JP4030695B2 - 挿入光源 - 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、周期長が短く周期数の大きなコンパクト挿入光源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４（ａ）参照）は、電子加速器（または電子蓄積リング）の直線部分に挿入され、強力な放射光を発生する装置として有用である。挿入光源の典型であるアンジュレータは、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４（ｂ）,（c）参照）。一般的な平面アンジュレータは、図５に示すように、永久磁石のみで構成されるハルバック型（ａ）と、永久磁石と磁極とで構成されるハイブリッド型（ｂ）がある。本発明では、対向する磁石列方向（図４に示す座標軸でＹ方向）を空隙方向、電子の軌道方向（図４に示す座標軸でＺ方向）を軸方向と呼ぶことにする。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
挿入光源の周期長が短くなり、磁石厚みが薄くなってくると、種々の問題が生じる。例えば、周期長10mmのハルバック型挿入光源を想定すると、１つの磁石厚みは2.5mm と薄い。挿入光源用途では、永久磁石個々の磁気特性ばらつきが、加速電子の軌道に大きな乱れを生じる。したがって、永久磁石の残留磁化ばらつきや角度ばらつきを最小限にしなければならない。しかし、厚みの薄い磁石では幾つかの要因が重畳して、磁気特性のばらつきが従来以上に大きくなる。これらの要因は、１）磁石寸法精度の厚みに対する相対ばらつきが大きくなる、２）磁石加工による表面劣化層の体積比率が相対的に増加する、３）耐食性皮膜の相対的厚みばらつきが大きくなる、などである。
組み付け精度の面からも問題が生じる。挿入光源において、対向磁石間の空隙距離は周期長の半分程度にするのが普通である。周期長10mmの挿入光源では、空隙距離は５mm前後で使用することになる。磁石の寸法精度は通常±0.05mm程度であるが、空隙方向には組み付け段階で２％幅の磁場強度ばらつきを与え、電子の進行方向には４％程度の積分磁場ばらつきを与える可能性がある。したがって、通常の周期長（30mm以上）を有する挿入光源に比較して、本発明の短周期挿入光源に使用する磁石の寸法精度は、1/2 〜1/3 以下のばらつきで製作されねばならない。
以上のような点から、周期長10mm以下の短周期長挿入光源を実現するためには、従来法の延長や改良では十分でなく、新しい技術の提案が望まれている。
【０００４】
本発明者はこの問題点を解決する方法として、例えば図６のように磁石ブロック２４に周期的に切れ目を設け、該切れ目に元の磁石ブロック２４に対して垂直な磁化方向を有する磁石３０、５０を挿入してなる複合磁石を複数個対向させた短周期挿入光源を提案した（特願平9‐095542号明細書）。この特徴は、磁石の軸方向の厚み誤差が集積しにくいことである。なぜなら、研削加工によって切れ目を設け、空隙方向磁化と軸方向磁化磁石の位置を決めてしまうため、短周期長になっても個々の磁石の誤差の累積とはならない。
しかし、この切れ目に挿入する磁石は厚さが非常に薄く、個数も多数必要であり、加工及び組み立ては１個１個の磁石ごとに行う必要があり、このような点を改善することが強く望まれていた。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記の問題を解決すべく、種々の検討を行った結果、上述のように切れ目に多数の薄い磁石を挿入する代わりに、周期的に切れ目を設けた磁石ブロック同士を複数個組み合わせることにより、本発明を完成させた。すなわち本発明は、周期長が１０ｍｍ以下の挿入光源において、空隙方向に磁化容易軸を有する磁石ブロックに周期的に切れ目を設け、軸方向に磁化容易軸を有する磁石ブロックに周期的に切れ目を設け、これらを組み合わせてなる複合磁石ブロックを複数個対向させてなることを特徴とするものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明は周期長が１０ｍｍ以下の短周期長を実現するものである。以下、本発明の挿入光源の磁石ブロックの作製について、図に基いて詳細に述べる。図１は本発明の平面アンジュレータの磁石ブロックの一例を示したものであり、（ａ）は上面図、（ｂ）は軸方向からの側面図である。磁石ブロック１、９は、挿入光源で１周期分以上に相当するもので、図１で、磁石ブロック１は空隙方向２および４の方向に、また磁石ブロック９は軸方向３及び５の方向に磁化容易軸を有している。磁石ブロック１は、直方体磁石ブロックを成形研削盤のような機械で、研削砥石を用いて、切れ目（以後、スリットとする）６ａを複数個、周期的に設け、裏側は段差７ａをつけて削る。磁石ブロック９は、直方体磁石ブロックから、磁石ブロック１のスリット６ａにかみ合うようにスリット６ｂを設け、段差７ｂを段差７ａとかみ合うように設ける。この磁石ブロック１、９の櫛歯状の歯の部分をＮ極、Ｓ極が交互になるように着磁したのち、磁石ブロック１と磁石ブロック９とを組み合わせて図２の複合磁石１９を形成する。この複合磁石は挿入光源の一部分を構成するものであり、図２の複合磁石は挿入光源磁石列片側の５周期分である。該複合磁石を複数個対向させ組み合わせて図３のようにハルバック型挿入光源の磁石配置を組み上げる。
【０００７】
複合磁石１９を作製する際に、既に静磁場もしくはパルス磁場で着磁を行った磁石ブロック１と、磁石ブロック９とを着磁磁石同士で組み上げてもよく、また、未着磁の磁石ブロック１と、磁石ブロック９を複合磁石に仮組みしておいて、これをパルス磁場により１度に着磁してもよい。着磁された複合磁石１９は磁石カセットに挿入保持し、これを複数個組み合わせて挿入光源を構成する。
複合磁石１９の着磁は、組み上げ前でも組み上げ後でもよい。着磁が組み上げ前の場合は、磁石ブロック１のスリット部に、磁石２、４に対し直交する磁化を有する磁石ブロック９を吸引または反発力を受けながら組み込む必要がある。一方、着磁が組み上げ後の場合は、未着磁磁石を複合磁石とした後で着磁する。この場合は、空隙磁化磁石方向に着磁磁場が印加され、この際、着磁磁束空隙方向磁化磁石から、軸方向磁化磁石を通って、閉磁路を形成するため、空隙方向磁化磁石とともに軸方向磁化磁石も同時に着磁される。また既に述べたようにスリット部の磁石３、５は隣接磁石部２、４より吸引または反発力を受けるため、着磁複合磁石ブロック１９を形成すると同時に空隙方向位置出しが自ら行われる。
【０００８】
着磁磁場強度はピーク値で1.19kA/m(15kOe) 以上あればほぼ着磁されるが、望ましくは1.43kA/m(18kOe) 以上がよい。パルス磁場で着磁を行う場合、その幅は 500μsec 以上あればよいが、望ましくは2msec 以上ある方がよい。もちろん同様な着磁を静磁場を発生する電磁石で行うこともできるが、電源が大規模になり、望ましくない。
【０００９】
スリットの深さは、磁石ブロック櫛歯磁石部２、３幅の２倍以上の深さがあればよいが、より望ましくは３倍の深さがあればよい。
【００１０】
永久磁石の材質は、希土類焼結磁石であれば、空隙中に強い磁場を形成できるので、SmCo系やRFeB系（ Rは希土類元素、以下同じ）のどのような種類でもよい。しかし、パルス磁場で組み上げ後着磁を行う場合は、着磁が容易な RFeB 系の方が望ましい。
【００１１】
磁石ブロックは１周期分以上の厚みを有しているので、磁石保持を従来と同様にカセット方式で行うことに何の問題も生じない。カセットは非磁性であればAl系、SUS 、真鍮などのどれでもよい。望ましくは摺動抵抗の高い SUSの方がよい。
【００１２】
該磁石ブロックを複数個組み合わせて短周期長アンジュレーターを作製する時、周期長10mmと仮定すると、１ｍ長で 100周期が得られる。アンジュレーターの放射光強度は理想的には周期数Ｎの２乗に比例するので、コンパクトな加速器リングで非常に強力な光を発生することが可能となる。
【００１３】
【実施例】
次に、本発明の実施例について説明する。
［実施例］
寸法40ｍｍ×25mm×14mmの NdFeB系焼結磁石ブロック（信越化学工業社製、N42H、磁化方向14mm高さ方向）を公知の方法で作製し、この磁石ブロックに外周切断機により２mm間隔で厚さ２mm、深さ10mmのスリット及び15ｍｍの段差を設けて磁石ブロック１とし、これを40個作製した。
同形の NdFeB系焼結磁石ブロック（信越化学工業社製、前出、磁化方向25mm軸方向）を公知の方法で作製し、この磁石ブロックに、磁石ブロック１とかみ合うように外周切断機により２mm間隔で厚さ２mm、深さ10mmのスリット及び15mmの段差を設けて磁石ブロック９とし、これを40個作製した。
【００１４】
これらの磁石ブロックを一度にパルス着磁できるように、５周期分の着磁歯を持つ着磁ヘッドを作製した。ヨークは純鉄の厚み０.５mm打ち抜き薄板を積層して形成し、これに巻線を施した。この着磁ヘッドを磁石ブロック表面に接触・対向させ、4000Ｖ×5000μＦのコンデンサーバンクに接続して、この磁石ブロックのパルス着磁を行ったが、この時のピーク磁場は1.59kA/m(20kOe)を超えていた。
これらの磁石ブロック１と磁石ブロック９と組み合わせて複合磁石１９を形成し、SUS 316L材質を使用して作製した非磁性カセットにこの複合磁石を収納し、この磁石カセットを20個ずつ並べ、一対の磁石列を対向させて、長さ800mmで周期数100の短周期長アンジュレーターを作製した。
対向磁石列間の空隙を４mmとし、空隙中の磁場分布を小面積ホール素子で計測したところ、磁場調整なしでピーク磁場分布が1.5％に収まっていることが確認でき、これにより非常に良好な磁場分布が得られたことがわかった。
【００１５】
【発明の効果】
本発明によれば、周期長10mm以下の短周期長挿入光源において、磁場精度・磁石位置精度を維持しつつ、加工コスト、組み立てコストの軽減を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の挿入光源の磁石ブロックの概略図である。
（ａ）は上面図である。
（ｂ）は軸方向からの側面図である。
【図２】本発明の挿入光源の複合磁石の斜視概略図である。
【図３】本発明の挿入光源の側面概略図である。
【図４】（ａ）はアンジュレーターの斜視概略図である。
（ｂ）は（ａ）の周期磁場である。
（ｃ）は（ａ）の電子軌道である。
【図５】平面アンジュレーターの基本磁石配置の概略図であり、
（ａ）はハルバック型である。
（ｂ）はハイブリッド型である。
【図６】従来の短周期長アンジュレーターの磁石ブロックの一例である。
【符号の説明】
１、９‥‥‥‥ 磁石ブロック
２、４‥‥‥‥ 空隙方向磁化永久磁石
３、５‥‥‥‥ 軸方向磁化永久磁石
６ａ、６ｂ‥‥‥スリット
７ａ、７ｂ‥‥‥段差
１９‥‥‥‥‥ 複合磁石
２０、４０‥‥ 空隙方向磁化永久磁石
２４‥‥‥‥‥ 磁石ブロック
３０、５０‥‥ 軸方向磁化永久磁石
３２‥‥‥‥‥ ポールピース

Claims (1)

1. 周期長が１０ｍｍ以下の挿入光源において、空隙方向に磁化容易軸を有する磁石ブロックに周期的に切れ目を設け、軸方向に磁化容易軸を有する磁石ブロックに周期的に切れ目を設け、これらを組み合わせてなる複合磁石ブロックを複数個対向させてなることを特徴とする挿入光源。

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