JP2565889B2 - 荷電粒子装置の電磁石 - Google Patents
荷電粒子装置の電磁石Info
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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ビームを加速し或いは蓄積する荷
電粒子装置、特に荷電粒子ビームを集束又は発散させる
ための荷電粒子装置の電磁石に関するものである。
電粒子装置、特に荷電粒子ビームを集束又は発散させる
ための荷電粒子装置の電磁石に関するものである。
［従来の技術］ 第５図は、例えばアイエスエスピー レポート（ISSP
0082−4978,Ser.B No21,1988 9月発行）に示された従来
の荷電粒子装置の平面図、第６図は四極電磁石の平衡軌
道に垂直な断面を示す断面図、第７図は第６図の磁極面
の拡大断面図、第８図は真空ドーナッツ内の内部断面図
であり、図において、（１）は荷電粒子ビームを蓄積す
るための蓄積リング、（２）は荷電粒子ビームを蓄積リ
ングに導くための入射部ビームライン、（３）は荷電粒
子ビームを偏向して平衡軌道（４）を形成するための偏
向電磁石、（５）は荷電粒子ビームを偏向する際に発生
されるシンクロトロン放射光（SOR....synchrotron orb
ital radiationの略語）を外部に取り出してソリグラフ
ィなどに利用するための放射光ビームライン、（６）は
荷電粒子ビームを集束させるための四極電磁石、（７）
は荷電粒子ビームの通路である真空ドーナッツ、（８）
は放射光を放射することによる荷電粒子ビームのエネル
ギー損失を補い、これを所定のエネルギーに加速するた
めの高周波空洞、（９）は荷電粒子ビームを入射部ビー
ムライン（２）から真空ドーナッツ（７）内に入射させ
るために荷電粒子ビームをパルス的に偏向させるセプタ
ムマグネットである。第６図において、（10）は鉄心、
（11）は磁極面、（12）はコイル、（13）はコイル（1
2）が励磁されて発生される磁場（Ｂ）を表す磁力線、
（ｘ），（ｙ）は座標を示しておりそれぞれ横軸、縦軸
である。第７図は第６図の第１象限の拡大図であり、
（r0）は真空ドーナッツ（７）が挿入される部分である
クリアボア半径である。ここで、第２象限から第４象限
の磁極面は第１象限のものと全く同一であるので省略さ
れている。ここで、この荷電粒子装置の全体的な動作を
簡単に説明しておく、まず、入射部ビームライン（２）
から入射された荷電粒子ビームが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ッツ
（７）に入射される。次に、荷電粒子ビームは過渡的な
軌道（バンプ軌道という）を経たのち、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、この軌道に沿って長時間回転され続
ける。一般的には、入射部ビームライン（２）と真空ド
ーナッツ（７）とは同一平面内に配置される。例えば、
入射部ビームライン（２）内の荷電粒子ビームが水平方
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）によって荷電粒子ビームは水平方向の偏向を受け
る。そして最終的には平衡軌道（４）に沿って回転され
る。ここで、平衡軌道（４）に沿って回転される荷電粒
子ビームが偏向電磁石（３）の磁界によって偏向を受け
る際に、制動放射により放射光と呼ばれる電磁波が軌道
接線方向に水平に放射される。この放射光は偏向電磁石
（３）中の荷電粒子ビームの軌道上の任意の位置から得
ることができるので、一般的には放射光ビームライン
（５）は多数設けられ装置の利用効率の向上に役立てら
れる。次に、四極電磁石（６）について詳細に説明す
る。xy平面は平衡軌道（４）に垂直な面であり、座標原
点は平衡軌道（４）と一致する。従って、ｙ軸は平衡軌
道（４）が作る面に垂直である。第６図に示された磁極
面（11）の断面円弧部の形状は双曲線を示しているの
で、次式のように表すことができる。
0082−4978,Ser.B No21,1988 9月発行）に示された従来
の荷電粒子装置の平面図、第６図は四極電磁石の平衡軌
道に垂直な断面を示す断面図、第７図は第６図の磁極面
の拡大断面図、第８図は真空ドーナッツ内の内部断面図
であり、図において、（１）は荷電粒子ビームを蓄積す
るための蓄積リング、（２）は荷電粒子ビームを蓄積リ
ングに導くための入射部ビームライン、（３）は荷電粒
子ビームを偏向して平衡軌道（４）を形成するための偏
向電磁石、（５）は荷電粒子ビームを偏向する際に発生
されるシンクロトロン放射光（SOR....synchrotron orb
ital radiationの略語）を外部に取り出してソリグラフ
ィなどに利用するための放射光ビームライン、（６）は
荷電粒子ビームを集束させるための四極電磁石、（７）
は荷電粒子ビームの通路である真空ドーナッツ、（８）
は放射光を放射することによる荷電粒子ビームのエネル
ギー損失を補い、これを所定のエネルギーに加速するた
めの高周波空洞、（９）は荷電粒子ビームを入射部ビー
ムライン（２）から真空ドーナッツ（７）内に入射させ
るために荷電粒子ビームをパルス的に偏向させるセプタ
ムマグネットである。第６図において、（10）は鉄心、
（11）は磁極面、（12）はコイル、（13）はコイル（1
2）が励磁されて発生される磁場（Ｂ）を表す磁力線、
（ｘ），（ｙ）は座標を示しておりそれぞれ横軸、縦軸
である。第７図は第６図の第１象限の拡大図であり、
（r0）は真空ドーナッツ（７）が挿入される部分である
クリアボア半径である。ここで、第２象限から第４象限
の磁極面は第１象限のものと全く同一であるので省略さ
れている。ここで、この荷電粒子装置の全体的な動作を
簡単に説明しておく、まず、入射部ビームライン（２）
から入射された荷電粒子ビームが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ッツ
（７）に入射される。次に、荷電粒子ビームは過渡的な
軌道（バンプ軌道という）を経たのち、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、この軌道に沿って長時間回転され続
ける。一般的には、入射部ビームライン（２）と真空ド
ーナッツ（７）とは同一平面内に配置される。例えば、
入射部ビームライン（２）内の荷電粒子ビームが水平方
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）によって荷電粒子ビームは水平方向の偏向を受け
る。そして最終的には平衡軌道（４）に沿って回転され
る。ここで、平衡軌道（４）に沿って回転される荷電粒
子ビームが偏向電磁石（３）の磁界によって偏向を受け
る際に、制動放射により放射光と呼ばれる電磁波が軌道
接線方向に水平に放射される。この放射光は偏向電磁石
（３）中の荷電粒子ビームの軌道上の任意の位置から得
ることができるので、一般的には放射光ビームライン
（５）は多数設けられ装置の利用効率の向上に役立てら
れる。次に、四極電磁石（６）について詳細に説明す
る。xy平面は平衡軌道（４）に垂直な面であり、座標原
点は平衡軌道（４）と一致する。従って、ｙ軸は平衡軌
道（４）が作る面に垂直である。第６図に示された磁極
面（11）の断面円弧部の形状は双曲線を示しているの
で、次式のように表すことができる。
2xy＝r0 2 ……（１） 又、座標原点付近のｙ方向の磁場（By）は理想的には
次式で表わすことができる。
次式で表わすことができる。
By＝ax ……（２） （但し、ａは定数） （２）式は周知のように四極磁界成分であることを示
している。この四極磁界成分（実際には二乗項、三乗項
を含んでいる）は必要な空間内において通常次の式で示
される程度の直線性が必要であると言われている。
している。この四極磁界成分（実際には二乗項、三乗項
を含んでいる）は必要な空間内において通常次の式で示
される程度の直線性が必要であると言われている。
（以後、左辺の絶対値内をLNYとして説明する）。
従来の荷電粒子装置の電磁石は上記のように構成さ
れ、荷電粒子装置が動作されて，荷電粒子ビームが発生
し真空ドーナッツ（７）内を通過する。この時に、この
真空ドーナッツ（７）に形成されるビーム断面（20）の
形状が楕円［短軸であるｘ方向成分（σｘ）、長軸であ
るｙ方向成分（σｙ）］になる例が第８図に示されてい
る。このように荷電粒子ビーム断面（以後単にビーム断
面と称す）（20）の形状は必ずしも真円に近いとは限ら
ず、むしろ楕円に近い場合が多い。従ってこの形状に合
わせて、磁場の精度が良い部分例えば良磁場領域（磁場
の空間的均一度、又は直線性などが極めて優れた領域）
（21）も楕円状にするのが自然である。なお、荷電粒子
ビームが軌道上に周回させられる際に磁場精度が悪く誤
差磁場が多く含まれる場合にはビーム断面（20）が著し
く大きく成ったり、或いは崩壊したりする。
れ、荷電粒子装置が動作されて，荷電粒子ビームが発生
し真空ドーナッツ（７）内を通過する。この時に、この
真空ドーナッツ（７）に形成されるビーム断面（20）の
形状が楕円［短軸であるｘ方向成分（σｘ）、長軸であ
るｙ方向成分（σｙ）］になる例が第８図に示されてい
る。このように荷電粒子ビーム断面（以後単にビーム断
面と称す）（20）の形状は必ずしも真円に近いとは限ら
ず、むしろ楕円に近い場合が多い。従ってこの形状に合
わせて、磁場の精度が良い部分例えば良磁場領域（磁場
の空間的均一度、又は直線性などが極めて優れた領域）
（21）も楕円状にするのが自然である。なお、荷電粒子
ビームが軌道上に周回させられる際に磁場精度が悪く誤
差磁場が多く含まれる場合にはビーム断面（20）が著し
く大きく成ったり、或いは崩壊したりする。
［発明が解決しようとする問題点］ 上記のような従来の荷電粒子装置の電磁石では、磁極
面（11）の断面円弧部が双曲線になるように加工されて
いるので、曲面加工しなければならず加工精度を上げる
ことが困難であるという問題点、又、加工時間が長時間
に及ぶため人件費がかさみ結果として装置が高価になっ
てしまうという問題点があった。
面（11）の断面円弧部が双曲線になるように加工されて
いるので、曲面加工しなければならず加工精度を上げる
ことが困難であるという問題点、又、加工時間が長時間
に及ぶため人件費がかさみ結果として装置が高価になっ
てしまうという問題点があった。
この発明は上記のような問題点を解決するためになさ
れたれたもであり四極電磁石の磁極面の加工が極めて容
易であり、且つ、十分な精度の四極磁界成分を有する四
極電磁石を備えた荷電粒子装置の電磁石を得ることを目
的とする。
れたれたもであり四極電磁石の磁極面の加工が極めて容
易であり、且つ、十分な精度の四極磁界成分を有する四
極電磁石を備えた荷電粒子装置の電磁石を得ることを目
的とする。
［問題点を解決するための手段］ この発明に係る荷電粒子装置の電磁石は、断面形状を
ほぼ楕円とした荷電粒子ビームの断面のほぼ短軸方向に
おける電磁石の磁極面の加工精度を、荷電粒子ビームの
断面のほぼ長軸方向における電磁石の磁極面の加工精度
より低い加工精度とする。
ほぼ楕円とした荷電粒子ビームの断面のほぼ短軸方向に
おける電磁石の磁極面の加工精度を、荷電粒子ビームの
断面のほぼ長軸方向における電磁石の磁極面の加工精度
より低い加工精度とする。
［作用］ この発明においては、電磁石の良磁場領域のxy平面形
状を上記荷電粒子ビームのビーム断面形状に相似させる
際、ビーム断面の長軸方向について対向する電磁石の磁
極面の高精度加工領域を広くし、ビーム断面の短軸方向
については高精度加工領域を狭くすることで磁極面の加
工が容易となる。
状を上記荷電粒子ビームのビーム断面形状に相似させる
際、ビーム断面の長軸方向について対向する電磁石の磁
極面の高精度加工領域を広くし、ビーム断面の短軸方向
については高精度加工領域を狭くすることで磁極面の加
工が容易となる。
［実施例］ 第１図はこの発明で使用される荷電粒子装置の平面
図、第２図はこの発明の一実施例の四極電磁石の部分断
面図、第３図はこの発明の良磁場領域を説明するための
断面図、第４図はこの発明で得られる直線性を説明する
説明図であり、（１）〜（５），（７）〜（10），（1
2），（20），（r0），（σｘ），（σｙ）は従来例と
全く同一であるので説明を省略する。（6A）はこの発明
の四極電磁石、（21A）この発明で形成される良磁場領
域である。
図、第２図はこの発明の一実施例の四極電磁石の部分断
面図、第３図はこの発明の良磁場領域を説明するための
断面図、第４図はこの発明で得られる直線性を説明する
説明図であり、（１）〜（５），（７）〜（10），（1
2），（20），（r0），（σｘ），（σｙ）は従来例と
全く同一であるので説明を省略する。（6A）はこの発明
の四極電磁石、（21A）この発明で形成される良磁場領
域である。
この発明の荷電粒子装置の電磁石は上記のように構成
されており、以下に開示するようにビーム断面（20）に
則した良磁場領域（21A）を生成するように四磁極電磁
石が加工製作される。良磁場領域（21A）はビーム断面
のサイズ［ｘ成分方向の長さ（σｘ）及びそのｙ成分方
向の長さ（σｙ）］の数倍に設定する必要があると言わ
れている。これを達成するために第２図に示されるよう
にビーム断面（20）の短軸に対向する領域（RNG1）の部
分の加工精度は、ビーム断面（20）から遠い部分では粗
くされ、例えば製図記号における〜記号程度である。こ
れに対して領域（RNG2）の部分のそれは従来の場合と同
じく高精度であり、例えば製図記号における▽▽▽記号
又は▽▽▽▽記号のものである。このように加工するこ
とによって、四極電磁石（6A）の良磁場領域（21A）が
第３図に示すようにビーム断面（20）の形状に比例して
楕円形状に形成される。ここで、例えばクリアボア半径
（r0）を５、即ちr0＝5cmとすると、この時の四極磁場
成分の直線性は第４図に示されるように良磁場領域（21
A）で|LNY|＝１×10-3を確保できる。この外部では|LNY
|＝１×10-2ぐらいになる。
されており、以下に開示するようにビーム断面（20）に
則した良磁場領域（21A）を生成するように四磁極電磁
石が加工製作される。良磁場領域（21A）はビーム断面
のサイズ［ｘ成分方向の長さ（σｘ）及びそのｙ成分方
向の長さ（σｙ）］の数倍に設定する必要があると言わ
れている。これを達成するために第２図に示されるよう
にビーム断面（20）の短軸に対向する領域（RNG1）の部
分の加工精度は、ビーム断面（20）から遠い部分では粗
くされ、例えば製図記号における〜記号程度である。こ
れに対して領域（RNG2）の部分のそれは従来の場合と同
じく高精度であり、例えば製図記号における▽▽▽記号
又は▽▽▽▽記号のものである。このように加工するこ
とによって、四極電磁石（6A）の良磁場領域（21A）が
第３図に示すようにビーム断面（20）の形状に比例して
楕円形状に形成される。ここで、例えばクリアボア半径
（r0）を５、即ちr0＝5cmとすると、この時の四極磁場
成分の直線性は第４図に示されるように良磁場領域（21
A）で|LNY|＝１×10-3を確保できる。この外部では|LNY
|＝１×10-2ぐらいになる。
尚、上記実施例では、電磁石が荷電粒子ビームを集束
する例に用いられる四極の場合について述べたが、これ
を六極や八極で構成しても良いし、また電磁石以外の永
久磁石であっても良い。
する例に用いられる四極の場合について述べたが、これ
を六極や八極で構成しても良いし、また電磁石以外の永
久磁石であっても良い。
［発明の効果］ この発明においては以上説明したとおり、断面形状を
ほぼ楕円とした荷電粒子ビームの断面のほぼ短軸方向に
おける電磁石の磁極面の加工精度を、荷電粒子ビームの
断面のほぼ長軸方向における電磁石の磁極面の加工精度
より低い加工精度とするので、ビーム断面形状に則して
磁極面の高精度加工すべき部分を最小に抑えることがで
き、その分だけ製作が容易になり装置を安価に製作でき
るという効果を奏する。
ほぼ楕円とした荷電粒子ビームの断面のほぼ短軸方向に
おける電磁石の磁極面の加工精度を、荷電粒子ビームの
断面のほぼ長軸方向における電磁石の磁極面の加工精度
より低い加工精度とするので、ビーム断面形状に則して
磁極面の高精度加工すべき部分を最小に抑えることがで
き、その分だけ製作が容易になり装置を安価に製作でき
るという効果を奏する。
第１図はこの発明の一実施例で使用される荷電粒子装置
の平面図、第２図はこの発明の四極電磁石の部分拡大
図、第３図はこの発明の良磁場領域を示す断面図、第４
図はこの発明の直線性を説明するための断面図である。
第５図は従来の四極電磁石を備えた荷電粒子装置の平面
図、第６図は四極電磁石の平衡軌道に垂直な断面を示す
断面図、第７図は第６図の磁極面の拡大断面図、第８図
は真空ドーナッツ内の内部断面図である。 図において、（6A）はこの発明の四極電磁石、（10）は
鉄心、（11A）はこの鉄心（10）の、この発明の磁極
面、（21A）はこの発明の良磁場領域、（RNG1）及び（R
NG2）はそれぞれ磁極面（11A）の加工精度が異なる領域
である。 なお、図において同一符号は同一または相当部分を示
す。
の平面図、第２図はこの発明の四極電磁石の部分拡大
図、第３図はこの発明の良磁場領域を示す断面図、第４
図はこの発明の直線性を説明するための断面図である。
第５図は従来の四極電磁石を備えた荷電粒子装置の平面
図、第６図は四極電磁石の平衡軌道に垂直な断面を示す
断面図、第７図は第６図の磁極面の拡大断面図、第８図
は真空ドーナッツ内の内部断面図である。 図において、（6A）はこの発明の四極電磁石、（10）は
鉄心、（11A）はこの鉄心（10）の、この発明の磁極
面、（21A）はこの発明の良磁場領域、（RNG1）及び（R
NG2）はそれぞれ磁極面（11A）の加工精度が異なる領域
である。 なお、図において同一符号は同一または相当部分を示
す。
Claims (2)
- 【請求項１】荷電粒子ビームの断面形状をほぼ楕円と
し、この荷電粒子ビームを集束または発散させる電磁石
を有する荷電粒子装置において、上記荷電粒子ビームの
断面のぼほ短軸方向における上記電磁石の磁極面の加工
精度が、上記荷電粒子ビームの断面のほぼ長軸方向にお
ける上記電磁石の磁極面の加工精度より低い加工精度で
あることを特徴とする荷電粒子装置の電磁石。 - 【請求項２】上記電磁石は、四極、または六極以上の電
磁石であることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
載の荷電粒子装置の電磁石。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62055300A JP2565889B2 (ja) | 1987-03-12 | 1987-03-12 | 荷電粒子装置の電磁石 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62055300A JP2565889B2 (ja) | 1987-03-12 | 1987-03-12 | 荷電粒子装置の電磁石 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63224199A JPS63224199A (ja) | 1988-09-19 |
| JP2565889B2 true JP2565889B2 (ja) | 1996-12-18 |
Family
ID=12994720
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62055300A Expired - Fee Related JP2565889B2 (ja) | 1987-03-12 | 1987-03-12 | 荷電粒子装置の電磁石 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2565889B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5152890A (ja) * | 1974-09-26 | 1976-05-10 | Shigekazu Ikegami | Takyokujibasochi |
| JPS5367099A (en) * | 1976-11-26 | 1978-06-15 | Toshiba Corp | Electron beam shape accelerator |
-
1987
- 1987-03-12 JP JP62055300A patent/JP2565889B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63224199A (ja) | 1988-09-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |