粒子線治療施設用小型 ECR イオン源の開発村松正幸放射線医学総合研究所重粒子医科学センター放射線医学総合研究所では、これまでに永久磁石で閉じ込め磁場を形成する小型 ECR イオン源の開発を行ってきた。これらのイオン源は、粒子線治療用の炭素イオンを生成することを目的として開発された。現在、世界的に粒子線治療施設の建設が予定されている。それらの計画の中では、炭素以外のイオンを加速し、研究などに用いることが計画されている。たとえば、H3+, 3He+, 11B4+のようなイオンの要求がある。これらの要求を達成するために、様々なイオンの供給を行える小型 ECR イオン源(Kei3)の開発を行っている。今回は、Kei3 の開発状況について報告する。また、既存の小型 ECR イオン源の問題点の解決のための試験についてもあわせて紹介する予定である。 NIRS HIMAC PTFOM，2014年10月3日，放医研粒子線治療施設用小型ECRイオン源の開発村松正幸 1, 大島康輔 2, 高橋伸明 3, 北條悟 1, 北川敦志 1 1 放射線医学総合研究所 2 東洋大学 3 住友重機械工業株式会社 NIRS 目次 HIMAC  小型ECRイオン源の開発 • 炭素イオン生成用小型ECRイオン源 • 様々なイオンの生成を目的とした小型ECRイオン源  既存の小型ECRイオン源の問題点 • 引出電極付近の放電 • Kei2を用いた試験   まとめ今後の予定 NIRS 炭素イオン生成用小型ECRイオン源たち HIMAC 2.45 GHz compact NIRS-ECR ion source microwave: 2.45 GHz, 1300 W Vext: 30 kV requirement (result): C2+, 150 emA（17 emA) Kei source microwave: 9-11 GHz, 300 W Vext: 30 kV requirement (result): C4+, 200 emA（300 emA) Kei2 source microwave: 9.75-10.25 GHz, 750 W Vext: 30 kV requirement (result): C4+, 500 emA（760 emA) KeiGM microwave: 9.75-10.25 GHz, 750 W Vext: 30 kV requirement (result): C4+, 300 emA（600 emA) NIRS イオン源の設計指針 HIMAC KeiGM同等の性能を持ちつつ、分子イオン、多価イオンが生成可能な、小型なECRイオン源！     炭素以外のイオンも作りたい C4+ (Keiシリーズ) → H3+ to Ne7+ 多価イオンの強度を増やすテクニックガスミキシング、マイクロ波二重加熱、引出電極の最適化（形状、電極間隔）、引出電圧を上げる (30 kV → 60 kV) 既存のKeiシリーズからの改良低コスト永久磁石磁場分布はそのままで！ NIRS Kei3概略図 HIMAC Movable system for lens and puller Einzel lens Puller Plasma chamber Movable system for Biased disk Permanent magnets Downstream vacuum chamber Insulator Upstream vacuum chamber Wave guide NIRS イオン源テストスタンド HIMAC NIRS イオン源テストスタンド HIMAC NIRS ヘリウムの価数分布と引出電圧依存性 HIMAC 価数分布 He2+ビーム強度目標値：3He+, 250mA NIRS 炭素の価数分布と引出電圧依存性 HIMAC C4+ビーム強度価数分布目標値：C4+, 300mA NIRS 窒素の価数分布と引出電圧依存性 HIMAC N5+ビーム強度価数分布目標値：N5+, 100mA NIRS 酸素の価数分布と引出電圧依存性 HIMAC O6+ビーム強度価数分布目標値：O6+, 100mA NIRS ネオンの価数分布と引出電圧依存性 HIMAC Ne7+ビーム強度価数分布目標値：Ne7+, 50mA NIRS 引出電圧30kVの時の電極間隔依存性 HIMAC NIRS 多価イオン（Ne7+の強度増強） HIMAC ガスミキシングマイクロ波power依存性 NIRS 目次 HIMAC  小型ECRイオン源の開発 • 炭素イオン生成用小型ECRイオン源 • 様々なイオンの生成を目的とした小型ECRイオン源  既存の小型ECRイオン源の問題点 • 引出電極付近の放電 • Kei2を用いた試験   まとめ今後の予定 NIRS 改造前と改造後 HIMAC NIRS 長時間運転 HIMAC パラメータ Kei2 ガス（CH4） 0.05 sccm 真空（イオン源） 2.8e-4 Pa 真空（ein） 5.6e-5 Pa 真空（分析後） 7.6e-6 Pa μ 波(pow_f) 580 W μ 波(pow_r) 135 W μ 波(Freq.) 10.2181 GHz μ 波(パルス幅) 40 msec 引出電圧 30 kV 引出電流 6.8 mA 引出ベース電流 0.85 mA Ein電圧 19 kV Ein電流 0.05 mA BD電圧 -45 V C4+ 446 mA NIRS まとめ HIMAC • ECRイオン源（Kei3）をつくり、ビームテストを行いました。 • 現在までの最大強度は、C4+と Ne7+でそれぞれ、565 mA、13.8 mAでした（引出電圧30 kV） • 可動式引出電極は違うイオンを生成するときに効果がある。 • Ne7+の生成でガスミキシングが効果があった。目標値にとどいていない。 • 引出電極の改造を行い、半年間安定に供給できた。 NIRS 今後の予定 HIMAC • • • • ミキシングガスの調査マイクロ波源の出力を上げるエミッタンス測定固体試料からのイオン生成 • どこまでもつのか調べる。