外科治療に代わるがん治療として期待が寄せられている一方で、普及の障壁となっているものの一つが装置が大型、重量であることが挙げられます。放医研のHIMACという重粒子線治療装置が完成してから、軽量、小型化に向けた開発が行われてきました。大きさはサッカー場ほどの大きさになるのですよね。構成の概略と、必要となる技術をまとめたのがこちら。今回注目するのは「加速器」の小型化を実現した東芝の特許です。?特許を見る前に、「超電導」という概念とは何か知る必要があります。超電導とは、金属や化合物などを非常に低い温度まで冷却したときに、電気抵抗がゼロになる現象をいいます。人間ドッグで行うMRI検査装置にも使われている技術ですね。ボールを転がすとやがて止まりますよね。これは摩擦の働きによるものですが、もし摩擦がなければボールはいつまでも転がり続けます。同様に、電気を流れにくくする抵抗が存在しないのが「超電導」状態です。電気が流れやすくなるということです。超伝導と表記されることもありますが、ここでは超電導で統一します。流れマインドマップにも記載していますが、重粒子線治療は次のような流れになります。1イオン源から炭素イオンを生成2線形加速器で光速の約10%まで炭素イオンを加速する3リング状のシンクロトロンで炭素イオンを光速の約70%まで加速する(これは地球を1秒間に5回転する速度です)4各治療室に送る加速器のなかで起こること東芝の特許のポイントは構造にありました。粒子発生源から放出された荷電粒子(3)が真空ダクト(2)の中を進むとき、コイルにより形成される磁場によって、荷電粒子の軌道が調整されます。鞍型コイル(ピンク色)は対向配置されているため、一方がN極、他方がS極の磁場を形成します(磁場B2)。これにより、磁場B1が荷電粒子を軸線方向に沿う方向に向け、磁場B2が荷電粒子の軌道を偏向させています。このとき、磁場が形成されるため、電磁力が発生します。この電磁力によるコイルの変形方法を工夫したのが本発明のポイントの1つでした。下の図は、1つ目が従来の加速器、2つ目が本発明の加速器を表しています。水色がソレノイドコイル、ピンク色が鞍型コイルです。従来のものは、ソレノイドコイルと鞍型コイルが分かれて配置されていますが、東芝の特許では、ソレノイドコイルの外側に鞍型コイルが配置されていますね。この違いがどんな変化を生むのでしょうか?発明のポイントコイルの断面図を見てみます。これは従来の加速器におけるソレノイド、鞍型コイルそれぞれの断面図です。黄色にご注目ください。これはサポート筒で、コイルから外側に向く電磁力F1、F2によりコイルが変形するのを防ぐために配置されています。下のコイル内部にある緑色もサポート筒です。同様に、コイルから内側に向く電磁力F3によりコイルが変形するのを防ぐためのものです。このように、従来の加速器では、それぞれのコイルを別々に配置しているため、変形を防止するサポート筒を計3箇所に配置しなければいけませんでした。これは今回の発明における加速器のコイル断面図です。黄色にご注目ください。従来型の図のように、コイルが励磁されると、電磁力F1、F2がそれぞれ外側に働きます。コイルの外側にサポート筒が設けられていますが、1箇所だけですよね。鞍型コイルから内側に向く電磁力F3を、ソレノイドコイル(水色)が受けることができるため、内側のサポート筒が不要になっていますね。これが本発明のポイントの1つでした。従来の加速器では、外側、内側にサポート筒が多数存在していたため、小型化や低コスト化の妨げになっていました。そこで、ソレノイドコイルの外側に鞍型コイルを配置することで、F1、F2を受けるサポート筒を共有化することが可能となりました。これにより、サポート筒の数が減り、全体的に小型化、低コスト化に寄与できる加速器を実現した、ということになります。超電導電磁石は加速器だけでなく、回転ガントリにも応用されています。今回は東芝の加速器の特許に注目してみました。メールアドレス(公開されることはありません)上に表示された文字を入力してください。コメントデータの処理方法の詳細はこちらをご覧ください。自己紹介あゆみ息子(小3)の将来を真剣に考える一児の母。子どもに変化の激しい時代を生き抜いてもらうために、自分がまず勉強、挑戦するがモットー。学び、挑戦する姿を子どもに見せたい。書籍で学んだ知見を家庭で実践。変化球に対応できる子どもを育てることを第一に育児中。最終更新日:2020年8月3日。