JP2507384B2 - シンクロトロン放射光発生装置 - Google Patents

シンクロトロン放射光発生装置

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JP2507384B2
JP2507384B2 JP62028281A JP2828187A JP2507384B2 JP 2507384 B2 JP2507384 B2 JP 2507384B2 JP 62028281 A JP62028281 A JP 62028281A JP 2828187 A JP2828187 A JP 2828187A JP 2507384 B2 JP2507384 B2 JP 2507384B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はシンクロトロン放射光発生装置(以下、SOR
装置と略す)に係り、特に工業用の小型SOR装置に好適
な真空排気性能を得るための真空排気システムを改良し
たSOR装置に関する。
〔従来の技術〕
従来、加速器や大型のSOR装置では、高エネルギー研
究所レポート「プロシーデイング オブザ フイフス
シンポジウム オン アクセレータ サイアンス アン
ド テクノロジ(1984年)第234から236頁(Proceeding
of the 5th Symposium On Accelerator Science And T
echnology(1984)P234〜236)」に論じられているよう
に、荷電粒子ビームの軌道に曲げて放射光(以下、SOR
光と略す)を取出す偏向部は、短い区間に集中して配置
するのではなく、直線部と偏向部の組合せで全体に均等
に配置されている。
従つて、SOR光照射によつて真空ダクトの壁面から発
生するガス源も、荷電粒子ビーム軌道に沿つてほぼ均等
に分散しており、しかも、偏向部でSOR光照射によつて
発生するガスは、偏向部内周側に装備した組込みポンプ
だけでなく、隣接する直線部に設けた真空ポンプをも利
用して排気できるため、真空ダクト内を超高真空に保
ち、電子ビームの寿命を長く維持できている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところが、SOR装置を小型化して工業用装置とする場
合には、設置スペースの制約や製作コストを低減できる
ために、SOR光を取出す偏向部は集中して配置されるこ
とになる。
例えば、SOR装置を2個所の直線部と2個所の偏向部
で構成すれば、偏向部1個所で荷電粒子ビームの軌道を
180°曲げることになり、偏向部1個所あたりの荷電粒
子ビームダクト内の壁面からSOR光によつて発生するガ
ス量は、大型SOR装置の約10倍にもなる。
従つて、大型SOR装置の真空排気システムをそのまま
小型SOR装置に適用すれば充分な排気能力が得られず、
偏向部荷電粒子ビームダクト(以下、偏向ダクトと略
す)内の圧力が上昇し、所望の荷電粒子ビーム寿命が得
られないという問題があつた。
本発明の目的は、放射光導出ダクトで発生するガス量
を低減でき、偏向部ダクト内の圧力の低減度合いを大き
くできるシンクロトロン放射光発生装置を提供すること
にある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的を達成する本発明の特徴は、 荷電粒子ビームが周回する真空室を形成する偏向部ダ
クトと、 前記偏向部ダクトを取り囲む偏向電磁石と、前記偏向
部ダクトの外周側に接続され、前記ビームから放出され
る放射光を外部に取り出す放射光導出ダクトとを備えた
シンクロトロン放射光発生装置において、 前記放射光導出ダクトが、前記放射光の進行方向に末
広がりの形状を有し、真空ポンプが、前記放射光導出ダ
クトの前記偏向電磁石の外周近傍に設けられたことにあ
る。
〔作用〕
本発明によれば、放射光導出ダクトが、放射光の進行
方向に末広がりの形状を有するので、前記放射光が、前
記放射光導出ダクトの内壁面を照射することを防止で
き、前記内壁面で発生するガスを減らすことができる。
従って、前記放射光導出ダクトにおける真空ポンプの負
荷を減らすことができ、その分、前記偏向部ダクトから
のガスの排気量が増加する。
また、偏向部ダクトと真空ポンプとの間の放射光導出
ダクトが、放射光の進行方向に末広がりになっており、
かつ、前記放射光導出ダクトの偏向電磁石の外周近傍に
前記真空ポンプを設けられていること、すなわち、前記
真空ポンプと前記偏向部ダクトとの間の前記放射光導出
ダクトの断面積が大きく、かつ、前記真空ポンプと前記
偏向部ダクトとの距離が短いことの両者に起因して、前
記偏向部ダクトと前記真空ポンプとの間のコンダクタン
スがより大きくなる。
従って、放射光導出ダクトが、放射光の進行方向に末
広がりの形状を有すること、および、前記放射光導出ダ
クトの偏向電磁石の外周近傍に真空ポンプを設けたこと
により、偏向部ダクトからの有効排気速度を非常に大き
くできる。前記偏向部ダクト内の圧力の低減度合いが大
きくなり、荷電粒子ビームの寿命をより長くすることが
できる。
〔実施例〕
以下、図示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明
する。
第1図は、本発明のSOR装置における真空排気システ
ムを構成した工業用小型SOR装置の偏向部を示す。該図
において、1は電子ビームが周回するに必要な真空室を
形成するための偏向部荷電粒子ビームダクト(偏向ダク
ト)である。本実施例では偏向部1個所あたりの偏向角
を180°として2個所の偏向部と真空部で周回軌道を構
成しているため、偏向ダクト1は半リング形状をしてお
り、偏向ダクト1の中心軸と磁界の中心がほぼ一致する
ように、C字形状をした偏向電磁石の鉄芯2が包囲して
いる。
又、前記偏向ダクト1の外周側には、窓3aから取出し
たSOR光をSOR装置外に導出するためのSOR光導出ダクト
3が、荷電粒子ビーム軌道面に対して平行、且つ偏向ダ
クト1に対して接線方向に、偏向電磁石2の鉄芯を貫通
して伸びている。SOR光導出ダクトの外側端部は、ゲー
トバルブ5、及び閉止フランジ6によつて封止してあ
り、1例として1本だけについて図示してあるように、
必要に応じてSOR光ユーザが使用するSOR光ビームライン
7に閉止フランジ6を除去して接続される。SOR光導出
ダクト3の断面は矩形状をしており、荷電粒子ビーム軌
道面に平行な面をゲートバルブ5側にしたがつて拡大
し、全体がSORの拡がりに沿つて拡大する拡がりダクト
形状をなしている。これによつて、SOR光がSOR光導出ダ
クト3の内壁に直接照射されることが無くなる。そし
て、本実施例で偏向電磁石2の鉄芯の外枠とゲートバル
ブ5間のSOR光導出ダクト3壁に真空ポンプ4を設置し
ている。
第2図に上述の真空ポンプ4の取付け状況をより詳し
く示している。
すなわち、該図の如く、真空ポンプ4はSOR光導出ダ
クト3の上下に相対向するよう2台設けられ、上側の4a
はイオンポンプ、下側の4bはチタンゲツタポンプであ
り、それぞれSOR光導出ダクト3の壁面に対して直角方
向に且つ壁面より外側にわずかに離して取付けられてい
る。こうすることによつて、真空ポンプ4内にSOR光が
直接照射するのを防止することができる。また、真空ポ
ンプ4の取付け位置lは、偏向電磁石2の鉄芯、及びイ
オンポンプ4a、またはチタンゲツタポンプ4bの形状寸
法、及び同ポンプの組立作業に最小限必要な寸法を除
き、できるだけ偏向ダクト1に近い側に取付けるものと
する。
第3図に偏向ダクト1の拡大を示す。
同図のように、偏向ダクト1の内周側には上下に多数
のガス導入孔1bを有する隔壁1aによつて隔離された室1c
がほぼ偏向部全域に渡つて付設してあり、同室1c中に非
蒸発タイプのゲツタポンプ1dが設置されている。
次に、本実施例における作用、及び効果について説明
する。第1図において、偏向ダクト1内に荷電粒子ビー
ムが入射すると、偏向電磁石2の磁界によつて荷電粒子
は円軌道に偏向され、すなわち荷電粒子ビームの軌道A
を形成し、入口と出口間で180°向きを変える。この間
軌道Aの接線方向には偏向に伴つてSOR光が発生し、そ
の1部はSOR光取出窓3aからSOR光導出ダクト3を経て外
部に導出されるが、残りのSOR光は偏向ダクト1の外周
壁1eを直接照射し、光刺激脱離現象によつて矢印Bで示
したように多量のガス分子を放出する。
SOR光照射による材料からの放出ガス量Qは、一般的
に、SOR光を量子化して光子数に換算し、単位時間当た
りに照射される光子数nPに材料特有のガス放出係数ηを
掛けて Q=ηnP …(1) によつて計算される。光子数nPは荷電粒子ビームのエネ
ルギE、及び荷電粒子電流Iに比例し nP=kEI …(2) の関係があり、偏向部に均一に分布して放射される(k
は定数)。
上述の関係から、SOR光によるガスの発生量は光源
(荷電粒子ビーム軌道A)からの距離によらず、照射さ
れる光束に対応する荷電粒子ビームの偏向角に比例する
ことになり、1例としてガス放出係数ηが等しい場合を
考えると、偏向ダクト1内に発生するガス量とSOR光導
出ダクト3以降に発生するガス量の比は、偏向ダクトの
外周壁1eとSOR光取出窓3aの周長比となり、かなりのガ
スが偏向ダクト1外で発生することになる。SOR光導出
ダクト3以降に発生するガス源としては、前述によりSO
R光導出ダクト3a内壁面には直接SOR光が照射されないた
め、主に閉止フランジ6の内面、及びSOR光ビームライ
ン7以降となる(ゲートバルブ5は通常開いており、SO
R光ビームライン7の接続作業時に閉じられる)。
偏向ダクト1内に発生するガスは、主に組込み型の非
蒸発ゲツタポンプ1dで排気するが、狭いスペースに設置
するため性能上最適な構造が得にくく、また、内壁面1e
から反射したSOR光、あるいはSOR照射によつて飛び出す
光電子が、ポンプのガス吸着面を刺激してガスが再放出
するのを防止するために設けた隔壁1aの影響でコンダク
タンスが低下する、などの理由で充分な排気能力に制限
がある。
一方真空ポンプ4は、閉止フランジ6近傍で発生する
ガスを排気する。従来、このガスは組込みポンプで排気
しているため、同組込みポンプのガス負荷が大巾に軽減
される。更に、真空ポンプ4の排気容量は適宜に選択で
きるため、容量の大きな真空ポンプ4を準備することに
よりSOR光導出ダクト3を通じて偏向ダクト1内のガス
を排気することが可能である。したがつて、組込みポン
プと真空ポンプ4の両方で偏向ダクト1内のガスを排気
することになり、偏向部に対する排気能力が大巾に向上
する。
また、SOR光導出ダクト3の形状、及び真空ポンプ4
の取付け位置によつて排気能力が向上する。
すなわち、SOR光導出ダクト3を拡大することによ
り、前述したように放出ガス源が閉止フランジ6側に集
中し、閉止フランジ6近くのSOR光導出ダクト3の断面
積が大きいため排気し易くなる。一方、真空ポンプ4の
取付け位置を可能な限り偏向部に近づけることにより、
偏向ダクト1と真空ポンプ4間のコンダクタンスが大き
くなり、偏向ダクト1からの有効排気速度が大きくな
る。
これらの利点は、いずれも偏向ダクト1内の排気能率
向上に寄与するものである。
上述した偏向部の排気能率向上によつて、荷電粒子ビ
ーム軌道を形成している偏光ダクト1内の圧力が低下す
るため、荷電粒子ビームの寿命が大巾に改善され長寿命
化する。
同時に、真空ポンプ4の排気によつてSOR光ビームラ
イン7の使用の有無による圧力の変動が緩和されるた
め、安定した荷電粒子ビーム寿命が得られる利点があ
り、また、万一組込ポンプが故障しても真空ポンプ4の
排気によつて急激な圧力上昇を防止するため、SOR光ビ
ームライン7上の設備に及ぼすへい害を軽減する利点が
得られる。
更に、上述した真空ポンプ4の設置による排気能率の
向上は、初期におけるSOR装置立上げ運転時に特に有効
性を発揮する。
以下、上記について更に詳しく説明する。
前述の(1)式に示したガス放出係数ηは、(2)式
の照射光子数nPを時間πで積分した累積光子数NP NP=∫nPdπ …(3) で整理されており、第4図に示すように、横軸の累積光
子数NPに対してガス放出係数ηが対数グラフ上でぼ直線
的に減少する傾向がある。
荷電粒子ビーム軌道上の圧力が高いと、荷電粒子ビー
ムの寿命が短いため大きい電流が維持できず、頻繁に電
子の入射を繰返すことになる。したがつて、(2)及び
(3)式から得られる累積光子数が増加せず、このため
ηもあまり低下しないため圧力の経時降下が遅く、この
繰返しにより、大型のSOR装置においても所望のビーム
電流を得るのに年単位の時間を要している。特に初期の
段階では、荷電粒子ビーム寿命が短いため、SOR光の利
用設備を稼動できず閉止フランジ6を付けた状態で立上
げ運転を行うが、この際本実施例によれば、排気能力が
大きく低い圧力に排気するため、荷電粒子ビーム寿命の
伸びと放出ガス減少が相乗的に作用して、所望のビーム
電流、及び寿命を早期に得ることが可能となる。
また、非蒸発ゲツタポンプは、高い圧力域で使用する
とポンプ自身の寿命を早めることになるが、真空ポンプ
4の設置によつて、圧力が高い場合に非蒸発ゲツタポン
プ1dを停止した運転が可能となる。
以上に示した実施例では、SOR光導出ダクト3を4本
で構成し、同ダクト1本あたりチタンゲータポンプ4bと
イオンポンプ4aをそれぞれ1台ずつ装備したが、SOR光
導出ダクト3の本数はSOR光ユーザの要求から決まるも
のであり、前述したように、取付本数によつて偏向部と
SOR光導出ダクト3側のガス発生比率が異なつてくるた
め、SOR光導出ダクト3の本数、及びガス発生率に見合
つて真空ポンプ4の排気仕様を選択すれば、性能的に全
く同等の効果が得られる。したがつて、本発明は、SOR
光導出ダクト3の本数,ポンプ台数、及びポンプの種類
を限定するものではない。
また、上記実施例では、荷電粒子ビームの偏向角が18
0°の場合について示したが、偏向角が変わることによ
つてSOR光導出ダクト3の本数については制限を受ける
場合があるが、SOR光導出ダクト3上に真空ポンプ4を
設置する排気システムは、何ら変更することなく応用し
うる。
更に、偏向ダクト1内の組込みポンプについては、上
記実施例で説明した非蒸発ゲツタポンプ1dの他、偏向電
磁石2の漏洩磁場を利用する分布形イオンポンプを使用
する場合があり、また偏向ダクト1の外周側のSOR光が
直接照射する面に、アブソーバとしてSOR光によるガス
発生量の少ない材料を設け、放出ガスの低減化をはかる
ことも荷電粒子ビームの寿命を伸ばす上で有効である
が、いずれの場合に対しても、本発明による基本構成を
変えることなく併用しうる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、放射光導出ダクトが、放射光の進行
方向に末広がりの形状を有するので、偏向部ダクトから
のガスの排気量が増加する。
また、偏向部ダクトと真空ポンプとの間の放射光導出
ダクトが、放射光の進行方向に末広がりになっており、
かつ、放射光導出ダクトの偏向電磁石の外周近傍に真空
ポンプを設けられていることの両者に起因して、偏向部
ダクトと真空ポンプとの間のコンダクタンスがより大き
くなる。
従って、放射光導出ダクトは、放射光の進行方向に末
広がりの形状を有すること、および、放射光導出ダクト
の偏向電磁石の外周近傍に真空ポンプを設けたことによ
り、偏向部ダクトからの有効排気速度を非常に大きくで
きる。偏向部ダクト内の圧力の低減度合いが大きくな
り、荷電粒子ビームの寿命をより長くすることができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のシンクロトロン放射光発生装置の一実
施例を示す偏向部の平面図、第2図は第1図のX−X断
面図、第3図は第1図のY−Y断面図、第4図はSOR光
による材料の放出ガス特性の1例を示す特性図である。 1……偏向部荷電粒子ビームダクト、1a……隔壁、1b…
…ガス導入孔、1c……室、1d……非蒸発型ゲツタポン
プ、2……偏向電磁石、3……放射光導出ダクト、4…
…真空ポンプ、4a……イオンポンプ、4b……チタンゲツ
タポンプ、5……ゲートバルブ、6……閉止フランジ、
7……放射光ビームライン。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池口 隆 土浦市神立町502番地 株式会社日立製 作所機械研究所内 (72)発明者 上田 新次郎 土浦市神立町502番地 株式会社日立製 作所機械研究所内 (72)発明者 園部 正 日立市幸町3丁目1番1号 株式会社日 立製作所日立工場内 (72)発明者 村下 達 厚木市森の里若宮3番1号 日本電信電 話株式会社厚木電気通信研究所内 (72)発明者 井戸 敏 厚木市森の里若宮3番1号 日本電信電 話株式会社厚木電気通信研究所内 (72)発明者 黒石 一夫 日立市会瀬町2丁目9番1号 日立サー ビスエンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−171122(JP,A) 特開 昭62−216200(JP,A) 実開 昭63−79100(JP,U) Review of Scienti fic Instruments,47 〔11〕(1976)P.1347−1356 エレクトロニクス、昭和57年12月号、 P.39−44 IEEE Transactions on Nuclear Scienc e,NS−32〔5〕(1985)P.3403− 3405 IEEE Transactions on Nuclear Scienc e,NS−30〔4〕(1983)P.3133− 3135 Nuclear Insrument s and Methods in P hysics Research,246 〔1/3〕(1986)P.144−148

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】荷電粒子ビームが周回する真空室を形成す
    る偏向部ダクトと、 前記偏向部ダクトを取り囲む偏向電磁石と、前記偏向部
    ダクトの外周側に接続され、前記ビームから放出される
    放射光を外部に取り出す放射光導出ダクトとを備えたシ
    ンクロトロン放射光発生装置において、 前記放射光導出ダクトは、前記放射光の進行方向に末広
    がりの形状を有し、前記放射光導出ダクトの前記偏向電
    磁石の外周近傍に設けられた真空ポンプを備えることを
    特徴とするシンクロトロン放射光発生装置。
JP62028281A 1987-02-12 1987-02-12 シンクロトロン放射光発生装置 Expired - Lifetime JP2507384B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0834130B2 (ja) * 1989-03-15 1996-03-29 株式会社日立製作所 シンクロトロン放射光発生装置
JP2694665B2 (ja) * 1989-03-23 1997-12-24 株式会社日立製作所 粒子加速器のビームダクト組込みポンプ

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NuclearInsrumentsandMethodsinPhysicsResearch,246〔1/3〕(1986)P.144−148
ReviewofScientificInstruments,47〔11〕(1976)P.1347−1356
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