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» 2019年01月09日 15時00分 公開

医療機器ニュース:高温超電導電磁石の機能を実証、粒子線がん治療装置の小型化・省エネ化へ

京都大学は、液体ヘリウムを使わずにコイルを冷却する加速器応用に向けた高温超電導電磁石を開発し、重粒子線がん治療装置(HIMAC)を用いて、その機能実証に成功した。

[MONOist]

 京都大学は2018年12月13日、円形粒子加速器(粒子加速器)に用いる高温超電導電磁石を開発し、重粒子線がん治療装置(HIMAC)を用いて、その機能実証に成功したと発表した。同大学工学研究科 教授の雨宮尚之氏、東芝エネルギーシステムズ、高エネルギー加速器研究機構、量子科学技術研究開発機構(QST)の研究グループによる成果となる。

 今回、研究グループは、液体ヘリウムを使わずにコイルを冷却する加速器応用に向けた高温超電導電磁石を開発した。その機能を調べるため、QSTの重粒子線がん治療装置(HIMAC)で実験を実施。その結果、3つの成果を実証した。

 まず、ビームダクト(粒子ビームを通すための穴)に430MeV/uというエネルギーの炭素イオンビームを通し、高温超電導電磁石によって発生した最大2.4T(テスラ)の高磁界で、計算で予測した通りに粒子ビームを誘導できることを実証した。炭素イオンビームは重粒子線がん治療に用いられるため、この成果は粒子線がん治療装置の小型化につながる。

 次に、炭素イオンビームを意図的に高温超電導コイルに入射し、これに伴う発熱で温度が上昇しても超電導状態が破れず、電磁石が安定動作することを実証。これにより、安定した運転が求められる医療用粒子加速器などへの応用が可能になる。

 3つ目として、電磁石が発生させる磁界を繰り返し速く変化させても、高温超電導コイルの温度が変化せず、電磁石を安定して運転することを確認した。実験では、磁界を最大2.4Tまで120秒で上げ、120秒で下げることを繰り返した。この成果により、粒子線がん治療装置などで、磁界を変化させても安定に運転できるようになる。

 今後、高温超電導電磁石の高磁界化や交流損失の低減などに取り組み、粒子線がん治療装置の小型化、省エネ化などを目指す。これにより、一般病院に粒子線がん治療装置を設置可能になる。また、今回の成果は、粒子線がん治療装置だけでなく、多様な粒子加速器の小型化、省エネ化につながるとしている。

photo 高温超電導電磁石による炭素イオンビーム誘導の実証 出典:京都大学
photo 炭素イオンビームを入射したときのコイルの電圧 出典:京都大学
photo コイル電流を毎秒1.67Aで200Aまで、つまり磁界を毎秒0.02Tで2.4Tまで繰り返し変化させたときのコイル温度の変化(クリックで拡大) 出典:京都大学

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