JPS62276800A - シンクロトロン放射光発生装置 - 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】 ３、発明の詳細な説明 （産業上の利用分野） この発明は粒子偏向機能を有する高、エネルギー荷電粒
子加速器に係り、特にシンクロトロン放射光によるガス
放出の低減によυ超高真空を達成し粒子の長寿命化を図
ったシンクロトロン放射光発生装置に関するものである
。

（従来技術および発明が解決しようとする問題点）電子
蓄積リングは高エネルギー電子を長時間周回軌道に蓄積
するための加速器の一槙である。

本来、衝突ビーム実験などの素粒子実験用として開発さ
れたものであるが、蓄積電子ビームの寿命が永いことか
ら安定したシンクロトロン放射光（以下ＳＯＲ光と記す
）が得られるため、Ｘ線に到る幅広い波長領域での強力
な光源として利用が広がっている。

近年、ＳＯＲ光をリングラフィに利用しようとする研究
開発が進んでいる。ＳＯＲ光をリソグラフィに適用する
念めには電子の蓄積電流量を向上させ、さらにそれを長
時間蓄積しておくことが要求される。ところが、周回軌
道を走行する電子は周回軌道上に存在する残留ガスで散
乱され散逸してしまうので、電子を長時間蓄積しておく
ためには、周回軌道近傍の真空度を著しく高めた蓄積リ
ングが必要である。

ところで、電子蓄積リングではＳＯＲ光のビームダクト
壁面照射による多量のガス放出（光刺激脱離ガス放出と
よぶ）があ夛、ビームダクト内の顕著な圧力上昇を引き
起こす。光刺激脱離ガス放出の総量は蓄積電子ビームの
エネルギーおよび電流値に比例するが、加速器の周長に
は無関係に一定である。したがって、蓄積リングを小型
化すると、光刺激脱離ガス放出の総量は変わらないにも
関わらず、真空排気ポンプを設置するスペースが減少す
るので、必要真空度を実現するには著しく強力な真空排
気ポンプが必要となシ、実現困難になる。

ＳＯＲ光はほぼ光速で走行する荷電粒子が偏向された時
に常に発生するので、電子蓄積リングに限らず、高真空
が要求されかつ偏向軌道を有する加速器や輸送系につい
ても同様の問題がある。

光刺激脱離ガス、放出の脱離係数は材料固有の値であシ
、また材料の表面処理の仕方などによって著しく変化す
る。ビームダクトの構造材料としては大気圧を支えるた
めの機械的強度やうず電流を抑制するための電気抵抗性
、加工性などの制約から任意の材料を選択することはで
きない。現状ではビームダクト構造材料としては主にス
テンレスあるいはアルミニウムなどに限られる。ビーム
ダクト構造材料の選択および表面処理によって、光刺激
脱離係数の比較的小さなビームダクトを構成できるが、
現状の技術ではそれだけで蓄積リングの稼動時に要求さ
れる程度に小さくすることは困難である。

光刺激脱離ガスは本来材料内で高い結合エネルギーを有
していたものが大部分であ夛通常のベーキングでは取）
除くことは困難である。

光刺激脱離係数はＳＯＲ光の照射蓄積量が増加するにし
たがって減少してゆく。そこで、運転中にＳＯＲ光を長
時間照射して、自然にガス放出が枯れてゆくのを待つこ
とが行われる。これをセルフクリーニングという。この
セルフクリーニングによるガス出しは２〜３年を要する
ので、短期間の装置立ち上げを要求される産業用電子蓄
積リングには実用的でない。

ＳＯＲ光は電子が曲げられたときに電子軌道の接線方向
に放射されるので、光刺激脱離ガス放出は主にＳＯＲ光
が集中的に照射される偏向磁石部分のビームダクトから
生じる。さらに、偏向電磁石部分のビームダクトには周
囲に鉄ヨークなどがある次め、イオンポンプやタープポ
ンプなどの集中型真空排気ポンプを取りつけることが、
スペース的に困難であるので偏向磁石部分のドリフト空
間の真空度が低下する。

し念がって、リソダラフィ用電子蓄積リングを実現する
之めには主に偏向磁石部分のドリフト空間の真空度を高
める手段が必要になる。

第６図は従来のシンクロトロン放射光発生装置の断面図
を示す。

図において１はビームダクト、２はドリフト空間、３は
荷電粒子およびその軌道、４はＳＯＲ光、５はＳＯＲ光
照射面、６は光刺激脱離ガス、１２は冷却手段である。

従来装置では、ＳＯＲ光４がビームダクト１の内壁に直
接照射していた。従ってＳＯＲ光照射面５では、ＳＯＲ
光４あるいｉｊ　ＳＯＲ光４によって励起された電子に
よシ炭素などの不純物がイオン化する。このイオンは材
料表面に拡赦し、材料表面で一酸化炭素などの中性ガス
となってドリフト空間中に放出され、従ってドリフト空
間２中の真空度が低下する。

また、ＳＯＲ光照射面５はＳＯＲ光４のエネルギーによ
シ局所的に加熱される。ビームダクト１は高温になると
機械的強度が低下してしまうので、ＳＯＲＯＲ対照射面
５近傍却手段１２を設けてビームダクト１の温度が上が
らないように対処する必要がある。冷却手段１２には通
常冷却水などを使用するが装置が複雑で大型になり、漏
水などのトラブルの原因にもなる欠点がある。

ところで、電子が走行するとビームダクト内面にウェー
ク場とよばれる誘起電流が生じる。

ビームダクトの断面形状や電気伝導度が急激に変化する
とウェーク場が乱れ、この乱れたウェーク場と電子が相
互作用して軌道が不安定になる。

したがって、光刺激脱離ガスの発生針やドリフトｑ間へ
の流入量を低減するために、ビームダクトの断面形状や
寸法などを部分的に変えた構造や、電気伝導率がビーム
ダクトと著しく異なる材料を用いる構造は、軌道を不安
定にしてしまう恐れがある。

（問題点を解決するための手段） この発明は従来技術での上記した諸問題点を解決し、光
刺激脱離ガスの放出量を低減あるいは消滅させることに
より、ビームダクト内の真空度を蓄積ビームの寿命が充
分になる程度に高めたシンクロトロン放射光発生装置を
提供することを目的とするものである。

本発明では、従来技術での上記した問題点を解決するた
めに、偏向軌道に沿って荷電粒子を輸送、加速または蓄
積する荷電粒子装置において、シンクロトロン放射光が
照射する壁面にバルクゲッターを配置したことを特徴と
する。

第１図は本発明の側断面図、第２図は本発明の平面図で
ある。

図で、１はビームダクト、２はドリフト空間、３は荷電
粒子およびその軌道イ４はＳＯＲ光、５はＳＯＲ光照射
面、７はバルクゲッターである。

ＳＯＲ光４は偏向軌道３から接線方向に放射される。

本発明では、ＳＯＲ光照射面５にバルクゲッタ−７を配
設する。配設する場所はＳＯＲ光４が照射される位置で
あれば偏向磁石部分に限る必要はない。

ＳＯＲ光４あるいはＳＯＲ光４によって生成した励起丸
干によりバルクゲッター７内の炭素などの不純物がイオ
ン化される。パルダグツタ−７内で生じ六イオンはバル
クゲッタ−７の内部に拡散して行くため、表面に出る量
は極めて少ない。よって表面からの光刺激脱離ガス６の
放出を著しく低減できる。

さらに、内部への拡散速度が光励起による材料内のイオ
ン生成速度よυ高い場合には、バルクゲッター７は全体
としてむしろ排気ポンプとして作用し、光刺激脱離ガス
６の放出がないばかりか、ドリフト空間２中の残留ガス
をも吸着するという優れた特徴がある。すなわち、ＳＯ
Ｒ光４の照射によりむしろドリフト空間２の真空度が向
上することになる。

バルクゲッタ−７はある程度の範囲内では高温になるほ
ど拡散効果が促進され排気能力が高まる。バルクゲッタ
−７を加熱して拡散効果を高めることを活性化と呼ぶ。

し念がってバルクゲッター７がＳＯＲ光４の照射によυ
加熱され高温になることは、活性化が促進されるので有
利である。このよって、ＳＯＲ光照射量とバルクゲッタ
−７からの熱放散量とを適切にすることにより、冷却手
段１２が極めて簡素になるかあるいは不要となるという
利点がある。

なお、バルクゲッター７はビームダクト１と同程度の良
好な電気伝導性を有し、かつウェーク場に対する表皮の
厚さく通常約１０μｍ以下）よシも充分厚い（例えばＱ
、１ｍｍ以上）ので、ウェーク場の乱れを生じさせる恐
れが少なく、軌道を不安定にしないという特徴も併せて
持っている。

次に本発明の実施例を添付図面について説明する。

なお実施例は一つの例示であって、本発明の精神を逸脱
しない範囲で種々の変更あるいは改良を行いうろことは
言うまでもない。

（実施例１） この発明の第１の実施例を第１図に示す。これはＳＯＲ
光４が照射される位置５にバルクゲッタ−７を接着した
ものである。

バルクゲッター７としてはたとえばジルコニウムＺｒあ
るいはＺｒ−Ａｔ、　Ｚｒ−Ｖ−Ｆｓを始めとするＺｒ
合金などがある。これらの材料のうちから装置に応じて
適当なものを選択して使用する。

ＳＯＲ光４の照射による加熱によってバルクゲッタ−７
を活性化する。なお、ビームダクト１をベーキングする
とバルクゲッター７も同時に加熱されて活性化が行なえ
る。

ＳＯＲ光４照射忙がバルクゲッター７が活性化する温度
に保つに充分であれば再度活性化する必要はかく、活性
化のための加熱手段も必要としない。

なお、ＳＯＲ光照射による上昇温度がバルクゲッター７
を損傷あるいは劣化させるほど高まる恐れがある場合【
は、バルクゲッタ−７を適切な温度にするための冷却手
段を設ける。

（実施例２） 本発明の第２の実施例の断面図を第３図に、平面図を第
４図に示す。ここではバルクゲッター７としてたとえば
Ｚｒ−Ｖ−Ｆｅ合金をＣｕ−Ｎｉ合金でできた導電性の
保持部材８上に接着したものを使用した実施例を示す。

この実施例では、ＳＯＲ光４の照射開始前に活性化が必
要な場合またはＳＯＲ光の照射による加熱が活性化に充
分でない場合に、バルクゲッタ−７を活性化する手段と
して、バルクゲッタ−７および保持部材８に直接電流を
流せるように電流導入手段１１を設けた構造を示す。バ
ルクゲッタ−７は、例えば高さ３ｃｍ、厚さ０．２ｍｍ
、長さ１ｍ程度のリコン状の金属板の保持部材８に固着
しである。保持部材８及びバルクゲッタ−７の材質およ
び寸法、形状は必要に応じて変更しても何ら差し支えな
い。

バルクゲッタ−７を接着した保持部材８は絶縁材料９で
作った保持具を介してビームダクトｌＫ設置されている
。絶縁材料９は加熱用の電流やバルクゲッター７の熱を
ビームダクト１などに逃がさないために用いる。絶縁材
料９には真空中での脱ガス量の小さなセラミックスなど
を使用する。

絶縁材料９の断面は保持部材８がはまるように凹型で、
電子の軌道３に沿って設置ビームダクト１の上下内壁に
設置しである。バルクゲッタ−７を固着した保持部材８
は充分な強度と弾力がある次め、絶縁材料９の凹型のみ
そに沿って滑らかに出し入れできるので、バルクゲッタ
−７の脱着および交換が容易であるという特徴がある。

さらに、ビームダクト１内の圧力変化やバルクゲッタ−
７の脱着時などで生じる力に対して充分な強度を有し、
取υ扱いも簡便である。

バルクゲッタ−７を所定の位置に設置した後、ＳＯＲ光
４の照射による加熱によってバルクゲッタ−７を活性化
する。ＳＯＲ光４の照射開始前に活性化が必要な場合、
またはＳＯＲ光の照射による加熱が活性化に充分でない
場合には、バルクゲッター７に電流を流して加熱し、バ
ルクゲッタ−７を活性化させる。

バルクゲッタτ７がＳＯＲＯＲ光射照射る加熱によって
内部への拡散速度が大きな高温に保たれていればあえて
再度活性化する必要はなく、電流導入手段１１は必要と
しない。しかし、ＳＯＲ光の照射による加熱が活性化に
充分でなく、長時間使用後バルクゲッタ−７の排気能力
が低下したときには、バルクゲッター７に電流導入手段
１１によυ通電して加熱すれば再びバルクゲッター７が
活性化して排気能力が回復する。活性化は間欠的に実施
すればよいので活性化に必要な消費電力は少なくてよい
。１３は真空ポンプであるが必ずしも必要ではない。

（実施例３） 本発明の第３の実施例の側断面図を第５図に示す。これ
はＳＯＲ光４の照射開始前に活性化が必要な場合、また
はＳＯＲ光の照射による加熱が活性化に充分でない場合
にバルクゲッタ−７の活性化を行う手段として、バルク
ゲッタ−７の近傍に設置したヒータ１４を用いた構造の
実施例である。ヒータ１４の熱効率が良いので加熱用の
電力が著しく少ないという利点がある。バルクゲッタ−
７には電流を流さないので絶縁材料８を必要としない。

ただし、熱伝導率の小さな材料をその部分に用いれば加
熱が容易になることは当然である。

ま次、バルクゲッター７の実装方法あるいはバルクゲッ
ター７の活性化のための加熱方法などは上記の他に釉々
の変形例が適用できるのは勿論である。

なお、本発明は電子蓄積リングに限らず、高真空が要求
されかつ偏向軌道を有する他の加速器や輸送系について
も同様に適用できる。

（発明の効果） 叙上のように、この発明によればＳＯＲ光照射面に設け
たバルクゲッターにより、ウェーク場の乱れによる軌道
の不安定化を招くことなく光刺激脱離ガスの放出量を低
減あるいは消滅させ、荷電粒子およびその軌道近傍の真
空度を向上させて、電子と残留ガスとの散乱に起因する
軌道の不安定性を低減させることができ、荷電粒子装置
の輸送、加速または蓄積できる電流量の向上に寄与する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の側断面図、第２図は本発明の平面図、
第３図は本発明の第２実施例の側断面図、第４図は本発
明の第２実施例の平面図、第５図は第３実施例の側断面
図、第６図は従来の装置の説明図を示す。 １・・・ビームダクト、２・・・ドリフト空間、３・・
・荷電粒子およびその軌道、４・・・ＳＯＲ光、５・・
・ＳＯＲ光照射面、６・・・光刺激脱離ガス、７・・・
バルクゲッタ−１８・・・バルクゲッタ−７の保持部材
、９・・・絶縁材料、１１・・・電流導入手段、１２・
・・冷却手段、１３・・・真空ポンプ、１４・・・ヒー
タ。 第１０ 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 偏向軌道に沿って荷電粒子を輸送、加速または蓄積する
   荷電粒子装置の真空ダクト内のシンクロトロン放射光が
   照射される面にバルクゲッターを配置したことを特徴と
   するシンクロトロン放射光発生装置。