JP3105755B2 - 自由電子レーザ装置 - Google Patents

自由電子レーザ装置

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JP3105755B2
JP3105755B2 JP07013747A JP1374795A JP3105755B2 JP 3105755 B2 JP3105755 B2 JP 3105755B2 JP 07013747 A JP07013747 A JP 07013747A JP 1374795 A JP1374795 A JP 1374795A JP 3105755 B2 JP3105755 B2 JP 3105755B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電子・陽電子・陽子・
重粒子等の荷電粒子を発生させ、且つ、光速近くまで加
速する加速管及びこれら荷電粒子を収束・偏向するため
の磁石類を有する荷電粒子加速システムなどに適用され
る自由電子レーザ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図5に従来の自由電子レーザ装置の概略
を示す。
【0003】図5に示すように、従来の自由電子レーザ
装置(FELと略称)は、電子ビームを発生させる電子
銃11と、その電子ビームをほぼ光速に加速する加速管
12と、電子ビームを収束させる収束磁石13と、電子
ビームを偏向させる偏向磁石14と、適正に収束偏向
れた電子ビームを所定の領域にて蛇行させることによっ
て放射光を発生させるウィグラ15と、所定の領域間を
往復する放射光が後続の電子ビームと相互作用すること
によりレーザ光として発振に至る一対の共振器16とを
具備している。そして、ウィグラ15には電子ビームを
熱として廃棄するビームダンプ17が接続されている。
なお、電子ビームの通路はビームパイプ18にて形成さ
れ、高真空状態に排気・維持されており、ビームパイプ
18での接続部にはモニタ装置19が設けられている。
【0004】そして、このように自由電子レーザ装置
は、光速近傍の高エネルギ電子ビームを取り扱うため、
そのエネルギレベルに応じた放射線遮蔽が必要であり、
周囲に遮断壁として遮蔽建家20の内部に設置されてい
る。また、遮蔽建家20内の電子銃11にはRF系とし
て立体回路系21及び高周波系22が接続され、更に、
遮蔽建家20外の電源系23が接続されている。
【0005】従って、電子銃11で電子ビームを発生
し、その電子ビームを加速管12でほぼ光速に加速し、
収束磁石13や偏向磁石14で電子ビームを収束・偏向
させ、ウィグラ15まで導く。適正に収束された電子ビ
ームはこのウィグラ15の領域にて蛇行することにより
放射光を発生し、この放射光は一対の共振器16間を往
復しつつ、後続の電子ビームと相互作用して増幅され最
終的にはレーザ光として発振に至る。一方、電子ビーム
はウィグラ15の領域を通過後、ビームダンプ17に導
かれ、熱として廃棄される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した従
来の自由電子レーザ装置にあっては、下記に示すような
問題点がある。即ち、従来の自由電子レーザ装置は電子
銃11や加速管12、収束磁石13、偏向磁石14、ウ
ィグラ15、共振器16などの多数のコンポーネントを
放射線遮蔽建家20の中に据付け・組立てており、装置
が大型化してしまうという。また、これら多数のコンポ
ーネントを高精度で組立て、据え付ける必要があるた
め、建家20の床面や壁面に基準点を設け、これを基準
に広い空間内に各コンポーネントを据え付け調整しなけ
ればならず、作業が煩雑なものとなってしまう。その結
果、装置や建家を含むシステム価格が高くなってしまう
という問題も発生する。
【0007】また、放射線遮蔽建家20の内部全体が放
射線管理区域となり、人のアクセスビリティが制約さ
れ、装置運用性も低下してしまう。そして、このような
問題により自由電子レーザ装置の一般産業用途への利用
が阻害されることとなってしまう。
【0008】本発明はこのような問題を解決するもので
あって、装置の小型化を図ると共に、可搬性が高く、且
つ、作業者が扱いやすい自由電子レーザ装置を提供する
ことを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの自由電子レーザ装置は、電子ビームを加速する加速
管と、加速した電子ビームを収束させる収束磁石と、電
子ビームを偏向させる偏向磁石と、電子ビームを蛇行さ
せて放射光を発生させるウィグラと、電子ビームを通過
させるビームパイプと、電子ビームを廃棄するビームダ
ンプと、各機器を制御するモニタ装置とがコンポーネン
トとして構成された自由電子レーザ装置において、放射
線遮蔽壁を有する基板に前記各機器より構成されたコン
ポーネントを組みこみ、該コンポーネントの周囲を放射
線遮蔽壁にて囲繞したことを特徴とするものである。
【0010】また、本発明の自由電子レーザ装置は、電
子ビームを発射する電子銃と放射光を往復させる共振器
とを前記放射線遮蔽壁の外部に設け、該放射線遮蔽壁の
外部から着脱自在なフランジ継手を介して前記コンポー
ネントと接続し、前記電子銃及び共振器に電子ビーム制
御系を接続したことを特徴とするものである。
【0011】
【作用】基板に前記各機器より構成されたコンポーネン
トを組みこみ、該コンポーネントの周囲を放射線遮蔽壁
にて囲繞したことで、放射線量の高い空間が一次遮蔽領
域内の小空間に限定され、その外部空間は放射線量が小
さくなる。
【0012】また、電子銃と共振器とを放射線遮蔽壁の
外部に設け、フランジ継手を介してコンポーネントと着
脱自在に接続し、電子銃及び共振器に電子ビーム制御系
を接続したことで、電子銃や共振器とのアクセスビリテ
ィが向上すると共に、ユーティリティ設備との脱着が簡
易となる。
【0013】
【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を詳細
に説明する。
【0014】図1に本発明の一実施例に係る自由電子レ
ーザ装置の概略、図2に本実施例の自由電子レーザ装置
における内部断面(図1のII−II断面)、図3及び図4
に本実施例の自由電子レーザ装置における基板の概略を
示す。なお、従来の技術で説明したものと同様の機能を
有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略
する。
【0015】自由電子レーザ装置のように高エネルギ電
子ビーム(陽電子ビーム、陽子ビーム、重粒子ビーム等
の場合も同じ)を利用するシステムは、元来、大学等の
大型研究施設として開発・発展してきたものであり、放
射線遮蔽建家の中に装置一式を据付・運転するという発
想のシステム設計がなされてきた。しかし、放射線は高
エネルギ電子ビームの一部または全部がコンポーネント
等の一部に衝突した際に発生するもの、という原点にた
ち、極力小さな空間のみを遮蔽する発想のシステム設計
とする。即ち、高エネルギ電子ビームが通過する、加速
管や収束・偏向磁石、ウィグラビームダンプ等のコンポ
ーネント類を囲繞するできるだけ小さい領域を一次遮蔽
領域とする。
【0016】そして、電子銃や共振器は本来高エネルギ
電子ビームと近接しないので、アクセスビリティをも配
慮し、一次放射線遮蔽領域の外に出し、真空バウンダリ
維持のためにフランジ構造で取付、取り外し可能とす
る。また、RF系、電源系、制御系、冷却水系、真空排
気系等のユーティリティ設備も一次放射線遮蔽領域の外
に設置し、所定のコンポーネントとの接続部を一次放射
線遮蔽領域の外部近傍に設ける。更に、自由電子レーザ
装置を構成する各コンポーネントは、それら個有の性能
を発揮すると共に、組み合わせシステムとしての性能を
達成するために高い組み立て位置精度が要求される。そ
こで、コンポーネントの組み立ての共通ベースとして、
高精度で基準点、基準線の設けられる基準面を有する一
体型の基板を採用する。そして、この基板に放射線遮蔽
壁を具備させることで一次放射線遮蔽を形成する。
【0017】以下、本実施例の自由電子レーザ装置の構
成を具体的に説明する。
【0018】図1に示すように、本実施例の自由電子レ
ーザ装置において、二点鎖線で囲む領域は一次遮蔽領域
であって、この一次遮蔽領域内には、高エネルギ電子ビ
ームが通過する通路に沿うコンポーネント類が配置され
ている。即ち、加速管12、収束磁石13、偏向磁石1
4、ウィグラ15、ビームダンプ17、ビームパイプ1
8、及びいくつかのモニタ装置19が配置されている。
また、電子ビームの発生源である電子銃11と光共振装
置である一対の共振器16は、ともに高エネルギビーム
の通過領域とは直接に近接しないことと、それぞれメン
テナンス等でのアクセスの必要性が高いことを考え、一
次遮蔽領域の外部に配置されている。そして、この電子
銃11及び共振器16はフランジ継手31によって接続
し、外部から取付け、取り外しができる構造となってい
る。更に、各コンポーネントに必要な各種ユーティリテ
ィとしてのRF系32、冷却水系33、電源系34、真
空排気系35、制御系36も一次遮蔽領域の外部に配置
し、図示しないフランジ継手やコネクター等によって接
続されている。
【0019】このように構成された電子銃11や加速管
12、収束磁石13、偏向磁石14、ウィグラ15等の
多数のコンポーネントは、電子ビームの通過軌道を基準
軸として、一般的に、サブミリメートル程度の高精度で
配置、据付を行う必要がある。従って、本実施例にあっ
ては、これらを高精度組み立て可能とするために、図2
に示すように、コンポーネント類の共通ベースとして基
板41,51を設け、この基板41上にコンポーネント
類を配置している。
【0020】この基板41,51は、図4及び図5に示
すように、上面に基準面42,52を形成し、コンポー
ネント類の所定の位置に対応するように基準点(例え
ば、電子ビームの出発点に対応する位置)43,53、
基準線(例5えば、電子ビームの通過軌道理論線)4
4,54をけがきこみ、これを基準に各コンポーネント
の中心をアライメントしつつ組み立てる。垂直方向及び
水平方向の位置の微調整は、各コンポーネントの支持脚
37の位置調整により行なう。そして、この基板41,
51の下面には放射線遮断壁61が取付けられている。
【0021】このように基板41(51)の下面に放射
線遮蔽壁61を具備させ、この基板41上に前述の一次
遮蔽領域に内包すべきコンポーネント類としての加速管
12、収束磁石13、偏向磁石14、ウィグラ15、ビ
ームダンプ17、ビームパイプ18、及びいくつかのモ
ニタ装置19を高精度で組み立てる。そして、その四側
面と上面を同様に放射線遮蔽壁62,63で囲み、図示
しないボルト等によって固縛する。なお、四側面の基板
41はなくてもよい。従って、高エネルギー電子ビーム
が通過し、放射線発生源となりうるコンポーネント類が
コンパクト・高精度で一次放射線遮蔽の領域内に組みこ
まれる。
【0022】
【発明の効果】以上、実施例を挙げて詳細に説明したよ
うに本発明の自由電子レーザ装置によれば、加速管と収
束磁石と偏向磁石とウィグラとビームパイプとビームダ
ンプと各機器のモニタ装置とからなるコンポーネントを
放射線遮蔽壁を有する基板に組みこみ、このコンポーネ
ントの周囲を放射線遮蔽壁にて囲繞したので、放射線量
の高い領域が放射線遮蔽壁で囲まれたごく小さい空間に
局限されることとなり、装置の小型化を図ると共に、主
要コンポーネント群が放射線遮蔽壁で囲まれた小さいパ
ック構造物として一体品として取り扱えることができ、
パック構造物として持ち運び、据え付けることが可能で
あり、必要なユーティリティ設備を備えた場所に簡便に
脱着できるシステムとすることができる。また、コンパ
クトにパック化された構造物であるから、簡便に高精度
組立が可能となり、天地・左右方向を問わずに設置する
ことができる。
【0023】また、本発明の自由電子レーザ装置によれ
ば、電子銃と共振器とを放射線遮蔽壁の外部に設けてこ
の放射線遮蔽壁の外部から着脱自在なフランジ継手を介
してコンポーネントと接続し、電子銃及び共振器に電子
ビーム制御系を接続したので、電子銃や共振器というメ
ンテナンスの必要性の高いコンポーネントを放射線量の
低い領域に配置し、アクセスビリティを向上することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る自由電子レーザ装置の
概略図である。
【図2】本実施例の自由電子レーザ装置における内部断
面(図1のII−II断面)図である。
【図3】本実施例の自由電子レーザ装置における基板の
概略図である。
【図4】本実施例の自由電子レーザ装置における基板の
概略図である。
【図5】従来の自由電子レーザ装置の概略図である。
【符号の説明】
11 電子銃 12 加速管 13 収束磁石 14 偏向磁石 15 ウィグラ 16 共振器 17 ビームダンプ 18 ビームパイプ 19 モニター類 31 フランジ継手 32 RF系 33 冷却水系 34 電源系 35 真空排気系 36 制御系 37 支持脚 41,51 基板 42,52 基準面 43,53 基準点 44,54 基準線 61,62,63 放射線遮蔽壁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−248499(JP,A) 特開 平6−333699(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05H 13/04

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電子ビームを加速する加速管と、加速し
    た電子ビームを収束させる収束磁石と、電子ビームを
    させる偏向磁石と、電子ビームを蛇行させて放射光を
    発生させるウィグラと、電子ビームを通過させるビーム
    パイプと、電子ビームを廃棄するビームダンプと、各機
    器を制御するモニタ装置とがコンポーネントとして構成
    された自由電子レーザ装置において、放射線遮蔽壁を有
    する基板に前記各機器より構成されたコンポーネントを
    組みこみ、該コンポーネントの周囲を放射線遮蔽壁にて
    囲繞したことを特徴とする自由電子レーザ装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の自由電子レーザ装置にお
    いて、電子ビームを発射する電子銃と放射光を往復させ
    る共振器とを前記放射線遮蔽壁の外部に設け、該放射線
    遮蔽壁の外部から着脱自在なフランジ継手を介して前記
    コンポーネントと接続し、前記電子銃及び共振器に電子
    ビーム制御系を接続したことを特徴とする自由電子レー
    ザ装置。
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