Development of long pulse arc driven ion source for iBNCT

iBNCT用長パルスアークイオン源の開発

柴田 崇統*; 杉村 高志*; 池上 清*; 高木 昭*; 佐藤 将春*; 内藤 富士雄*; 大越 清紀 ; 長谷川 和男

Shibata, Takanori*; Sugimura, Takashi*; Ikegami, Kiyoshi*; Takagi, Akira*; Sato, Masaharu*; Naito, Fujio*; Okoshi, Kiyonori; Hasegawa, Kazuo

茨城ホウ素中性子捕捉治療(iBNCT)計画におけるリニアック大強度化の一環として、イオン源からのビーム生成においてduty factor 10%(パルス幅1msかつ繰返し周波数100Hz)以上を保ち、ピークビーム電流をこれまでの30mAから60mAに引き上げることが課題である。さらに医療応用上、ビーム大強度化とともに、ビーム波形の安定性(ピーク電流の揺らぎ、shotごとの波形再現性)が重要である。本研究では、六ホウ化ランタン(LaB6)フィラメントを使用したアーク放電型のイオン源を構築し、イオン源からピーク電流値53mA、ピーク電流の揺らぎ0.5mA以内のビーム引き出しを達成した。さらに、パルス幅を200sから1msに伸ばすためのアーク電源を開発し、アーク電流・電圧100A・80-120V、および900sのプラズマ生成に成功した。この長パルスアークプラズマを生成するための、新たなアークパルス電源では、DC300Vと比較的高圧の直流電源と定電圧CV回路を組み合わせることで、医療応用において重要な省スペース化とともに実現した。

Upgrade of beam current in the Linac of Ibaraki Boron Neutron Capture Therapy (iBNCT) is one of the most important requirements to realize clinical trial. By 2018, the measurement of the produced neutrons characteristics and the neutron irradiation experiment for living cells have been done by producing 8-MeV proton beam current at the beryllium target with average current up to 2 mA. In order to satisfy the original clinical trial conditions, 5 mA average beam current is required at the target. For this goal, peak beam current extracted from the ion source should be increased to 60 mA from the present 30 mA with duty factor up to more than 10% (pulse width up to 1 ms and repetition rate up to more than 100 Hz). Stability of the peak current in the macro pulse is also important for the clinical application.