2021 Fiscal Year Research-status Report

先進ガン治療装置の普及を加速させるための超伝導マグネットの極軽量化に関する研究

Research Project

Project/Area Number	19K04364
Research Institution	National Institute for Fusion Science
Principal Investigator	尾花哲浩核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (60435518)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2023-03-31
Keywords	超伝導コイル / 重粒子線がん治療 / ガントリー
Outline of Annual Research Achievements	超伝導技術を活用した重粒子線がん治療用『回転ガントリー』を、国内外の医療施設へ普及させるためには、装置の大幅な軽量化が急務である。そこで、『回転ガントリー』の中核機器である超伝導マグネットの極軽量化を行う。現状の超伝導マグネットには、漏れ磁場遮蔽のために、巨大重量物である鉄ヨークを使用している。その鉄ヨークを一切使用しない“アクティブシールド（能動的磁場遮蔽）型”超伝導マグネットの設計概念を新たに導入することで、マグネット重量の劇的な軽量化を実現する。アクティブシールド型超伝導マグネットでは、鉄ヨークの代わりに超伝導コイルを用いて、マグネットから周囲に漏れる磁場を遮蔽する。それゆえ、アクティブシールド型超伝導マグネットは、粒子ビーム軌道を曲げるための『偏向磁場用コイル』と『漏れ磁場遮蔽用コイル』の2種類の超伝導コイルから構成される。 2021年度の研究活動によって、重粒子線回転ガントリー用アクティブシールド型超伝導マグネットの電磁構造連成解析を行い、電磁力によるコイル断面形状の変形を評価することができた。更に、そのコイル断面変形によるマグネットの磁場精度への影響を評価することができた。また、アクティブシールド型超伝導マグネットの単位長さあたりの重量を評価した。その結果、回転ガントリー用超伝導マグネットをアクティブシールド化した場合、従来型の鉄ヨークを用いた超伝導マグネットと比較して、マグネット重量を3割程軽量化できることが分かった。本研究成果は、27th International Conference on Magnet Technologyにて報告した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 2021年度に予定していた研究課題である『電磁力によるコイル巻線部とコイル支持構造への影響の定量的評価』を実施することができたため。
Strategy for Future Research Activity	これまでの研究活動により、アクティブシールド型超伝導マグネットの2次元断面に関する設計研究を重点的に進めることができた。今後は、これまでの研究成果を基に、アクティブシールド型超伝導マグネットの３次元形状に関する設計研究に取り組む。特に、マグネットの長手方向で生じる漏れ磁場とマグネットのインダクタンスについて評価する。また、マグネットの端部形状による磁場分布への影響を定量的に評価する。
Causes of Carryover	新型コロナウイルス感染症（COVID-19）の影響で、研究成果発表を予定していた国際学会へ参加することができなくなったため、海外渡航費及び学会参加費を使用することが無くなった。 2021年度の残予算は、2022年度に参加を予定している国際学会への旅費等に使用することを計画している。