DE3852218T2

DE3852218T2 - Elektronen-Speicherring.

Info

Publication number: DE3852218T2
Application number: DE3852218T
Authority: DE
Inventors: Masashi Kitamura; Masayuki Nakajima; Jyoji Nakata; Masatsugu Nishi; Koji Tsumaki
Original assignee: Hitachi Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Hitachi Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1987-06-24
Filing date: 1988-06-23
Publication date: 1995-04-06
Anticipated expiration: 2008-06-24
Also published as: EP0296587B1; EP0296587A1; JPS642300A; DE3852218D1; JPH0824080B2; US4916404A

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektronen-Speicherring in einer Synchrotron-Strahlvorrichtung und insbesondere einen Elektronen-Speicherring der im Oberbegriff von Anspruch 1 bezeichneten Art. Ein derartiger Elektronen- Speicherring ist aus Nuclear Instruments and Methods, Bd. 204 (1982) Seiten 1 bis 20 bekannt.
Ablenkmagnete vom Stand der Technik waren üblicherweise leitende Magnete und das Streumagnetfeld verursachte kein Sonderproblem. Aus diesem Grunde wurde keine spezielle Maßnahme zur Verringerung des Streumagnetfeldes ergriffen. Es wurde lediglich versucht, durch Verwendung von Beilagscheiben ein gleichmäßiges Streumagnetfeld in radialer Richtung senkrecht zur Kreisbahn zu erhalten. Als Literaturstelle über den normal leitenden Magneten existiert ein Design-Bericht über Ablenkmagneten im Strahlring-Photonen-Werk (radiation ring photon factory) in "Laboratory of High Energy Physics in Japan" (veröffentlicht am 6. Juni 1979).
Aus "Nuclear Instruments and Methods", Bd. 56 (1967, Nr. 1, Seiten 170 bis 172 ist ein Elektronenspeicherring des Typs bekannt, der Race-track Microtron genannt wird. In einem derartigen Race-track Microtron ändert sich die Trajektorie des Elektronenstrahls im allgemeinen und die Trajektorieabweichung nimmt jedesmal graduell zu, wenn der Elektronenstrahl beschleunigt wird. Es ist daher erforderlich, zum Korrigieren der Abweichung der Trajektorie des Elektronenstrahls im Race-track Microtron ein relativ starkes Magnetfeld zu verwenden.
"Nuclear Instruments and Methods", Bd. 204 (1982), Seiten 1 bis 20 offenbart einen Elektronenspeicherring mit:
einem Hochfrequenzhohlraum zum Beschleunigen der Elektronen;
Fokussierungsmagneten zum Fokussieren eines Elektronenstrahls;
Defokussierungsmagneten zum Defokussieren des Elektronenstrahls;
einer Ultrahochvakuumkammer zum Speichern von Elektronen und
Ablenkmagneten mit Eisenkernen zum Reduzieren der magnetischen Spannung und
Spulen zum Erzeugen eines Magnetfeldes.
Eine Aufgabe dieser Erfindung ist es, einen Elektronenspeicherring mit reduzierten Abweichungen der geschlossenen Kreisbahn infolge des Streumagnetfeldes anzugeben.
Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, Abweichungen der geschlossenen Kreisbahn infolge des Streumagnetfeldes unter einigen mm zu halten.
Diese Aufgaben werden mit einem Elektronenspeicherring, wie in Anspruch 1 beansprucht, gelöst. Merkmale bevorzugter Ausführungsformen sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.
Zur Lösung der obigen Aufgaben gemäß dieser Erfindung wurden die folgenden Anordnungen angegeben.
In einem Elektronenspeicherring mit einem Hochfrequenzhohlraum zum Beschleunigen von Elektronen, Fokussierungsmagneten zum Fokussieren eines Elektronenstrahls, Defokussierungsmagneten zum Defokussieren des Elektronenstrahls, einer Ultrahochvakuumkammer zum Speichern von Elektronen,
Ablenkmagneten mit Eisenkernen zum Reduzieren der magnetischen Spannung und Spulen zum Erzeugen eines Magnetfeldes sind ein Paar Eisenmagnetpole für jeden Magneten angeordnet, wobei ein Ende jedes Pols mit einem der Eisenkerne verbunden ist, und die anderen Enden zueinander symmetrisch relativ zur Kreisbahnebene angeordnet sind, um die supraleitenden Spulen zu umgeben.
Das heißt erfindungsgemäß, durch Hinzufügen eines Paares neuer Eisenmagnetpole, die die Spulen umgeben, wird ein Teil des magnetischen Kraftflusses in den Eisenkernen zu diesen neuen Magnetpolen gelenkt. Am neuen Magnetpolteil wird ein Magnetfeld in der Richtung erzeugt, die entgegengesetzt zur Richtung des Ablenkmagneten ist. Das Streumagnetfeld wird durch die neuen Magnetpole abgeschirmt, so daß das Magnetfeld in der gleichen Richtung wie der Richtung des Ablenkmagneten außerhalb der neuen Magnetpole verschwindet.
Da die Kreisbahn der Elektronen durch das Magnetfeld in der Richtung entgegen der Richtung des Ablenkmagneten nach außen gebogen ist, wird der Effekt des Streumagnetfeldes, durch den sie nach innen gebogen wird, erfindungsgemäß durch den Effekt kompensiert, durch den sie nach außen gebogen wird. Aus diesem Grunde wird die Kreisbahn gegenüber der idealen Kreisbahn am Eingang des Ablenkmagneten parallel und die Abweichungen der Kreisbahn sind dort ebenfalls kleiner. Infolgedessen kann die Wirkung erzielt werden, daß die Abweichungen der geschlossenen Kreisbahn auch innerhalb des Ablenkmagneten so klein sind, daß sie unter einigen mm gehalten werden können.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1A ist eine Vorderansicht eines Ablenkmagneten;
Fig. 1B ist eine Seitenansicht des Ablenkmagneten;
Fig. 2 ist eine Seitenansicht eines normal leitenden Magneten;
Fig. 3A ist eine Draufsicht auf einen Ablenkmagneten;
Fig. 3B ist eine Vorderansicht des Ablenkmagneten;
Fig. 4 ist eine graphische Darstellung einer Intensitätsverteilung eines Magnetfeldes an der Kreisbahn des Ablenkmagneten;
Fig. 5A ist eine schematische Darstellung eines Elektronenspeicherrings, für den der Ablenkmagnet in zwei Teile aufgeteilt ist;
Fig. 5B ist eine schematische Darstellung eines weiteren Elektronenspeicherrings, für den der Ablenkmagnet in vier Teile aufgeteilt ist;
Fig. 5C ist eine schematische Darstellung noch eines weiteren Elektronenspeicherrings, für den der Ablenkmagnet in acht Teile aufgeteilt ist;
Fig. 6A ist ein Diagramm der Abweichungen einer geschlossenen Kreisbahn an der Mittelstellung eines Ablenkmagneten;
Fig. 6B ist ein Diagramm der Abweichungen der geschlossenen Kreisbahn am Ausgang eines vierpoligen Magneten;
Fig. 7 ist eine schematische Darstellung eines Elektronenspeicherrings;
Fig. 8A ist eine graphische Darstellung der Abweichungen einer geschlossenen Kreisbahn in einem in Fig. 8B gezeigten Elektronenspeicherring;
Fig. 8B ist eine schematische Darstellung des Elektronenspeicherrings;
Fig. 9 zeigt schematisch das Streumagnetfeld eines Magneten vom Stand der Technik;
Fig. 10 zeigt schematisch das Streumagnetfeld, wenn der Magnet mit einem Paar neuer Eisenmagnetpole ausgestattet ist;
Fig. 11 ist eine Vorderansicht eines supraleitenden Ablenkmagneten;
Fig. 12 ist eine graphische Darstellung einer Intensitätsverteilung eines Magnetfeldes, wenn der Magnet mit einem Paar neuer Eisenmagnetpole ausgestattet wurde;
Fig. 13 ist eine graphische Darstellung der Abweichungen der geschlossenen Kreisbahn, wenn der Magnet mit einem Paar neuer Eisenmagnetpole ausgestattet wurde;
Fig. 14 zeigt eine Anordnung des Paars der neuen Eisenmagnetpole, wobei ein Ende derselben gebogen ist, so daß ein größerer Teil des Eisenmagnetpols eine Spule umgibt;
Fig. 15 zeigt eine weitere Anordnung des Paars der neuen Eisenmagnetpole, wobei jeder derselben eine der Spulen vollständig umgibt;
Fig. 16A ist eine Vorderansicht eines Ablenkmagneten, wobei ein Teil jedes der neuen Eisenmagnetpole bewegbar ist, so daß der Magnetweg reguliert werden kann;
Fig. 16B ist eine Seitenansicht des Ablenkmagneten von Fig. 16A.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Zunächst werden unter Bezug auf Figuren zur Erleichterung des Verständnisses der Erfindung einige Probleme der Technik vom Stand der Technik erläutert.
In einem Elektronenspeicherring und insbesondere in einem Elektronenspeicherring zum Erzeugen von Strahlung sollten Elektronen über einen Zeitraum von 10 Stunden kontinuierlich konserviert werden. Aus diesem Grunde ist es erforderlich, daß die Magnetfeldintensität der Magneten zum Bilden einer Elektronenkreisbahn und insbesondere der Ablenkmagneten zum Ablenken von Elektronen eine hohe Gleichmäßigkeit aufweist. Die an der projektierten Elektronenkreisbahn gemessene Breite des Bereichs, bei dem diese hohe Gleichmäßigkeit der Magnetfeldintensität erforderlich ist, wird durch
± (7α + C.O.D.) (1)
angegeben, wobei bedeuten: α eine Standardabweichung, wenn angenommen wird, daß der Querschnitt eines Elektronenstrahls eine Gaussche Verteilung aufweist, und C.O.D. sind Abweichungen des Elektronenstrahls der projektierten Elektronenkreisbahn.
Der gleichmäßige Magnetfeldbereich, in dem diese hohe Gleichmäßigkeit der Magnetfeldintensität erforderlich ist, kann bei einem normal leitenden Magneten relativ einfach erreicht werden. Da die Intensität des Magnetfeldes des normal leitenden Magneten niedrig ist, ist der Eisenkern 22 in Fig. 2 nicht gesättigt. Aus diesem Grunde wird die Magnetfeldverteilung fast durch die Form des Eisenmagnetpols 23 bestimmt und somit erhält man einen großen, gleichmäßigen Magnetfeldbereich dadurch, daß die Eisenmagnetpole ausgebildet sind, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Andererseits wird für einen supraleitenden Magneten die Magnetfeldverteilung durch die Form des Magnetpols, wenn die Magnetfeldintensität gering ist, und durch die Anordnung der Spule 21 bestimmt, wenn die Magnetfeldintensität hoch ist, da der Eisenkern gesättigt ist. Wenn die Magnetfeldintensität ungefähr 1,7 T beträgt, ist ein Teil des Eisens gesättigt und der andere Teil ist ungesättigt. Aus diesem Grunde ist es für eine umfangreiche Domäne, die sich von niedrigen zu hohen Magnetfeldintensitäten erstreckt, schwierig, einen so großen, gleichmäßigen Magnetfeldbereich wie den Bereich zu erzielen, der mit dem normal leitenden Magneten erzielt wird. Daher ist es beim supraleitenden Magneten erforderlich, C.O.D., die Abweichungen der Elektronenkreisbahn in Gleichung (1) bedeuten, so klein als möglich zu halten.
Fig. 3A und 3B zeigen einen supraleitenden, um 1800 ablenkenden Magneten. In den Figuren bezeichnet die Bezugsziffer 31 einen Eisenkern und die Bezugsziffer 31 eine Spule. Fig. 4 zeigt die Berechnung der Ergebnisse der Magnetfeldverteilung entlang der Kreisbahn dieses Magneten unter Verwendung eines Programms für ein dreidimensionales Magnetfeld. Fig. 1 zeigt das Ende des Magneten. Wie in Fig. 4 gezeigt, ist die Magnetfeldverteilung am Ende A des Magneten nicht auf Null reduziert, sondern weist einen entlang der Kreisbahn langsam abfallenden Schwanz auf. In dem Fall, in dem, wie in Fig. 4 gezeigt, ein Streumagnetfeld 41 vorhanden ist, und der Richtungsänderungswinkel eines Ablenkmagneten 180º, (geteilt durch 2), 90º (geteilt durch 4) und 45º (geteilt durch 8) beträgt, wie in Fig. 5A, 5B bzw. 5C gezeigt, werden die Abweichungen der geschlossenen Kreisbahn unter Verwendung des Krümmungsradiusses als ein Kennwert berechnet und die so erhaltenen Ergebnisse sind in den Fig. 6A und 6B gezeigt. Die geschlossene Kreisbahn bedeutet hier die Elektronenkreisbahn, wenn die Schwingung, die Betatronschwingung der Elektronen genannt wird, 0 ist. Normalerweise rotieren die Elektronen entlang dieser geschlossenen Kreisbahn im Ring, während sie um diesen herum mit einer Betatronschwingung beaufschlagt werden. Wie aus den Fig. 6A und 6B klar hervorgeht, hängen die Abweichungen der geschlossenen Kreisbahn nicht stark vom Krümmungsradius des Ablenkmagneten 51 ab, sondern sie nehmen mit der zunehmenden Zahl ab, in die der Ablenkmagnet 51 aufgeteilt wird. Der Richtungsänderungswinkel für einen Ablenkmagneten in einem Elektronenspeicherring vom Stand der Technik war klein und betrug 10º bis etwa 45º Infolgedessen war die Zahl der aufgeteilten Magneten hoch und die Abweichung der Kreisbahn im Ablenkmagneten war niedrig. Des weiteren war das Problem der Abweichungen der Kreisbahn wegen des Streumagnetfeldes nicht so schwerwiegend, da ein großer, homogener Magnetfeldbereich dank der Tatsache erreicht wurde, daß es sich um einen normal leitenden Magneten handelte.
Um jedoch die Größe des Elektronenspeicherrings zu verringern, ihn kompakter zu gestalten und die Energie so hoch wie sie ist zu erhalten, ist es vorteilhaft, supraleitende Magneten zu verwenden und die Zahl der Teilungen des Ablenkmagneten so weit als möglich zu verringern. Wenn der Ablenkmagnet nicht aufgeteilt wird, entsteht der Nachteil, daß die Fokussierwirkung des Elektronenstrahls gering ist, und daß es nicht möglich ist, die charakteristische Eigenschaft des Elektronenstrahls zu ändern. Aus diesem Grunde kann der kleinste und kompakteste Elektronenspeicherring, wie in Fig. 7 gezeigt, durch Aufteilen des Ablenkmagneten in 2 und durch Anordnen von Fokussiermagneten 72 zwischen die Magneten erreicht werden. In diesem Fall sind jedoch, wie oben beschrieben, die Abweichungen der Kreisbahn im Ablenkmagneten 71 groß. Daher muß der gleichmäßige Magnetfeldbereich, wie durch die Gleichung (1) angegeben, groß sein und somit tritt das Problem auf, daß es wegen der supraleitenden Magneten schwierig ist, einen großen, gleichmäßigen Magnetfeldbereich zu erzielen.
Fig. 8A zeigt die Abweichungen der geschlossen Kreisbahn bei einem Ablenkmagneten, der eine Magnetfeldintensität von 3,5 T, einen Krümmungsradius von 0,5 m und das in Fig. 4 gezeigte Streumagnetfeld aufweist. Die Abszisse ist in Fig. 8B mit S angegeben. Hier ist die Abweichung der geschlossenen Kreisbahn im Ablenkmagneten 71 größer als 1 cm und der erforderliche, gleichmäßige Magnetfeldbereich sollte ungefähr ± 20 mm betragen. Es ist schwierig, ein derartig großes, gleichmäßiges Magnetfeld über einen weiten Bereich zu gewährleisten, der sich von niedrigen zu hohen Magnetfeldern erstreckt. Es scheint jedoch daß, obwohl es schwierig ist, einen homogenen Magnetfeldbereich einer so hohen Weite von ± 15 mm zu realisieren, es doch nicht unmöglich ist. Wenn daher die Breite des homogenen Magnetfeldbereichs ± 15 mm und die Strahlgröße 1 mm, die Abweichungen der geschlossenen Kreisbahn wegen der anderen Faktoren 5mm beträgt, dann kann C.O.D.F., die die Abweichungen der geschlossenen Kreisbahn infolge des Streumagnetfelds repräsentieren, durch
15 > (7α + 5 + C.O.D.F.) = 12 + C.O.D.F. (2)
angegeben werden, das heißt, C.O.D.F. < 3 mm. Es ist daher erforderlich, die Abweichungen der Kreisbahn infolge des Streumagnetfelds auf einem Wert zu halten, der kleiner als der oben angegebene ist.
Wie in Fig. 8A gezeigt, geht die geschlossene Kreisbahn am Ausgang eines vierpoligen Magneten von einer mittleren Kreisbahn an die Außenseite. Sie beginnt sich wegen des Streumagnetfeldes allmählich nach innen zu biegen und geht zur Innenseite der mittleren Kreisbahn im Ablenkmagneten. Der Grund für die so weite Abweichung der Kreisbahn ist der lange Schwanz des Streumagnetfeldes, der sich zum vierpoligen Magneten hin erstreckt. Um nun die Abweichungen der geschlossenen Kreisbahn zu verringern, muß der Schwanz des Streumagnetfeldes gekürzt werden, und gleichzeitig muß die Kreisbahn vorher um den Betrag nach außen gebogen werden, um den sie durch das Streumagnetfeld nach innen gebogen wird. Aus diesem Grunde kann ein Paar neuer Eisenmagnetpole derart angeordnet sein, daß sie die Spule umgeben, wie das in Fig. 1B gezeigt ist. Auf diese Weise läuft der magnetische Kraftfluß nicht aus diesem Paar neuer Eisenmagnetpole heraus, und es wird zur Kompensation der Abweichungen der Kreisbahn ein Magnetfeld am neuen Magnetpolteil in der Richtung erzeugt, die entgegengesetzt zu der Richtung des Ablenkmagneten ist.
Fig. 9 zeigt schematisch die magnetischen Kraftlinien am Streuabschnitt, daher übt das Streumagnetfeld einen weitreichenden Einfluß aus. In der Figur bezeichnet die Bezugsziffer 91 den Eisenkern und die Bezugsziffer 32 die Spule.
Gemäß dieser Erfindung wird ein Teil des magnetischen Kraftflusses im Eisenkern einem Paar neuer Magnetpole zugeleitet, die zusätzlich angeordnet sind, und die die Spulen umgeben. Ein Magnetfeld in der Richtung, die entgegengesetzt zur Richtung des Ablenkmagneten ist, wird am neuen Magnetpolabschnitt erzeugt. Das Streumagnetfeld wird durch die neuen Magnetpole abgeschirmt, so daß das Magnetfeld in der gleichen Richtung wie die Richtung des Ablenkmagneten außerhalb des Paares der neuen Magnetpole verschwindet. Fig. 10 zeigt die entsprechende Magnetfeldverteilung. In der Figur bezeichnet die Bezugsziffer 101 einen Eisenkern, die Bezugsziffer 102 einen neuen Eisenmagnetpol und die Bezugsziffer 103 eine supraleitende Spule. Wenn ein Elektron in eine derartige Magnetfeldverteilung eintritt, fliegt es geradeaus, weil es außerhalb des Paares der neuen Magnetpole kein Magnetfeld gibt. Das Elektron wird am neuen Magnetpolabschnitt nach außen und durch das Streumagnetfeld zwischen dem Paar der neuen Magnetpole und dem Ende des Magneten nach innen gebogen. Daher ist der Kreisbahn des Elektrons fast senkrecht zur Endfläche des Körpers des Ablenkmagneten und es gibt keine Abweichung. Auf diese Weise werden die Abweichungen der geschlossenen Kreisbahn im Ablenkmagneten natürlich reduziert.

[Ausführungsform 1]

Im folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung erläutert. Zunächst wird die gesamte Konstruktion des Elektronenspeicherrings erläutert. Wie in Fig. 7 gezeigt, umfaßt der Elektronenspeicherring Ablenkmagneten 71, die den Elektronenstrahl ablenken, Fokussiermagneten 72 und Defokussierungsmagneten 73 zum Defokussieren des Elektronenstrahls, einen Inflektor 74, um die aus einem Injektor kommenden Elektronen durch Inflexion in den Elektronenspeicherring einzuführen, einen Perturbator 75 zum Verschieben der Kreisbahn zu diesem Zeitpunkt, einen Hohlraum zur Hochfrequenzbeschleunigung 76 zum Beschleunigen der Elektronen, einen Monitor der Strahlposition 77 zum überwachen der Position des Elektronenstrahls und Vakuumpumpen 79 zum Evakuieren der Vakuumkammer des Ringes auf ein Hochvakuum.
Der Elektronenstrahl rotiert in diesem Speicherring, und wiederholt die Schwingung um eine geschlossene Kreisbahn, die Betatronschwingung der Elektronen genannt wird. Diese Kreisbahn wird geschlossene Kreisbahn genannt. Wenn die Ablenkmagneten und die Fokussierungsmagneten ideal hergestellt und ohne Montagefehler montiert sind, würde die geschlossene Kreisbahn der Elektronen die Kreisbahn 80 sein, die mit einer durchgezogenen Linie in Fig. 7 gezeigt ist. Wenn aber irreguläre Magnetfelder, wie beispielsweise Streufelder vorhanden sind, werden die Elektronen von der geschlossenen Kreisbahn abgelenkt und folgen einer Kreisbahn, die von der mit einer durchgezogenen Linie dargestellten Kreisbahn unterschiedlich ist.
Im folgenden wird nun der Ablenkmagnetteil erläutert, der dieses Streumagnetfeld erzeugt (s. Fig. 11). Der Ablenkmagnetteil besteht aus einem Paar Eisenkernen 110, die die magnetische Spannung der Spule reduzieren, einem Spulenteil 111, der das Magnetfeld erzeugt, einer Vakuumkammer 112, die einen Zustand mit einem Ultrahochvakuum aufrechterhält und einen Elektronenstrahl speichert, und einem Paar Magnetpole 113, die eine Magnetfeldverteilung senkrecht zur Ebene der Kreisbahn des Strahls in der Vakuumkammer erzeugen. Das oben beschriebene Paar der Eisenkerne 110 bestimmt vor der Sättigung der Eisenkerne die Verteilung des Magnetfeldes, wenn die Magnetfeldintensität noch niedrig ist.
Der Spulenteil besteht aus einem wärmeisolierten Vakuumkammerteil 114, einem Wärmeschild 115, einer wärmeisolierten Stütze (nicht gezeigt), einem Heliumgefäß 117, in das flüssiges Helium gefüllt wird, flüssigem Helium 118 im Heliumgefäß 117 und einer, in das flüssige Helium eingetauchten, supraleitenden Spule 119. Gemäß dieser Erfindung sind, wie in Fig. 1 gezeigt ist, die neuen Eisenkerne BF1 und BF2 zum oberen und unteren Eisenkern B1 bzw. B2 dieses Ablenkmagneten hinzugefügt. Jeder der zwei neuen Eisenmagnetpole BF1 und BF2 sind mit einem der Eisenkerne des Ablenkmagneten an einem Ende H&sub1;, H&sub2; verbunden, und die anderen Enden I&sub1; und I&sub2; sind derart positioniert, daß sie in bezug auf die Kreisbahnebene symmetrisch sind. Diese neuen Eisenmagnetpole BF1 und BF2 erzeugen in der Ebene der Kreisbahn ein Magnetfeld.
Wenn durch die supraleitende Spule 1 ein elektrischer Strom fließt, wird nicht nur in der Ebene der Kreisbahn 3 im Ablenkmagneten ein Magnetfeld erzeugt, sondern auch am Teil 4, wo sich keine Eisenkerne befinden, und am neuen Magnetpolteil 5, das neu hinzugefügt wurde. Das Streumagnetfeld, das dort erzeugt wurde, wo sich keine Eisenkerne befinden, existiert immer noch an der Innenseite der neuen Eisenmagnetpole I&sub1; und I&sub2;, aber es wird durch die neuen Magnetpole daran gehindert, sich außerhalb des Bereichs auszubreiten, der durch die neuen Eisenmagnetpole definiert wird. Am neuen Magnetpolteil wird ein Magnetfeld in der Richtung erzeugt, die entgegengesetzt zu der Richtung des Ablenkmagneten ist, da ein Teil des magnetischen Kraftflusses durch die neuen Magnetpole hindurchgeht. Fig. 12 zeigt die Ergebnisse aus der Berechnung der Magnetfeldverteilung in einem derartigen System mit Hilfe eines Berechnungsprogramms für ein dreidimensionales Magnetfeld.
Wenn ein Streumagnetfeld erzeugt wird, wird die geschlossene Kreisbahn verschoben. Da jedoch im Speicherring nur Elektronen rotieren, die mit der beschleunigenden hohen Frequenz synchron sind, wird die Länge der geschlossenen Kreisbahn, die im Ring eine Umdrehung macht, immer konstant gehalten, und sie hängt nicht vom Streumagnetfeld ab. Infolgedessen müßte die Verschiebung der geschlossenen Kreisbahn unter der Bedingung erhalten werden, daß die Länge der geschlossenen Kreisbahn auch dann unverändert bleibt, wenn das Streumagnetfeld existiert. Außerdem sollte die Tatsache berücksichtigt werden, daß die Energie der Elektronen durch
gegeben ist, wobei bedeuten: BS Integralwert des Magnetfeldes entlang der geschlossenen Kreisbahn; BS&sub0; wird erhalten, wenn kein Streumagnetfeld existiert; E&sub0; Energie der Elektronen, wenn kein Streumagnetfeld existiert.
Unter Anwendung von Gleichung (1), wenn ein Streumagnetfeld existiert, ist BS > BS&sub0; , und daher nimmt die Energie der Elektronen zu. Da das Magnetfeld unverändert bleibt, und die Energie zunimmt, wird der Krümmungsradius größer als er ursprünglich war.
Fig. 13 zeigt die Ergebnisse aus der Berechnung der Abweichungen der geschlossenen Kreisbahn, wobei die obige Tatsache dann mit berücksichtigt wird, wenn das in Fig. 12 gezeigte Streumagnetfeld existiert. In Fig. 13 ist der Ursprung der Koordinatenachsen die Stellung des Ausgangs des vierpoligen Magnete, und die Abszisse repräsentiert die vom Ursprung längs der Kreisbahn gemessene Distanz, und das Ende der Abszisse ist das Zentrum des Ablenkmagneten. Dieser Figur kann entnommen werden, daß die Kreisbahn am Ausgang des Magneten um 3 mm nach außen verschoben ist, und daß die Kreisbahn im neuen eisernen Magnetpol wegen des Magnetfeldes in der Richtung entgegengesetzt zur Richtung des Ablenkmagneten weiter nach außen verschoben wird. Nachdem die Kreisbahn durch den neuen Eisenmagnetpolteil BF hindurchgegangen ist, wird sie infolge des Streumagnetfeldes langsam nach innen gebogen und gegen den Ablenkmagneten um etwa 3 mm nach innen verschoben.
Wie oben erläutert, heißt das, daß es möglich ist, die Verschiebung der geschlossenen Kreisbahn, die ohne die neuen Magnetpole größer als 10 mm ist, so zu unterdrücken, daß sie durch die Anordnung der neuen Magnetpole unter einigen Millimetern liegt.

[Ausführungsform 2]

Wie in Fig. 14 gezeigt, werden die Teile der zwei Spulen C&sub1; und C&sub2;, die außerhalb des Eisenmagnetpols des Ablenkmagneten sind, beim oberen Teil C&sub1; nach oben und beim unteren Teil C&sub2; nach unten gebogen, so daß Lücken zwischen den Spulen C&sub1; und C&sub2; und die Vakuumkammer 141 vorhanden sind. Die neuen Eisenmagnetpole erstrecken sich in diese Lücken, so daß jeder Pol eine Kanalform aufweist. Auf diese Weise ist das Streumagnetfeld nur innerhalb des Punktes R vorhanden, und somit wird der Bereich, in dem das Streumagnetfeld vorhanden ist, verkleinert. Zwischen den Punkten R und S der neuen Magnetpole hat das Magnetfeld eine Richtung, die entgegengesetzt zur Richtung des Ablenkmagneten ist, und übernimmt die Rolle, die Kreisbahn nach außen zu biegen.

[Ausführungsform 3]

Die freien Enden I&sub1; bzw. I&sub2; der neuen, um die Spulen herum angeordneten Magnetpole in der Ausführungsform 2 erstrecken sich zu den Eisenkernen des Ablenkmagneten hin und sind mit diesem verbunden, wie in Fig. 15 gezeigt ist. In diesem Fall weist der Querschnitt jedes der neuen Eisenmagnetpole eine Kanal- oder U-Form auf. Hier ist der Bereich jedes Streumagnetfeldes weiter eingeengt und der neue Magnetfeldteil 150, bei dem das Magnetfeld eine Richtung entgegengesetzt zur Richtung des Ablenkmagneten aufweist, ist vergrößert.

[Ausführungsform 4]

Wie in den Fig. 16A und 16B angegeben, ist ein Gleitmechanismus 160 für die neuen Eisenmagnetpole angeordnet, wobei ein Teil 161 jedes der neuen Eisenmagnetpole bewegbar ist. Der Magnetweg im Eisenkern kann durch Bewegen dieses bewegbaren Teils eingestellt werden, indem es nach rechts und links bewegt wird. In diesem Fall kann die Krümmungsrate, mit der die Kreisbahn nach innen gebogen wird, variiert werden, da es möglich ist, die Magnetfeldintensität zwischen den Magnetpolen E und F zu variieren. Auf diese Weise können Abweichungen der geschlossenen Kreisbahn durch diesen Mechanismus zum Einstellen des Magnetweges reguliert werden.

Claims

1. Elektronen-Speicherring mit:

einem Hochfrequenzhohlraum (76) zum Beschleunigen der Elektronen,

Fokussierungsmagneten (72) zum Fokussieren eines Elektronenstrahls und

Defokussierungsmagneten (73) zum Defokussieren des Elektronenstrahls,

einer Ultrahochvakuumkammer (78) zum Speichern von Elektronen,

Ablenkmagneten (71) mit Eisenkernen (B1, B2) zum Reduzieren der magnetischen Spannung und

Spulen (1) zum Erzeugen eines Magnetfeldes, dadurch gekennzeichnet, daß

die Spule eines jeden Ablenkmagneten eine supraleitende Spule ist,

mindestens ein Paar Eisenmagnetpole (BF1, BF2) bei jedem der Ablenkmagneten vorgesehen sind, und wobei die Eisenmagnetpole ohne Magnetspule wirksam sind, um ein Magnetfeld in umgekehrter Richtung zu dem Magnetfeld zu erzeugen, das durch den zugehörigen Ablenkmagneten erzeugt wird, derart, daß die Wirkung des Streumagnetfeldes der zugehörigen Ablenkmagneten auf die Elektronenkreisbahnen durch die Wirkung des Magnetfeldes kompensiert wird, das durch die Eisenmagnetpole erzeugt wird, wobei jeder der Eisenmagnetpole eines Paares oder der Paare ein Ende (H1, H2), das mit dem Eisenkern (B1, B2) des zugehörigen Ablenkmagneten verbunden ist, und ein entgegengesetztes Ende (I1, I2) aufweist, wobei die zwei entgegengesetzten Enden (I1, I2) symmetrisch zueinander bezüglich der Kreisbahn angeordnet sind, so daß die supraleitende Spule (1) des zugehörigen Ablenkmagneten sich durch einen Raum erstreckt, der von dem Eisenmagnetpol, dem Eisenkern des zugehörigen Ablenkmagneten und der Strahlachse umgeben ist.

2. Elektronen-Speicherring nach Anspruch 1, wobei jeder der Eisenmagnetpole (BF&sub1;, BF&sub2;) einen L-förmigen Querschnitt in einer Ebene senkrecht zur Kreisbahnebene aufweist und einen geraden Teil der Strahlachse einschließt.

3. Elektronen-Speicherring nach Anspruch 1, wobei jeder der Eisenmagnetpole (BF&sub1;, BF&sub2;) einen U-förmigen Querschnitt in einer Ebene senkrecht zur Kreisbahnebene aufweist und einen geraden Teil der Strahlachse einschließt.

4. Elektronen-Speicherring nach Anspruch 3, wobei die entgegengesetzten Enden (I&sub1;, I&sub2;) der Eisenmagnetpole (BF&sub1;, BF&sub2;) mit jedem Eisenkern (B&sub1;, B&sub2;) jeweils verbunden sind.

5. Elektronen-Speicherring nach Anspruch 1, wobei ein Teil (161) eines jeden Eisenmagnetpols bewegbar montiert ist, so daß der Magnetweg eingestellt werden kann.