JP2807933B2 - 電子蓄積リング - Google Patents
電子蓄積リングInfo
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- JP2807933B2 JP2807933B2 JP21301391A JP21301391A JP2807933B2 JP 2807933 B2 JP2807933 B2 JP 2807933B2 JP 21301391 A JP21301391 A JP 21301391A JP 21301391 A JP21301391 A JP 21301391A JP 2807933 B2 JP2807933 B2 JP 2807933B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はシンクロトロン放射光発
生装置における電子蓄積リングの改良に関する。
生装置における電子蓄積リングの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近、荷電粒子（特に電子）を所定の曲
率を持つ軌道に沿って光速に近い速度で運動させること
により、軌道の接線方向へシンクロトロン放射光を発生
するシンクロトロン放射光発生装置が注目を浴びてい
る。加えて、この種の装置は、小型化の要求も高く軌道
半径が０．５ｍ未満のものも提案されている。図１は小
形用の電子蓄積リングの概略を横断面で示している。断
面が環状のヨーク１０内に真空容器１２や超電導磁石に
よる集束用磁石等の磁場発生装置が配置されている。入
射加速器（図示せず）でつくられた電子ビームは、導入
部１１から真空容器１２内に導入され、磁気チャンネル
１３，１４、インフレクタ１５を介して磁場の強度によ
り定まる曲率を有する円形軌道を描いて光速に近い速度
で運動する。電子ビームは円形軌道上で局部的に密集
し、バンチと呼ばれる状態で運動する。
率を持つ軌道に沿って光速に近い速度で運動させること
により、軌道の接線方向へシンクロトロン放射光を発生
するシンクロトロン放射光発生装置が注目を浴びてい
る。加えて、この種の装置は、小型化の要求も高く軌道
半径が０．５ｍ未満のものも提案されている。図１は小
形用の電子蓄積リングの概略を横断面で示している。断
面が環状のヨーク１０内に真空容器１２や超電導磁石に
よる集束用磁石等の磁場発生装置が配置されている。入
射加速器（図示せず）でつくられた電子ビームは、導入
部１１から真空容器１２内に導入され、磁気チャンネル
１３，１４、インフレクタ１５を介して磁場の強度によ
り定まる曲率を有する円形軌道を描いて光速に近い速度
で運動する。電子ビームは円形軌道上で局部的に密集
し、バンチと呼ばれる状態で運動する。
【０００３】ところで、円形軌道上を運動している電子
ビームには寿命があり、この寿命を長くすることがこの
種装置の一つの課題でもある。図２を参照してバンチ内
の電子の寿命について説明する。バンチ内の電子が失わ
れる（寿命を決める）過程は３通りある。第１の過程は
真空容器内の残留ガスと衝突して電子の進行方向が曲げ
られ、真空容器に衝突して失われる（真空寿命）。第２
の過程はバンチ内で電子同士が衝突して運動エネルギー
が変化し、安定な運動をするエネルギー範囲の外に出る
ことで失われる（タウシェック寿命）。第３の過程はシ
ンクロトロン放射により光を放出し、その分運動エネル
ギーを失うことで安定な運動をするエネルギー範囲の外
に出て失われる（量子寿命）。
ビームには寿命があり、この寿命を長くすることがこの
種装置の一つの課題でもある。図２を参照してバンチ内
の電子の寿命について説明する。バンチ内の電子が失わ
れる（寿命を決める）過程は３通りある。第１の過程は
真空容器内の残留ガスと衝突して電子の進行方向が曲げ
られ、真空容器に衝突して失われる（真空寿命）。第２
の過程はバンチ内で電子同士が衝突して運動エネルギー
が変化し、安定な運動をするエネルギー範囲の外に出る
ことで失われる（タウシェック寿命）。第３の過程はシ
ンクロトロン放射により光を放出し、その分運動エネル
ギーを失うことで安定な運動をするエネルギー範囲の外
に出て失われる（量子寿命）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】残留ガスとの衝突で軌
道上のある点Ａでθだけ電子の進行方向が曲げられたと
すると、Ｂ点の電子の振幅ｙは（電子はバンチの中心を
中心として振動している）次の数式１で表わされる。
道上のある点Ａでθだけ電子の進行方向が曲げられたと
すると、Ｂ点の電子の振幅ｙは（電子はバンチの中心を
中心として振動している）次の数式１で表わされる。
【０００５】
【数１】
【０００６】ここで、βA はＡ点のベータ関数値、βB
はＢ点のベータ関数値である。ビームダクトの半径をａ
とすると、次の数式２で表わされる散乱に対しては電子
はビームダクトに衝突して失われる。
はＢ点のベータ関数値である。ビームダクトの半径をａ
とすると、次の数式２で表わされる散乱に対しては電子
はビームダクトに衝突して失われる。
【０００７】
【数２】
【０００８】この数式２からベータ関数が小さい程、θ
MAX は大きくなり、損失の確率は小さくなるか、または
寿命が延びる。しかしながら、ある程度以上に真空寿命
が延びると、タウシェック寿命が蓄積電子の寿命の主た
る要因になる。特に、蓄積リングの平均軌道半径が０．
５ｍ以下になると、ベータ関数は通常の蓄積リングに比
較して非常に小さくなるので真空寿命は十分長くなる。
一方、バンチ内の電子密度分布はガウス分布をしてお
り、その標準偏差σは次式で表わされる。 σ＝（εβ）1/2 但し、εはエミッタンス（蓄積リング固有の比例定
数）、βはベータ関数である。
MAX は大きくなり、損失の確率は小さくなるか、または
寿命が延びる。しかしながら、ある程度以上に真空寿命
が延びると、タウシェック寿命が蓄積電子の寿命の主た
る要因になる。特に、蓄積リングの平均軌道半径が０．
５ｍ以下になると、ベータ関数は通常の蓄積リングに比
較して非常に小さくなるので真空寿命は十分長くなる。
一方、バンチ内の電子密度分布はガウス分布をしてお
り、その標準偏差σは次式で表わされる。 σ＝（εβ）1/2 但し、εはエミッタンス（蓄積リング固有の比例定
数）、βはベータ関数である。
【０００９】この式より、ベータ関数が小さくなると、
ビームサイズは小さくなり、バンチ内の電子密度は高く
なる（実際は蓄積リングが小さくなるとエミッタンスが
大きくなる傾向があるのである程度緩和される。）。こ
の結果、電子同士の散乱確率が高くなり、タウシェック
寿命が短くなる。このような問題点に鑑み、本発明の課
題は軌道半径の小さい円型弱集束電子蓄積リングで、電
子ビームの長寿命化に適した電子蓄積リングを提供する
ことにある。
ビームサイズは小さくなり、バンチ内の電子密度は高く
なる（実際は蓄積リングが小さくなるとエミッタンスが
大きくなる傾向があるのである程度緩和される。）。こ
の結果、電子同士の散乱確率が高くなり、タウシェック
寿命が短くなる。このような問題点に鑑み、本発明の課
題は軌道半径の小さい円型弱集束電子蓄積リングで、電
子ビームの長寿命化に適した電子蓄積リングを提供する
ことにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明による電子蓄積リ
ングは、内蔵された円型弱集束型磁石により発生する磁
場分布のｎ値（ｎ＝［−Ｒ／Ｂ］・［ｄＢ／ｄＲ］で定
義される。）を０．０１＜ｎ＜０．１となるように設定
したことを特徴とする。
ングは、内蔵された円型弱集束型磁石により発生する磁
場分布のｎ値（ｎ＝［−Ｒ／Ｂ］・［ｄＢ／ｄＲ］で定
義される。）を０．０１＜ｎ＜０．１となるように設定
したことを特徴とする。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。円
型弱集束電子蓄積リングのタウシェック寿命は次式で与
えられる。 τ＝σx'γ3 （εmax ／Ｅ0 ）2 ＶB ／［π1/2 ｒe 2
ｃＮＣ（ξ）］ ここで ＶB ＝（４π）3/2 σx σy σL ξ＝［εmax ／（Ｅ0 γσx'）］2 Ｃ（ξ）＝ｌｏｇ（１／1.78・ξ）−1.5 である。但し、 ｒe ＝2.8 ×10-15 ｍ：電子の古典半径 ｃ＝3.0 ×108 m/s ：光速度 Ｎ：バンチ内の電子数 γ＝Ｅ0 ／ｍｃ2 ：相対論的質量係数（ｍｃ2 は電子の
静止エネルギー） Ｅ0 ：バンチ内電子のエネルギー分布の中心エネルギー εmax ：電子の運動エネルギーの中心エネルギーからの
最大許容変位 ＶB ：バンチの体積 σx ：水平方向ビームの広がり σx'：電子ビームの進行方向に対する水平方向角度広が
りの標準偏差 σy ：垂直方向ビームの広がり σL ：ビームの進行方向の広がり、またはバンチの長さ
型弱集束電子蓄積リングのタウシェック寿命は次式で与
えられる。 τ＝σx'γ3 （εmax ／Ｅ0 ）2 ＶB ／［π1/2 ｒe 2
ｃＮＣ（ξ）］ ここで ＶB ＝（４π）3/2 σx σy σL ξ＝［εmax ／（Ｅ0 γσx'）］2 Ｃ（ξ）＝ｌｏｇ（１／1.78・ξ）−1.5 である。但し、 ｒe ＝2.8 ×10-15 ｍ：電子の古典半径 ｃ＝3.0 ×108 m/s ：光速度 Ｎ：バンチ内の電子数 γ＝Ｅ0 ／ｍｃ2 ：相対論的質量係数（ｍｃ2 は電子の
静止エネルギー） Ｅ0 ：バンチ内電子のエネルギー分布の中心エネルギー εmax ：電子の運動エネルギーの中心エネルギーからの
最大許容変位 ＶB ：バンチの体積 σx ：水平方向ビームの広がり σx'：電子ビームの進行方向に対する水平方向角度広が
りの標準偏差 σy ：垂直方向ビームの広がり σL ：ビームの進行方向の広がり、またはバンチの長さ
【００１２】関数Ｃ（ξ）は電子のエネルギーが大きい
場合、σx'の変化に対して変化が少ないので、エネルギ
ーを一定とした場合、近似的に定数と考えられる。円型
弱集束蓄積リングの場合 εx 0 ＝3.84・10-13 ・γ2 ／（ｎ・（１−
ｎ）1/2 ）：自然エミッタンス εx ＝εx 0 ／（１＋ｋ2 ） ｋは水平方向と垂直方向のエミッタンスの結合係数 εy ＝εx 0 ｋ2 ／（１＋ｋ2 ） σx ＝（εx βx ）1/2 ・｛１＋［（１＋ｋ2 ）・ｎ／
（３−４ｎ）］｝1/2 σx'＝（εx ／βx ）1/2 σx σx'＝εx ・｛１＋［（１＋ｋ2）ｎ／（３−４
ｎ）］｝1/2 σy ＝（εy ・βy ）1/2 βx ＝Ｒ・（１−ｎ）-1/2 βy ＝Ｒ・ｎ-1/2 σL は次の数式３で表わされる。
場合、σx'の変化に対して変化が少ないので、エネルギ
ーを一定とした場合、近似的に定数と考えられる。円型
弱集束蓄積リングの場合 εx 0 ＝3.84・10-13 ・γ2 ／（ｎ・（１−
ｎ）1/2 ）：自然エミッタンス εx ＝εx 0 ／（１＋ｋ2 ） ｋは水平方向と垂直方向のエミッタンスの結合係数 εy ＝εx 0 ｋ2 ／（１＋ｋ2 ） σx ＝（εx βx ）1/2 ・｛１＋［（１＋ｋ2 ）・ｎ／
（３−４ｎ）］｝1/2 σx'＝（εx ／βx ）1/2 σx σx'＝εx ・｛１＋［（１＋ｋ2）ｎ／（３−４
ｎ）］｝1/2 σy ＝（εy ・βy ）1/2 βx ＝Ｒ・（１−ｎ）-1/2 βy ＝Ｒ・ｎ-1/2 σL は次の数式３で表わされる。
【００１３】
【数３】
【００１４】よって、次の数式４でも表わされる。
【００１５】
【数４】
【００１６】また、次の数式５の関係が得られる。
【００１７】
【数５】
【００１８】従って、タウシェック寿命は近似的に次の
数式６で表わされる。
数式６で表わされる。
【００１９】
【数６】
【００２０】以上のことから、円型弱集束リングのタウ
シェック寿命を長くするためにはｎを小さくすることが
有効であることが判る。このときβy も大きくなるが、
Ｒが小さい場合、βy は真空寿命が十分長い範囲に保て
る。
シェック寿命を長くするためにはｎを小さくすることが
有効であることが判る。このときβy も大きくなるが、
Ｒが小さい場合、βy は真空寿命が十分長い範囲に保て
る。
【００２１】従来の装置では、電子の軌道半径Ｒ＝０．
５ｍ、電子のエネルギー６５０MeVでｎ値は約０．３〜
０．４程度である。これに対し、本発明では電子の軌道
半径Ｒ＝０．１５ｍ、電子のエネルギー２５０MeV 程度
の蓄積リングを対象とする。この蓄積リングのタウシェ
ック寿命は、電子のエネルギーが小さいことにより、
（２５０／６５０）7 （約０．００１２）の比で短かく
なる。そこで、ｎを従来の１／２０である０．０１５〜
０．０２にすると、２０7/4 （約１８９倍）だけタウシ
ェック寿命を長くできる。従来のタウシェック寿命は約
３０時間であるが、本発明で対象とする蓄積リングでは
約７時間の寿命となる。
５ｍ、電子のエネルギー６５０MeVでｎ値は約０．３〜
０．４程度である。これに対し、本発明では電子の軌道
半径Ｒ＝０．１５ｍ、電子のエネルギー２５０MeV 程度
の蓄積リングを対象とする。この蓄積リングのタウシェ
ック寿命は、電子のエネルギーが小さいことにより、
（２５０／６５０）7 （約０．００１２）の比で短かく
なる。そこで、ｎを従来の１／２０である０．０１５〜
０．０２にすると、２０7/4 （約１８９倍）だけタウシ
ェック寿命を長くできる。従来のタウシェック寿命は約
３０時間であるが、本発明で対象とする蓄積リングでは
約７時間の寿命となる。
【００２２】ｎ値の下限は許容誤差磁場から決まる。４
Ｒ＝１０mmで許容誤差磁場４Ｂ／Ｂを約１０-3とする
と、（１／Ｂ）・（４Ｂ／４Ｒ）は約０．１（１／ｍ）
である。よって、Ｒの最小値を約０．１ｍとすると、 ４ｎ＝０．０１ となる。そこでｎ値の下限を０．０１とする。
Ｒ＝１０mmで許容誤差磁場４Ｂ／Ｂを約１０-3とする
と、（１／Ｂ）・（４Ｂ／４Ｒ）は約０．１（１／ｍ）
である。よって、Ｒの最小値を約０．１ｍとすると、 ４ｎ＝０．０１ となる。そこでｎ値の下限を０．０１とする。
【００２３】ｎ値の上限は本発明の有効性で決まる。対
象とする蓄積リングの軌道半径は０．１〜０．５ｍで、
できるだけ低エネルギーの電子に対して、タウシェック
寿命を延ばしたり、ｎ＞０．１ではタウシェック寿命に
著しい変化は見られない。ｎ＝０．５と０．１では、後
者が前者の約１０倍程度である。また、ｎ＝０．２５以
上の蓄積リングについては既に設計例Ｒ＝０．５ｍがあ
る。しかし、この例ではｎをさらに小さくすると、ビー
ムサイズが大きくなり過ぎて、要求仕様に合わなくな
る。ここで対象とする蓄積リングでは軌道半径が小さい
ので、ビームサイズはそれほど大きくならない。そこ
で、ｎ値の上限を０．１とする。
象とする蓄積リングの軌道半径は０．１〜０．５ｍで、
できるだけ低エネルギーの電子に対して、タウシェック
寿命を延ばしたり、ｎ＞０．１ではタウシェック寿命に
著しい変化は見られない。ｎ＝０．５と０．１では、後
者が前者の約１０倍程度である。また、ｎ＝０．２５以
上の蓄積リングについては既に設計例Ｒ＝０．５ｍがあ
る。しかし、この例ではｎをさらに小さくすると、ビー
ムサイズが大きくなり過ぎて、要求仕様に合わなくな
る。ここで対象とする蓄積リングでは軌道半径が小さい
ので、ビームサイズはそれほど大きくならない。そこ
で、ｎ値の上限を０．１とする。
【００２４】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明は軌道
半径０．５ｍ以下の円型弱集束型電子蓄積リングに低エ
ネルギーの電子を蓄積する場合に効果を有し、集束用電
磁石の磁場分布のｎ値をある決められた範囲にすること
で、タウシェック寿命を長くすることが理論的に確認さ
れた。
半径０．５ｍ以下の円型弱集束型電子蓄積リングに低エ
ネルギーの電子を蓄積する場合に効果を有し、集束用電
磁石の磁場分布のｎ値をある決められた範囲にすること
で、タウシェック寿命を長くすることが理論的に確認さ
れた。
【図１】電子蓄積リングの構造を概略的に示した横断面
図。
図。
【図２】電子蓄積リング内を運動する電子ビーム（バン
チ）を説明するための図。
チ）を説明するための図。
１０ ヨーク １１ 導入部 １２ 真空容器 １３ 磁気チャンネル １５ インフレクタ
Claims (1)
- 【請求項１】 荷電粒子を所定の曲率を有する軌道に沿
って光速に近い速度で運動させることにより、前記軌道
の接線方向へシンクロトロン放射光を発生する電子蓄積
リングにおいて、内蔵された円型弱集束型磁石により発
生する磁場分布のｎ値を０．０１＜ｎ＜０．１となるよ
うに設定したことを特徴とする電子蓄積リング。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21301391A JP2807933B2 (ja) | 1991-07-31 | 1991-07-31 | 電子蓄積リング |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21301391A JP2807933B2 (ja) | 1991-07-31 | 1991-07-31 | 電子蓄積リング |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0536497A JPH0536497A (ja) | 1993-02-12 |
| JP2807933B2 true JP2807933B2 (ja) | 1998-10-08 |
Family
ID=16632057
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21301391A Expired - Lifetime JP2807933B2 (ja) | 1991-07-31 | 1991-07-31 | 電子蓄積リング |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2807933B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013161617A1 (ja) | 2012-04-26 | 2013-10-31 | エヌイーシーコンピュータテクノ株式会社 | 空冷式筐体 |
-
1991
- 1991-07-31 JP JP21301391A patent/JP2807933B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0536497A (ja) | 1993-02-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19980624 |