JPH0636895A - シンクロトロンの収束電磁石およびこの収束電磁石を有するシンクロトロン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 励磁電流に対する収束磁場の強さを可変でき
るようにして、収束電磁石と偏向電磁石を直列駆動でき
るようにして、電源構成の簡易化を実現する。 【構成】 磁極３３〜３６をリターンヨーク３２に対し
移動可能に構成する。磁極駆動機構５５のボルト６０を
回すことにより、磁極３３〜３６が移動し、電子ビーム
３０に作用する磁場の強さを可変する。収束電磁石２
３，２５のコイル３７〜４０を直列に接続し、これに偏
向電磁石のコイルを直列に接続する。電子ビームのエネ
ルギに対応した偏向磁場を発生させる励磁電流を供給す
る。この状態でボルト６０を回すことにより最適の収束
磁場に調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、シンクロトロンの収
束電磁石およびこの収束電磁石を具えたシンクロトロン
に関し、励磁電流に対する磁場の強さを可変できるよう
にして、偏向電磁石と共通の電源で駆動できるようにし
て、電源構成および制御の簡易化を実現したものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、小型シンクロトロンは、シンクロ
トロン放射光（ＳＯＲ）装置として、超々ＬＳＩ回路の
作成、医療分野における診断、分子解析、構造解析等様
々な分野への適用が期待されている。

【０００３】小型ＳＯＲ放射光装置の概要を図２に示
す。荷電粒子発生装置（電子銃等）１０で発生した電子
ビームは線型加速装置（ライナック）１２で光速近くに
加速され、ビーム輸送部１４の偏向電磁石１６で偏向さ
れて、インフレクタ１８を介して蓄積リング２２内に入
射される。蓄積リング２２に入射された電子ビームは高
周波加速空洞２１でエネルギを与えられながら垂直方向
収束電磁石２３（２３−１乃至２３−４）、水平方向収
束電磁石２５（２５−１乃至２５−４）で収束され、偏
向電磁石２４（２４−１乃至２４−４）で偏向されて蓄
積リング２２中を回り続ける。偏向電磁石２４で偏向さ
れる時に発生するＳＯＲ光はビームチャンネル２６を通
して例えば露光装置２８に送られて超々ＬＳＩ回路作成
用の光源等として利用される。

【０００４】従来の収束電磁石２３，２５の構造を図３
に正面図で示す。この収束電磁石２３，２５は４極電磁
石で構成され、電子ビーム３０が周回している真空チャ
ンバー２２（蓄積リング）を包囲するようにリターンヨ
ーク３２を配設している。リターンヨーク３２の内周面
は電子ビーム３０の方向に向けて突出して４個の磁極３
３〜３６を形成している。各磁極３３〜３６にはコイル
３７〜４０がそれぞれ巻回されている。各コイル３７〜
４０は直列接続されて直流電源から励磁電流が供給され
る。コイル３７〜４０のつなぎ方により、磁極３３，３
５をＮ極、磁極３４，３６をＳ極に励磁すれば水平方向
収束用の収束電磁石２５となり、磁極３３，３５をＳ
極、磁極３４，３６をＮ極に励磁すれば垂直方向収束用
の収束電磁石２３となる。この収束電磁石２３，２５は
励磁電流の大きさにより磁場の強さが調整される。

【０００５】シンクロトロンの運転時に電子ビーム３０
を真空チャンバー中心軌道上で正しく周回させるために
必要な垂直方向収束電磁石２３、水平方向収束電磁石２
５、偏向電磁石２４の磁場の強さはそれぞれ異なる。こ
のため、従来においては、これら各電磁石２３，２４，
２５ごとに別々の励磁電源で駆動していた。図４がその
電源系統で、各電磁石２４，２３，２５ごとに電源装置
４２，４３，４４を具え、それぞれ独立した電源系統４
５，４６，４７を構成していた。すなわち、偏向電磁石
用電源系統４５は４個の偏向電磁石２４−１乃至２４−
４のコイルを直列につなぎ、電源装置４２から励磁電流
を供給する。また、垂直方向収束電磁石用電源系統４６
は４個の収束電磁石２３−１乃至２３−４のコイルを直
列につなぎ、電源装置４３から励磁電流を供給する。ま
た、水平方向収束電磁石用電源系統４７は４個の収束電
磁石２５−１乃至２５−４のコイルを直列につなぎ、電
源装置４４から励磁電流を供給する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記図３の収束電磁石
２３，２５の構造によれば、磁場の強さは励磁電流の大
きさによって決まってしまう。このため、垂直用収束電
磁石２３、水平用収束電磁石２５、偏向電磁石２４を共
通の励磁電流で駆動することができず、電源系統は図４
のように各電磁石２３，２４ごとに独立に設けなればな
らないため、電源構成およびその制御が複雑になる欠点
があった。

【０００７】この発明は、前記従来の技術における問題
点を解決して励磁電流に対する磁場の強さを可変できる
ようにして、偏向電磁石と共通の電源が駆動できるよう
にして、電源構成および制御の簡易化を実現したシンク
ロトロンの収束電磁石およびこの収束電磁石を具えたシ
ンクロトロンを提供しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明の収束電磁石
は、粒子ビームが周回する真空チャンバーを包囲するよ
うに配設されたリターンヨークと、前記真空チャンバー
の周りでその中心軌道に対し接近、離隔可能に前記リタ
ーンヨークに取付け支持された複数の磁極と、これら各
磁極の周りに配されたコイルと、前記各磁極を前記真空
チャンバーの中心軌道に対し接近、離隔する方向に駆動
する磁極駆動機構とを具えたものである。また、この発
明のシンクロトロンは、上記の構成の複数の収束電磁石
と前記真空チャンバーの各偏向位置に配設された複数の
偏向電磁石と、前記複数の収束電磁石のコイルと前記複
数の偏向電磁石のコイルを直列に接続して共通の電源装
置から励磁電流を供給する励磁電流供給系統とを具備し
てなるものである。

【０００９】

【作用】この発明の収束電磁石によれば、磁極を粒子ビ
ーム軌道に対し接近、離隔可能に配したので、その接近
距離によって粒子ビームに作用する磁場の強さが変化
し、励磁電流に対する磁場の強さを可変することができ
る。

【００１０】また、この発明のシンクロトロンによれ
ば、上記収束電磁石を偏向電磁石と共通の電源装置から
の励磁電流で駆動した状態で収束磁場の強さを調整でき
るので、電源構成および制御を簡略化することができ
る。

【００１１】

【実施例】

（実施例１）この発明の収束電磁石の一実施例を図１に
正面図で示す。この収束電磁石２３，２５は４極電磁石
で構成され、電子ビーム３０が周回している真空チャン
バー２２（蓄積リング）を包囲するようにリターンヨー
ク３２を配設している。リターンヨーク３２の内周側に
は凹部５１〜５４が形成され、そこに磁極３３〜３６が
それぞれ移動可能に収容されている。各磁極３３〜３６
は磁極駆動機構５５〜５８により矢印Ｂのように移動し
て、電子ビーム３０に対する接近距離が調整される。各
磁極３３〜３６の周りにはコイル３７〜４０がリターン
ヨーク３２に固定された状態（磁極３３〜３６には非固
定）でそれぞれ巻回されている。

【００１２】磁極駆動機構５５〜５８は、ボルト６０を
リターンヨーク３２の壁３２ａに回転自在に取り付け
て、そのねじ部６０ａを凹部５１内に通している。磁極
３３〜３６の後端部にはボール孔６２が形成され、そこ
にねじ部６０ａがねじ込まれている。このような構成に
より、ボルト６０を工具で回すことにより、磁極３３〜
３６を矢印Ｂ方向に移動して、励磁電流に対する電子ビ
ーム３０に作用する収束磁場の強さを調整することがで
きる。

【００１３】なお、図１の収束電磁石２３，２５はコイ
ル３７〜４０の巻き方および結線により垂直用２３と水
平用２５になる。すなわち、図５（ａ）のようにコイル
３７〜４０を巻いて結線して磁極３３，３５をＮ極、磁
極３４，３６をＳ極に励磁すれば水平方向収束用の収束
電磁石２５となる。また、図５（ｂ）のようにコイル３
７〜４０を巻いて結線して磁極３３，３５をＳ極、磁極
３４，３６をＮ極に励磁すれば垂直方向収束用の収束電
磁石２３となる。

【００１４】次に、図１の収束電磁石２３，２５を用い
た場合の図２のシンクロトロンの励磁電源系統の一実施
例を図６に示す。なお、収束電磁石２３，２５のコイル
は例えば前記図５に示したように結線されている。ま
た、偏向電磁石２４は図６に示すように電子ビーム３０
の軌道を挾んで上下に磁極６６，６８を対向配置し、各
磁極６６，６８にコイル７０，７２を巻回して構成され
る。コイル７０，７２は直列に接続されて、直流電流が
供給される。これにより、磁極７０，７２はそれぞれＮ
極、Ｓ極に励磁されて、垂直方向の磁場を発生し、電子
ビーム３０に対し偏向力を与える。

【００１５】図６の電源系統７１において、偏向電磁石
２４と収束電磁石２３，２５は図２における配列順にす
べて直列接続されて、共通の直流電源装置７０に接続さ
れている。磁場の調整は例えば次の手順で行なわれる。

【００１６】 電源装置７０から供給する電流値を偏
向電磁石２４が電子ビーム３０のエネルギに対応した偏
向磁場を発生させる電流値に設定する。

【００１７】 各収束電磁石２３，２５の磁場調整用
ボルト６０を回し、上記電流値の下で収束電磁石２３，
２５の磁場強度を最適な状態に調整する。ボルト６０を
回す角度は、収束電磁石２３，２５の据付、製作誤差が
なければ、各磁極３３〜３６とも真空チャンバー２２の
外周面に対し同一ギャップとなるように調整する。

【００１８】 最終的な調整は、電子ビーム３０のベ
ータトロン振動数（偏向磁場と収束磁場で決まる）をチ
ューンモニタで測定し、所望のベータトロン振動数が得
られるようにボルト６０を回して微調整する。

【００１９】 このように設定した後、電子ビームを
フルエネルギ入射すれば、電子ビーム３０を蓄積リング
の周回軌道上に周回させて蓄積することができる。

【００２０】（実施例２）この発明の収束電磁石の他の
実施例を図８に示す。これは、磁極の移動を自動化し
て、遠隔操作で磁場を調整できるようにしたものであ
る。図１の実施例と共通する部分には同一の符号を用い
る。磁極駆動機構５５〜５８について説明する。ボルト
６０はリターンヨーク３２に回転自在に取り付けられて
いる。ボルト６０の後端部にはギア７２が取り付けられ
ている。リターンヨーク３２の外周部にはパルスモータ
７６が取り付けられ、その回転はギア７４を介してギア
７２に伝達される。ギャップ制御装置７８はギャップ指
令値を入力して各磁極駆動機構５５のパルスモータ７６
を同量回すことにより磁極３３〜３６と真空チャンバー
２２の外周面とのギャップｇを等しく調整する。また、
磁極３３〜３６ごとに微調整することもできる。このよ
うな構成によれば、磁場強度を遠隔操作で調整すること
ができる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の収束電
磁石によれば、磁極を粒子ビーム軌道に対し接近、離隔
可能に配したので、その接近距離によって粒子ビームに
作用する磁場の強さが変化し、励磁電流に対する磁場の
強さを可変することができる。

【００２２】また、この発明のシンクロトロンによれ
ば、上記収束電磁石を偏向電磁石と共通の電源装置から
の励磁電流で駆動した状態で収束磁場の強さを調整でき
るので、電源構成および制御を簡略化することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の収束電磁石の一実施例を示す正面図
である。

【図２】ＳＯＲ装置の概要を示す平面図である。

【図３】従来の収束電磁石を示す正面図である。

【図４】従来のシンクロトロンの収束電磁石および偏向
電磁石の電源系統図である。

【図５】図１の収束電磁石における水平用、垂直用の各
コイル結線の一例を示す図である。

【図６】この発明によるシンクロトロンの収束電磁石お
よび偏向電磁石の電源系統の一実施例を示す図である。

【図７】偏向電磁石のコイル結線の一例を示す図であ
る。

【図８】この発明の収束電磁石の他の実施例を示す正面
図である。

【符号の説明】

２２ 真空チャンバー ２３ 収束電磁石（垂直用） ２４ 偏向電磁石 ２５ 収束電磁石（水平用） ３０ 電子ビーム（粒子ビーム）、真空チャンバー中心
軌道 ３２ リターンヨーク ３３〜３６ 磁極 ３７〜４０ コイル ５５〜５８ 磁極駆動機構 ７０ 電源装置 ７１ 電源系統（励磁電流供給系統）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】粒子ビームが周回する真空チャンバーを包
   囲するように配設されたリターンヨークと、 前記真空チャンバーの周りでその中心軌道に対し接近、
   離隔可能に前記リターンヨークに取付け支持された複数
   の磁極と、 これら各磁極の周りに配されたコイルと、 前記各磁極を前記真空チャンバーの中心軌道に対し接
   近、離隔する方向に駆動する磁極駆動機構とを具えた収
   束電磁石。
2. 【請求項２】粒子ビームが周回する真空チャンバーを包
   囲するように配設されたリターンヨークと、前記真空チ
   ャンバーの周りでその中心軌道に対し接近、離隔可能に
   前記リターンヨークに取付け支持された複数の磁極と、
   これら各磁極の周りに配されたコイルと、前記各磁極を
   前記真空チャンバーの中心軌道に対し接近、離隔する方
   向に駆動する磁極駆動機構とを具えた複数の収束電磁石
   と、 前記真空チャンバーの各偏向位置に配設された複数の偏
   向電磁石と、 前記複数の収束電磁石のコイルと前記複数の偏向電磁石
   のコイルを直列に接続して共通の電源装置から励磁電流
   を供給する励磁電流供給系統とを具備してなるシンクロ
   トロン。