JP2883285B2 - Industrial photon generator - Google Patents

Industrial photon generator

Info

Publication number
JP2883285B2
JP2883285B2 JP30837494A JP30837494A JP2883285B2 JP 2883285 B2 JP2883285 B2 JP 2883285B2 JP 30837494 A JP30837494 A JP 30837494A JP 30837494 A JP30837494 A JP 30837494A JP 2883285 B2 JP2883285 B2 JP 2883285B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
industrial
ring
electron beam
electron
photon generator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP30837494A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH08148299A (en
Inventor
横山  稔
正之 河合
信治 濱田
鉄夫 山崎
家和勝 山田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Kawasaki Motors Ltd
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
Kawasaki Jukogyo KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Agency of Industrial Science and Technology, Kawasaki Jukogyo KK filed Critical Agency of Industrial Science and Technology
Priority to JP30837494A priority Critical patent/JP2883285B2/en
Publication of JPH08148299A publication Critical patent/JPH08148299A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2883285B2 publication Critical patent/JP2883285B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】開示技術は、自由電子レーザー
(FEL),放射光(SR光)等を発生させるリング型
加速器の実使用可能な産業用フォトン装置の技術分野に
属する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The disclosed technology belongs to the technical field of a practically usable industrial photon device of a ring type accelerator for generating free electron laser (FEL), radiation light (SR light) and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】周知の如く、産業の発達は科学の発達に
伴い、高度に発展しているが、SR光やFEL等の高輝
度光は医学,化学,バイオ,群分離,核融合等の物理学
の分野での利用がますます期待され、したがって、これ
らを発生させるフォトンの産業用の装置の開発実用化が
強く求められている。
2. Description of the Related Art As is well known, the development of industry is highly developed with the development of science, but high-intensity light such as SR light and FEL is used for medical, chemical, bio, group separation, nuclear fusion, etc. It is increasingly expected to be used in the field of physics, and there is therefore a strong demand for the development and commercialization of industrial devices for photons that generate them.

【0003】ところで、研究用等の実験用のフォトン発
生装置ではこれまで電子蓄積リングを用いたタイプと線
型加速器(リニアック型高輝度光発生装置と称されてい
る)の2種類のタイプがあり、電子を発生させ、該電子
を用いて赤外域,遠赤外域,サブミリ波までの高輝度光
を発生させる装置が開発されて外国等の各研究機関で現
用されている。
There are two types of photon generators for research and other experiments, such as a type using an electron storage ring and a linear accelerator (referred to as a linac-type high-brightness light generator). Devices for generating electrons and using the electrons to generate high-intensity light in the infrared, far-infrared, and submillimeter waves have been developed and are currently used in research institutions in foreign countries and the like.

【0004】このうち、図7に示されているリニアック
型の高輝度光発生装置1にあっては紫外域の高輝度光を
発生させるためには、ノーマルなアンジュレータを使用
する場合300MeV 以上の高いエネルギーまで加速する
装置設備が必要であり、アンジュレータ(ウイグラー)
2に至るまでの加速管3,3…が多く、且つ、長く必要
となり、したがって、設備的に大きくなり、管理操作上
の欠点となり、当然のことながら、イニシャルコストを
含め、ランニングコスト,メンテナンスコストが大きく
なる不利点があり、電子の質(エネルギーの分散やエミ
ッタンス)や安定性を向上させねばならなく、更に装置
のコストが増加する不利点がある。
In the linac-type high-brightness light generator 1 shown in FIG. 7, in order to generate high-brightness light in the ultraviolet region, when a normal undulator is used, a high luminosity of 300 MeV or more is used. An undulator (wiggler) that requires equipment to accelerate to energy
2 are required to be many and long, and therefore, the equipment becomes large in size, resulting in a disadvantage in management operation. Naturally, running costs including initial costs and maintenance costs are included. The disadvantage is that the quality (electron dispersion and emittance) and stability of electrons must be improved, and the cost of the device increases.

【0005】一方、図8に示す電子蓄積リング型を用い
たリング型の高輝度光発生装置1'においては、例え
ば、特願平3−84391号に示されている場合におい
て発生する高輝度光が1μm以下の波長領域、特に、紫
外域での発生を伴う研究開発が各種研究機関や企業にお
いて研究レベルや実験レベルにおいて進められてはい
る。
On the other hand, in a ring-type high-intensity light generator 1 'using an electron storage ring type shown in FIG. 8, for example, high-intensity light generated in the case shown in Japanese Patent Application No. 3-84391 is disclosed. Research and development involving generation in the wavelength region of 1 μm or less, particularly in the ultraviolet region, are being promoted at various research institutions and companies at the research level and the experimental level.

【0006】しかしながら、当該リング型の高輝度光発
生装置1' において1μm以上の波長を得るためには蓄
積した電子のエネルギーが100MeV 以下と低くなるた
め、10 -10〜10 -11 Torr 程度の超高真空でも電子
ビームは長時間の維持が出来なく、発生が実質不可能と
なる(尚、当該リング型の高輝度光発生装置1' にあっ
ては小型のリニアック等の入射器からの電子をビーム輸
送系の偏向電磁石4や四極電磁石17,18等を介しセ
プタム電磁石6を介して偏向電磁石4や四極電磁石5'
やRFキャビティ7、キッカー電磁石9を有するリング
状の電子ビーム周回軌道11を周回されて該電子ビーム
周回軌道11の中途に介装されているアンジュレータ
(ウイグラー)2' の前後に設けらている図示しない反
射ミラーにより共振発振させられて紫外域程度の波長の
高輝度光を発生させているものである)。
However, in order to obtain a wavelength of 1 μm or more in the ring-type high-brightness light generator 1 ′, the energy of the accumulated electrons is reduced to 100 MeV or less, so that the energy of the electron is reduced to about 10 −10 to 10 −11 Torr. Even in a high vacuum, the electron beam cannot be maintained for a long time, and generation of the electron beam is substantially impossible. (In the ring-type high-brightness light generation device 1 ′, electrons from an injector such as a small linac are used. The deflection electromagnet 4 and the quadrupole electromagnet 5 ′ via the septum electromagnet 6 via the deflection electromagnet 4 and the quadrupole electromagnets 17 and 18 of the beam transport system.
And an undulator (wiggler) 2 ′ which is orbited around a ring-shaped electron beam orbit 11 having an RF cavity 7 and a kicker electromagnet 9 and is provided in the middle of the electron beam orbit 11. The high-intensity light having a wavelength of about the ultraviolet region is generated by resonance oscillation by a non-reflective mirror.)

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】図7に示す様に、リニ
アック型の高輝度光発生装置1にしても加速管3,3…
が多数、且つ、長尺必要であり、リニアックスペースも
長尺にならざるを得ず、装置全体が嵩高となり、又、リ
ング型の高輝度光発生装置1' にあっても電子ビーム周
回軌道11外にリニアック等の入射器、及び、付帯装置
を装備せねばならず、装置全体がスペース的に大きくな
らざるを得ず、当然のことながら、初期建造が複雑、困
難で高コストにつくという不利点があり、このようにし
てリニアック型の高輝度光発生装置1にしてもリング型
の高輝度光発生装置1' にしても大型で、しかも、エネ
ルギー的に高低差が激しく、高輝度光の波長に長短差が
あり、したがって、装置が構造的に小型で紫外域からサ
ブミリ波までを同一の小型装置で高輝度光を発生可能に
する装置は現存せず、研究実験段階から実用段階に移行
が強く望まれている産業用フォトンの現出のネックとな
っており、事実残存する産業用フォトン装置としての加
速器はリニアック型やリング型の大型化の建造として行
われている障害がある。
As shown in FIG. 7, even in the linac-type high-intensity light generating device 1, the acceleration tubes 3, 3,...
And a long linac space is unavoidable, so that the entire device becomes bulky, and even in the ring-type high-intensity light generator 1 ', the electron beam orbit 11 It is necessary to equip the outside with an injector such as a linac and ancillary equipment, and the entire equipment must be large in space. Naturally, the initial construction is complicated, difficult and expensive. There is an advantage. Thus, the linac-type high-intensity light generator 1 and the ring-type high-intensity light generator 1 'are large in size, and have a large difference in energy level. There is a difference in wavelength, so the device is structurally small, and there is no device that can generate high-intensity light from ultraviolet to submillimeter waves with the same small device. Is strongly desired This has been a bottleneck for the emergence of industrial photons, and there are obstacles that have been used as large-scale construction of linac-type or ring-type accelerators as actual industrial photon devices.

【0008】ところで、FEL発振についての電子ビー
ム源としての要求は相対論的エネルギーであること、後
述する如くエネルギーの広がりが小さいこと、エミッタ
ンスが小さいこと、大電流であること等の条件を備える
必要があり、又、アンジュレータ(ウイグラー)の共振
部分として長い直線部を設けることが必要である。
The electron beam source for FEL oscillation needs to have conditions such as relativistic energy, small energy spread, small emittance, and large current as described later. In addition, it is necessary to provide a long linear portion as a resonance portion of the undulator (wiggler).

【0009】しかしながら、リニアックにて数百MeV の
電子を発生させ、エネルギーの広がりを小さくしようと
した場合、加速管に供給されるRFの高い位相安定輝度
が要求されるため、それを得るためには非常にコスト高
となり、高いエネルギーを持つエネルギー広がりの小さ
いビームを得るためには、その性能が容易に得られる当
該図8に示す様なレーストラック型のリング加速器1'
とならざるを得ない不自由さがあった。
However, when electrons of several hundred MeV are generated by a linac to reduce the spread of energy, a high phase stable luminance of RF supplied to the accelerator is required. Is very expensive, and in order to obtain a beam with high energy and a small energy spread, a racetrack type ring accelerator 1 'as shown in FIG.
There was inconvenience inevitably.

【0010】[0010]

【発明の目的】この出願の発明目的は上述従来技術に基
づく上述リニアック型の加速器とリング型の加速器の電
子ビームのエネルギーの高低(光の波長の長短)差の相
互に相入れないことによる、又、物理的に大がかりとな
り、コスト的にも高くつく産業用,実用化のネックとな
っている加速器の問題点を解決すべき技術的課題とし、
エネルギーの低い(即ち、10MeV 〜150MeV の波長
の長い)場合には、リニアックからの入射器からの直接
の電子ビームを利用し、一方、100MeV (波長の短
い)以上のエネルギーの高い場合には、リングに蓄積し
た電子ビームを利用し、10MeV 〜1GeV 程度の安定し
た良質の電子ビームを電子蓄積リング内に設置した同一
アンジュレータ(ウイグラー)を通過させ、該リニアッ
クについては電子蓄積リングの内側等別体に設けてシス
テム全体を小型化し、初期構築メンテナンス等がし易
く、紫外域からサブミリ波までの高輝度光を発生させる
ことが可能であるようにして各種産業におけるレーザー
技術利用分野に益する優れた産業用フォトン発生装置を
提供せんとするものである。
The object of the invention of this application is to make the linac-type accelerator and the ring-type accelerator based on the prior art described above incompatible with each other in the difference in the height (length of light wavelength) of the electron beam energy. In addition, it is a technical problem to solve the problem of the accelerator, which is a bottleneck for industrial and practical use, which is physically large and costly,
In the case of low energy (ie, a long wavelength of 10 MeV to 150 MeV), the direct electron beam from the injector from the linac is used, while in the case of high energy of 100 MeV (short wavelength) or more, Using the electron beam accumulated in the ring, a stable high-quality electron beam of about 10 MeV to 1 GeV is passed through the same undulator (wiggler) installed in the electron storage ring. It is easy to perform the initial construction maintenance, etc., and it is possible to generate high brightness light from the ultraviolet region to submillimeter wave, so it is excellent for laser technology application fields in various industries. It is intended to provide an industrial photon generator.

【0011】尚、当該アンジュレータ(ウイグラー)の
両側には適宜に反射ミラーを設け、適宜のアライメント
調整を行うことによりFELをも得ることが出来るよう
にされるものである。
Incidentally, reflection mirrors are appropriately provided on both sides of the undulator (wiggler), and an FEL can also be obtained by performing an appropriate alignment adjustment.

【0012】[0012]

【発明の背景】上述の如く、エネルギーの低い(波長の
長い)場合には、リニアックからの直接の電子ビームを
利用してエネルギーの高い場合にはリングに蓄積した電
子ビームを利用して良質の電子ビームをリング内に設置
した同一アンジュレータ(ウイグラー)を通過させるこ
とで両者の利点を用いて産業上有効な小型のフォトン発
生装置を造ることが理論的には可能であり、この場合、
電子の質や安定性を向上させると共に、ディスパージョ
ンと呼ばれるエネルギー分散と呼ばれるビームサイズを
決定する光学的な比例係数をアンジュレータ部で小さく
する必要がある。
As described above, when the energy is low (the wavelength is long), the electron beam directly from the linac is used, and when the energy is high, the electron beam stored in the ring is used to obtain high quality. By passing the electron beam through the same undulator (wiggler) installed in the ring, it is theoretically possible to create a small industrially effective photon generator using the advantages of both. In this case,
In addition to improving the quality and stability of electrons, it is necessary to reduce the optical proportional coefficient for determining the beam size called energy dispersion called dispersion in the undulator section.

【0013】それはFELゲインが電子ビームの密度に
比例するため、共振部でビームサイズを小さくする要求
によるものであり、性能を向上させる大きな要素となっ
ているが、発明者らは図8に示すレーストラック型のリ
ング型の加速器についての各種計算によりリニアックか
らのビームを直接用いる場合もディスパーションが図5
に示す点線のように0にすることが出来ることが分り、
図4に示す様に、リング型として用いる場合と同様であ
ることから、リニアック型の加速器とリング型の加速器
を折衷して小型でコンパクトで良質な電子ビームを電子
蓄積リング内に設置した同一アンジュレータ(ウイグラ
ー)を通過させ(中心線を通過するように)紫外域から
サブミリ波までの高輝度光を発生することが可能である
見込みがたったのである。
[0013] This is because the FEL gain is proportional to the electron beam density, and this is due to the requirement to reduce the beam size in the resonance part, which is a major factor in improving the performance. Even when the beam from the linac is used directly by the various calculations for the racetrack type ring accelerator, the dispersion is shown in FIG.
It can be seen that it can be set to 0 as shown by the dotted line in
As shown in FIG. 4, the same undulator in which a small, compact, and high-quality electron beam is installed in the electron storage ring by combining a linac-type accelerator and a ring-type accelerator because it is similar to the case of using a ring-type accelerator. It was hoped that it would be possible to generate high-intensity light from the UV range to submillimeter waves by passing (through the wiggler) (like passing through the center line).

【0014】尚、アンジュレータ(ウイグラー)の両端
に設ける反射ミラーには適宜なアライメント調整を行う
ことによりFELも得られるものである。
The reflection mirror provided at both ends of the undulator (wiggler) can also obtain the FEL by performing appropriate alignment adjustment.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段・作用】上述目的に沿い先
述特許請求の範囲を要旨とするこの出願の発明の構成
は、前述課題を解決するために、小型コンパクトで操作
性が優れ、管理制御がし易い産業用フォトン発生装置に
よりFEL,SR光等の高輝度光を発生させるに、電子
リング周回軌道とは別体にリニアック等の入射器を、特
に、電子ビーム周回軌道リングの内側に設けてコンパク
ト化を図り、操作性を良くし、当該入射器からの低エネ
ルギーの電子とリング蓄積した高エネルギーの電子を同
一のアンジュレータ(ウイグラー)を通過させて高帯域
の所定の高輝度光の発生を図るようにし、その際、入射
器と電子ビーム周回軌道にかけてのトランスポート部に
セプタム電磁石をオフアクシスとオンアクシスが切り換
え可能なように設け、或いは、当該電子ビーム周回軌道
のアンジュレータ(ウイグラー)に至る軌道部分に2つ
以上の二極電磁石を設け入射器からの電子ビームを電子
蓄積リングの周回軌道上を通過させるようにする。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the structure of the invention of the present application, which has the above-mentioned claims and aims at solving the above-mentioned problems, is small, compact, excellent in operability, and has an administrative control. In order to generate high-intensity light such as FEL and SR light with an industrial photon generator that is easy to operate, an injector such as a linac is provided separately from the orbit of the electron ring, especially inside the orbit ring of the electron beam. To reduce the size of the device, improve operability, and pass the low-energy electrons and the ring-stored high-energy electrons from the injector through the same undulator (wiggler) to generate high-band, predetermined high-brightness light. In this case, a septum electromagnet is provided in the transport section between the injector and the electron beam orbit so that off-axis and on-axis can be switched. Alternatively, the electron beam from the injector provided with two or more two-pole electromagnet track portion extending in undulator (wiggler) of the electron beam orbit so as to pass over the orbit of the electron storage ring.

【0016】詳細には、セプタム電磁石を用いてアンジ
ュレータで周回軌道を通過させる場合は、図1に示す様
に、2つの入射方式(オフアクシスとオンアクシス)を
設置してそれぞれ用いる。
In detail, when passing through the orbit by an undulator using a septum electromagnet, two incident systems (off-axis and on-axis) are installed and used as shown in FIG.

【0017】但し、電子ビームを蓄積する場合には、オ
ンアクシスの磁石コイルを上下方向、或いは、左右方向
に移動、或いは、蓄積ビームに影響を与えないようにす
る。
However, when accumulating the electron beam, the on-axis magnet coil is moved in the vertical direction or the horizontal direction, or the accumulated beam is not affected.

【0018】又、図2に示す様に、2つ以上の補正二極
電磁石を用いてオフアクシス状の電子ビームをアンジュ
レータ(ウイグラー)の中心に通過させるように印加
し、このようにして同一のアンジュレータ(ウイグラ
ー)をリニアック型,リング型の双方に用いて10MeV
〜最大1GeV 程度の安定した良質の電子ビームを通過さ
せることにより、紫外域からサブミリ波までの高輝度光
を発生することが可能であり、その際、当然のことなが
ら、アンジュレータ(ウイグラー)の両端に反射ミラー
設けてアライメント調整を行うことにより、FELを得
られるようにすることも可能である。
As shown in FIG. 2, an off-axis electron beam is applied by using two or more correcting dipole electromagnets so as to pass through the center of an undulator (wiggler). 10MeV using undulator (wiggler) for both linac type and ring type
By passing a stable high-quality electron beam of up to about 1 GeV, it is possible to generate high-intensity light from the ultraviolet region to the submillimeter wave. At that time, naturally, both ends of the undulator (wiggler) It is also possible to obtain an FEL by providing a reflection mirror for the alignment adjustment.

【0019】アンジュレータ(ウイグラー)からの高輝
度光は次式で表される。
The high brightness light from the undulator (wiggler) is expressed by the following equation.

【0020】[0020]

【数1】λ=λw (1+K2 /2)/2γ2 K=93.4Bλw ここで、λw は磁場周期長、Bはピークの磁場強度、γ
は電子エネルギーを電子の静止質量で割ったものであ
る。
[Number 1] λ = λ w (1 + K 2/2) / 2γ 2 K = 93.4Bλ w where, lambda w is the magnetic field period length, B is the magnetic field intensity of the peak, gamma
Is the electron energy divided by the rest mass of the electron.

【0021】尚、アンジュレータ(ウイグラー)の周期
0.1mとし、K値を1、及び、3とした場合の発生す
る波長は図6に示す通りであり、紫外域からサブミリ波
の領域の高輝度光が得られることが分る。
The wavelengths generated when the undulator (wiggler) period is 0.1 m and the K values are 1 and 3 are as shown in FIG. 6, and the high luminance in the region from the ultraviolet region to the submillimeter wave is shown. It turns out that light is obtained.

【0022】[0022]

【実施例】次に、この出願の発明の実施例を図1〜図6
に基づいて説明すれば以下の通りである。
1 to 6 show an embodiment of the invention of this application.
This will be described below.

【0023】尚、図7,図8と同一態様部分は同一符号
を用いて説明するものとする。
7 and 8 will be described using the same reference numerals.

【0024】図1に示す実施例において、1' はこの出
願の発明の要旨を成す産業用フォトン発生装置の加速器
であり、その構成は大別して外側に電子ビームを周回さ
せる軌道をリング型加速器8と該電子ビームの周回軌道
に対する電子の入射器としての入射器9、及び、該入射
器9から電子ビーム周回軌道から電子を入射するトラン
スポート部分10の3体からなっており、結果的に入射
器9がリング型の加速器8のレーストラック型の電子ビ
ーム周回軌道11の内部に設けられていることにより、
スペース的にコンパクト化されて組立ては勿論、メンテ
ナンスや管理操作がし易いようにされている。
In the embodiment shown in FIG. 1, reference numeral 1 'denotes an accelerator of an industrial photon generator which forms the gist of the invention of the present application. And an injector 9 as an injector for electrons with respect to the orbit of the electron beam, and a transport portion 10 for injecting electrons from the orbit of the electron beam from the injector 9, resulting in the incidence Device 9 is provided inside the race track type electron beam orbit 11 of the ring type accelerator 8,
It is compact in space and easy to assemble, as well as easy to maintain and manage.

【0025】而して、リング型加速器8にあっては偏向
電磁石4、リング用四極電磁石5,5' 、及び、RFキ
ャビティ7が設けられ、当該電子ビーム周回軌道11の
直線部の一部にはアンジュレータ(ウイグラー)2が設
けられ、その前後延長部には共振用の反射ミラー12,
12が設けられており、又、セプタム電磁石22とほぼ
リングの反対部にキッカー電磁石13が設けられてい
る。
In the ring type accelerator 8, the bending electromagnet 4, the quadrupole electromagnets 5, 5 'for the ring, and the RF cavity 7 are provided, and a part of the linear portion of the electron beam orbit 11 is provided. Is provided with an undulator (wiggler) 2, and a reflection mirror 12 for resonance,
The kicker electromagnet 13 is provided at a position substantially opposite to the septum electromagnet 22 and the ring.

【0026】又、リニアック型として用いる場合のため
偏向電磁石4の電子ビーム周回軌道の延長上に放射能の
漏洩防止と電子の系外流出を防止するようにビームキャ
ッチャー14が配設されている。
In addition, for use as a linac type, a beam catcher 14 is provided on the extension of the electron beam orbit of the bending electromagnet 4 so as to prevent the leakage of radioactivity and the outflow of electrons out of the system.

【0027】そして、リニアックの入射器9にあっては
電子銃15、及び、初段ビーム加速部16が設けられ、
その背後にはトランスポート四極電磁石17,18が設
けられている。
The linac injector 9 is provided with an electron gun 15 and a first-stage beam accelerator 16.
Behind them, transport quadrupole electromagnets 17 and 18 are provided.

【0028】更に、トランスポート部10にかけて加速
管19,19が所定数連設状に隣設的に配設され、トラ
ンスポート部10の四極電磁石17,18が重複して配
設されている。
Further, a predetermined number of accelerating tubes 19, 19 are arranged adjacent to each other over the transport section 10, and the quadrupole electromagnets 17, 18 of the transport section 10 are arranged in an overlapping manner.

【0029】加えて、該トランスポート四極電磁石18
の後部にはビームトランスポート用の二極電磁石20が
配設され、その先部にはリング型電子ビームの周回軌道
に直に侵入するオンアクシスとオフアクシス用のトラン
スポート四極電磁石17,18が重複して併設され入射
器9からの入射電子軌道のオンアクシス側とオフアクシ
ス側にはセプタム電磁石21,22が併設されている。
In addition, the transport quadrupole electromagnet 18
In the rear part, a dipole electromagnet 20 for beam transport is disposed, and in the front part thereof, transport quadrupole electromagnets 17 and 18 for on-axis and off-axis which directly penetrate the orbit of the ring-shaped electron beam. Septum electromagnets 21 and 22 are juxtaposed on the on-axis side and off-axis side of the electron trajectory incident from the injector 9 in an overlapping manner.

【0030】而して、図1に示す実施例のように、電子
ビームをリングの電子ビームの周回軌道11の中心軌道
を通過させるために、当該リングに蓄積するものとは別
のオンアクシスのセプタム電磁石21を配設して入射さ
れた電子ビームをリングの周回軌道の中心軌道を通過さ
せるようにし、当該オンアクシスのセプタム電磁石21
はリング8に電子ビームを蓄積する場合は上下方向、或
いは、左右方向に移動し、蓄積ビームに影響を与えない
ようにし、又は、もともと影響を与えないセプタムコイ
ルの支持構造にする。
Thus, as in the embodiment shown in FIG. 1, in order for the electron beam to pass through the central orbit of the orbital orbit 11 of the electron beam of the ring, the on-axis is different from that stored in the ring. The on-axis septum electromagnet 21 is provided so that the incident electron beam passes through the center orbit of the orbit of the ring.
When the electron beam is stored in the ring 8, the electron beam moves in the vertical direction or the horizontal direction so as not to affect the stored beam, or has a septum coil support structure that does not originally affect the stored beam.

【0031】一方、オフアクシスのセプタム電磁石22
にあっては通過したオフアクシス入射の電子ビームをキ
ッカー電磁石13によって電子ビーム周回軌道11の中
心軌道に乗せてアンジュレータ(ウイグラー)2におい
て共振するようにする。
On the other hand, the off-axis septum electromagnet 22
In this case, the off-axis incident electron beam that has passed is placed on the central orbit of the electron beam orbit 11 by the kicker electromagnet 13 so as to resonate in the undulator (wiggler) 2.

【0032】而して、該アンジュレータ(ウイグラー)
2中を通過する電子ビームはディスパーションと呼ばれ
る電子のエネルギー分散に比例した電子ビームの大きさ
に関する函数が小さい方が良く、前述した如く、図4、
及び、図5は電子蓄積リングとしてのリニアック型の高
輝度光発生装置としての電子ビームに関するパラメータ
であるβ関数とディスパーションを示したものであり、
図に示す様、アンジュレータ(ウイグラー)2に於て双
方のディスパーションが0となり、この出願の発明が現
時点においても充分製作可能性があることを示している
ものであり、この計算は次述図3に於ける実施例の電磁
石配設において行ったものである。
The undulator (wiggler)
It is better that the electron beam passing through 2 has a smaller function related to the size of the electron beam, which is proportional to the energy dispersion of electrons, called dispersion, and as described above, FIG.
FIG. 5 shows a β function and a dispersion, which are parameters relating to an electron beam as a linac-type high-brightness light generator as an electron storage ring,
As shown in the figure, both dispersions become 0 in the undulator (wiggler) 2, which indicates that the invention of this application can be sufficiently manufactured even at the present time. 3 was carried out in the arrangement of the electromagnet of the embodiment in FIG.

【0033】次に、図2に示す実施例においてリング型
加速器の電子ビーム周回軌道11内に入射器としての入
射器9を設け、トランスポート部10にオフアクシスの
電磁石22を配設した図1の態様部分の当該オフアクシ
スの電磁石22とアンジュレータ(ウイグラー)2の経
路中に補正二極電磁石23,23を配設してオフアクシ
ス状の電子ビームをアンジュレータ(ウイグラー)2の
中心に電子ビームを通過させるように機能させるように
した態様であり、他の機構部分は図1と同一態様であ
る。
Next, in the embodiment shown in FIG. 2, an injector 9 as an injector is provided in the electron beam orbit 11 of the ring accelerator, and an off-axis electromagnet 22 is provided in the transport unit 10 in FIG. The correction dipole electromagnets 23 and 23 are arranged in the path of the off-axis electromagnet 22 and the undulator (wiggler) 2 in the mode part, so that the off-axis electron beam is focused on the center of the undulator (wiggler) 2. This is a mode in which it is made to function so as to pass through, and other mechanism parts are the same as those in FIG.

【0034】そして、当該実施例にあっても入射器9を
リング型加速器8のレーストラックタイプの電子ビーム
周回軌道11内部に配設したことによる小サイズ,コン
パクト化と装置操作のし易さ等の種々のメリットは同様
である。
Also in this embodiment, since the injector 9 is disposed inside the race track type electron beam orbit 11 of the ring accelerator 8, the size and size are reduced, and the apparatus is easily operated. Are similar.

【0035】そして、キッカー電磁石13、オフアクシ
スのセプタム電磁石22による電子ビーム周回軌道11
上に投入された後は基本的には入射器9の役目は終了す
るものである。
Then, the kicker electromagnet 13 and the off-axis septum electromagnet 22 traverse the electron beam orbit 11.
After being put on the top, the function of the injector 9 basically ends.

【0036】次に、図3に示す実施例は上述2実施例の
数々のメリットをより更に有利にせんとするために、リ
ング型加速器8のレーストラック型電子ビーム周回軌道
11内に設けた入射器としての入射器9に於て加速装置
としてマイクロトロン24をビームトランスポート用二
極電磁石20とバンチャー16との間に介装した態様で
あり、装置構造はより小型でコンパクト化される態様で
あり、初期構築は勿論、操作管理制御がし易く、メンテ
ナンスもし易く、ローコスト化出来るメリットを有する
ものである。
Next, in the embodiment shown in FIG. 3, in order to make the advantages of the above two embodiments even more advantageous, the incident light provided in the race track type electron beam orbit 11 of the ring type accelerator 8 is provided. This is a mode in which a microtron 24 is interposed between the beam transport dipole magnet 20 and the buncher 16 as an accelerator in the injector 9 as a detector, and the apparatus structure is made smaller and more compact. Yes, it has the advantages of easy operation management control, easy maintenance, and low cost, as well as initial construction.

【0037】尚、14はリニアック型FELとして用い
る場合に電子ビームを外部へ漏れさせないためのビーム
キャッチャーである。
Reference numeral 14 denotes a beam catcher for preventing the electron beam from leaking outside when used as a linac type FEL.

【0038】尚、図4,図5の下側に示すものはリング
型加速器の電子ビーム周回軌道に沿って切り開いた略図
であり、上部のグラフデータの対応関係にあるものであ
る。
The lower part of FIGS. 4 and 5 is a schematic diagram cut open along the orbit of the electron beam of the ring accelerator, and has a corresponding relationship with the upper graph data.

【0039】尚、この出願の発明の実施態様は上述各実
施例に限るものでないことは勿論であり、例えば、入射
器が電子蓄積リングに対して別体に配設された態様は上
述実施例の如く、当該電子エネルギーリングの内側に配
設された態様ばかりでなく、外側(平面視上下,左右)
に配設したり、当該図1の実施例においてオンアクシス
のセプタム電磁石とオフアクシスのセプタム電磁石を別
設して電磁的に切り換え使用可能としたものであるが、
加速管の後部に設けたビームトランスポート部分10を
オンアクシスラインとオフアクシスラインの双方に切り
換える、例えば、ベローズの管を用いて全体を移動し、
切換自在型にする等も出来る等種々の態様が採用可能で
ある。
It should be noted that the embodiments of the invention of this application are not limited to the above embodiments. For example, the embodiment in which the injector is provided separately from the electron storage ring is described in the above embodiments. Not only the mode arranged inside the electron energy ring, but also the outside (top and bottom, left and right in plan view)
In the embodiment of FIG. 1, the on-axis septum electromagnet and the off-axis septum electromagnet are separately provided to enable electromagnetic switching.
Switching the beam transport portion 10 provided at the rear of the acceleration tube to both the on-axis line and the off-axis line, for example, moving the whole using a bellows tube,
Various modes such as a switchable type can be adopted.

【0040】[0040]

【発明の効果】以上、この出願の発明によれば、基本的
に医学,化学,バイオ,群分離,核融合等の物理分野で
の利用が大きく期待されているSR光やFEL等の高輝
度光を発生させる産業用フォトン装置において、基本的
に小型で、しかも、初期構築やメンテナンスがし易く、
管理,制御,操作がし易く、しかも、紫外域からサブミ
リ波までの広帯域に亘って同一のアンジュレータ(ウイ
グラー)を用いて発生させることが出来るという優れた
効果が奏される。
As described above, according to the invention of this application, high brightness such as SR light and FEL, which are expected to be greatly used in the physical fields such as medicine, chemistry, biotechnology, group separation, and nuclear fusion, are basically expected. In an industrial photon device that generates light, it is basically small in size, and it is easy to perform initial construction and maintenance.
It is easy to manage, control, and operate, and has an excellent effect that it can be generated using the same undulator (wiggler) over a wide band from the ultraviolet region to the submillimeter wave.

【0041】そして、エネルギーの低い(10MeV 〜1
50MeV 等の波長の長い)場合には、リニアックの入射
器からの直接の電子ビームを利用出来、一方、100Me
V (波長の短い)以上の大きなエネルギーの場合には、
リングに蓄積した電子ビームを利用して10MeV 〜1Ge
V 程度(エネルギー分散やエミッタンス)の安定性を向
上させる電子エネルギーを供給出来るという優れた効果
が奏される。
The low energy (10 MeV to 1)
In the case of long wavelengths such as 50 MeV), an electron beam directly from the linac injector can be used, while 100 MeV
For large energies above V (short wavelength),
10MeV to 1Ge using the electron beam accumulated in the ring
An excellent effect is obtained in that electron energy for improving the stability of about V (energy dispersion and emittance) can be supplied.

【0042】このようにこの出願の発明によれば、在来
のリニアック型加速器とリング型加速器のデメリットを
補い合い、小型で効率の良い低コストで操作性の良好な
広帯域の高輝度光を発生させる産業用フォトン発生装置
の現出が可能となる優れた効果が奏される。
As described above, according to the invention of this application, the disadvantages of the conventional linac-type accelerator and the ring-type accelerator are compensated for, and small, efficient, low-cost, wide-band, high-brightness light with good operability is generated. An excellent effect that enables the appearance of an industrial photon generator is achieved.

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

【図1】この出願の発明の1実施例の模式平面図であ
る。
FIG. 1 is a schematic plan view of an embodiment of the present invention.

【図2】同、他の実施例の模式平面図である。FIG. 2 is a schematic plan view of another embodiment.

【図3】同、別の実施例の模式平面図である。FIG. 3 is a schematic plan view of another embodiment of the present invention.

【図4】図3の実施例について、そして、リング型の高
輝度光発生装置としての電子ビームに関するパラメータ
であるβ関数とディスパーションの関係を示したグラフ
図である。
FIG. 4 is a graph showing a relationship between a β-function, which is a parameter relating to an electron beam as a ring-type high-brightness light generation device, and a dispersion in the embodiment of FIG.

【図5】同、関係を示した図においてリニアック型の高
輝度光発生装置として用いる場合のアンジュレータ(ウ
イグラー)部分でディスパーションが0となるこの出願
の発明の可能性を示すデータグラフ図である。
FIG. 5 is a data graph showing the possibility of the invention of this application in which the dispersion becomes 0 at the undulator (wiggler) portion when used as a linac-type high-brightness light generator in the same figure showing the relationship. .

【図6】アンジュレータ(ウイグラー)の周期0.1m
とし、K値を1、及び、3とした場合の発生する波長の
特性グラフ図である。
FIG. 6: cycle of undulator (wiggler) 0.1 m
FIG. 4 is a characteristic graph of a wavelength generated when K values are 1 and 3.

【図7】従来技術に基づくリニアック型の加速器の模式
側面図である。
FIG. 7 is a schematic side view of a linac-type accelerator based on the prior art.

【図8】同、従来技術に基づくリング型加速器の模式平
面図である。
FIG. 8 is a schematic plan view of a ring accelerator based on the conventional technology.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 リニアック型の高輝度光発生装置 1' リング型の高輝度光発生装置 2,2' アンジュレータ(ウイグラー) 3 加速管 4 偏向電磁石 5,5' 四極電磁石 6 セプタム電磁石 7 RF空洞 8 リング型加速器(電子蓄積リング陽電子も
可) 9 入射器 10 ビームトランスポート(ビーム輸送系) 11 電子ビーム周回(中心)軌道 12 共振器用ミラー(FEL用) 13 キッカー電磁石 14 ビームキャッチャー 15 電子銃 16 初段ビーム加速部(バンチャー,プリバン
チー,ヘルムホルツコイルを含む) 17,18 輸送系四極電磁石 19 加速管 20 輸送系偏向電磁石 21 オンアクシスのセプタム電磁石 22 オフアクシスのセプタム電磁石 23 補助二極電磁石 24 マイクロトロン
REFERENCE SIGNS LIST 1 linac-type high-intensity light generator 1 'ring-type high-intensity light generator 2, 2' undulator (wiggler) 3 accelerator tube 4 deflection magnet 5, 5 'quadrupole electromagnet 6 septum electromagnet 7 RF cavity 8 ring-type accelerator ( 9 electron injector 10 beam transport (beam transport system) 11 electron beam orbit (center) orbit 12 mirror for resonator (for FEL) 13 kicker electromagnet 14 beam catcher 15 electron gun 16 first stage beam accelerator ( 17,18 Transport quadrupole electromagnet 19 Accelerator tube 20 Transport deflection magnet 21 On-axis septum electromagnet 22 Off-axis septum electromagnet 23 Auxiliary bipolar electromagnet 24 Microtron

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 濱田 信治 兵庫県明石市川崎町1番1号 川崎重工 業株式会社 明石工場内 (72)発明者 山崎 鉄夫 茨城県つくば市梅園1丁目1番4 工業 技術院 電子技術総合研究所内 (72)発明者 山田 家和勝 茨城県つくば市梅園1丁目1番4 工業 技術院 電子技術総合研究所内 審査官 田邉 英治 (56)参考文献 特開 昭63−224287(JP,A) 特開 昭61−279048(JP,A) 特開 昭64−21900(JP,A) M.A.Piestrup.”Mul tiple beam free−el ectron lasers and optical klystron s”,Appl.Phys,Let t.,Vol.39,No.9,1 No v.1981,pp.696−698 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H05H 13/04 H01S 3/30 JICSTファイル(JOIS)──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Shinji Hamada 1-1, Kawasaki-cho, Akashi-shi, Hyogo Kawasaki Heavy Industries, Ltd. Inside the Akashi Plant (72) Inventor Tetsuo Yamazaki 1-1-4 Umezono, Tsukuba, Ibaraki Kogyo Institute of Technology, Electronic Technology Research Institute (72) Inventor Iekazu Yamada 1-1-4, Umezono, Tsukuba, Ibaraki Prefectural Institute of Technology, Electrification Researcher, Electronic Technology Research Institute Eiji Tanabe (56) References JP-A-63-224287 JP, A) JP-A-61-279048 (JP, A) JP-A-64-21900 (JP, A) A. Piestrup. "Multiple beam free-el electron lasers and optical klystrons", Appl. Phys, Let t. , Vol. 39, No. 9.1 Nov. 1981, pp. 696-698 (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) H05H 13/04 H01S 3/30 JICST file (JOIS)

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】アンジュレータ(ウイグラー)を有するF
EL,SR光発生用リング型加速器の産業用フォトン発
生装置において、電子蓄積リングに対し別体に配設した
入射器からの低エネルギーの電子と電子蓄積リングに蓄
積した高エネルギーの電子を共に上記同一のアンジュレ
ータ(ウイグラー)を通過させて高輝度光の発生を図る
ようにされていることを特徴とする産業用フォトン発生
装置。
1. An F having an undulator (wiggler)
In the industrial photon generator of the ring accelerator for EL and SR light generation, both the low energy electrons from the injector arranged separately from the electron storage ring and the high energy electrons stored in the electron storage ring are described above. An industrial photon generator characterized in that high luminance light is generated by passing through the same undulator (wiggler).
【請求項2】上記高輝度光の波長が紫外域からサブミリ
波までに亘るようにされていることを特徴とする特許請
求の範囲第1項記載の産業用フォトン発生装置。
2. The industrial photon generator according to claim 1, wherein the wavelength of said high-brightness light ranges from an ultraviolet region to a submillimeter wave.
【請求項3】上記入射器が電子蓄積リングの内側に配設
されていることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
の産業用フォトン発生装置。
3. An industrial photon generator according to claim 1, wherein said injector is disposed inside an electron storage ring.
【請求項4】上記入射器で発生される電子のエネルギー
が10MeV から150MeV にされるようにされているこ
とを特徴とする特許請求の範囲第3項記載の産業用フォ
トン発生装置。
4. The industrial photon generator according to claim 3, wherein the energy of the electrons generated by said injector is set to 10 MeV to 150 MeV.
【請求項5】上記電子蓄積リングで発生される電子エネ
ルギーが1GeV 以下にされていることを特徴とする特許
請求の範囲第3項記載の産業用フォトン発生装置。
5. The industrial photon generator according to claim 3, wherein electron energy generated by said electron storage ring is 1 GeV or less.
【請求項6】上記入射器がマイクロトロンとされている
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の産業用フ
ォトン発生装置。
6. The industrial photon generator according to claim 1, wherein said injector is a microtron.
【請求項7】リニアック型発生装置からの電子ビームを
電子蓄積リングの中心軌道上を通過させるに蓄積用とは
別のセプタム電磁石が配設されていることを特徴とする
特許請求の範囲第1項記載の産業用フォトン発生装置。
7. A septum electromagnet other than a septum electromagnet is provided for passing an electron beam from a linac type generator on a central trajectory of an electron storage ring. Item 2. An industrial photon generator according to item 1.
【請求項8】上記セプタム電磁石が移動調整自在にされ
ていることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の産
業用フォトン発生装置。
8. The industrial photon generator according to claim 1, wherein said septum electromagnet is movable and adjustable.
【請求項9】上記リニアック型発生装置からの電子ビー
ムを電子蓄積リングの中心軌道上を通過させるに二極電
磁石をアンジュレータ(ウイグラー)までの軌道上に2
つ以上配設されていることを特徴とする特許請求の範囲
第1項記載の産業用フォトン発生装置。
9. A dipole electromagnet is placed on an orbit to an undulator (wiggler) to pass an electron beam from the linac-type generator on a central orbit of an electron storage ring.
The industrial photon generator according to claim 1, wherein at least one is provided.
JP30837494A 1994-11-18 1994-11-18 Industrial photon generator Expired - Lifetime JP2883285B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP30837494A JP2883285B2 (en) 1994-11-18 1994-11-18 Industrial photon generator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP30837494A JP2883285B2 (en) 1994-11-18 1994-11-18 Industrial photon generator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH08148299A JPH08148299A (en) 1996-06-07
JP2883285B2 true JP2883285B2 (en) 1999-04-19

Family

ID=17980302

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP30837494A Expired - Lifetime JP2883285B2 (en) 1994-11-18 1994-11-18 Industrial photon generator

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2883285B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6341655B2 (en) 2013-12-09 2018-06-13 株式会社東芝 Circular accelerator and heavy ion beam therapy system

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
M.A.Piestrup."Multiple beam free−electron lasers and optical klystrons",Appl.Phys,Lett.,Vol.39,No.9,1 Nov.1981,pp.696−698

Also Published As

Publication number Publication date
JPH08148299A (en) 1996-06-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Leemann et al. The continuous electron beam accelerator facility: CEBAF at the Jefferson Laboratory
Palmer Prospects for high energy e+ e-linear colliders
US5680018A (en) Method and apparatus for generating radiation
US11831122B2 (en) Free electron laser orbital debris removal system
Kitamura Insertion devices for third‐generation light sources
Streeter et al. Temporal feedback control of high-intensity laser pulses to optimize ultrafast heating of atomic clusters
US5138271A (en) Method for cooling a charged particle beam
JP2883285B2 (en) Industrial photon generator
Pellegrini et al. The development of X-ray free-electron lasers
Adolphsen et al. International study group progress report on linear collider development
Ding et al. Optical klystron enhancement to self-amplified spontaneous emission free electron lasers
Douglas Lattice design for a high-power infrared FEL
Giribono et al. RF injector design studies for the trailing witness bunch for a plasma-based user facility
Lemery et al. Drive beam sources and longitudinal shaping techniques for beam driven accelerators
Bazarov Overview of energy recovery linacs
Saldin et al. 2× 250 GeV gamma-gamma collider at TESLA
Tsakanov et al. Center for the Advancement of Natural Discoveries using light emission: A new project for 3 GeV intermediate energy light source in the Republic of Armenia
Liger et al. A bunching scheme for FEL applications at CEBAF
Pagani et al. Design considerations of a MW-scale, high-efficiency, industrial-use, ultraviolet FEL amplifier
Majernik et al. Resonant excitation of betatron oscillations
Corlett et al. Feasibility study for a recirculating linac-based facility for femtosecond dynamics
Wrulich Future directions in the storage ring development for light sources
Yamanaka Free electron laser: technical issues and prospects in Japan
Peng et al. Generation of Large-Bandwidth High-Power X-Ray Free-Electron-Laser Pulses Using a Hollow-Channel Plasma
Lee et al. Design and construction of a far-infrared free-electron laser driven by a microtron

Legal Events

Date Code Title Description
R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

EXPY Cancellation because of completion of term