汎用FFAG加速器の応用と開発

2004 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13GS0004
• 研究機関: 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構
• 研究代表者: 森 義治 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 教授 (30124176)
• 研究分担者: 柴田 徳思 大学共同利用機関法人, 高エネルギー加速器研究機構・放射線科学センター, 教授 (80028224) ; 町田 慎二 大学共同利用機関法人, 高エネルギー加速器研究機構・大強度陽子加速器計画推進部, 助教授 (30181671) ; 仁木 和昭 大学共同利用機関法人, 高エネルギー加速器研究機構・加速器研究施設, 助手 (20242167) ; 榮 武二 筑波大学, 臨床医学系・陽子線医学利用センター, 助教授 (60162278) ; 菊池 健 大学共同利用機関法人, 高エネルギー加速器研究機構, 名誉教授 (70022530)
• キーワード: 加速器 / 癌治療 / エネルギー全般 / 放射線・X線・粒子線 / 生物・生体工学 / 人間生活環境

研究概要

FFAG加速器は、高繰り返しが可能であり、ほかの加速器に比べシステムが単純であるが為に、どんなビーム種(陽子、電子、重粒子など)でも加速でき、また様々は応用が考えられる汎用加速器である。具体的には、(1)効率、(2)サイズ、(3)コスト(4)運転の容易さ、(5)フレキシビリティという5つの要因で、従来の加速器に比べて大きな進展が期待された。上に挙げた要因のうち、特に、サイズ、運転の容易さ、フレキシビリティの3つの点において、150MeV FFAG加速器システムは、直接的な実証を示すことになる。サイズと言う点では、入射器であるサイクロトロンを含め、全てが直径10mのリングにおさまっている。運転の容易さは、通常のシンクロトロンと異なり複雑なフェードバック系が不要であり、全てが高周波の周波数変化パターンで決まることによる。
平成16年度においては、ビームの取り出しシステムの確立と、取り出したビームの輸送について新しいアイデアを用いてデザインを行った。前者に関しては、まず、キッカ磁石をリング内に設置し、セプタムの位置で必要なビームのセパレーションが得られることを確認した。さらに、セプタムを設置し、セプタムの外側軌道に取り出されたビームをファラデーカップにより測定した。一方で高繰り返しの速い取り出しを実現する為の電源を開発し、1kHzの運転は電源の面からも可能となった。後者に関しては、必要な軌道に応じて集束系を構成する電磁石そのものをフレキシブルに移動する「ビームファイバー」のアイデアがある。それを具体的に150MeVの取り出しビームラインに応用するための設計を行った。この技術を用いるとスポットスキャニングを含め照射系の小型化が期待される。平成17年度では、ビーム照射系までも含め、全体のシステムを完成させるとともに、FFAGを実際の医療現場で使うことを想定し、連続運転を行うことで安定性を実証する予定である。また、建設中の150MeV FFAGを将来さらに小型化し、また電力消費の観点から効率を上げるために、超伝導磁石の開発も進んでいる。今年度はコイルの巻き方を検討し、スケーリング則が満たされる形状を計算した。来年度以降、磁場測定を行う予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Developments of FFAG accelerator (2004)
  • 著者名/発表者名: Yoshiharu Mori, et al.
  • 雑誌名: Cyclotron Conference 04
• [雑誌論文] HB04, Bensheim,2004 (2004)
  • 著者名/発表者名: Yoshiharu Mori, et al.
  • 雑誌名: ICFA International Workshop
• [雑誌論文] Status of 150MeV FFAG SYNCHROTRON (2004)
  • 著者名/発表者名: Shinji Machida, et al.
  • 雑誌名: Proceedings of the 2004 European Particle Accelerator Conf.
• [雑誌論文] Resonance crossing in FFAG (2004)
  • 著者名/発表者名: Shinji Machida, et al.
  • 雑誌名: Proceedings of NuFact'04 workshop