JP2001052899A - Orbiting frequency control device for electron in electron storage ring and electron trajectory correcting method - Google Patents

Orbiting frequency control device for electron in electron storage ring and electron trajectory correcting method

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JP2001052899A
JP2001052899A JP11227051A JP22705199A JP2001052899A JP 2001052899 A JP2001052899 A JP 2001052899A JP 11227051 A JP11227051 A JP 11227051A JP 22705199 A JP22705199 A JP 22705199A JP 2001052899 A JP2001052899 A JP 2001052899A
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frequency
electron
wiggler
storage ring
electrons
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JP11227051A
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Japanese (ja)
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Hiroki Miyade
宏紀 宮出
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an orbiting frequency control device for electrons in an electron storage ring and an electron trajectory correcting method, for stabilizing the orbiting trajectory of an electron beam without using any tuner. SOLUTION: This orbiting frequency control device 10 is equipped with a wiggler 90 inserted into an electron storage ring, a power supply 92 for excitation for exciting the wiggler 90, and an exciting-current control device 94 for controlling the amount of exciting current supplied from the power supply 92 for excitation to the wiggler 90, and adjusts the orbiting frequency of electrons orbiting within the electron storage ring by adjusting an electron trajectory within the wiggler 90 by controlling the amount of exciting current for the wiggler 90. The performance of the electron orbiting frequency control device 10 can be much enhanced by providing a central control device 20 equipped with a computing device 20a for computing the amount of exciting current for electron trajectory monitors 30A, 30B and for the wiggler 90, and a current-value setting signal generating device 20b.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電子ビームを周回
軌道内に所望のエネルギーで蓄積し、主としてシンクロ
トロン放射光を発生させると共に、挿入型光源をも用い
て、放射光の高度利用を図ることを目的とした電子蓄積
リングに係り、特に、蓄積した電子ビームの周回周波数
を調整する電子蓄積リングにおける電子の周回周波数制
御装置及び電子の軌道補正方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for accumulating an electron beam in a circular orbit at a desired energy, generating mainly synchrotron radiation, and using an insertion type light source to make high use of the radiation. More particularly, the present invention relates to an electron circulating frequency control device and an electron trajectory correction method for an electron storage ring that adjusts the circulating frequency of a stored electron beam.

【0002】[0002]

【従来の技術】電子或いは陽電子(以下総称として「電
子」を用いる。)やイオン等の荷電粒子は、一様磁場中
を進行すると、進行方向に垂直なローレンツ力の作用に
より円形軌道(一般に3次元的には螺旋軌道)を描く。
2. Description of the Related Art When charged particles such as electrons or positrons (hereinafter, collectively referred to as "electrons") and ions travel in a uniform magnetic field, a circular orbit (generally, 3 electrons) is generated by the action of Lorentz force perpendicular to the traveling direction. Dimensionally draw a spiral orbit).

【0003】従って、垂直方向に一様磁場を発生する偏
向電磁石を用いて、一定の運動エネルギーを有する荷電
粒子に所望の曲率半径の円弧軌道を描かせて、その進行
方向を所望の角度で曲げてやり、かつ、この偏向電磁石
を複数個適切な位置に配置することにより荷電粒子を水
平面内の周回軌道上を周回させるようにすることができ
る。
Accordingly, using a bending electromagnet that generates a uniform magnetic field in the vertical direction, a charged particle having a constant kinetic energy is caused to draw an arc trajectory having a desired radius of curvature, and the traveling direction is bent at a desired angle. In addition, by arranging a plurality of bending electromagnets at appropriate positions, the charged particles can be made to orbit on an orbit in a horizontal plane.

【0004】即ち、ビームを蓄積するビームダクト内を
真空に保てば、原理的には偏向電磁石だけで電子を周回
軌道内に所望のエネルギーで蓄積できることになるが、
実際に供用されている電子蓄積リングでは、他の複数の
装置が必要になる。そこで、図6を用いて、電子蓄積リ
ングの主要構成を簡単に説明する。
[0004] That is, if the inside of the beam duct for accumulating the beam is kept in a vacuum, in principle, electrons can be accumulated in the orbit with desired energy only by the bending electromagnet.
In actual use, the electron storage ring requires a plurality of other devices. Therefore, the main configuration of the electron storage ring will be briefly described with reference to FIG.

【0005】図6に電子蓄積リングの一例として、レー
ストラック型の電子蓄積リング100の平面図を示す。
このタイプの電子蓄積リング100では、図6に示すよ
うに、180度偏向型の偏向電磁石110A、110B
を対向配置して、図示しない真空ポンプにより高真空
(〜1×10-9Torr)に保たれたレーストラック型
のビームダクト120内の周回軌道(説明の便宜上「設
計軌道」或いは「閉軌道」という場合もある。)BLに
電子ビームを蓄積する。
FIG. 6 is a plan view of a race track type electron storage ring 100 as an example of the electron storage ring.
In this type of electron storage ring 100, as shown in FIG. 6, 180 ° deflection type bending electromagnets 110A, 110B
Are arranged opposite to each other, and the orbit in the race-track-type beam duct 120 maintained at a high vacuum (up to 1 × 10 −9 Torr) by a vacuum pump (not shown) (“designed orbit” or “closed orbit” for convenience of explanation) The electron beam is stored in BL.

【0006】ところで、相対性理論によれば、粒子の運
動エネルギーが増大すると、それに伴って質量が増大す
るので、蓄積電子が磁場中において曲がりにくくなる現
象が見られる。そこで、一定の設計軌道BLに電子ビー
ムを閉じ込めるために、一般に、図6に示すものに限ら
ず、電子蓄積リングでは、電子ビームのエネルギーに連
動して偏向電磁石の磁場強度を調節している。
According to the theory of relativity, when the kinetic energy of a particle increases, the mass increases with the kinetic energy, so that a phenomenon is seen in which the stored electrons are hardly bent in a magnetic field. Therefore, in order to confine the electron beam in a fixed design trajectory BL, generally, not only the one shown in FIG. 6 but also the electron storage ring adjusts the magnetic field strength of the bending electromagnet in conjunction with the energy of the electron beam.

【0007】従って、図6に示す偏向電磁石110A、
110Bの磁場強度を小さくすることにより、理論的に
はいかなる低エネルギーの電子も蓄積できるはずであ
る。しかし、電子のエネルギーが極端に小さいと、ビー
ム軌道が不安定になり、長時間安定して電子ビームを蓄
積できなくなるという問題がある。
Accordingly, the bending electromagnets 110A shown in FIG.
By reducing the field strength of 110B, any low energy electrons could theoretically be stored. However, when the electron energy is extremely small, there is a problem that the beam orbit becomes unstable and the electron beam cannot be stably stored for a long time.

【0008】そこで、図示は省略したが、入射器により
電子を一定のエネルギーにまで加速して、電子蓄積リン
グ100に入射させるようにしている。例えば、図6に
示すタイプのものでは、マイクロトロンと呼ばれる入射
器により電子のパルスビームを150MeVまで加速す
る。一方、入射器から入射させられる電子は、電子蓄積
リング100の周回軌道BLに対して一定の角度を有し
ているために、スムーズに電子を周回閉軌道BLにのせ
るために、電子ビームの方向を転換するセプタム電磁石
(図示せず)を用い、このセプタム電磁石を介して、電
子蓄積リング100に入射させる。
Therefore, although not shown, electrons are accelerated to a constant energy by an injector so as to be incident on the electron storage ring 100. For example, in the type shown in FIG. 6, a pulse beam of electrons is accelerated to 150 MeV by an injector called a microtron. On the other hand, since the electrons made incident from the injector have a certain angle with respect to the orbit BL of the electron storage ring 100, the electrons of the electron beam A septum electromagnet (not shown) for changing the direction is used, and the septum electromagnet is incident on the electron storage ring 100 via the septum electromagnet.

【0009】また、図6において、130は、四重極電
磁石である。この四重極電磁石130は、回転対称に4
つの磁極を備え、中心の磁場強度をゼロとし、中心から
距離に比例して増加する磁場分布となるような四重極磁
場を形成し、光学上の集光レンズが光を集光するのと同
様に、電子ビームを径方向に集束する役割を担う。
In FIG. 6, reference numeral 130 denotes a quadrupole electromagnet. This quadrupole electromagnet 130 is rotationally symmetric
It has two magnetic poles, sets the magnetic field strength at the center to zero, forms a quadrupole magnetic field that has a magnetic field distribution that increases in proportion to the distance from the center, and the optical focusing lens collects light. Similarly, it plays a role of focusing the electron beam in the radial direction.

【0010】これらの四重極電磁石130により、電子
ビームはビームダクト120内で、高真空に保たれた周
回軌道BL内から発散することなく、安定かつ優れたビ
ームクォリティで電子蓄積リング100に蓄積されるこ
とになる。なお、図6の電子蓄積リング100では、四
重極電磁石130を8個配置したものを示したが、コン
パクト化のために、直線部分を短くし、四重極電磁石を
2つだけ配置したタイプの電子蓄積リングも実用化され
ている。
By these quadrupole electromagnets 130, the electron beam is stored in the electron storage ring 100 with stable and excellent beam quality without diverging from the orbit BL maintained in a high vacuum in the beam duct 120. Will be done. Although the electron storage ring 100 shown in FIG. 6 has eight quadrupole electromagnets 130 arranged therein, a straight line portion is shortened for compactness, and only two quadrupole electromagnets are arranged. Electron storage rings have also been put to practical use.

【0011】一方、電子等の荷電粒子は加速作用を受け
ると電磁波を放出するという性質を有している。従っ
て、電子が偏向電磁石110A、110Bで曲げられる
と接線方向にシンクロトロン放射光(ynchrot
ron adiation:以下簡単に「SR」また
は、光の一種であること強調するために「SR光」とい
う場合がある。)といわれる電磁波を放出して、そのエ
ネルギーが減衰してしまう。
On the other hand, charged particles such as electrons have the property of emitting electromagnetic waves when subjected to an acceleration action. Therefore, the electron deflection electromagnets 110A, bendable when tangential to synchrotron radiation at 110B (S ynchrot
ron R diation: Hereinafter, it may be simply referred to as “SR” or “SR light” to emphasize that it is a kind of light. ), And the energy is attenuated.

【0012】そこで、このエネルギーロスを常時補完し
てやらなければ、電子ビームを所望のエネルギーで、安
定して周回軌道BL内に蓄積できないという問題があ
る。また、蓄積した電子ビームのエネルギーを増大させ
て、より高エネルギーで電子を蓄積し、多様な利用用途
に対応しなければならない場合もある。
Therefore, unless this energy loss is constantly compensated, there is a problem that the electron beam cannot be stably stored in the orbit BL with desired energy. In some cases, it is necessary to increase the energy of the stored electron beam to store electrons at a higher energy and to cope with various uses.

【0013】このように、蓄積した電子ビームにエネル
ギーを供給するのが、図6に示す高周波加速空胴140
である。高周波加速空胴140とは、簡単に説明する
と、高周波電力を投入し、電子が高周波加速空胴140
の加速ギャップに差し掛かった際に、丁度加速されるよ
うに高周波加速空胴140に発生する高周波電圧の位相
と電子の位置とをうまく同期させて、蓄積電子にエネル
ギーを供給するようにした装置である。
As described above, energy is supplied to the stored electron beam by the high-frequency accelerating cavity 140 shown in FIG.
It is. In brief, the high-frequency accelerating cavity 140 is a device to which high-frequency power is applied and electrons are emitted.
A device that synchronizes the phase of the high-frequency voltage generated in the high-frequency accelerating cavity 140 and the position of the electrons so as to be just accelerated when the acceleration gap approaches, and supplies energy to the stored electrons. is there.

【0014】電子が電子蓄積リング100内の周回軌道
BLを1周する間に、高周波加速空胴140に供給され
る高周波電圧が何回振動するか、その回数のことをハー
モニックナンバーという。
The number of times the high-frequency voltage supplied to the high-frequency accelerating cavity 140 vibrates while the electrons make one round of the orbit BL in the electron storage ring 100 is referred to as a harmonic number.

【0015】このハーモニックナンバーが整数となるよ
うに、周回軌道BLの長さと高周波加速空胴140にか
ける高周波の周波数を調節することにより、電子が高周
波加速空胴140を通過する毎にエネルギーを供給でき
るように工夫できる。これにより、電子のエネルギーの
ロスを補完したり、電子を入射後、所望のエネルギーに
まで電子を加速することが可能となる。
By adjusting the length of the orbit BL and the frequency of the high frequency applied to the high frequency accelerating cavity 140 so that the harmonic number becomes an integer, energy is supplied each time an electron passes through the high frequency accelerating cavity 140. Can be devised so that it can be done. This makes it possible to supplement the energy loss of the electrons or to accelerate the electrons to a desired energy after the electrons are incident.

【0016】以上の構成で、図6に示す電子蓄積リング
100による電子ビームの蓄積方法について総括的に説
明する。入射器により、所望のエネルギーにまで加速さ
れた電子ビームは、セプタム電磁石により電子蓄積リン
グ100の周回軌道BLに対してスムーズに入射させら
れる。
A method of accumulating the electron beam by the electron storage ring 100 shown in FIG. The electron beam accelerated to the desired energy by the injector is smoothly incident on the orbit BL of the electron storage ring 100 by the septum electromagnet.

【0017】その後、パーターベーター電磁石(図示せ
ず)により、入射直後に電子がセプタム電磁石と衝突し
て消滅してしまう事態を防止するために、入射軌道とい
われる入射時のみ変形した周回軌道を形成する。そし
て、電子群のエネルギー分散が減衰した後に、偏向電磁
石110A、110B及び四重極電磁石130により設
計された周回軌道BL内に、優れたビームクォリティで
安定して蓄積される。また、高周波加速空胴140によ
り、蓄積電子ビームのエネルギーロスを補充しながら一
定のエネルギーで蓄積したり、或いは、加速して所望の
エネルギーで蓄積するようにする。
Thereafter, in order to prevent a situation in which electrons collide with the septum electromagnet immediately after the incidence and disappear, a perturbation orbit deformed only at the time of incidence, called an incidence orbit, is formed by a part beta electromagnet (not shown). I do. After the energy dispersion of the electron group is attenuated, the electrons are stably accumulated with excellent beam quality in the orbit BL designed by the bending electromagnets 110A and 110B and the quadrupole electromagnet 130. Further, the high-frequency accelerating cavity 140 accumulates energy at a constant energy while supplementing the energy loss of the accumulated electron beam, or accelerates and accumulates at a desired energy.

【0018】ところで、上述したように、電子蓄積リン
グでは、偏向電磁石において電子がシンクロトロン放射
光(SR)を放出してエネルギーをロスしてしまい、こ
のことが蓄積できる電子ビームのエネルギーの上限を画
定する一つの原因になっていた。このSRによるエネル
ギーロスを小さくし、蓄積できる電子ビームのエネルギ
ーを増大させるために、偏向電磁石の曲率半径を大きく
し、巨大化した電子蓄積リングが開発されている。
By the way, as described above, in the electron storage ring, electrons are emitted from the bending electromagnet by emitting synchrotron radiation (SR) and energy is lost. This causes the upper limit of the energy of the electron beam that can be stored. It was one of the causes to define. In order to reduce the energy loss due to the SR and increase the energy of the electron beam that can be stored, a large electron storage ring has been developed by increasing the radius of curvature of the bending electromagnet.

【0019】一方、SRは、一定の水平面内に放出され
る極めて高輝度、高指向性の連続スペクトルの白色光で
あり、このSRを積極的に光源として利用しようとする
電子蓄積リングが開発されている。図6に示す電子蓄積
リング100は、主としてSR用光源として開発された
典型的な電子蓄積リングである。
On the other hand, SR is white light having a continuous spectrum with extremely high brightness and high directivity emitted in a certain horizontal plane. An electron storage ring has been developed to actively use this SR as a light source. ing. The electron storage ring 100 shown in FIG. 6 is a typical electron storage ring mainly developed as a light source for SR.

【0020】この電子蓄積リング100は、蓄積する電
子ビームの電流が大きく、強磁場で偏向電磁石の曲率半
径を小さくして、SRの臨界波長をX線領域まで短く
し、特に、X線リソグラフィー用の小型光源として使用
されることを目的としている。
The electron storage ring 100 has a large current of the electron beam to be stored, reduces the radius of curvature of the bending electromagnet in a strong magnetic field, shortens the critical wavelength of SR to the X-ray region, and is particularly suitable for X-ray lithography. It is intended to be used as a small light source.

【0021】次に、電子蓄積リングに挿入される挿入型
光源について補足説明を行う。挿入型光源とは、電子蓄
積リングの直線部分に挿入され、偏向により電子が放射
光を放出する性質をより積極的に利用して、磁場の作用
により電子を蛇行させたり、螺旋軌道を描かせたりし
て、偏向電磁石110A、110B部分よりも高輝度
で、円偏光等の特有の性質を有する光を発生させるため
の装置である。
Next, a supplementary explanation of the insertion type light source inserted into the electron storage ring will be given. An insertion-type light source is inserted into the linear part of the electron storage ring and makes use of the property of emitting electrons by deflection to make the electrons meander or draw a spiral orbit by the action of a magnetic field. This is an apparatus for generating light having higher brightness than the bending electromagnets 110A and 110B and having specific properties such as circularly polarized light.

【0022】図6において、90はウィグラーと呼ばれ
るこの挿入型光源の一種である。また、92はこのウィ
グラー90用の電源である。電子蓄積リング100の偏
向電磁石110A、110B部分で発生するSRの放射
光スペクトルは上述したように、遠赤外線から比較的硬
いX線領域まで連続した白色光であり、積分した放射パ
ワーは極めて高い。しかし、この偏向電磁石110A、
110B部分で発生するSRを狭い波長範囲を分光して
使おうとする場合は、必ずしも高輝度の光源とは言えな
い。
In FIG. 6, reference numeral 90 denotes one type of this insertion type light source called a wiggler. Reference numeral 92 denotes a power supply for the wiggler 90. As described above, the SR radiation spectrum generated at the bending electromagnets 110A and 110B of the electron storage ring 100 is white light continuous from far infrared rays to a relatively hard X-ray region, and the integrated radiation power is extremely high. However, this bending electromagnet 110A,
When the SR generated in the portion 110B is to be used by dispersing a narrow wavelength range, the light source is not necessarily a high-luminance light source.

【0023】そこで、図6及び図7に示すタイプの電子
蓄積リング100では、直線部分に、ウィグラー90を
挿入し、電子ビームを強制的に蛇行させて、より高輝
度、高エネルギーのSRを放射させて、そのSRを様々
な用途に利用できるように工夫されている。
Therefore, in the electron storage ring 100 of the type shown in FIGS. 6 and 7, the wiggler 90 is inserted into a straight line portion to forcibly meander the electron beam to radiate a SR of higher brightness and higher energy. The SR has been devised so that it can be used for various purposes.

【0024】このウィグラー90について、図7を用い
て説明する。図7は、ウィグラー90により電子ビーム
を大きく振動させる原理を説明するために、ウィグラー
90の偏向磁石90a〜90cを取り出して示した要部
斜視図である。
The wiggler 90 will be described with reference to FIG. FIG. 7 is an essential part perspective view showing the deflecting magnets 90a to 90c of the wiggler 90 in order to explain the principle of vibrating the electron beam largely by the wiggler 90.

【0025】図7に示すウィグラー90は、3つの偏向
磁石90a〜90cを交互に、極性を反転させて並べた
三極ウィグラーと呼ばれるもので、挿入型光源として
は、最も簡単な構成のものである。上述したように、電
子は、磁場中を進行するとローレンツ力の作用を受け
て、偏向されるので、このウィグラー90を電子蓄積リ
ング100の直線部分に挿入すると、蓄積電子は図6及
び図7に示すように、概ね、大きく一回振動する。な
お、ウィグラー90中での電子軌道BLのより詳細な説
明は後述する。
The wiggler 90 shown in FIG. 7 is called a three-pole wiggler in which three deflecting magnets 90a to 90c are alternately arranged with inverted polarities, and has the simplest configuration as an insertion type light source. is there. As described above, when the electrons travel in the magnetic field, they are deflected by the action of the Lorentz force. When the wiggler 90 is inserted into the linear portion of the electron storage ring 100, the stored electrons become as shown in FIGS. As shown, it vibrates roughly once. A more detailed description of the electron trajectory BL in the wiggler 90 will be described later.

【0026】この三極ウィグラー90の偏向磁石90a
〜90cは、中央の偏向磁石90bで大きく曲げられた
軌道を元に戻すために、反対の極性を有する偏向磁石9
0a、90cが前後に配置され、ウィグラー90の軸上
の磁場の積分値がゼロで、磁場分布が前後で対称になる
ように設計されている。
The deflection magnet 90a of the three-pole wiggler 90
To 90c are deflecting magnets 9 having opposite polarities in order to restore the orbit largely bent by the central deflecting magnet 90b.
0a and 90c are arranged before and after, so that the integrated value of the magnetic field on the axis of the wiggler 90 is zero and the magnetic field distribution is designed to be symmetrical in the front and rear.

【0027】これにより、設計軌道BLからウィグラー
90に入射した電子は、図6の平面図に示すように、一
回大きく振動した後に、ウィグラー90を出射しても再
び設計軌道BLに戻れるように設定されている。
As a result, as shown in the plan view of FIG. 6, the electrons that have entered the wiggler 90 from the design trajectory BL vibrate once, and then return to the design trajectory BL even after exiting the wiggler 90. Is set.

【0028】こうすることにより、電子はウィグラー9
0の磁場中で偏向され、接線方向にSR光を強制的に放
射させられる。また、図6及び図7に示すタイプのもの
は、磁場強度が増大すると電子が放出するSR光の波長
が短くなる性質を利用するために、励磁用コイルを液体
ヘリウム温度で冷却する超伝導電磁石を用いている。
By doing so, the electrons become wiggler 9
It is deflected in a magnetic field of 0, and forcibly emits SR light in a tangential direction. The type shown in FIGS. 6 and 7 is a superconducting electromagnet that cools an exciting coil at a liquid helium temperature in order to utilize the property that the wavelength of SR light emitted by electrons increases when the magnetic field intensity increases. Is used.

【0029】これにより、ウィグラー90により強磁場
を発生させた場合は、電子蓄積リング100の偏向電磁
石110A、110B部分で発生するSRよりも、高エ
ネルギー側にシフトしたスペクトルの白色光を得ること
が可能になる。従って、このようなウィグラー90を用
いることによりSRの利用用途を拡大することが可能に
なる。
Thus, when a strong magnetic field is generated by the wiggler 90, white light having a spectrum shifted to a higher energy side than SR generated at the bending electromagnets 110A and 110B of the electron storage ring 100 can be obtained. Will be possible. Therefore, by using such a wiggler 90, it is possible to expand the usage of SR.

【0030】なお、図6、図7に示したウィグラー90
は、上述したように、磁極数が3で、電子ビームを一回
だけ大きく振動させる3極ウィグラーである。しかし、
ウィグラーには、磁極数を増やして電子を複数回蛇行さ
せるタイプの多極ウィグラーがあり、この多極ウィグラ
ーを用いれば、SRは電子の進行方向に重ね合わされ、
強度を増大させることができる。
The wiggler 90 shown in FIGS.
Is a three-pole wiggler having three magnetic poles and vibrating the electron beam only once, as described above. But,
The wiggler includes a multipole wiggler of a type in which electrons are meandered more than once by increasing the number of magnetic poles. With this multipole wiggler, SR is superimposed in the traveling direction of electrons,
Strength can be increased.

【0031】また、図6、図7に示したものは、上述し
たように、強磁場を発生させるために超伝導電磁石を用
いたタイプのものであるが、挿入型光源の中には、常伝
導電磁石或いは永久磁石を用いたものもある。更に、磁
極数を多数とし、電子ビームを多数回蛇行させる、通常
はアンジュレーターと言われる挿入型光源を用いた電子
蓄積リングも実用に供されている。
6 and 7 are of the type using a superconducting electromagnet to generate a strong magnetic field, as described above. Some use conduction electromagnets or permanent magnets. Further, an electron storage ring using an insertion type light source, which is usually called an undulator, in which the number of magnetic poles is large and the electron beam meanders many times, has been put to practical use.

【0032】次に、図8乃至図10を用いて、高周波加
速空胴140及び高周波加速空胴に供給される高周波の
周波数を制御する高周波加速空胴の制御装置150の構
成について説明する。
Next, the configuration of the high-frequency acceleration cavity 140 and the control device 150 of the high-frequency acceleration cavity for controlling the frequency of the high frequency supplied to the high-frequency acceleration cavity will be described with reference to FIGS.

【0033】先ず、図8を用いて、高周波加速空胴の制
御装置150の構成について簡単に説明する。 図8
は、図6の電子蓄積リング100に用いている高周波加
速空胴140の周波数や供給電力等を制御する高周波加
速空胴の制御装置150の概略構成を示すブロック図で
ある。
First, the configuration of the control device 150 for the high-frequency acceleration cavity will be briefly described with reference to FIG. FIG.
FIG. 7 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a control device 150 for the high-frequency acceleration cavity 140 that controls the frequency, supply power, and the like of the high-frequency acceleration cavity 140 used in the electron storage ring 100 of FIG. 6.

【0034】図8に示すように、高周波加速空胴の制御
装置150は、所望の周波数の高周波を発生させる高周
波発信器152と、この高周波発信器152の高周波信
号の強度や位相を制御する高周波制御回路154と、高
周波発信器152からの高周波のパワーを増幅する高周
波増幅器156と、高周波増幅器156を保護するサー
キュレーター158と、方向性結合器159を備えた構
成である。
As shown in FIG. 8, the control device 150 for the high-frequency accelerating cavity includes a high-frequency oscillator 152 for generating a high frequency of a desired frequency, and a high-frequency oscillator for controlling the intensity and phase of the high-frequency signal of the high-frequency oscillator 152. The configuration includes a control circuit 154, a high-frequency amplifier 156 for amplifying high-frequency power from the high-frequency oscillator 152, a circulator 158 for protecting the high-frequency amplifier 156, and a directional coupler 159.

【0035】方向性結合器159は、高周波加速空胴1
40に供給されるパワーとこの高周波加速空胴140で
反射されるパワーをモニタリングするための装置ある。
これを用いると、この両者の情報から高周波加速空胴1
40と、高周波加速空胴140に供給される高周波電力
との同調の具合を計測できる。
The directional coupler 159 is a high-frequency accelerating cavity 1
There is an apparatus for monitoring the power supplied to the power 40 and the power reflected by the high-frequency acceleration cavity 140.
If this is used, the high frequency acceleration cavity 1
It is possible to measure the degree of synchronization between the high frequency power 40 and the high frequency power supplied to the high frequency acceleration cavity 140.

【0036】次に、高周波加速空胴140の構造につい
て、図9及び図10を用いて説明する。図9は、高周波
加速空胴140を電子ビームを蓄積するビームダクト1
20に取り付けた状態を示す縦断側面図である。また、
図10は、図9でAで示した部分の拡大縦断側面図であ
る。
Next, the structure of the high-frequency accelerating cavity 140 will be described with reference to FIGS. FIG. 9 shows a high-frequency accelerating cavity 140 formed in a beam duct 1 for accumulating an electron beam.
FIG. 4 is a longitudinal sectional side view showing a state where it is attached to the apparatus. Also,
FIG. 10 is an enlarged vertical sectional side view of a portion indicated by A in FIG.

【0037】高周波加速空胴140は、高周波電力の周
波数が、電子蓄積リング100を周回する電子の周回周
波数の整数倍となるように、高周波発信器152により
制御することにより、高周波の位相と電子の位置とをう
まく同調させて、電子にエネルギーを供給する装置であ
ることは上述した。
The high-frequency accelerating cavity 140 is controlled by the high-frequency oscillator 152 so that the frequency of the high-frequency power becomes an integral multiple of the circulating frequency of the electrons circulating in the electron storage ring 100, so that the high-frequency phase and the high-frequency power are controlled. As described above, the device supplies energy to the electrons by well tuning the position of the electron.

【0038】この高周波加速空胴140は、図9に示す
ように、増幅された高周波が供給されるカプラー144
と、高周波加速空胴140の共振周波数を調整するチュ
ーナー146と、空胴本体142と、図10の拡大図に
示すように、チューナー146と高周波加速空胴140
の側壁とを電気的に接続するために、この高周波加速空
胴140の空胴本体142の側壁に取り付けられるコン
タクトフィンガー148を備えた構成である。
As shown in FIG. 9, the high-frequency accelerating cavity 140 has a coupler 144 to which the amplified high-frequency is supplied.
, A tuner 146 for adjusting the resonance frequency of the high-frequency acceleration cavity 140, a cavity body 142, and, as shown in the enlarged view of FIG. 10, the tuner 146 and the high-frequency acceleration cavity 140.
And a contact finger 148 attached to the side wall of the cavity body 142 of the high-frequency accelerating cavity 140 in order to electrically connect the side wall of the high frequency accelerating cavity 140.

【0039】なお、図9において、141は高周波加速
空胴140の側壁に設けられたチューナーポート、14
5はカプラーポート、BLは高周波加速空胴140を通
過する電子ビームの周回軌道で、電子ビームは高真空に
保たれたビームダクト120内及び高周波加速空胴14
0内を矢印方向に進行する。
In FIG. 9, reference numeral 141 denotes a tuner port provided on the side wall of the high-frequency acceleration cavity 140;
5 is a coupler port, BL is a circular orbit of the electron beam passing through the high-frequency accelerating cavity 140, and the electron beam is in the beam duct 120 and a high-frequency accelerating cavity 14 maintained in a high vacuum.
It progresses in the direction of the arrow in 0.

【0040】ところで、高周波加速空胴140は所定の
周波数で、電子の周回と共振するように大きさや構造な
どが決められているが、実際は、熱による膨張や、蓄積
する電子の電流量によりこの共振周波数が微妙に変化し
てしまう。
The size and structure of the high-frequency accelerating cavity 140 are determined so as to resonate with the circulation of electrons at a predetermined frequency. The resonance frequency changes subtly.

【0041】この対策として、チューナー146を、コ
ンタクトフィンガー148を介して高周波加速空胴14
0の側壁と電気的に接触した状態でリモートコントロー
ルにより上下方向に移動させ(移動距離は概ね2cm程
度)、高周波加速空胴140の共振周波数の調節を行
う。
As a countermeasure, the tuner 146 is connected to the high-frequency accelerating cavity 14 through the contact finger 148.
In the state of being electrically in contact with the side wall of No. 0, it is moved vertically by a remote control (the moving distance is about 2 cm), and the resonance frequency of the high-frequency acceleration cavity 140 is adjusted.

【0042】チューナー146は、高周波加速空胴14
0の空胴本体142の側壁に貫通孔であるチューナーポ
ート141を形成し、そこに導体のブロックを挿入した
構成である。この挿入量を変えることにより、高周波加
速空胴140のインダクタンスを変化させる。そして、
高周波加速空胴140のインダクタンスを変化させるこ
とにより、高周波加速空胴140の周波数を、電子の周
回周波数に共振するように調節できるように工夫されて
いる。
The tuner 146 is a high-frequency accelerating cavity 14.
In this configuration, a tuner port 141, which is a through hole, is formed in the side wall of the cavity body 142 of No. 0, and a conductor block is inserted therein. By changing the insertion amount, the inductance of the high-frequency acceleration cavity 140 is changed. And
By changing the inductance of the high-frequency acceleration cavity 140, the frequency of the high-frequency acceleration cavity 140 is adjusted so as to resonate with the circulation frequency of the electrons.

【0043】[0043]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の高周波加速空胴の制御装置を用いて高周波加速空胴
の周波数を調整する方法では、高周波加速空胴に取り付
けたチューナーをコンタクトフィンガーを介して高周波
加速空胴の側壁と電気的に接触させながら機械的に操作
させていたために、以下のような問題があった。
In the above-described method of adjusting the frequency of the high-frequency accelerating cavity by using the conventional control device for the high-frequency accelerating cavity, the tuner attached to the high-frequency accelerating cavity is connected via the contact finger. As a result, mechanical operation is performed while making electrical contact with the side wall of the high-frequency accelerating cavity, causing the following problems.

【0044】先ず、高周波加速空胴の側壁に取り付けた
コンタクトフィンガーと電気的に接触させながらチュー
ナーを摺動させるので、チューナー及び周辺機器が機械
的な損傷を起こしやすい。 具体的に列挙すると、コン
タクトフィンガーの爪が折れ、チューナーとの間隙が生
じて放電が起きたり、空胴外に高周波電力が漏れたり、
チューナーがコンタクトフィンガーによって削り取られ
たり、或いは、チューナーにコンタクトフィンガーが食
い込んでチューナーが動かなくなる等である。
First, since the tuner is slid while making electrical contact with the contact fingers attached to the side walls of the high-frequency acceleration cavity, the tuner and peripheral devices are liable to be mechanically damaged. Specifically, the nail of the contact finger is broken, a gap occurs with the tuner, a discharge occurs, a high-frequency power leaks out of the cavity,
The tuner is scraped off by the contact finger, or the contact finger bites into the tuner and the tuner does not move.

【0045】また、ビームダクト内の真空が悪化する
と、ビームダクト内に発生するイオンの量が増大し、電
子ビームのビーム径が膨れ上がってビームクオリティが
悪くなったり、ビームがロスしたりしてしまう。従っ
て、高周波加速空胴内は高真空に保つ必要があり、チュ
ーナー取付部でリークが発生しないための工夫が必要で
あるが、チューナーには挿入量を調節するための駆動機
構が設けられているため、高真空を保つためには複雑な
構造を必要とする。
When the vacuum in the beam duct deteriorates, the amount of ions generated in the beam duct increases, and the beam diameter of the electron beam expands, thereby deteriorating the beam quality or losing the beam. I will. Therefore, it is necessary to maintain a high vacuum in the high-frequency accelerating cavity, and it is necessary to devise a method for preventing a leak from occurring at the tuner mounting portion. However, the tuner is provided with a drive mechanism for adjusting the insertion amount. Therefore, a complicated structure is required to maintain a high vacuum.

【0046】一方、高周波加速空胴のチューナーを操作
せずに、高周波電力と高周波加速空胴とを同調させる方
法もある。これは、図8に示す高周波発信器152とし
て、周波数可変機能を有するものを用いるようにし、高
周波電力の周波数の方を変えるようにする方法である。
このようにすると、構成が簡単である上に、高周波加速
空胴にチューナーを取り付けないですむというメリット
がある。
On the other hand, there is a method of synchronizing the high-frequency power and the high-frequency acceleration cavity without operating the tuner of the high-frequency acceleration cavity. This is a method in which the high-frequency oscillator 152 shown in FIG. 8 has a variable frequency function and changes the frequency of the high-frequency power.
This has the advantages that the configuration is simple and that no tuner needs to be attached to the high-frequency acceleration cavity.

【0047】しかし、高周波加速空胴に供給する高周波
電力の周波数を変えると、電子ビームの周回周波数は、
この高周波の周波数の整数分の1になるように連動して
変化する。このことは以下のような問題を発生させる。
However, when the frequency of the high-frequency power supplied to the high-frequency accelerating cavity is changed, the orbital frequency of the electron beam becomes
It changes in conjunction with this high frequency so as to be a fraction of an integer. This causes the following problems.

【0048】ところで、電子の周回周波数は、電子の速
度を、周回閉軌道長で除することにより算出される。一
方、相対性理論によると、いかなる物体も真空中の光速
度C0を超えることができない。
By the way, the orbital frequency of an electron is calculated by dividing the velocity of the electron by the orbital closed orbit length. Meanwhile, according to the theory of relativity can not any object than the light velocity C 0 in a vacuum.

【0049】図6に示すタイプの電子蓄積リング100
では、150MeVのエネルギーで電子を入射させ、最大
で700MeVのエネルギーまで加速させるように設計さ
れている。このような高エネルギー領域(電子の静止質
量は0.511MeV)では、電子の進行速度は、光速度
0で一定であるとして差し支えない。
An electron storage ring 100 of the type shown in FIG.
Is designed to make electrons incident at an energy of 150 MeV and accelerate up to an energy of 700 MeV at the maximum. In such a high energy region (electron rest mass is 0.511 MeV), no problem as a traveling speed of the electron is constant light speed C 0.

【0050】従って、電子の周回周波数が変化するとい
うことは、電子の周回閉軌道長が変化することを意味
し、電子の周回閉軌道長が変化するということは、電子
が設計軌道を外れて周回するということを意味する。こ
のとき、極端な場合、電子ビームがビームダクトに衝突
して消滅してしまう。また、放射光発生装置のように、
ビーム軌道に対して高い安定性が求められるような機器
に対しては、このように、電子ビームの周回軌道が設計
軌道を外れてしまうような制御方法は不適切であるとい
える。
Therefore, a change in the orbital frequency of an electron means a change in the closed orbital length of the electron, and a change in the closed orbital length of the electron means that the electron deviates from the design orbital. It means to go around. At this time, in an extreme case, the electron beam collides with the beam duct and disappears. Also, like a synchrotron radiation generator,
It can be said that a control method in which the orbit of the electron beam deviates from the design trajectory is inappropriate for a device that requires high stability with respect to the beam trajectory.

【0051】本発明は、上記課題を解決し、チューナー
を用いないで電子ビームの周回軌道を安定させる電子蓄
積リングにおける電子の周回周波数制御装置及び電子の
軌道補正方法を提供することを目的とする。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide an electron orbit frequency control device and an electron orbit correction method in an electron storage ring for stabilizing an orbit of an electron beam without using a tuner. .

【0052】[0052]

【課題を解決するための手段】本発明の電子蓄積リング
における電子の周回周波数制御装置は、請求項1に記載
のものでは、電子軌道を所望の偏向角で偏向する複数の
偏向電磁石と、所定の周波数で電子ビームにエネルギー
を供給する高周波加速空胴とを備え、電子(陽電子を含
む)ビームを周回軌道内に所望のエネルギーで蓄積する
ようにした電子蓄積リングにおいて、前記電子蓄積リン
グに挿入され、磁場の作用により電子軌道を強制的に変
化させて、放射光を放出させるようにした挿入型光源
と、この挿入型光源の磁場強度を制御する磁場強度制御
手段とを備え、前記挿入型光源の磁場強度を制御して、
この挿入型光源内の電子軌道を調整することにより、電
子蓄積リング内を周回する電子の周回周波数を調節する
構成とした。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an electron circulating frequency control device for an electron storage ring, comprising: a plurality of bending electromagnets for deflecting an electron trajectory at a desired deflection angle; A high-frequency accelerating cavity for supplying energy to the electron beam at a frequency of: and storing the electron (including positron) beam in the orbit at a desired energy in the orbit. An insertion-type light source that forcibly changes an electron trajectory by the action of a magnetic field to emit radiated light; and a magnetic-field-intensity control unit that controls a magnetic-field intensity of the insertion-type light source. By controlling the magnetic field strength of the light source,
By adjusting the electron trajectory in the insertion type light source, the circulating frequency of the electrons circulating in the electron storage ring is adjusted.

【0053】このように構成すると、挿入型光源の磁場
強度を調整することにより、挿入型光源を通過する際の
電子ビームの軌道を制御できるので、原理的に電子蓄積
リングにおける電子の周回軌道長のずれを吸収でき、そ
の結果、電子の周回周波数を調節することが可能にな
る。
With this configuration, the orbit of the electron beam when passing through the insertion type light source can be controlled by adjusting the magnetic field intensity of the insertion type light source. Can be absorbed, and as a result, the circulating frequency of electrons can be adjusted.

【0054】請求項2に記載の電子蓄積リングにおける
電子の周回周波数制御装置では、電子軌道を所望の偏向
角で偏向する複数の偏向電磁石と、所定の周波数で電子
ビームにエネルギーを供給する高周波加速空胴とを備
え、電子(陽電子を含む)ビームを周回軌道内に所望の
エネルギーで蓄積するようにした電子蓄積リングにおい
て、前記電子蓄積リングに挿入されるウィグラーと、前
記ウィグラーを励磁する励磁用電源と、前記励磁用電源
から供給される前記ウィグラーへの励磁電流量を制御す
る励磁電流量制御装置とを備え、前記ウィグラーの励磁
電流量を制御して、このウィグラー内の電子軌道を調整
することにより、電子蓄積リング内を周回する電子の周
回周波数を調節するように構成した。
According to a second aspect of the present invention, there is provided an electron circulating frequency control device for an electron storage ring, comprising: a plurality of bending electromagnets for deflecting an electron trajectory at a desired deflection angle; and a high-frequency acceleration for supplying energy to an electron beam at a predetermined frequency. A wiggler inserted into the electron storage ring, wherein the wiggler is used to excite the wiggler. A power supply, and an excitation current amount control device that controls an excitation current amount supplied to the wiggler from the excitation power supply, and controls an excitation current amount of the wiggler to adjust an electron trajectory in the wiggler. Thus, the circulating frequency of the electrons circulating in the electron storage ring is adjusted.

【0055】このように構成すると、ウィグラーの磁場
強度を制御することにより、ウィグラー内を通過する際
の電子軌道の長さを調節でき、この結果、電子蓄積リン
グの周回周波数を制御できる。
With this configuration, by controlling the magnetic field strength of the wiggler, the length of the electron orbit when passing through the wiggler can be adjusted, and as a result, the orbital frequency of the electron storage ring can be controlled.

【0056】請求項3に記載の電子蓄積リングにおける
電子の周回周波数制御装置では、電子ビームの軌道を検
出する電子軌道モニターを、上記電子蓄積リングの所定
位置に配置するように構成した。
According to a third aspect of the present invention, there is provided an apparatus for controlling the orbital frequency of electrons in an electron storage ring, wherein an electron trajectory monitor for detecting the trajectory of an electron beam is arranged at a predetermined position on the electron storage ring.

【0057】このように構成すると、電子ビームの軌道
をモニタリングしながら、ウィグラーの磁場を制御して
電子の周回周波数を調節できるので、制御精度を向上さ
せることができる。
With this configuration, the circulating frequency of the electrons can be adjusted by controlling the magnetic field of the wiggler while monitoring the trajectory of the electron beam, so that the control accuracy can be improved.

【0058】請求項4に記載の電子蓄積リングにおける
電子の周回周波数制御装置では、上記電子軌道モニター
により検出した電子ビームの位置に基づき、ウィグラー
の励磁電流量を算出する演算装置を備えた構成とした。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an apparatus for controlling an orbiting frequency of electrons in an electron storage ring, comprising an arithmetic unit for calculating an amount of exciting current of a wiggler based on a position of an electron beam detected by the electron trajectory monitor. did.

【0059】このように構成すると、電子ビームの検出
位置に基づいて、ウィグラーの励磁電流量を即座に算出
できるので、迅速な制御が可能となる。
With this configuration, the amount of excitation current for the wiggler can be immediately calculated based on the detection position of the electron beam, so that quick control is possible.

【0060】請求項5に記載の電子蓄積リングにおける
電子の周回周波数制御装置では、上記ウィグラーの励磁
電流量を算出する演算装置と、上記高周波加速空胴に周
波数設定値を送信する周波数設定装置とを具備した中央
制御装置を備えた構成とした。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an electron circulating frequency control device for an electron storage ring, comprising: an arithmetic device for calculating an amount of exciting current of the wiggler; and a frequency setting device for transmitting a frequency set value to the high-frequency accelerating cavity. And a central control device provided with

【0061】このような構成とすると、電子ビームの周
回周波数が高周波加速空胴の周波数と共振しなくなった
場合等で、電子ビームが設計軌道を外れて周回するよう
になっても、ほぼ自動的に電子ビームを設計軌道に修正
できるようになる。また、この中央制御装置を中央コン
トロールルーム等に配置することにより、リモートで電
子ビームの軌道を制御することが可能になる。
With such a configuration, even if the electron beam goes out of the design trajectory orbits when the orbiting frequency of the electron beam does not resonate with the frequency of the high-frequency accelerating cavity or the like, it is almost automatically generated. Then, the electron beam can be corrected to the design trajectory. Further, by disposing this central control device in a central control room or the like, it is possible to remotely control the trajectory of the electron beam.

【0062】請求項6に記載の電子蓄積リングにおける
電子の周回周波数制御装置では、上記ウィグラーとし
て、3極ウィグラーを用いるように構成した。
According to a sixth aspect of the present invention, in the electron circulating frequency control device in the electron storage ring, a three-pole wiggler is used as the wiggler.

【0063】このように、挿入型光源として3極ウィグ
ラーを用いると、電子軌道が最も単純であるので、軌道
計算が容易で、電子の周回周波数の制御が簡単に行え
る。
As described above, when a three-pole wiggler is used as the insertion type light source, the electron trajectory is the simplest, so that the trajectory calculation is easy and the control of the orbital frequency of the electrons can be easily performed.

【0064】請求項7に記載の電子の軌道補正方法で
は、高周波加速空胴と、この高周波加速空胴に供給する
高周波電力の共振周波数がずれた場合に、第1に、前記
高周波加速空胴と、この高周波加速空胴に供給する高周
波電力の周波数の変位量を検出し、第2に、前記高周波
加速空胴の周波数と、前記高周波電力の周波数との同調
が取れるように、この高周波加速空胴に供給する前記高
周波電力の周波数を変化させ、第3に、上記電子軌道モ
ニターにより電子ビームの位置を検出し、第4に、請求
項3乃至6のいずれかに記載の電子蓄積リングにおける
電子の周回周波数制御装置によりウィグラーの励磁電流
量の設定を変化させて、電子ビームが設計軌道を通るよ
うに調整するようにした。
In the electron trajectory correcting method according to the present invention, when the resonance frequency of the high-frequency acceleration cavity and the high-frequency power supplied to the high-frequency acceleration cavity deviate, first, the high-frequency acceleration cavity Second, the amount of displacement of the frequency of the high-frequency power supplied to the high-frequency acceleration cavity is detected, and secondly, the high-frequency acceleration is adjusted so that the frequency of the high-frequency acceleration cavity can be synchronized with the frequency of the high-frequency power. The frequency of the high-frequency power supplied to the cavity is changed, thirdly, the position of the electron beam is detected by the electron trajectory monitor, and fourthly, in the electron storage ring according to any one of claims 3 to 6, The setting of the amount of exciting current of the wiggler is changed by the circulating frequency control device of the electron so as to adjust the electron beam so as to pass through the design trajectory.

【0065】このように構成すれば、高周波加速空胴
と、高周波加速空胴に供給する高周波電力の共振周波数
がずれた場合でも、チューナーを用いることなく、電子
軌道を補正できる。また、チューナーを用いないで済む
ので、高周波加速空胴にチューナーを取り付けないもの
を使用することができ、この結果、高周波加速空胴の構
造を簡単にする事が可能となり、メンテナンスの労力も
軽減させることができる。
With this configuration, even when the resonance frequency of the high-frequency acceleration cavity is shifted from that of the high-frequency power supplied to the high-frequency acceleration cavity, the electron trajectory can be corrected without using a tuner. In addition, since no tuner is required, it is possible to use a high-frequency acceleration cavity without a tuner, and as a result, it is possible to simplify the structure of the high-frequency acceleration cavity and reduce maintenance work. Can be done.

【0066】[0066]

【発明の実施の形態】本発明の電子蓄積リングにおける
電子の周回周波数制御装置(以下、簡単のために「周回
周波数制御装置」とのみいう場合がある。)及び、電子
の軌道補正方法(以下、同様に「補正方法」とのみいう
場合がある。)の一実施の形態について説明する。な
お、理解の便宜を図るために次の手順にて説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An orbiting frequency control device for an electron in an electron storage ring according to the present invention (hereinafter sometimes referred to simply as a "circulating frequency control device" for simplicity) and an electron orbit correction method (hereinafter referred to as an orbital correction method). Similarly, there may be a case where only the “correction method” is used.) An embodiment will be described. The following procedure will be used to facilitate understanding.

【0067】先ず、本発明の周回周波数制御装置の理解
の準備のために、本発明の概要を説明する。次に、本発
明の周回周波数制御装置の基本構成を説明し、更に、本
発明の周回周波数制御装置の基本動作を説明する。最後
に、本発明の周回周波数制御装置を用いた電子の軌道補
正方法についての説明を行う。
First, an outline of the present invention will be described in preparation for understanding the orbiting frequency control device of the present invention. Next, the basic configuration of the circulating frequency control device of the present invention will be described, and further, the basic operation of the circulating frequency control device of the present invention will be described. Lastly, a description will be given of a method of correcting an electron trajectory using the orbiting frequency control device of the present invention.

【0068】先ず、上記した手順通り、本発明の電子蓄
積リングにおける電子の周回周波数制御装置の概要を、
図4を参照して説明する。図4は、ウィグラーの磁場強
度、電子軌道の変位と、電子のウィグラー中の走行距離
との関係を示す特性図である。同図において、ウィグラ
ーの磁場強度B(T)は連続曲線で、電子軌道の変位
(mm)は破線で示してある。
First, according to the above-described procedure, an outline of the orbiting frequency control device for electrons in the electron storage ring of the present invention will be described.
This will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the magnetic field strength of the wiggler, the displacement of the electron trajectory, and the traveling distance of the electron during the wiggler. In the figure, the magnetic field strength B (T) of the wiggler is shown by a continuous curve, and the displacement (mm) of the electron orbit is shown by a broken line.

【0069】上述したように、様々な要因で高周波加速
空胴と、この高周波加速空胴に供給される高周波電力の
周波数が合わなくなり、同調を取る必要が生じた場合
は、図8に示した高周波発信器152の周波数を変える
ことにより行う。このときに、電子の周回周波数が変化
し、電子の周回軌道長が変化して、電子が設計軌道を外
れて周回するようになり、ビームクォリティが低下する
等の様々な問題が発生することは、前述した。
As described above, when the frequency of the high-frequency accelerating cavity and the frequency of the high-frequency power supplied to this high-frequency accelerating cavity become inconsistent due to various factors, and it is necessary to tune, FIG. This is performed by changing the frequency of the high-frequency oscillator 152. At this time, the orbital frequency of the electrons changes, the orbital length of the electrons changes, the electrons orbit around the design orbit, and various problems such as a decrease in beam quality occur. As described above.

【0070】一方、電子蓄積リングに挿入される挿入型
光源は、磁場の作用により電子に所望の軌道を描かせ
て、偏向電磁石部分よりも高輝度で、特有の性質を有す
る光を発生させるための装置である。従って、この挿入
型光源の磁場強度を制御する手段があれば、挿入型光源
内における電子の軌道を変化させることができるので、
電子の周回軌道長の変位を吸収させるように工夫するこ
とも可能である。
On the other hand, the insertion type light source inserted into the electron storage ring causes electrons to draw a desired trajectory by the action of a magnetic field, and generates light having higher luminance and specific characteristics than the bending electromagnet portion. Device. Therefore, if there is a means for controlling the magnetic field strength of the insertion type light source, it is possible to change the trajectory of electrons in the insertion type light source,
It is also possible to devise to absorb the displacement of the orbital length of the electrons.

【0071】例えば、この挿入型光源として、超伝導3
極ウィグラーを用いたとすると、図4に、その精確な電
子の軌道の変位を示すように、このウィグラーに入射し
た電子は、第1の磁極により緩やかに正の方向に振ら
れ、次に、第2の磁極により大きく正の方向に振られ、
第3の磁極により負の方向に緩やかに振られて、電子蓄
積リングの設計軌道に出射するように工夫されている。
For example, as the insertion type light source, a superconducting 3
Assuming that a polar wiggler is used, the electron incident on the wiggler is gently swung in the positive direction by the first magnetic pole, as shown in FIG. It is greatly swung in the positive direction by the two magnetic poles,
The third magnetic pole is designed to be gently swung in the negative direction and emitted to the designed orbit of the electron storage ring.

【0072】このときの電子の振幅は、ウィグラーの磁
場強度によって変化するので、ウィグラーに供給される
励磁電流量を調節することにより、ウィグラーを通過す
る際の電子の軌道長を調整することができる。即ち、こ
のことは、ウィグラーの励磁電流量を調節することによ
り、電子の周回軌道長を変化させて、電子の周回周波数
を制御することが可能であることを意味している。
Since the amplitude of the electrons at this time changes depending on the magnetic field strength of the wiggler, the orbital length of the electrons passing through the wiggler can be adjusted by adjusting the amount of the excitation current supplied to the wiggler. . In other words, this means that by adjusting the amount of exciting current of the wiggler, the orbital length of the electrons can be changed to control the orbital frequency of the electrons.

【0073】つまり、本発明の電子蓄積リングにおける
電子の周回周波数制御装置の基本理念は、高周波加速空
胴とこの高周波加速空胴に供給される高周波電力の同調
を取る必要が生じた場合等に生じる電子の周回軌道長の
変化を、ウィグラー等の挿入型光源の磁場強度を制御す
ることにより、吸収させようとするものである。
That is, the basic principle of the device for controlling the orbital frequency of electrons in the electron storage ring of the present invention is that the high-frequency accelerating cavity and the high-frequency power supplied to the high-frequency accelerating cavity need to be synchronized. The change in the orbital length of the generated electrons is intended to be absorbed by controlling the magnetic field strength of an insertion type light source such as a wiggler.

【0074】次に、本発明の電子蓄積リングにおける電
子の周回周波数制御装置の基本構成を図1及び図2を用
いて説明する。図1は、本発明の電子蓄積リングにおけ
る電子の周回周波数制御装置の構成を示すブロック図で
ある。図2は、本発明の電子蓄積リングにおける電子の
周回周波数制御装置の主要構成の配置を示す平面図であ
る。
Next, the basic configuration of the electron circulating frequency control device in the electron storage ring of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an orbiting frequency control device for electrons in an electron storage ring according to the present invention. FIG. 2 is a plan view showing the arrangement of the main components of the orbiting frequency control device for electrons in the electron storage ring of the present invention.

【0075】図1に示すように、本発明の周回周波数制
御装置10は、先ず、ウィグラー90、このウィグラー
90を励磁する励磁用電源92、この励磁用電源92が
ウィグラー90に供給する励磁電流量を制御する励磁電
流量制御装置94を備えている。これらの装置により、
少なくとも、原理的には電子の周回周波数を制御するこ
とが可能となる。
As shown in FIG. 1, the orbiting frequency control device 10 of the present invention comprises a wiggler 90, an excitation power supply 92 for exciting the wiggler 90, and an excitation current amount supplied to the wiggler 90 by the excitation power supply 92. Is provided with an excitation current amount control device 94 for controlling the current. With these devices,
At least in principle, it is possible to control the orbital frequency of the electrons.

【0076】また、本発明の周回周波数制御装置10
は、本実施の形態のものでは、図2の平面図に示すよう
に、電子ビームの軌道を検出する電子軌道モニター30
A、30Bを備えている。これらの電子軌道モニター3
0A、30Bは、図2に示すように、電子が偏向電磁石
110A、110Bにおいて、制動放射の形で周回軌道
の接線方向に放射するSR光を検出することにより、電
子ビームが実際に周回している軌道を検出するものであ
る。また、これらの電子軌道モニター30A、30Bを
用いれば、以下の手順により、電子の周回周波数のずれ
を概算することも可能である。
Further, the circulating frequency control device 10 of the present invention
In the embodiment, as shown in the plan view of FIG. 2, an electron trajectory monitor 30 for detecting the trajectory of the electron beam
A, 30B. These electron orbit monitors 3
2A, the electron beam actually circulates by detecting SR light emitted from the bending electromagnets 110A and 110B in the tangential direction of the orbit in the form of bremsstrahlung, as shown in FIG. This is to detect the trajectory that exists. If these electron trajectory monitors 30A and 30B are used, it is also possible to roughly estimate the deviation of the orbital frequency of electrons by the following procedure.

【0077】上述したように、電子蓄積リング100に
蓄積されている電子の速度は、電子が蓄積されているエ
ネルギー領域では、一定値の光速度C0と考えて差し支
えない。従って、電子の周回周波数は、電子が実際に周
回している周回軌道長で定められるとして良い。
As described above, the speed of the electrons stored in the electron storage ring 100 may be considered to be a constant value of the light speed C 0 in the energy region where the electrons are stored. Therefore, the orbital frequency of the electron may be determined by the orbital length of the orbital electron actually orbiting.

【0078】一方、電子の周回軌道の軌道長は、偏向電
磁石110A、110Bにおける軌道長と、対向配置さ
れた偏向電磁石110A、110B間の直線部における
軌道長の総和によって求められる。直線部においては、
電子は、ウィグラー90内を通過する場合を除き、ほぼ
直進する。従って、直線部での軌道長は、ウィグラー9
0の磁場強度を変化させない場合では不変と考えて良
い。
On the other hand, the orbital length of the electron orbit is determined by the sum of the orbital lengths of the bending electromagnets 110A and 110B and the orbital length of the linear portion between the opposed bending electromagnets 110A and 110B. In the straight section,
The electrons travel substantially straight, except when passing through the wiggler 90. Therefore, the trajectory length in the straight line portion is wiggler 9
If the magnetic field strength of 0 is not changed, it can be considered as unchanged.

【0079】従って、電子の周回軌道の軌道長の変位
は、偏向電磁石110A、110Bにおいて顕著に現
れ、また、偏向電磁石110A、110B内の電子軌道
は円弧軌道であることから、電子軌道モニター30A、
30Bを用い、この軌道の曲率半径を検出することによ
り、電子の周回軌道の軌道長を概算できることになる。
Accordingly, the displacement of the orbital length of the orbit of the electrons is remarkably exhibited in the bending electromagnets 110A and 110B, and the electron orbits in the bending electromagnets 110A and 110B are circular orbits.
By using 30B and detecting the radius of curvature of this orbit, the orbit length of the orbit of the electron can be roughly estimated.

【0080】また、本実施の形態における周回周波数制
御装置10は、電子軌道モニター30A、30Bにより
検出した電子ビームの位置に基づき、ウィグラー90の
励磁電流量を算出する演算装置20aと、図8に示す高
周波加速空胴の制御装置150の高周波発信器152
に、周波数設定値を与える周波数設定装置20bとを具
備した中央制御装置20を備えた構成とした。以上が本
発明の周回周波数制御装置10の基本構成であり、中央
制御装置20の役割については追って説明する。
Further, the orbiting frequency control device 10 according to the present embodiment includes an arithmetic device 20a for calculating the amount of exciting current of the wiggler 90 based on the positions of the electron beams detected by the electron trajectory monitors 30A and 30B, and FIG. High-frequency transmitter 152 of control device 150 for high-frequency acceleration cavity shown
And a central control device 20 having a frequency setting device 20b for giving a frequency setting value. The above is the basic configuration of the orbiting frequency control device 10 of the present invention, and the role of the central control device 20 will be described later.

【0081】次に、上記した手順通り、本発明の電子蓄
積リングにおける電子の周回周波数制御装置10の基本
動作を図1及び図2を用い、図5を参照して説明する。
図5は、ウィグラーの磁場強度と電子ビームの周回周波
数の変位量との関係を示す特性図である。なお、この特
性曲線は、図2に示す電子蓄積リング100を運転条件
(周長22m、高周波加速空胴の周波数191.244
MHz)で作動させた場合におけるウィグラー90の磁場
強度(T)と、電子の周回周波数の変位(kHz)の関係
を表している。
Next, the basic operation of the electron circulating frequency control device 10 in the electron storage ring according to the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the magnetic field strength of the wiggler and the displacement of the orbital frequency of the electron beam. Note that this characteristic curve indicates that the electron storage ring 100 shown in FIG. 2 was operated under the operating conditions (perimeter 22 m, frequency 191.244 of the high-frequency accelerating cavity).
2 shows the relationship between the magnetic field strength (T) of the wiggler 90 and the displacement (kHz) of the orbital frequency of the electrons when operated at (MHz).

【0082】先ず、電子軌道モニター30A、30Bに
より、電子の周回軌道長が変位したことを検知すると、
この検出した電子の軌道データが、中央制御装置20の
演算装置20aに転送されてくる。
First, when the electron orbit monitors 30A and 30B detect that the orbital length of the electron has been displaced,
The detected electron trajectory data is transferred to the arithmetic unit 20a of the central control unit 20.

【0083】演算装置20aでは、上述した手順により
電子ビームの周回軌道長を算出し、そして、電子の周回
周波数の変位量を算出する。また、図5に特性曲線に示
すように、ウィグラー90の磁場強度と電子ビームの周
回周波数の変位量との関係が、演算装置20aに記憶さ
れているので、即座に、ウィグラー90の磁場強度とそ
の励磁電流量を計算できる。そして、図1に示すよう
に、中央制御装置20からウィグラー90の励磁電流量
制御装置94に電流値設定信号が送信される。
The arithmetic unit 20a calculates the orbital length of the electron beam according to the above-described procedure, and calculates the displacement of the orbital frequency of the electrons. Further, as shown by the characteristic curve in FIG. 5, since the relationship between the magnetic field strength of the wiggler 90 and the displacement of the circling frequency of the electron beam is stored in the arithmetic unit 20a, the magnetic field strength of the wiggler 90 and the The amount of the exciting current can be calculated. Then, as shown in FIG. 1, the current value setting signal is transmitted from the central control device 20 to the excitation current amount control device 94 of the wiggler 90.

【0084】このように、ウィグラー90の磁場強度を
制御すると、電子ビームの周回周波数の変位量が、ウィ
グラー90に吸収され、電子軌道は概ね設計軌道BLに
補正される。また、電子軌道モニター30A、30Bに
より電子ビームの軌道のモニタリングを継続し、ウィグ
ラー90の励磁電流量の微調整をすれば、電子軌道を精
確に、図2に示す設計軌道BLに補正することができ
る。
As described above, when the magnetic field strength of the wiggler 90 is controlled, the displacement of the orbital frequency of the electron beam is absorbed by the wiggler 90, and the electron trajectory is substantially corrected to the design trajectory BL. In addition, by continuing to monitor the electron beam trajectory by the electron trajectory monitors 30A and 30B and finely adjusting the amount of exciting current of the wiggler 90, the electron trajectory can be accurately corrected to the design trajectory BL shown in FIG. it can.

【0085】次に、上述した手順通り、本発明の電子蓄
積リングにおける電子の周回周波数制御装置10を用い
て、電子ビームの軌道を補正する方法について、図3を
用い、図1及び図2を参照して説明する。図3は、本発
明の電子蓄積リングにおける電子の周回周波数制御装置
を用いて、電子の周回周波数を制御する方法を説明する
ためのフローチャートである。
Next, a method of correcting the trajectory of an electron beam by using the orbiting frequency control device 10 for electrons in the electron storage ring according to the present invention as shown in FIG. It will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a flowchart for explaining a method of controlling the circulating frequency of electrons by using the circulating frequency control device for electrons in the electron storage ring of the present invention.

【0086】上記した種々の原因により、図2に示す高
周波加速空胴140の共振周波数がずれた場合に、図3
に示すように、先ず、高周波加速空胴140の周波数と
高周波加速空胴140に供給する高周波電力の周波数と
の同調を開始する(ST1)。
When the resonance frequency of the high-frequency accelerating cavity 140 shown in FIG. 2 is deviated due to the various causes described above, FIG.
As shown in (1), first, the tuning of the frequency of the high-frequency acceleration cavity 140 and the frequency of the high-frequency power supplied to the high-frequency acceleration cavity 140 is started (ST1).

【0087】次に、上述したように、図8に示す方向性
結合器159からの信号により、高周波加速空胴140
の周波数と高周波加速空胴140に供給する高周波電力
の周波数との周波数のずれを検出し(ST2)、中央制
御装置20の周波数設定装置20bから、高周波発信器
152にその検出されたずれに基づいて算出した周波数
設定値を与えて、高周波発信器152の周波数を変化さ
せる(ST3)。
Next, as described above, the signal from the directional coupler 159 shown in FIG.
And the frequency of the high-frequency power supplied to the high-frequency accelerating cavity 140 is detected (ST2), and based on the detected deviation from the frequency setting device 20b of the central control device 20 to the high-frequency transmitter 152. The frequency of the high-frequency oscillator 152 is changed by giving the calculated frequency setting value (ST3).

【0088】そして、実際に、方向性結合器159で、
高周波加速空胴150の周波数と高周波電力の周波数が
同調できたかどうかを検出する(ST4)。ここで、同
調していないと判断した場合は、中央制御装置20の周
波数設定装置20bで再び高周波発信器152の周波数
設定値を変えて(ST3)、同調できるまで繰り返す。
Then, actually, in the directional coupler 159,
It is detected whether the frequency of the high-frequency accelerating cavity 150 and the frequency of the high-frequency power have been synchronized (ST4). Here, if it is determined that the tuning is not performed, the frequency setting device 20b of the central control device 20 changes the frequency setting value of the high-frequency oscillator 152 again (ST3), and repeats until tuning can be performed.

【0089】一方、ST4で同調が取れたと判断した場
合は、ST5に進み、電子の周回周波数のずれの補正を
開始する。この電子の周回周波数のずれは、上述した本
発明の周回周波数制御装置10の基本動作の説明に記載
した方法で行われる。従って、説明は一部重複するが、
図3のフローチャートに沿って簡単に説明する。
On the other hand, if it is determined in step ST4 that the tuning has been achieved, the process proceeds to step ST5 to start correcting the deviation of the circulation frequency of the electrons. The deviation of the circulation frequency of the electrons is performed by the method described in the description of the basic operation of the circulation frequency control device 10 of the present invention described above. Therefore, although the description partially overlaps,
This will be briefly described with reference to the flowchart of FIG.

【0090】電子の周回周波数のずれを補正するには、
先ず、図2に示すように所定位置に配置したビーム軌道
モニター30A、30Bにより、SR光を検出すること
により、実際に電子が周回している軌道を検知する。
To correct the deviation of the orbital frequency of electrons,
First, as shown in FIG. 2, the beam trajectory monitors 30A and 30B arranged at predetermined positions detect SR light, thereby detecting the trajectory in which electrons actually orbit.

【0091】次に、電子軌道モニター30A、30Bで
モニタリングをして、電子ビームが設計軌道BL上にあ
るか否かの判断を行う(ST6)。そして、設計軌道B
L上にない場合は、ST7でウィグラー90の励磁電流
量の設定を変え、上記で詳述した方法により、電子ビー
ムが設計軌道を周回するようになるまで調整する(ST
7)。
Next, monitoring is performed by the electron trajectory monitors 30A and 30B to determine whether or not the electron beam is on the design trajectory BL (ST6). And the design trajectory B
If not, the setting of the exciting current amount of the wiggler 90 is changed in ST7, and adjustment is performed by the method described above until the electron beam orbits the design trajectory (ST).
7).

【0092】そして、ビーム軌道が設計軌道BL上を周
回することがビーム軌道モニター30A、30Bモニタ
ーにより確認できると、本発明の電子蓄積リングにおけ
る電子の周回周波数制御装置10による電子の軌道の補
正が完了する(ST8)。
When it is confirmed by the beam trajectory monitors 30A and 30B that the beam trajectory orbits on the design trajectory BL, the correction of the electron trajectory by the electron circulating frequency control device 10 in the electron storage ring of the present invention is performed. Complete (ST8).

【0093】従って、以上のような補正方法を用いれ
ば、高周波加速空胴140の周波数と高周波電力の周波
数との同調を取る際に生じる電子の周回周波数のずれを
ウィグラー90の励磁電流量を調整することにより吸収
でき、電子を設計軌道BL上を周回するように補正でき
る。
Therefore, by using the above-described correction method, the deviation of the orbital frequency of the electrons caused when the frequency of the high-frequency accelerating cavity 140 is synchronized with the frequency of the high-frequency power is adjusted by adjusting the amount of the exciting current of the wiggler 90. By doing so, the electrons can be corrected so that the electrons orbit around the design trajectory BL.

【0094】本発明の電子蓄積リングにおける電子の周
回周波数制御装置は上記実施の形態に限定されず種々の
変更が可能である。先ず、上記実施の形態では、挿入型
光源として超伝導3極ウィグラーを用いた例で説明し
た。これは、強磁場を発生させて高エネルギー領域の光
を放出させる目的と、電子ビームの軌道が最も簡単であ
るからである。しかし、本発明の要旨は、挿入型光源の
磁場強度を調整して電子ビームの周回周波数を制御する
ことである。従って、磁場強度を制御できる手段を備え
た挿入型光源であれば達成可能であり、本発明は挿入型
光源として超伝導3極ウィグラーに限定されるものでは
ないのは勿論のことである。
The device for controlling the orbital frequency of electrons in the electron storage ring of the present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be variously modified. First, in the above embodiment, an example in which a superconducting triode wiggler is used as an insertion type light source has been described. This is because the purpose of generating a strong magnetic field to emit light in a high energy region and the trajectory of an electron beam are the simplest. However, the gist of the present invention is to adjust the magnetic field strength of the insertion type light source to control the circulating frequency of the electron beam. Therefore, the present invention can be achieved by an insertion type light source provided with means capable of controlling the magnetic field intensity, and the present invention is not limited to a superconducting triode wiggler as an insertion type light source.

【0095】また、上記実施の形態では、電子ビームの
軌道モニターとして、電子が放射するSR光を測定し
て、電子の軌道を検出するもので説明したが、これを他
の形態の軌道モニター、例えば、ボタン型のビームモニ
ターとしても良い。更に、高周波加速空胴にチューナー
を設けなくても良いが、本発明装置をチューナーを設け
た高周波加速空胴を用いた電子蓄積リングに適用できる
のは当然のことである。
In the above embodiment, the orbit monitor of the electron beam has been described by measuring the SR light emitted from the electron and detecting the orbit of the electron. For example, a button-type beam monitor may be used. Further, the tuner may not be provided in the high-frequency accelerating cavity. However, it is natural that the present invention can be applied to an electron storage ring using the high-frequency accelerating cavity having the tuner.

【0096】また、上記実施の形態では、本発明の電子
蓄積リングにおける電子の周回周波数制御装置を、高周
波加速空胴と高周波電力の同調を取る際に生じる電子の
周回周波数のずれを補正する場合に使用する想定で説明
を行ったが、他の要因でかかる事態が発生した場合に使
用しても良いのは言うまでもない。
In the above-described embodiment, the circulating frequency control device for the electron in the electron storage ring according to the present invention is used to correct the deviation of the circulating frequency of the electrons caused when the high-frequency accelerating cavity is synchronized with the high-frequency power. Although the description has been made on the assumption that it is used, it goes without saying that it may be used when such a situation occurs due to other factors.

【0097】[0097]

【発明の効果】本発明の電子蓄積リングにおける電子の
周回周波数制御装置は上述のように構成したために以下
のような優れた効果を有する。 (1)請求項1に記載したように、電子蓄積リングにお
いて、この電子蓄積リングに挿入され、磁場の作用によ
り電子軌道を強制的に変化させて、放射光を放出させる
ようにした挿入型光源と、この挿入型光源の磁場強度を
制御する磁場強度制御手段とを備え、挿入型光源の磁場
強度を制御して、この挿入型光源内の電子軌道を調整す
ることにより、電子蓄積リング内を周回する電子の周回
周波数を調節する構成とすると、挿入型光源の磁場強度
を調整することにより、挿入型光源を通過する際の電子
ビームの軌道を制御できるので、原理的に電子蓄積リン
グにおける電子の周回軌道長のずれを吸収でき、その結
果、電子の周回周波数を調節することが可能になる。
The circulating frequency control device for electrons in the electron storage ring according to the present invention has the following excellent effects because it is configured as described above. (1) As described in claim 1, in an electron storage ring, an insertion type light source inserted into the electron storage ring and forcibly changing an electron trajectory by the action of a magnetic field to emit radiated light. And a magnetic field intensity control means for controlling the magnetic field intensity of the insertion type light source. By controlling the magnetic field intensity of the insertion type light source and adjusting the electron trajectory in the insertion type light source, the inside of the electron storage ring is controlled. If the configuration is such that the circulating frequency of the circulating electrons is adjusted, the trajectory of the electron beam when passing through the insertion type light source can be controlled by adjusting the magnetic field strength of the insertion type light source. Can be absorbed, and as a result, the orbital frequency of electrons can be adjusted.

【0098】(2)請求項2に記載したように、電子蓄
積リングにおいて、この電子蓄積リングに挿入されるウ
ィグラーと、ウィグラーを励磁する励磁用電源と、励磁
用電源から供給されるウィグラーへの励磁電流量を制御
する励磁電流量制御装置とを備え、ウィグラーの励磁電
流量を制御して、このウィグラー内の電子軌道を調整す
ることにより、電子蓄積リング内を周回する電子の周回
周波数を調節するように構成すると、ウィグラーの磁場
強度を制御することにより、ウィグラー内を通過する際
の電子軌道の長さを調節でき、この結果、電子蓄積リン
グの周回周波数を制御できる。
(2) As described in claim 2, in the electron storage ring, a wiggler inserted into the electron storage ring, an excitation power supply for exciting the wiggler, and a wiggler supplied from the excitation power supply are supplied to the wiggler. An exciting current amount control device for controlling the amount of exciting current, and controlling the amount of exciting current of the wiggler to adjust the electron trajectory in the wiggler, thereby adjusting the circulating frequency of the electrons circulating in the electron storage ring. With this configuration, the length of the electron orbit when passing through the wiggler can be adjusted by controlling the magnetic field strength of the wiggler, and as a result, the orbital frequency of the electron storage ring can be controlled.

【0099】(3)請求項3に記載したように、電子ビ
ームの軌道を検出する電子軌道モニターを、上記電子蓄
積リングの所定位置に配置するように構成すると、電子
ビームの軌道をモニタリングしながら、ウィグラーの磁
場を制御して電子の周回周波数を調節できるので、制御
精度を向上させることができる。
(3) When the electron trajectory monitor for detecting the trajectory of the electron beam is arranged at a predetermined position on the electron storage ring, the trajectory of the electron beam can be monitored. Since the circling frequency of electrons can be adjusted by controlling the magnetic field of the wiggler, the control accuracy can be improved.

【0100】(4)請求項4に記載したように、電子軌
道モニターにより検出した電子ビームの位置に基づき、
ウィグラーの励磁電流量を算出する演算装置を備えた構
成とすると、電子ビームの検出位置に基づいて、ウィグ
ラーの励磁電流量を即座に算出できるので、迅速な制御
が可能となる。
(4) As described in claim 4, based on the position of the electron beam detected by the electron trajectory monitor,
With a configuration including an arithmetic unit that calculates the amount of excitation current of the wiggler, the amount of excitation current of the wiggler can be calculated immediately based on the detection position of the electron beam, so that quick control becomes possible.

【0101】(5)請求項5に記載したように、ウィグ
ラーの励磁電流量を算出する演算装置と、高周波加速空
胴に周波数設定値を送信する周波数設定装置とを具備し
た中央制御装置を備えた構成とすると、電子ビームの周
回周波数が高周波加速空胴の周波数と共振しなくなった
場合等で、電子ビームが設計軌道を外れて周回するよう
になっても、ほぼ自動的に電子ビームを設計軌道に修正
できるようになる。 (6)また、この中央制御装置を中央コントロールルー
ム等に配置することにより、リモートで電子ビームの軌
道を制御することが可能になる。
(5) As described in claim 5, a central control device is provided with a computing device for calculating the amount of exciting current of the wiggler and a frequency setting device for transmitting a frequency setting value to the high-frequency acceleration cavity. With this configuration, the electron beam can be designed almost automatically even if the electron beam goes out of the design trajectory when the circulating frequency of the electron beam does not resonate with the frequency of the high-frequency accelerating cavity. You will be able to correct it to orbit. (6) Further, by disposing the central control device in a central control room or the like, it is possible to remotely control the trajectory of the electron beam.

【0102】(7)請求項6に記載したように、ウィグ
ラーとして、3極ウィグラーを用いるようにすると、電
子軌道が最も単純であるので、軌道計算が容易で、電子
の周回周波数の制御が簡単に行える。
(7) As described in claim 6, when a three-pole wiggler is used as the wiggler, since the electron orbit is the simplest, the orbit calculation is easy and the control of the orbital frequency of the electron is easy. Can be done.

【0103】(8)一方、本発明の電子の軌道補正方法
では、請求項7に記載したように構成したために、高周
波加速空胴と、高周波加速空胴に供給する高周波電力の
共振周波数がずれた場合でも、チューナーを用いること
なく、電子軌道を補正できる。(9)また、チューナー
を用いないで済むので、高周波加速空胴にチューナーを
取り付けないものを使用することができ、この結果、高
周波加速空胴の構造を簡単にする事が可能となり、メン
テナンスの労力も軽減させることができる。
(8) On the other hand, in the electron trajectory correction method of the present invention, since the configuration is as described in claim 7, the resonance frequency of the high-frequency acceleration cavity and the high-frequency power supplied to the high-frequency acceleration cavity are shifted. In this case, the electron trajectory can be corrected without using a tuner. (9) Further, since it is not necessary to use a tuner, it is possible to use a high-frequency accelerating cavity without a tuner, and as a result, it is possible to simplify the structure of the high-frequency accelerating cavity and to reduce the maintenance. Effort can also be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の電子蓄積リングにおける電子の周回周
波数制御装置の構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an electron circulation frequency control device in an electron storage ring of the present invention.

【図2】本発明の電子蓄積リングにおける電子の周回周
波数制御装置の主要構成の配置を示す平面図である。
FIG. 2 is a plan view showing an arrangement of a main configuration of an orbiting frequency control device for electrons in an electron storage ring of the present invention.

【図3】本発明の電子蓄積リングにおける電子の周回周
波数制御装置を用いて、電子の周回周波数を制御する方
法を説明するためのフローチャートである。
FIG. 3 is a flowchart for explaining a method of controlling the circulating frequency of electrons by using the circulating frequency control device for electrons in the electron storage ring of the present invention.

【図4】ウィグラーの磁場強度、及び、電子軌道の変位
と、ウィグラー中の電子の走行距離との関係を示す特性
図である。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a relationship between a magnetic field strength of a wiggler, a displacement of an electron trajectory, and a traveling distance of electrons in the wiggler.

【図5】ウィグラーの磁場強度と電子ビームの周回周波
数の変位量との関係を示す特性図である。
FIG. 5 is a characteristic diagram illustrating a relationship between a wiggler magnetic field intensity and a displacement amount of a circling frequency of an electron beam.

【図6】従来の電子蓄積リングの概略構成を示す平面図
である。
FIG. 6 is a plan view showing a schematic configuration of a conventional electron storage ring.

【図7】ウィグラーにより電子ビームを大きく振動させ
る原理を説明するための要部斜視図である。
FIG. 7 is a perspective view of an essential part for explaining the principle of vibrating an electron beam largely by a wiggler.

【図8】電子蓄積リングの高周波加速空胴の制御装置の
概略構成を示すブロック図である。
FIG. 8 is a block diagram showing a schematic configuration of a control device of the high-frequency accelerating cavity of the electron storage ring.

【図9】高周波加速空胴を電子ビームを蓄積するビーム
ダクトに取り付けた状態を示す縦断側面図である。
FIG. 9 is a longitudinal sectional side view showing a state where the high-frequency accelerating cavity is attached to a beam duct for accumulating an electron beam.

【図10】図9において、Aで示した部分の拡大縦断側
面図である。
10 is an enlarged vertical sectional side view of a portion indicated by A in FIG. 9;

【符号の説明】 10:電子の周回周波数制御装置 20:中央制御装置 20a:演算装置 20b:周波数設定装置 30A、30B:電子軌道モニター 90:ウィグラー(挿入型光源) 92:励磁用電源 94:励磁電流量制御装置 100:電子蓄積リング 110A、110B:偏向電磁石 140:高周波加速空胴 BL:周回軌道[Explanation of Signs] 10: Electronic circulating frequency control device 20: Central control device 20a: Arithmetic device 20b: Frequency setting device 30A, 30B: Electron trajectory monitor 90: Wiggler (insertable light source) 92: Power supply for excitation 94: Excitation Current control device 100: electron storage ring 110A, 110B: bending electromagnet 140: high-frequency accelerating cavity BL: orbit

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電子軌道を所望の偏向角で偏向する複数
の偏向電磁石と、所定の周波数で電子ビームにエネルギ
ーを供給する高周波加速空胴とを備え、電子(陽電子を
含む)ビームを周回軌道内に所望のエネルギーで蓄積す
るようにした電子蓄積リングにおいて、 前記電子蓄積リングに挿入され、磁場の作用により電子
軌道を強制的に変化させて、放射光を放出させるように
した挿入型光源と、 この挿入型光源の磁場強度を制御する磁場強度制御手段
とを備え、 前記挿入型光源の磁場強度を制御して、この挿入型光源
内の電子軌道を調整することにより、電子蓄積リング内
を周回する電子の周回周波数を調節するようにしたこと
を特徴とする電子蓄積リングにおける電子の周回周波数
制御装置。
A plurality of bending magnets for deflecting an electron trajectory at a desired deflection angle; and a high-frequency accelerating cavity for supplying energy to the electron beam at a predetermined frequency. An electron storage ring adapted to accumulate at a desired energy therein; an insertion type light source which is inserted into the electron storage ring, forcibly changes an electron trajectory by the action of a magnetic field, and emits radiation. A magnetic field intensity control means for controlling the magnetic field intensity of the insertion type light source, by controlling the magnetic field intensity of the insertion type light source and adjusting the electron trajectory in the insertion type light source, the inside of the electron storage ring A circulating frequency control device for an electron in an electron storage ring, wherein a circulating frequency of circulating electrons is adjusted.
【請求項2】 電子軌道を所望の偏向角で偏向する複数
の偏向電磁石と、所定の周波数で電子ビームにエネルギ
ーを供給する高周波加速空胴とを備え、電子(陽電子を
含む)ビームを周回軌道内に所望のエネルギーで蓄積す
るようにした電子蓄積リングにおいて、 前記電子蓄積リングに挿入されるウィグラーと、 前記ウィグラーを励磁する励磁用電源と、 前記励磁用電源から供給される前記ウィグラーへの励磁
電流量を制御する励磁電流量制御装置とを備え、 前記ウィグラーの励磁電流量を制御して、このウィグラ
ー内の電子軌道を調整することにより、電子蓄積リング
内を周回する電子の周回周波数を調節するようにしたこ
とを特徴とする電子蓄積リングにおける電子の周回周波
数制御装置。
2. A deflecting electromagnet, comprising: a plurality of bending electromagnets for deflecting an electron trajectory at a desired deflection angle; and a high-frequency accelerating cavity for supplying energy to an electron beam at a predetermined frequency. A wiggler inserted into the electron storage ring, an excitation power supply for exciting the wiggler, and excitation to the wiggler supplied from the excitation power supply. An exciting current amount control device for controlling the amount of current, and controlling the exciting current amount of the wiggler to adjust the electron trajectory in the wiggler to adjust the circulating frequency of the electrons circulating in the electron storage ring. A frequency control device for electrons in an electron storage ring.
【請求項3】 電子ビームの軌道を検出する電子軌道モ
ニターを、上記電子蓄積リングの所定位置に配置するよ
うにしたことを特徴とする請求項1又は2に記載の電子
蓄積リングにおける電子の周回周波数制御装置。
3. The electron circulating device according to claim 1, wherein an electron trajectory monitor for detecting the trajectory of the electron beam is arranged at a predetermined position of the electron storage ring. Frequency control device.
【請求項4】 上記電子軌道モニターにより検出した電
子ビームの位置に基づき、電子の周回周波数を補正する
ためのウィグラーの励磁電流量を算出する演算装置を備
えたことを特徴とする請求項3に記載の電子蓄積リング
における電子の周回周波数制御装置。
4. An arithmetic unit for calculating an amount of exciting current of a wiggler for correcting a circulating frequency of electrons based on a position of an electron beam detected by the electron trajectory monitor. A circulating frequency control device for electrons in an electron storage ring according to claim 1.
【請求項5】 上記ウィグラーの励磁電流量を算出する
演算装置と、上記高周波加速空胴に周波数設定値を送信
する周波数設定装置とを具備した中央制御装置を備えた
ことを特徴とする請求項4に記載の電子蓄積リングにお
ける電子の周回周波数制御装置。
5. A central control device comprising: a calculating device for calculating an amount of exciting current of the wiggler; and a frequency setting device for transmitting a frequency setting value to the high-frequency accelerating cavity. 5. An electron circulating frequency control device in the electron storage ring according to 4.
【請求項6】 上記ウィグラーとして、3極ウィグラー
を用いるようにしたことを特徴とする請求項2乃至5の
いずれかに記載の電子蓄積リングにおける電子の周回周
波数制御装置。
6. The circling frequency control device for electrons in an electron storage ring according to claim 2, wherein a three-pole wiggler is used as said wiggler.
【請求項7】 高周波加速空胴と、この高周波加速空胴
に供給する高周波電力の共振周波数がずれた場合に、 第1に、前記高周波加速空胴と、この高周波加速空胴に
供給する高周波電力の周波数の変位量を検出し、 第2に、前記高周波加速空胴の周波数と、前記高周波電
力の周波数との同調が取れるように、この高周波加速空
胴に供給する前記高周波電力の周波数を変化させ、 第3に、上記電子軌道モニターにより電子ビームの位置
を検出し、 第4に、請求項3乃至6のいずれかに記載の電子蓄積リ
ングにおける電子の周回周波数制御装置によりウィグラ
ーの励磁電流量の設定を変化させて、 電子ビームが設計軌道を通るように調整するようにした
ことを特徴とする電子蓄積リングにおける電子の軌道補
正方法。
7. When the resonance frequency of the high-frequency acceleration cavity and the high-frequency power supplied to the high-frequency acceleration cavity deviate, first, the high-frequency acceleration cavity and the high-frequency supply to the high-frequency acceleration cavity Second, the frequency of the high-frequency power supplied to the high-frequency acceleration cavity is adjusted so that the frequency of the high-frequency acceleration cavity is synchronized with the frequency of the high-frequency power. Thirdly, the position of the electron beam is detected by the electron trajectory monitor, and fourthly, the excitation current of the wiggler by the circulating frequency control device for electrons in the electron storage ring according to any one of claims 3 to 6. A method for correcting the trajectory of electrons in an electron storage ring, characterized in that the setting of the amount is changed so that the electron beam passes through a designed trajectory.
JP11227051A 1999-08-11 1999-08-11 Orbiting frequency control device for electron in electron storage ring and electron trajectory correcting method Pending JP2001052899A (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108289367A (en) * 2018-01-25 2018-07-17 中国科学院上海应用物理研究所 A kind of medical proton-synchrotron

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