JPH05217694A - 粒子加速器 - Google Patents
粒子加速器Info
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- JPH05217694A JPH05217694A JP1729892A JP1729892A JPH05217694A JP H05217694 A JPH05217694 A JP H05217694A JP 1729892 A JP1729892 A JP 1729892A JP 1729892 A JP1729892 A JP 1729892A JP H05217694 A JPH05217694 A JP H05217694A
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- quadrupole electromagnet
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ビーム集束用の四極電磁石がビームの所定軌
道からのずれを増大させることを防ぐ。 【構成】 荷電粒子ビームの位置を検出するビーム位置
モニタ７と、このビーム位置モニタの信号に応じて四極
電磁石５を水平または垂直方向に移動する位置制御装置
５ａを備えたこと。
道からのずれを増大させることを防ぐ。 【構成】 荷電粒子ビームの位置を検出するビーム位置
モニタ７と、このビーム位置モニタの信号に応じて四極
電磁石５を水平または垂直方向に移動する位置制御装置
５ａを備えたこと。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、シンクロトロン等の円
形加速器において荷電粒子ビームを集束させる四極電磁
石の改良に係り、特にビームの設計軌道からのずれによ
り四極電磁石において生じる影響を低減する技術に関す
る。
形加速器において荷電粒子ビームを集束させる四極電磁
石の改良に係り、特にビームの設計軌道からのずれによ
り四極電磁石において生じる影響を低減する技術に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】加速器は電子、陽子、イオンなどのビー
ムを環状軌道上で数十億電子ボルト（数ＧｅＶ）の高エ
ネルギー状態に加速するためのものであり、最近は、電
子ビームからの放射光（ＳＯＲ光と言われる）を利用し
た超ＬＳＩ微細加工（リソグラフィ）等新しい分野への
応用が検討されている。超ＬＳＩ微細加工用の加速器に
は、小型、安価で、制御が容易であることが要求され
る。
ムを環状軌道上で数十億電子ボルト（数ＧｅＶ）の高エ
ネルギー状態に加速するためのものであり、最近は、電
子ビームからの放射光（ＳＯＲ光と言われる）を利用し
た超ＬＳＩ微細加工（リソグラフィ）等新しい分野への
応用が検討されている。超ＬＳＩ微細加工用の加速器に
は、小型、安価で、制御が容易であることが要求され
る。
【０００３】円形加速器は、加速粒子が電子、陽子、イ
オン等と変わっても、その原理はほとんど同じであるの
で、ここでは従来の電子用円形加速器について図３を参
照して説明する。すなわち電子を生成し低エネルギー
（約１億電子ボルト（100MeV）程度）まで加速する入射
用加速器である線型加速器１、線型加速器１より出射さ
れた電子ビームを真空ダクトまで導く輸送管２、ビーム
を超高真空中に保持する真空ダクト３、上記電子ビーム
（図では時計方向に回る）を曲げ周回軌道を形成する所
定方向磁場（図では紙面の表より裏に向かう方向）をか
けるための偏向電磁石４、電子ビーム集束用の四極電磁
石５、上記電磁石の据付誤差等に起因するビームの設計
軌道からのずれ（Closed Orbit Distortion を略し、以
後ＣＯＤと呼ぶことにする。）を打消す軌道補正用のス
テアリング電磁石６とステアリング電磁石用電源６ａ、
真空ダクト３内の何点かにおいてＣＯＤの値を計測する
ためのビーム位置モニタ７、上記線型加速器１より入射
された電子ビームを数GeV まで加速するための高周波加
速空胴８等から構成されている。ＣＯＤが生じる主な要
因は、各電磁石の据付時の誤差である。
オン等と変わっても、その原理はほとんど同じであるの
で、ここでは従来の電子用円形加速器について図３を参
照して説明する。すなわち電子を生成し低エネルギー
（約１億電子ボルト（100MeV）程度）まで加速する入射
用加速器である線型加速器１、線型加速器１より出射さ
れた電子ビームを真空ダクトまで導く輸送管２、ビーム
を超高真空中に保持する真空ダクト３、上記電子ビーム
（図では時計方向に回る）を曲げ周回軌道を形成する所
定方向磁場（図では紙面の表より裏に向かう方向）をか
けるための偏向電磁石４、電子ビーム集束用の四極電磁
石５、上記電磁石の据付誤差等に起因するビームの設計
軌道からのずれ（Closed Orbit Distortion を略し、以
後ＣＯＤと呼ぶことにする。）を打消す軌道補正用のス
テアリング電磁石６とステアリング電磁石用電源６ａ、
真空ダクト３内の何点かにおいてＣＯＤの値を計測する
ためのビーム位置モニタ７、上記線型加速器１より入射
された電子ビームを数GeV まで加速するための高周波加
速空胴８等から構成されている。ＣＯＤが生じる主な要
因は、各電磁石の据付時の誤差である。
【０００４】ＣＯＤが大きくなれば、偏向電磁石４、四
極電磁石５等の磁場の均一領域が大きくなければなら
ず、このため偏向電磁石４、四極電磁石５等に加え真空
ダクト３も大型でなければならず加速器全体もコンパク
トにはできない。
極電磁石５等の磁場の均一領域が大きくなければなら
ず、このため偏向電磁石４、四極電磁石５等に加え真空
ダクト３も大型でなければならず加速器全体もコンパク
トにはできない。
【０００５】これを解決するため、従来は、加速器運転
時にビーム位置モニタ７によりＣＯＤを計測し、ＣＯＤ
補正用制御装置９においてこの値を取り込み、さらに加
速器全周にわたって何個か置かれたビーム位置モニタ７
におけるＣＯＤの値が最小になるようなステアリング電
磁石６の励磁量を算出し、これに基きステアリング電磁
石電源６ａを制御してステアリング電磁石６を励磁する
方法が取られている。
時にビーム位置モニタ７によりＣＯＤを計測し、ＣＯＤ
補正用制御装置９においてこの値を取り込み、さらに加
速器全周にわたって何個か置かれたビーム位置モニタ７
におけるＣＯＤの値が最小になるようなステアリング電
磁石６の励磁量を算出し、これに基きステアリング電磁
石電源６ａを制御してステアリング電磁石６を励磁する
方法が取られている。
【０００６】しかしＣＯＤ量があまり大きくなれば、ス
テアリング電磁石６の励磁量は大きくなり、その大きさ
も大きくなければならず加速器全体としても大型化して
しまう。また、ステアリング電磁石６の制御によるＣＯ
Ｄ補正は容易なものではなく、これを効率的にかつ簡便
に行なうためには、ステアリング電磁石６の個数を増や
す必要がある。しかしそのためには加速器の周長を長く
する必要があり、この場合も加速器全体が大型化し、高
価なものとなってしまう。したがって、ＣＯＤが発生す
る要因は極力抑えなければならない。電磁石等の据付誤
差以外のＣＯＤが生じる要因としては、四極電磁石５の
位置におけるビーム位置のずれが考えられる。
テアリング電磁石６の励磁量は大きくなり、その大きさ
も大きくなければならず加速器全体としても大型化して
しまう。また、ステアリング電磁石６の制御によるＣＯ
Ｄ補正は容易なものではなく、これを効率的にかつ簡便
に行なうためには、ステアリング電磁石６の個数を増や
す必要がある。しかしそのためには加速器の周長を長く
する必要があり、この場合も加速器全体が大型化し、高
価なものとなってしまう。したがって、ＣＯＤが発生す
る要因は極力抑えなければならない。電磁石等の据付誤
差以外のＣＯＤが生じる要因としては、四極電磁石５の
位置におけるビーム位置のずれが考えられる。
【０００７】図４に四極電磁石５の一例を示す。四極電
磁石５においては、４つのコイル10の励磁により、その
中心では磁場は０であるが、水平軸上、垂直軸上ともに
磁場の勾配を持ち、中心からの距離に比例した磁場を持
つ。四極電磁石５の磁場の勾配は、加速器からの要請に
よっても異なるが標準的には７〜８Ｔ／ｍ程度である。
磁石５においては、４つのコイル10の励磁により、その
中心では磁場は０であるが、水平軸上、垂直軸上ともに
磁場の勾配を持ち、中心からの距離に比例した磁場を持
つ。四極電磁石５の磁場の勾配は、加速器からの要請に
よっても異なるが標準的には７〜８Ｔ／ｍ程度である。
【０００８】この磁場の勾配により、ビームが設計軌道
からずれて四極電磁石５に入射してくる場合、ビームは
磁場から力を受けることになる。すなわち、四極電磁石
の位置においてＣＯＤが存在する場合、ビームは四極電
磁石により悪影響を受けさらにＣＯＤが大きくなる。
からずれて四極電磁石５に入射してくる場合、ビームは
磁場から力を受けることになる。すなわち、四極電磁石
の位置においてＣＯＤが存在する場合、ビームは四極電
磁石により悪影響を受けさらにＣＯＤが大きくなる。
【０００９】ＣＯＤはおおまかに言って数mmのオーダー
である場合が多い。しかし四極電磁石５の中心からビー
ムが数mmずれれば、その際に受ける磁場強度は、すでに
記した７〜８Ｔ／ｍという値を用いれば、数百ガウスに
なる。これは、通常のステアリング電磁石６の磁場強度
が百数十〜数百ガウスであることを考慮すれば、相当に
大きい値である。
である場合が多い。しかし四極電磁石５の中心からビー
ムが数mmずれれば、その際に受ける磁場強度は、すでに
記した７〜８Ｔ／ｍという値を用いれば、数百ガウスに
なる。これは、通常のステアリング電磁石６の磁場強度
が百数十〜数百ガウスであることを考慮すれば、相当に
大きい値である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】このように、四極電磁
石におけるビームの位置のずれに起因するＣＯＤは、電
磁石等の据付誤差に起因するＣＯＤをさらに大きくする
要因となるので、可能な限り抑制しなければならない。
本発明は、四極電磁石の位置におけるＣＯＤによる悪影
響を低減する、容易な制御手段を備えた高性能の加速器
を提供することを目的とする。
石におけるビームの位置のずれに起因するＣＯＤは、電
磁石等の据付誤差に起因するＣＯＤをさらに大きくする
要因となるので、可能な限り抑制しなければならない。
本発明は、四極電磁石の位置におけるＣＯＤによる悪影
響を低減する、容易な制御手段を備えた高性能の加速器
を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を解決するため
に、本発明においては、ビーム位置モニタと、このビー
ム位置モニタの信号に応じて四極電磁石５の位置を水平
ないし垂直方向に移動する四極電磁石位置制御装置を備
えた構成とする。
に、本発明においては、ビーム位置モニタと、このビー
ム位置モニタの信号に応じて四極電磁石５の位置を水平
ないし垂直方向に移動する四極電磁石位置制御装置を備
えた構成とする。
【００１２】
【作用】上記の位置制御装置を備えることにより、も
し、ビーム位置モニタにより四極電磁石の近傍における
ＣＯＤが大きいことが明らかになった場合、四極電磁石
を、ビームを運転を止めることなく計測されたＣＯＤ量
に合わせて移動させ、ビームが四極電磁石の中心を通る
ようにすることが可能である。
し、ビーム位置モニタにより四極電磁石の近傍における
ＣＯＤが大きいことが明らかになった場合、四極電磁石
を、ビームを運転を止めることなく計測されたＣＯＤ量
に合わせて移動させ、ビームが四極電磁石の中心を通る
ようにすることが可能である。
【００１３】実施例には、移動する以前のビーム位置が
中心に来るように四極電磁石を移動させても、その影響
でビームの軌道は加速器の全周にわたり変化するため、
ビーム位置は若干、四極電磁石の中心からはずれる。ま
た、他の四極電磁石を同様に移動させる効果で、さらに
ビーム位置は四極電磁石の中心からずれる。しかし、こ
の際のビーム位置のずれの量は、補正前よりは大きく低
減されていると考えられる。また、こういった調整をビ
ームを止めずに行なえば、これに引き続き、同様な微調
整を数回行なうことにより、すべての四極電磁石の位置
において、ビームがその中心を通るようにもできる。以
上のような過程によって、容易に、四極電磁石によるビ
ームへの悪影響を低減できる。
中心に来るように四極電磁石を移動させても、その影響
でビームの軌道は加速器の全周にわたり変化するため、
ビーム位置は若干、四極電磁石の中心からはずれる。ま
た、他の四極電磁石を同様に移動させる効果で、さらに
ビーム位置は四極電磁石の中心からずれる。しかし、こ
の際のビーム位置のずれの量は、補正前よりは大きく低
減されていると考えられる。また、こういった調整をビ
ームを止めずに行なえば、これに引き続き、同様な微調
整を数回行なうことにより、すべての四極電磁石の位置
において、ビームがその中心を通るようにもできる。以
上のような過程によって、容易に、四極電磁石によるビ
ームへの悪影響を低減できる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の一実施例について図１を参照
して説明する。
して説明する。
【００１５】図１に示された加速器においては、従来の
加速器に加え、すべての四極電磁石５に、四極電磁石位
置制御装置５ａが設けられており、ＣＯＤ補正用制御装
置９からの信号を受けて、遠隔操作により四極電磁石５
を動かすことが可能である。
加速器に加え、すべての四極電磁石５に、四極電磁石位
置制御装置５ａが設けられており、ＣＯＤ補正用制御装
置９からの信号を受けて、遠隔操作により四極電磁石５
を動かすことが可能である。
【００１６】この四極電磁石位置制御装置５ａの構造に
ついて図２に示す。本例は、四極電磁石５を遠隔操作で
水平方向に移動するためのものである。しかし、駆動部
等を垂直方向に設ければ、垂直方向に移動することがで
きる四極電磁石、及び垂直と水平の両方向に移動可能な
四極電磁石も同様に製作できる。
ついて図２に示す。本例は、四極電磁石５を遠隔操作で
水平方向に移動するためのものである。しかし、駆動部
等を垂直方向に設ければ、垂直方向に移動することがで
きる四極電磁石、及び垂直と水平の両方向に移動可能な
四極電磁石も同様に製作できる。
【００１７】本体部であるコイル10、磁極11、ヨーク12
と台13は従来の四極電磁石と変わらないが、台13はガイ
ド14を介してレール15に乗せられている。また台13の下
には、スクリュー棒16が通されたスクリュー棒ガイド17
が固定され、スクリュー棒は図左方の図示しない駆動機
構に固定されている。この駆動機構は、ステッピングモ
ーターとモータコントローラ等から成り、ステッピング
モータによりスクリュー棒16が回転すれば、四極電磁石
５は、図の左右の方向に移動することが可能である。
と台13は従来の四極電磁石と変わらないが、台13はガイ
ド14を介してレール15に乗せられている。また台13の下
には、スクリュー棒16が通されたスクリュー棒ガイド17
が固定され、スクリュー棒は図左方の図示しない駆動機
構に固定されている。この駆動機構は、ステッピングモ
ーターとモータコントローラ等から成り、ステッピング
モータによりスクリュー棒16が回転すれば、四極電磁石
５は、図の左右の方向に移動することが可能である。
【００１８】次に四極電磁石位置制御装置５ａを用いた
ＣＯＤ補正法について示す。まず四極電磁石５やステア
リング電磁石６の調整を行なわない状態でビームを回
し、四極電磁石５の近傍に置かれたビーム位置モニタ７
により、四極電磁石５の位置でのビームのずれを測定す
る。このずれ量をＣＯＤ補正用制御装置９に取り込み、
ビームが四極電磁石５の位置で四極電磁石５の中心を通
るよう、すべての、または一部の四極電磁石５の移動量
を決定し、四極電磁石位置制御装置５ａに信号を送る。
これを受けた四極電磁石位置制御装置５ａが四極電磁石
５を移動させる。
ＣＯＤ補正法について示す。まず四極電磁石５やステア
リング電磁石６の調整を行なわない状態でビームを回
し、四極電磁石５の近傍に置かれたビーム位置モニタ７
により、四極電磁石５の位置でのビームのずれを測定す
る。このずれ量をＣＯＤ補正用制御装置９に取り込み、
ビームが四極電磁石５の位置で四極電磁石５の中心を通
るよう、すべての、または一部の四極電磁石５の移動量
を決定し、四極電磁石位置制御装置５ａに信号を送る。
これを受けた四極電磁石位置制御装置５ａが四極電磁石
５を移動させる。
【００１９】これにより、四極電磁石５の位置でのビー
ムのずれを０にするか、あるいは相当量減少させること
が可能であり、また、さらにステアリング電磁石６を調
整してＣＯＤ補正を図る際も、ステアリング電磁石６の
性能への要求が低減される。（他の実施例）
ムのずれを０にするか、あるいは相当量減少させること
が可能であり、また、さらにステアリング電磁石６を調
整してＣＯＤ補正を図る際も、ステアリング電磁石６の
性能への要求が低減される。（他の実施例）
【００２０】上記の実施例においては、四極電磁石５の
最適移動量は、ビーム位置モニタからのＣＯＤ量のデー
タを元に、ＣＯＤ補正用制御装置９により自動的に決定
されたが、この制御は自動的に行なわなくてもよい。四
極電磁石位置制御装置５ａがあれば、ビーム運転中にも
四極電磁石５の位置を調整することが可能であり、その
際、ＣＯＤの変化を同時にビーム位置モニタ７を用いて
見ることができる。よって、ビームの位置のずれの大き
い四極電磁石のみを、自動制御でなくマニュアルの遠隔
操作で適当量移動し、ＣＯＤを減少させることも可能で
ある。
最適移動量は、ビーム位置モニタからのＣＯＤ量のデー
タを元に、ＣＯＤ補正用制御装置９により自動的に決定
されたが、この制御は自動的に行なわなくてもよい。四
極電磁石位置制御装置５ａがあれば、ビーム運転中にも
四極電磁石５の位置を調整することが可能であり、その
際、ＣＯＤの変化を同時にビーム位置モニタ７を用いて
見ることができる。よって、ビームの位置のずれの大き
い四極電磁石のみを、自動制御でなくマニュアルの遠隔
操作で適当量移動し、ＣＯＤを減少させることも可能で
ある。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
容易に四極電磁石によるビームへの悪影響を取り除くこ
とができ、これに起因するＣＯＤを抑制することがで
き、ＣＯＤ補正上、ステアリング電磁石への負担を低減
できる。これにより、ステアリング電磁石の大きさを小
さくするか、あるいはその個数を減少させることが可能
なうえ、ＣＯＤ補正のための制御が容易になる。ひいて
は、制御が容易でかつコンパクトで安価な、高性能の加
速器を提供することができる。
容易に四極電磁石によるビームへの悪影響を取り除くこ
とができ、これに起因するＣＯＤを抑制することがで
き、ＣＯＤ補正上、ステアリング電磁石への負担を低減
できる。これにより、ステアリング電磁石の大きさを小
さくするか、あるいはその個数を減少させることが可能
なうえ、ＣＯＤ補正のための制御が容易になる。ひいて
は、制御が容易でかつコンパクトで安価な、高性能の加
速器を提供することができる。
【図１】本発明に係る粒子加速器の一実施例を示す模式
図、
図、
【図２】上記実施例における四極電磁石を示す斜視図、
【図３】従来の粒子加速器を示す模式図、
【図４】従来の四極電磁石を示す斜視図、
１…線形加速器 ２…輸送管 ３…真空ダクト ４…偏向電磁石 ５…四極電磁石 ５ａ…四極電磁石位置制御装置 ６…ステアリング電磁石 ６ａ…ステアリング電磁石用電源 ７…ビーム位置モニタ ８…高周波加速空胴 ９…ＣＯＤ補正用制御装置 10…コイル 11…磁極 12…ヨーク 13…台 14…ガイド 15…レール 16…スクリュー棒 17…スクリュー棒ガイド
Claims (2)
- 【請求項１】 荷電粒子ビームの位置を検出するビーム
位置モニタと、このビーム位置モニタの信号に応じて四
極電磁石を水平または垂直方向に移動する位置制御装置
を備えたことを特徴とする粒子加速器。 - 【請求項２】 ビーム位置モニタにおけるビームの位置
に関するデータをもとに、すべての四極電磁石の中心を
ビームが通過するように四極電磁石の移動距離を算出す
るＣＯＤ補正用制御装置を備えたことを特徴とする請求
項１記載の粒子加速器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1729892A JPH05217694A (ja) | 1992-02-03 | 1992-02-03 | 粒子加速器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1729892A JPH05217694A (ja) | 1992-02-03 | 1992-02-03 | 粒子加速器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05217694A true JPH05217694A (ja) | 1993-08-27 |
Family
ID=11940098
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1729892A Pending JPH05217694A (ja) | 1992-02-03 | 1992-02-03 | 粒子加速器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05217694A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20210109617A (ko) * | 2019-04-26 | 2021-09-06 | 도시바 에너지시스템즈 가부시키가이샤 | 하전 입자 가속 장치 및 그 조정 방법 |
| KR20210109618A (ko) * | 2019-04-15 | 2021-09-06 | 도시바 에너지시스템즈 가부시키가이샤 | 하전 입자 가속기 및 그 시공 방법 |
| WO2025173324A1 (ja) * | 2024-02-16 | 2025-08-21 | 株式会社 東芝 | 多極磁石調整システムおよび多極磁石調整方法 |
-
1992
- 1992-02-03 JP JP1729892A patent/JPH05217694A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20210109618A (ko) * | 2019-04-15 | 2021-09-06 | 도시바 에너지시스템즈 가부시키가이샤 | 하전 입자 가속기 및 그 시공 방법 |
| US12188583B2 (en) | 2019-04-15 | 2025-01-07 | Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation | Charged particle accelerator and method for building charged particle accelerator |
| KR20210109617A (ko) * | 2019-04-26 | 2021-09-06 | 도시바 에너지시스템즈 가부시키가이샤 | 하전 입자 가속 장치 및 그 조정 방법 |
| US11937362B2 (en) | 2019-04-26 | 2024-03-19 | Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation | Charged particle acceleration device and method for adjusting charged particle acceleration device |
| WO2025173324A1 (ja) * | 2024-02-16 | 2025-08-21 | 株式会社 東芝 | 多極磁石調整システムおよび多極磁石調整方法 |
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