JP3097993B2 - Magnet structure for superconducting wiggler - Google Patents

Magnet structure for superconducting wiggler

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JP3097993B2
JP3097993B2 JP08340515A JP34051596A JP3097993B2 JP 3097993 B2 JP3097993 B2 JP 3097993B2 JP 08340515 A JP08340515 A JP 08340515A JP 34051596 A JP34051596 A JP 34051596A JP 3097993 B2 JP3097993 B2 JP 3097993B2
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Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電子ビーム用加速
器リング等に挿入されて放射光を発生させる超電導ウィ
グラのマグネットの構造に関し、特に小型の超電導ウィ
グラを可能とするマグネット構造に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure of a superconducting wiggler magnet which is inserted into an electron beam accelerator ring or the like to generate radiation, and more particularly to a magnet structure which enables a small superconducting wiggler.

【0002】[0002]

【従来の技術】電子ビーム用加速器リング等に挿入した
ウィグラで発生する放射光の応用技術が進展するにつれ
て、より強い放射光が要求されるようになってきた。こ
のような、高いエネルギを持った放射光の要求に対して
は、電子ビームに作用させる磁場を強化することにより
対応することができる。しかし、従来の常電導コイルで
は2T(テスラ)以上の磁場強度を得ることが困難であ
るため、強い磁場を発生することができる超電導コイル
を用いた超電導ウィグラが使用されるようになってき
た。
2. Description of the Related Art As applied technology of radiation generated by a wiggler inserted in an electron beam accelerator ring or the like has been developed, stronger radiation has been required. Such a demand for radiation having high energy can be met by strengthening the magnetic field acting on the electron beam. However, since it is difficult to obtain a magnetic field strength of 2 T (tesla) or more with a conventional normal conducting coil, a superconducting wiggler using a superconducting coil capable of generating a strong magnetic field has come to be used.

【0003】ウィグラに入射した相対的速度を有する電
子ビームは長さ方向に極性が正負の分布を有する磁場で
蛇行して放射光を発する。電子ビームはウィグラの中央
に設けた中央マグネットで最も大きく偏向してここで所
定の放射光を発生する。放射光を電子ビームの軌跡と同
じ方向に放射させ、また電子ビームを元の軌跡の位置に
戻すために、中央マグネットの前後に中央マグネットと
は極性が異なる方向に磁場を発生するサイドマグネット
を設ける。このように、上流サイドマグネット・中央マ
グネット・下流サイドマグネットの順に配列された超電
導ウィグラを3極型超電導ウィグラという。3極型超電
導ウィグラでは、超電導コイルの超電導性を維持するた
め中央マグネットと上流と下流のサイドマグネットをこ
れらに介在する鉄ヨークと共にクライオスタットに収納
して冷却する必要がある。
[0003] An electron beam having a relative velocity incident on a wiggler meanders in a magnetic field having a distribution of positive and negative polarities in the length direction to emit radiation. The electron beam is most deflected by a central magnet provided at the center of the wiggler and generates a predetermined radiation light. In order to radiate the emitted light in the same direction as the trajectory of the electron beam and to return the electron beam to the original trajectory position, side magnets are provided before and after the center magnet that generate a magnetic field in a direction different in polarity from the center magnet. . The superconducting wiggler arranged in this order of the upstream side magnet, the center magnet, and the downstream side magnet is called a three-pole superconducting wiggler. In the three-pole superconducting wiggler, the center magnet and the upstream and downstream side magnets need to be housed in a cryostat together with the iron yokes interposed therebetween and cooled in order to maintain the superconductivity of the superconducting coil.

【0004】3極型超電導ウィグラでは、通常、中央メ
インコイルによる磁場の強さは+4〜+8T(テスラ)
程度、サイドコイルの磁場はメインコイルに対して−
(1/4)〜−(1/3)程度が選ばれることが多い。
ここで、+−の符号は磁場の方向を意味する。さらに、
軸上を蛇行した電子ビームを元の同軸軌道に戻すために
は、各超電導コイルの励磁を制御して電子ビームの軌道
(これをZ軸方向とする)に沿った磁場分布の積分値∫
BzdZがゼロになるように磁場分布を調整する必要があ
る。通常の3極型超電導ウィグラでは、主としてサイド
コイルへの励磁を調整することによりこの積分値をゼロ
にする。このように、磁場分布を調整するため、コイル
グループ毎に独立して励磁できるようにする必要があ
り、コイルと結線された電流リードのペア数が多くな
る。これは、超電導ウィグラのクライオスタットの断熱
構造を複雑にし、ウィグラ全体を大型にする大きな要因
となる。
In a three-pole superconducting wiggler, the strength of the magnetic field generated by the central main coil is usually +4 to + 8T (tesla).
The magnetic field of the side coil is-
(程度) 程度 − (1 /) is often selected.
Here, the sign of +-means the direction of the magnetic field. further,
In order to return the electron beam meandering on the axis to the original coaxial orbit, the excitation of each superconducting coil is controlled to integrate the magnetic field distribution along the orbit of the electron beam (this is defined as the Z-axis direction).
It is necessary to adjust the magnetic field distribution so that BzdZ becomes zero. In a normal three-pole superconducting wiggler, the integral value is made zero mainly by adjusting the excitation of the side coil. As described above, in order to adjust the magnetic field distribution, it is necessary to enable excitation independently for each coil group, and the number of pairs of coils and current leads connected thereto increases. This complicates the heat insulating structure of the cryostat of the superconducting wiggler and is a major factor in increasing the size of the entire wiggler.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明が解決
しようとする課題は、クライオスタットを小型化するこ
とにより、小型化し操作を容易にした超電導ウィグラを
経済的に提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a superconducting wiggler economically provided by reducing the size of a cryostat and making it easier to operate.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る超電導ウィグラは、中央マグネットと
これを挟んで電子ビームの入射側と出射側に設けられた
サイドマグネットを電子ビーム通路を挟んで対向配置し
た3極型のウィグラであって、中央マグネットに超電導
コイルを使用する一方、サイドマグネットに超電導コイ
ルでなく永久磁石と電磁石を組み合わせたことを特徴と
する。また、中央マグネットの超電導コイルが第1の鉄
ヨークと共にクライオスタットに収納され、サイドマグ
ネットの永久磁石と電磁石に第2の鉄ヨークが添設され
クライオスタットの外に配設され、第1鉄ヨークの側面
が第2鉄ヨークの側面と近接するように設備されて、超
電導コイルとサイドマグネットを通り電子ビーム通路に
磁束を貫通する磁気回路を形成するようにすることが好
ましい。
In order to solve the above-mentioned problems, a superconducting wiggler according to the present invention comprises a central magnet and side magnets provided on the incident side and the exit side of the electron beam with the center magnet interposed therebetween. This is a three-pole wiggler arranged to face each other with a superconducting coil used as a center magnet, and a permanent magnet and an electromagnet combined with a side magnet instead of a superconducting coil. Further, the superconducting coil of the central magnet is housed in the cryostat together with the first iron yoke, the second iron yoke is attached to the permanent magnet and the electromagnet of the side magnet, and is disposed outside the cryostat. Is preferably provided so as to be close to the side surface of the second iron yoke so as to form a magnetic circuit that passes a magnetic flux through the superconducting coil and the side magnet and into the electron beam path.

【0007】本発明は、ウィグラ中央における磁場が2
Tを越えて超電導コイルの使用を必須のものとしても、
絶対値にしてその1/4〜1/3の強度があれば足りる
サイドの位置においては2Tに達しないため必ずしも超
電導コイルを必要としない場合があることに着目して、
中央マグネットに超電導コイルを使用しサイドマグネッ
トに永久磁石を使用することにより簡易なウィグラを提
供するものである。たとえば、中央コイルの生成する最
大磁場が+5T程度であればサイドコイルの磁場は−
1.2Tほどでよく、あえてサイドコイルに超電導コイ
ルを使用する必要はないことがわかる。本発明の超電導
ウィグラでは、中央マグネットの超電導コイルとサイド
マグネットの永久磁石について電子ビーム軌道に沿った
磁場分布を所定の条件に適合するように設計すると共
に、電磁石に併設したサイドマグネットの電磁石を用い
て永久磁石により発生する一定磁場を調整するように構
成されているため、磁石配置に設計上あるいは製作上の
誤差があっても簡単に補償することができる。
According to the present invention, the magnetic field at the center of the wiggler is 2
Even if it is necessary to use a superconducting coil beyond T,
Focusing on the fact that a superconducting coil may not always be necessary because the absolute value does not reach 2T at the side position where the strength of 1/4 to 1/3 is sufficient,
A simple wiggler is provided by using a superconducting coil for the center magnet and a permanent magnet for the side magnet. For example, if the maximum magnetic field generated by the central coil is about + 5T, the magnetic field of the side coil is-
It is sufficient to use about 1.2T, which indicates that it is not necessary to use a superconducting coil for the side coil. In the superconducting wiggler of the present invention, the superconducting coil of the central magnet and the permanent magnet of the side magnet are designed so that the magnetic field distribution along the electron beam orbit conforms to predetermined conditions, and the electromagnet of the side magnet attached to the electromagnet is used. Therefore, even if there is a design or manufacturing error in the magnet arrangement, it can be easily compensated.

【0008】また、クライオスタットが収納すべき部分
は中央マグネットの超電導コイルとその周辺機器に限ら
れるため、クライオスタットに必要とされる容積が従来
より大幅に減少する。さらに、磁場分布の調整に使用す
るサイドマグネットがクライオスタットに収納されない
ため、調整電流を供給する電流リードをクライオスタッ
ト内に引き込む必要がなく、従来複雑な機構を必要とし
た電流リード引き込み部分が簡単になってクライオスタ
ットの断熱構造が単純になる利点がある。なお、中央マ
グネットとサイドマグネットが分離し、サイドマグネッ
トが簡便な永久磁石と電磁石から構成されるようになっ
たため、高度な技術力を要求される中央マグネット部分
とクライオスタットの製造とは別途に、高度な技術力を
要しないサイドマグネットについては比較的大量の規格
化製造が可能になる。このため、後に中央マグネットに
適合合体すべき規格化サイドマグネットの任意選択がで
きて、経済的なウィグラ製造が可能となる。
[0008] Further, since the portion to be stored in the cryostat is limited to the superconducting coil of the central magnet and its peripheral devices, the volume required for the cryostat is greatly reduced as compared with the conventional case. Furthermore, since the side magnet used to adjust the magnetic field distribution is not housed in the cryostat, there is no need to draw the current lead that supplies the adjustment current into the cryostat. This has the advantage that the heat insulation structure of the cryostat is simplified. The center magnet and side magnet are separated, and the side magnets are made up of simple permanent magnets and electromagnets. A relatively large amount of standardized manufacturing of side magnets that do not require any technical skills is possible. For this reason, a standardized side magnet to be combined with the central magnet later can be arbitrarily selected, and economical wiggler manufacturing becomes possible.

【0009】また、本発明第2の超電導ウィグラ用マグ
ネット構造によれば、中央マグネットとサイドマグネッ
トにそれぞれ鉄ヨークが組み合わされている。しかも、
クライオスタットに収納された中央マグネットの第1鉄
ヨークの側面が、クライオスタットの外に配設されたサ
イドマグネットの第2鉄ヨークの側面と近接して配設さ
れるため、超電導コイルを通り上下流のサイドマグネッ
トをそれぞれ貫通するように形成される対称的な磁気回
路は磁気抵抗があまり増大せず、電子ビーム通路に生ず
る磁場は十分大きな強度を保持することができる。この
ため、必要とする磁場強度に対応するマグネットの容量
が過大にならず、十分小型のウィグラを構成することが
可能である。
According to the second superconducting wiggler magnet structure of the present invention, the central magnet and the side magnet are each combined with an iron yoke. Moreover,
Since the side surface of the first iron yoke of the center magnet accommodated in the cryostat is disposed close to the side surface of the second iron yoke of the side magnet disposed outside the cryostat, the upper and lower passages pass through the superconducting coil. The symmetrical magnetic circuit formed so as to penetrate the side magnets does not increase the reluctance so much, and the magnetic field generated in the electron beam path can maintain a sufficiently large intensity. For this reason, the capacity of the magnet corresponding to the required magnetic field strength does not become excessive, and a sufficiently small wiggler can be configured.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、図面に表した実施例によっ
て本発明に係る超電導ウィグラ用マグネット構造を詳細
に説明する。図1は、本発明の超電導ウィグラ用マグネ
ット構成の実施例を示す側面断面図、図2は本実施例に
おける磁場分布を示す図面、図3は本実施例のマグネッ
ト構造を使用した超電導ウィグラの例を示す一部切り欠
き断面図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The superconducting wiggler magnet structure according to the present invention will be described below in detail with reference to the embodiments shown in the drawings. FIG. 1 is a side sectional view showing an embodiment of a superconducting wiggler magnet configuration of the present invention, FIG. 2 is a drawing showing a magnetic field distribution in this embodiment, and FIG. 3 is an example of a superconducting wiggler using the magnet structure of this embodiment. FIG.

【0011】図1において、上下対になって中央マグネ
ットを構成するメインコイル1は超電導コイルであっ
て、クライオスタットに収納されている。サイドマグネ
ット3はクライオスタットの上流側と下流側の常温大気
空間に配置される。サイドマグネット3は永久磁石列5
と補償用電磁石7とからなり、永久磁石列5による磁場
方向がメインコイル1による磁場方向と逆方向になるよ
うに配置する。これらマグネット群は電子ビームを通す
ビームダクト9を挟んで上下対称に、またビームダクト
9の軸方向にメインコイル1を挟んで前後対称に配設さ
れている。
In FIG. 1, a main coil 1, which forms a central magnet in a pair up and down, is a superconducting coil and is housed in a cryostat. The side magnets 3 are arranged in the normal temperature air space on the upstream side and the downstream side of the cryostat. Side magnet 3 is permanent magnet row 5
And a compensating electromagnet 7, and are arranged such that the magnetic field direction by the permanent magnet array 5 is opposite to the magnetic field direction by the main coil 1. These magnet groups are arranged vertically symmetrically with respect to the beam duct 9 through which the electron beam passes, and symmetrically in the longitudinal direction with the main coil 1 interposed therebetween in the axial direction of the beam duct 9.

【0012】ビームダクト9中を通過する電子ビームに
対してより強い磁場を印加するには漏洩磁束を極力少な
くすることが望ましい。このため、メインコイル1を囲
う鉄ヨーク11とそれぞれのサイドマグネット3を囲う
鉄ヨーク13を備えて、メインコイル1と上流のサイド
マグネット3、およびメインコイル1と下流のサイドマ
グネット3の間に閉じられた磁気回路15を形成させ、
ビームダクト9の軸芯位置に有効な磁場印加を行う。な
お、磁気回路15の抵抗を少しでも小さくしてより有効
な磁場印加を行うために、メインマグネット1の鉄ヨー
ク11の側面とサイドマグネット3の側面はできるだけ
近づけてギャップを小さくすることが好ましい。
In order to apply a stronger magnetic field to the electron beam passing through the beam duct 9, it is desirable to minimize the leakage magnetic flux. For this purpose, an iron yoke 11 surrounding the main coil 1 and an iron yoke 13 surrounding the respective side magnets 3 are provided to close between the main coil 1 and the upstream side magnet 3 and between the main coil 1 and the downstream side magnet 3. To form a magnetic circuit 15,
An effective magnetic field is applied to the axis of the beam duct 9. In order to reduce the resistance of the magnetic circuit 15 and apply a more effective magnetic field, it is preferable that the side surface of the iron yoke 11 of the main magnet 1 and the side surface of the side magnet 3 be as close as possible to reduce the gap.

【0013】図2はビームダクトの軸に沿って表した磁
場分布で、横軸はビームダクトの軸方向距離、縦軸はビ
ームダクトの軸位置における磁場強度を表している。ウ
ィグラを通過した後の電子ビームの軌道を元の軌道と同
じ位置および方向に戻すためには、磁場分布が左右対称
で正方向の磁場強度の積分値と負方向の磁場強度の積分
値が相殺していることが必要である。中央のメインコイ
ル1により形成される磁場分布を相殺するようにサイド
マグネット3の永久磁石列5を構成するが、永久磁石の
着磁・消磁や組立等により生成される磁場強度が不確定
になりやすい上に、メインマグネット1により生成され
る磁場分布も運転条件により変化する場合があるので、
サイドマグネット3に備えた電磁石7の励磁を調節する
ことにより磁場分布を調整する。
FIG. 2 shows the magnetic field distribution along the axis of the beam duct. The horizontal axis represents the axial distance of the beam duct, and the vertical axis represents the magnetic field intensity at the axial position of the beam duct. In order to return the trajectory of the electron beam after passing through the wiggler to the same position and direction as the original trajectory, the magnetic field distribution is symmetrical and the integral of the positive magnetic field strength and the integral of the negative magnetic field strength cancel each other. It is necessary to do. Although the permanent magnet array 5 of the side magnets 3 is configured to cancel the magnetic field distribution formed by the central main coil 1, the magnetic field intensity generated by the magnetizing / demagnetizing or assembling of the permanent magnet becomes indefinite. In addition, the magnetic field distribution generated by the main magnet 1 may change depending on the operating conditions.
The magnetic field distribution is adjusted by adjusting the excitation of the electromagnet 7 provided in the side magnet 3.

【0014】たとえば、放射光を発生させる中央部分の
磁場分布に対して、図中一点鎖線で表したように、サイ
ドマグネット3の永久磁石列5により形成される両サイ
ド部分の磁場分布が強度不足であるときは、電磁石7を
メインコイル1と反対方向に適当なだけ励磁して、磁場
分布の積分値が正負相殺してゼロになるようにする。図
中に実線で表示した磁場分布は、電磁石7により補償し
た後の状態を示したものである。また、メインコイル1
による磁場強度に対して、予め設備された永久磁石列5
によるサイドの磁場分布が相対的に強すぎる場合は、電
磁石7をメインコイル1と同じ方向に磁場を発生するよ
うに励磁して、ビームダクトの軸に沿った磁場分布の積
分値がゼロになるように調整する。
For example, with respect to the magnetic field distribution at the central portion for generating the radiated light, the magnetic field distribution at both side portions formed by the permanent magnet rows 5 of the side magnets 3 is insufficient in intensity, as shown by the dashed line in the figure. In the case of, the electromagnet 7 is appropriately excited in the opposite direction to the main coil 1 so that the integral value of the magnetic field distribution cancels out the positive and negative to become zero. The magnetic field distribution indicated by the solid line in the figure shows the state after compensation by the electromagnet 7. Also, the main coil 1
The pre-installed permanent magnet row 5
If the magnetic field distribution on the side due to is too strong, the electromagnet 7 is excited to generate a magnetic field in the same direction as the main coil 1, and the integral value of the magnetic field distribution along the axis of the beam duct becomes zero. Adjust as follows.

【0015】[0015]

【実施例】図3は本実施例のマグネット構造を使用した
超電導ウィグラの例を示したものであるが、図1に表示
した要素と同じ機能を有する部分に同じ参照番号を付す
ことにより理解を容易にする。図3において、超電導ウ
ィグラ装置の中央に超電導コイルによるメインコイル1
と鉄ヨーク11を収納し極低温状態を維持するクライオ
スタット21があり、クライオスタット21の外側にサ
イドマグネット3が設置されている。サイドマグネット
3は永久磁石列5と電磁石7および鉄ヨーク13からな
り、中央のメインコイル1に対して対称の位置に配設さ
れる。
FIG. 3 shows an example of a superconducting wiggler using the magnet structure of the present embodiment. The parts having the same functions as the elements shown in FIG. make it easier. In FIG. 3, a main coil 1 having a superconducting coil is provided at the center of the superconducting wiggler apparatus.
And a cryostat 21 for storing the iron yoke 11 and maintaining a very low temperature state, and the side magnet 3 is installed outside the cryostat 21. The side magnet 3 includes a permanent magnet array 5, an electromagnet 7 and an iron yoke 13, and is disposed at a position symmetrical with respect to the central main coil 1.

【0016】メインコイル1とサイドマグネット3は電
子ビームが通るビームダクト9の軸に沿って見たときに
メインコイル1の中心を挟んで前後方向に対称であると
同時にビームダクト9を挟んで上下方向にも対称に配設
される。この対称関係はメインコイル1、永久磁石列5
および補償電磁石7を囲う鉄ヨーク11、13の配列に
ついても同様に成立する。ビームダクト9はメインコイ
ル1とサイドマグネット3によって形成される磁場の中
心軸(Z軸)と同芯的にサイドマグネット3とクライオ
スタット21を貫通し、その両端は加速器リング等の真
空グクトに接続される。クライオスタット21とサイド
マグネット3を貫通するビームダクト9はともに設置脚
23により高さを調整して基準となる床面に対し高精度
の平行度をもって据え付けられている。
When viewed along the axis of the beam duct 9 through which the electron beam passes, the main coil 1 and the side magnets 3 are symmetrical in the front-rear direction with respect to the center of the main coil 1 and at the same time, up and down with the beam duct 9 therebetween. It is arranged symmetrically also in the direction. This symmetric relationship is based on the main coil 1, the permanent magnet row 5
The same holds for the arrangement of the iron yokes 11 and 13 surrounding the compensating electromagnet 7. The beam duct 9 passes through the side magnet 3 and the cryostat 21 concentrically with the central axis (Z axis) of the magnetic field formed by the main coil 1 and the side magnet 3, and both ends thereof are connected to a vacuum gut such as an accelerator ring. You. Both the cryostat 21 and the beam duct 9 penetrating the side magnet 3 are installed with a high degree of parallelism to the reference floor surface by adjusting the height by the installation legs 23.

【0017】メインコイル1等を収納するクライオスタ
ット21は横置き円筒型をなしており、液体ヘリウムを
充填した内槽25、液体窒素を充填したシールド槽2
7、および保護外殻としての外槽29からなり、各槽間
の真空層にアルミ蒸着したポリエステルフィルムをスペ
ーサを介して重ねることにより断熱効果を高めた多層断
熱材(スーパーインシュレーション)等を配した構造を
有する。内槽25には液体ヘリウム配管31を介して液
体ヘリウムが供給され、シールド槽27には液体窒素配
管33を介して液体窒素が供給される。超電導コイルで
あるメインコイル1とそれを囲う鉄ヨーク11は内槽2
5内に収納されて液体ヘリウムによって冷却される。
The cryostat 21 for accommodating the main coil 1 and the like has a horizontal cylindrical shape, and has an inner tank 25 filled with liquid helium and a shield tank 2 filled with liquid nitrogen.
7 and an outer tank 29 as a protective outer shell. A multilayer heat insulating material (super insulation) or the like having an improved heat insulating effect is provided by stacking a polyester film on which aluminum is deposited on a vacuum layer between the tanks via a spacer. It has the following structure. Liquid helium is supplied to the inner tank 25 via a liquid helium pipe 31, and liquid nitrogen is supplied to the shield tank 27 via a liquid nitrogen pipe 33. The main coil 1 which is a superconducting coil and the iron yoke 11 surrounding the main coil 1
5 and cooled by liquid helium.

【0018】内槽25内の鉄ヨーク11と槽外の鉄ヨー
ク13により形成される磁気回路における漏洩磁束をで
きるだけ少なくするため、メインコイル1とサイドマグ
ネット3間の距離を小さくすることが好ましい。このた
め、クライオスタット21の両端面に設けられる断熱層
の厚さはできるだけ薄く形成している。本実施例ではメ
インコイル1を励磁する時の給電のために高温超電導電
流リード35を使用している。この高温超電導電流リー
ド35は、内槽25と液体窒素シールド槽27間の断熱
真空層内に配置してある。高温超電導電流リード35の
上端は液体窒素シールド槽27からの熱伝導で、また下
端は内槽1の液体ヘリウムからの熱伝導で冷却される。
高温超電導電流リード35の上端から外槽29の電流導
入端子37までの間は通常の銅編組線リード39で接続
され、さらに電流端子37を介して励磁用直流電源装置
41に接続されている。
In order to minimize the leakage magnetic flux in the magnetic circuit formed by the iron yoke 11 in the inner tank 25 and the iron yoke 13 outside the tank, it is preferable to reduce the distance between the main coil 1 and the side magnet 3. For this reason, the thickness of the heat insulating layer provided on both end surfaces of the cryostat 21 is formed as thin as possible. In this embodiment, a high-temperature superconducting current lead 35 is used for power supply when the main coil 1 is excited. The high-temperature superconducting current lead 35 is disposed in an adiabatic vacuum layer between the inner tank 25 and the liquid nitrogen shield tank 27. The upper end of the high-temperature superconducting current lead 35 is cooled by heat conduction from the liquid nitrogen shield tank 27, and the lower end is cooled by heat conduction from liquid helium in the inner tank 1.
The connection from the upper end of the high-temperature superconducting current lead 35 to the current introduction terminal 37 of the outer bath 29 is connected by a normal copper braided lead 39, and further connected to the excitation DC power supply 41 via the current terminal 37.

【0019】本実施例ではサイドマグネット3の永久磁
石3の材質として、例えば金属系鋳造磁石であるJIS
規格(JISC2502)のMCB500、MCG58
0、MCB750等を用いるのがよく、これらの永久磁
石は磁気回路を適切にすれば1.2〜1.4Tの磁場を
発生することが可能である。前述のように、メインコイ
ルとサイドマグネットのピーク磁場強度の比を−1/4
程度とすれば、上記のサイドマグネット3を使用したと
きにメインコイル1が生成する磁場の強さが約5Tにな
るから、磁場強度5T程度の簡易型超電導ウィグラの設
計が可能となる。
In this embodiment, the material of the permanent magnet 3 of the side magnet 3 is, for example, JIS which is a metal-based cast magnet.
Standard (JISC2502) MCB500, MCG58
0, MCB750 or the like is preferably used, and these permanent magnets can generate a magnetic field of 1.2 to 1.4 T if the magnetic circuit is appropriately adjusted. As described above, the ratio of the peak magnetic field strength between the main coil and the side magnet is -−1.
In this case, the strength of the magnetic field generated by the main coil 1 when the above-described side magnet 3 is used is about 5T, so that a simple superconducting wiggler having a magnetic field strength of about 5T can be designed.

【0020】サイドマグネット用永久磁石5は複数の矩
形片が鉄ヨーク13の対向面に貼りつけられて、鉄ヨー
ク13とともにビームダクト9に対して上下対称に、ま
たメインコイル1に対して前後対称に組み立てられる。
サイドマグネット3における補償電磁石7は通常の絶縁
銅線を鉄ヨーク13の周囲に巻き付け樹脂含浸・固化し
たものであり、巻き付け回数と通電電流値は補償・調整
すべき磁場の大きさによってきまる。上流側と下流側の
補償電磁石7にはそれぞれ別々の磁場調整用直流電源装
置43から適切な電流を供給し、それぞれの永久磁石列
5が形成する磁場の偏倚を補償して磁場分布の条件を整
えることができる。
The permanent magnets 5 for side magnets are formed by sticking a plurality of rectangular pieces to the opposing surface of the iron yoke 13 and symmetrically up and down with respect to the beam duct 9 together with the iron yoke 13 and symmetrically with respect to the main coil 1. Assembled.
The compensating electromagnet 7 in the side magnet 3 is formed by winding a normal insulated copper wire around the iron yoke 13 and impregnating and solidifying the resin. The number of windings and the current value are determined by the magnitude of the magnetic field to be compensated and adjusted. Appropriate currents are supplied to the upstream and downstream compensating electromagnets 7 from separate magnetic field adjusting DC power supplies 43 to compensate for the bias of the magnetic field formed by the respective permanent magnet arrays 5 to adjust the conditions of the magnetic field distribution. Can be trimmed.

【0021】ビームダクト9は断面が矩形の2重真空配
管構造を有する。内側の真空ダクトは電子ビームに露出
するビームボアとなっている。外側の真空ダクトはサイ
ドマグネット1の領域ではクライオスタット21の外槽
鏡板47とつながって外槽29内と同じ真空を有する断
熱真空空間を形成し、クライオスタット21の領域では
内槽25のコールドボアとなる耐真空殻を形成してい
る。内側真空ダクトはクライオスタット21の領域で
は、液体窒素シールド槽27からサーマルアンカー45
を伝導してくる冷熱によりほぼ液体窒素温度(約80
K)に冷却され、内槽25でのコールドボアに対する熱
シールドの役割を兼ねている。サイドマグネット3の領
域にける内側真空ダクトの長さを大きくとることによっ
て、外部からサーマルアンカー45への伝導入熱を抑え
ている。
The beam duct 9 has a double vacuum piping structure having a rectangular cross section. The inner vacuum duct has a beam bore that is exposed to the electron beam. The outer vacuum duct is connected to the outer tank end plate 47 of the cryostat 21 in the area of the side magnet 1 to form an adiabatic vacuum space having the same vacuum as in the outer tank 29, and serves as a cold bore of the inner tank 25 in the area of the cryostat 21. It forms a vacuum-resistant shell. In the area of the cryostat 21, the inner vacuum duct is connected to the thermal anchor 45 from the liquid nitrogen shield tank 27.
Is almost liquid nitrogen temperature (about 80
K), and also serves as a heat shield for the cold bore in the inner tank 25. By increasing the length of the inner vacuum duct in the region of the side magnet 3, conduction heat input from the outside to the thermal anchor 45 is suppressed.

【0022】ビームダクト9の両端、すなわちサイドマ
グネット3の端部はフランジ49を用いて加速器リング
の真空ダクトに接続される。メインコイル1とサイドマ
グネット3の補償電磁石7は各々独立して並列的に励磁
される。この時、メインコイル1の通電電流に対する補
償電磁石7への通電電流の大きさは前述のように、電子
ビームの走行軸に沿った磁場分布積分値がゼロになるよ
うに調整する。この電流比は、電子ビームを通す前に予
めサーチコイル等で磁場分布をモニターしながら決める
ようにする。
Both ends of the beam duct 9, that is, the ends of the side magnets 3 are connected to the vacuum duct of the accelerator ring by using a flange 49. The main coil 1 and the compensating electromagnets 7 of the side magnets 3 are independently excited in parallel. At this time, the magnitude of the current supplied to the compensating electromagnet 7 with respect to the current supplied to the main coil 1 is adjusted so that the integrated value of the magnetic field distribution along the traveling axis of the electron beam becomes zero, as described above. This current ratio is determined while monitoring the magnetic field distribution with a search coil or the like before passing the electron beam.

【0023】なお、本実施例では、ビームダクトが2重
真空配管構造を有するが、3重管構造であっても本発明
は同様に適用できることは言うまでもない。また、磁場
調整用直流電源を上流と下流の電磁石用に独立して設け
たが、両者に必要な補償量の差異を補えればよく、両者
に共通の電源から給電した上で、一方に正負の電流を加
算できるように構成して、装置の経済性を向上させるこ
ともできる。
In this embodiment, the beam duct has a double vacuum pipe structure. However, it goes without saying that the present invention can be similarly applied to a triple pipe structure. Also, the DC power supply for adjusting the magnetic field is provided independently for the upstream and downstream electromagnets, but it is sufficient to make up for the difference in the amount of compensation required for both, and after both are fed from a common power supply, Can be added to improve the economical efficiency of the device.

【0024】[0024]

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明のマグネッ
ト構造を用いることにより、高価な超電導マグネット部
分を縮小し、さらに一般的に大きくなるほど高価になる
クライオスタットを小型に形成することができる。また
それほど高度な技術を要しない永久磁石と電磁石部分を
超電導マグネットと別のところで規格化製造しておのお
の適合するもの同士で合体するようにすれば、超電導ウ
ィグラ装置が低廉に製造できるようになる。本発明のマ
グネット構造で発生する放射光は強度に制約があるが、
自由電子レーザをより経済的に供給することができるよ
うになると、自由電子レーザの応用分野が飛躍的に拡大
して、医療や検査あるいはリソグラフィなどそれ程強い
光を必要としない技術分野に実用されるようになる。
As described above, by using the magnet structure of the present invention, it is possible to reduce the size of the expensive superconducting magnet portion, and to reduce the size of the cryostat, which generally becomes more expensive as it becomes larger. Further, if the permanent magnet and electromagnet portion, which do not require such a high level of technology, are standardized and manufactured separately from the superconducting magnet and combined with each other, a superconducting wiggler can be manufactured at low cost. The intensity of the emitted light generated by the magnet structure of the present invention is limited,
When the free electron laser can be supplied more economically, the field of application of the free electron laser will expand dramatically, and it will be used in medical, inspection, lithography, and other technical fields that do not require such strong light. Become like

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

【図1】本発明に係る超電導ウィグラ用マグネット構造
の1実施例を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a superconducting wiggler magnet structure according to the present invention.

【図2】 図1の超電導ウィグラ用マグネット構造に
おける磁場分布を表す図面である。
2 is a drawing showing a magnetic field distribution in the superconducting wiggler magnet structure of FIG.

【図3】図1のマグネット構造を用いた超電導ウィグラ
を示す一部切り欠き断面図である。
FIG. 3 is a partially cutaway sectional view showing a superconducting wiggler using the magnet structure of FIG. 1;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 メインコイル 3 サイドマグネット 5 永久磁石列 7 補償用電磁石 9 ビームダクト 11、13 鉄ヨーク 21 クライオスタット 25 内槽 27 シールド槽 29 外槽 45 サーマルアンカー DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Main coil 3 Side magnet 5 Permanent magnet row 7 Compensation electromagnet 9 Beam duct 11, 13 Iron yoke 21 Cryostat 25 Inner tank 27 Shield tank 29 Outer tank 45 Thermal anchor

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05H 13/04 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H05H 13/04

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 超電導コイルを使用した中央マグネット
と、永久磁石と電磁石を組み込んで成り前記中央マグネ
ットの電子ビーム入射側と出射側にそれぞれ配備したサ
イドマグネットとを、電子ビーム通路を挟んで対向配置
した3極型の超電導ウィグラにおけるマグネット構造。
1. A central magnet using a superconducting coil, and side magnets which incorporate a permanent magnet and an electromagnet and are provided on the electron beam incident side and the emission side of the central magnet, respectively, are opposed to each other with an electron beam passage therebetween. Magnet structure in a three-pole type superconducting wiggler.
【請求項2】 前記超電導コイルが第1の鉄ヨークと共
にクライオスタットに収納され、前記永久磁石と前記電
磁石に第2の鉄ヨークが添設され、前記第1鉄ヨークの
側面が前記第2鉄ヨークの側面と近接するように配設さ
れて、前記超電導コイルと前記サイドマグネットを通り
電子ビーム通路に磁束を貫通する磁気回路を形成するこ
とを特徴とする請求項1記載のマグネット構造。
2. The superconducting coil is housed in a cryostat together with a first iron yoke, a second iron yoke is attached to the permanent magnet and the electromagnet, and a side surface of the first iron yoke is the second iron yoke. 2. The magnet structure according to claim 1, wherein a magnetic circuit is provided so as to be close to a side surface of the magnet and penetrates a magnetic flux into the electron beam path through the superconducting coil and the side magnet.
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