具体实施方式

以下，参考附图对本发明所涉及的粒子束装置1进行详细说明。以下，有时如各图所示设定XYZ正交坐标系统，且将X、Y、Z用于各部的位置关系的说明。

图1所示的粒子束装置1例如为用于粒子束治疗装置且对粒子束治疗装置的射束加速装置3供给离子束的装置。射束加速装置3例如为RFQ(radio-frequency quadrupole，射频四极)等线性加速器。从粒子束装置1供给且由射束加速装置3加速的上述离子束传输至粒子束治疗装置的主体部(未图示)。在主体部中，通过上述离子束照射治疗对象患者来执行粒子束治疗。粒子束装置1具备第1离子源11和第2离子源12这两个离子源、偏转电磁体15、射束诊断装置17(电流测量装置)及射束传输系统(LEBT：Low Energy Beam Transport，低能量射束传输系统)19。

第1离子源11及第2离子源12为生成离子的装置，例如为ECR离子源。第1离子源11和第2离子源12产生互不相同的离子。在本实施方式中，由第1离子源11产生的离子与由第2离子源12产生的离子的电荷的正负相同。在本实施方式中，以第1离子源11产生C⁴⁺、第2离子源12产生He²⁺(α粒子)的情况为例进行说明。

如图1所示，第1离子源11、偏转电磁体15及第2离子源12依次在Y方向上排列，即，偏转电磁体15配置成在Y方向上夹在第1离子源11与第2离子源12之间。第1离子源11和第2离子源12向彼此对置的方向分别射出离子束，各离子束导入至偏转电磁体15中。具体而言，第1离子源11向+Y方向射出离子束B1(以下，称为“第1离子束B1”)，该第1离子束B1入射至偏转电磁体15。并且，第2离子源12向-Y方向射出离子束B2(以下，称为“第2离子束B2”)，该第2离子束B2入射至偏转电磁体15。在此，第1离子源11和第2离子源12同时运转，第1离子束B1和第2离子束B2双方均同时入射至偏转电磁体15。

另外，从第1离子源11至偏转电磁体15之间，无需设置通过磁场会聚第1离子束B1的射束会聚装置。因此，第1离子源11的射束射出喷嘴11a直接连接于偏转电磁体15的框体15h。同样地，从第2离子源12至偏转电磁体15之间，无需设定通过磁场会聚第2离子束B2的射束会聚装置，第2离子源12的射束射出喷嘴12a直接连接于偏转电磁体15的框体15h。

偏转电磁体15具备在Z方向上隔着间隔相对面的一对磁极15a、15b和容纳磁极15a、15b且内部被抽真空的框体15h。在偏转电磁体15中，通过向磁极15a的线圈(未图示)和磁极15b的线圈(未图示)供给电流，在磁极15a与磁极15b之间的间隙形成磁场。第1离子束B1及第2离子束B2导入至磁极15a与磁极15b之间的间隙，并通过穿过上述磁场而偏转。通过适当调整这种偏转电磁体15的磁场强度(磁极15a与磁极15b之间的磁场强度)，第1离子束B1或第2离子束B2中的一个成为向下游侧的装置即射束传输系统19偏转的状态，另一个成为向射束诊断装置17偏转的状态(参考图2的(a)、图2的(b))。

如图2的(a)、图2的(b)所示，偏转电磁体15的磁极15a和磁极15b具有相同形状且在Z方向上重叠。从Z方向观察时，磁极15a、15b呈六边形，在该六边形的6个边中的4个边上具有对应的边缘16p、16q、16r、16s。第1离子束B1横穿边缘16p导入至偏转电磁体15中，第2离子束B2横穿边缘16q导入至偏转电磁体15中。并且，第1离子束B1或第2离子束B2中向射束传输系统19偏转的一个离子束横穿边缘16r从偏转电磁体15射出，向射束诊断装置17偏转的另一个离子束横穿边缘16s从偏转电磁体15射出。边缘16r、16s为在Y方向上延伸的边缘。边缘16p相对于X方向倾斜，导入至偏转电磁体15中的第1离子束B1倾斜地横穿边缘16p。同样地，边缘16q也相对于X方向倾斜，导入至偏转电磁体15的第2离子束B2倾斜地横穿边缘16q。如此，通过第1离子束B1及第2离子束B2倾斜地横穿偏转电磁体15的边缘16p、16q，第1离子束B1及第2离子束B2会聚。

如图1所示，按射束诊断装置17、偏转电磁体15及射束传输系统19的顺序在X方向上排列，即，偏转电磁体15配置成在X方向上夹在射束诊断装置17与射束传输系统19之间。射束传输系统19将从偏转电磁体15向+X方向射出的离子束(第1离子束B1或第2离子束B2中的一个)传输至射束加速装置3。射束传输系统19构成为包括三个使离子束会聚的静电四极电磁体19a。

从偏转电磁体15向-X方向射出的离子束(第1离子束B1或第2离子束B2中的另一个)入射至射束诊断装置17，该离子束的射束电流由射束诊断装置17测量。另外，射束诊断装置17还可以测量上述离子束的射束分布。

在上述结构的粒子束装置1中，可以将第1离子束B1或第2离子束B2中的所期望的任一个选择性地供给至射束加速装置3，以用于粒子束治疗。以下，对用于如此切换向射束加速装置3供给第1离子束B1的粒子束装置1的状态(以下，称为“第1状态”)和供给第2离子束B2的粒子束装置1的状态(以下，称为“第2状态”)的机制进行说明。图2的(a)是示意地表示粒子束装置1的第1状态下的偏转电磁体15附近的图，图2的(b)是示意地表示粒子束装置1的第2状态下的偏转电磁体15附近的图。

(第1状态)

如图2的(a)所示，在第1状态下，第1离子束B1从第1离子源11的射束射出喷嘴11a向+Y方向射出，并导入至偏转电磁体15中。然后，第1离子束B1受到偏转电磁体15的磁场的与行进方向正交的方向的洛伦兹力而弯曲，最终从偏转电磁体15向+X方向射出，并射出至射束传输系统19(偏转电磁体15的偏转功能)。

如上所述的第1离子束B1弯曲的方向和曲率取决于偏转电磁体15的磁场强度(磁极15a与磁极15b之间的磁场强度)，因此通过适当设定偏转电磁体15的磁场强度，能够使第1离子束B1射出至射束传输系统19。即，将磁场强度设定为第1离子束B1(C⁴⁺射束)在偏转电磁体15中向射束传输系统19侧偏转90°即可。另外，入射至射束传输系统19的第1离子束B1如上所述穿过射束加速装置3而用于粒子束治疗。

另一个面，在该第1状态下，第2离子束B2从第2离子源12的射束射出喷嘴12a向-Y方向射出，并导入至偏转电磁体15中。然后，第2离子束B2受到偏转电磁体15的磁场的与行进方向正交的方向的洛伦兹力而弯曲，最终从偏转电磁体15向-X方向射出，并射出至射束诊断装置17。在射束诊断装置17中，测量第2离子束B2的射束电流。

(第2状态)

如图2的(b)所示，在第2状态下，与第1状态相反的洛伦兹力作用于第1离子束B1及第2离子束B2，第2离子束B2射出至射束传输系统19，第1离子束B1射出至射束诊断装置17。入射至射束传输系统19的第2离子束B2如上所述穿过射束加速装置3而用于粒子束治疗，在射束诊断装置17中，测量第1离子束B1的射束电流。为了实现这种第2状态，将偏转电磁体15的磁场强度设定为第2离子束B2(He²⁺射束)在偏转电磁体15中向射束传输系统19侧偏转90°即可。

(第1状态和第2状态的切换)

如上所述的第1状态和第2状态的切换可以通过切换偏转电磁体15的磁场强度来执行。该磁场强度的切换包括磁极15a和磁极15b的极性的反转。具体而言，这种偏转电磁体15的磁场强度的切换通过切换向磁极15a的线圈(未图示)和磁极15b的线圈(未图示)供给的电流来实现。

(偏转电磁体15的分析功能)

偏转电磁体15具有如上所述的偏转功能，除此之外还具有分析功能。分析功能是指减少混合在应该传输至射束传输系统19的离子束中的不同种类的射束的朝射束传输系统19的射出的功能。例如，在第1离子源11中，除所需的C⁴⁺射束以外，还一并产生C²⁺射束、C³⁺射束、C⁵⁺射束、氮离子束、氧离子束、氢离子束等不同种类的射束，它们与C⁴⁺射束一并导入至偏转电磁体15中。

在第1状态下，如上所述，偏转电磁体15的磁场强度设定为C⁴⁺射束向射束传输系统19侧偏转90°。在该磁场强度下，如上所述的不同种类的射束因质量和电荷的不同而以与C⁴⁺射束不同的曲率弯曲，因此与偏转电磁体15的框体15h等碰撞等，而几乎不会射出至射束传输系统19。通过偏转电磁体15发挥这种分析功能，减少传输至射束加速装置3的不同种类的射束。并且，通过偏转电磁体15发挥分析功能，能够直接连接第1离子源11和偏转电磁体15，而无需在第1离子源11与偏转电磁体15之间另行设置具有分析功能的装置(例如，另一偏转电磁体)。

在此，以在第1状态下发挥的分析功能为例进行了说明，但在第2状态下发挥的分析功能也相同。即，在第2离子源12中，除所需的He²⁺射束以外，还一并产生氮离子束、氧离子束、氢离子束等不同种类的射束，在第2状态下，这些不同种类的射束与He²⁺射束一并导入至偏转电磁体15，其结果，与上述相同地，偏转电磁体15发挥分析功能，减少传输至射束加速装置3的不同种类的射束。

并且，在第1状态下，偏转电磁体15的磁场强度使第1离子束B1(C⁴⁺射束)偏转90°，因此在该磁场强度下，第2离子束B2(He²⁺射束)的偏转并不是90°。因此，在第1状态下，第2离子束B2不会完全以-X方向入射于射束诊断装置17的中央位置。出于相同的理由，在第2状态下，第1离子束B1不会完全以-X方向入射至射束诊断装置17的中央位置。即，第1状态的第2离子束B2和第2状态的第1离子束B1入射至射束诊断装置17的入射位置在Y方向上不同。因此，射束诊断装置17的射束入射口的Y方向尺寸设定为，第1状态的第2离子束B2和第2状态的第1离子束B1双方均可入射至射束诊断装置17。

另外，作为用于使第1状态的第2离子束B2和第2状态的第1离子束B1双方均入射至射束诊断装置17的其他结构，如图3所示，可以将射束诊断装置17设置于偏转电磁体15的内部。此时的射束诊断装置17在Z方向上夹在磁极15a与磁极15b之间。此时，与图2的结构相比，能够减小射束诊断装置17的射束入射口的Y方向尺寸。

接着，对粒子束装置1的作用效果进行说明。

在粒子束装置1中，能够从多个离子源(第1离子源11及第2离子源12)将各自的离子束(第1离子束B1及第2离子束B2)导入至偏转电磁体15中。然后，通过切换偏转电磁体15的磁场密度，将多个离子束(第1离子束B1及第2离子束B2)中的任一个选择性地射出至射束传输系统19。此时，偏转电磁体15发挥使应该射出至射束传输系统19的离子束向该射束传输系统19偏转的偏转功能。并且，偏转电磁体15发挥减少混合在应该射出至射束传输系统19的离子束中的不同种类的射束朝射束传输系统19的射出的分析功能。

通过切换偏转电磁体15的磁场密度，能够切换离子种类不同的多个离子束并将其传输至射束传输系统19，因此能够共享从射束传输系统19起射束下游侧的零件，并选择性地切换多种离子束，同时将其用于粒子束治疗。并且，通过切换偏转电磁体15的磁场密度，能够在短时间内执行如上所述的离子束的切换。并且，偏转电磁体15发挥分析功能，因此可减少通过射束传输系统19传输至下游侧的不同种类的射束。并且，通过偏转电磁体15发挥分析功能，无需在第1离子源11与偏转电磁体15之间及第2离子源12与偏转电磁体15之间另行设置具有分析功能的装置(例如，另一偏转电磁体)。并且，通过直接连接第1离子源11和偏转电磁体15且直接连接第2离子源12和偏转电磁体15，能够将粒子束装置1小型化。并且，可省略第1离子源11与偏转电磁体15之间及第2离子源12与偏转电磁体15之间的装置，实现粒子束装置1的低成本化。

并且，离子源(第1离子源11及第2离子源12)和偏转电磁体15直接连接，可缩短从离子源至偏转电磁体15的射束传输路径。如此一来，从离子源至偏转电磁体15的离子束(第1离子束B1及第2离子束B2)的扩散减小，因此能够减少需要在该射束传输路径上设置的射束会聚磁体，实现粒子束装置1的低成本化。

并且，与用于粒子束治疗的离子束不同的离子束入射至射束诊断装置17，从而能够获得该离子束的射束电流等信息。如此，当离子束不用于粒子束治疗时，能够测量射束电流等。并且，为了获得射束电流等信息，例如可以在离子束的轨道上构建插入/移除射束诊断装置的机械驱动机构等，但也可以通过省略该机械驱动机构等来实现粒子束装置1的低成本化。

以上述实施方式为首，本发明可以通过根据本领域技术人员的知识实施各种变更、改进的各种方式来实施。并且，也可以利用上述实施方式中记载的技术内容来构成实施例的变形例。也可以适当组合各实施方式的结构来使用。

例如，粒子束装置并不一定需要具备射束诊断装置17，例如也可以设置射束阻挡器来代替射束诊断装置17。并且，在实施方式中，入射至偏转电磁体15的第1离子束B1的入射方向和第2离子束B2的入射方向彼此对置，但这些入射方向也可以以规定的角度交叉。并且，在实施方式中，第1离子源11和第2离子源12同时运转，但也可以在将一个离子源用于粒子束治疗时停止另一个离子源的运转。

并且，在实施方式中，存在两个将离子束导入至偏转电磁体15中的离子源(第1离子源11及第2离子源12)，但也可以存在三个以上的这种离子源。并且，在实施方式中，对由粒子束装置1处理的第1离子束B1及第2离子束B2为C⁴⁺射束及He²⁺射束的例子进行了说明，但并不限定于此，例如，第1离子束B1或第2离子束B2也可以为H⁺、H₂ ⁺、He²⁺、C⁴⁺等。