JPS6275399A

JPS6275399A - 鞍形コイル装置

Info

Publication number: JPS6275399A
Application number: JP21658085A
Authority: JP
Inventors: 昌身浦田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-09-30
Filing date: 1985-09-30
Publication date: 1987-04-07

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】［発明の技術分野］この発明は、加速器に用いられる鞍形コイル装置に係り
、特に電子ビームの偏向のために均一な嘔白磁界を発生
させる鞍形コイル装置に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］一般に、第７図に示されるように、仮想円筒面の円形断
面において、紙面に直角に向かう無限長の電流があり、
Ｘ軸と角度θをなず５点での電流密度がＪ＝Ｊｏ　ｃｏ
ｓθで表わされるとき、仮想円筒面の円形断面における
あらゆる地点Ｃ向きと人きざとの等しい磁界が形成され
る。そこで、第８図に示されるように、有限長の鞍形コ
イル２では、円形断面にあける電流密度がＣＯＳ分イｈ
に近付くように線材を配置し、これにより、仮想円筒面
内でできるだ【プ広い範囲にわたり均一な磁界が発生す
るようにされている。

ところで、発生した磁界によって電子ビームを偏向させ
て用いる場合、゛電子ビームの軌道半径が小さいと、電
子ビームは鞍形コイルの中央部若しくは端部に衝突する
という不都合が生じる。このため、従来の鞍形コイルで
は、コイルの径を大きくし、コイルの容積を大きくする
ことか必要で必る。しかしながら、コイルの容積を大き
くすると、線材の晒と通電電流値とは増大させねばなら
ず、狛に、超電導の線材を用いる場合、線材の増加とと
もに、冷却に必要な液体ヘリウムの量も増加するという
不都合がおる。

このため、鞍形コイルの直線状コイル辺部をビーム軌道
と同様に湾曲させる方法が考えられている。このような
方法を採用することにより、電子ビームが鞍形コイルに
衝突することなく、また、容積の小さい鞍形コイルが形
成できる。しかしながら、このような形状の鞍形コイル
では、断面にあける電流密度をＣＯＳ分イｌｉに近付け
て鞍形コイルを形成すると、発生する磁界は均一となら
ず、ごの限界は巻枠内でビームの軌道の中心に近い方テ
強り、かつビーム軌道の中心から遠ざかるにつれて弱く
なる。このような傾向は、コイルの容積を小さくする程
、より顕著になり、均一性の高い限界かもはヤ１ｄられ
なくなる。

上ｊホしたように、従来の技術では、ビーム軌道近くの
広い範囲で均一な磁界をｊＯるためには、容積の大きな
鞍形コイルか必要とされ、鞍形コイルの容積を小さくす
ると、ビーム軌道近くでの磁界の均一性は劣化するとい
う欠点がおる。

［発明の目的］この発明は、上述した事１ｉ’ｉに鑑みなされたちのＣ
あって、その目的とηるところは、その容積を人さくす
ることなく、通過するビーム軌道の周辺の広い範囲で垂
直方向の均一な磁界を発生ずる鞍形コイル装置を提供す
ることにある。

［発明のＷＸ要］この発明によれば、鞍形コイル装置は、仮想円筒面に鞍
形形状に巻回され厚いに対向した少なくとも一対の鞍形
コイルを備えており、これら一対の鞍形コイルが仮想円
筒面の軸線から所定の距離だけ存した中心点を中心とし
て円弧形状に湾曲されており、これら鞍形コイルにおけ
る湾曲中心１袖線に沿って延びかつ少なくとも上記中心
点から遠い側の一組の巻回部位が、上記中心点から近い
側の一組の巻回部位よりも径方向に更に延びるような仮
想楕円筒面に沿って曲成されていることを特徴としてい
る。

また、この発明によれば、鞍形コイル装置は、仮想円筒
面に鞍形形状に巻回され互いに対向した少なくとも一対
の鞍形コイルを備えており、これら一対の鞍形コイルか
仮想円筒面の軸線から所定の距離だり存した中心点を中
心として円弧形状に湾曲されており、これら鞍形コイル
における湾曲中心軸線に沿って延びかつ少なくともｔ記
中心点から近い側の一組の巻回部位が、上記中心点から
遠い側の一組の巻回部位よりも径方向に更に短くなるよ
うな仮想楕円筒面に沿って曲成されていることを特徴と
している。

［発明の効果］上）ホの構造により、この鞍形コイルは、コイルの形状
を大きくすることなく、コイル内の広い範囲にわたり均
一性の高い磁界を発生させることができる。また、この
鞍形コイルを電子ビームの偏向等に用いる場合、湾曲し
たビーム軌道により電子ビームが鞍形コイルの中央部若
しくは端部に衝突することを防止できる。

［発明の実施例］以下、第１図乃至第３図を参照しながら、この発明の第
１の実施例について説明する。

第１図には、この発明の鞍形コイル装置が枠部１０に装
着されて示されている。この枠部１０は湾曲中心軸線１
１を有しており、即ち、枠部１０は中空な円筒を湾曲状
のビームの軌道に沿って湾曲された形状である。この枠
部１０には鞍形コイル装置の一対の鞍形コイル１２が互
いに対向して配置されている。これら鞍形コイル１２は
図示しない冷却装買内に収納されている。各鞍形コイル
１０は第１のコイル層１４と第２のコイル層１６とから
成っている。これら第１及び第２のコイル層１４．１６
は、夫々、超電導の線材により１多述するように巻回さ
れている。第２図に示されるように、これら第１及び第
２のコイル１１１４．１６の各々は、各線材がビーム軌
道に沿って延びている一対のコイル辺部１４Ａ、１６Ａ
と、これらコイル辺部１４Ａ、１６Ａから連接して枠部
１０の周方向に延びているコイル横部１４Ｂ、１６Ｂと
から成っている。そして、各対のコイル辺部１４Ａ、１
６Ａは、以下に詳述するようにビーム軌道に沿って湾曲
されている。

第３図には、第２図の線■−■の位置での一対の鞍形コ
イル１２と枠部１０とが断面にして示されている。上述
したように、枠部１０は中空な円筒を湾曲状のビームの
軌道に沿って湾曲された形状であり、第３図にはこの枠
部１０の湾曲中心点１８が左側に示されている。この湾
曲中心点１８に近い側の枠部１０の半分部分（左側部分
）の断面形状は半円形であり、湾曲中心点１８に遠い側
の枠部１０の半分部分（右側部分）の断面形状は楕円の
半分である。ここで、この楕円の短径は半円の直径と等
しくされている。即ち、この枠部１０は半円の左側部分
と楕円形の右側部分とを連接した断面形状からなる仮想
楕円筒面を湾曲中心点１８を中心として湾曲させた形状
である。

次に、鞍形コイル１２の巻回構造について述べる。ます
、湾曲前の枠部１０と同様な半円の左側部分と楕円形の
右側部分とを連接した断面形状からなる筒状の巻枠に第
１及び第２のコイル層１４゜１６が巻回され、この巻回
は、円形断面の場合に均一な磁界の強さが発生するよう
に、いわゆる［ｃｏｓ巻Ｊにされる。そして、このよう
に巻枠に巻回された鞍形コイルを湾曲中心点１８を中心
として湾曲させることにより、鞍形コイル１２は形成さ
れている。

以下、このように構成された鞍形コイル装置の作動時の
磁界について述べる。

一般に、鞍形コイル１２が円形断面形状で必って湾曲中
心点１８を中心として湾曲されない場合、「００５巻」
された−ＱＪの鞍形コイル１２により、第８図に示され
るように、枠部１０内には均一なＫｒ界が垂直方向に発
生する。そして、鞍形コイル１２が円形断面形状であっ
て湾曲中心点１８を中心として湾曲される場合、円形断
面形状の一対の鞍形コイル１２により、枠部１０内には
湾曲中心点１８から遠ざかる程強い磁界が発生する。し
かしながら、この実施例では、鞍形コイル１２を湾曲中
心点１８に近い側の左側部分を円形としかつ湾曲中心点
１８に遠い側の右側部分を楕円とした断面形状とするこ
とにより、湾曲中心点１８から遠ざかる程強い磁界の傾
向は補正され、第３図に示されるように、枠部１０内に
は均一な磁界が発生する。なぜなら、この鞍形コイル１
２の構造により、この発生した磁界に対しては、湾曲中
心点１８から遠いコイル片部１４Ａ、１６Ａの電流の寄
与が湾曲中心点１８から近いコイル片部１４Ａ。

１６Ａの電流の寄与より若干弱くなるからである。

また、この均一となる磁界の発生領域は略円形状となる
。これにより、この鞍形コイル装置は電子ビームを通過
させる領域付近に均一な磁界を容易に発生させることが
できる。

また、この鞍形コイル装置では、発生する磁界の左右対
称性はほとんど崩れない。なぜなら、鞍形コイル１２の
断面形状においては、この楕円の長径の長さは、半円の
直径と等しい短径の長さに比較して僅かに大きいだけで
あるので、この鞍形コイル１２の断面形状は略円形形状
と見なすことができ、−１に、湾曲中心点１８からの距
離による磁界の変化は、高々数パーセントであってほと
んど無視できる。即ち、磁界の向きが垂直方向からすれ
るときの磁界の大きさは無視できる。

次に、第４図を参照しながら、この発明の第２の実施例
について説明する。なお、第２の実施例では、第１の実
施例と同様な部分については説明を省略し、第１の実施
例と異なる部分についてのみ説明する。

第４図に示された第２の実施例では、鞍形コイル１２が
湾曲中心点１８に近い側の左側部分を楕円としかつ湾曲
中心点１８に遠い側の右側部分を半円とした断面形状に
されている。ここＣにの楕円の長径は半円の直径と等し
くされている。この構造により、この鞍形装置は、第１
図乃至第３図に示された鞍形コイル装置と同様に、枠部
１０内に均一な磁界を得ることができる。また、この鞍
形コイル装置は第１図乃至第３図に示された鞍形コイル
装置と比較してよりコイル容積を小さくすることができ
る。

次に、第５図及び第６図を参照しながら、この発明の種
々の変形例について説明する。

第５図に示された変形例では、鞍形コイル１２が湾曲中
心点１８に近い側の左側部分と湾曲中心点１８から遠い
側の右側部分とを異なる楕円とした断面形状にされてい
る。ここで、湾曲中心点１８に遠い側の楕円の短径の長
さは湾曲中心点１８に近い側の楕円の短径の長さと等し
くされており、湾曲中心点１８に遠い側の楕円の長径の
長さは湾曲中心点１８に近い側の楕円の長径の艮ざより
大きくされている。この構造により、この鞍形装置は、
第１図乃至第３図に示された鞍形コイル装置と同様に、
枠部１０内に均一な磁界を得ることができる。また、こ
の均一となる磁界の発生領域の形状を横長にすることが
できる。第５図に示された変形例では、湾曲中心点１８
に遠い側の楕円の短径の長さは湾曲中心点１８に近い側
の楕円の短径の長さと等しくされているが、湾曲中心点
１８に遠い側の楕円の長径の長さは湾曲中心点１８に近
い側の楕円の短径の長さと等しくすることにより、均一
とな゛る磁界の発生領域の形状を縦長にすることができ
る。

第６図には第５図と断面形状の異なる鞍形コイル１２が
示されている。第６図に示された変形例でも、鞍形コイ
ル１２が湾曲中心点１８に近い側の左側部分と湾曲中心
点１８から遠い側の右側部分とぐ異なる楕円とした断面
形状にされているが、湾曲中心点１８に遠い側の楕円の
短径の長さは湾曲中心点１８に近い側の楕円の長径の長
さと等しくされており、また、湾曲中心点１８に遠い側
の楕円の長径の長さは湾曲中心点１８に近い側の楕円の
短径の長さより大きくされている。この構造でも、この
鞍形装置は、上述と同様に、枠部１０内に均一な磁界を
得ることができる。

なお、第５図及び第６図に示された変形例は第１及び第
２の実施例のいずれにも適用できる。

上述の説明Ｃは、枠部１０の湾曲中心点と鞍形コイル１
２の湾曲中心点とは一致させているが、この発明によれ
ば、枠部１０の湾曲中心点と鞍形コイル１２の湾曲中心
点とは別個に設定されてもよい。

また、上述の説明では、双極マグネットについて説明し
たが、この発明によれば、双極マグネットのみならず、
４極、６（セ、８愼等の多極マグネットにも適用できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図はこの発明の第１の実施例である鞍形
コイル装置を示し、第１図は枠部に装着された鞍形コイ
ル装置の斜視図、第２図は第１図の鞍形コイルの平面図
、第３図は第２図中の線■−ＩＩＩでの鞍形コイル装置
の断面図、第４図はこの発明の第２の実施例である鞍形
コイル装置の鞍形コイルの断面図であり、第５図及び第
６図はこの発明の変形例を夫々示す鞍形コイル装置の鞍
形コイルの断面図で必り、第７図は理想的な鞍形コイル
装置の電流分布を説明するための模式図でおり、第８図
は従来の鞍形コイル装置の断面図である。１２・・・鞍形コイル、１１・・・湾曲中心軸線、１４
゜１６・・・コイル層、１４Ａ、１６Ａ・・・コイル辺
部、１８・・・湾曲中心点。出願人代理人　弁理士　鈴江　武彦第７図と第８図第３第４第５図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）仮想円筒面に夫々鞍形形状に巻回されてなり、互
いに対向した少なくとも一対の鞍形コイルを備えてなる
鞍形コイル装置において、上記仮想円筒面の軸線から所
定の距離だけ存した湾曲中心点を中心として上記一対の
鞍形コイルを円弧形状に湾曲させてなり、これら鞍形コ
イルにおける湾曲中心軸線に沿つて延びかつ少なくとも
上記湾曲中心点から遠い側の一組の第１の巻回部位を、
上記湾曲中心点から近い側の一組の第２の巻回部位より
も径方向に更に延びるような仮想楕円筒面に沿うように
曲成したことを特徴とする鞍形コイル装置。
（２）上記第２の巻回部位は、上記第１の巻回部位に沿
つた上記仮想楕円筒面より曲率の小さい仮想楕円筒面に
沿うように曲成されていることを特徴とする特許請求の
範囲第１項に記載の鞍形コイル装置。
（３）上記鞍形コイルは超伝導線材から成つていること
を特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項に記載
の鞍形コイル装置。
（４）仮想円筒面に夫々鞍形形状に巻回されてなり、互
いに対向した少なくとも一対の鞍形コイルを備えてなる
鞍形コイル装置において、上記仮想円筒面の軸線から所
定の距離だけ存した湾曲中心点を中心として上記一対の
鞍形コイルを円弧形状に湾曲させてなり、これら鞍形コ
イルにおける湾曲中心軸線に沿つて延びかつ少なくとも
上記湾曲中心点から近い側の一相の第１の巻回部位を、
上記湾曲中心点から遠い側の一組の第２の巻回部位より
も径方向に短くなるような仮想楕円筒面に沿うように曲
成したことを特徴とする鞍形コイル装置。
（５）上記第２の巻回部位は、上記第１の巻回部位に沿
つた上記仮想楕円筒面より曲率の大きな仮想楕円筒面に
沿うように曲成されていることを特徴とする特許請求の
範囲第４項に記載の鞍形コイル装置。
（６）上記鞍形コイルは超伝導線材から成つていること
を特徴とする特許請求の範囲第４項または第５項に記載
の鞍形コイル装置。