JP7834715B2

JP7834715B2 - ビームシステムにおけるビーム輸送を開始するためのシステム、デバイス、および方法

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Publication number: JP7834715B2
Application number: JP2023509503A
Authority: JP
Inventors: ヴラディスラフヴェクセルマン，; スードゥオン，; アレクサンダードゥナエフスキー，; イゴールニコラエヴィチソローキン，
Original assignee: ティーエーイーテクノロジーズ，インコーポレイテッド
Priority date: 2020-08-13
Filing date: 2021-08-12
Publication date: 2026-03-24
Anticipated expiration: 2041-08-12
Also published as: US20220078900A1; CA3186643A1; WO2022036087A1; JP2023537391A; US12010788B2; KR20230048537A; EP4169359A1; US20250081324A1

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、その両方の内容が、あらゆる目的のために参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる、「ＳＹＳＴＥＭＳ，ＤＥＶＩＣＥＳ，ＡＮＤＭＥＴＨＯＤＳＦＯＲＭＯＤＵＬＡＴＥＤＩＮＩＴＩＡＴＩＯＮＯＦＢＥＡＭＴＲＡＮＳＰＯＲＴＩＮＡＢＥＡＭＳＹＳＴＥＭ」と題され、２０２１年６月２２日に出願された米国仮出願第６３／２１３，６１８号および「ＳＹＳＴＥＭＳ，ＤＥＶＩＣＥＳ，ＡＮＤＭＥＴＨＯＤＳＦＯＲＩＮＩＴＩＡＴＩＮＧＢＥＡＭＴＲＡＮＳＰＯＲＴＩＮＡＢＥＡＭＳＹＳＴＥＭ」と題され、２０２０年８月１３日に出願された米国仮出願第６３／０６５，４３６号の優先権を主張する。

本明細書に説明される主題は、概して、ビームシステムにおけるビーム輸送を開始するシステム、デバイス、および方法に関し、ビームシステムにおけるビーム輸送の変調された開始のシステム、デバイス、および方法に関する。

ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ）は、最も困難なタイプのうちのいくつかを含む、種々のタイプの癌の治療のモダリティである。ＢＮＣＴは、ホウ素化合物を使用して、正常細胞を避けながら、腫瘍細胞を治療するように選択的に照準する、技法である。ホウ素を含有する、物質が、血管の中に注入され、ホウ素が、腫瘍細胞内に集中する。患者は、次いで、（例えば、中性子ビームの形態における）中性子を用いた放射線療法を受ける。中性子は、ホウ素と反応し、代替療法と比較して、正常細胞に引き起こされる害を低減させながら、腫瘍細胞を死滅させる。長期臨床研究は、３～３０キロ電子ボルト（ｋｅＶ）以内のエネルギースペクトルを伴う、中性子のビームが、患者への放射線負荷を減少させながら、より効率的な癌治療を達成するために好ましいことを証明している。本エネルギースペクトルまたは範囲は、頻繁に、熱外と称される。熱外中性子（例えば、熱外中性子ビーム）の発生のための大部分の従来の方法は、陽子（例えば、陽子ビーム）とベリリウムまたはリチウム（例えば、ベリリウム標的またはリチウム標的）のいずれかとの核反応に基づく。

タンデム加速器は、単一高電圧端子を使用した荷電粒子の２段階加速を採用し得る、静電加速器のタイプである。高電圧は、流入する負に荷電されたイオンのビームに印加され、これを加速器の中心に向かって加速させる、電場を発生させるために使用される。その時点で、ビームは、電荷交換のプロセスにおいて反対の極性の荷電粒子（例えば、正イオン）のビームに変換される。荷電ビーム微粒子のさらなる伝搬および逆転された電場との相互作用は、再び、加速およびエネルギーの増大をもたらす。したがって、電気絶縁の現代の技術の範囲内である、１．５ＭＶのみの加速電圧が、３ＭｅＶのエネルギーを伴う荷電粒子ビームを発生させるために要求される。ビーム加速のそのようなタンデムアプローチは、タンデム加速器のイオン源が、接地電位に設置され得、これが、イオン源を制御および維持することをより容易にするため、有益である。

ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ）の目的のためにタンデム加速器によって提供される陽子ビームは、（例えば、リチウム（Ｌｉ）標的上での中性子の効率的な発生のための）下流機器における中性子生成または発生のための好ましいエネルギーレベルを有する。合理的に短い治療時間にわたって、特定の中性子束密度閾値が、要求され、そのような必須の閾値は、最小陽子ビーム電流をもたらす。そのような陽子ビームと関連付けられる電力密度は、中性子ビームシステムの構成要素において使用される材料に関する安全限界を大きく超える。

非常に高い電圧レベル（例えば、メガボルト）におけるタンデム加速器を通したビーム輸送の開始は、タンデム電力供給源の瞬間的な負荷として等価電気回路の観点から公式化され得る、種々の効果を伴う。荷電粒子のビームと関連付けられるビーム電流が、高すぎる場合、負荷変動は、例えば、電力供給源が、要求される振幅の電流を出力することができない場合、適切に補償されない場合がある。この場合では、タンデム加速器電圧を維持することに関与する電力供給源は、加速器に供給される電圧を低減させる。加速器に供給される電圧の低減は、ビームエネルギー低減につながり、これは、加速器の下流のビームライン構成要素損傷の確率を増加させる所望されない現象である。ビームエネルギーを監視するインターロックの可用性および設定に応じて、ビーム終了が、可能性として考えられる。したがって、中性子ビームシステム全体内の他の現象によって引き起こされるビーム終了後のビーム輸送の開始および回復は、慎重に取り扱われるべきである。複雑かつ非効率的な回復または開始時間は、所望されないシステム中断時間につながる。

また、ビームエネルギーが時間依存性である（他の変数に基づいて制御されることと対照的に）回復または開始手順は、ビーム光学系性能が、ビームエネルギーに依存し得るため、問題となる。ビーム開始または回復の間のビームの吸収のためのビームダンプの追加は、ビームラインサイズ（長さ）、複雑性等に対する制約を誘発する。さらに、タンデム加速器内の内部ビーム損失は、二次粒子放出（例えば、Ｘ線）を誘発し、タンデム加速器の性能および寿命に悪影響を及ぼし得る。

これらおよび他の理由から、ビームシステムに関するビーム輸送のための動作の安全な回復または開始を提供する、改良された効率的かつコンパクトなシステム、デバイス、および方法の必要性が、存在する。

システム、デバイス、および方法の実施形態は、ビームシステムに関するビーム輸送のための動作の安全な回復または開始に関する。例示的方法は、加速器システムの１つまたはそれを上回る電極のバイアス電圧を第１の電圧レベルまで増加させることを含む。本方法はさらに、ビームが加速器システムを通して輸送されるように、ビーム源から荷電粒子ビームを抽出することを含むことができる。ビームは、閾値内の加速器システムの第１の過渡電圧降下をもたらす第１のビーム電流レベルにおけるビーム電流を有することができる。本方法はさらに、加速器システムが公称条件に到達するまで、加速器システムの１つまたはそれを上回る後続過渡電圧降下をもたらすレートにおいてビーム電流を増加させることを含むことができる。１つまたはそれを上回る後続過渡電圧降下は、閾値内であり得る。

システム、デバイス、および方法の実施形態はさらに、ビームシステムに関するビーム輸送のための動作の変調された開始に関する。例示的方法は、加速器システムの１つまたはそれを上回る電極をある電圧レベルにバイアスすることを含む。例示的方法はさらに、デューティサイクル関数に従って、荷電粒子ビームが加速器システムを通して輸送されるように、ビーム源から荷電粒子ビームを選択的に抽出することを含む。デューティサイクル関数は、線形または非線形であり得、固定（一定）または可変周波数であり得る、周波数ｆを含むことができる。デューティサイクル関数は、可変パルス持続時間が、荷電粒子ビームの各選択的抽出に伴って経時的に増加するように、可変パルス持続時間を含むことができる。

本明細書に説明される主題の他のシステム、デバイス、方法、特徴、および利点は、以下の図および詳細な説明の検討に応じて、当業者に明白である、または明白となるであろう。全てのそのような付加的システム、方法、特徴、および利点が、本説明内に含まれ、本明細書に説明される主題の範囲内であり、付随の請求項によって保護されることを意図している。それらの特徴の明確な列挙が請求項内に不在であっても、いかようにも、例示的実施形態の特徴は、添付される請求項を限定するものとして解釈されるべきではない。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
タンデム加速器システムに関するビーム輸送を開始する方法であって、前記方法は、
前記タンデム加速器システムの１つまたはそれを上回る電極を第１の電圧レベルにバイアスすることと、
荷電粒子ビームが前記タンデム加速器システムを通して輸送されるように、ビーム源から前記荷電粒子ビームを抽出することであって、前記荷電粒子ビームは、閾値内の前記タンデム加速器システムの第１の過渡電圧降下をもたらす第１のビーム電流レベルにおけるビーム電流を有する、ことと、
前記ビーム電流が第２のビーム電流レベルに到達するまで、前記タンデム加速器システムの１つまたはそれを上回る後続過渡電圧降下をもたらすレートにおいて前記ビーム電流を増加させることであって、前記１つまたはそれを上回る後続過渡電圧降下は、前記閾値内である、ことと
を含む、方法。
（項目２）
前記閾値は、最大ビーム偏向時間を下回るビーム軸から外れた前記荷電粒子ビームのビーム偏向時間に対応する、項目１に記載の方法。
（項目３）
前記閾値は、その中に前記タンデム加速器システムが据え付けられるビームシステムのビーム光学系の調節応答時間に対応する、項目１に記載の方法。
（項目４）
前記ビーム源を調整し、前記第１のビーム電流レベルにおける前記ビーム電流を有する前記荷電粒子ビームを提供することをさらに含む、項目１に記載の方法。
（項目５）
前記ビーム源は、前記荷電粒子ビームを抽出することに先立って調整される、項目４に記載の方法。
（項目６）
前記荷電粒子ビームを抽出することは、前記ビーム源が調整されていると決定することに応じて、抽出電極をバイアスすることを含む、項目４に記載の方法。
（項目７）
前記ビーム源を調整することは、前記第１のビーム電流レベルにおいて動作するように、コマンドを前記ビーム源に送信することを含む、項目４に記載の方法。
（項目８）
前記ビーム源を調整することは、前記タンデム加速器システムの１つまたはそれを上回る電極を第１の電圧レベルにバイアスすることに先立って実施される、項目７に記載の方法。
（項目９）
前記ビーム電流を増加させることは、前記第２のビーム電流レベルにおいて動作するように、コマンドを前記ビーム源に送信することを含む、項目１に記載の方法。
（項目１０）
前記ビーム源は、イオン源であり、前記イオン源を調整することは、プラズマが要求される電流における前記イオンビームの抽出のために十分であるように、前記源のイオン抽出領域の近傍のプラズマパラメータを合致させることを含む、項目４に記載の方法。
（項目１１）
前記イオン源は、体積タイプイオン源を備え、前記イオン源を調整することは、アーク放電電流、フィラメント電流、プラズマ電極電圧、抽出電極電圧、または前記イオン源の中に給送される水素ガスのレートのうちの１つまたはそれを上回るものを制御することを含む、項目１０に記載の方法。
（項目１２）
前記荷電粒子ビームを抽出することは、前記タンデム加速器システムの１つまたはそれを上回る電極が前記第１の電圧レベルに到達した後に実施される、項目１に記載の方法。
（項目１３）
前記ビーム源は、荷電粒子ビームを前記タンデム加速器システムに提供するように構成され、前記タンデム加速器システムは、前記ビーム源の下流に位置付けられる、項目１に記載の方法。
（項目１４）
前記ビーム源は、負の水素イオンビームを発生させるように構成される、項目１に記載の方法。
（項目１５）
前記ビーム源は、非セシウム添加イオン源を備える、項目１に記載の方法。
（項目１６）
前記タンデム加速器システムは、第１の複数の電極と、電荷交換デバイスと、第２の複数の電極とを備える、項目１に記載の方法。
（項目１７）
前記タンデム加速器システムの１つまたはそれを上回る電極を前記第１の電圧レベルにバイアスすることは、前記第１の複数の電極および前記第２の複数の電極をバイアスすることを含む、項目１６に記載の方法。
（項目１８）
前記荷電粒子ビームは、負のイオンビームであり、前記第１の複数の電極は、前段加速器システムから前記負のイオンビームを加速させるように構成され、前記電荷交換デバイスは、前記負のイオンビームを正のビームに変換するように構成され、前記第２の複数の電極は、前記正のビームを加速させるように構成される、項目１６に記載の方法。
（項目１９）
標的デバイスを用いて前記正のビームから中性ビームを形成することをさらに含む、項目１８に記載の方法。
（項目２０）
前段加速器システムを使用して、前記荷電粒子ビームが、前記ビーム源から、前記前段加速器システムを通して、前記タンデム加速器システムに伝搬される際、前記荷電粒子ビームを加速させることをさらに含む、項目１に記載の方法。
（項目２１）
前記タンデム加速器システムの１つまたはそれを上回る電極を前記第１の電圧レベルにバイアスすることに先立って、前記タンデム加速器システムにおける絶縁破壊事象の結果としての前記タンデム加速器システムの１つまたはそれを上回る電極上のバイアスを低減させることをさらに含む、項目１に記載の方法。
（項目２２）
前記タンデム加速器システムの１つまたはそれを上回る電極を前記第１の電圧レベルにバイアスすることに先立って、前記タンデム加速器システムを再起動することを決定することをさらに含む、項目２１に記載の方法。
（項目２３）
前記第１のビーム電流レベルは、前記タンデム加速器システムに関する定常状態電荷電流の０．０１～７５％の範囲内である、項目１－２２のいずれかに記載の方法。
（項目２４）
前記第２のビーム電流レベルは、公称治療レベルである、項目１－２３のいずれかに記載の方法。
（項目２５）
前記荷電粒子ビームは、負のイオンビームである、項目１－１７または２０－２４のいずれかに記載の方法。
（項目２６）
ビームシステムであって、
ビーム源と、
第１の電圧レベルにバイアスされるように構成される１つまたはそれを上回る電極を備えるタンデム加速器システムと、
制御システムであって、
閾値内の前記タンデム加速器システムの第１の過渡電圧降下に対応する第１のビーム電流レベルにおけるビーム電流を有する荷電粒子ビームを生成するように前記ビーム源を制御することと、
前記ビーム電流が第２のビーム電流レベルに到達するまで、前記タンデム加速器システムの１つまたはそれを上回る後続過渡電圧降下をもたらすレートにおいて前記ビーム電流を増加させるように前記ビーム源を制御することであって、前記１つまたはそれを上回る後続過渡電圧降下は、前記閾値内である、ことと
を行うように構成される、制御システムと
を備える、ビームシステム。
（項目２７）
前記閾値は、最大ビーム偏向時間を下回るビーム軸から外れた前記荷電粒子ビームのビーム偏向時間に対応する、項目２６に記載のビームシステム。
（項目２８）
前記閾値は、前記ビームシステムのビーム光学系の調節応答時間に対応する、項目２６に記載のビームシステム。
（項目２９）
前記制御システムは、
前記ビーム源を前記第１のビーム電流レベルに調整することと、
前記第１のビーム電流レベルにおけるビーム電流を用いて前記荷電粒子ビームを前記ビーム源から抽出させることと
を行うように構成される、項目２６に記載のビームシステム。
（項目３０）
前記制御システムは、
前記荷電粒子ビームを前記ビーム源から抽出させながら、前記ビーム源を前記第２のビーム電流レベルに調整する
ように構成される、項目２６に記載のビームシステム。
（項目３１）
前記ビーム源は、抽出電極を備える、項目１－３０のいずれかに記載のビームシステム。
（項目３２）
前記ビーム源は、体積タイプイオン源であり、前記制御システムは、アーク放電電流、フィラメント電流、プラズマ電極電圧、抽出電極電圧、または前記ビーム源の中に給送される水素ガスのレートのうちの１つまたはそれを上回るものを制御するように構成される、項目１－３１のいずれかに記載のビームシステム。
（項目３３）
前記制御システムは、前記タンデム加速器システムの１つまたはそれを上回る電極のバイアスを制御するように構成される、項目２６に記載のビームシステム。
（項目３４）
前記制御システムは、（ａ）前記タンデム加速器システムの１つまたはそれを上回る電極上のバイアスを前記第１の電圧レベルまで増加させ、（ｂ）（ａ）と並行して前記ビーム源を前記第１のビーム電流レベルに調整させるように構成される、項目３３に記載のビームシステム。
（項目３５）
前記制御システムは、（ａ）前記タンデム加速器システムの１つまたはそれを上回る電極上のバイアスを前記第１の電圧レベルまで増加させ、（ｂ）前記１つまたはそれを上回る電極上の前記バイアスが前記第１の電圧レベルに到達した後、前記ビーム源を前記第１のビーム電流レベルに調整させるように構成される、項目３３に記載のビームシステム。
（項目３６）
前記制御システムは、（ａ）前記ビーム源を前記第１のビーム電流レベルに調整させ、（ｂ）前記ビーム源が前記第１のビーム電流レベルに調整された後、前記タンデム加速器システムの１つまたはそれを上回る電極上のバイアスを前記第１の電圧レベルまで増加させるように構成される、項目３３に記載のビームシステム。
（項目３７）
前記ビーム源は、非セシウム添加イオン源を備える、項目２６に記載のビームシステム。
（項目３８）
前記タンデム加速器システムは、第１の複数の電極と、電荷交換デバイスと、第２の複数の電極とを備える、項目２６に記載のビームシステム。
（項目３９）
前記荷電粒子ビームは、負のイオンビームであり、前記第１の複数の電極は、前段加速器システムから前記荷電粒子ビームを加速させるように構成され、前記電荷交換デバイスは、前記負のイオンビームを正のビームに変換するように構成され、前記第２の複数の電極は、前記正のビームを加速させるように構成される、項目３８に記載のビームシステム。
（項目４０）
前記タンデム加速器システムから受容される前記正のビームから中性ビームを形成するように構成される標的デバイスをさらに備える、項目３９に記載のビームシステム。
（項目４１）
前段加速器システムをさらに備え、前記前段加速器システムは、前記荷電粒子ビームが、前記ビーム源から前記タンデム加速器システムに伝搬される際、前記荷電粒子ビームを加速させるように構成される、項目２６に記載のビームシステム。
（項目４２）
前記制御システムは、前記第１の電圧レベルへの前記タンデム加速器システムの１つまたはそれを上回る電極のバイアスの増加に先立って、前記タンデム加速器システムにおける絶縁破壊事象の結果としての前記タンデム加速器システムの１つまたはそれを上回る電極に印加されるバイアスを低減させるように構成される、項目２６に記載のビームシステム。
（項目４３）
前記制御システムは、前記第１の電圧レベルへの前記タンデム加速器システムの１つまたはそれを上回る電極のバイアスの増加に先立って、前記タンデム加速器システムを再起動することを決定するように構成される、項目４２に記載のビームシステム。
（項目４４）
前記第１のビーム電流レベルは、前記タンデム加速器システムに関する定常状態電荷電流の０．０１～７５％の範囲内である、項目２６－４３のいずれかに記載のビームシステム。
（項目４５）
前記第２のビーム電流レベルは、公称治療レベルである、項目２６－４４のいずれかに記載のビームシステム。
（項目４６）
前記荷電粒子ビームは、負のイオンビームである、項目２６－３８および４２－４５のいずれかに記載のビームシステム。
（項目４７）
ビームシステムに関するビーム輸送を変調する方法であって、前記方法は、
加速器システムの１つまたはそれを上回る電極をある電圧レベルにバイアスすることと、
荷電粒子ビームパルスが前記加速器システムを通して輸送され、経時的に持続時間が増加するように、ビーム源から前記荷電粒子ビームパルスを選択的に抽出することと
を含む、方法。
（項目４８）
前記荷電粒子ビームパルスは、線形および／または非線形であるデューティサイクル関数に従って抽出される、項目４７に記載の方法。
（項目４９）
前記デューティサイクル関数は、前記荷電粒子ビームによって誘発される検出された負荷増加に応答して調節可能である、項目４８に記載の方法。
（項目５０）
前記荷電粒子ビームパルスは、周波数ｆにおいて抽出される、項目４８に記載の方法。
（項目５１）
前記デューティサイクル関数は、増加するパルス持続時間の連続する荷電粒子ビームパルスに対応する、項目５０に記載の方法。
（項目５２）
荷電粒子ビームパルスの各連続する抽出は、直前の荷電粒子ビームパルスよりも長い持続時間にわたる、項目５０に記載の方法。
（項目５３）
第１の荷電粒子ビームパルスが、第１のパルス持続時間にわたる第１の時間１／ｆにおいて抽出され、第２の荷電粒子ビームパルスが、第２のパルス持続時間にわたる第２の時間２／ｆにおいて抽出される、項目４８に記載の方法。
（項目５４）
前記第２のパルス持続時間は、前記第１のパルス持続時間を上回る、項目５３に記載の方法。
（項目５５）
荷電粒子ビームパルスの第１のセットが、抽出され、続けて荷電粒子ビームパルスの第２のセットが、抽出され、前記第１のセットにおける各パルスは、第１の持続時間を有し、前記第２のセットにおける各パルスは、前記第１の持続時間よりも長い第２の持続時間を有する、項目４７または４８に記載の方法。
（項目５６）
前記荷電粒子ビームパルスの第２のセットは、前記第１のセットにおける所定の数の荷電粒子ビームパルスが抽出された後に開始される、項目５５に記載の方法。
（項目５７）
前記荷電粒子ビームパルスの第２のセットは、その間に前記荷電粒子ビームパルスの第１のセットが抽出される所定の時間の終了後に開始される、項目５５に記載の方法。
（項目５８）
前記荷電粒子パルスの第１のセットを抽出しながら、負荷または不安定性を感知することと、
前記感知された負荷または不安定性の解消後に前記荷電粒子パルスの第２のセットを抽出することと
をさらに含む、項目５５に記載の方法。
（項目５９）
前記負荷または不安定性は、電圧降下である、項目５８に記載の方法。
（項目６０）
前記荷電粒子ビームを選択的に抽出することは、抽出電極をバイアスすることを含む、項目４７に記載の方法。
（項目６１）
前記加速器システムは、タンデム加速器システムであり、前記荷電粒子ビームを選択的に抽出することは、前記タンデム加速器システムの１つまたはそれを上回る電極が前記電圧レベルに到達した後に実施される、項目４７に記載の方法。
（項目６２）
前記ビーム源は、荷電粒子ビームを前記加速器システムに提供するように構成され、前記加速器システムは、前記ビーム源の下流に位置付けられる、項目４７に記載の方法。
（項目６３）
前記ビーム源は、負の水素イオンビームを発生させるように構成される、項目４７に記載の方法。
（項目６４）
前記ビーム源は、非セシウム添加イオン源を備える、項目４７に記載の方法。
（項目６５）
前記加速器システムは、第１の複数の電極と、電荷交換デバイスと、第２の複数の電極とを備えるタンデム加速器システムである、項目４７に記載の方法。
（項目６６）
前記タンデム加速器システムの１つまたはそれを上回る電極を前記電圧レベルにバイアスすることは、前記第１の複数の電極および前記第２の複数の電極をバイアスすることを含む、項目６５に記載の方法。
（項目６７）
前記荷電粒子ビームは、負のイオンビームであり、前記第１の複数の電極は、前段加速器システムから前記負のイオンビームを加速させるように構成され、前記電荷交換デバイスは、前記負のイオンビームを正のビームに変換するように構成され、前記第２の複数の電極は、前記正のビームを加速させるように構成される、項目６６に記載の方法。
（項目６８）
標的デバイスを用いて前記正のビームから中性ビームを形成することをさらに含む、項目６７に記載の方法。
（項目６９）
前段加速器システムを使用して、前記荷電粒子ビームが、前記ビーム源から、前記前段加速器システムを通して、前記加速器システムに伝搬される際、前記荷電粒子ビームを加速させることをさらに含む、項目４７に記載の方法。
（項目７０）
連続的荷電粒子ビームを抽出することをさらに含む、項目４７に記載の方法。
（項目７１）
ビームシステムであって、
ビーム源と、
加速器システムと、
制御システムであって、前記制御システムは、
増加する持続時間の荷電粒子ビームパルスを前記ビーム源から選択的に抽出させ、前記加速器システムを通して輸送させるように前記ビーム源を制御する
ように構成される、制御システムと
を備える、ビームシステム。
（項目７２）
前記制御システムは、荷電粒子ビームパルスを線形および／または非線形であるデューティサイクル関数に従って抽出させるように前記ビーム源を制御するように構成される、項目７１に記載のビームシステム。
（項目７３）
前記制御システムはさらに、
前記荷電粒子ビームによって誘発される負荷増加を検出することと、
前記検出された負荷増加に応答して前記デューティサイクル関数を調節することと
を行うように構成される、項目７２に記載のビームシステム。
（項目７４）
前記制御システムはさらに、前記荷電粒子ビームパルスを周波数ｆにおいて選択的に抽出させるように前記ビーム源を制御するように構成される、項目７２に記載のビームシステム。
（項目７５）
前記デューティサイクル関数は、連続して増加するパルス持続時間の荷電粒子ビームパルスの抽出を引き起こすように構成される、項目７４に記載のビームシステム。
（項目７６）
前記制御システムは、荷電粒子ビームパルスの第１のセットを抽出させ、続けて荷電粒子ビームパルスの第２のセットを抽出させるように前記ビーム源を制御するように構成され、前記第１のセットにおける各パルスは、第１の持続時間を有し、前記第２のセットにおける各パルスは、前記第１の持続時間よりも長い第２の持続時間を有する、項目７１または７２に記載のビームシステム。
（項目７７）
前記制御システムは、前記第１のセットにおける所定の数の荷電粒子ビームパルスが抽出された後に前記荷電粒子ビームパルスの第２のセットを抽出するように前記ビーム源を制御するように構成される、項目７６に記載のビームシステム。
（項目７８）
前記制御システムは、その間に前記荷電粒子ビームパルスの第１のセットが抽出される所定の時間の終了後に前記荷電粒子ビームパルスの第２のセットの抽出を開始するように前記ビーム源を制御するように構成される、項目７６に記載のビームシステム。
（項目７９）
前記制御システムは、
負荷変化または不安定性を感知することと、
前記感知された負荷変化または不安定性の解消まで、前記ビーム源に同一の持続時間の荷電粒子パルスの抽出を継続させることと
を行うように構成される、項目７６に記載のビームシステム。
（項目８０）
前記加速器システムは、第１の電圧レベルにバイアスされるように構成される１つまたはそれを上回る電極を備えるタンデム加速器システムである、項目７１に記載のビームシステム。
（項目８１）
前記制御システムはさらに、
抽出電極へのバイアスの印加を制御し、前記荷電粒子ビームの選択的抽出を引き起こす
ように構成される、項目７１に記載のビームシステム。
（項目８２）
前記ビーム源は、抽出電極を備える、項目４７－８１のいずれかに記載のビームシステム。
（項目８３）
前記制御システムは、前記加速器システムの１つまたはそれを上回る電極へのバイアスの印加を制御するように構成される、項目７１に記載のビームシステム。
（項目８４）
前記加速器システムは、第１の複数の電極と、電荷交換デバイスと、第２の複数の電極とを備えるタンデム加速器システムである、項目７１に記載のビームシステム。
（項目８５）
前記荷電粒子ビームは、負のイオンビームであり、前記第１の複数の電極は、前段加速器システムから前記荷電粒子ビームを加速させるように構成され、前記電荷交換デバイスは、前記負のイオンビームを正のビームに変換するように構成され、前記第２の複数の電極は、前記正のビームを加速させるように構成される、項目８４に記載のビームシステム。
（項目８６）
前記タンデム加速器システムから受容される前記正のビームから中性ビームを形成するように構成される標的デバイスをさらに備える、項目８５に記載のビームシステム。
（項目８７）
前記荷電粒子ビームパルスを前記ビーム源から前記加速器システムに加速させるように構成される前段加速器システムをさらに備える、項目７１に記載のビームシステム。
（項目８８）
前記荷電粒子ビームパルスは、負のイオンビームパルスである、項目４７－８７のいずれかに記載のビームシステム。

その構造および動作の両方に関する、本明細書に記載される主題の詳細は、同様の参照番号が同様の部分を指す、付随の図の精査によって明白となり得る。図中の構成要素は、必ずしも縮尺通りではなく、代わりに、主題の原理を図示することに重点が置かれている。また、全ての図示は、概念を伝えることを意図しており、相対的サイズ、形状、および他の詳述される属性は、文字通りまたは精密にではなく、図式的に図示され得る。

図１Ａは、中性子ビームシステムの実施例の概略図である。

図１Ｂは、中性子ビームシステムの別の実施例の概略図である。

図２は、本開示の実施形態との併用のための例示的前段加速器システムまたはイオンビーム注入器を図示する。

図３Ａは、図２に示される、イオン源およびイオン源真空ボックスの斜視図である。

図３Ｂは、図３Ａに示されるアインツェルレンズの実施例を描写する、分解斜視図である。

図４Ａは、本開示の実施形態との併用のための例示的イオンビーム源システムを図示する。

図４Ｂは、図４Ａに描写される例示的イオン源を図示する。

図５Ａ－５Ｄは、本開示の実施形態と関連付けられる、例示的タイミング図を図示する。

図６Ａ－６Ｄは、本開示の実施形態と関連付けられる、例示的タイミング図を図示する。

図７は、本開示の実施形態との併用のためのビームシステムにおけるビーム輸送を開始するための例示的動作を図示する。

図８Ａ－８Ｂは、ビーム抽出のためのパルスシーケンスの例示的実施形態を描写する、タイミング図である。

図９は、本開示の実施形態との併用のためのデューティサイクル関数の例示的実施形態を描写する、プロットである。

図１０は、その中で本開示の実施形態が動作し得る、システムを描写する、ブロック図である。

図１１は、本開示の実施形態に従って特別に構成され得る、コンピューティング装置の例示的実施形態を描写する、ブロック図である。

詳細な説明
本主題が詳細に説明される前に、本開示が、説明される特定の実施形態に限定されず、したがって、当然ながら、変動し得ることを理解されたい。また、本明細書に使用される専門用語が、特定の実施形態を説明する目的のみのためのものであり、本開示の範囲は、添付される請求項によってのみ限定されるであろうため、限定することを意図していないことを理解されたい。

用語「粒子」は、本明細書では、広義に使用され、別様に限定されない限り、電子、陽子（またはＨ＋イオン）、または中性子、および１つを上回る電子、陽子、および／または中性子（例えば、他のイオン、原子、および分子）を有する、種を説明するために使用され得る。

ビームシステム（例えば、粒子加速器を含む）の動作的回復のためのシステム、デバイス、および方法の例示的実施形態が、本明細書に説明される。本明細書に説明される実施形態は、任意のタイプの粒子加速器と併用される、または粒子加速器に供給するための規定されたエネルギーにおける荷電粒子ビームの生成を伴う、任意の粒子加速器用途において使用されることができる。本明細書の実施形態は、多数の用途において使用されることができ、その実施例は、ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ）における使用のための中性子ビームの発生のための中性子ビームシステムとしてのものである。説明を容易にするために、本明細書に説明される多くの実施形態は、ＢＮＣＴにおける使用のための中性子ビームシステムの文脈においてそのように行われるであろうが、実施形態は、中性子ビームまたはＢＮＣＴ用途のみに限定されない。

電圧性能は、静電粒子加速器にとって重要なメトリックまたは目標である。電圧性能は、広義には、粒子加速器内の荷電粒子ビームに印加される加速電圧が、好ましくは、既知かつ制御可能であるため、出力電圧能力および安定性を指す。加速電圧Ｖ（したがって、ビームエネルギー）の安定性は、多くの場合、電力供給源出力電流（荷電電流）Ｉ_ＣＨ、荷電粒子ビーム電流Ｉ_Ｂの限定によって、および加速器体積の内側の放電電流Ｉ_ｄｉｓの変動によって影響を受ける。定常状態条件では、電流平衡は、以下のように表されることができる。
式中、Ｚは、加速器電力供給源の合計負荷である。Ｉ_ｄｉｓは、暗電流（例えば、絶縁体に沿った漏出電流）、コロナおよびスパーク放電、および同等物を含む。

比較的に高い放電電流の大きさを伴う、スパーク発達の場合では、誘発される電圧変動は、電力限界に起因して、既存の電圧安定化回路によって十分に取り扱われない。放電電流の大きさに応じて、加速器は、部分的または全体的な電圧破壊を被り得る。加速器電圧降下は、それを上回ると荷電粒子ビーム輸送が危険になり、したがって、制御システムによって終了される閾値を超える可能性が高い。そのようなアクションは、ビームライン構成要素（加速器から下流を含む）の損傷を防止する。

加速器の電圧破壊事象の後、ビーム輸送の再開は、比較的に高い電流のビームにとって些細ではないタスクである。実際、上記の方程式（１）を考慮して、荷電粒子ビーム電流Ｉ_Ｂが、荷電電流Ｉ_ＣＨを上回る場合、ビームの急激なスイッチオンは、所望されない加速器電圧降下または破壊をもたらし得る。これは、ひいては、安全手順に起因して、再びビームを終了させる。故に、絶縁破壊からの回復は、定常状態Ｉ_Ｂが、Ｉ_ＣＨを超え、システムが、効率的に回復可能ではない場合がある可能性が高いため、比較的に高い電流を有するビームにとって困難である。

本開示の実施形態は、イオン源動作状態の微調整によってイオン源から抽出された負のイオンビーム電流の漸進的変動を可能にするため、抽出された負のイオンビームのビーム電流は、平滑に変動され、漸進的に増加されることができる。抽出されたビーム電流の平滑な変動および漸進的増加は、中性子ビームシステム内のビーム輸送の安全な回復および開始を可能にする。

本明細書に言及されるようなイオン源を調整する方法は、イオン源の下流に所望の電流の大きさのイオンビームを生成するために、イオン抽出領域の近傍のプラズマパラメータ、イオン源構成要素のバイアスおよび電流、イオン抽出およびビーム輸送光学系の合致を助長する。イオン源を調整することは、関与する構成要素のパラメータを事前設定することまたは所望の値からのビーム電流の所望されない逸脱を適応させるためにより複雑な制御論理を使用することを含むことができる。例えば、体積タイプイオン源では、そのような調整は、アーク放電電流、フィラメント電流、プラズマおよび抽出電極電圧、イオン源の中に給送される水素ガスのレート、および同等物を制御することによって遂行されることができる。

有利なこととして、本開示の実施形態は、ビームエネルギーを保全しながら、ビームシステム内のビーム輸送の効率的かつ安全な動作的回復を可能にする。ある実施形態では、ビーム電流のみが、提案されたビーム回復方法の間に調節される。

中性子ビームシステムの複数の初期状態が、本明細書に説明される動作を実施する前に存在し得るが、中性子ビームシステムの初期状態の実施例は、ａ）いかなるビームも現在抽出されていない（例えば、待機または開始前）、またはｂ）いかなる電圧もタンデム加速器に印加されていない（例えば、絶縁破壊、したがって、回復を必要とする）ことを含む。本明細書に説明される実施形態は、ビーム輸送の「回復」に言及し得るが、本明細書に説明される動作が、本開示の範囲から逸脱することなく、ビーム輸送の開始に適用され得ることを理解されたい。

ビーム輸送の開始は、適切かつ安全なビーム輸送を確実にするために、加速器およびビームライン構成要素に対するインターロック（例えば、ビーム輸送を終了させるための前述のトリガ）を伴うことができる。ＤＣビーム発生の定常状態では、これらのインターロックは、具体的な測定量の安全なコリドール値からの逸脱（例えば、２：２．１等の所与のＭＶ間隔外の電圧読取値）または所与の閾値（例えば、４０℃）を超える温度に反応するように設定されることができる。具体的な測定量のそのような安全な間隔は、ビームおよびビームライン構成要素（例えば、加速器）パラメータの関数である値に従って定義されることができる。安全な間隔の関数依存性は、線形ではない場合があり、非常に複雑であり得る。故に、ビームラインの動作パラメータを変更することは、ビームライン構成要素または他の関連する機器に関する安全基準を維持するために、インターロックの調節をもたらし得る。そのようなアプローチは、複雑な制御システムをもたらし、非常に洗練された実装、試験、より長い試運転時間、および専用ハードウェアおよび診断を要求する。

本開示の実施形態は、制御およびインターロックシステムの修正を殆ど（または全く）伴わずに、かつ付加的ハードウェアまたは診断を伴わずに、ＤＣビーム輸送を開始することによって、前述の欠点およびそれを上回るものを克服する。本実施形態はさらに、完全性能においてビーム輸送を開始するために要求される全体的時間（例えば、ビーム回復の重要なプロセス）を減少させる。

本開示の実施形態は、可変デューティサイクル関数を介して全電流振幅において抽出されたビームによって加速器に負荷をかけることを可能にする。可変デューティサイクル関数は、経時的に変動し得る、ビーム抽出の周期１／ｆおよびパルス持続時間を含むことができる。例えば、実施形態では、第１のパルス持続時間を有する第１のパルスに続く第２のパルスの第２のパルス持続時間が、ビーム終了または他の望ましくない構成要素条件（例えば、許容可能な電圧降下閾値を超える加速器電圧降下）をトリガすることなく、第１のパルス持続時間のあるパーセンテージだけ増加することができる。すなわち、ある実施形態では、後続パルス持続時間は、先行するパルス持続時間の最大１０％だけ増加することができる。種々の実施形態では、後続パルス持続時間が増加し得るパーセンテージは、２５％またはそれ未満、２０％またはそれ未満、１５％またはそれ未満、または１０％またはそれ未満の範囲内であり得る。パーセンテージは、ビームライン構成要素または用途特有要件に依存し得る。いくつかの実施形態では、各連続するパルスが、持続時間において増加することができる一方、他の実施形態では、増加された持続時間を有するパルスが、その増加された持続時間において連続して繰り返されることができ、次いで、パルス持続時間の別の増加が、行われることができる。パルスは、所定の回数、または所定の持続時間にわたって、または本システムが十分な量だけ安定化または回復するまで（例えば、電圧センサフィードバックに基づいて）繰り返されることができる。例えば、それぞれ第１の持続時間を有するパルスの第１のセットが、第１の期間にわたって繰り返されることができ、次いで、それぞれ同一の第２の持続時間（第１の持続時間よりも長い）を有するパルスの第２のセットが、第２の期間（第１の期間と同一または異なる）にわたって繰り返されることができ、ビームが完全に回復されるまで以下同様である。本明細書に説明される実施形態は、ビーム輸送が、恣意的な電流振幅において（例えば、さらには公称性能に対応するビーム電流において）開始されることができるため、より速いビーム回復を可能にする。

図に詳細に目を向けると、図１Ａは、本開示の実施形態との併用のためのビームシステム１０の例示的実施形態の概略図である。図１Ａでは、ビームシステム１０は、源１２と、低エネルギービームライン（ＬＥＢＬ）１４と、低エネルギービームライン（ＬＥＢＬ）１４に結合される、加速器１６と、加速器１６から標的１００まで延在する、高エネルギービームライン（ＨＥＢＬ）１８とを含む。ＬＥＢＬ１４は、ビームを源２２から加速器１６の入力に輸送するように構成され、これは、順に、ＬＥＢＬ１４によって輸送されるビームを加速させることによって、ビームを生成するように構成される。ＨＥＢＬ１８は、ビームを加速器１６の出力から標的１００に移送する。標的１００は、入射ビームによって印加される刺激に応答して所望の結果を生成するように構成される構造であり得る、またはビームの性質を修正することができる。標的１００は、システム１０の構成要素であり得る、または少なくとも部分的に、システム１０によって調整または製造されるワークピースであり得る。

図１Ｂは、ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ）における使用のための中性子ビームシステム１０の別の例示的実施形態を図示する、概略図である。ここでは、源１２は、イオン源であり、加速器１６は、タンデム加速器である。中性子ビームシステム１０は、荷電粒子ビーム注入器としての役割を果たす、前段加速器システム２０と、前段加速器システム２０に結合される、高電圧（ＨＶ）タンデム加速器１６と、タンデム加速器１６から標的１００（図示せず）を格納する、中性子標的アセンブリ２００まで延在する、ＨＥＢＬ１８とを含む。本実施形態では、標的１００は、十分なエネルギーの陽子による影響に応答して、中性子を発生させるように構成され、中性子発生標的と称され得る。中性子ビームシステム１０および前段加速器システム２０はまた、本明細書に説明されるそれらの他の実施例等の他の用途のために使用されることができ、ＢＮＣＴに限定されない。

前段加速器システム２０は、イオンビームをイオン源１２からタンデム加速器１６の入力（例えば、入力開口）に輸送するように構成され、したがって、また、ＬＥＢＬ１４として作用する。それに結合される、高電圧電力供給源４２によって給電される、タンデム加速器１６は、概して、加速器１６内に位置付けられる加速電極に印加される電圧の２倍に等しいエネルギーを伴う、陽子ビームを生成することができる。陽子ビームのエネルギーレベルは、負の水素イオンのビームを加速器１６の入力から最内側高電位電極まで加速させ、２個の電子を各イオンから奪取し、次いで、結果として生じる陽子を同一の印加される電圧によって下流に加速させることによって達成されることができる。

ＨＥＢＬ１８は、陽子ビームを、加速器１６の出力から、患者治療室の中に延在する、ビームラインの分岐７０の端部に位置付けられる、中性子標的アセンブリ２００内の標的に移送することができる。システム１０は、陽子ビームを任意の数の１つまたはそれを上回る標的および関連付けられる治療面積に指向するように構成されることができる。本実施形態では、ＨＥＢＬ１８は、３つの異なる患者治療室の中に延在し得る、３つの分岐７０、８０、および９０を含み、各分岐は、標的アセンブリ２００および下流ビーム成形装置（図示せず）において終端することができる。ＨＥＢＬ１８は、ポンプチャンバ５１と、ビームの外集束を防止するための四重極磁石５２および７２と、ビームを治療室の中に操向するための双極子または屈曲磁石５６および５８と、ビーム補正器５３と、電流モニタ５４および７６等の診断器と、高速ビーム位置モニタ５５区分と、走査磁石７４とを含むことができる。

ＨＥＢＬ１８の設計は、治療設備の構成（例えば、１階建構成の治療設備、２階建構成の治療設備、および同等物）に依存する。ビームは、屈曲磁石５６の使用を用いて、（例えば、治療室の近傍に位置付けられる）標的アセンブリ２００に送達されることができる。四重極磁石７２は、次いで、ビームを標的においてあるサイズに集束させるように含まれることができる。次いで、ビームは、１つまたはそれを上回る走査磁石７４を通過し、これは、所望のパターン（例えば、螺旋、湾曲、行および列における段階的、それらの組み合わせ、およびその他）において、標的表面上のビームの側方移動を提供する。ビーム側方移動は、リチウム標的上で陽子ビームの平滑かつ均一な時間平均分布を達成し、過熱を防止し、中性子発生をリチウム層内で可能な限り均一にすることに役立ち得る。

走査磁石７４に入射した後、ビームは、電流モニタ７６の中に送達されることができ、これは、ビーム電流を測定する。標的アセンブリ２００は、ゲート弁７７を用いて、ＨＥＢＬ体積から物理的に分離されることができる。ゲート弁の主要機能は、標的を装填し、および／または使用済み標的を新しいものと交換しながらの、標的からのビームラインの真空体積の分離である。実施形態では、ビームは、屈曲磁石５６によって、９０度屈曲され得ず、これは、むしろ、図１Ｂの右に直線に進み、次いで、水平ビームライン内に位置する、四重極磁石５２に入射する。ビームは、続けて、別の屈曲磁石５８によって、建物および部屋構成に応じて、必要とされる角度まで、屈曲され得る。そうでなければ、屈曲磁石５８は、同一階上に位置する２つの異なる治療室のために、ビームラインを２つの方向に分裂させるために、Ｙ形状磁石と置換され得る。

図２は、本開示の実施形態との併用のための前段加速器システムまたはイオンビーム注入器の実施例を図示する。本実施例では、前段加速器システム２０（例えば、ＬＥＢＬ１４）は、アインツェルレンズ３０（図２において不可視であるが、図３Ａ－３Ｂに描写される）と、前段加速器管２６と、ソレノイド５１０とを含み、イオン源１２から注入される負のイオンビームを加速させるように構成される。前段加速器システム２０は、タンデム加速器１６のために要求されるエネルギーへのビーム粒子の加速を提供し、タンデム加速器１６の入力開口または入口における入力開口面積に合致するために、負のイオンビームの全体的収束を提供するように構成される。前段加速器システム２０はさらに、イオン源１２への損傷および／または逆流がイオン源のフィラメントに到達する可能性を低減させるために、タンデム加速器１６から前段加速器システムを通してこれが通過するにつれて、逆流を最小限または外集束させるように構成される。

実施形態では、イオン源１２は、負のイオンビームをアインツェルレンズ３０の上流に提供するように構成されることができ、負のイオンビームは、前段加速器管２６および磁気集束デバイス（例えば、ソレノイド）５１０を通して通過し続ける。ソレノイド５１０は、前段加速器管２６とタンデム加速器１６との間に位置付けられることができ、電力供給源と電気的に結合可能である。負のイオンビームは、ソレノイド５１０を通してタンデム加速器１６まで通過する。

前段加速器システム２０はまた、ガスを除去するためのイオン源真空ボックス２４と、ポンプチャンバ２８とを含むことができ、これは、前段加速器管２６および上記に説明される他の要素とともに、タンデム加速器１６につながる、比較的に低いエネルギービームラインの一部である。その中にアインツェルレンズ３０が位置付けられ得る、イオン源真空ボックス２４は、イオン源１２から延在する。前段加速器管２６は、イオン源真空ボックス２４およびソレノイド５１０に結合されることができる。ガスを除去するための真空ポンプチャンバ２８は、ソレノイド５１０およびタンデム加速器１６に結合されることができる。イオン源１２は、荷電粒子の源としての役割を果たし、これは、加速され、調整され、最終的に、中性子生成標的に送達されると、中性子を生成するために使用されることができる。例示的実施形態は、負の水素イオンビームを生成するイオン源を参照して本明細書に説明されるであろうが、実施形態は、そのようなものに限定されず、他の正または負の粒子も、源によって生成されることができる。

前段加速器システム２０は、ビームを集束および／またはその整合を調節する等の目的のために、ゼロ、１つ、または複数の磁気要素を有することができる。例えば、任意のそのような磁気要素は、ビームをビームライン軸およびタンデム加速器１６の受光角に合致させるために使用されることができる。イオン真空ボックス２４は、その中に位置付けられる、イオン光学系を有することができる。

概して、負のイオンの発生の機構と異なる、２つのタイプの負のイオン源１２、すなわち、表面タイプおよび体積タイプが、存在する。表面タイプは、概して、具体的内部表面上にセシウム（Ｃｓ）の存在を要求する。体積タイプは、高電流放電プラズマの体積内の負のイオンの形成に依拠する。両方のタイプのイオン源が、タンデム加速器に関連する用途のために、所望の負のイオン電流を送達することができるが、表面タイプの負のイオン源は、変調のために望ましくない。すなわち、本明細書に説明される実施形態における負のイオンビームの変調のために、（例えば、セシウム（Ｃｓ）を採用しない）体積タイプの負のイオン源が、好ましい。

図３Ａに目を向けると、イオンビーム注入器２０のイオン源真空ボックス２４（例えば、またはＬＥＢＬ１４）は、その中に位置付けられる、アインツェルレンズ３０を含むことができる。図３Ｂに詳細に示されるように、真空ボックス２４内のイオン源１２の接地レンズ２５の下流に搭載され得る、アインツェルレンズ３０は、搭載プレート３２と、搭載プレート３２に搭載され、搭載ロッド３５を用いて、離間関係において相互に結合される、２つの接地された電極３４と、２つの接地された電極３４の間に位置付けられる、給電（バイアス）される電極３８とを含む。電極３４および３８は、円筒形開口の形態に作製され、ビーム経路と一致する軸方向軸を有するように組み立てられる。給電される電極３８は、接地された電極または開口３４の間に延在する、アイソレータ（または絶縁体）３６によって支持される。

隔離アイソレータ３６は、電子雪崩の発達を阻止し、フラッシュオーバ形成をもたらし得る、ストリーマ形成および伝搬を抑制するように構成される、幾何学的設計を有することができる。隔離アイソレータ３６の幾何学的設計は、部分的に、電子雪崩を駆動し、経路長を事実上増加させる、絶縁体表面上の外部電場をスクリーニングすることができる。加えて、絶縁体／アイソレータ３６の材料は、スパッタリング効果、表面上の負のイオンの損失、体積汚染、および電気強度の減少につながる絶縁体またはアイソレータ表面上の伝導性コーティングの形成を減少させる傾向がある。

機能的に、イオン源１２から前進する荷電粒子のビームに対するアインツェルレンズ３０の作用は、光のビームに対する光学集束レンズの作用に類似する。すなわち、アインツェルレンズ３０は、流入発散ビームを焦点面においてスポットの中に集束させる。しかしながら、ここでは、対の給電される電極３８と２つの接地された電極３４との間に形成される電場は、アインツェルレンズの集束強度（焦点長距離）を決定する。

アインツェルレンズ３０をイオン源接地レンズ２５の下流に搭載することによって、これは、固有の空間電荷に起因して、ビームが発散に曝される場合、ビーム自由空間輸送を減少させる。

アインツェルレンズ３０の軸対称または略軸対称設計の寸法は、抽出されるイオンとアインツェルレンズ３０の暴露表面との直接相互作用を回避するために最適化される。

動作時、アインツェルレンズ３０の負の極性バイアスは、正のバイアス極性より高い集束電力をもたらす。また、動作時、アインツェルレンズ３０への電力送達の方法は、瞬間電圧印加の代わりに、漸進的電圧成長を提供し、これは、例えば、爆発放出機構を介して、プラズマ形成に関与するアインツェルレンズ３０の表面上に存在する微小突出部における電場の成長率（ｄＥ／ｄｔ）を低減させる。そのようなプラズマ形成の妨害は、電気強度を改良する。

高背景圧力内のアインツェルレンズのための負のバイアス電位は、通常、電気絶縁破壊に起因して、不可能である。本明細書に提供されるアインツェルレンズの例示的実施形態の構成は、電気絶縁破壊を伴わずに、１００％電流利用のために十分に高い負のバイアス電圧の印加を可能にする。

図４Ａは、本開示の実施形態との併用のための例示的イオンビーム源システムを図示する。図４Ａでは、イオン源１２は、随意に、イオン源封入体内に格納される。イオン源１２は、プラズマ電極３２０、接地レンズ３１０、および抽出電極３３０等の複数の電極を含む。随意に、イオン源１２は、アインツェルレンズ３０と結合され、負のイオンビームは、イオン源１２から、アインツェルレンズ３０、前段加速器管２６、およびソレノイド５１０を通して、タンデム加速器１６の入力開口まで注入または伝搬される。

図４Ｂを参照すると、イオン源１２は、接地レンズ３１０において、電力供給源ＰＳ３の第１の（接地）端子と電気的に結合されることができ、これは、順に、第２の端子において、イオン源１２に電気的に結合される。接地レンズ３１０に対するイオン源１２のバイアスは、イオン源の下流の高電流の負のイオンビームの抽出および輸送を可能にする。いくつかの実施形態では、電力供給源ＰＳ３は、－３０ｋＶの電圧を提供することができる。自己空間電荷に起因する高電流の負のイオンビームの発散は、前段加速器管２６内のビームを加速させることによってさらに抑制される一方、ソレノイド５１０は、注入されたビームとタンデム加速器１６の入力開口との微細な合致のために利用される。

イオン源１２のプラズマ電極３２０は、電力供給源ＰＳ５に電気的に結合されることができ、イオン源１２の抽出電極３３０は、変調器３５０に電気的に結合されることができ、これは、順に、電力供給源ＰＳ４に電気的に結合される。プラズマ電極３２０のバイアスは、イオン源１２が所望の電子エネルギー分布を維持することを可能にし、したがって、抽出電極３３０を使用して、イオン源１２内のプラズマ境界からの負のイオンのより効果的な抽出を促進する。

抽出電極３３０が、バイアスされると、負のイオンビームは、接地レンズ３１０によって加速されるイオン源１２からイオン源１２の下流の注入器構成要素に向かって抽出される。抽出電極３３０が、バイアスされないと、負のイオンビームは、抽出されない。

上記に議論されるように、タンデム加速器１６は、それに結合される、高電圧電力供給源ＰＳ６によって給電され、概して、タンデム加速器１６内に位置付けられる加速電極に印加される電圧の２倍に等しいエネルギーを伴う、陽子ビームを生成することができる。電力供給源ＰＳ６は、フィードバックループによって統御されることができ、それによって、タンデム加速器１６内の電圧安定性は、維持される。すなわち、測定または制御デバイス３６０（例えば、電圧計）は、タンデム加速器１６の複数のタンデム電極（Ｇ）を横断する電圧を監視することができる。

加速器１６に給送する電力供給源（例えば、ＰＳ６）は、その入力電圧および電流に対する物理的および設計関連限界を有し得る。制御回路（例えば、測定または制御デバイス３６０）もまた、信号入手および処理に関する限定された帯域幅を有し得、出力電圧安定化のための比例－積分－微分（ＰＩＤ）ループを特徴とし得る。電力供給源（例えば、ＰＳ６）と関連付けられるこれらおよび他の因子は、トリガされた事象下で加速器１６に関する電力供給源（例えば、ＰＳ６）の応答時間の事実上の増加につながり得る。結果として、加速器１６は、ビーム電流が１０ミリアンペア（ｍＡ）と同程度に大きくあり得る間、１０Ｈｚの周波数（例えば、１％のデューティサイクル）において１ミリ秒（ｍ秒）未満（または約１ミリ秒（ｍ秒））の持続時間を伴うビームパルスによって容易に負荷を受け得る。対照的に、１０ｍＡＤＣビーム輸送の開始は、加速器電圧をほぼ５０％降下させ、ビーム終了をトリガし得る。

本明細書の実施形態は、経時的に漸増する変動を有するビームデューティサイクルを伴う完全性能におけるビーム電流によって加速器１６の負荷を推進することによって、加速器１６に給送する電力供給源（例えば、ＰＳ６）および電力供給源および加速器１６のパラメータを監視する制御回路と関連付けられる物理的および設計関連限界に対処する。加速器の完全性能は、用途特有要件（例えば、患者治療のため）によって決定付けられることができる。いくつかの実施形態では、ビーム電流は、２．７ＭｅＶにおいて１５ｍＡである。

図５Ａ－５Ｃは、ビームシステム１０の動作の例示的実施形態を描写する、プロットである。図５Ａは、加速器電力供給源（電極への供給のため）の電圧対時間のプロットである。図５Ｂは、加速器４０への入力に先立つＬＥＢＬ１９０におけるビーム電流を示す、プロットであり、図５Ｃは、ビーム源２２の電流に関する設定点を示す、プロットである。時間ｔ０に先立って、加速器４０は、通常電圧Ｖ_Ｎにおける加速器電圧を伴って、医療治療のために正常に動作している。ビーム電流は、公称ビーム電流レベルＩ_ＬＤにおいて安定している。時間ｔ０において、加速器電圧を降下させる事象が、起こる。これは、システム１０の意図的なシャットダウン、絶縁破壊事象（例えば、非常に高い電圧が使用されていることを前提として、加速器内４０内のアーク放電から等）、またはその他であり得る。本事象の検出に応答して、システム１０に関する制御システム３００１Ａ（図８）は、ビームの抽出を終了させ、電流は、ゼロに低下する（図５Ｂ）。

制御システム３００１Ａはまた、例えば、ｔ０において、ビーム源２２が源の設定点をＩ_ＬＮからビームを開始または再開するために適切なより低い電流レベルＩ_ＬＩに変更または調整するために、コマンドを発行する。ビーム源２２が新しい設定点に調整するであろう速度は、ビーム源の設計および実装に依存し、これは、実施形態を横断して変動するであろう。本実施形態では、ビーム源２２の動態は、新しい設定点に修正するための時間を要求し、ビーム源２２は、時間ｔ２において、またはそれに先立って新しい設定点に到達する。ビーム源２２の調整は、加速器電圧をＶ_Ｎに増加させることに先立って、その間に（それと並行して）、またはその後に行われることができる。

ビーム源２２を調整するプロセスは、プラズマが要求される電流におけるイオンビームの確実な抽出を促進するために十分であるように、源２２のビームまたはイオン抽出領域の近傍のプラズマ密度のようなプラズマパラメータを合致させるタスクを含むことができる。調整はさらに、抽出されたイオンビームに関するパラメータ（例えば、エネルギー、整合、焦点距離）を下流のビーム輸送光学系と合致させ、損失を最小限にするタスクを含むことができる。調整は、イオン源構成要素の制御可能な設定を調節することによって実施されることができる。例えば、調整は、源のアーク放電電流を制御または調節すること、源のフィラメント電流を調節すること、プラズマ電極電圧を調節すること、抽出電極電圧を調節すること、および／または源２２の中に給送される水素ガスのレートを調節することを含むことができる。

システム１０を再起動する決定が行われた後、時間ｔＲにおいて、制御システム３００１Ａは、バイアス電圧を加速器４０の電極に印加させ、加速器電圧は、Ｖ_Ｎに向かって増加し、時間ｔ１においてそのレベルに到達する。時間ｔ２において、制御システム３００１Ａは、ビーム抽出をＩ_ＬＩ設定点において（例えば、源２２の抽出電極をバイアスすることによって）開始させることができ、ビーム電流は、Ｉ_ＬＩまで上昇する。加速器４０を通したビームの即時の伝搬は、大きさＶ_Ｄを有する過渡加速器電圧降下５０１をもたらす。直接的関係が、Ｉ_ＬＩおよびＶ_Ｄの大きさの間に存在し、したがって、より高いＩ_ＬＩレベルは、より高いＶ_Ｄを引き起こす。

加速器電圧の変動は、ビームエネルギーの変動につながり、これは、ひいては、最適な軸からの偏向につながる。ビーム光学系が、軸からの不整合に応じてビームを再調節するために、システム１０内に存在するが、これらの光学系は、多くの場合、不整合を検出し、応答するために短い時間がかかる。比較的に高いビーム電流において、短い不整合であっても、ビームシステム構成要素への損傷をもたらし得る。したがって、Ｉ_ＬＯは、好ましくは、ビームが不整合される時間において損傷を回避するために、比較的に低いレベルにおいて維持される。

これらの例示的実施形態では、Ｉ_ＬＩの大きさは、過渡電圧降下Ｖ_Ｄ（したがって、偏向の程度）が閾値Ｖ_Ｔ内に保たれることを確実にするように選定されることができる。換言すると、Ｉ_ＬＩの大きさは、加速器電圧が、特定のＩ_ＬＩレベルにおいてシステム１０への損傷を回避するために許容される最小電圧（Ｖ_Ｍ）を上回るレベルまで降下するようなものであり得る。閾値は、選択されたＩ_ＬＩに関するビーム軸から外れたビームの最大許容偏向時間に対応する。これは、ビーム軸から外れた偏向を検出および補償するためにビーム光学系構成要素（例えば、磁気要素）によって要求される時間、およびビーム電流の大きさ（より弱いビームは、損傷を引き起こす前に比較的に長い時間にわたって軸外れであり得る）を考慮する。閾値は、ビームシステムの種々の構成要素の調節応答時間に対応することができる。タンデム加速器の下流のビームラインパラメータに応じて、ビームエネルギーのある小さい変動は、軸からの小さいビーム逸脱に起因してビームライン損傷を引き起こすのに十分ではないか、またはフィードバック信号に基づいてアクティブイオン光学系を使用することによって補償され得るかのいずれかである。

時間ｔ３において、加速器電圧は、公称レベルＶ_Ｎに戻っており、制御システム３００１Ａは、ビーム源２２を公称ビーム電流レベルＩ_ＬＮに調整するためのコマンドを発行する（図５Ｃ）。本実施形態では、ビーム源２２は、時間ｔ３からｔ４までビーム電流をＩ_ＬＮまで漸進的に増加させることによって応答する。本漸進的増加は、閾値Ｖ_Ｔ内に留まる別の過渡電圧降下５０２に対応する。いくつかの実施形態では、ますます増加するレベルにおける設定点調節のための複数の順次的コマンドが、源２２を漸進的に増加させる、またはステップ関数様式で増加させるために発行されることができる。時間ｔ４において、加速器電圧およびビーム電流の両方は、治療のための公称レベルに戻っており、システム１０は、完全に回復または開始された。いくつかの実施形態では、システム１０は、過渡電圧降下がＶ_Ｔ内に留まるように、ビーム電流を制御された比較的に緩慢なレートにおいてゼロからＩ_ＬＮに増加させることができる。

図５Ｄは、漸増手順ｔＲ’の開始が、図５Ａの実施形態のｔＲよりも早い時間に開始される、別の例示的実施形態に関する加速器電圧を描写する。ここでは、ｔＲ’は、ｔ０における初期事象からの電圧降下が、依然として進行中であり、ゼロにまだ到達していない際に生じる。したがって、加速器電圧をＶ_Ｎに漸増させる時間は、低減され、システム１０は、図５Ａのｔ４よりもはるかに早いｔ４’において公称条件に戻ることができる。言い換えると、ｔＲの偏移は、ｔ４のさらに大きい偏移に対応することができ、したがって、システム１０は、より迅速に公称治療条件に戻ることができる。

図６Ａ－６Ｄは、本開示の実施形態との併用のためのビーム輸送回復および／または開始に関する図５Ａ－５Ｄの例示的実施形態の実装を表すデータを描写する、プロットである。図６Ａは、電力供給源によって供給される加速器の電極上の電圧を描写し、図６Ｂは、加速器電力供給源の電荷電流（Ｉ_ＣＨ）を描写し、図６Ｃは、加速器４０への入力に先立つＬＥＢＬ１９０における負のイオンビーム電流を描写し、図６Ｄは、加速器４０からの出力後のＨＥＢＬ５０における陽子ビーム電流を描写する。時間ｔ２、ｔ３、およびｔ４は、図６Ａ－６Ｄにおいて標識化され、図５Ａ－５Ｃに関して説明されるそれらの時間に対応する。

ここでは、時間ｔ２に先立って、加速器電圧は、公称レベルＶ_Ｎにあり、ビームは、オフである。時間ｔ２に先立って、ビーム源２２は、Ｉ_ＬＩに調整され、これは、本実施形態では、約１ミリアンペア（ｍＡ）である。時間ｔ２において、ビームは、Ｉ_ＬＩにおいて抽出され、加速器４０は、過渡電圧降下５０１を被り、電力供給源電流は、Ｉ_ＬＩを上回る約２ｍＡの定常状態レベル（Ｉ_ＳＳ）に上昇する前に、短時間降下する。時間ｔ３において、加速器は、Ｖ_Ｎに到達しており、ビーム源２２に関する設定点は、Ｉ_ＬＮに修正され、その時点で、ビーム電流の漸進的増加が、Ｉ_ＬＮに到達するまで起こり、これは、約１０ｍＡである（図６Ｃ）。これと同時に、加速器電圧は、第２の過渡降下５０２を被る。降下５０１または５０２のいずれも、加速器電圧をＶ_Ｍを下回って低下させない。加速および陽子ビームへの変換後、ビーム電流は、約７ｍＡになる（図６Ｄ）。

図７は、ビームシステムにおいてビーム輸送を開始する方法７００の例示的実施形態を描写する、フロー図である。７０１において、加速器システムの１つまたはそれを上回る電極へのバイアス電圧が、第１の電圧レベル（例えば、公称電圧Ｖ_Ｎ）まで増加される。７０２において、荷電粒子ビームが、第１のビーム電流レベル（例えば、Ｉ_ＬＩ）においてビーム源から抽出される（または別様に伝搬される）。第１のビーム電流レベルは、加速器システムの第１の過渡電圧降下（Ｖ_Ｄ）をもたらし、第１の過渡電圧降下は、閾値（Ｖ_Ｔ）内である。加速器電圧は、第１のビーム電流レベルに関する最小許容電圧（Ｖ_Ｍ）を下回って低下しない。７０３において、ビーム電流は、加速器システムが第２のビーム電流レベル（例えば、Ｉ_ＬＮ）に到達するまで、加速器システムの１つまたはそれを上回る後続過渡電圧降下をもたらすレートにおいて増加され、１つまたはそれを上回る後続過渡電圧降下は、閾値内である。

図６Ａの例示的実施形態では、閾値（Ｖ_Ｎ－Ｖ_Ｍ）は、約１ｍＡのビーム電流に関して約７０キロボルト（ｋＶ）である。閾値は、ビーム電流の大きさ、軸外れであるときのビームの衝撃に対するシステム１０の回復力、ビーム不整合が検出され得る速度、および不整合が補正され得る速度に基づいて変動し得、変動するであろう。

Ｉ_ＬＩの大きさは、特定の用途の必要性を満たすＩ_ＬＮおよび定常状態電荷電流Ｉ_ＳＳよりも低い任意の電流値であり得る。例えば、図６Ｃの実施形態では、Ｉ_ＬＩは、１ミリアンペア（ｍＡ）であり、Ｉ_ＳＳは、２ｍＡであり、Ｉ_ＬＮは、約１０ｍＡであるが、両方の値は、変動し得る。いくつかの実施形態では、Ｉ_ＬＩの大きさは、Ｉ_ＳＳの値の０．０１～７５％である。

図８Ａおよび８Ｂは、例示的ビームシステム１０内のビーム抽出に関するパルスシーケンスの例示的実施形態を描写する、プロットである。例示的ビーム動作は、ビーム抽出トリガシーケンスおよび所与のデューティサイクル関数に従って、ビームを抽出することを含む。ビーム抽出トリガシーケンスは、制御システム（例えば、３００１Ａ）による、源１２が所望の電流の大きさを有するビームを出力することができる状態になるように、ビーム源の設定点を所望の電流レベルに変更するための第１のコマンドの発行を含むことができる。制御システム（例えば、３００１Ａ）は、次いで、（例えば、第２のコマンドを発行することによって）バイアス電圧を加速器１６の電極に印加させることができ、加速器電圧は、Ｖ_Ｎ（例えば、加速器の公称電圧または所望の動作電圧）に向かって増加する。制御システム３００１Ａは、次いで、（例えば、第３のコマンドを発行することによって）ビーム抽出を開始させることができる（例えば、源１２の抽出電極をバイアスすることによって）。図８Ａおよび８Ｂは、ビーム抽出トリガに言及し、ビーム抽出トリガは、本明細書の実施形態に従ってビームの抽出を開始および／または引き起こすために、コマンドの前述のシーケンスを含むことができる。

ビーム抽出トリガシーケンスは、所与のデューティサイクル関数に従うことができる。デューティサイクル関数は、周期１／ｆ（それに従ってビームまたはパルスが抽出され得る）、経時的に成長するパルス持続時間（例えば、ビームパルスが抽出される持続時間）、または両方を含むことができる。すなわち、制御システム（例えば、３００１Ａ、図８Ａ－８Ｂに図示せず）は、規定された時間にビーム抽出を引き起こす１つまたはそれを上回るコマンドを発行するように構成される（例えば、プログラムされる）ことができる。図８Ａの例示的実施形態では、第１のパルス５０１が、時間０において抽出される。ビーム抽出は、例えば、制御システム３００１Ａによって発行された１つまたはそれを上回るコマンドの結果として、ビーム抽出が中止または停止される前に、第１のパルス持続時間にわたって継続することができる。制御システム３００１Ａは、次いで、第１のパルス持続時間よりも長い第２のパルス持続時間にわたって時間１／ｆにおいてビーム抽出を引き起こす１つまたはそれを上回るコマンドを発行することができる。第２のパルス持続時間は、ビーム抽出を中止するために制御システム３００１Ａによって発行された１つまたはそれを上回るコマンドの結果として終了することができる。制御システム３００１Ａは、次いで、第２のパルス持続時間および第１のパルス持続時間よりも長い第３のパルス持続時間にわたって時間２／ｆにおいてビーム抽出を引き起こす１つまたはそれを上回るコマンドを発行することができる。第３のパルス持続時間は、ビーム抽出を中止するために制御システム３００１Ａによって発行された１つまたはそれを上回るコマンドの結果として終了することができる。制御システム３００１Ａは、次いで、第３のパルス持続時間、第２のパルス持続時間、および第１のパルス持続時間のそれぞれよりも長い第４のパルス持続時間にわたって時間３／ｆにおいてビーム抽出を引き起こす１つまたはそれを上回るコマンドを発行することができる。第４のパルス持続時間は、ビーム抽出を中止するために制御システム３００１Ａによって発行された１つまたはそれを上回るコマンドの結果として終了することができる。制御システム３００１Ａは、次いで、第４のパルス持続時間、第３のパルス持続時間、第２のパルス持続時間、および第１のパルス持続時間のそれぞれよりも長い第５のパルス持続時間にわたって時間４／ｆにおいてビーム抽出を引き起こす１つまたはそれを上回るコマンドを発行することができる。例示的動作は、Ｎ番目の抽出信号が開始され、ＤＣビーム５１０を形成するまで継続することができ、Ｎは、数であり、特定の実施形態に従って設定されることができる（例えば、Ｎは、５、５０、５００、５，０００等であり得る）。

図８Ａは、パルス持続時間が、各連続するパルスに伴って増加される、ある実施形態を描写する。他の実施形態は、変動し得る。図８Ｂは、パルスが、次の増加の前に特定の持続時間において繰り返される、例示的実施形態を描写する。ここでは、パルス５０１－１から５０１－３の第１のセット５５１が、抽出され、各パルスは、同一の持続時間を有する。次いで、パルス５０１－４から５０１－６の第２のセット５５２が、抽出され、各パルスは、再び、同一の持続時間を有するが、持続時間は、第１のセット５５１のパルス持続時間よりも長い。なおもより長い持続時間のパルス５０１－７から５０１－９の第３のセット５５３が、次いで、抽出され、続けてさらにより長いパルス５０１－１０から５０１－１２の第４のセット５５４が、抽出される。本プロセスは、ＤＣビーム形成が行われるまで、連続して増加するパルス持続時間のセットを伴って継続することができる。本実施形態では、各セットは、３つのパルスを含むが、しかしながら、セットは、相互に同一または異なる他のパルスカウントを有することができる。セットに関する期間は、パルスカウント（例えば、所定のパルスカウントに到達するまでセットが継続する）または経過時間（例えば、所定の時間が経過するまでセットが継続する）に基づいて、事前決定される（例えば、事前プログラムされる）ことができる。セットは、本システムからのフィードバックに基づいて、動的に終了されることができ、例えば、セットは、制御システムへの感知されたフィードバックに基づいて、加速器電圧レベルが安定化するまで継続することができる。他の実施形態では、本システムは、システム安定性に関して監視しながら、図８Ａの実施形態のような連続して増加される持続時間のパルスを使用してビーム抽出を開始することができ、負荷または不安定性（例えば、最小閾値を下回る電圧）を感知することに応じて、図８Ｂのもののような実施形態に遷移することができ、そのような負荷が軽減される、または不安定性が解消されるまで（または所定の時間またはカウントに到達するまで）、同一物のパルスが、繰り返され、次いで、本システムは、連続して増加する持続時間のパルスに戻るように遷移することができる（図８Ａ）。いくつかの実施形態では、負荷または不安定性を感知することに応じて、本システムは、パルス持続時間増加が進行し得るそのような時間まで、より短い持続時間のパルスに戻ることができる。

図９は、本開示の実施形態との併用のための例示的デューティサイクル関数を描写する、プロットである。例えば、図９では、ビーム動作における使用のためのデューティサイクル（例えば、図８Ａ－８Ｂに描写されるような）は、線形または非線形関数を含むことができる。図９では、第１の関数ｘ６１０（例えば、破線によって表される）は、それに従ってデューティサイクルが算出または発生され得る、線形関数であり得る。代替または第２の関数
６２０（例えば、実線によって表される）は、それに従ってデューティサイクルが算出または発生され得る、非線形関数であり得る。デューティサイクルが、加速器１６のための電力供給源（例えば、ＰＳ６）に従って選択または調整され得ることを理解されたい。デューティサイクル関数を決定するための基準の実施例は、具体的範囲（例えば、安全または安全性コリドール）内に出力電圧を維持する加速器電力供給源の能力を含むことができる。実施例では、加速器電力供給源がパルス化ビームによって誘発される負荷増加を検出し始めるときのデューティサイクルの変動率を減速させることが、好ましくあり得る。

図１０は、その中で本開示の実施形態が動作し得る、例示的システムを示す、ブロック図である。例えば、図示される例示的システムは、ビームシステム１０と、１つまたはそれを上回るコンピューティングデバイス３００２とを含む。実施形態では、ビームシステム１０は、例示的中性子ビームシステム（例えば、上記のシステム１０）の一部であり得る。そのような実施形態では、ビームシステム１０は、１つまたはそれを上回る制御システム３００１Ａを採用することができ、それを用いて１つまたはそれを上回るコンピューティングデバイス３００２は、ビームシステム１０（例えば、中性子ビームシステム１０）のシステムおよび構成要素と相互作用するために、通信することができる。これらのデバイスおよび／またはシステムはそれぞれ、直接相互に、またはネットワーク３００４等のローカルネットワークを介して、通信するように構成される。

コンピューティングデバイス３００２は、種々のユーザデバイス、システム、コンピューティング装置、および同等物によって具現化されることができる。例えば、第１のコンピューティングデバイス３００２は、特定のユーザと関連付けられる、デスクトップコンピュータであり得る一方、別のコンピューティングデバイス３００２は、特定のユーザと関連付けられる、ラップトップコンピュータであり得、また別のコンピューティングデバイス３００２は、モバイルデバイス（例えば、タブレットまたはスマートデバイス）であり得る。コンピューティングデバイス３００２はそれぞれ、例えば、コンピューティングデバイスを介してアクセス可能なユーザインターフェースを通して、ビームシステム１０と通信するように構成されることができる。例えば、ユーザは、デスクトップアプリケーションをコンピューティングデバイス３００２上で実行することができ、これは、ビームシステム３００１と通信するように構成される。

コンピューティングデバイス３００２を使用し、ビームシステム３００１と通信することによって、ユーザは、本明細書に説明される実施形態による、構成要素３００５のための動作パラメータ（例えば、動作電圧および同等物）を提供することができる。実施形態では、ビームシステム１０は、制御システム３００１Ａを含むことができ、それによってビームシステム１０は、動作パラメータをコンピューティングデバイス３００２から受信し、適用することができる。

制御システム３００１Ａは、ビームシステム１０の構成要素３００５および監視デバイス３００３から測定値、信号、または他のデータを受信するように構成されることができる。例えば、制御システム３００１Ａは、ビームシステム３００１を通して通過するビームの動作条件および／または位置を示す信号を１つまたはそれを上回る監視デバイス３００３から受信することができる。制御システム３００１Ａは、ビームシステムを通して通過するビームの動作条件および／または位置に応じて、本明細書に説明される方法に従って、１つまたはそれを上回るビームライン構成要素３００５の入力への調節を提供することができる。制御システム３００１Ａはまた、監視デバイス３００３を含む、ビームシステム１０の構成要素のうちのいずれかから収集された情報を、直接、または通信ネットワーク３００４を介してのいずれかで、コンピューティングデバイス３００２に提供することができる。

通信ネットワーク３００４は、例えば、有線または無線ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、パーソナルエリアネットワーク（ＰＡＮ）、都市規模ネットワーク（ＭＡＮ）、広域ネットワーク（ＷＡＮ）、または同等物を含む、任意の有線または無線通信ネットワーク、およびそれを実装するために要求される、任意のハードウェア、ソフトウェア、および／またはファームウェアを含むことができる（例えば、ネットワークルータ等）。例えば、通信ネットワーク３００４は、８０２．１１、８０２．１６、８０２．２０、および／またはＷｉＭａｘネットワークを含むことができる。さらに、通信ネットワーク３００４は、インターネット等のパブリックネットワーク、イントラネット等のプライベートネットワーク、またはそれらの組み合わせを含むことができ、限定ではないが、ＴＣＰ／ＩＰベースのネットワーキングプロトコルを含む、現在利用可能なまたは後に開発される種々のネットワーキングプロトコルを利用することができる。

コンピューティングデバイス３００２および制御システム３００１Ａは、図１１に示される装置３１００等の１つまたはそれを上回るコンピューティングシステムによって具現化されることができる。図１１に図示されるように、装置３１００は、プロセッサ３１０２と、メモリ３１０４と、入力および／または出力回路網３１０６と、通信デバイスまたは回路網３１０８とを含むことができる。また、これらの構成要素３１０２－３１０８のうちのあるものが、類似するハードウェアを含み得ることを理解されたい。例えば、２つの構成要素は両方とも、複製ハードウェアがデバイス毎に要求されないように、同一プロセッサ、ネットワークインターフェース、記憶媒体、または同等物の使用を活用し、それらの関連付けられる機能を実施することができる。本装置の構成要素に関して本明細書に使用されるような用語「デバイス」および／または「回路網」の使用は、したがって、本明細書に説明されるように、その特定のデバイスと関連付けられる機能を実施するためのソフトウェアを伴って構成される特定のハードウェアを包含することができる。

用語「デバイス」および／または「回路網」は、広義には、ハードウェアを含むように理解されるべきであり、いくつかの実施形態では、デバイスおよび／または回路網はまた、ハードウェアを構成するためのソフトウェアを含むことができる。例えば、いくつかの実施形態では、デバイスおよび／または回路網は、処理回路網、記憶媒体、ネットワークインターフェース、入／出力デバイス、および同等物を含むことができる。いくつかの実施形態では、装置３１００の他の要素は、特定のデバイスの機能性を提供または補完することができる。例えば、プロセッサ３１０２は、処理機能性を提供することができ、メモリ３１０４は、記憶機能性を提供することができ、通信デバイスまたは回路網３１０８は、ネットワークインターフェース機能性を提供することができる等となる。

いくつかの実施形態では、プロセッサ３１０２（および／またはプロセッサを補助する、または別様にそれと関連付けられる、コプロセッサまたは任意の他の処理回路網）は、本装置の構成要素間で情報を通過させるために、バスを介して、メモリ３１０４と通信することができる。メモリ３１０４は、非一過性であり得、例えば、１つまたはそれを上回る揮発性および／または不揮発性メモリを含むことができる。言い換えると、例えば、メモリは、電子記憶デバイス（例えば、コンピュータ可読記憶媒体）であり得る。メモリ３１０４は、本装置が、本開示の例示的実施形態による種々の機能を実行することを可能にするために、情報、データ、コンテンツ、アプリケーション、命令、または同等物を記憶するように構成されることができる。

プロセッサ３１０２は、いくつかの異なる方法において具現化されることができ、例えば、独立して実施するように構成される、１つまたはそれを上回る処理デバイスを含むことができる。加えて、または代替として、プロセッサは、バスを介して連動し、命令、パイプライン、および／またはマルチスレッドの独立実行を可能にするように構成される、１つまたはそれを上回るプロセッサを含むことができる。用語「処理デバイス」および／または「処理回路網」の使用は、本装置の内部のシングルコアプロセッサ、マルチコアプロセッサ、複数のプロセッサ、および／または遠隔または「クラウド」プロセッサを含むように理解されることができる。

例示的実施形態では、プロセッサ３１０２は、メモリ３１０４内に記憶される、または別様にプロセッサにアクセス可能である、命令を実行するように構成されることができる。代替として、または加えて、プロセッサは、ハードコーディングされた機能性を実行するように構成されることができる。したがって、ハードウェアまたはソフトウェア方法によって、またはハードウェアとソフトウェアの組み合わせによって、構成されるかどうかにかかわらず、プロセッサは、適宜構成される間、本開示のある実施形態による動作を実施することが可能である、（例えば、回路網内で物理的に具現化される）エンティティを表すことができる。代替として、別の実施例として、プロセッサが、ソフトウェア命令のエグゼキュータとして具現化されると、命令は、命令が実行されると、本明細書に説明されるアルゴリズムおよび／または動作を実施するように、プロセッサを具体的に構成することができる。

いくつかの実施形態では、装置３１００は、入／出力デバイス３１０６を含むことができ、これは、順に、プロセッサ３１０２と通信し、出力をユーザに提供し、いくつかの実施形態では、入力をユーザから受信することができる。入／出力デバイス３１０６は、ユーザインターフェースを含むことができ、ウェブユーザインターフェース、モバイルアプリケーション、クライアントデバイス、または同等物を含み得る、ユーザデバイスディスプレイ等のデバイスディスプレイを含むことができる。いくつかの実施形態では、入／出力デバイス３１０６はまた、キーボード、マウス、ジョイスティック、タッチスクリーン、タッチエリア、ソフトキー、マイクロホン、スピーカ、または他の入／出力機構を含むことができる。プロセッサおよび／またはプロセッサを含むユーザインターフェース回路網は、プロセッサにアクセス可能なメモリ（例えば、メモリ３１０４および／または同等物）上に記憶されたコンピュータプログラム命令（例えば、ソフトウェアおよび／またはファームウェア）を通して、１つまたはそれを上回るユーザインターフェース要素の１つまたはそれを上回る機能を制御するように構成されることができる。

通信デバイスまたは回路網３１０８は、データを／ネットワークおよび／または装置３１００と通信する任意の他のデバイスまたは回路網から受信し、および／またはそこに伝送するように構成される、ハードウェアまたはハードウェアおよびソフトウェアの組み合わせのいずれかにおいて具現化される、デバイスまたは回路網等の任意の手段であり得る。この点で、通信デバイスまたは回路網３１０８は、例えば、有線または無線通信ネットワークとの通信を可能にするためのネットワークインターフェースを含むことができる。例えば、通信デバイスまたは回路網３１０８は、１つまたはそれを上回るネットワークインターフェースカード、アンテナ、バス、スイッチ、ルータ、モデム、およびサポートハードウェアおよび／またはソフトウェア、またはネットワークを介して通信を可能にするために好適な任意の他のデバイスを含むことができる。加えて、または代替として、通信インターフェースは、アンテナと相互作用し、アンテナを介して信号の伝送を引き起こす、またはアンテナを介して受信される信号の受信をハンドリングするための回路網を含むことができる。これらの信号は、装置３１００によって、現在および将来的Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ規格（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）およびＢｌｕｅｔｏｏｔｈ低エネルギー（ＢＬＥ）を含む）、赤外線無線（例えば、ＩｒＤＡ）、ＦＲＥＣ、超広帯域（ＵＷＢ）、誘導無線伝送、または同等物等のいくつかの無線パーソナルエリアネットワーク（ＰＡＮ）技術のうちのいずれかを使用して、伝送されることができる。加えて、これらの信号が、Ｗｉ－Ｆｉ、近距離無線通信（ＮＦＣ）、ワールドワイド・インターオペラビリティ・フォー・マイクロウェーブ・アクセス（ＷｉＭＡＸ）、または他の近接度ベースの通信プロトコルを使用して、伝送され得ることを理解されたい。

理解されるであろうように、任意のそのようなコンピュータプログラム命令および／または他のタイプのコードは、コンピュータ、プロセッサ、または他のプログラマブル装置の回路網上にロードされ、コードを機械上で実行する、コンピュータ、プロセッサ、または他のプログラマブル回路網が、本明細書に説明されるものを含む、種々の機能を実装するための手段を生成するように、機械を生産することができる。

上記に説明されるように、かつ本開示に基づいて理解されるであろうように、本開示の実施形態は、システム、方法、モバイルデバイス、バックエンドネットワークデバイス、および同等物として構成されることができる。故に、実施形態は、完全にハードウェアまたはソフトウェアおよびハードウェアの任意の組み合わせを含む種々の手段を備えることができる。さらに、実施形態は、記憶媒体内に具現化されるコンピュータ可読プログラム命令（例えば、コンピュータソフトウェア）を有する、少なくとも１つの非一過性コンピュータ可読記憶媒体上のコンピュータプログラム製品の形態をとることができる。非一過性ハードディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、フラッシュメモリ、光学記憶デバイス、または磁気記憶デバイスを含む、任意の好適なコンピュータ可読記憶媒体が、利用されることができる。

本開示の実施形態との併用のための処理回路網は、１つまたはそれを上回るプロセッサ、マイクロプロセッサ、コントローラ、および／またはマイクロコントローラを含むことができ、そのそれぞれは、離散的チップである、またはいくつかの異なるチップ（およびその一部）間で分散されることができる。本開示の実施形態との併用のための処理回路網は、本開示の実施形態との併用のための処理回路網のハードウェアおよび／またはソフトウェアにおいて実装され得る、デジタル信号プロセッサを含むことができる。本開示の実施形態との併用のための処理回路網は、本明細書の図の他の構成要素と通信可能に結合されることができる。本開示の実施形態との併用のための処理回路網は、処理回路網に、異なるアクションの集合を行わせ、本明細書の図における他の構成要素を制御させる、メモリ上に記憶されたソフトウェア命令を実行することができる。

本開示の実施形態との併用のためのメモリは、種々の機能ユニットのうちの１つまたはそれを上回るものによって共有されることができる、またはそれらのうちの２つまたはそれを上回るもの間に分散されることができる（例えば、異なるチップ内に存在する別個のメモリとして）。メモリはまた、その独自の別個のチップであり得る。メモリは、非一過性であり得、揮発性（例えば、ＲＡＭ等）および／または不揮発性メモリ（例えば、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、Ｆ－ＲＡＭ等）であり得る。

説明される主題による動作を実行するためのコンピュータプログラム命令は、Ｊａｖａ（登録商標）、ＪａｖａＳｃｒｉｐｔ（登録商標）、Ｓｍａｌｌｔａｌｋ、Ｃ＋＋、Ｃ＃、Ｔｒａｎｓａｃｔ－ＳＱＬ、ＸＭＬ、ＰＨＰ、または同等物等のオブジェクト指向プログラミング言語、および「Ｃ」プログラミング言語または類似プログラミング言語等の従来の手続型プログラミング言語を含む、１つまたはそれを上回るプログラミング言語の任意の組み合わせで書き込まれることができる。

本主題の種々の側面は、これまで説明された実施形態の復習として、および／またはその補完として、下記に記載され、以下の実施形態の相互関係および相互交換可能性がここで強調される。言い換えると、実施形態の各特徴は、別様に明示的に記載されない、または論理的にあり得なくない限り、あらゆる他の特徴と組み合わせられ得るという事実が強調される。

いくつかの実施形態では、タンデム加速器システムに関するビーム輸送を開始する方法は、タンデム加速器システムの１つまたはそれを上回る電極を第１の電圧レベルにバイアスすることを含む。これらの実施形態のうちのいくつかでは、本方法はさらに、荷電粒子ビームがタンデム加速器システムを通して輸送されるように、ビーム源から荷電粒子ビームを抽出することを含む。これらの実施形態のうちのいくつかでは、荷電粒子ビームは、閾値内のタンデム加速器システムの第１の過渡電圧降下をもたらす第１のビーム電流レベルにおけるビーム電流を有する。これらの実施形態のうちのいくつかでは、本方法はさらに、ビーム電流が第２のビーム電流レベルに到達するまで、タンデム加速器システムの１つまたはそれを上回る後続過渡電圧降下をもたらすレートにおいてビーム電流を増加させることを含む。これらの実施形態のうちのいくつかでは、１つまたはそれを上回る後続過渡電圧降下は、閾値内である。

これらの実施形態のうちのいくつかでは、閾値は、最大ビーム偏向時間を下回るビーム軸から外れた荷電粒子ビームのビーム偏向時間に対応する。

これらの実施形態のうちのいくつかでは、閾値は、その中にタンデム加速器システムが据え付けられるビームシステムのビーム光学系の調節応答時間に対応する。

これらの実施形態のうちのいくつかでは、本方法はさらに、ビーム源を調整し、第１のビーム電流レベルにおけるビーム電流を有する荷電粒子ビームを提供することを含む。これらの実施形態のうちのいくつかでは、ビーム源は、荷電粒子ビームを抽出することに先立って調整される。これらの実施形態のうちのいくつかでは、荷電粒子ビームを抽出することは、ビーム源が調整されていると決定することに応じて、抽出電極をバイアスすることを含む。

これらの実施形態のうちのいくつかでは、ビーム源を調整することは、第１のビーム電流レベルにおいて動作するように、コマンドをビーム源に送信することを含む。これらの実施形態のうちのいくつかでは、ビーム源を調整することは、タンデム加速器システムの１つまたはそれを上回る電極を第１の電圧レベルにバイアスすることに先立って実施される。

これらの実施形態のうちのいくつかでは、ビーム電流を増加させることは、第２のビーム電流レベルにおいて動作するように、コマンドをビーム源に送信することを含む。

これらの実施形態のうちのいくつかでは、ビーム源は、イオン源である。これらの実施形態のうちのいくつかでは、イオン源を調整することは、プラズマが要求される電流におけるイオンビームの確実な抽出を促進するために十分であるように、イオン抽出領域の近傍のプラズマパラメータのうちの１つまたはそれを上回るものを合致させることを含む。

これらの実施形態のうちのいくつかでは、イオン源は、体積タイプイオン源を含む。これらの実施形態のうちのいくつかでは、イオン源を調整することは、アーク放電電流、フィラメント電流、プラズマ電極電圧、抽出電極電圧、またはイオン源の中に給送される水素ガスのレートのうちの１つまたはそれを上回るものを制御することを含む。

これらの実施形態のうちのいくつかでは、荷電粒子ビームを抽出することは、タンデム加速器システムの１つまたはそれを上回る電極が第１の電圧レベルに到達した後に実施される。これらの実施形態のうちのいくつかでは、ビーム源は、荷電粒子ビームをタンデム加速器システムに提供するように構成され、タンデム加速器システムは、ビーム源の下流に位置付けられる。

これらの実施形態のうちのいくつかでは、ビーム源は、負の水素イオンビームを発生させるように構成される。

これらの実施形態のうちのいくつかでは、ビーム源は、非セシウム添加イオン源を含む。

これらの実施形態のうちのいくつかでは、タンデム加速器システムは、電極の第１のセットと、電荷交換デバイスと、電極の第２のセットとを含む。これらの実施形態のうちのいくつかでは、タンデム加速器システムの１つまたはそれを上回る電極を第１の電圧レベルにバイアスすることは、電極の第１のセットおよび電極の第２のセットをバイアスすることを含む。

これらの実施形態のうちのいくつかでは、荷電粒子ビームは、負のイオンビームであり、電極の第１のセットは、前段加速器システムから負のイオンビームを加速させるように構成され、電荷交換デバイスは、負のイオンビームを正のビームに変換するように構成され、電極の第２のセットは、正のビームを加速させるように構成される。

これらの実施形態のうちのいくつかでは、本方法はさらに、標的デバイスを用いて正のビームから中性ビームを形成することを含む。

これらの実施形態のうちのいくつかでは、本方法はさらに、前段加速器システムを使用して、これがビーム源から、前段加速器システムを通して、タンデム加速器システムに伝搬される際、荷電粒子ビームを加速させることを含む。

これらの実施形態のうちのいくつかでは、本方法はさらに、タンデム加速器システムの１つまたはそれを上回る電極を第１の電圧レベルにバイアスすることに先立って、タンデム加速器システムにおける絶縁破壊事象の結果としてのタンデム加速器システムの１つまたはそれを上回る電極上のバイアスを低減させることを含む。これらの実施形態のうちのいくつかでは、本方法はさらに、タンデム加速器システムの１つまたはそれを上回る電極を第１の電圧レベルにバイアスすることに先立って、タンデム加速器システムを再起動することを決定することを含む。

これらの実施形態のうちのいくつかでは、第１のビーム電流レベルは、タンデム加速器システムに関する定常状態電荷電流の０．０１～７５％の範囲内である。

これらの実施形態のうちのいくつかでは、第２のビーム電流レベルは、公称治療レベルである。

これらの実施形態のうちのいくつかでは、荷電粒子ビームは、負のイオンビームである。

いくつかの実施形態では、ビームシステムは、ビーム源と、第１の電圧レベルにバイアスされるように構成される１つまたはそれを上回る電極を含む、タンデム加速器システムと、制御システムとを含む。これらの実施形態のうちのいくつかでは、制御システムは、閾値内のタンデム加速器システムの第１の過渡電圧降下に対応する第１のビーム電流レベルにおけるビーム電流を有する、荷電粒子ビームを生成するようにビーム源を制御するように構成される。これらの実施形態のうちのいくつかでは、制御システムはさらに、ビーム電流が第２のビーム電流レベルに到達するまで、タンデム加速器システムの１つまたはそれを上回る後続過渡電圧降下をもたらすレートにおいてビーム電流を増加させるようにビーム源を制御するように構成される。これらの実施形態のうちのいくつかでは、１つまたはそれを上回る後続過渡電圧降下は、閾値内である。

これらの実施形態のうちのいくつかでは、閾値は、ビームシステムのビーム光学系の調節応答時間に対応する。

これらの実施形態のうちのいくつかでは、制御システムはさらに、ビーム源を第１のビーム電流レベルに調整し、第１のビーム電流レベルにおけるビーム電流を用いて荷電粒子ビームをビーム源から抽出させるように構成される。

これらの実施形態のうちのいくつかでは、制御システムはさらに、荷電粒子ビームをビーム源から抽出させながら、ビーム源を第２のビーム電流レベルに調整するように構成される。

これらの実施形態のうちのいくつかでは、ビーム源は、抽出電極を含む。

これらの実施形態のうちのいくつかでは、ビーム源は、体積タイプイオン源であり、制御システムは、アーク放電電流、フィラメント電流、プラズマ電極電圧、抽出電極電圧、またはビーム源の中に給送される水素ガスのレートのうちの１つまたはそれを上回るものを制御するように構成される。

これらの実施形態のうちのいくつかでは、制御システムはさらに、タンデム加速器システムの１つまたはそれを上回る電極のバイアスを制御するように構成される。

これらの実施形態のうちのいくつかでは、制御システムはさらに、（ａ）タンデム加速器システムの１つまたはそれを上回る電極上のバイアスを第１の電圧レベルまで増加させ、（ｂ）（ａ）と並行してビーム源を第１のビーム電流レベルに調整させるように構成される。

これらの実施形態のうちのいくつかでは、制御システムはさらに、（ａ）タンデム加速器システムの１つまたはそれを上回る電極上のバイアスを第１の電圧レベルまで増加させ、（ｂ）１つまたはそれを上回る電極上のバイアスが第１の電圧レベルに到達した後、ビーム源を第１のビーム電流レベルに調整させるように構成される。

これらの実施形態のうちのいくつかでは、制御システムはさらに、（ａ）ビーム源を第１のビーム電流レベルに調整させ、（ｂ）ビーム源が第１のビーム電流レベルに調整された後、タンデム加速器システムの１つまたはそれを上回る電極上のバイアスを第１の電圧レベルまで増加させるように構成される。

これらの実施形態のうちのいくつかでは、タンデム加速器システムは、電極の第１のセットと、電荷交換デバイスと、電極の第２のセットとを含む。

これらの実施形態のうちのいくつかでは、荷電粒子ビームは、負のイオンビームであり、電極の第１のセットは、前段加速器システムから荷電粒子ビームを加速させるように構成され、電荷交換デバイスは、負のイオンビームを正のビームに変換するように構成され、電極の第２のセットは、正のビームを加速させるように構成される。

これらの実施形態のうちのいくつかでは、ビームシステムはさらに、タンデム加速器システムから受容される正のビームから中性ビームを形成するように構成される、標的デバイスを含む。

これらの実施形態のうちのいくつかでは、ビームシステムはさらに、これがビーム源からタンデム加速器システムに伝搬される際、荷電粒子ビームを加速させるように構成される、前段加速器システムを含む。

これらの実施形態のうちのいくつかでは、制御システムはさらに、第１の電圧レベルへのタンデム加速器システムの１つまたはそれを上回る電極のバイアスの増加に先立って、タンデム加速器システムにおける絶縁破壊事象の結果としてのタンデム加速器システムの１つまたはそれを上回る電極に印加されるバイアスを低減させるように構成される。

これらの実施形態のうちのいくつかでは、制御システムはさらに、第１の電圧レベルへのタンデム加速器システムの１つまたはそれを上回る電極のバイアスの増加に先立って、タンデム加速器システムを再起動することを決定するように構成される。

これらの実施形態のうちのいくつかでは、第２のビーム電流レベルは、公称治療レベルである。これらの実施形態のうちのいくつかでは、荷電粒子ビームは、負のイオンビームである

多くの実施形態では、ビームシステムに関するビーム輸送を変調する方法は、加速器システムの１つまたはそれを上回る電極をある電圧レベルにバイアスすることと、荷電粒子ビームパルスが加速器システムを通して輸送され、経時的に持続時間が増加するように、ビーム源から荷電粒子ビームパルスを選択的に抽出することとを含む。

これらの実施形態のうちのいくつかでは、荷電粒子ビームパルスは、線形および／または非線形であるデューティサイクル関数に従って抽出される。これらの実施形態のうちのいくつかでは、デューティサイクル関数は、荷電粒子ビームによって誘発される検出された負荷増加に応答して調節可能である。これらの実施形態のうちのいくつかでは、荷電粒子ビームパルスは、固定または可変周波数であり得る、周波数ｆにおいて抽出される。これらの実施形態のうちのいくつかでは、デューティサイクル関数は、増加するパルス持続時間の連続する荷電粒子ビームパルスに対応する。これらの実施形態のうちのいくつかでは、荷電粒子ビームパルスの各連続する抽出は、直前の荷電粒子ビームパルスよりも長い持続時間にわたる。

これらの実施形態のうちのいくつかでは、第１の荷電粒子ビームパルスが、第１のパルス持続時間にわたる第１の時間１／ｆにおいて抽出され、第２の荷電粒子ビームパルスが、第２のパルス持続時間にわたる第２の時間２／ｆにおいて抽出される。これらの実施形態のうちのいくつかでは、第２のパルス持続時間は、第１のパルス持続時間を上回る。

これらの実施形態のうちのいくつかでは、荷電粒子ビームパルスの第１のセットが、抽出され、続けて荷電粒子ビームパルスの第２のセットが、抽出される。これらの実施形態のうちのいくつかでは、第１のセットにおける各パルスは、第１の持続時間を有し、第２のセットにおける各パルスは、第１の持続時間よりも長い第２の持続時間を有する。これらの実施形態のうちのいくつかでは、荷電粒子ビームパルスの第２のセットは、第１のセットにおける所定の数の荷電粒子ビームパルスが抽出された後に開始される。これらの実施形態のうちのいくつかでは、荷電粒子ビームパルスの第２のセットは、その間に荷電粒子ビームパルスの第１のセットが抽出される所定の時間の終了後に開始される。

これらの実施形態のうちのいくつかでは、本方法はさらに、荷電粒子パルスの第１のセットを抽出しながら、負荷または不安定性を感知することと、感知された負荷または不安定性の解消後に荷電粒子パルスの第２のセットを抽出することとを含む。これらの実施形態のうちのいくつかでは、負荷または不安定性は、電圧降下である。

これらの実施形態のうちのいくつかでは、荷電粒子ビームを選択的に抽出することは、抽出電極をバイアスすることを含む。

これらの実施形態のうちのいくつかでは、加速器システムは、タンデム加速器システムである。これらの実施形態のうちのいくつかでは、荷電粒子ビームを選択的に抽出することは、タンデム加速器システムの１つまたはそれを上回る電極が電圧レベルに到達した後に実施される。

これらの実施形態のうちのいくつかでは、ビーム源は、荷電粒子ビームを加速器システムに提供するように構成され、加速器システムは、ビーム源の下流に位置付けられる。

これらの実施形態のうちのいくつかでは、加速器システムは、複数の電極の第１のセットと、電荷交換デバイスと、複数の電極の第２のセットとを含む、タンデム加速器システムである。これらの実施形態のうちのいくつかでは、タンデム加速器システムの１つまたはそれを上回る電極をその電圧レベルにバイアスすることは、複数の電極の第１のセットおよび複数の電極の第２のセットをバイアスすることを含む。これらの実施形態のうちのいくつかでは、荷電粒子ビームは、負のイオンビームである。これらの実施形態のうちのいくつかでは、複数の電極の第１のセットは、前段加速器システムから負のイオンビームを加速させるように構成され、電荷交換デバイスは、負のイオンビームを正のビームに変換するように構成され、複数の電極の第２のセットは、正のビームを加速させるように構成される。これらの実施形態のうちのいくつかでは、本方法はさらに、標的デバイスを用いて正のビームから中性ビームを形成することを含む。

これらの実施形態のうちのいくつかでは、本方法はさらに、前段加速器システムを使用して、これがビーム源から、前段加速器システムを通して、加速器システムに伝搬される際、荷電粒子ビームを加速させることを含む。

これらの実施形態のうちのいくつかでは、本方法はさらに、連続的荷電粒子ビームを抽出することを含む。

いくつかの実施形態では、ビームシステムは、ビーム源と、加速器システムと、増加する持続時間の荷電粒子ビームパルスをビーム源から選択的に抽出させ、加速器システムを通して輸送させるようにビーム源を制御するように構成される、制御システムとを含む。これらの実施形態のうちのいくつかでは、制御システムは、荷電粒子ビームパルスを線形および／または非線形であるデューティサイクル関数に従って抽出させるようにビーム源を制御するように構成される。これらの実施形態のうちのいくつかでは、制御システムはさらに、荷電粒子ビームによって誘発される負荷増加を検出し、検出された負荷増加に応答してデューティサイクル関数を調節するように構成される。

これらの実施形態のうちのいくつかでは、制御システムは、荷電粒子ビームパルスを、固定または一定の周波数であり得る、周波数ｆにおいて選択的に抽出させるようにビーム源を制御するように構成される。これらの実施形態のうちのいくつかでは、デューティサイクル関数は、連続して増加するパルス持続時間の荷電粒子ビームパルスの抽出を引き起こすように構成される。これらの実施形態のうちのいくつかでは、制御システムは、荷電粒子ビームパルスの第１のセットを抽出させ、続けて荷電粒子ビームパルスの第２のセットを抽出させるようにビーム源を制御するように構成される。これらの実施形態のうちのいくつかでは、第１のセットにおける各パルスは、第１の持続時間を有し、第２のセットにおける各パルスは、第１の持続時間よりも長い第２の持続時間を有する。

これらの実施形態のうちのいくつかでは、制御システムは、第１のセットにおける所定の数の荷電粒子ビームパルスが抽出された後に荷電粒子ビームパルスの第２のセットを抽出するようにビーム源を制御するように構成される。これらの実施形態のうちのいくつかでは、制御システムは、その間に荷電粒子ビームパルスの第１のセットが抽出される所定の時間の終了後に荷電粒子ビームパルスの第２のセットの抽出を開始するようにビーム源を制御するように構成される。これらの実施形態のうちのいくつかでは、制御システムは、負荷変化または不安定性を感知し、感知された負荷変化または不安定性の解消まで、ビーム源に同一の持続時間の荷電粒子パルスの抽出を継続させるように構成される。

これらの実施形態のうちのいくつかでは、加速器システムは、第１の電圧レベルにバイアスされるように構成される１つまたはそれを上回る電極を含む、タンデム加速器システムである。

これらの実施形態のうちのいくつかでは、制御システムはさらに、抽出電極へのバイアスの印加を制御し、荷電粒子ビームの選択的抽出を引き起こすように構成される。

これらの実施形態のうちのいくつかでは、制御システムは、加速器システムの１つまたはそれを上回る電極へのバイアスの印加を制御するように構成される。

これらの実施形態のうちのいくつかでは、加速器システムは、複数の電極の第１のセットと、電荷交換デバイスと、複数の電極の第２のセットとを含む、タンデム加速器システムである。これらの実施形態のうちのいくつかでは、荷電粒子ビームは、負のイオンビームである。これらの実施形態のうちのいくつかでは、複数の電極の第１のセットは、前段加速器システムから荷電粒子ビームを加速させるように構成され、電荷交換デバイスは、負のイオンビームを正のビームに変換するように構成され、複数の電極の第２のセットは、正のビームを加速させるように構成される。

これらの実施形態のうちのいくつかでは、ビームシステムはさらに、荷電粒子ビームパルスをビーム源から加速器システムに加速させるように構成される、前段加速器システムを含む。

これらの実施形態のうちのいくつかでは、荷電粒子ビームパルスは、負のイオンビームパルスである。

本明細書に提供される任意の実施形態に関して説明される、全ての特徴、要素、構成要素、機能、およびステップが、自由に組み合わせ可能であり、任意の他の実施形態からのものと代用可能であることを意図していることに留意されたい。ある特徴、要素、構成要素、機能、またはステップが、１つのみの実施形態に関して説明される場合、その特徴、要素、構成要素、機能、またはステップが、別様に明示的に記載されない限り、本明細書に説明される全ての他の実施形態と併用され得ることを理解されたい。本段落は、したがって、随時、異なる実施形態からの特徴、要素、構成要素、機能、およびステップを組み合わせる、または一実施形態からの特徴、要素、構成要素、機能、およびステップを別の実施形態からのもので代用することの請求項の導入の前提および記述支援としての役割を果たし、以下の説明が、特定の事例において、そのような組み合わせまたは代用が可能であることを明示的に記載しない場合でも該当する。特に、あらゆるそのような組み合わせおよび代用の許容性は、当業者によって容易に認識されるであろうことを前提として、あらゆる可能性として考えられる組み合わせおよび代用の明確な列挙が、過度に負担であることが明示的に認識される。

本明細書に開示される実施形態が、メモリ、記憶装置、および／またはコンピュータ可読媒体を含む、またはそれと関連付けて動作する限りにおいて、そのメモリ、記憶装置、および／またはコンピュータ可読媒体は、非一過性である。故に、メモリ、記憶装置、および／またはコンピュータ可読媒体が、１つまたはそれを上回る請求項によって網羅される限りにおいて、そのメモリ、記憶装置、および／またはコンピュータ可読媒体は、非一過性にすぎない。

本明細書および添付される請求項に使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が別様に明確に決定付けない限り、複数指示物を含む。

実施形態は、種々の修正および代替形態を被るが、その具体的実施例が、図面に示され、本明細書で詳細に説明される。しかしながら、これらの実施形態が、開示される特定の形態に限定されず、対照的に、これらの実施形態が、本開示の精神内に該当する、全ての修正、均等物、および代替を網羅するものであることを理解されたい。さらに、実施形態の任意の特徴、機能、ステップ、または要素が、その範囲内に該当しない、特徴、機能、ステップ、または要素によって、請求項の発明的範囲を定義する、負の限定とともに、請求項内に列挙される、またはそれに追加されることができる。

Claims

タンデム加速器システムに関するビーム輸送を開始する方法であって、前記方法は、
ビーム源を調整することにより、第１のビーム電流レベルＩ _ＬＩにおけるビーム電流を有する荷電粒子ビームを提供することと、
前記タンデム加速器システムの１つ以上の電極を第１の電圧レベルにバイアスすることと、
前記第１の電圧レベルが到達された後に、前記ビーム源から前記荷電粒子ビームを抽出することであって、前記荷電粒子ビームは、前記タンデム加速器システムを通して輸送され、前記荷電粒子ビームは、前記１つ以上の電極が非ゼロ電圧を維持するように閾値内の前記タンデム加速器システムの第１の過渡電圧降下をもたらす前記第１のビーム電流レベルＩ_ＬＩにおけるビーム電流を有する、ことと、
前記タンデム加速器システムが前記第１の過渡電圧降下に続いて前記第１の電圧レベルに戻った後に、前記ビーム源を調整することにより、第２のビーム電流レベルＩ _ＬＮにおけるビーム電流を有する荷電粒子ビームを提供すること、および、前記ビーム電流が前記第２のビーム電流レベルＩ_ＬＮに到達するまで、前記タンデム加速器システムの１つ以上の後続過渡電圧降下をもたらすレートにおいて前記ビーム電流を増加させることであって、前記１つ以上の後続過渡電圧降下は、前記閾値内である、ことと
を含む、方法。
前記閾値は、最大ビーム偏向時間よりも小さいビーム軸から外れた前記荷電粒子ビームのビーム偏向時間に対応する、請求項１に記載の方法。
前記閾値は、ビームシステムのビーム光学系の調節応答時間に対応し、前記ビームシステムの中に前記タンデム加速器システムが据え付けられている、請求項１に記載の方法。
前記ビーム源は、イオン源であり、前記イオン源を前記第１のビーム電流レベルＩ _ＬＩに調整することは、プラズマが要求される電流におけるイオンビームの抽出のために十分であるように、前記イオン源のイオン抽出領域の近傍のプラズマパラメータを合致させることを含む、請求項１に記載の方法。
前記ビーム源は、非セシウム添加イオン源を備える、請求項１に記載の方法。
前記タンデム加速器システムは、第１の複数の電極と電荷交換デバイスと第２の複数の電極とを備える、請求項１に記載の方法。
前記タンデム加速器システムの１つ以上の電極を前記第１の電圧レベルにバイアスすることは、前記第１の複数の電極および前記第２の複数の電極をバイアスすることを含む、請求項６に記載の方法。
前記荷電粒子ビームは、負のイオンビームであり、前記第１の複数の電極は、前段加速器システムからの前記負のイオンビームを加速させるように構成されており、前記電荷交換デバイスは、前記負のイオンビームを正のビームに変換するように構成されており、前記第２の複数の電極は、前記正のビームを加速させるように構成されている、請求項６に記載の方法。
前記方法は、標的デバイスを用いて前記正のビームから中性ビームを形成することをさらに含む、請求項８に記載の方法。
前記方法は、前記タンデム加速器システムの１つ以上の電極を前記第１の電圧レベルにバイアスすることに先立って、前記タンデム加速器システムにおける絶縁破壊事象の結果としての前記タンデム加速器システムの前記１つ以上の電極上のバイアスを低減させることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記第１のビーム電流レベルＩ_ＬＩは、前記タンデム加速器システムに関する定常状態電荷電流の０．０１％～７５％の範囲内である、請求項１に記載の方法。
前記第２のビーム電流レベルＩ_ＬＮは、公称治療レベルである、請求項１に記載の方法。
前記荷電粒子ビームは、負のイオンビームである、請求項１に記載の方法。