也能对第二离子进行加速的同步加速器用入射器系统。

[0064] 此外，本发明在该发明的范围内能对各实施方式进行适宜变形、省略。

[0065] 标号说明

[0066] 1 第一离子源

[0067] 2 第二离子源

[0068] 3 基杆

[0069] 4 低能射束传输路径

[0070] 5 漂移管直线加速器

[0071] 6 圆筒谐振器

[0072] 8 集束设备

[0073] 10 同步加速器用入射器系统

[0074] 20 加速轴

[0075] 43 合成器

[0076] 50 高频发生器

[0077] 100 同步加速器

[0078] G1～G7 漂移管间隙

[0079] T、T1～T7 漂移管

[0080] Pai、Pai+1、Pai+2 加速半周期

[0081] Tf 电极

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