JP2556112B2 - 荷電粒子装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、荷電粒子装置に関し、特に内部を荷電粒
子が通過する真空チェンバーに関するものである。

［従来の技術］ 第２図は、従来の荷電粒子装置の一例として、特開昭
62−200699号公報に示された荷電粒子装置を示す平面図
である。図において、（１）は荷電粒子を蓄積する蓄積
リング、（２）は荷電粒子を蓄積リング（１）に導くた
めの入射部ビームライン、（３）は荷電粒子を偏向して
平衡軌道（４）を形成するための偏向電磁石、（５）は
荷電粒子を偏向する際に発生する放射光｛シンクロトロ
ン放射光（SOR;Synchrotron Orbital Radiation）とも
呼ばれる｝を外部に取り出してリソグラフィなどに利用
するための放射光ビームライン、（６）は荷電粒子を集
束させる四極電磁石、（７）は荷電粒子の通路である真
空ドーナツ、（８）は放射光を放射することによる荷電
粒子のエネルギ損失を補い所定のエネルギに加速するた
めの高周波空洞、（９）は荷電粒子を入射部ビームライ
ン（２）から真空ドーナツ（７）内に入射させるために
ビームをパルス的に偏向させるセプタムマグネット、
（20）は入射部ビームライン（２）とこの入射部ビーム
ライン（２）と交差する放射光ビームライン（5a）との
交差部である。この交差部（20）付近には、カプトン膜
（21）が取り付けられ、蓄積リング（１）と入射部ビー
ムライン（２）のビーム上流側との真空度を独立なもの
としている。上記入射部ビームライン（２），真空ドー
ナツ（７）などの荷電粒子を通過させる真空パイプを真
空チェンバーと総称し、通常は非磁性材料であるSUS製
である。（30）は荷電粒子、（40）は放射光を示す。こ
のように荷電粒子装置は荷電粒子の通路を構成する真空
チェンバーとこの真空チェンバーを取り囲み荷電粒子に
磁気的作用を及ぼす機器で構成されている。

次に動作について説明する。

入射部ビームライン（２）から入射された荷電粒子
（30）は、セプタムマグネット（９）によりパルス的に
偏向されて真空ドーナツ（７）内に入射される。その後
荷電粒子は、過渡的な軌道（バンプ軌道という）を経た
後、偏向電磁石（３）と四極電磁石（６）との配置によ
り定まった平衡軌道（４）に入り、この軌道にそって長
時間回転し続ける。通常入射部ビームライン（２）と真
空ドーナツ（７）とは同一平面内となる配置をとる。例
えば、入射部ビームライン（２）内の荷電粒子（30）が
水平方向に進行して入射される場合には、セプタムマグ
ネット（９）によって荷電粒子（30）は水平方向の偏向
を受け、最終的に水平な平衡軌道（４）に沿って回転す
る。平衡軌道（４）に沿って回転する荷電粒子（30）が
偏向電磁石（３）の磁界により偏向を受ける際に、制動
放射により電磁波を軌道接線方向に水平に放射する。こ
れが放射光（40）である。放射光（40）は偏向電磁石
（３）中の荷電粒子（30）の軌道上において任意の位置
から得ることができるので、通常、放射光ビームライン
（５）は多数設けられ、装置の利用効率を高めている。
また、入射部ビームライン（２）のビーム下流側、即
ち、蓄積リング（１）に近い部分と、蓄積リング（１）
の真空度とを同一のものとして、全ビームラインの水平
面に対する角度が同一になるようにしてビームライン交
差部（20）を設けることにより、放射光ビームライン
（５）の取付け上の制約をなくしている。

蓄積リング（１）を小型の装置とすることは、産業利
用上重要なことであり、そのためには偏向電磁石（３）
中において、荷電粒子（30）を急激に曲げてやれば良
い。そのためには偏向電磁石（３）の出力磁界を強力な
ものとして荷電粒子ビームに対する向心力であるローレ
ンツ力を高めることが一般に行われている。

ところが、偏向電磁石（３）が強力な磁界を発生する
と、偏向電磁石（３）の周囲の広範囲にわたって強力な
漏れ磁界が発生する。この漏れ磁界は、入射部ビームラ
イン（２）や蓄積リング（１）への各所へ達するもので
あり、荷電粒子（30）はこれらの漏れ磁界の影響を受け
て、設計軌道以外のビーム軌道を通過したり、荷電粒子
ビームの性質そのものが悪化したりする。

従来の荷電粒子装置は以上のように構成されており、
荷電粒子（30）が漏れ磁界の影響を受けて、設計軌道以
外のビーム軌道を描くために、真空ドーナツ（７）を太
くする必要があり、装置が大型になるという問題点があ
った。このため、荷電粒子に磁気的作用を及ぼす漏れ磁
界が他の機器や真空チェンバー内の荷電粒子（30）へ影
響するのを防止できる荷電粒子装置として、第３図に示
すような構成のものが考えられている。

これは、荷電粒子の通路を構成する真空チェンバー及
び荷電粒子に磁気的作用を及ぼす機器を備える荷電粒子
装置において、真空チェンバーの少なくとも一部を取り
囲むように磁気シールド材を備えたものであり、第３図
はこの荷電粒子装置に係る要部を示す斜視図である。図
において、（50）は例えば非磁性材料であるSUS製の真
空チェンバーであり、入射部ビームライン（２），真空
ドーナツ（７）などの荷電粒子（30）を通過させる真空
パイプを総称したものである。（51）は真空チェンバー
（50）の少なくとも一部を取り囲むように配置された磁
気シールド材であり、この場合は鉄で構成された磁気シ
ールドパイプである。例えば真空チェンバー（50）の厚
さは3mm程度で、磁気シールドパイプ（51）の厚さは５
〜30mm程度、真空チェンバー（50）と磁気シールドパイ
プ（51）との間隔は20〜30mm程度で構成している。ま
た、第４図はこの装置に係る磁力線の様子を示す説明図
であり、図において、（52）は漏れ磁界による磁力線を
示す。

この荷電粒子装置の動作を説明する。磁界の通りにく
さは、一般に磁気抵抗Ｒ（リラクタンスともいう）で表
わされる。Ｒは式（１）で示されるように物質の比透磁
率μｒの逆数に比例する。

Ｒ ∝ １ ／ μｒ ・・・（１） 非磁性材料や空気中，真空中のμｒはμｒ≒１であ
る。これに対して鉄のμｒは、鉄が磁気的に飽和してい
ない状態ではμｒ＞1000と極めて大きい。鉄の磁気抵抗
Ｒは空気又は真空の1/1000以下の極めて小さな値であ
り、中空の鉄パイプに外部から磁界が加わっている場
合、第４図に示すようにほとんど全ての磁力線（52）が
磁気抵抗の小さな鉄の部分を通過し、中空部の磁界強度
はほぼ０となる。即ち、中空部に配置された真空チェン
バー（50）内の荷電粒子（30）は磁界の影響をほとんど
受けない。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のような構成の荷電粒子装置では、荷電粒子に磁
気的作用を及ぼす機器である偏向電磁石などの磁界発生
源による漏れ磁界が他の機器や荷電粒子へ影響するのを
防止し、設計軌道のとおりにビーム軌道を描くようにで
きる。このため、真空ドーナツ（７）を太くする必要が
なくなり、装置をある程度小型化することができる。し
かし、一方では磁気シールドパイプ（51）を配置する場
所が必要となり、現実にはそれほど小型の荷電粒子装置
を得ることができなかった。

また、磁気シールドパイプ（51）を設けるために、装
置が複雑になり、部品数も増えるので、組立も複雑で高
価になってしまうという問題点もあった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、荷電粒子に磁気的作用を及ぼす機器である
偏向電磁石などの磁気発生源による漏れ磁界が他の機器
や荷電粒子へ影響するのを防止でき、かつ簡単な構成に
して小型化できる荷電粒子装置を得ることを目的とす
る。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る荷電粒子装置は、荷電粒子の通路を構
成する真空チェンバー及び上記荷電粒子に磁気的作用を
及ぼす機器を備える荷電粒子装置において、真空チェン
バーの少なくとも一部を、比透磁率が１を越える材料で
構成したことを特徴とするものである。

［作用］ この発明における荷電粒子装置では、荷電粒子に磁気
的作用を及ぼす機器による漏れ磁界の大部分が、比透磁
率が１を越える材料からなる真空チェンバー自体の中を
通過し、真空チェンバー内の空洞を通る荷電粒子に他の
機器による漏れ磁界が作用するのを防止する。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例による荷電粒子装置を図に
ついて説明する。

第１図はこの発明の一実施例による荷電粒子装置に係
る要部を示す斜視図である。図において、（50a）は荷
電粒子（30）を高真空に保持する真空チェンバーであ
る。さらに、荷電粒子装置を構成している真空チェンバ
ー、即ち入射部ビームライン（２），真空ドーナツ
（７）などの荷電粒子（30）を通過させる真空パイプを
総称したものである真空チェンバーの内で、少なくとも
一部の真空チェンバー（50a）自体を比透磁率が１を越
える材料で構成している。この実施例では比透磁率が１
を越える材料として、例えば鉄を用いる。

この荷電粒子装置の動作を説明する。磁気抵抗Ｒは式
（１）で示されるように物質の比透磁率μｒの逆数に比
例する。鉄の磁気抵抗Ｒは空気又は真空の1/1000以下の
極めて小さな値であり、中空の鉄パイプに外部から磁界
が加わっている場合、第４図と同様、ほとんど全ての磁
力線（52）が鉄で構成された磁気抵抗の小さな真空チェ
ンバー（50a）自体を通過し、中空部の磁界強度はほぼ
０となる。即ち、中空部に配置された真空チェンバー
（50a）内の荷電粒子（30）は磁界の影響をほとんど受
けない。

さらに、従来のように磁気シールドのために特別な部
品を設けることなく、真空チェンバー自体で磁気シール
ドしているので、構成が簡単であり、装置の部品数を増
やすことなく装置が高価になるのを防ぐことができる。

なお、蓄積リングにおける真空チャンバーについて説
明したが、シンクロトロンにおける荷電粒子の通路を構
成する真空チェンバーに応用してもよい。

また、比透磁率が１を越える材料は鉄に限るものでは
なく、他の材料でもよい。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、荷電粒子の通路を
構成する真空チェンバー及び上記荷電粒子に磁気的作用
を及ぼす機器を備える荷電粒子装置において、上記真空
チェンバーの少なくとも一部を、比透磁率が１を越える
材料で構成したことにより、荷電粒子に磁気的作用を及
ぼす機器である偏向電磁石などの磁界発生源による漏れ
磁界が荷電粒子に影響するのを防止でき、かつ装置の部
品数を増やすことなく装置が高価になるのを防止できる
荷電粒子装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による荷電粒子装置に係る
要部を示す斜視図、第２図は従来の荷電粒子装置の一例
を示す平面図、第３図は従来装置の他の例の要部を示す
斜視図、第４図は従来装置に係る磁力線の様子を示す説
明図である。 （30）……荷電粒子、（50），（50a）……真空チェン
バー、（51）……磁気シールドパイプ。 なお、図中、同一符号は同一、又は、相当部分を示す。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】荷電粒子の通路を構成する真空チェンバー
   及び上記荷電粒子に磁気的作用を及ぼす機器を備える荷
   電粒子装置において、上記真空チェンバーの少なくとも
   一部を、比透磁率が１を越える材料で構成したことを特
   徴とする荷電粒子装置。