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JP6257994B2 - Neutron generator and medical accelerator system - Google Patents

Neutron generator and medical accelerator system Download PDF

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JP6257994B2 JP2013219118A JP2013219118A JP6257994B2 JP 6257994 B2 JP6257994 B2 JP 6257994B2 JP 2013219118 A JP2013219118 A JP 2013219118A JP 2013219118 A JP2013219118 A JP 2013219118A JP 6257994 B2 JP6257994 B2 JP 6257994B2
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Description

本発明の実施形態は、中性子発生装置及び医療用加速器システムに関する。   Embodiments described herein relate generally to a neutron generator and a medical accelerator system.

中性子発生装置おいて、特に中性子治療に適用するための中性子発生装置は、高強度の中性子束を得ることが要求される。   In a neutron generator, a neutron generator particularly for application to neutron therapy is required to obtain a high-intensity neutron flux.

このような中性子発生装置としては、加速器によって加速された高エネルギーの陽子ビーム(荷電粒子ビーム)をターゲットに照射して中性子を発生させる中性子発生装置がある(例えば、特許文献1参照)。ここで、中性子を発生させるには、エネルギーの閾値がある。すなわち、荷電粒子ビームのエネルギーがこの閾値より高くなければ、中性子を発生させることができない。   As such a neutron generator, there is a neutron generator that generates neutrons by irradiating a target with a high-energy proton beam (charged particle beam) accelerated by an accelerator (see, for example, Patent Document 1). Here, in order to generate neutrons, there is an energy threshold. That is, neutrons cannot be generated unless the energy of the charged particle beam is higher than this threshold.

また、非特許文献1には、ターゲットに高電圧を印加することにより、ターゲット入射時の陽子のエネルギーを調整する技術が開示されている。   Non-Patent Document 1 discloses a technique for adjusting the energy of protons when a target is incident by applying a high voltage to the target.

特開2009−47432号公報JP 2009-47432 A

世界に誇る高性能単色中性子標準照射場が完成(お知らせ)III.主な技術開発の概要 独立行政法人 日本原子力研究開発機構 平成22年10月4日発表 http://www.jaea.go.jp/02/press2010/p10100401/index.htmlCompletion of world-class high-performance monochromatic neutron standard irradiation field (Notice) III. Outline of Main Technology Development Japan Atomic Energy Agency Announced October 4, 2010 http://www.jaea.go.jp/02/press2010/p10100401/index.html

上記特許文献1に記載された中性子発生装置は、加速器からの荷電粒子ビームのエネルギーを反応閾値近傍で必要な中性子束が得られる値に設定することが望ましい。因みに、これはターゲットの発熱や構造物の放射化及び副次的なガンマ線の発生を抑えるためである。   In the neutron generator described in Patent Document 1, it is desirable to set the energy of the charged particle beam from the accelerator to a value that provides a necessary neutron flux near the reaction threshold. Incidentally, this is to suppress heat generation of the target, activation of the structure, and generation of secondary gamma rays.

しかしながら、上記中性子発生装置は、加速器からの荷電粒子ビームのエネルギーを応答性よく、高精度で制御することは困難であった。この点、上記非特許文献1に記載された技術では、荷電粒子ビームのエネルギーをある程度制御することができるものの、さらに高精度で制御することが望まれていた。   However, it has been difficult for the neutron generator to control the energy of the charged particle beam from the accelerator with high responsiveness and high accuracy. In this regard, although the technique described in Non-Patent Document 1 described above can control the energy of the charged particle beam to some extent, it has been desired to control it with higher accuracy.

本発明の実施形態が解決しようとする課題は、発生する中性子の量及びエネルギーを高精度に調整することのできる中性子発生装置及び医療用加速器システムを提供することである。   The problem to be solved by the embodiments of the present invention is to provide a neutron generator and a medical accelerator system capable of adjusting the amount and energy of generated neutrons with high accuracy.

本実施形態の中性子発生装置は、荷電粒子ビームを所定のエネルギーまで加速する加速器と、前記加速器により加速された前記荷電粒子ビームが照射されて中性子を発生するターゲットと、前記ターゲットに対して電圧を印加し、前記ターゲットへの入射時の前記荷電粒子ビームのエネルギーを調整する高電圧電源と、前記ターゲットに前記荷電粒子ビームを照射して発生した中性子線量を検出する線量検出器と、前記線量検出器により検出された中性子線量に基づいて前記高電圧電源から前記ターゲットに印加する電圧の値を制御する電圧制御装置と、前記線量検出器により検出された中性子線量を積算する積算部と、前記積算部で積算された中性子線量が予め設定された値以上になったか否かを判定する判定部と、を備え、前記中性子線量が予め設定された値以上になった場合に前記荷電粒子ビームの供給を停止することを特徴とする。 The neutron generator of the present embodiment includes an accelerator that accelerates a charged particle beam to a predetermined energy, a target that generates neutrons when irradiated with the charged particle beam accelerated by the accelerator, and a voltage applied to the target. A high-voltage power source that applies and adjusts the energy of the charged particle beam when incident on the target; a dose detector that detects a neutron dose generated by irradiating the target with the charged particle beam; and the dose detection A voltage control device that controls a value of a voltage applied to the target from the high-voltage power source based on a neutron dose detected by a detector, an integration unit that integrates the neutron dose detected by the dose detector, and the integration comprising a determining unit neutron dose is accumulated is whether it is above a preset value in parts, and the neutron beam There characterized by stopping the supply of the charged particle beam when it becomes more than a preset value.

本実施形態の医療用加速器システムは、荷電粒子ビームを所定のエネルギーまで加速する加速器と、前記加速器により加速された前記荷電粒子ビームを照射して中性子を発生させるターゲットと、前記ターゲットに対して電圧を印加し、前記ターゲット入射時の前記荷電粒子ビームのエネルギーを調整する高電圧電源と、前記ターゲットにより発生した中性子線量を検出する線量検出器と、前記線量検出器により検出された中性子線量に基づいて前記高電圧電源の電圧の値を制御する電圧制御装置と、前記線量検出器により検出された中性子線量を積算する積算部と、前記積算部で積算された中性子線量が予め設定された値以上になったか否かを判定する判定部と、を備え、前記ターゲットは、ホウ素中性子補足療法(BNCT)に用いる中性子を放出するBNCT用ターゲットであって、前記中性子を照射対象に照射し、前記中性子線量が予め設定された値以上になった場合に前記荷電粒子ビームの供給を停止することを特徴とする。 The medical accelerator system of this embodiment includes an accelerator that accelerates a charged particle beam to a predetermined energy, a target that irradiates the charged particle beam accelerated by the accelerator to generate neutrons, and a voltage with respect to the target. A high voltage power source for adjusting the energy of the charged particle beam at the time of incidence of the target, a dose detector for detecting a neutron dose generated by the target, and a neutron dose detected by the dose detector A voltage control device that controls the voltage value of the high-voltage power supply, an integration unit that integrates the neutron dose detected by the dose detector, and the neutron dose integrated by the integration unit is greater than or equal to a preset value and a determination unit for determining whether or not now, the target is in use in boron neutron supplemental therapy (BNCT) A BNCT target for releasing the child, irradiating the neutron irradiation target, wherein the neutron dose stops supply of the charged particle beam when it becomes more than a preset value.

本実施形態によれば、発生する中性子の量及びエネルギーを高精度に調整することができ、制御性及び保守性を向上させることができる。   According to this embodiment, the amount and energy of neutrons generated can be adjusted with high accuracy, and controllability and maintainability can be improved.

本発明に係る中性子発生装置の第1実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows 1st Embodiment of the neutron generator which concerns on this invention. 本発明に係る中性子発生装置の第2実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows 2nd Embodiment of the neutron generator which concerns on this invention. 本発明に係る中性子発生装置の第3実施形態の駆動式ターゲットを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the drive type target of 3rd Embodiment of the neutron generator which concerns on this invention. 第3実施形態の変形例の回転式ターゲットを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the rotary target of the modification of 3rd Embodiment. 本発明に係る中性子発生装置の第4実施形態の斜角度入射ターゲットを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the oblique incidence target of 4th Embodiment of the neutron generator which concerns on this invention. 本発明に係る中性子発生装置の第5実施形態のターゲットの配置態様を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the arrangement | positioning aspect of the target of 5th Embodiment of the neutron generator which concerns on this invention.

以下に、本発明に係る中性子発生装置及び医療用加速器システムの実施形態について、図面を参照して説明する。   Embodiments of a neutron generator and a medical accelerator system according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

(第1実施形態)
図1は本発明に係る中性子発生装置の第1実施形態を示す断面図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of a neutron generator according to the present invention.

本実施形態の中性子発生装置は、例えば医療用加速器システムに適用される。この医療用加速器システムとしては、例えば病院内のホウ素中性子捕捉療法(BNCT:Boron Neutron Capture Therapy)に適用される。このBNCTとは、腫瘍内部に選択的に留められたホウ素化合物に体外から中性子を照射することによりホウ素と核反応を生じさせ、核分裂したヘリウムとリチウム原子核により腫瘍細胞のDNAのみを局部的に破壊するという治療方法である。   The neutron generator of this embodiment is applied to a medical accelerator system, for example. This medical accelerator system is applied to, for example, boron neutron capture therapy (BNCT) in a hospital. This BNCT causes a nuclear reaction with boron by irradiating a boron compound selectively retained inside the tumor with neutrons from outside the body, and locally destroys only the DNA of tumor cells by the fissioned helium and lithium nuclei. This is a treatment method.

図1に示すように、本実施形態の中性子発生装置は、イオン源1と、線形加速器3と、ターゲット部15とを備える。イオン源1は、荷電粒子ビーム2aを生成する。イオン源1は、輸送系4aを介して線形加速器3と接続されている。   As shown in FIG. 1, the neutron generator of this embodiment includes an ion source 1, a linear accelerator 3, and a target unit 15. The ion source 1 generates a charged particle beam 2a. The ion source 1 is connected to the linear accelerator 3 via the transport system 4a.

線形加速器3は、イオン源1で生成した荷電粒子ビーム2aを所定のエネルギーまで加速する。線形加速器3としては、例えば高周波四重極線形加速器(RFQ:Radio Frequency Quadrupole)が用いられる。また、線形加速器3を多段に接続してもよい。この場合、RFQとドリフトチューブ線形加速器(DTL:Drift Tube Linac)を多段に接続した構成等を適用することができる。   The linear accelerator 3 accelerates the charged particle beam 2a generated by the ion source 1 to a predetermined energy. As the linear accelerator 3, for example, a radio frequency quadrupole (RFQ) is used. Further, the linear accelerator 3 may be connected in multiple stages. In this case, the structure etc. which connected RFQ and the drift tube linear accelerator (DTL: Drift Tube Linac) in multiple stages are applicable.

線形加速器3は、輸送系4bを介してターゲット部15と接続されている。このターゲット部15は、ターゲット5と、ガンマシールド10と、モデレータ(減速体)11と、コリメータ12と、照射ポート13とを有している。   The linear accelerator 3 is connected to the target unit 15 via the transport system 4b. The target unit 15 includes a target 5, a gamma shield 10, a moderator (decelerator) 11, a collimator 12, and an irradiation port 13.

ターゲット5は、ターゲット収納室15a内に設置され、例えばリチウムが用いられる。ターゲット5には、線形加速器3により加速された荷電粒子ビーム2bが照射されて中性子8を発生する。ターゲット5は、絶縁部14により他の部材に対して電気的に絶縁されている。ターゲット5は、導線7を通して高電圧電源6と電気的に接続されている。高電圧電源6は、導線7を通してターゲット5に高電圧を印加する。   The target 5 is installed in the target storage chamber 15a and, for example, lithium is used. The target 5 is irradiated with the charged particle beam 2 b accelerated by the linear accelerator 3 to generate neutrons 8. The target 5 is electrically insulated from other members by the insulating portion 14. The target 5 is electrically connected to the high voltage power supply 6 through the conductive wire 7. The high voltage power supply 6 applies a high voltage to the target 5 through the conducting wire 7.

ターゲット収納室15a内には、線量検出器16が設置されている。この線量検出器16は、ターゲット5に荷電粒子ビーム2bを照射して発生した中性子の線量を検出する。この中性子の線量は、中性子線量モニタ17によりモニタ表示される。この中性子線量モニタ17は、電圧制御装置18と電気的に接続されている。この電圧制御装置18は、線量検出器16により検出された中性子線量に基づいて高電圧電源6からターゲット5に印加する高電圧の値を制御する。   A dose detector 16 is installed in the target storage chamber 15a. The dose detector 16 detects the dose of neutrons generated by irradiating the target 5 with the charged particle beam 2b. The neutron dose is displayed by the neutron dose monitor 17. The neutron dose monitor 17 is electrically connected to the voltage control device 18. The voltage control device 18 controls the value of the high voltage applied from the high voltage power supply 6 to the target 5 based on the neutron dose detected by the dose detector 16.

ガンマシールド10は、中性子8を発生する際に副次的に発生するガンマ線9を遮蔽する。モデレータ11は、荷電粒子ビーム2bをターゲット5に照射して生成される中性子8を減速しながら照射ポート13へ導く。この中性子8は、病院内等において照射対象である患者Pの腫瘍Tに照射される。   The gamma shield 10 shields gamma rays 9 that are secondary generated when the neutron 8 is generated. The moderator 11 guides the neutron 8 generated by irradiating the target 5 with the charged particle beam 2b to the irradiation port 13 while decelerating. This neutron 8 is irradiated to the tumor T of the patient P who is the irradiation target in a hospital or the like.

次に、本実施形態の作用を説明する。   Next, the operation of this embodiment will be described.

まず、イオン源1により荷電粒子ビーム2aを生成し、この荷電粒子ビーム2aを線形加速器3により所定のエネルギーまで加速する。そして、線形加速器3により加速された荷電粒子ビーム2bは、ターゲット収納室15a内のターゲット5に照射されて中性子8を発生する。この中性子8は、照射対象である患者Pの腫瘍Tに照射されて治療が行われる。   First, a charged particle beam 2 a is generated by the ion source 1, and the charged particle beam 2 a is accelerated to a predetermined energy by the linear accelerator 3. The charged particle beam 2b accelerated by the linear accelerator 3 is irradiated to the target 5 in the target storage chamber 15a to generate neutrons 8. This neutron 8 is irradiated to the tumor T of the patient P, who is the subject of irradiation, to be treated.

ここで、本実施形態では、ターゲット5としてリチウムを用い、荷電粒子ビーム2bとして陽子ビームを用いている。この場合、Li(p,n)Beの核反応が生じる閾値は、1.88MeVで吸熱反応である。 Here, in this embodiment, lithium is used as the target 5 and a proton beam is used as the charged particle beam 2b. In this case, the threshold value at which the nuclear reaction of 7 Li (p, n) 7 Be occurs is 1.88 MeV, which is an endothermic reaction.

なお、Li(p,n)反応では、リチウム7(Li)に陽子(p)が衝突することによってリチウム7(Li)がベリリウム7(Be)に変換される過程で中性子(n)が発生する(Li+p→Be+n)。ベリリウム7(Be)の半減期は、約2ヶ月であり、β崩壊によりリチウム7(Li)に戻る。つまり、Li(p,n)反応によって生成されたベリリウム7(Be)は、リチウム7(Li)に戻ることによって再びLi(p,n)反応に利用される。 Incidentally, Li (p, n) in the reaction, proton lithium 7 (7 Li) (p) of lithium 7 by the collision (7 Li) neutrons in the process of is converted to beryllium 7 (7 Be) (n) ( 7 Li + p → 7 Be + n). The half-life of beryllium 7 ( 7 Be) is about 2 months and returns to lithium 7 ( 7 Li) by β decay. That is, beryllium 7 ( 7 Be) generated by the Li (p, n) reaction is used again for the Li (p, n) reaction by returning to the lithium 7 ( 7 Li).

中性子治療に必要な中性子の量は、1.0×10n/cm/s程度である。上記閾値をやや超えるように例えば1.90MeVに反応エネルギーを設定した場合、ターゲット5との衝突で陽子ビームが1.88MeVの閾値まで減速されるまでに生成する中性子の量は、陽子ビーム1mAあたり1.0×1011n/s以上となり、20mA程度の陽子ビームで治療に十分な中性子が得られる見込みとなっている。 The amount of neutron required for neutron treatment is about 1.0 × 10 9 n / cm 2 / s. When the reaction energy is set to 1.90 MeV, for example, so as to slightly exceed the threshold value, the amount of neutrons generated before the proton beam is decelerated to the threshold value of 1.88 MeV due to collision with the target 5 is 1 mA per proton beam. 1.0 × 10 11 n / s or more, and a neutron sufficient for treatment is expected to be obtained with a proton beam of about 20 mA.

なお、リチウムターゲットとして液体リチウムを用いることも可能である。この液体リチウムターゲットは、供給と冷却の面から循環させるようにして用いる。この場合には、液体リチウムの循環系全体に高電圧を印加することができる機構にすればよい。   It is also possible to use liquid lithium as the lithium target. This liquid lithium target is used so as to be circulated from the surface of supply and cooling. In this case, a mechanism capable of applying a high voltage to the entire liquid lithium circulation system may be used.

上記のように構成された本実施形態では、高電圧電源6からターゲット5に高電圧を印加すると、荷電粒子ビーム2bをターゲット5に照射した際の相対的なエネルギーは、高電圧印加分だけ変化することになる。荷電粒子ビーム2bとして陽子ビームを用いた場合、高電圧電源6に負の電圧を印加すると、ターゲット5に入射する入射エネルギーを増大させることができる。   In the present embodiment configured as described above, when a high voltage is applied from the high voltage power source 6 to the target 5, the relative energy when the target 5 is irradiated with the charged particle beam 2b changes by the amount corresponding to the high voltage application. Will do. When a proton beam is used as the charged particle beam 2b, the incident energy incident on the target 5 can be increased by applying a negative voltage to the high voltage power source 6.

ここで、照射の際の相対的なエネルギーを変えることができれば、本実施形態のように必ずしもターゲット5のみを絶縁する必要はない。つまり、ターゲット5を含む構造物全体を絶縁して高電圧を印加する構成とすることも可能である。   Here, if the relative energy during irradiation can be changed, it is not always necessary to insulate only the target 5 as in the present embodiment. That is, it is also possible to insulate the entire structure including the target 5 and apply a high voltage.

したがって、本実施形態では、高電圧電源6の電圧のみで荷電粒子ビーム2bの照射エネルギーを調整することができるので、反応によって生成する中性子8の量及びエネルギーを高精度で制御することができる。   Therefore, in this embodiment, since the irradiation energy of the charged particle beam 2b can be adjusted only by the voltage of the high-voltage power supply 6, the amount and energy of the neutrons 8 generated by the reaction can be controlled with high accuracy.

また、本実施形態では、荷電粒子ビーム2bのターゲット5に対する相対的なエネルギーを、閾値をやや超えるように設定することにより、照射に直接使用可能な熱中性子が得られるため、減速材なしの構成とすることも可能である。この場合には、中性子8を減速する際に生じるガンマ線9も削減することができる。そのため、治療に用いる場合には、照射対象である患者Pへの不要な被ばくを低減させることができる。   Moreover, in this embodiment, since the thermal neutron which can be directly used for irradiation is obtained by setting the relative energy of the charged particle beam 2b with respect to the target 5 so as to slightly exceed the threshold value, the configuration without the moderator It is also possible. In this case, gamma rays 9 generated when the neutron 8 is decelerated can also be reduced. Therefore, when using for a treatment, the unnecessary exposure to the patient P who is irradiation object can be reduced.

さらに、本実施形態では、ターゲット5に荷電粒子ビーム2bを照射して発生した中性子線量を線量検出器16により検出している。電圧制御装置18は、この線量検出器16により検出された中性子線量に基づいて高電圧電源6からターゲット5に印加する高電圧の値を制御している。これにより、荷電粒子ビーム2bをターゲット5に照射した際の相対的なエネルギーを線量検出器16及び電圧制御装置18により制御することができる。その結果、反応によって生成する中性子8の量及びエネルギーを一段と高精度に制御することができ、制御性及び保守性を向上させることができる。   Furthermore, in this embodiment, the dose detector 16 detects the neutron dose generated by irradiating the target 5 with the charged particle beam 2b. The voltage control device 18 controls the value of the high voltage applied from the high voltage power supply 6 to the target 5 based on the neutron dose detected by the dose detector 16. Thus, the relative energy when the target 5 is irradiated with the charged particle beam 2 b can be controlled by the dose detector 16 and the voltage control device 18. As a result, the amount and energy of the neutrons 8 generated by the reaction can be controlled with higher accuracy, and controllability and maintainability can be improved.

すなわち、本実施形態では、高電圧電源6によって荷電粒子ビーム2bをターゲット5に照射した際の相対的なエネルギーを大きく上げるように調整すれば、熱外中性子の領域までの中性子を得ることができ、熱中性子では届かない深部に存在する腫瘍Tへの照射が可能になる。   That is, in the present embodiment, if the relative energy when the target 5 is irradiated with the charged particle beam 2b by the high voltage power source 6 is adjusted so as to greatly increase, neutrons up to the epithermal neutron region can be obtained. It is possible to irradiate a tumor T existing in a deep part that cannot be reached by thermal neutrons.

このように本実施形態では、エネルギー可変な中性子照射が実現することができ、高電圧電源6の高電圧を制御するだけの単純系であるので、高電圧電源6をターゲット5の近傍に設置すれば、応答性も非常に良好となり、フィードバック制御に最適である。   As described above, in this embodiment, neutron irradiation with variable energy can be realized, and since the system is a simple system that only controls the high voltage of the high voltage power supply 6, the high voltage power supply 6 can be installed near the target 5. Therefore, the responsiveness is very good, which is optimal for feedback control.

なお、ターゲット5の厚さは、ターゲット5を通過した荷電粒子ビーム2bの平均エネルギーが丁度閾値になるように設定すると、ビームを有効に使えることになる。例えば、線形加速器3からの陽子ビームが1.90MeVでリチウムのターゲット5に照射される場合は、およそ3μm程度となる。平均エネルギーが丁度閾値になるように設定した場合には、中性子生成反応に寄与しない陽子ビームによるターゲット5の発熱や不要なガンマ線9の発生を抑えることができる。   If the thickness of the target 5 is set so that the average energy of the charged particle beam 2b that has passed through the target 5 becomes just a threshold value, the beam can be used effectively. For example, when the proton beam from the linear accelerator 3 is irradiated to the lithium target 5 at 1.90 MeV, it is about 3 μm. When the average energy is set to exactly the threshold value, it is possible to suppress the heat generation of the target 5 and the generation of unnecessary gamma rays 9 due to the proton beam that does not contribute to the neutron production reaction.

(第2実施形態)
図2は本発明に係る中性子発生装置の第2実施形態を示す断面図である。
(Second Embodiment)
FIG. 2 is a sectional view showing a second embodiment of the neutron generator according to the present invention.

なお、以下の各実施形態は、前記第1実施形態の変形例であって、基本的な構成及び作用は、前記第1実施形態と同様であるので、異なる構成及び作用について説明する。また、以下の各実施形態では、前記第1実施形態と同一又は対応する部分には、同一の符号を付して説明する。   Each of the following embodiments is a modification of the first embodiment, and the basic configuration and operation are the same as those of the first embodiment. Therefore, different configurations and operations will be described. In the following embodiments, the same or corresponding parts as those in the first embodiment will be described with the same reference numerals.

図2に示すように、本実施形態では、線量検出器16が照射ポート13の出口近傍に設置されている。この線量検出器16は、荷電粒子ビーム2bの進行方向に対してターゲット5の下流側に設置されていればよい。線量検出器16は、中性子を透過可能な透過型(非破壊型)であるならば、荷電粒子ビーム2bのビーム軸線上に設置するようにしてもよい。   As shown in FIG. 2, in this embodiment, the dose detector 16 is installed in the vicinity of the exit of the irradiation port 13. The dose detector 16 may be installed on the downstream side of the target 5 with respect to the traveling direction of the charged particle beam 2b. The dose detector 16 may be installed on the beam axis of the charged particle beam 2b as long as it is a transmission type (non-destructive type) that can transmit neutrons.

中性子線量モニタ17は、積算部21及び判定部22を備えている。この積算部21は、線量検出器16により検出された中性子線量を積算する。判定部22は、積算部21で積算された中性子線量が予め設定された値以上になったか否かを判定する。本実施形態は、積算部21で積算された中性子線量が予め設定された値以上であると判定された場合、荷電粒子ビーム2bの供給を停止するようにしている。   The neutron dose monitor 17 includes an integrating unit 21 and a determining unit 22. The integrating unit 21 integrates the neutron dose detected by the dose detector 16. The determination unit 22 determines whether or not the neutron dose accumulated by the accumulation unit 21 is equal to or greater than a preset value. In the present embodiment, the supply of the charged particle beam 2b is stopped when it is determined that the neutron dose integrated by the integration unit 21 is equal to or greater than a preset value.

以下に荷電粒子ビーム2bの供給を停止する手段について説明する。   The means for stopping the supply of the charged particle beam 2b will be described below.

荷電粒子ビーム2bの供給を停止する手段としては、例えば以下の3つの手段がある。すなわち、電圧制御装置18を制御する手段と、イオン源1を制御する手段と、輸送系4aを制御する手段である。なお、荷電粒子ビーム2bの供給を停止するには、上記3つの手段のうち、少なくとも1つの手段を設ければよい。   As means for stopping the supply of the charged particle beam 2b, for example, there are the following three means. That is, there are means for controlling the voltage control device 18, means for controlling the ion source 1, and means for controlling the transport system 4a. In order to stop the supply of the charged particle beam 2b, at least one of the three means may be provided.

電圧制御装置18を制御する手段は、積算部21で積算された中性子線量が予め設定された値以上になった場合に電圧制御装置18により高電圧電源6からターゲット5に印加する電圧をゼロにする。   The means for controlling the voltage control device 18 sets the voltage applied from the high voltage power supply 6 to the target 5 by the voltage control device 18 to zero when the neutron dose accumulated by the accumulation unit 21 becomes a preset value or more. To do.

イオン源1には、イオン源制御装置25が設けられている。このイオン源制御装置25は、イオン源1により生成するイオンを制御する。イオン源制御装置25は、積算部21で積算された中性子線量が予め設定された値以上になった場合にイオンの生成を停止するように制御する。   The ion source 1 is provided with an ion source control device 25. The ion source control device 25 controls ions generated by the ion source 1. The ion source control device 25 performs control so as to stop the generation of ions when the neutron dose accumulated by the accumulating unit 21 becomes equal to or greater than a preset value.

輸送系4aには、ビームチョッパ23が設置されている。このビームチョッパ23は、電場によって荷電粒子ビーム2aを曲げて荷電粒子ビーム2aが線形加速器3に入射しないようにするものである。ビームチョッパ23は、輸送系制御装置24により制御され、この輸送系制御装置24は、積算部21で積算された中性子線量が予め設定された値以上になった場合にビームチョッパ23を作動させるように制御することで、荷電粒子ビーム2aを線形加速器3に入射しないようにする。   A beam chopper 23 is installed in the transport system 4a. The beam chopper 23 bends the charged particle beam 2 a by an electric field so that the charged particle beam 2 a does not enter the linear accelerator 3. The beam chopper 23 is controlled by the transport system control device 24, and this transport system control device 24 operates the beam chopper 23 when the neutron dose accumulated by the accumulating unit 21 becomes a preset value or more. To prevent the charged particle beam 2a from entering the linear accelerator 3.

このように本実施形態によれば、中性子線量が予め設定された値以上になった場合に荷電粒子ビーム2bの供給を停止することにより、中性子を医療用に用いた場合に照射対象である患者Pに対して必要以上の中性子を照射することがなくなる。その結果、患者Pへの不要な被ばくを低減させることができる。   As described above, according to the present embodiment, when the neutron dose exceeds a preset value, the supply of the charged particle beam 2b is stopped, so that the patient who is the irradiation target when the neutron is used for medical purposes. Irradiation of P with more than necessary neutrons is eliminated. As a result, unnecessary exposure to the patient P can be reduced.

また、本実施形態によれば、荷電粒子ビーム2bの供給を停止する手段として3つの手段を用いたことにより、信頼性を向上させることができる。   Further, according to the present embodiment, the reliability can be improved by using three means as means for stopping the supply of the charged particle beam 2b.

なお、本実施形態では、荷電粒子ビーム2bの供給を停止する手段として3つの手段を用いたが、これに限らず予め設定された時間を経過すると、自動的に荷電粒子ビーム2bの供給を停止するように制御してもよい。   In this embodiment, three means are used as means for stopping the supply of the charged particle beam 2b. However, the present invention is not limited to this, and the supply of the charged particle beam 2b is automatically stopped when a preset time has elapsed. You may control to do.

(第3実施形態)
図3は本発明に係る中性子発生装置の第3実施形態の駆動式ターゲットを示す説明図である。なお、以下の各実施形態は、前記第1実施形態のターゲットの変形例であって、基本的な構成及び作用は、前記第1実施形態と同様であるので、異なる構成及び作用について説明する。
(Third embodiment)
FIG. 3 is an explanatory view showing a drive target of a third embodiment of the neutron generator according to the present invention. Each of the following embodiments is a modification of the target of the first embodiment, and the basic configuration and operation thereof are the same as those of the first embodiment. Therefore, different configurations and operations will be described.

図3に示すように、本実施形態のターゲット5には、図示しない駆動機構が設けられている。これにより、荷電粒子ビーム2bのビーム軸に対して垂直な面内でターゲット5を上下左右に移動することができる。   As shown in FIG. 3, the target 5 of this embodiment is provided with a drive mechanism (not shown). Thereby, the target 5 can be moved vertically and horizontally within a plane perpendicular to the beam axis of the charged particle beam 2b.

このように本実施形態によれば、ターゲット5に駆動機構を設けて、荷電粒子ビーム2bのビーム軸に対して垂直な面内でターゲット5を上下左右に移動可能としたことにより、荷電粒子ビーム2bの照射位置20を変えることができる。そのため、荷電粒子ビーム2bの照射に伴うターゲット5の発熱によるターゲット5の消耗あるいは損傷を抑えることができる。   As described above, according to the present embodiment, the target 5 is provided with a drive mechanism so that the target 5 can be moved vertically and horizontally within a plane perpendicular to the beam axis of the charged particle beam 2b. The irradiation position 20 of 2b can be changed. Therefore, consumption or damage of the target 5 due to heat generation of the target 5 due to irradiation of the charged particle beam 2b can be suppressed.

図4は第3実施形態の変形例の回転式ターゲットを示す説明図である。   FIG. 4 is an explanatory view showing a rotary target according to a modification of the third embodiment.

図4に示すように、本変形例のターゲット5は、円形に形成されている。ターゲット5には、ターゲット5を回転駆動する回転駆動機構が設けられている。この回転駆動機構の回転軸は、ターゲット5において荷電粒子ビーム2bのビーム軸に対してずらした位置に固定されている。   As shown in FIG. 4, the target 5 of this modification is formed in a circular shape. The target 5 is provided with a rotational drive mechanism that rotationally drives the target 5. The rotational axis of this rotational drive mechanism is fixed at a position shifted from the beam axis of the charged particle beam 2 b in the target 5.

このように本変形例によれば、ターゲット5に回転駆動機構を設けて、荷電粒子ビーム2bのビーム軸に対して回転軸をずらした円形のターゲット5を回転させることにより、荷電粒子ビーム2bの照射位置20を変えることができる。その結果、第2実施形態と同様の効果を得ることができる。   As described above, according to the present modification, the target 5 is provided with the rotation drive mechanism, and the circular target 5 whose rotational axis is shifted with respect to the beam axis of the charged particle beam 2b is rotated. The irradiation position 20 can be changed. As a result, the same effect as in the second embodiment can be obtained.

なお、本変形例において回転体であるターゲット5へ高電圧を印加するには、ブラシを用いることで回転範囲の制約をなくすことができる。   In addition, in order to apply a high voltage to the target 5 which is a rotary body in this modification, the restriction | limiting of a rotation range can be eliminated by using a brush.

(第4実施形態)
図5は本発明に係る中性子発生装置の第4実施形態の斜角度入射ターゲットを示す説明図である。
(Fourth embodiment)
FIG. 5 is an explanatory view showing an oblique incidence target of the fourth embodiment of the neutron generator according to the present invention.

図5に示すように、本実施形態は、ターゲット5に、ターゲット5の面をビーム軸30に対して傾斜させる図示しない傾斜駆動機構が設けられている。これにより、本実施形態は、ターゲット5の面をビーム軸30に対して傾斜可能としている。すなわち、ターゲット5の面をビーム軸30の入射角に対して調整可能となる。   As shown in FIG. 5, in this embodiment, the target 5 is provided with a tilt driving mechanism (not shown) that tilts the surface of the target 5 with respect to the beam axis 30. Thereby, in the present embodiment, the surface of the target 5 can be inclined with respect to the beam axis 30. That is, the surface of the target 5 can be adjusted with respect to the incident angle of the beam axis 30.

したがって、本実施形態では、ビーム軸30に対してターゲット5を傾けることにより、ビームが通過するターゲット5の厚さが変わることになる。これにより、中性子の生成量を制御することができる。また、ターゲット5の厚さを変えることで、照射によるターゲット5の消耗分を補うことも可能となる。   Therefore, in the present embodiment, by tilting the target 5 with respect to the beam axis 30, the thickness of the target 5 through which the beam passes changes. Thereby, the production amount of neutrons can be controlled. Further, by changing the thickness of the target 5, it becomes possible to compensate for the consumption of the target 5 due to irradiation.

なお、本実施形態は、前記第2実施形態及びその変形例と組み合わせた構成とすることもできる。   In addition, this embodiment can also be set as the structure combined with the said 2nd Embodiment and its modification.

(第5実施形態)
図6は本発明に係る中性子発生装置の第5実施形態のターゲットの配置態様を示す断面図である。
(Fifth embodiment)
FIG. 6 is a cross-sectional view showing an arrangement of targets in the fifth embodiment of the neutron generator according to the present invention.

図6に示すように、本実施形態では、荷電粒子ビーム2bのビーム軸方向に対して前記第1実施形態で用いたターゲットを2枚配置してターゲット5a,5bとして示す。ターゲット5aは、荷電粒子ビーム2bの進行方向に対して上流側に設置され、ターゲット5bは、荷電粒子ビーム2bの進行方向に対して下流側に設置されている。この場合、高電圧を印加するのは、ターゲット5a,5bのいずれか一方であっても構わない。以下、ターゲット5a,5bを区別する場合には、ターゲット5aを上流側のターゲット5aとし、ターゲット5bを下流側のターゲット5bとする。   As shown in FIG. 6, in this embodiment, two targets used in the first embodiment are arranged as targets 5a and 5b with respect to the beam axis direction of the charged particle beam 2b. The target 5a is installed on the upstream side with respect to the traveling direction of the charged particle beam 2b, and the target 5b is installed on the downstream side with respect to the traveling direction of the charged particle beam 2b. In this case, the high voltage may be applied to either one of the targets 5a and 5b. Hereinafter, when the targets 5a and 5b are distinguished, the target 5a is assumed to be the upstream target 5a, and the target 5b is assumed to be the downstream target 5b.

したがって、本実施形態では、上流側のターゲット5aに照射された荷電粒子ビーム2bのうち大部分は、上流側のターゲット5aの厚さに依存したエネルギーを平均的に失った後、下流側のターゲット5bに入射することになる。この時のエネルギーが中性子生成反応の閾値よりも高ければ、下流側のターゲット5bからも中性子8が得られる。   Therefore, in this embodiment, most of the charged particle beam 2b irradiated to the upstream target 5a loses the energy depending on the thickness of the upstream target 5a on the average, and then the downstream target. It will enter into 5b. If the energy at this time is higher than the threshold value of the neutron production reaction, the neutron 8 is obtained from the downstream target 5b.

なお、本実施形態では、2枚のターゲット5a,5bの厚さの合計を前記第1実施形態のターゲット5の厚さと同じにすれば、得られる中性子8の量は、前記第1実施形態と同程度になる。その一方でターゲットを2つに分割することで熱負荷を分散させることができる。この場合、上流側のターゲット5a、下流側のターゲット5bへの印加電圧は、抵抗分割部40によって調整することもできる。   In this embodiment, if the total thickness of the two targets 5a and 5b is the same as the thickness of the target 5 of the first embodiment, the amount of neutrons 8 obtained is the same as that of the first embodiment. It becomes the same level. On the other hand, the thermal load can be dispersed by dividing the target into two. In this case, the voltage applied to the upstream target 5 a and the downstream target 5 b can also be adjusted by the resistance divider 40.

また、本実施形態では、下流側のターゲット5bの電位を上流側のターゲット5aで失う平均エネルギーに相当する分に低下させれば、下流側のターゲット5bでも上流側のターゲット5aとほぼ同等の中性子8が得られることになり、上流側のターゲット5aの通過後の荷電粒子ビーム2bを再利用して効率よく中性子8を生成することが可能となる。   Further, in the present embodiment, if the potential of the downstream target 5b is reduced to an amount corresponding to the average energy lost in the upstream target 5a, the downstream target 5b also has neutrons that are substantially equivalent to the upstream target 5a. 8 is obtained, and it becomes possible to efficiently generate the neutron 8 by reusing the charged particle beam 2b after passing through the upstream target 5a.

(その他の実施形態)
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
(Other embodiments)
Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, changes, and combinations can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

例えば、上記実施形態では、医療用加速器システムとしてBNCTに適用した例について説明したが、これに限らず陽電子放出断層撮像(PET:Positron Emission Tomography)用の放射性同位体元素を製造するために適用することができる。   For example, in the above-described embodiment, an example in which the medical accelerator system is applied to BNCT has been described. However, the present invention is not limited thereto, and is applied to manufacture a radioisotope element for positron emission tomography (PET). be able to.

また、上記実施形態では、線形加速器3を用いて荷電粒子ビーム2aを所定のエネルギーまで加速するようにしたが、これ以外の加速器としてはサイクロトロンあるいはFFAG(Fixed Field Alternating Gradient)加速器を用いることもできる。   In the above embodiment, the charged particle beam 2a is accelerated to a predetermined energy using the linear accelerator 3, but a cyclotron or a FFAG (Fixed Field Alternating Gradient) accelerator may be used as the other accelerator. .

さらに、上記実施形態において、荷電粒子ビーム2bのビーム進行方向に対してターゲット5の上流側に荷電粒子ビーム2bを偏向させるための電場あるいは磁場を生じさせることも可能である。これにより、ターゲット5への荷電粒子ビーム2bの照射位置を変えることができる。   Furthermore, in the above embodiment, it is also possible to generate an electric field or magnetic field for deflecting the charged particle beam 2b upstream of the target 5 with respect to the beam traveling direction of the charged particle beam 2b. Thereby, the irradiation position of the charged particle beam 2b to the target 5 can be changed.

そして、上記実施形態において、荷電粒子ビーム2bのビーム進行方向に対してターゲット5の上流側に荷電粒子ビーム2bを集束又は発散させるための四極電場あるいは磁場を生じさせることも可能である。これにより、ターゲット5への荷電粒子ビーム2bの照射面積を変えることができる。   In the embodiment described above, it is also possible to generate a quadrupole electric field or magnetic field for focusing or diverging the charged particle beam 2b upstream of the target 5 with respect to the beam traveling direction of the charged particle beam 2b. Thereby, the irradiation area of the charged particle beam 2b to the target 5 can be changed.

1…イオン源、2a,2b…荷電粒子ビーム、3…線形加速器、4a…輸送系、4b…輸送系、5…ターゲット、5a…上流側のターゲット、5b…下流側のターゲット、6…高電圧電源、7…導線、8…中性子、9…ガンマ線、10…ガンマ線シールド、11…モデレータ、12…コリメータ、13…照射ポート、14…絶縁部、15…ターゲット部、15a…ターゲット収納室、16…線量検出器、17…中性子線量モニタ、18…電圧制御装置、20…照射位置、21…積算部、22…判定部、23…ビームチョッパ、24…輸送系制御装置、25…イオン源制御装置、30…ビーム軸、40…抵抗分割部、P…患者、T…腫瘍   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ion source, 2a, 2b ... Charged particle beam, 3 ... Linear accelerator, 4a ... Transport system, 4b ... Transport system, 5 ... Target, 5a ... Upstream target, 5b ... Downstream target, 6 ... High voltage Power source, 7 ... conductive wire, 8 ... neutron, 9 ... gamma ray, 10 ... gamma ray shield, 11 ... moderator, 12 ... collimator, 13 ... irradiation port, 14 ... insulating part, 15 ... target part, 15a ... target storage room, 16 ... Dose detector, 17 ... Neutron dose monitor, 18 ... Voltage control device, 20 ... Irradiation position, 21 ... Integration unit, 22 ... Determination unit, 23 ... Beam chopper, 24 ... Transport system control device, 25 ... Ion source control device, 30 ... Beam axis, 40 ... Resistance dividing part, P ... Patient, T ... Tumor

Claims (10)

荷電粒子ビームを所定のエネルギーまで加速する加速器と、
前記加速器により加速された前記荷電粒子ビームが照射されて中性子を発生するターゲットと、
前記ターゲットに対して電圧を印加し、前記ターゲットへの入射時の前記荷電粒子ビームのエネルギーを調整する高電圧電源と、
前記ターゲットに前記荷電粒子ビームを照射して発生した中性子線量を検出する線量検出器と、
前記線量検出器により検出された中性子線量に基づいて前記高電圧電源から前記ターゲットに印加する電圧の値を制御する電圧制御装置と、
前記線量検出器により検出された中性子線量を積算する積算部と、
前記積算部で積算された中性子線量が予め設定された値以上になったか否かを判定する判定部と、
を備え
前記中性子線量が予め設定された値以上になった場合に前記荷電粒子ビームの供給を停止することを特徴とする中性子発生装置。
An accelerator for accelerating a charged particle beam to a predetermined energy;
A target that emits neutrons when irradiated with the charged particle beam accelerated by the accelerator;
A high voltage power source that applies a voltage to the target and adjusts the energy of the charged particle beam when incident on the target;
A dose detector for detecting a neutron dose generated by irradiating the target with the charged particle beam;
A voltage control device that controls a value of a voltage applied to the target from the high-voltage power source based on a neutron dose detected by the dose detector;
An accumulator for accumulating the neutron dose detected by the dose detector;
A determination unit that determines whether or not the neutron dose accumulated in the accumulation unit is equal to or greater than a preset value;
Equipped with a,
The neutron generator , wherein the supply of the charged particle beam is stopped when the neutron dose becomes a preset value or more .
前記電圧制御装置は、前記積算部で積算された中性子線量が予め設定された値以上になった場合に前記高電圧電源から前記ターゲットへの電圧の印加を停止することを特徴とする請求項1に記載の中性子発生装置。 The voltage control device stops application of a voltage from the high-voltage power source to the target when a neutron dose accumulated by the accumulation unit becomes equal to or higher than a preset value. The neutron generator described in 1. 前記荷電粒子ビームを生成するイオン源と、
前記イオン源のイオンの生成を制御するイオン源制御装置と、を有し、
前記イオン源制御装置は、前記積算部で積算された中性子線量が予め設定された値以上になった場合に前記イオンの生成を停止することを特徴とする請求項1に記載の中性子発生装置。
An ion source for generating the charged particle beam;
An ion source control device for controlling the generation of ions of the ion source,
2. The neutron generator according to claim 1 , wherein the ion source control device stops the generation of the ions when a neutron dose accumulated by the accumulation unit becomes a preset value or more .
前記荷電粒子ビームを生成するイオン源と、
前記イオン源と前記加速器との間に設けられた輸送系と、
前記輸送系に設置され、前記イオン源で生成した前記荷電粒子ビームを前記加速器に入射しないように進行方向を曲げるビームチョッパと、
前記ビームチョッパの作動を制御する輸送系制御装置と、を有し、
前記輸送系制御装置は、前記中性子線量が予め設定された値以上になった場合に前記ビームチョッパを作動させ前記荷電粒子ビームが前記加速器に入射しないように制御することを特徴とする請求項1又は2に記載の中性子発生装置。
An ion source for generating the charged particle beam;
A transport system provided between the ion source and the accelerator;
A beam chopper installed in the transport system and bending the traveling direction so that the charged particle beam generated by the ion source does not enter the accelerator;
A transport system control device for controlling the operation of the beam chopper,
The transport system control device controls the charged particle beam so that the charged particle beam does not enter the accelerator by operating the beam chopper when the neutron dose exceeds a preset value. Or the neutron generator of 2 .
前記ターゲットは、前記荷電粒子ビームのビーム軸に垂直な面内を移動させる駆動機構を有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載された中性子発生装置。 The neutron generator according to any one of claims 1 to 4, wherein the target has a drive mechanism that moves in a plane perpendicular to a beam axis of the charged particle beam . 前記ターゲットは、円形に形成され、前記荷電粒子ビームのビーム軸に対して回転軸をずらして回転させる回転駆動機構を有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載された中性子発生装置。 5. The target according to claim 1, wherein the target is formed in a circular shape and has a rotation drive mechanism that rotates with a rotation axis shifted from a beam axis of the charged particle beam . Neutron generator. 前記ターゲットは、その面を前記荷電粒子ビームのビーム軸に対して傾斜可能とする傾斜駆動機構を有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の中性子発生装置。 The neutron generator according to any one of claims 1 to 6 , wherein the target has a tilt driving mechanism that allows a surface of the target to tilt with respect to a beam axis of the charged particle beam . 前記ターゲットは、前記荷電粒子ビームのビーム軸方向に複数配置されたことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の中性子発生装置。 The neutron generator according to claim 1 , wherein a plurality of the targets are arranged in a beam axis direction of the charged particle beam . 前記ターゲットは、前記荷電粒子ビームの進行方向に対して上流側及び下流側に配置され、下流側のターゲットの電位を上流側のターゲットで失う平均エネルギーに相当する分に低下させたことを特徴とする請求項8に記載の中性子発生装置。 The target is disposed on the upstream side and the downstream side with respect to the traveling direction of the charged particle beam, and the potential of the target on the downstream side is reduced to an amount corresponding to the average energy lost in the target on the upstream side. The neutron generator according to claim 8 . 荷電粒子ビームを所定のエネルギーまで加速する加速器と、
前記加速器により加速された前記荷電粒子ビームを照射して中性子を発生させるターゲットと、
前記ターゲットに対して電圧を印加し、前記ターゲット入射時の前記荷電粒子ビームのエネルギーを調整する高電圧電源と、
前記ターゲットにより発生した中性子線量を検出する線量検出器と、
前記線量検出器により検出された中性子線量に基づいて前記高電圧電源の電圧の値を制御する電圧制御装置と、
前記線量検出器により検出された中性子線量を積算する積算部と、
前記積算部で積算された中性子線量が予め設定された値以上になったか否かを判定する判定部と、
を備え、
前記ターゲットは、ホウ素中性子補足療法(BNCT)に用いる中性子を放出するBNCT用ターゲットであって、前記中性子を照射対象に照射し、
前記中性子線量が予め設定された値以上になった場合に前記荷電粒子ビームの供給を停止することを特徴とする医療用加速器システム
An accelerator for accelerating a charged particle beam to a predetermined energy;
A target for generating neutrons by irradiating the charged particle beam accelerated by the accelerator;
A high-voltage power source that applies a voltage to the target and adjusts the energy of the charged particle beam when the target is incident;
A dose detector for detecting a neutron dose generated by the target;
A voltage control device for controlling the voltage value of the high-voltage power supply based on the neutron dose detected by the dose detector;
An accumulator for accumulating the neutron dose detected by the dose detector;
A determination unit that determines whether or not the neutron dose accumulated in the accumulation unit is equal to or greater than a preset value;
With
The target is a target for BNCT that emits neutrons used for boron neutron supplement therapy (BNCT), and irradiates the irradiation target with the neutrons.
A medical accelerator system , wherein the supply of the charged particle beam is stopped when the neutron dose exceeds a preset value.
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