JP5105089B2 - 挿入光源 - Google Patents

Description

本発明は、周期磁場を形成するための第１磁気回路と、この第１磁気回路を支持するための第１支持体と、第１磁気回路に対向配置され、周期磁場を形成するための第２磁気回路と、この第２磁気回路を支持するための第２支持体と、対向配置される第１磁気回路と第２磁気回路の間に形成され、電子ビームが通過するための空間部と、第１磁気回路と第２磁気回路とを真空封止する真空槽とを備えた挿入光源に関するものである。

真空中において光速近くまで加速された電子ビームが磁場中で曲げられると、電子ビームの移動軌跡の接線方向に放射光を発光し、これをシンクロトロン放射光と呼んでいる。このシンクロトロン放射光を発生する光源を、電子貯蔵リング（電子ビーム蓄積リング）の直線部に設置し、高指向性、高強度、高偏光性等の特性を生かした種々の技術の実用化のための研究が行われている。今日の電子貯蔵リングには、より高いビーム電流、より小さなビーム断面積、より高いビーム指向性による高輝度光源である挿入光源（アンジュレータ）が多数設けられている。

この挿入光源は、例えば、下記特許文献１や非特許文献１，２に見られるように、電子ビームが通過する周期磁場を形成するために、第１磁気回路と第２磁気回路とを空間部を介して対向配置させた構成を採用している。周期磁場を形成するために、第１・第２磁気回路は多数の永久磁石を並べて構成される。強い磁場を構成しようとする場合は、第１磁気回路と第２磁気回路をできるだけ近づければ、空間部の間隔（いわゆるギャップ）を狭くできるので磁場の強さも大きくなる。そのために、第１磁気回路と第２磁気回路を真空槽で封止する構成を採用している。第１磁気回路と第２磁気回路の間に真空槽を設ける構成に比べると、ギャップを狭くすることができるという利点を有している。

しかしながら、上記のような構成でギャップを狭くするにしても、永久磁石の特性上限界がある。また、ギャップをあまり狭くしすぎると、電子ビームが永久磁石に衝突することによって生じた放射線による永久磁石の減磁という新たな問題が発生する。従って、ギャップを狭くするという方法のみで磁場を強くするには限界があった。
特開２０００−２０６２９６号公報 Ｉｎ−ｖａｃｕｕｍ ｕｎｄｕｌａｔｏｒｓ ｏｆ ＳＰｒｉｎｇ−８，Ｔ．Ｈａｒａ，Ｔ．Ｔａｎａｋａ，Ｔ．Ｔａｎａｂｅ，Ｘ．Ｍ．Ｍａｒｅｃｈａｌ，Ｓ．Ｏｋａｄａ ａｎｄ Ｈ．Ｋｉｔａｍｕｒａ：Ｊ．Ｓｙｎｃｈｒｏｔｒｏｎ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ ５，４０３（１９９８） Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ａｎ ｉｎ−ｖａｃｕｕｍ ｕｎｄｕｌａｔｏｒ ｆｏｒ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｕｎｄｕｌａｔｏｒ ｘ−ｒａｙｓ ｉｎ ｔｈｅ ５−２５ ｋｅＶ ｒｅｇｉｏｎ．Ｓ．Ｙａｍａｍｏｔｏ，Ｔ．Ｓｈｉｏｙａ，Ｍ．Ｈａｒａ，Ｈ．Ｋｉｔａｍｕｒａ，Ｘ．Ｗ．Ｚｈａｎｇ，Ｔ．Ｍｏｃｈｉｚｕｋｉ，Ｈ．Ｓｕｇｉｙａｍａ ａｎｄ Ｍ．Ａｎｄｏ；Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．６１（１９９２）４００．

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その課題は、第１磁気回路と第２磁気回路とを空間部を隔てて対向配置させる場合に、空間部に形成される磁場を強くできると共に耐放射線特性を改善した挿入光源を提供することである。

上記課題を解決するため本発明に係る挿入光源は、
周期磁場を形成するための第１磁気回路と、
この第１磁気回路を支持するための第１支持体と、
第１磁気回路に対向配置され、周期磁場を形成するための第２磁気回路と、この第２磁気回路を支持するための第２支持体と、
対向配置される第１磁気回路と第２磁気回路の間に形成され、電子ビームが通過するための空間部と、
第１磁気回路と第２磁気回路とを真空封止する真空槽と、
第１磁気回路と第２磁気回路を構成する永久磁石を室温以下に冷却するための冷却機構とを備えていることを特徴とするものである。

この構成による挿入光源の作用・効果を説明する。周期磁場を形成するために、第１磁気回路と第２磁気回路とが空間部を挟んで対向配置される。第１磁気回路は第１支持体に支持され、第２磁気回路は第２支持体に支持される。第１磁気回路と第２磁気回路は、共に真空槽内に真空封止される。この周期磁場が形成される空間部に電子ビームを通過させることで、シンクロトロン放射光を発生させることができる。第１磁気回路と第２磁気回路は、夫々永久磁石により構成されるが、この永久磁石を室温以下に冷却させるための冷却機構を備えている。永久磁石を冷却することで、常温で使用する場合よりも、残留磁束密度（Ｂｒ）や保磁力（ｉＨｃで表わし、Ｉ−Ｈカーブ（減磁カーブ）がＨ軸を横切る点でのＨの大きさのことで固有保磁力という）が上がるという特性がある。残留磁束密度が上がることで、磁気特性が高くなり空間部に強力な磁場を形成することができる。また、保磁力が上昇することにより、耐放射線の特性が高くなることが知られている。その結果、第１磁気回路と第２磁気回路とを空間部を隔てて対向配置させる場合に、空間部に形成される磁場を強くできると共に耐放射線特性を改善した挿入光源を提供することができる。

従来は、ベーキング処理中は永久磁石が所定温度以上に加熱されないように１２０℃程度の熱水を、使用時は電子ビームがもたらす熱によって磁気回路温度が不安定にならないよう室温程度の冷却水を循環させて磁気回路を冷却している。

本発明の挿入光源として、更に、前記空間部の間隔を変更するための間隔変更機構と、
前記冷却機構に設けられ、冷媒を通過させるための冷媒通過管と、
この冷媒通過管と、第１支持体及び第２支持体とを連結する連結部とを備え、
この連結部が柔軟性を有し、前記間隔変更機構による間隔の変更を許容するように構成されていることが好ましい。

間隔変更機構を設けることで、空間部の間隔を変更することができるように構成することで、これにより、磁場の強さも調整することができる。また、磁気回路を組み込むときも組立を行い易くできる。冷却機構として、冷媒を通過させるための冷媒通過管を設け、これを第１支持体と第２支持体に連結部により連結する。従って、連結部を介して各支持体に支持される磁気回路を冷却させることができる。また、連結部は柔軟性を有しているため、冷媒通過管を固定させた状態で、空間部の間隔を変更したとしても（第１・第２支持体を移動させたとしても）、容易に移動させることができる。

本発明に係る別の冷却機構は、第１磁気回路を冷却するために設けられ、冷媒を通過させるための第１冷媒通過管と、
第２磁気回路を冷却するために設けられ、冷媒を通過させるための第２冷媒通過管とを備え、
第１冷媒通過管を第１支持体に対して固定支持すると共に、第２冷媒通過管を第２支持体に対して固定支持するように構成されていることが好ましい。

この場合は、第１冷媒通過管は第１支持体に固定支持され、第２冷媒通過管は第２支持体に固定支持される。これにより、各支持体に支持される磁気回路が冷却される。なお、この構成によれば、第１・第２支持体を移動させる場合に、各支持体に固定した冷媒通過管も共に移動する構成であるから、柔軟性を有する連結部を設けなくても良い。

本発明に係る更に別の冷却機構は、第１磁気回路を冷却するために設けられ、冷媒を通過させるための第１冷媒通過管と、
第２磁気回路を冷却するために設けられ、冷媒を通過させるための第２冷媒通過管とを備え、
第１冷媒通過管を第１支持体の内部を貫通するように構成すると共に、第２冷媒通過管を第２支持体の内部を貫通するように構成されていることが好ましい。

冷媒を支持体の内部を貫通させるようにすることで、効率良く磁気回路を冷却させることができる。

本発明として、空間部の間隔を変更するための間隔変更機構と、
前記冷却機構に設けられ、冷凍機により冷却される冷却ヘッドと、
この冷却ヘッドと、第１支持体及び第２支持体とを連結する連結部とを備え、
この連結部が柔軟性を有し、前記間隔変更機構による間隔の変更を許容するように構成されていることが好ましい。

先ほどは冷媒通過管を設けることで冷却機構を構成する例を説明したが、冷凍機を用いた構成も考えられる。この場合、冷凍機の冷却ヘッドを第１支持体及び第２支持体に対して連結部を介して連結させることができる。この場合、連結部は柔軟性を有しているので、空間部の間隔を変更する場合に、容易に追従させることができる。

本発明において、前記第１支持体を支持する第１支持軸と、前記第２支持体を支持する第２支持軸とに夫々中空部を形成していることが好ましい。

磁気回路を冷却する冷却機構を設ける場合に、挿入光源の外部からの熱伝導を抑制する必要がある。第１・第２支持体を支持する支持軸は、強度が必要とされるため、金属で形成されるが、金属は熱伝導性がよいため外部からの熱が伝わりやすい。そこで、支持軸を中空に形成することで、熱を伝わりにくくすることができる。よって、磁気回路を所望の冷却温度に設定することができる。

本発明において、第１磁気回路の温度を検出する第１温度センサーと、
第１磁気回路を加熱可能な第１ヒーターと、
第２磁気回路の温度を検出する第２温度センサーと、
第２磁気回路を加熱可能な第２ヒーターと、
第１・第２温度センサーによる温度計測データに基づいて、第１ヒーター及び第２ヒーターを制御する温度制御部とを備えていることが好ましい。

永久磁石を冷却させる場合、残留磁束密度は温度の低下と共に大きくなっているが、ある温度以上に低下させると逆に残留磁束密度が小さくなるという特性を示す永久磁石も存在する。従って、かかる永久磁石を用いて磁気回路を構成する場合は、冷却温度を制御する必要がある。そこで、各磁気回路を加熱可能なヒーターと、各磁気回路の温度を検出する温度センサーと、各ヒーターを制御する温度制御部を設けることで、適切な冷却温度となるように制御することができる。

本発明において、第１支持体及び第２支持体は、夫々、永久磁石を取り付けるホルダー部と、このホルダー部を支持するホルダー支持部とを有し、
このホルダー部の材質をホルダー支持部の材質よりも熱膨張率が大きいか等しくなるようにすることが好ましい。

永久磁石をホルダー部に対して組み立てる作業は常温で行い、実際に挿入光源を稼動させる場合は、所望の冷却温度に冷却させる。この場合、ホルダー部よりもホルダー支持部の材質の熱膨張率が大きいと、冷却させた場合に熱膨張率の違いに起因して、ホルダー部が変形し磁気回路が破損してしまう。そこで、ホルダー部とホルダー支持部とを同一の材質（熱膨張率が等しい）で形成するか、ホルダー部の熱膨張率がホルダー支持部よりも大きくなるようにすれば、熱膨張率の違いによるホルダー部の変形を生じさせなくてすむ。

本発明に係る挿入光源の好適な実施形態を図面を用いて説明する。図１は、第１実施形態に係る挿入光源の縦断面図を示す図である。図２は、磁気回路の構成を示す概念図である。図３は、磁気回路の別構成を示す概念図である。

まず、磁気回路について説明する。図２は、いわゆるハルバッハ型と呼ばれる磁気回路を示している。第１磁気回路１１と第２磁気回路１２とが空間部１３を隔てて配置されている。第１磁気回路１１は、４つの永久磁石１１ａ〜１１ｄを１組として、これが多数組み電子ビームの進行方向に沿って並べられている。各永久磁石１１ａ〜１１ｄの磁化方向は矢印で示されている。第２磁気回路１２も、４つの永久磁石１２ａ〜１２ｄを１組として、これが多数組み電子ビームの進行方向に沿って並べてられている。よって、磁場の周期は図のようにλで表わされる。この磁石の配列ピッチについては、目的に応じて適宜変更できるものである。

空間部１３のギャップ間隔はｇで表わされる。この間隔ｇは、間隔変更機構により変更可能に構成されている。間隔を変更することで、磁場の強さを調整することができる。図２に示すような永久磁石の配置を行うことで、空間部１３に周期磁場を形成することができる。この空間部１３に電子ビームを通過させると、周期磁場の影響を受けて電子ビームが蛇行しながら進行する。電子ビームの蛇行面Ｍは、対向している第１・第２磁気回路の磁石の面と平行である。電子ビームを蛇行進行させることで、所望のシンクロトロン放射光を発生させることができる。

図２に示す磁気回路は永久磁石のみにより構成されているが、図３に示すいわゆるハイブリッド型とよばれる磁気回路では、永久磁石と永久磁石の間に軟磁性体を配置している。すなわち、第１磁気回路は、永久磁石１１Ａ，１１Ｃと軟磁性体１１Ｂ，１１Ｄが交互に配置されており、第２磁気回路は、永久磁石１２Ａ，１２Ｃと軟磁性体１２Ｂ，１２Ｄが交互に配置されている。磁化方向（磁束の方向）については、矢印に示している通りである。本発明に係る挿入光源においては、いずれの磁気回路を採用してもよく、特定の構成を有する磁気回路に限定されるものではない。

＜第１実施形態＞
次に第１実施形態に係る挿入光源の構成を説明する。図１は、電子ビームの進行方向に対して垂直な面で切断した場合の縦断面図である。第１磁気回路１１と第２磁気回路１２とが空間部１３を介して対向配置されている。第１磁気回路１１は、図２でも説明したように、多数の永久磁石ｍが電子ビームの進行方向（図１の紙面に垂直方向）に沿って多数並べて配置されている。第２磁気回路１２も同様に永久磁石ｍが多数並べて配置されている。なお、好ましい永久磁石ｍの具体例については、後述する。

第１磁気回路１１を取り付け支持するために第１支持体２１が設けられ、この第１支持体２１は、第１磁石ホルダ２１ａ（ホルダー部に相当）と第１磁石取付ビーム２１ｂ（ホルダー支持部に相当）とを備えている。従来は、ベーキング処理により高温にするため、第１磁石ホルダ２１ａは無酸素銅により形成し、第１第１磁石取付ビーム２１ｂはアルミニウムにより形成していたが、本発明においては、いずれも無酸素銅で形成する。後述するように、磁気回路１１，１２を冷却させると、磁石ホルダ２１ａも磁石取付ビーム２１ｂも寸法が縮むが、同じ材料であるから寸法変化に伴う磁石ホルダ２１ａの変形が生じない。従って、磁気回路１１，１２を冷却させたとしても、永久磁石ｍを変形させて破損させるなどの事故が生じることがない。

なお、第１磁石ホルダ２１ａをアルミニウムで形成し、第１磁石取付ビーム２１ｂを無酸素銅で形成しても良い。この場合も、アルミニウムの方が熱膨張率が無酸素銅よりも大きいので、冷却させたとしても、磁気回路１１，１２が破損する方向への変形は生じない。

第２磁気回路１２を取り付け支持するための第２支持体２２、第２磁石ホルダ２２ａ、第２磁石取付ビーム２２ｂについても第１磁気回路１１と同様である。

次に、各磁気回路１１，１２を冷却するための冷却機構の構成について説明する。冷却機構として、冷媒を通過させるための冷媒通過管３０を設けており、空間部１３の左右両側に一対の冷媒通過管３０が設けられている。冷媒としては、特定のものに限定されないが、例えば、液体窒素、液体ヘリウム等の液化された冷媒が好ましい。冷媒通過管３０も電子ビームの進行方向に沿って配置されている。冷媒は所定の循環経路により循環される構造を採用する。

冷媒通過管３０と第１・第２支持体２１，２２とは連結部３１を介して接続されている。連結部３１は、柔軟性を有する形状（図示するようにアコーディオン式に折り畳める構造）に形成され、第１・第２支持体２１，２２が上下方向に移動したとしても、各支持体２１，２２と冷媒通過管３０との連結状態を維持できるようにしている。連結部３１は、熱伝導性の良い導体（例えば、銅（無酸素銅やベリリウム銅）、アルミニウム）により形成される。なお、冷媒通過管３０は、固定された状態である。

連結部３１に柔軟性を持たせるのは上記の理由であるが、更に、若干の熱抵抗を付与するという目的も有する。熱抵抗を持たせることにより、後述する温度制御を精度よく行うことができる。

冷却機構により磁気回路１１，１２を冷却する場合、室温以下でかつ液体窒素あるいは液体ヘリウム以上の温度となるように設定する。なお、設定温度は使用する冷媒の種類や磁気回路１１，１２を構成する永久磁石ｍの種類によって異なるものである。

次に、永久磁石ｍを冷却させることにより生じる効果を説明する。永久磁石の一般的な特性として、冷却により残留磁束密度Ｂｒが高くなる。これにより、空間部１３において強力な磁場を形成することができる。また、永久磁石を冷却することにより保磁力が高くなる。これにより、耐放射線特性が上昇する。また、永久磁石を冷却させることで、真空槽１内の永久磁石の表面からの気体分子の脱離が減少する。従って、磁気回路１１，１２に対してベーキング処理を行わないでも真空槽１内を超高真空にすることができる。ベーキング処理を行うときは所定の温度に加熱しなければならないが、永久磁石を加熱すると熱減磁という問題が発生する。従って、従来のように、ベーキング処理における熱減磁を考慮して、室温で高保磁力かつ低残留磁束密度の材料を選択する必要があった。しかし、本発明の場合、そのような熱減磁を考慮しなくて良いので、常温で低保磁力かつ高残留磁束密度を有する材料を選択することができ、これにより、空間部１３に強力な磁場を形成することができる。

第１・第２磁気回路１１，１２は、真空槽１の中に真空封止されている。真空槽１の中に磁気回路１１，１２も封止することで、ギャップ間隔ｇを小さくすることができる。また、真空封止することで断熱効果を有するので、挿入光源Ｒが設置される室内の熱が真空槽１を介して磁気回路１１，１２に伝達しにくくすることができる。

第１・第２磁気回路１１，１２を支持した第１・第２支持体２１，２２は、不図示の間隔変更機構により上下方向（図１の矢印Ａ，Ｂ）に移動させることができる。間隔変更機構としては、例えば、前述した特許文献１あるいは非特許文献１に開示される機構を用いることができる。間隔変更機構により、空間部１３のギャップ間隔ｇを変更することができる。ギャップ間隔ｇを変更することで、空間部１３における磁場の強さが所望になるように調節することができる。

第１支持体２１の上部は、第１支持軸１４により支持されている。第１支持軸１４は、金属製であるが、その内部を中空に形成している。第１支持軸１４は、そのほとんどが真空槽１の外部にあるため、室内（真空槽外部）の熱が第１支持軸１４を伝わって第１磁気回路１１の温度を上げる方向に作用する。これを極力抑制するために、第１支持軸１４を中空として熱が伝わりにくくしている。第２支持体２２の下部も第２支持軸１５により支持されているが、同様の理由で内部を中空に形成している。これにより、支持軸１４，１５としての強度を確保しつつ、熱伝導性を低下させている。各支持軸１４，１５の周囲にはベローズ１６が設けられており、真空槽１内部の真空性を維持しながらも、各支持軸１４，１５の上下移動を許容している。

挿入光源は、常温室内に配置されるため、赤外線等による輻射熱を極力避ける必要がある。各磁気回路１１，１２は、真空槽１により真空断熱をされているが、輻射熱により磁気回路１１，１２を十分に冷却できないということもありうる。そこで、熱を反射させるための仕組みが必要である。例えば、支持体２１，２２の磁石ホルダ２１ａ，２２ａと磁石取付ビーム２１ｂ，２２ｂの表面に金メッキ等を施して輻射熱を反射するようにすることが好ましい。

第１支持体２１には、第１磁石取付ビーム２１ｂの裏面側に第１ヒーター２１ｃが設けられている。第２支持体２２にも同様に第２ヒーター２２ｃが設けられている。また、第１・第２磁石取付ビーム２１ｂ，２２ｂの内部に温度センサー２１ｄ，２２ｄを埋め込み配置する（図１では不図示）。図４は、温度制御部２３の構成を示す制御ブロック図である。温度設定部２４には、永久磁石を冷却制御する温度データが設定されている。温度制御部２３は、各温度センサー２１ｄ，２２ｄからの計測された温度データと、設定されている温度データとを比較して所望の温度になるように、各ヒーター２１ｃ，２２ｃを個別に制御する。

ヒーターとしては、例えば、シースヒーターを用いることができる。各ヒーター２１ｃ，２２ｃの取り付けは、各磁石取付ビーム２１ｂ，２２ｂの裏面側に銅板等で押さえつけて、ネジ止めすることで行うことができる。温度センサーとしては、白金を使用した測温抵抗体や熱電対を用いることができる。

温度制御部２３は、必ずしも必要ではないが、次のような場合には設けておくことが好ましい。永久磁石の特性として、低温にすればするほど磁気特性が上昇する場合は問題がないが、図５に示すように、ある特定の低温において残留磁束密度がピークを示すような永久磁石材料も存在する。例えば、ＴＳＲ（スピン再配列温度）以下の温度でスピン再配列を起こすような希土類−鉄−ボロン系磁石である場合、ＴＳＲ以下の温度に冷却されないように磁気回路１１，１２に対して温度制御を行う必要がある。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係る挿入光源を図６により説明する。第１実施形態と同じ機能をする部分については、同じ図番を付することにして説明を省略する。

第２実施形態では、第１冷媒通過管３０Ａと第２冷媒通過管３０Ｂとを備えており、第１冷媒通過管３０Ａは左右一対設けられ、夫々連結部３１Ａを介して第１支持体２１に対して連結される。また、第２冷媒通過管３０Ｂも同様に連結部３１Ｂを介して第２支持体２２に対して連結される。各連結部３１Ａ，３１Ｂは柔軟性を有している。これにより、各冷媒通過管３０Ａ，３０Ｂは真空槽１に対して固定されて取り付けられているが、第１・第２支持体２１，２２が上下方向に移動したとしても、各支持体２１，２２と冷媒通過管３０Ａ，３０Ｂとの連結状態を維持できるようにしている。

＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態に係る挿入光源を図７により説明する。第２実施形態と異なるのは、第１・第２冷媒通過管３０Ａ，３０Ｂが固定手段３２Ａ，３２Ｂを介して夫々第１支持体２１、第２支持体２２に対して固定支持されることである。固定手段３２Ａ，３２Ｂは、金属（例えば、銅板（ベリリウム銅等）、ステンレス板、アルミニウム板）で形成される。第１支持体２１や第２支持体２２を上下移動させるときは、第１冷媒通過管３０Ａと第２冷媒通過管３０Ｂもいっしょに上下移動する構成である。従って、柔軟性を有する連結部は用いられていない。なお、固定手段３２Ａ，３２Ｂに熱抵抗を持たせる必要がある場合には、ステンレス板で形成することが好ましい。

＜第４実施形態＞
次に、第４実施形態に係る挿入光源を図８により説明する。第３実施形態と異なるのは、第１・第２冷媒通過管３０Ａ，３０Ｂが、直接的に第１支持体２１と第２支持体２２の側面部に固着されている点である。第３実施形態に示すような固定手段は設けられていない。また、第３実施形態と同様に、第１支持体２１や第２支持体２２を上下移動させるときは、第１冷媒通過管３０Ａと第２冷媒通過管３０Ｂもいっしょに上下移動する構成である。従って、柔軟性を有する連結部は用いられていない。各冷媒通過管３０Ａ，３０Ｂを直接的に各支持体２１，２２に対して取り付けているので、効果的に冷却を行うことができる。また、第４実施形態はヒーターを設けていないが、冷媒の温度を可変とすることで温度制御を行うことができる。次の第５実施形態も同様である。

＜第５実施形態＞
次に、第５実施形態に係る挿入光源を図９により説明する。この実施形態では、第１冷媒通過管３０Ａは、第１支持体２１の第１磁石取付ビーム２１ｂの内部に埋め込まれた形で設けられる。第２冷媒通過管３０Ｂも同様に第３２磁石取付ビーム２２ｂの内部に埋め込まれている。第１支持体２１や第２支持体２２を上下移動させるときは、第１冷媒通過管３０Ａと第２冷媒通過管３０Ｂもいっしょに上下移動する構成である。支持体２１，２２の内部に冷媒通過管３０Ａ，３０Ｂを埋め込み配置しているので、効果的に冷却を行うことができる。

＜第６実施形態＞
次に、第６実施形態に係る挿入光源を図１０により説明する。図１０以下の実施形態では、冷凍機３３を用いた冷却機構を説明する。図１０に示すように、真空槽１の左右両側に一対の冷凍機３３を配置し、その冷却ヘッド３３０を真空槽１の内部に臨ませる。冷却ヘッド３３０の上端側を第１連結部３１Ａにより第１支持体２１に対して連結する。冷却ヘッド３３０の下端側を第２連結部３１Ｂにより第２支持体２２に対して連結する。冷凍機３３は、断熱膨張の原理に基づき各磁気回路１１，１２を冷却させることができる。連結部３１Ａ，３１Ｂは、第１実施形態と同様に柔軟性を有している。これにより、第１・第２支持体２１，２２が上下方向に移動したとしても、各支持体２１，２２と冷却ヘッド３３０との連結状態を維持できるようにしている。

＜第７実施形態＞
次に、第７実施形態に係る挿入光源を図１１により説明する。この実施形態では、一対の第１冷凍機３３Ａと、一対の第２冷凍機３３Ｂとが設けられている。第１冷凍機３３Ａの第１冷却ヘッド３３０Ａは、第１連結部３１Ａを介して第１支持体２１と連結され、第２冷凍機３３Ｂの第２冷却ヘッド３３０Ｂは、第２連結部３１Ｂを介して第２支持体２２と連結される。各連結部３３Ａ，３３Ｂは柔軟性を有しており、第１・第２支持体２１，２２が上下方向に移動したとしても、各支持体２１，２２と冷却ヘッド３３０との連結状態を維持できるようにしている。

＜第８実施形態＞
次に、第８実施形態に係る挿入光源を図１２により説明する。図１２に示すように第１冷凍機３３Ａを真空槽１の上方に置き、略Ｌ字形に形成された冷却ヘッド３３０Ａの先端を真空槽１の内部に臨ませる。第１支持体２１の第１磁石取付ビーム２１ｂの裏面側において、連結部３４Ａを介して冷却ヘッド３３０Ａと連結させる。第１ヒーター２１ｃは、他の実施形態とは異なり、第１磁石取付ビーム２１ｂの中央凹部に設けている。第２冷凍機３３Ｂは真空槽１の下方に置き、その他の冷却ヘッド３３０Ｂ、連結部３４Ｂ、第２ヒーター２２ｃ等の配置構成は同じである。各連結部３４Ａ，３４Ｂは柔軟性を有しており、第１・第２支持体２１，２２が上下方向に移動したとしても、各支持体２１，２２と冷却ヘッド３３０Ａ，３３０Ｂとの連結状態を維持できるようにしている。

＜第９実施形態＞
次に、第９実施形態に係る挿入光源を図１３により説明する。冷凍機３３Ａ，３３Ｂの配置は、第８実施形態と同じであるが、冷却ヘッド３３０Ａ，３３０Ｂの先端を直接第１・第２磁石取付ビーム２１ｂ，２２ｂに対して固定している。従って、第１・第２支持体２１，２２が上下方向に移動すると、これといっしょに第１冷凍機３３Ａと第２冷凍機３３Ｂも上下移動することになる。なお、冷却ヘッド３３０Ａ，３３０Ｂの周囲にはベローズ３５が設けられており、真空槽１内部の真空性を維持しながらも、冷却ヘッド３３０Ａ，３３０Ｂの上下移動を許容している。

第９実施形態では、冷却ヘッド３３０Ａ，３３０Ｂにヒーターを内蔵させることで温度制御を行うことも可能である。

＜永久磁石の具体例＞
本発明に係る挿入光源の磁気回路１１，１２を構成するのに好適な永久磁石の具体例を図１４に示す。図１４において、番号１〜５まではＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の永久磁石であり、スピン再配列を示すため、極低温でＢｒ（残留磁束密度）が減少する。番号６はＰｒ−Ｆｅ−Ｂ系の永久磁石であり、スピン再配列を示さない。なお、磁場の測定にはホール素子を用いた。ＲＴは室温、ＬＮＴは液体窒素温度（７７Ｋ）、ＬＨｅＴは液体ヘリウム温度（４．２Ｋ）を示している。

図３でハイブリッド型を説明したが、このタイプで使用する軟磁性材料については、パーメンジュール、Ｈｏ（ホルミウム）、Ｄｙ（ジスプロシウム）、純鉄等を用いることができる。各実施形態における磁気回路は、ハルバッハ型でもハイブリッド型でも良い。

＜効果＞
以上のように本発明に係る挿入光源によれば、次のような作用・効果を有する。冷却機構により冷却することで、残留磁束密度（Ｂｒ）が上昇し、常温で使用するよりも強力な磁場を空間部に形成することができる。また、冷却することで固有保磁力（ｉＨｃ）が上昇し、これに伴い耐放射線性が上昇する。冷却機構により磁気回路、ホルダー部、ホルダー支持部を冷却する構造であるので、超高真空に引く時にベーキングを行う必要がない。よって、ベーキングに伴う熱減磁を考慮する必要がなく、高エネルギー積の永久磁石を使用することができる。

従来は、真空槽内において、永久磁石表面からの脱ガスを行って到達真空度を上げるために、ベーキング処理で１００℃前後に加熱しても永久磁石が熱減磁しないためには、ｉＨｃの高い材質を選択する必要があった。高ｉＨｃ材料は、相補関係から必然的にＢｒが低いので、磁気回路により形成される磁束密度が低くなる。

これに対して、本発明は、永久磁石の冷却によりガス分子が磁石表面にトラップされるので、ベーキング処理による脱ガスを行わなくても、目標の到達真空度を得ることができる。すなわち、磁石を加熱しないので、減磁防止のために高ｉＨｃ材料を選択しなくても良い。従って、高Ｂｒ材料を選択することができ、なおかつ、低温でＢｒが上昇するので、更に高い磁束密度が得られる。

＜別実施形態＞
各実施形態において夫々開示された構造は、合理的な範囲内で、任意に組み合わせることができる。

第１実施形態に係る挿入光源の縦断面図 磁気回路の構成を示す図 磁気回路の別構成を示す図 温度制御に関する制御ブロックを示す図 磁石の特性を示すグラフ 第２実施形態に係る挿入光源の縦断面図 第３実施形態に係る挿入光源の縦断面図 第４実施形態に係る挿入光源の縦断面図 第５実施形態に係る挿入光源の縦断面図 第６実施形態に係る挿入光源の縦断面図 第７実施形態に係る挿入光源の縦断面図 第８実施形態に係る挿入光源の縦断面図 第９実施形態に係る挿入光源の縦断面図 永久磁石の具体例を示す図

Claims (6)

1. 周期磁場を形成するための第１磁気回路と、
   この第１磁気回路を支持するための第１支持体と、
   第１磁気回路に対向配置され、周期磁場を形成するための第２磁気回路と、
   この第２磁気回路を支持するための第２支持体と、
   対向配置される第１磁気回路と第２磁気回路の間に形成され、電子ビームが通過するための空間部と、
   第１磁気回路と第２磁気回路とを真空封止する真空槽と、
   第１磁気回路と第２磁気回路を構成する永久磁石を冷却するための冷却機構と、
   第１磁気回路の温度を検出する第１温度センサーと、
   第１磁気回路を加熱可能な第１ヒーターと、
   第２磁気回路の温度を検出する第２温度センサーと、
   第２磁気回路を加熱可能な第２ヒーターと、
   第１・第２温度センサーによる温度計測データに基づいて、第１ヒーター及び第２ヒーターを制御する温度制御部とを備え、
   前記第１支持体は、永久磁石を取り付けるため、第１磁石ホルダと第１磁石取付ビームを備え、
   前記第２支持体は、永久磁石を取り付けるため、第２磁石ホルダと第２磁石取付ビームを備え、
   前記第１磁石取付ビームに前記第１ヒータが取り付けられ、
   前記第２磁石取付ビームに前記第２ヒータが取り付けられることを特徴とする挿入光源。
2. 前記冷却機構は、第１磁気回路を冷却するために設けられ、冷媒を通過させるための第１冷媒通過管と、
   第２磁気回路を冷却するために設けられ、冷媒を通過させるための第２冷媒通過管とを備え、
   第１冷媒通過管を第１支持体に対して固定支持すると共に、第２冷媒通過管を第２支持体に対して固定支持するように構成されている請求項１に記載の挿入光源。
3. 前記冷却機構は、第１磁気回路を冷却するために設けられ、冷媒を通過させるための第１冷媒通過管と、
   第２磁気回路を冷却するために設けられ、冷媒を通過させるための第２冷媒通過管とを備え、
   第１冷媒通過管を第１支持体の内部を貫通するように構成すると共に、第２冷媒通過管を第２支持体の内部を貫通するように構成されている請求項１に記載の挿入光源。
4. 前記第１支持体を支持する第１支持軸と、前記第２支持体を支持する第２支持軸とに夫々中空部を形成している請求項１〜３のいずれか１項に記載の挿入光源。
5. 第１支持体及び第２支持体は、夫々、永久磁石を取り付けるホルダー部と、このホルダー部を支持するホルダー支持部とを有し、
   このホルダー部の材質をホルダー支持部の材質よりも熱膨張率が大きいか等しくなるようにしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の挿入光源。
6. 前記第１磁石取付ビームに前記第１温度センサーが取り付けられ、
   前記第２磁石取付ビームに前記第２温度センサーが取り付けられることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の挿入光源。

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