JPH04271000A - 挿入光源用磁場発生装置 - Google Patents

挿入光源用磁場発生装置

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JPH04271000A
JPH04271000A JP1369191A JP1369191A JPH04271000A JP H04271000 A JPH04271000 A JP H04271000A JP 1369191 A JP1369191 A JP 1369191A JP 1369191 A JP1369191 A JP 1369191A JP H04271000 A JPH04271000 A JP H04271000A
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JP
Japan
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magnetic field
electron
value
magnet
light source
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Pending
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JP1369191A
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English (en)
Inventor
Koji Miyata
浩二 宮田
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Shin Etsu Chemical Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Chemical Co Ltd
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、挿入光源用磁気回路の
磁場を自動的に調整する磁場発生装置に関し、特にアン
ジュレータ(後述)用磁場発生装置に関する。
【0002】
【従来の技術】周知のように、高エネルギー電子を周期
磁場の中で運動させると指向性が高く且つ極めて輝度の
高い放射光が得られる。このような放射光を得る装置が
挿入(型)光源である。挿入光源は多数の磁極(通常2
0〜200極)で構成されており、磁場の強さによって
ウィグラー(強磁場型)或いはアンジュレータ(弱磁場
型)と呼ばれる。挿入光源という名称はこの装置を電子
蓄積リング内の直線部に挿入設置することに由来する。 ウィグラーは超伝導電磁石により電子軌道を急激に曲げ
て短波長の放射光を取り出すものである。一方、アンジ
ュレータは多数の永久磁石を磁場の向きを交互に逆向き
にして周期的に並べたものであり、その磁極間を通る電
子ビームを蛇行させ、各磁極間で発生する光を干渉させ
て、狭い特定帯域の光の強度を100〜1000倍程度
強めて準単色光源を得る装置である。
【0003】本発明は、上述したように、アンジュレー
タに分類される挿入光源(以下単に装置と称する場合が
ある)の磁場を自動的に調整する機構を有する挿入光源
用磁場発生装置に関する。挿入光源に要求される条件と
して: (a) 挿入光源への電子ビームの入射方向と挿入光源
からの電子ビームの出射方向に差がなく、(b) 電子
ビームが挿入光源を通過することによって電子ビームに
変位が生じないことである。
【0004】このために従来の装置では、装置の入口及
び出口に磁場調整用の永久磁石または電磁石を設け、こ
れらの磁石の方向又は磁石に流す電流値を試行錯誤的に
調整して上記の2つの条件を満足させていた。しかしな
がら、このような従来の試行錯誤的な調整方法では、調
整に非常な時間を要していた。更に、調整個所が装置の
入口と出口の2個所しかないので入口と出口での変位は
生じないが、装置内で蛇行する電子の軌道の山及び谷が
揃わないという問題があった。即ち、電子軌道の山及び
谷が揃わないため放射光が広がり、所望の波長の光が得
られなかったり、或いは、輝度が弱まるという問題があ
った。
【0005】以下、図5乃至図9を参照して、従来の装
置を更に詳しく説明する。図5は従来のアンジュレータ
(ハルバック型)を説明するための概略図、図6及び図
7は図5の装置において磁場調整前の電子軌道を説明す
る図、図8及び図9は図5の装置において磁場調整後の
電子軌道を説明する図である。
【0006】図5の(A)において、10はアンジュレ
ータの磁気回路及び対向して配列した磁石列の間隙を調
整する機構を示す。上側のベース12には複数の直方体
セグメント磁石(永久磁石)14が固定され、下側のベ
ース16には他の複数の直方体セグメント磁石18が固
定されている。直方体セグメント磁石14及び18の各
々の磁化方向を図のようにし(複数の永久磁石の各々に
示した矢印は磁石の磁化方向を示す)、Z軸方向に周期
的な磁場を発生させる。磁気回路の左側(図面上)(即
ち電子ビームが入力する装置の入口)に円筒状の磁場調
整用の永久磁石20a及び22aが設けられている。更
に、磁気回路の出口には同じく円筒状の磁場調整用の永
久磁石20b及び22bが設けられている。これらの径
方向に磁化された磁場調整用の円柱状磁石20a、20
b、22a及び22bを回転させることにより、装置の
入口及び出口付近の磁場調整を行なっている。ベース1
2、16は、レールを介してフレーム24、25につい
ており、摺動可能な構造となっている(但し、図5では
レールは描かれていない)。フレーム24には、モータ
26が付いていて、対向する磁石の間隔(G)を任意に
変えられる(フレーム25に設けられたモータは図示し
ていない)。図5の(B)において、aは直方体セグメ
ント磁石14及び18の各々の幅を示し、bは直方体セ
グメント磁石14及び18の各々の高さを示し、cは直
方体セグメント磁石14及び18の各々の奥行きを示す
。更に、図5の(A)のλは直方体セグメント磁石の磁
化方向の周期長を示す。電子ビームは磁気回路の左側か
らZ軸の正の方向(矢印28の向き)に入力され、X軸
方向に蛇行して磁気回路の右側から出る。
【0007】図5で示す従来例において、直方体セグメ
ント磁石をNd−Fe−B磁石とし、その磁気特性をB
r(残留磁束密度)        =11.6KG 
  (平均値) (BH)max(最大エネルギー積)=32MGOe 
 (平均値) ΔBr/Br(磁化のばらつき)=  ±1%Δθ(磁
化方向のばらつき)    =  1゜磁石寸法(a×
b×c)        =30×30×120mm (精度  ±0.05mm) とし、更に、 対向する磁石の間隔(ギャップ)G=80mm周期長(
λ)=120mm 周期数(N)=  26 電子エネルギ−  =2.5GeV とした場合、磁気回路の入口及び出口において磁場調整
を行なわなかった場合、即ち、磁石20a、20b、2
2a及び22bを設けなかった場合、装置内でのX軸方
向及びY軸方向の電子軌道は夫々図6及び図7に示すよ
うになった。図6に示すように、電子軌道の山及び谷は
揃っていず、磁気回路の入口及び出口での電子の位置の
差(電子の変位)ΔXはかなり大きい。更に、図7に示
すように、磁気回路の入口及び出口でのY軸方向の電子
の位置の差(電子の変位)ΔYもかなり大きい。
【0008】次に、磁気回路の入口及び出口で磁場調整
をした結果、電子軌道は夫々図8及び図9に示すように
なった。磁場調整によって電子の変位ΔX及びΔYはか
なり小さくなったが、X軸方向の電子軌道の山及び谷は
依然として揃っていない。このような電子軌道の変位は
、磁石の磁気特性及び磁石寸法のばらつきに起因するも
のであり、従来例の如く、磁気回路の入口及び出口のみ
での磁場調整では、電子軌道の山及び谷の不揃いは避け
ることが出来ない。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、アンジュレ
ータに使用される複数の直方体セグメント磁石の各々の
磁気特性のばらつき、磁石寸法のばらつき、磁石組み立
ての際の磁石位置のばらつき等に基づく種々の誤差を補
正するため、各直方体セグメント磁石の位置を磁石対向
方向及びこの方向と直角方向にサーボ機構を用いて自動
的に調整し、装置の入口と出口での電子軌道の変位をゼ
ロとし、更に、電子の蛇行軌道の山及び谷を揃え、極め
て良好な放射光を得ることができる挿入光源用磁場発生
装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、複数の
直方体セグメント永久磁石を対向させて配列した挿入光
源用磁気回路において、所定の電子位置の値を2倍した
第1の値を求め、該第1の値から現在の磁場の測定値か
ら求められる電子位置と各々の磁石の位置を移動した場
合の磁場の値から求められる電子位置とを差し引いて第
2の値を求め、該第2の値の2乗を電子の軌道軸上にわ
たって合計して第3の値を求め、該第3の値を評価関数
とし、該評価関数が最小となるような各々の磁石の最適
位置を求める手段により、上記最適位置に基づいて上記
複数の直方体セグメント永久磁石の各々を、対向方向及
び該対向方向と直角の方向にサーボ機構により独立して
自動的に移動させ、対向する永久磁石間に形成される空
隙の磁場を調整することができる。
【0011】
【実施例】以下、図1乃至図4を参照して本発明の好適
実施例を説明する。図1は本発明に係るアンジュレータ
を説明するための概略図、図2は図1の装置において使
用する磁石位置調整機構を説明する図、図3及び図4は
図1の装置において磁場調整後の電子軌道を説明する図
である。
【0012】図1に示す直方体セグメント磁石34及び
38の各々は、図5に示した従来例と同様にNd−Fe
−B磁石とし、その磁気特性も図5に示した従来例と同
様に、 Br(残留磁束密度)        =11.6KG
   (平均値) (BH)max(最大エネルギー積)=32MGOe 
 (平均値) ΔBr/Br(磁化のばらつき)=  ±1%Δθ(磁
化方向のばらつき)    =  1゜磁石寸法(a×
b×c)        =30×30×120mm (精度  ±0.05mm) とし、更に、 対向する磁石の間隔(ギャップ)G=80mm周期長(
λ)=120mm 周期数(N)=  26 電子エネルギ−  =2.5  GeVとする。直方体
セグメント磁石34は、位置調整機構40に接続されて
おり、直方体セグメント磁石38は、位置調整機構42
に接続されている。尚、位置調整機構40はベース32
に、位置調整機構42はベース36に夫々固定されてい
る。電子ビームは磁気回路の左側からZ軸の正の方向(
矢印48の向き)に入力され、X軸方向に蛇行して磁気
回路の右側から出る。
【0013】図2に、位置調整機構42の概略を示す。 位置調整機構42はX軸方向テーブル54、Y軸方向テ
ーブル56、X軸方向調整用モータ50、Y軸方向調整
用モータ51、X軸方向用ボールねじ52、Y軸方向用
ボールねじ53等を有する。モータ50及び51は、後
述するコントローラの出力に応じてX軸及びY軸方向テ
ーブルの位置を調整し、直方体セグメント磁石38の位
置を調整する。尚、位置調整機構40も同様の構成なの
で説明を省略する。
【0014】次に、磁石位置の調整量を求める方法を詳
細に説明する。尚、X軸方向の電子の軌道を例に取る。 予め電子の軌道軸、即ち磁気回路の中心軸(Z軸)上の
所定点のY軸方向磁場を、測定ベンチ上に取り付けられ
たガウスメーターで測定しておき、これをHMi(i=
1,2,・・・,i,・・・,n)とする。電子のX軸
方向の位置はY軸方向の磁場の二重積分で与えられる。
【数1】 ここで C  =  0.2997/電子エネルギーs  ≒ 
 周期長(N)の3倍の値(図面参照)L  =  磁
気回路の長さ(図面参照)By=  中心軸上の磁場の
Y軸方向成分従って、実測の電子位置をOMiとすれば
【数2】 となる。
【0015】次に、磁石の磁気特性及び寸法のばらつき
がない理想的な場合の電子位置をOIiとする。また、
各々の磁石の調整量をAj(jは実際に調整を行なう磁
石の番号を示し、j=1からmである)として、このと
きの磁石の位置より積分方程式等を用いて磁場の値を求
め、更に、数1より電子位置OCi(Aj)を計算する
【0016】計算された理想の電子位置OIiの値を2
倍し、この値から、現在の磁場の測定値から求められる
電子位置OMiと各々の磁石の位置を移動した場合の磁
場の値より計算される電子位置OCi(Aj)とを差し
引いた値の2乗を電子の軌道上(Z軸上)にわたって合
計し、その合計結果を評価関数Wと定義して次の数3で
示す。即ち、
【数3】 但し、iは電子の軌道上の点を表わし、i=1からnで
ある。
【0017】各々の磁石の移動量Ajは、評価関数Wが
最小となるときであり、次式数4を解くことにより求ま
る。
【数4】 尚、数3で示される評価関数Wは、各々の磁石の移動量
Ajの関数であり、前記の積分方程式法及び数1で解析
的に求められ、更に数4も解析的に求められる。
【0018】コンピュータを用いて数4を解き求められ
た各々の磁石の移動量Ajの情報は、コントローラに送
られ磁石調整機構のサーボモータを駆動し、自動的に磁
場の調整がなされる。
【0019】図1の磁気回路の全ての磁石の位置を本発
明の方法で自動的に調整した場合のX軸方向の電子軌道
を図3に示す。入口と出口の変位はなく、しかも図8に
見られた蛇行軌道の山や谷の不揃いがなくなり、山及び
谷の揃った軌道となった。尚、磁石の調整量は±1mm
以内であった。
【0020】以上、X軸方向の電子軌道に関して説明し
たが、Y軸方向の電子軌道についても調整方向が異なる
だけで、調整方法は同様である。即ち、X軸方向の磁場
Bxを測定し、これを数3及び数4に代入して平行方向
に磁石を移動する量をコンピュータを用いて求め、コン
トローラを介してサーボモータを駆動することにより磁
場の調整がなされることになる。調整された結果のY軸
方向の電子軌道を図4に示す。入口と出口の変位がない
ことがわかる。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
磁石の磁気特性及び寸法のばらつき、及び、装置組み立
ての誤差を自動的に調整して理想的な電子軌道を得るこ
とが出来る。従って、良好な放射光を得るために極めて
有効である。しかも、経験や勘を必要とせずに系統的な
調整が自動的に行え且つ調整時間を大幅に短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る磁気回路及び磁石位置調整機構を
説明するための概略図。
【図2】図1に示した磁石位置調整機構を説明する図。
【図3】本発明に係るX軸方向の電子軌道を示す図。
【図4】本発明に係るY軸方向の電子軌道を示す図。
【図5】従来例の磁気回路を説明するための概略図。
【図6】従来例による磁場調整前のX軸方向の電子軌道
を示す図。
【図7】従来例による磁場調整前のY軸方向の電子軌道
を示す図。
【図8】従来例による磁場調整後のX軸方向の電子軌道
を示す図。
【図9】従来例による磁場調整後のY軸方向の電子軌道
を示す図。
【符号の説明】
34  直方体セグメント磁石 38  直方体セグメント磁石 40  磁石位置調整機構 42  磁石位置調整機構

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  複数の直方体セグメント永久磁石を対
    向させて配列した挿入光源用磁気回路において、所定の
    電子位置の値を2倍した第1の値を求め、該第1の値か
    ら現在の磁場の測定値から求められる電子位置と各々の
    磁石の位置を移動した場合の磁場の値から求められる電
    子位置とを差し引いて第2の値を求め、該第2の値の2
    乗を電子の軌道軸上にわたって合計して第3の値を求め
    、該第3の値を評価関数とし、該評価関数が最小となる
    ような各々の磁石の最適位置を求める手段と、上記最適
    位置に基づいて上記複数の直方体セグメント永久磁石の
    各々を、対向方向及び該対向方向と直角の方向に独立し
    て移動させ、対向する永久磁石間に形成される空隙の磁
    場を調整するサーボ機構とを有することを特徴とする挿
    入光源用磁場発生装置。
JP1369191A 1991-01-11 1991-01-11 挿入光源用磁場発生装置 Pending JPH04271000A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0547494A (ja) * 1991-08-12 1993-02-26 Sumitomo Electric Ind Ltd 多極ウイグラ

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0547494A (ja) * 1991-08-12 1993-02-26 Sumitomo Electric Ind Ltd 多極ウイグラ

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