JPH03190100A - 加速リングの偏向電磁石 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ この発明は、荷電粒子を加速して高エネルギー粒子を作
成するためのシンクロトロン、特に高エネルギー電子に
よるシンクロトロン放射を利用するために高エネルギー
電子を生成するための加速リングの、電子を円弧状に走
行させてその方向を変える偏向電磁石に関する。

〔従来の技術〕

シンクロトロンは偏向電磁石を円形に配置して荷電粒子
を回転させながら加速して行く装置であり、特に高エネ
ルギー粒子を得るのに適した粒子加速器として高エネル
ギー粒子に関する研究に使用されて来た。近年、シンク
ロトロンで生成した高エネルギー電子のシンクロトロン
放射によって生ずる高エネルギー電磁波を利用すること
が種々の分野で進められている。このような実利用のた
めのシンクロトロンとしては、比較的小規模のものでよ
いが、低価格であることが要求される。

種々の分野で利用されるシンクロトロンに必要とされる
性能の１つとして、高エネルギー電子を継続的に供給す
ることのできる装置である必要があることから、電子を
加速して高エネルギー電子を得るための加速リングと称
されるシンクロトロンと、この加速リングで生成された
高エネルギー電子を蓄積し必要に応じて取り出して使用
するための蓄積リングと称されるシンクロトロンとの２
つのシンクロトロンで構成される装置が採用され蓄積リ
ングでは電子のエネルギー値を一定に保持すればよいの
で、蓄積リングを構成する偏向電磁石が生起する磁束は
一定である。一方、加速リングは周期的に高エネルギー
電子を生成して蓄積リングに供給するために、その偏向
電磁石が生起する磁束の磁束密度は高エネルギーを生成
する周期に比例して周期的に変化するものが必要である
。

この周期的に変化する磁束密度の波形は、直線状に上昇
する波頭部とその後の値が一定の平坦部と、更にその後
の減衰部との３つの部分からなる台形状の波形を１サイ
クルとする周期波形であり、その周波数は０．１　Ｈｚ
以下の非常に低いものから５０Ｈｚ程度の商用周波数レ
ベルのものまである。台形状の波形の波頭部で電子を加
速して商工ふルギー電子を生成し平坦部で生成された高
エネルギー電子を蓄積リングに注入し、その後、次のサ
イクルのために波尾部で零に戻る。このような操作が周
期的に繰り返されることにより継続的に高エネルギー電
子が生成供給される。

第２図は従来の加速リングの偏向電磁石の平面図、第３
図は同じ（立面図、第４図は同じく側面図である。これ
らの図において、鉄心１は第４図に示すように断面がＣ
字状をしていて空隙部１４を挟んで上磁極１１、下磁極
１２、及びこれら上下２つの磁極１１．１２を磁気的、
機械的に連結する継鉄１３とからなっている。上磁極１
１には上コイル２１が、下磁極１２には下コイル２２が
挿入されていて、これら上コイル２１と下コイル２２と
からなる励磁コイル２に励磁電流を流すことによって第
２図に示す空隙部１４を貫通する磁束１００を発生させ
、この空隙部１４の中央部を紙面に直交する図示しない
電子ビームダクトの中を電子ビームが走行する。この電
子ビームは磁束１００によってその走行経路が曲げられ
て円形軌道を描くが、偏向電磁石はこのように電子ビー
ムの走行方向を変えるのを目的とするもので、シンクロ
トロンはこのような偏向電磁石を複数個設けて電子ビー
ムが丁度１周するように配置して電子ビームの周回経路
を形成する０図示の偏向電磁石は実際には電子ビームの
円形軌道に合わせて扇状をしているのであるが、これら
の図では図示の簡略化のために円弧の代わりに直線で示
しである。ちなみに、第２図では、鉄心ｌは下に凸の扇
状をしていてこれに伴って励磁コイル２も長い２本の辺
が円弧状になっているのが実際である。

鉄心ｌの大きさは、例えば、第２図や第３図の左右の方
向である長さ方向は３ｍ、第４図の左右の幅寸法は５０
０■、空隙部１４の空隙長は５０鋤−１空隙１４の幅寸
法は２００■の程度である。

電子の走行経路を精度良く設定するためには空隙部１４
内の磁束分布が高精度である必要があり、そのために鉄
心１の寸法に高精度が要求される。

偏向電磁石による電子ビームの走行方向の角度変化は、
電子ビームに直行する磁束密度成分の走行方向に沿った
積分値で決まるが、前述のように偏向電磁石を高精度に
製作してもある程度の誤差が生ずることを避けるわけに
はゆかず、磁束密度の積分値を所定の値になるように調
整する手段が必要である。このような観点から上磁極１
１．下磁極１２それぞれの両端面に端部調整片４１，４
２゜４３．４４．４５，４６，４７．４８が設けられて
いる。端部調整片４８は第２図では端部調整片４６の、
第３図では端部調整片４７のそれぞれ向こう側にあって
見えない位置にあって図示されていない、なお、全ての
端部調整片に共通の事項については端部調整片を引用す
る際の参照符号を統一符号として４を使用する。

上磁極１１の第４図に示す端面には、図の空隙部１４の
中心に対して振り分けに直方体状の端部調整片４１．４
２が取付けられている。端部調整片の形状は実際にはこ
のような単純なものではなく、偏向電磁石の端部の磁界
分布を調整するために空隙側の表面形状や寸法は複雑に
調整されている。上下磁極１１．１２の空隙部１４に面
する表面も所定の磁界分布を得るために曲面からなって
いるのが実際である。上磁極１１の反対側の端面には端
部調整片４５．４６が、下磁極１２の第４図に示す端面
には図示のように端部調整片４３゜４４が、その反対側
の端面には端部調整片４７゜４８が取付けられている。

鉄心１の材料としては、蓄積リングの偏向電磁石の場合
は磁束１００に量的変化がないので、固塊状の純鉄が採
用され、これを機械加工して所定の寸法、形状の鉄心を
製作する。　ここでいう純鉄とは、通常の炭素鋼に比べ
て含有炭素量の小さい鉄材のことで、ヒステリシス損の
小さいいわゆる軟らかい磁気特性を持ち、けい素鋼板の
代わりに電磁石の鉄心として時に使用されるものであり
、加工性がよいことから、機械加工を必要とし、かつ安
価な鉄心材料を必要とする際に使用されるものである。

一方、加速リングの場合は前述のように磁束は時間的に
変化するので、電磁誘導によって鉄心内に発生する渦電
流を抑制するために、回転機や変圧器に使用されている
のと同じ、けい素鋼板を積層した積層鉄心が使用される
。同じ寸法、形状のものであれば、多くの場合積層鉄心
の方が高価になるので、たとえ加速リングの偏向電磁石
であっても渦電流の影響が小さいときには固塊純鉄が使
用される場合がある。このような場合には端部調整片４
の材料も鉄心１と同じ固塊純鉄が使用されるのが普通で
ある。

〔発明が解決しようとする課題〕

鉄心１は前述のようにかなり大きな寸法なので、渦電流
の影響が小さくても鉄心１の温度が過大になる場合があ
る。運転中に励磁コイル２によって励磁されて磁束が発
生し、この磁束の時間的変化によって鉄心１に渦電流が
流れて渦電流損が発生する。第２図の平面図で示すと、
紙面に向かって直角に侵入する磁束１００に対して、こ
の磁束１００を打ち消そうとする図示の渦状に流れる渦
電流２００が流れる。第３図に示すように上下の磁極１
１．１２の表面の渦電流２００．２１０は空隙１４に沿
った矢印で示す方向に流れる。

この渦電流２００，２１０，２２０は周知のように表面
に近いほど大きな値になるという傾向がある。したがっ
て、上下の磁極１１，１２の端面に取付けられている端
部調整片４にも渦電流が流れ込み、その結果、上下磁極
１１．１２よりも温度が高くなることがある。上下磁極
１１．１２は内部では渦電流が小さくて渦電流損の発生
も僅かなので全体としての温度上昇は余り大きくならな
いのに対して、端部調整片４の場合は、上下磁極１１．
１２から突出して取付けられているので、前述のように
渦電流が表面はど大きな値になるという点から上下磁極
１１．１２の表面の渦電流密度よりも大きな電流密度の
渦電流が流れることになり、上下磁極１１．１２の温度
上昇値より高い温度になるという現象が生ずる。端部調
整片４の温度上昇値が大きいと、温度差による内部応力
が発生して端部調整片４が変形したり、磁気特性が変−
化したりすることによって高精度の磁束分布が維持でき
なくなるという問題が生ずる。

この発明は、このような問題を解決し、渦電流による端
部調整片の温度上昇を抑制し安定な加速リングの偏向電
磁石を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するためにこの発明によれば、固塊鉄か
らなる断面がＣ字状の鉄心を有し空隙部に電子ビームを
通すビームダクトを有する加速リングの偏向電磁石であ
って、空隙部を挟みそれぞれに励磁コイルが巻挿された
上磁極と下磁極との前記電子ビームの走行方向に直角な
両端面に取付けられる端部調整片を固塊鉄からなるもの
とし、この端部調整片を絶縁層を介して前記下磁極と上
磁極との両端面に取付けるものとする。

〔作用〕

この発明の構成において、空隙部を挟む上磁極と下磁極
との電子ビームの走行方向に直角な両端面に取付けられ
る端部調整片を、上磁極や下磁極と同じ固塊鉄製とし、
これを絶縁層を介して取付けることにより、上Ｍ１橿や
下磁極から端部調整片に流れ込む渦電流を遮断して端部
調整片に流れる渦電流を自身を通る磁束によるものだけ
に限定することにより、端部調整片の渦電流損は大幅に
低減するので、この端部調整片が局部的に過熱するのを
防止することができる。

〔実施例〕

以下この発明を実施例に基づいて説明する。第１図はこ
の発明の実施例を示す端部調整片取付は部を拡大した要
部立面図である。この図において、上ｉｆｉ橿１１．下
磁極１２、励磁コイル２の一部がそれぞれ図示されてい
るが、これらは第３図と同じである。また、端部調整片
５１．５３及びこの図に示さない端部調整片５２，５４
，５５，５６５７．５８は第２図、第３図、第４図に示
した端部調整片４と材質、形状及び寸法については略同
じである。端部調整片５１，５２，５３．５４゜５５．
５６，５７．５８に共通の事項については、従来技術に
おける端部調整片４と同様に統一参照符号として５を使
用する。

図示のように、端部調整片５１は絶縁層６１を介して上
磁極１１に取付け、端部調整片５２は絶縁層６２を介し
て上磁極１２に取付けてあり、全ての端部調整片５は絶
縁層６を介して取付けである。絶縁層６とは図示の絶縁
層６１．６２を含む全ての絶縁層に対する統一参照符号
である。

第３図に示す渦電流２１０．２２０はなるべく導体の表
面により多くてかれる性質があるので、端部調整片５が
従来と技術と同じく下磁極１１や上磁極１２と電気的に
一体になっている場合には渦電流２１０、２２０は端部
調整片５１．５２に流れ込むが、絶縁層６１，６２を設
けであるために、渦電流２１０、２２０は端部調整片５
１．５２に流入するのを遮断されて渦電流２１０の場合
、図示のように下磁極１１の左端面に沿って紙面に垂直
方向の渦電流２１１に方向を転換して流れる。端部調整
片５１゜５２にも磁束は流れるからこの磁束の時間的変
化によって誘起される渦電流は存在し、この渦電流２３
０は端部調整片５１に図示したように端部調整片５１内
で往復する渦電流となる。この渦電流２３０の大きさは
下磁極１１を流れる渦電流２１０に比べてはくかに小さ
な電流密度なので、この渦電流２３０による端部調整片
５１の温度上昇は実質的に無視できる程度である。他の
端部調整片５２．及び第１図に図示しない他の６つの端
部調整片５でも同じである。

絶縁層６を設けたことによって上下磁極１１゜１２と端
部調整片５との間に民生する電圧は１■を越えない程度
の小電圧なので、絶縁層６は上下磁極１１．１２と端部
調整片５とが金属接触しないための間隔片の役目を果た
せばよいので、１１以下の厚さで充分である。したがっ
て、端部調整片５を通る磁束に対してこの絶縁層６は余
り大きな影響を与えることはない、また、絶縁ｊｌｉ６
の存在を考慮してあらかじめ端部調整片５を製作するこ
とによってこの影響は実質的に問題になることはない。

端部調整片５の上下磁極１１．１２への取付けはボルト
締め構造とするのが妥当である。この場合、取付はボル
トは上下磁極１１．１２に開けられたボルト穴に挿入し
て端部調整片５を締付は固定する構成となるので、取付
はボルトは上下磁極１１．１２と同じ電位となることか
ら、取付はボルトと端部調整片とを絶縁する必要なある
が、このような取付はボルトの絶縁構成は大容量の回転
機や変圧器の鉄心の一体化構造に多用されているもので
あり、この技術の流用により前述の端部調整片５のＥ下
磁極１１．１２への取付は構成の実施は容易である。

〔発明の効果〕

この発明は前述のように、空隙部を挟む上磁極と下磁極
の両端面に取付けられる端部調整片を、上磁極や下磁極
と同じ固塊鉄製とし、この端部調整片と上下磁極との間
に絶縁層を設けて端部調整片に上下磁極からの渦電流が
流れ込まないようにしたことにより、端部調整片に流れ
る渦電流は端部調整片自身を通る磁束によって誘起され
るものだけになる。この渦電流の大きさは絶縁層がなく
て上下磁極から流れ込む渦電流の大きさに比べてはるか
に小さいので、端部調整片の過熱を防止することができ
る。そのため、上下磁極との温度差による熱応力の発生
とこれに伴う端部調整片の変形が生じるたり、端部調整
片の磁気特性が変化したりすることによる磁束分布の乱
れが生じて高精度の磁束分布を維持できないというよう
な問題が解消され、端部調整片は安定した端部調整機能
を果たすことができるようになり、その結果、信頷性の
高い加速リングの偏向電磁石とすることができるとうい
効果が得られる。

【図面の簡単な説明】 第１図はこの発明の実施例を示す偏向電磁石の要部立面
図、第２図は従来の偏向電磁石の平面図、第３図は同じ
く立面図、第４図は同じく側面図である。 ・・・鉄心、１１・・・上磁掻、１２・・・下磁橿、３
・・・継鉄、１４・・・空隙部、２・・・励磁コイル、
■・・・上コイル、２２・・・下コイル、４１．４２．
４３．４４，４５，４６，４７゜８．５．５１．５２・
・・端部調整片。 第３回 第２図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）固塊鉄からなる断面がＣ字状の鉄心を有し空隙部に
   電子ビームを通すビームダクトを有する加速リングの偏
   向電磁石であって、空隙部を挟みそれぞれに励磁コイル
   が巻挿された上磁極と下磁極との前記電子ビームの走行
   方向に直角な両端面に取付けられる端部調整片を固塊鉄
   からなるものとし、この端部調整片を絶縁層を介して前
   記下磁極と上磁極との両端面に取付けたことを特徴とす
   る加速リングの偏向電磁石。