JP4021982B2 - ハイブリッド型ウイグラ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子加速器や電子蓄積リングの直線部に挿入して輝度の高い放射光を発生する挿入光源、特にはウイグラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
永久磁石または永久磁石と磁性材（鉄や鉄コバルト合金）で構成される挿入光源（図６（ａ）参照）は、電子加速器（または電子蓄積リング）の直線部分に真空チェンバーを挟む形で挿入され、磁石列間の空隙中にサインカーブ状の周期磁場を発生する（図６（ｂ）参照）。図６（ｃ）に示すように、電子加速器中を回る高速電子は、該周期磁場により蛇行し、各蛇行点から放射光を生じる。
周期磁場を発生する挿入光源には、図７のように永久磁石41、42のみで構成されるハルバック型と、図８に示すように永久磁石41と磁極（ポールピース）43となる磁束集中用磁性材との組み合わせで構成されるハイブリッド型がある。ハルバック型、ハイブリッド型のどちらもほぼ同等の磁場強度や分布を示し、大きな違いはない。しかし、一般的にはハイブリッド型の方が、使用磁石重量が少なくなることが多い。
挿入光源は周期長と磁場強度の大きさで決まるＫ値により、アンジュレータまたはウイグラに分類される。Ｋ値が１前後またはそれ以下の場合はアンジュレータとなり、Ｋ値が大きい場合にはウイグラとなる。
本発明はハイブリッド型挿入光源に関するもので、特にウイグラに適用できる。
従来のハイブリッド型ウイグラの構造は図８（ａ）、（ｂ）に示すようにポールピース43を互いに逆向きの磁化を持つ永久磁石41で挟む形となっており、ポールピースに磁束が集中し、空隙中に高い磁場を発生させる。電子が通過する中心軸上に磁束を集中するために、ポールピース43のｘ方向サイズは磁石41より小さくなっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ウイグラは特に高いエネルギーの放射光（硬Ｘ線）を発生させるために用いられ、そのためには磁場強度が高くなければならない。磁場強度は上下磁石列間の空隙距離（以下ギャップ値または gapとする）によって変化し、空隙が狭いほど高い磁場が得られる。しかし真空チェンバーのスペースを確保すると、最小ギャップはgap=10mm程度に制限されるのが現状である。また、磁石の体積を大きくすればある程度までは磁場が強くなるが、ハイブリッド型ではポールピースが磁気飽和してしまい、それ以上の強磁場を発生するのは難しく、ハルバック型では空隙中心から離れた位置で体積を増やしても効果は薄い。
中型の放射光施設で硬Ｘ線を利用するためには、周期磁場のピーク値で２Ｔを超える強磁場を発生するウイグラが必要となる。その他の放射光施設でも、ウイグラは磁場強度が高いほど利用価値が上がり、広いエネルギー範囲の放射光を提供できる。
本発明は、上記の問題を解決して、従来よりも高い磁場強度を発生できるウイグラを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは鋭意検討した結果、永久磁石と磁束集中用磁性材の組み合わせからなるハイブリッド型ウイグラにおいて、従来型では使用しなかったスペースにも磁石を配置する磁石列構造によってより高い磁場を発生できることをみいだし、該磁性材の飽和磁化以上の高い磁場を発生させるため、磁性材の四方にそれぞれの永久磁石の磁束が磁性材に集中するように永久磁石を配置した。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明を図に基いて説明する。図１は本発明のハイブリッド型ウイグラの模式図であり、図１の（ａ）はｘｚ面の断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ′面の断面図である。永久磁石１は従来タイプと同様にポールピース３をｚ方向から挟む形となっており、空隙中に発生する磁場の主要な部分を担っている。永久磁石２はポールピース３をｘ方向から挟んでおり、その磁化方向は互いに逆向きで、永久磁石１が発生している空隙中の磁場をさらに強める向きになっている。永久磁石１および永久磁石２の空隙に向いている面（以下、ギャップ面）11および21は、ポールピース３のギャップ面31と同じ平面内にあり、上下の磁石の間隔はギャップ値と一致している。ポールピースの外側の面36は永久磁石１、２の外側の面16、26とは一致せず、内側に沈み込んでおり、磁束が外側に逃げるのを防ぎ、逆に空隙側に集中させる働きをしている。
【０００６】
挿入光源では、磁場分布のばらつきに対する仕様が厳しいため、磁石列を組み立てた後に磁場調整を行なう必要がある。磁場調整の方法には、永久磁石のギャップ面に磁性材の薄板を貼り付ける方法や、磁石列の外側に調整用の磁性材を配置する方法などがあるが、本発明のウイグラでは、ギャップ面に薄板を貼るスペースがなく、また磁石列外側に磁性材を置く方法は磁石列架台の構造を複雑にする傾向がある。
よって、本発明では例えば図２のような磁石保持構造とし、ポールピース３の位置を上下方向（空隙方向）に押し引きすることによって磁場調整を可能とする。図２中、４は磁石ホルダー、８は磁極ホルダーである。ポールピース３の押し引きは固定ボルト５を回転して行なえばよい。ポールピースの位置は空隙中の磁場強度に大きく影響するため、僅かな上下量で十分に磁場調整できる。
【０００７】
ポールピースの磁性材は通常用いられるFe系材料等が例示されるが、高い飽和磁場を有することから Fe-Co系材料からなることが好ましい。
【０００８】
【実施例】
次に、本発明の実施例を挙げる。
（実施例）
図３（ａ）〜（ｃ）に示すハイブリッド型ウイグラを製作した。図３の（ａ）は長手方向断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ′面の断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ′面の断面図である。使用した永久磁石は Nd-Fe-B焼結磁石（信越化学工業株式会社製品名 N42H 、Br=12.9kG 、iHc=12.9kOe ）、ポールピースにはセメンジュール（トーキン社製Fe-Co 系合金製品名、飽和磁化 23.1kG ）を用いた。ポール数は３、ポール間距離は100mm 、gap=３〜30mmとする。図３の６は磁石止めコマ、７はベースプレート、９は保護バー、10は磁極調整穴である。本実施例は、ウイグラの実機を想定した寸法 1/2の試作機であり、実機でgap=10mmは、本試作機のgap=5mm に相当する。
【０００９】
本実施例で製作したウイグラにより、中心軸上の磁場を測定した結果を図４、図５に示す。図４は gap=3.5mm（実線）、5mm(点線) での中心軸上の磁場分布を示したグラフで、中央のピーク磁場をピーク２、その隣のピーク磁場をピーク１とすると、ピーク２の方が若干低めになっている。これはピーク２が逆向きのピーク磁場に挟まれているためである。周期数が多い実機のウイグラでのピーク磁場は、中央ピークであるピーク２に近い値となる。ピーク１、ピーク２の絶対値の、ギャップ値に対する変化を示したグラフが図５である。中央ピークのピーク２（点線）の値は、gap=5mm で 2.8Ｔ、gap=3.5mm で 3.0Ｔとなった。実機ではそれぞれ２倍のギャップ値 gap=10mm、gap=7mm に対応する。
【００１０】
【発明の効果】
本発明によれば、gap=3.5mm 以下では磁性材の飽和磁化以上である３Ｔ以上の高いピーク磁場を発生させることができ、このような高い磁場強度により、広いエネルギー範囲の放射光を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のハイブリッド型ウイグラの模式図であり、
（ａ）はｘｚ面の断面図、
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ′面の断面図である。
【図２】本発明のハイブリッド型ウイグラに用いる磁場調整機構の一例を示した断面模式図である。
【図３】（ａ）本発明の実施例のハイブリッド型ウイグラの長手方向断面図である。
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ′面の断面図、
（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ′面の断面図である。
【図４】本発明の実施例の中心軸上の磁場分布を示したグラフである。
【図５】本発明の実施例のピーク磁場のギャップによる変化を示したグラフである。
【図６】（ａ）は挿入光源の模式図である。
（ｂ）は（ａ）の周期磁場である。
（ｃ）は（ａ）の電子軌道である。
【図７】ハルバック型ウイグラの長手方向の断面模式図である。
【図８】従来のハイブリッド型ウイグラの模式図であり、
（ａ）はｘｚ面の断面図、
（ｂ）はｙｚ面の断面図である。
【符号の説明】
１、41‥永久磁石 ２、42‥永久磁石
３、43‥ポールピース ４ ‥‥磁石ホルダー
５ ‥‥固定ボルト ６ ‥‥磁石止めコマ
７ ‥‥ベースプレート ８ ‥‥磁極ホルダー
９ ‥‥保護バー 10 ‥‥磁極調整穴
11、21‥永久磁石のギャップ面 31 ‥‥ポールピースのギャップ面
16、26‥永久磁石の外側面 36 ‥‥ポールピースの外側面

Claims (3)

1. 永久磁石と磁束集中用磁性材の組み合わせからなるハイブリッド型ウイグラにおいて、該磁性材の飽和磁化以上の高い磁場を発生させるため、磁性材の四方にそれぞれの永久磁石の磁束が磁性材に集中するように永久磁石を配置してなることを特徴とするハイブリッド型ウイグラ。
2. 該磁性材の位置を上下することにより磁場調整が可能である請求項１記載のハイブリッド型ウイグラ。
3. 該磁性材に Fe-Co系材料を用いる請求項１または２記載のハイブリッド型ウイグラ。

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