| 研究課題/領域番号 |
20K08067
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| 研究機関 | 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 |
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研究代表者 |
片桐 健 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 放射線医学総合研究所 物理工学部, 主任研究員(定常) (90510868)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | イオン源 / 重粒子線がん治療 / EBIS / Diocotron instability |
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| 研究実績の概要 |
重粒子線がん治療のさらなる治療効果の向上のために，数種類のイオンを用いて治療を行うマルチイオン照射法が提案されている．全国に広がる重粒子線がん治療施設にてこの方法を適用するためには，4種類のイオンの生成とその切り替えが素早く行える小型のマルチイオン生成システムが必要となる．本研究では，既存の重粒子線治療用小型ECRイオン源の1/4程度の小型イオン生成装置を革新的な方法により開発し，それらを4つ組み合わせた小型マルチイオン生成システムの実現可能性を調査する.
令和2年度においては，独自に開発したParticle-in-Cellコードにより，小型イオン生成装置となるElectron-beam ion source (EBIS)の解析を進めた．電子ビームの輸送解析から，ホロー形状の電子ビームが不安定性を生じることなく輸送されることが確認され，目標である蓄積電子数(1e+11個)を達成が確認された．この結果を元にプロトタイプ機の設計・製作をおこなった．製作されたEBISを用いて，生成された全てのイオンを取り出し，蓄積イオン数を評価する実験を行った．その結果，取り出されたイオンの数は目標より一桁小さい値(N~1e+9個)であった．PICコードにより取り出しイオンビームの軌道解析を行うと，得られるイオン数の低下の原因の一つとして，取り出し系の光学系が適切で無く，取り出しの効率が低いことが明らかになった．この結果を元に取り出し効率の向上を狙ってこの光学系の改良を進めている．また，計画にある各イオン生成量の測定のために，既設の質量分析系に設置する準備も進めている．以上に示したPIC解析・設計の結果を論文として投稿し，受理されている (K. Katagiri et al., Nucl. Instr. And Meth. A, 987 (2021) 164837.)．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
EBIS分析系への設置が遅れているが，2020年度中で詳細な解析，設計，製作を完了することができ，さらには取り出し電極系の改善が進められたため，概ね順調と考えられる．
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| 今後の研究の推進方策 |
質量分析系へのEBISの設置を完了し，4種のイオン(He2+, C5+, O6+, Ne7+)の生成量測定，及びエミッタンス測定により運転パラメータの最適化と性能の評価を行う．それらの検討により重粒子線治療用のイオン生成装置として適した性能を持つかどうかを評価する．その後に，取り出しイオン選択用ビーム偏向器の具体的検討を行う．輸送計算により偏向器の最適化設計を行い，1秒程度で回転・イオン切り替えが可能な機械設計を行う．以上の結果により，小型マルチイオン生成システムの実現可能性を評価する．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
見積り価格と実際の物品購入価格に差が生じたため，及び必要な部品一部の製作に着手出来ていないために余剰が生じた. この余剰金は，必要部品の製作に使用される予定である．
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