A Long-life Cryogenic Laser Ion Source for Next Generation Heavy Ion Therapy Accelerators

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H03838
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 90130:Medical systems-related
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: Hasegawa Jun 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (90302984)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高橋 一匡 長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (10707475) ; 高山 健 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, その他部局等, 名誉教授 (20163321) ; 田村 潤 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 J－PARCセンター, 研究職 (90647017)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: レーザーイオン源 / レーザーアブレーション / クライオ標的 / 誘導加速シンクロトロン / 重粒子線がん治療

Outline of Final Research Achievements

In order to realize a small, low-cost next-generation heavy ion beam cancer therapy device, we developed a new type of laser ion source that uses a reusable cryo-target. We demonstrated that by forming a thin solid layer of butane on the surface of a liquid nitrogen-cooled metal cylinder and irradiating it with a high-intensity laser, highly charged carbon ions can be stably supplied to the therapy device. We also demonstrated that the developed laser ion source is capable of stable operation for long periods of time. To commercialize the therapy device, it is necessary to further improve the performance of the laser ion source, and we conducted tests under various operating conditions to collect important basic data.

Free Research Field

プラズマ理工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

レーザーイオン源は単純な装置構成で高電離のイオンを比較的容易に生成できる高い能力を持つが，長時間動作安定性の改善が課題であった．我々は，再生可能な円筒クライオ標的をレーザーイオン源に新たに適用することで，この課題の解決を目指し，高電離炭素イオンの十分な供給能力を持つこと，長時間安定動作にはクライオ標的上の再生固化層の形成条件の最適化が重要であることを見出した．重粒子線がん治療加速器施設においてこれまで用いられてきたイオン源を，本課題で開発したクライオ標的レーザーイオン源で置き換えることで，加速器施設の小型化や低コスト化が可能となり，重粒子線がん治療の普及促進が期待される．