DE4335807A1

DE4335807A1 - Supraleitende Ablenkelektromagnet-Vorrichtung

Info

Publication number: DE4335807A1
Application number: DE4335807A
Authority: DE
Inventors: Tadatoshi Yamada; Tetuya Matuda; Toshie Takeuchi; Ituo Kodera; Shunji Yamamoto; Shirou Nakamura; Takeo Kawaguchi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1992-10-21
Filing date: 1993-10-20
Publication date: 1994-04-28
Also published as: US5625331A; JP2549233B2; JPH06132118A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine supraleitende Elektro magnet-Vorrichtung, insbesondere auf eine solche, die zur Ablenkung von Strahlen geladener Teilchen, wie z. B. Elektronen, verwendet wird, und die mit einer magnetischen Abschirmung zur Begrenzung der Streufelder ausgestattet ist.

Fig. 18 zeigt eine Draufsicht auf eine bekannte supraleitende Ablenkelektromagnet-Vorrichtung wie sie z. B. in der japa nischen Offenlegungsschrift (Kokai) mit der Nummer 2-174099 offenbart ist. Fig. 19 zeigt eine Schnittansicht der supraleitenden Ablenkelektromagnet-Vorrichtung entlang der in Fig. 18 gezeigten Linie A-A wobei die Betrachtungsrichtung den gezeigten Pfeilen entspricht. Fig. 20 zeigt eine perspek tivische Ansicht der in Fig. 18 dargestellten supraleitenden Ablenkelektromagnet-Vorrichtung. Innerhalb einer magnetischen Abschirmung 11 befindet sich ein Kyrostat 4, in dem die Ablenkspulenanordnung bestehend aus einer Hauptspule 1, vierpoligen Korrekturspulen 31 und sechspoligen Korrekturspulen 32 untergebracht sind. Im erregten Zustand erzeugen die Spulen 1, 31 und 32 ein Magnetfeld, wie es durch die Magnetfeldlinie 12 dargestellt ist. Der in den Hohlraum 70 eingebrachte Strahlenkanal (nicht gezeigt) erstreckt sich zwischen dem oberen und dem unteren Spulenanordnung.

Im Folgenden wird das Betriebsverfahren der supraleitenden Ab lenkelektromagnet-Vorrichtung beschrieben. Die supraleitenden Spulen 1, 31 und 32 werden zur Erzeugung eines durch die Magnetfeldlinie 12 repräsentierten Magnetfelds erregt. Der Strahl geladener Teilchen der durch den Strahlenkanal zwischen der oberen und der unteren Spulenanordnung verläuft wird durch die Z-Komponente des Magnetfelds (siehe die in den Figuren gezeigten Koordinatenachsen) um 180° abgelenkt. Die Magnetfeldlinie 12, die aus dem Kyrostat 4 austritt wird durch die magnetische Abschirmung 11 im wesentlichen eingeschlossen. Die magnetische Abschirmung 11 schirmt somit das aus dem Kyrostat 4 austretende magnetische Streufeld ab. Da sich die magnetische Feldlinie 12 durch die magnetische Abschirmung 11 hindurch erstreckt, wirkt eine elektromagnetische Kraft zwischen den Spulen und der magnetischen Abschirmung 11.

Die oben beschriebene bekannte supraleitende Ablenk elektromagnet-Vorrichtung hat jedoch die folgenden Nachteile. Der (nicht gezeigte) Vorratsbehälter für das flüssige Helium befindet sich innerhalb des Kyrostats 4. Daher sind große Abmessungen des Kyrostats 4 und dementsprechend auch der ihn umgebenden magnetischen Abschirmung 11 erforderlich, wenn der Vorratsbehälter eine große Menge flüssigen Heliums fassen soll. Weiterhin ist die magnetische Abschirmung 11 schwer und voluminös, wodurch ihre Konstruktion und Montage erschwert werden.

Bei der oben erwähnten supraleitenden Ablenkelektromagnet- Vorrichtung können weiterhin Fehler in der relativen Lagebeziehung zwischen den Spulen und der magnetischen Abschirmung 11 auftreten, deren Ursache Herstellungs ungenauigkeiten, thermische Volumenänderungen der unter normaler Temperatur hergestellten und danach auf eine sehr niedrige Temperatur abgekühlten Bauteile, und Verformung der Halterungsstruktur aufgrund der zwischen den Spulen wirkenden elektromagnetischen Kraft sind. Da die relative Lagebeziehung zwischen den Spulen und der magnetischen Abschirmung 11 nicht einstellbar ist, verursachen Fehler in der relativen Lagebeziehung Abweichungen der zwischen den Spulen und der magnetischen Abschirmung 11 wirkenden elektromagnetischen Kräfte von deren theoretischen Werten. Üblicherweise wird die relative Lagebeziehung zwischen den Spulen und der magnetischen Abschirmung 11 derart ausgelegt, daß die dazwischen wirkende elektromagnetische Kraft minimal ist. Aus diesem Grund kann, bei fehlerhafter, von dem theoretischen Wert abweichender relativer Lagebeziehung, die zwischen den Spulen und der magnetischen Abschirmung 11 wirkende elektro magnetische Kraft für die Halterungsstruktur zu groß werden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine supraleitende Ablenkelektromagnet-Vorrichtung bereitzustellen, die einen Vorratsbehälter zur Speicherung einer großen Menge Kühlflüssigkeit aufweist ohne dadurch das Volumen der magnetischen Abschirmung zu vergrößern, wobei die Herstellung und der Zusammenbau der magnetischen Abschirmung vereinfacht und die zwischen den supraleitenden Spulen und der magnetischen Abschirmung wirkende elektromagnetische Kraft minimiert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine supraleitende Elektromagnet-Vorrichtung mit einer supra leitenden Spulenanordnung, einem Kyrostat, der die supraleitende Spulenanordnung enthält, einer magnetischen Abschirmung, die den Kyrostat umgibt und einem Kühlmittel- Vorratsbehälter, der außerhalb der magnetischen Abschirmung angeordnet ist, und der mit dem Innenraum des Kyrostats verbunden ist.

Alternativ wird die Aufgabe gelöst durch eine supraleitende Elektromagnet-Vorrichtung mit einer supraleitenden Spulen anordnung, die eine Symmetrieebene aufweist, einem Kyrostat, der die supraleitenden Spulenanordnung enthält und einer den Kyrostat umgebenden magnetischen Abschirmung, die eine Deckenplatte, eine Bodenplatte und eine Seitenwand enthält, wobei die Deckenplatte und die Bodenplatte symmetrisch zur Symmetrieebene der supraleitenden Spulenanordnung geformt sind.

Als eine weitere Alternative kann die supraleitende Elektromagnet-Vorrichtung bestehen aus einer supraleitenden Spulenanordnung, einem die supraleitende Spulenanordnung enthaltenden Kyrostat und einer den Kyrostat umgebenden magnetischen Abschirmung, die eine Deckenplatte, eine Bodenplatte und eine Seitenwand enthält, wobei zumindest ein Teil der Seitenwand direkt zwischen der Deckenplatte und der Bodenplatte angebracht ist.

Weiterhin kann die supraleitende Elektromagnet-Vorrichtung enthalten eine supraleitende Spulenanordnung, einen die supraleitende Spulenanordnung enthaltenden Kyrostat und eine den Kyrostat umgebende magnetische Abschirmung, wobei zumindest ein Teil der magnetischen Abschirmung eine Schichtstruktur aufweist, die aus Schichten dicker Platten einer vorbestimmten Dicke aufgebaut ist.

Des weiteren kann die supraleitende Elektromagnet-Vorrichtung bestehen aus einer supraleitenden Spulenanordnung, einem die supraleitende Spulenanordnung enthaltenden Kyrostat, thermisch isolierenden Haltevorrichtungen, die die in dem Kyrostat befindliche supraleitende Spulenanordnung tragen, einer den Kyrostat umgebenden magnetischen Abschirmung und einer Einrichtung mit einem Einstellmechanismus, die auf den thermisch isolierenden Haltevorrichtungen angeordnet ist, wobei die Lage der thermisch isolierenden Haltevorrichtungen durch die Einrichtung mit dem Einstellmechanismus so einstellbar ist, daß die supraleitende Spulenanordnung relativ zum Kyrostat verschoben werden kann, und wobei der Einstellmechanismus von einer Position außerhalb der magnetischen Abschirmung betätigt werden kann.

Außerdem kann die supraleitende Elektromagnet-Vorrichtung aufgebaut sein aus einem eine supraleitende Spulenanordnung enthaltenden Kyrostat, einer den Kyrostat umgebenden magnetischen Abschirmung und einer Einrichtung mit einem Einstellmechanismus, die auf der magnetischen Abschirmung oder dem Kyrostat angeordnet ist, wobei durch den Einstellmechanismus die Lage des Kyrostats relativ zu der magnetischen Abschirmung eingestellt werden kann, und wobei der Einstellmechanismus von einer Position außerhalb der magnetischen Abschirmung betätigt werden kann.

Schließlich kann die supraleitende Elektromagnet-Vorrichtung bestehen aus einer supraleitenden Spulenanordnung, einem die supraleitende Spulenanordnung enthaltenden Kyrostat, einer den Kyrostat umgebenden magnetischen Abschirmung, einer Einrichtung mit einem Einstellmechanismus zum Einstellen der Lage der supraleitenden Spulenanordnung relativ zu dem Kyrostat oder der magnetischen Abschirmung, wobei der Einstellmechanismus von einer Position außerhalb der magnetischen Abschirmung betätigt werden kann, und Meßeinrichtungen wie z. B. Meßskalen zur Messung der relative Lage der supraleitenden Spulenanordnung von einer Position außerhalb der magnetischen Abschirmung.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungs beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer supraleitenden Ablenkelektromagnet-Vorrichtung nach einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 eine Schnittansicht der in Fig. 1 gezeigten supraleitenden Ablenkelektromagnet-Vorrichtung entlang einer senkrecht zu Y-Achse angeordneten Mittelebene,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der Spulenanordnungen (wobei ein Teil der oberen Hauptspulen entfernt wurde), die innerhalb von in Fig. 2 gezeigten oberen und unteren Behälter 2 mit flüssigem Helium untergebracht sind,

Fig. 4a eine perspektivische Ansicht der in Fig. 3 gezeigten Hauptspulen 1,

Fig. 4b eine perspektivische Ansicht der in Fig. 3 gezeigten sechspoligen Korrekturspulen 32,

Fig. 4c eine perspektivische Ansicht der in Fig. 3 gezeigten vierpoligen Korrekturspulen 31,

Fig. 5 einen auseinandergezogenen Perspektivschnitt, der in den Fig. 1 und 2 gezeigten magnetischen Abschirmung 11,

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht der in den Fig. 1 und 2 gezeigten magnetischen Abschirmung 11 in einer teilweise montierten Form,

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines modifizierten Aufbaus der magnetischen Abschirmung 11,

Fig. 8 eine Ansicht, die der in Fig. 2 gezeigten entspricht, die aber den Aufbau einer weiteren erfindungsgemäßen supraleitenden Ablenkelektromagnet-Vorrichtung darstellt,

Fig. 9 einen auseinandergezogenen Perspektivschnitt eines weiteren modifizierten Aufbaus der magnetischen Abschirmung 11,

Fig. 10 eine perspektivische Ansicht einer supraleitenden Ablenkelektromagnet-Vorrichtung, die in der in Fig. 9 gezeigten magnetischen Abschirmung untergebracht ist,

Fig. 11 einen auseinandergezogenen Perspektivschnitt eines weiteren modifizierten Aufbaus der magnetischen Abschirmung 11,

Fig. 12 einen auseinandergezogenen Perspektivschnitt eines nochmals weiteren modifizierten Aufbaus der magnetischen Abschirmung 11,

Fig. 13 eine Ansicht, die der in Fig. 2 gezeigten entspricht, die aber den Aufbau einer weiteren erfindungsgemäßen supraleitenden Ablenkelektromagnet-Vorrichtung darstellt,

Fig. 14 eine schematische Draufsicht auf das Innere der in Fig. 13 gezeigten supraleitenden Ablenkelektromagnet-Vorrich tung bei der die Deckenplatten der magnetischen Abschirmung 11 und des Kyrostats 4 entfernt wurden.

Fig. 15 eine schematische Vertikalschnittansicht, die zwischen den Kyrostat 4 und die magnetische Abschirmung 11 eingefügte zur Einstellung deren relativer Lagebeziehung verwendeten Einstelldistanzstücke 91 zeigt,

Fig. 16 eine schematische Vertikalschnittansicht, die in die Durchgangslöcher der magnetischen Abschirmung 11 eingeschraubte Einstellschraubenbolzen 92 zeigt, die auf den Kyrostat 4 einwirken, um die relative Lagebeziehung einzustellen,

Fig. 17 eine schematische Vertikalschnittansicht, die luftdicht durch den Kyrostaten 4 und die magnetische Abschirmung 11 hindurch geführte skalierte Meßlatten 93 zeigt, mit denen die relative Lagebeziehung zwischen der Spulenanordnung und dem Kyrostat 4 oder der magnetischen Abschirmung 11 gemessen wird.

Fig. 18 eine Draufsicht auf eine bekannte supraleitende Ablenkelektromagnet-Vorrichtung,

Fig. 19 einem Schnittansicht der in Fig. 18 gezeigten supraleitenden Ablenkelektromagnet-Vorrichtung entlang der Linie A-A wie sie entsprechend der Pfeilrichtung sichtbar ist, und

Fig. 20 eine perspektivische Ansicht der in Fig. 18 gezeigten supraleitenden Ablenkelektromagnet-Vorrichtung.

In den Zeichnungen kennzeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile oder Abschnitte.

Nachfolgend werden bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungs beispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer supraleitenden Ablenkelektromagnet-Vorrichtung nach einem er findungsgemäßen Ausführungsbeispiel. Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht der in Fig. 1 dargestellten supraleitenden Ablenkelektromagnet- Vorrichtung entlang einer senkrecht zur Y-Achse verlaufenden Mittelebene. Die Bauteile, die den in Fig. 18 bis 20 gezeigten entsprechen, werden durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, so daß eine Wiederholung der Beschreibungen entfallen kann.

Eine hohle, halbzylindrische magnetische Abschirmung 11, die aus einer halbscheibenförmigen Deckenplatte 110 und Bodenplatte 111, einer ebenen Seitenwand 112 und einer halbzylindrischen Seitenwand 113 besteht, beinhaltet einen Kyrostat 4, der im wesentlichen die gleiche Form aufweist. Innerhalb des Kyrostats 4 befinden sich halbkreisringförmige obere und untere Flüssigheliumbehälter 2, in denen die obere bzw. untere Gruppe der Hauptspulen 1, der vierpoligen Korrekturspulen 31 und der sechspoligen Korrekturspulen 32 untergebracht sind. Tieftemperaturstützen 22 sind zwischen dem oberen und unteren Flüssigheliumbehälter 2 eingefügt, um die zwischen der oberen und unteren Spulengruppe wirkende elektromagnetische Kraft aufzunehmen. Ein zylindrischer Flüssigheliumvorratsbehälter 21, der mit dem oberen und unteren Flüssigheliumbehälter 2 über einen senkrechten Flüssigheliumkanal 21a verbunden ist und der durch eine in der Deckenplatte 110 der magnetischen Abschirmung 11 befindliche Hauptdurchgangsöffnung 110a aus der magnetischen Abschirmung 11 hervortritt, befindet sich innerhalb eines zylindrischen Vakuumbehälters, der aus einer Deckenplatte 42, einer Seitenwand 41 und einer Bodenplatte 42a besteht und der über eine Verlängerung 42b, die den Flüssigheliumkanal 21a umgibt und sich durch die Hauptdurchgangsöffnung 110 der Deckenplatte 110 der magnetischen Abschirmung 11 erstreckt, mit dem Kyrostat 4 gekoppelt ist. Da sich der Flüssighelium vorratsbehälter 21 außerhalb der magnetischen Abschirmung 11 befindet, können Größe und Gewicht des Kyrostats 4 und der magnetischen Abschirmung 11 minimiert werden.

Eine Vielzahl von senkrechten hohlzylindrischen Vorsprüngen 43, die nach oben (in Richtung der Z-Achse) aus der Deckenplatte 110 des Kyrostats 4 hervortreten, erstrecken sich durch am Umfang übereinstimmend angeordnete Durchgangsöffnungen 110b, die in die Deckenplatte 110 geformt sind. Der obere und untere Flüssigheliumbehälter 2 sind durch thermisch isolierende Haltevorrichtungen 5, die an ihren oberen Enden mit den entsprechenden senkrechten Vorsprünge 43 des Kyrostats 4 verankert sind, an den senkrechten Vorsprüngen 43 des Kyrostats 4 aufgehängt. Weiterhin tritt ein horizontaler hohlzylindrischer Vorsprung 45, der von der Vorderseite des Kyrostats 4 hervorsteht, durch eine in der ebenen Seitenwand 112 der magnetischen Abschirmung 11 geformte Durchgangsöffnung 112a hervor. Eine thermisch isolierende Haltevorrichtung 6, deren eines Ende an dem Boden des horizontalen zylindrischen Vorsprungs 45 befestigt ist, dient gemeinsam mit den thermisch isolierenden Haltevorrichtungen 5 zur Halterung des oberen und unteren Flüssigheliumbehälters 2. Eine Vielzahl von Strahlungskammern 71, die mit der zwischen der oberen und unteren Spulenanordnung befindlichen Strahlenkanalkammer 7 verbunden sind, führen die Röntgenstrahlen zu Lithographieanschlüssen, die sich an der Außenseite der halbzylindrischen Seitenwand 113 der magnetischen Abschirmung 11 befinden.

Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht der innerhalb des in Fig. 2 gezeigten oberen und unteren Flüssigheliumbehälters 2 untergebrachten Spulenanordnungen (wobei ein Teil der oberen Hauptspule entfernt wurde), und die Fig. 4a, 4b und 4c zeigen die Hauptspulen 1, die sechspoligen Korrekturspulen 32, bzw. die vierpoligen Korrekturspulen 31. Das durch die in dem oberen und unteren Flüssigheliumbehälter 2 untergebrachte obere und untere geschlossen kurvenförmige Hauptspule l erzeugte Dipolmagnetfeld wird durch die vierpoligen Korrekturspulen 31 und die sechspoligen Korrekturspulen 32 derart korrigiert, daß der Strahl geladener Teilchen in korrekter Weise innerhalb des Strahlenkanals entlang eines halbkreisförmigen Wegs abgelenkt wird.

Fig. 5 zeigt einen auseinandergezogenen Perspektivschnitt, der in den Fig. 1 und 2 gezeigten magnetischen Abschirmung 11. Bei diesem Ausführungsbeispiel weisen die Bodenplatte 111 und die Deckenplatte 110 die gleiche Form auf. Dementsprechend sind die Hauptdurchgangsöffnung 111a und die am Umfang angeordneten Durchgangsöffnungen 111b der Bodenplatte 111 in Übereinstimmung mit der Hauptdurchgangsöffnung 110a und den am Umfang angeordneten Durchgangsöffnungen 110b der Deckenplatte 110 angeordnet. Die Deckenplatte 110 und die formgleiche Bodenplatte 111 sind symmetrisch zu der zwischen der oberen und der unteren Spulenanordnung befindlichen horizontalen Mittelebene angeordnet. Dadurch verschwindet die in senkrechter Richtung (entlang der Z-Achse) zwischen den Spulen und der magnetischen Abschirmung 11 wirkende, sich von allen Spulen addierende, elektromagnetische Kraft im wesentlichen.

Fig. 6 zeigt eine perspektivische Ansicht der in den Fig. 1 und 2 gezeigten magnetischen Abschirmung 11 in einem teilweise montierten Zustand. Wie aus Fig. 6 hervorgeht werden die Deckenplatte 110 und die Bodenplatte 111 zuerst auf der oberen und unteren Stirnfläche der halbzylindrischen Seitenwand 113 angebracht. Danach wird die ebene Seitenwand 112, deren Höhe der Höhe der halbzylindrischen Seitenwand 113 plus der Dicken der Deckenplatte 110 und der Bodenplatte 111 entspricht, an den vorderen Stirnflächen der drei Bauteile 110, 111 und 113 angebracht. Der in Fig. 6 gezeigte, teilweise montierte Zustand der Bauteile 110, 111 und 113 ist relativ stabil wodurch die Montage der magnetischen Abschirmung 11 vereinfacht wird.

Fig. 7 zeigt eine perspektivische Ansicht eines modifizierten Aufbaus der magnetischen Abschirmung 11. Dabei wird die ebene Seitenwand 112, die die gleiche Höhe wie die halbzylindrische Seitenwand 113 aufweist, an der vorderen Stirnfläche der halbzylindrischen Seitenwand 113 angebracht, und die Deckenplatte 110 und die Bodenplatte 111 werden oben und unten auf die ebene Seitenwand 112 und die halbzylindrische Seitenwand 113 aufgesetzt. Dieser Aufbau der magnetischen Abschirmung 11 hat ebenfalls den Vorteil einer einfachen Montage.

Fig. 8 zeigt eine Ansicht ähnlich der in Fig. 2, wobei aber der Aufbau einer weiteren erfindungsgemäßen supraleitenden Ablenkelektromagnet-Vorrichtung dargestellt ist. Die in Fig. 8 gezeigte supraleitende Ablenkelektromagnet-Vorrichtung gleicht der in den Fig. 1 und 2 gezeigten. Jedoch weist der Kyrostat 4 Bodenvorsprünge 46a und 46b auf, die sich in die Hauptdurchgangsöffnung 111a bzw. die am Umfang angeordneten Durchgangsöffnungen 111b erstrecken. Durch diesen Aufbau des Kryostats 4 kann die auf die Spulen wirkende aufsummierte elektromagnetische Kraft weiter verringert werden. Die Deckenplatte 42, die Seitenwand 41 und die Bodenplatte 42a, die den Vakuumbehälter bilden, und die auf dem Kyrostaten 4 angeordneten senkrechten Aufsätze 43 erstrecken sich oberhalb der Deckenplatte 110 der magnetischen Abschirmung 11. Ist unter anderem der Kyrostat 4 aus einem ferromagnetischen Material hergestellt, so stören diese oberen Vorsprünge die Symmetrie der Anordnung des magnetischen Materials. Die auf dem Boden des Kyrostaten 4 gebildeten Vorsprünge 46a und 46b werden in die Öffnungen 111a bzw. 111b eingeführt, um die Symmetrie der Anordnung des magnetischen Materials (Kyrostat 4, magnetische Abschirmung 11 usw.) in Bezug auf die Spulenanordnung zu verbessern. Die auf die Spulen wirkende aufsummierte elektromagnetische Kraft wird dadurch reduziert. Aus diesem Grund kann der Radius der thermisch isolierenden Haltevorrichtungen 5 verringert und die Effizienz der thermischen Isolation verbessert werden.

Fig. 9 zeigt einen auseinandergezogenen Perspektivschnitt eines weiteren modifizierten Aufbaus der magnetischen Abschirmung 11. Fig. 10 zeigt eine perspektivische Ansicht einer supraleitenden Ablenkelektromagnet-Vorrichtung, die in der in Fig. 9 dargestellten magnetischen Abschirmung untergebracht ist. Wie aus den Figuren ersichtlich ist, ist die Außenkante der lateralen Stirnflächen (die senkrecht zur Y-Achse verlaufenden Oberflächen) der ebenen Seitenwand 112 der magnetischen Abschirmung 11 abgeschrägt. Wie oben in der Beschreibungseinleitung erwähnt wurde, erzeugen die Spulen ein magnetisches Feld, das entlang der Z-Achse gerichtet ist. Das aus dem Kyrostat 4 austretende Streufeld erstreckt sich in die magnetische Abschirmung 11, ist aber dort eingeschlossen. Die lateralen Stirnflächen der ebenen Seitenwand 112 der magnetischen Abschirmung 11 befinden sich am weitesten von den Spulen entfernt, wodurch ihr Streufeld vernachlässigbar ist. Daher können die Kanten dieser lateralen Stirnflächen der ebenen Seitenwand 112 abgeschrägt werden, wodurch das Gewicht der magnetischen Abschirmung 11 verringert werden kann, ohne daß sich dadurch nachteilige Effekte hinsichtlich der Streuung des magnetischen Feldes ergeben.

Fig. 11 zeigt einen auseinandergezogenen Perspektivschnitt eines noch weiteren modifizierten Aufbaus der magnetischen Abschirmung 11. Dabei weisen die Deckenplatte 110, die Bodenplatte 111 und die halbzylindrische Seitenwand 113 der magnetischen Abschirmung 11 eine horizontale Schichtstruktur auf. Die Deckenplatte 110, die Bodenplatte 111 und die halbzylindrische Seitenwand 113 sind nämlich aus horizontalen Schichten dicker Eisenplatten hergestellt, die alle eine vorbestimmte Standarddicke besitzen. Demgegenüber weist die ebene Seitenwand 112 eine massive Einzelplattenstruktur (d. h. nicht geschichtete Struktur) auf. Durch den Schichtaufbau der Deckenplatte 110, der Bodenplatte 111 und der halb zylindrischen Seitenwand 113 der magnetischen Abschirmung 11 wird deren Herstellung und Zusammenbau vereinfacht. Des weiteren können die Material kosten verringert werden, da die entsprechenden Bauteile 110, 111 und 113 aus einer Eisenplatte mit Standardabmessungen ausgeschnitten werden können, wodurch der Materialabfall minimiert wird. Andererseits besitzt die massive, ebene Seitenwand 112 eine größere Steifigkeit als die geschichteten Teile. Daher erzeugt die nach innen gerichtete elektromagnetische Kraft der Spulen nur eine geringe Deformation der ebenen Seitenwand 112, die an der Deckenplatte 110 der Bodenplatte 111 und der halbzylindrischen Seitenwand 113 befestigt ist. Aus diesem Grunde wird die auf den Kyrostat 4 wirkende Kraft aufgrund der Deformation der ebenen Seitenwand 112 minimiert und innerhalb des erlaubten Bereichs gehalten. Die ebene Seitenwand 112 kann jedoch auch wie die anderen Teile 110, 111 und 113 aus einer geschichteten Platte hergestellt werden, im Falle daß eine Lücke zwischen dem Kyrostat 4 und der ebenen Seitenwand 112 beibehalten wird, so daß geringe Deformationen der ebenen Seitenwand 112 erlaubt sind. Fig. 12 zeigt einen auseinandergezogenen Perspektivschnitt eines abermals weiteren modifizierten Aufbaus der magnetischen Abschirmung 11. Hierbei weist die halbzylindrische Seitenwand 113 eine Schichtstruktur in Richtung ihrer Dicke auf (d. h. sie besteht aus Schichten, die sich in der Umfangsrichtung der halbzylindrischen Seitenwand 113 erstrecken) . Dadurch können die gleichen Vorteile wie bei der in Fig. 11 gezeigten Schichtstruktur erzielt werden.

Fig. 13 zeigt eine Ansicht ähnlich der in Fig. 2, es wird jedoch der Aufbau einer noch weiteren erfindungsgemäßen supraleitenden Ablenkelektromagnet-Vorrichtung dargestellt. Die supraleitende Ablenkelektromagnet-Vorrichtung ähnelt der in Fig. 2 gezeigten. Jeder der thermisch isolierenden Haltevorrichtungen 5 weist jedoch einen Gewindeaufsatz 5a auf, der durch eine Durchgangsöffnung am oberen Ende des senkrechten Vorsprungs 43 des Kyrostats 4 und durch eine Durchgangsöffnung in einer kappenförmigen Befestigungsvor richtung 44, die am oberen Ende des senkrechten Vorsprungs 43 angebracht ist, verläuft. Jeder der thermisch isolierenden Haltevorrichtungen 5 ist mit der Befestigungsvorrichtung 44 mittels einer äußeren Mutter 52 und einer inneren Mutter 53 befestigt, die mit dem Gewindeaufsatz 5a der Haltevorrichtung 5 in Eingriff sind. Die Befestigungsvorrichtung 44 und die Muttern 52 und 53 schließen die Enden der thermisch isolierenden Haltevorrichtungen 5 luftdicht ab. In ähnlicher Weise besitzt die thermisch isolierende Haltevorrichtung 6 einen Gewindeaufsatz 6a, der durch eine Durchgangsöffnung am Boden (d. h. dem linken Ende in der Figur) des horizontalen Vorsprungs 45 des Kyrostats 4 und durch eine Durchgangsöffnung in einer kappenförmigen Befestigungsvorrichtung 47, die an dem Boden des horizontalen Vorsprungs 45 angebracht ist, verläuft. Die thermisch isolierende Haltevorrichtung 6 ist an der Befestigungsvorrichtung 47 mittels einer äußeren Mutter 62 und einer inneren Mutter 63 befestigt, die mit dem Gewindeaufsatz 6a der thermisch isolierenden Haltevorrichtung 6 in Eingriff sind. Die Befestigungsvorrichtung 47 und die Muttern 62 und 63 schließen das Ende der thermisch isolierenden Haltevorrichtung 6 luftdicht ab.

Fig. 14 zeigt eine schematische Draufsicht auf die in Fig. 13 dargestellte supraleitende Ablenkelektromagnet-Vorrichtung, wobei die Deckenplatten der magnetischen Abschirmung 11 und des Kyrostats 4 entfernt sind, so daß das Innere der Vorrichtung sichtbar ist. Ein Paar thermisch isolierender Haltevorrichtungen 8 werden an ihren inneren Enden an entsprechenden Befestigungsvorrichtungen 23, die an dem Flüssigheliumbehälter 2 angebracht sind, befestigt. Weiterhin weist der Kyrostat 4 ein Paar horizontaler Vorsprünge 48 auf, die sich in positiver und negativer Richtung der Y-Achse erstrecken. Jeder der thermisch isolierenden Haltevor richtungen 8 besitzt an seinem äußeren Ende einen Gewinde aufsatz 8a. Der Gewindeaufsatz 8a verläuft durch eine Durchgangsöffnung im äußeren Ende der horizontalen Vorsprünge 48 des Kyrostats 4 und durch eine Durchgangsöffnung in einer kappenförmigen Befestigungsvorrichtung 49, die am Ende der horizontalen Vorsprünge 48 angebracht ist. Die thermisch isolierenden Haltevorrichtungen 8 werden an der Befestigungs vorrichtung 49 mittels einer äußeren Mutter 82 und einer inneren Mutter 83 befestigt, die mit dem Gewindeaufsatz 8a der thermisch isolierenden Haltevorrichtungen 8 im Eingriff sind. Die Befestigungsvorrichtung 49 und die Muttern 82 und 83 schließen das Ende der thermisch isolierenden Haltevor richtungen 8 luftdicht ab. Anhand des in den Fig. 13 und 14 gezeigten Aufbaus der supraleitenden Ablenkelektromagnet- Vorrichtung wird das Einstellen der relativen Lage der Spulen und des Kyrostaten 4 von einer Position außerhalb der magnetischen Abschirmung 11 ermöglicht. Es wird beispielsweise angenommen, daß die Spulenanordnungen relativ zu dem Kyrostat 4 in positiver Richtung der X-Achse bewegt werden sollen. Dazu wird zuerst die äußere Mutter 62 derart gedreht, daß sie in der Figur nach links verschoben wird (negative Richtung der X- Achse). Danach wird die innere Mutter 63 in gleicher Weise gedreht, damit sie relativ zu der thermisch isolierenden Haltevorrichtung 6 nach links verschoben wird, wodurch die thermisch isolierende Haltevorrichtung 6 nach rechts verschoben wird (relativ zur absoluten Lage des Kyrostats 4 und der magnetischen Abschirmung 11). Die thermisch isolierende Haltevorrichtung 6 drückt auf diese Weise den oberen und unteren Flüssigheliumbehälter 2 nach rechts wodurch die in dem oberen und unteren Flüssigheliumbehälter 2 enthaltenen Spulen relativ zu dem Kyrostat 4 und der magnetischen Abschirmung 11 nach rechts verschoben werden (positive Richtung der X-Achse). Durch den Einstellvorgang wird der luftdichte Abschluß des Gewindeaufsatzes 6a, der durch die Befestigungsvorrichtung 47 und das Mutternpaar 62 und 63 beibehalten wird, nicht verschlechtert. Daher wird die Güte des Vakuums innerhalb des Kyrostaten 4 beibehalten. Obwohl die thermisch isolierenden Haltevorrichtungen 5 an den Flüssigheliumbehältern 2 befestigt sind, ist die durch die Einstellung der relativen Lage verursachte Verschiebung der Flüssigheliumbehälter 2 klein genug, um durch Verformung der thermisch isolierenden Haltevorrichtungen 5 sicher aufgenommen zu werden.

In gleicher Weise kann die Einstellung der relativen Lage der Spulen entlang der Z-Richtung mittels den thermisch isolierenden Haltevorrichtungen 5 durchgeführt werden. Die Einstellung der relativen Lage der Spulen entlang der Y- Richtung erfolgt mittels der thermisch isolierenden Haltevorrichtungen 8.

Es folgt eine Beschreibung des Verfahrens zur Einstellung der relativen Lage zwischen den Spulen und dem Kyrostat 4 zur Minimierung der von der magnetischen Abschirmung 11 auf die Spulen wirkenden elektromagnetischen Kraft, welche für alle Spulen akkumuliert (d. h. aufsummiert) wird. Zunächst werden die Spulen mit vorbestimmten Stromstärken, die kleiner als die entsprechenden berechneten Werte sind, erregt, und die auf die thermisch isolierenden Haltevorrichtungen 5, 6 und 8 wirkenden Kräfte gemessen. Die Spulen werden in eine Lage verschoben, in der Kräfte unterhalb der Bemessungsgrenzen erwartet werden. Die auf die entsprechenden thermisch isolierenden Haltevorrichtungen 5, 6 und 8 wirkenden Kräfte werden mittels daran angebrachten Dehnungsmeßgeräten gemessen. Nachdem die Erregerstromstärken verringert wurden, wird eine Verschiebung der Spulen durchgeführt. Durch eine Wiederholung des oben beschriebenen Verfahrens der Kräftemessung und der Spuleneinstellung wird die relative Lage der Spulen ausgewählt, bei der die auf die thermisch isolierenden Haltevorrichtungen 5, 6 und 8 bei Erregung der Spulen mit errechneten Stromstärken wirkenden Kräfte unterhalb der Bemessungsgrenzen liegen. Somit können die Spulen sicher erregt werden.

Bei der in den Fig. 13 und 14 gezeigten supraleitenden Ablenkelektromagnet-Vorrichtung ist die relative Lage der magnetischen Abschirmung 11 und des Kyrostats 4 unveränderlich und die Spulen werden relativ zu dem Kyrostat 4 bewegt. Als alternatives Verfahren zur Einstellung der relativen Lage der Spulen kann der Kyrostat 4 relativ zur magnetischen Abschirmung 11 bewegt werden. Bei einer derartigen Anordnung können ähnliche Vorteile wie bei der in den Fig. 13 und 14 gezeigten supraleitenden Ablenkelektromagnet-Vorrichtung erzielt werden.

Die Verschiebung des Kyrostats 4 relativ zu der magnetischen Abschirmung 11 kann durch Einfügen von Distanzstücken zwischen dem Kyrostat 4 und der magnetischen Abschirmung erreicht werden. Fig. 15 zeigt eine schematische senkrechte Schnittansicht mit Einstelldistanzstücken 91, die zwischen dem Kyrostat 4 und die magnetische Abschirmung 11 zur Einstellung der relativer Lage eingefügt werden. In Fig. 15 sind die Teile, die zum Verständnis der Einstelldistanzstücke 91 nicht relevant sind, im wesentlichen entfernt worden. Alternativ dazu können auch Gewindedurchgangslöcher in die Wände der magnetischen Abschirmung 11 eingebracht werden, wobei die relative Lage des Kyrostats 4 mittels Schraubenbolzen, die im Eingriff mit diesen Durchgangslöchern sind, eingestellt wird. Fig. 16 zeigt eine schematische senkrechte Schnittansicht mit den Einstellschraubenbolzen 92, die in die, in die magnetischen Abschirmung 11 eingebrachten Durchgangslöcher eingedreht sind, um auf den Kyrostat 4 derart einzuwirken, daß die relative Lage dazwischen eingestellt wird. Die Einstellschraubenbolzen 92 werden in die Gewindedurchgangslö cher eingedreht, um auf die Wände des innerhalb der magnetischen Abschirmung 11 befindlichen Kyrostats 4 einzuwirken und zu drücken. Weiterhin ist zu beachten, daß die zwischen den Spulen und der magnetischen Abschirmung 11 wirkende elektromagnetische Kraft durch theoretische Berechnungen aus Messungen der relativen Lage der Spulen in Bezug auf den Kyrostat 4 oder die magnetische Abschirmung 11 abgeleitet werden kann. Eine solche Berechnung ermöglicht das Einstellen der relativen Lage der Spulen ohne das oben erwähnte Verfahren von Versuch und Irrtum verwenden zu müssen. Die Messung der relativen Lage der Spulen in Bezug auf den Kyrostat 4 oder die magnetische Abschirmung 11 kann wie folgt erreicht werden. Fig. 17 zeigt eine schematische, senkrechte Schnittansicht mit skalierten Meßlatten 93, die luftdicht in den Kyrostat 4 und die magnetische Abschirmung 11 eingeführt sind, um die relative Lage zwischen den Spulenanordnungen und dem Kyrostat 4 oder der magnetischen Abschirmung 11 zu messen. Eine Vielzahl von skalierten Meßlatten 93 werden durch luftdicht abgeschlossene Durchgangsöffnungen in den Wänden des Kyrostats 4 und der magnetischen Abschirmung 11 eingeführt. Die Abstände zwischen den vorbestimmten Positionen der Spulen und denen des Kyrostats 4 oder der magnetischen Abschirmung 11 werden anhand dieser Meßlatten 93 gemessen. Da die Spulen eine sehr niedrige Temperatur aufweisen, kontraktieren die Meßlatten 93, wenn sie innerhalb des Kyrostat 4 abgekühlt werden. Der Temperaturkoeffizient der Meßlatten 93 sollte daher vorzugsweise so klein wie möglich sein. Die Messungen können jedoch auch schnell durchgeführt werden, solange der Temperaturabfall der Meßlatten 93 noch geringfügig ist, so daß die Effekte der thermischen Kontraktion der Meßlatten 93 minimal werden.

Die oben erwähnten Ausführungsbeispiele beziehen sich alle auf eine supraleitende Ablenkelektromagnet-Vorrichtung. Die Erfindung kann jedoch auch generell in supraleitenden Elektro magnet-Vorrichtungen angewendet werden.

Zusammenfassend wird eine supraleitende Ablenkelektromagnet- Vorrichtung zur Ablenkung eines Elektronenstrahls offenbart, die einen außerhalb einer magnetischen Abschirmung 11 angeordneten Flüssigheliumvorratsbehälter 21 enthält, wobei die magnetische Abschirmung 11 einen Kyrostat 4 umgibt, in dem ein oberer und unterer Flüssigheliumbehälter 2 untergebracht sind, die Spulenanordnungen 1, 31 und 32 enthalten. Vorzugsweise wird der obere und untere Flüssigheliumbehälter 2 durch den Kyrostat 4 mittels thermisch isolierenden Haltevorrichtungen 5, 6 und 8 gehalten, deren Lage anhand von Gewindeaufsätzen 5a, 6a und 8a, und mit diesen in Eingriff befindlichen Muttern 52, 53, 62, 63, 82 und 83 einstellbar ist. Die Muttern befestigen die entsprechenden thermisch isolierenden Haltevorrichtungen an kappenförmigen Befesti gungsvorrichtungen 44, 47 und 49, die an Vorsprüngen 43, 45 und 49 des Kyrostats 4 angebracht sind.

Claims

1. Supraleitende Elektromagnet-Vorrichtung mit:

a) einer supraleitenden Spulenanordnung (1, 31, 32),
b) einem Kyrostat (4), der die supraleitende Spulenanordnung enthält,
c) einer magnetischen Abschirmung (11), die den Kyrostat umgibt, und
d) einem Kühlmittel-Vorratsbehälter (21), der außerhalb der magnetischen Abschirmung angeordnet ist, und der mit dem Innenraum des Kyrostats verbunden ist.

2. Supraleitende Elektromagnet-Vorrichtung mit:

a) einer supraleitenden Spulenanordnung (1, 31, 32), die eine Symmetrieebene aufweist,
b) einem Kyrostat (4), der die supraleitenden Spulenanordnung enthält, und
c) einer den Kyrostat umgebenden magnetischen Abschirmung (11), die eine Deckenplatte (110), eine Bodenplatte (111) und eine Seitenwand enthält (112, 113), wobei die Deckenplatte und die Bodenplatte symmetrisch zur Symmetrieebene der supraleitenden Spulenanordnung geformt sind.

3. Supraleitende Elektromagnet-Vorrichtung mit:

a) einer supraleitenden Spulenanordnung (1, 31, 32),
b) einem die supraleitende Spulenanordnung enthaltenden Kyrostat (4), und
c) einer den Kyrostat umgebenden magnetischen Abschirmung (11), die eine Deckenplatte (110), eine Bodenplatte (111) und eine Seitenwand (112, 113) enthält, wobei zumindest ein Teil der Seitenwand direkt zwischen der Deckenplatte und der Bodenplatte angebracht ist.

4. Supraleitende Elektromagnet-Vorrichtung mit:

a) einer supraleitenden Spulenanordnung (1, 31, 32),
b) einem die supraleitende Spulenanordnung enthaltenden Kyrostat (4), und
c) einer den Kyrostat umgebenden magnetischen Abschirmung (11), wobei zumindest ein Teil der magnetischen Abschirmung eine Schichtstruktur aufweist, die aus Schichten dicker Platten einer vorbestimmten Dicke aufgebaut ist.

5. Supraleitende Elektromagnet-Vorrichtung mit:

a) einer supraleitenden Spulenanordnung (1, 31, 32),
b) einem die supraleitende Spulenanordnung enthaltenden Kyrostat (4),
c) thermisch isolierenden Haltevorrichtungen (5, 6, 8), die die in dem Kyrostat befindliche supraleitende Spulenanordnung halten,
d) einer den Kyrostat umgebenden magnetischen Abschirmung (11), und
e) einer Einrichtung mit einem Einstellmechanismus, die auf den thermisch isolierenden Haltevorrichtungen angeordnet ist, wobei die Lage der thermisch isolierenden Haltevorrichtungen durch die Einrichtung mit dem Einstellmechanismus so einstellbar ist, daß die supraleitende Spulenanordnung relativ zum Kyrostat verschoben werden kann, und wobei der Einstellmechanismus von einer Position außerhalb der magnetischen Abschirmung betätigt werden kann.

6. Supraleitende Elektromagnet-Vorrichtung mit:

a) einer supraleitenden Spulenanordnung (1, 31, 32)
b) einem die supraleitende Spulenanordnung enthaltenden Kyrostat (4),
c) einer den Kyrostat umgebenden magnetischen Abschirmung (11), und
d) einer Einrichtung (92) mit einem Einstellmechanismus, die auf der magnetischen Abschirmung oder dem Kyrostat angeordnet ist, wobei durch den Einstellmechanismus die Lage des Kyrostats relativ zu der magnetischen Abschirmung eingestellt werden kann, und wobei der Einstellmechanismus von einer Position außerhalb der magnetischen Abschirmung betätigt werden kann.

7. Supraleitende Elektromagnet-Vorrichtung mit:

a) einer supraleitenden Spulenanordnung (1, 31, 32),
b) einem die supraleitende Spulenanordnung enthaltenden Kyrostat (4),
c) einer den Kyrostat umgebenden magnetischen Abschirmung (11),
d) einer Einrichtung mit einem Einstellmechanismus zum Einstellen der Lage der supraleitenden Spulenanordnung relativ zu dem Kyrostat oder der magnetischen Abschirmung, wobei der Einstellmechanismus von einer Position außerhalb der magnetischen Abschirmung betätigt werden kann, und
e) Meßeinrichtungen (93) zur Messung der relative Lage der supraleitenden Spulenanordnung von einer Position außerhalb der magnetischen Abschirmung.