JP6596798B2 - アンジュレータ磁石列及びアンジュレータ - Google Patents

Description

本発明は、アンジュレータ磁石列及びそれを有するアンジュレータに関する。

放射光施設で電子ビームから放射光を取り出すために使用されるアンジュレータは、互いに対向するように平行に配置された１対の磁石列を有して周期的な磁場を形成し、１対の磁石列の間を通る光速に近い速度の電子を蛇行運動させることで強力な放射光を発生させる。永久磁石又は電磁石を用いて周期磁場を形成することができるが、特にＸ線領域の波長の短い放射光を得るためには、磁場の周期を数センチメートル程度或いはそれよりも短くする必要があるため、電磁石では充分な強度の磁場を形成することができない。このため、殆どのアンジュレータで永久磁石が採用されている。

図２２に、従来のアンジュレータで使用されているアンジュレータ磁石列の例を示す。図２２のアンジュレータ磁石列９０１は、第１磁石列９１０及び第２磁石列９２０を有する。磁石列９１０及び９２０の夫々は１周期λ_uに４個の磁石９３０を含み、各磁石列に含まれる磁石９３０の磁化方向（磁石９３０内の矢印で磁化方向を表す）が磁石列９１０及び９２０を含む面内で９０°ずつ変化している（特許文献１及び非特許文献１）。このようなアンジュレータ磁石列９０１はＨａｌｂａｃｈ型磁石列などと呼ばれる。磁石列９１０及び９２０間を通る光速に近い電子は、磁石列９１０及び９２０によって形成される周期磁場の作用により蛇行運動をして、下記式にて示される波長λの光を放出する。
λ（λ_u，Ｂ，Ｅ）＝１３０λ_u［１＋（９３．３７λ_uＢ）²／２］／Ｅ²

上記式において、λはナノメートルで表した放射光の波長（基本波長と呼ばれる）、λ_uはメートルで表した磁石列の周期長、Ｂはテスラで表した磁場振幅、Ｅはギガ電子ボルトで表した電子のエネルギである。

放射光施設において電子のエネルギは固定されており、周期長はアンジュレータの設計時に決まるため、放射光施設の運転中に特定の波長を選択するためには磁場振幅の調整が必要となる。磁場振幅は、ギャップと呼ばれる磁石列９１０及び９２０間の間隔を変化させることで、或る程度の範囲で容易に調整可能である。

特開２０１２−１６０４０８号公報

Ｋ． Ｈａｌｂａｃｈ， "Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ Ｕｎｊｕｌａｔｏｒｓ"， Ｊ． Ｐｈｙｓｉｑｕｅ， Ｃ１ （１９８３） ２１１

但し、数百個〜千個の強力な磁石が設置された磁石列間の吸引力は数トンにもなり、この吸引力に耐えながらギャップを数マイクロメートルの精度で調整する必要がある。このため、アンジュレータでは非常に剛性の高い構造材料や駆動機構が全体にわたって用いられ、その全体重量は１０トンを超える。また、負荷を分散させるために部品点数が多くなり、複雑な構造や高い加工及び組み立て精度が要求される。これらは、アンジュレータの製造、運搬及び設置におけるコスト及び期間を増大させる。

そこで本発明は、磁石列に加わる磁気による力の低減に寄与するアンジュレータ磁石列及びアンジュレータを提供することを目的とする。

本発明に係るアンジュレータは、互いに対向するように間隙をあけて平行に配置された第１磁石列及び第２磁石列を有し、前記第１磁石列に含まれる磁石の磁化方向及び前記第２磁石列に含まれる磁石の磁化方向が、前記第１磁石列及び前記第２磁石列を含む面内において、各磁石列の磁石配列方向に沿って周期的に変化するアンジュレータ磁石列であって、前記第１磁石列は各々が複数の磁石から成る第１シフト磁石列及び第１基準磁石列を結合して形成される一方で、前記第２磁石列は各々が複数の磁石から成る第２基準磁石列及び第２シフト磁石列を結合して形成され、前記第１シフト磁石列は、前記第２基準磁石列に対向配置されつつ、前記第１磁石列及び前記第２磁石列により形成される周期性を持った磁場の振幅が最大化される状態を基準として前記第２基準磁石列から見て前記磁石配列方向に平行な所定の向きに所定のシフト量だけシフトして配置され、前記第２シフト磁石列は、前記第１基準磁石列に対向配置されつつ、前記状態を基準として前記第１基準磁石列から見て前記所定の向きに前記シフト量だけシフトして配置されることを特徴とする。

上記のシフトにより、第１及び第２磁石列間に加わる磁気力の低減が可能となる。また、第１及び第２磁石列の夫々をシフトが行われるシフト磁石列とシフトが行われない基準磁石列にて形成し、それらを上記の如く配置することにより、磁石配列方向に加わる磁気力の相殺も可能となる。

本発明によれば、磁石列に加わる磁気による力の低減に寄与するアンジュレータ磁石列及びアンジュレータを提供することが可能である。

は、本発明の第１実施形態に係るアンジュレータ磁石列の概要を示す図である。 は、本発明の第１実施形態に係るアンジュレータ磁石列の基準構成図である。 （ａ）及び（ｂ）は、磁石の磁化方向の角度を説明するための図である。 は、本発明の第１実施形態に係るアンジュレータ磁石列の第１改良構成図である。 は、第１改良構成に係るアンジュレータ磁石列との対比に供されるアンジュレータ磁石列の構成図である。 は、本発明の第１実施形態に係るアンジュレータ磁石列の第２改良構成図である。 は、第２改良構成に係るアンジュレータ磁石列の作成方法を説明するための図である。 は、第２改良構成に係るアンジュレータ磁石列の作成方法を説明するための図である。 は、本発明の第１実施形態に係るアンジュレータ磁石列の第３改良構成図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１実施形態に係り、上側磁石列及び下側磁石列間に加わる磁気力のギャップ依存性を示す図である。 は、本発明の第１実施形態に係るアンジュレータ磁石列の第４改良構成図である。 は、本発明の第１実施形態に係るシミュレーション結果を示す図である。 は、本発明の第１実施形態に係るシミュレーション結果を示す図である。 は、本発明の第２実施形態に係り、上側磁石列及び下側磁石列間に働く磁気力の位相依存性と、上側磁石列及び下側磁石列により形成される磁場の振幅の位相依存性とを示す図である。 は、本発明の第３実施形態に係る、Ｍ＝８のアンジュレータ磁石列の構成図である。 は、本発明の第３実施形態に係る、Ｍ＝８のアンジュレータ磁石列の他の構成図である。 は、本発明の第３実施形態に係る、Ｍ＝２のアンジュレータ磁石列の構成図である。 は、本発明の第３実施形態に係る、Ｍ＝２のアンジュレータ磁石列の他の構成図である。 は、本発明の第４実施形態に係るアンジュレータの側面図である。 は、本発明の第４実施形態に係るアンジュレータの正面図である。 は、本発明の第４実施形態に係る放射光施設の平面図である。 は、従来のアンジュレータ磁石列の構成図である。

以下、本発明の実施形態の例を、図面を参照して具体的に説明する。参照される各図において、同一の部分には同一の符号を付し、同一の部分に関する重複する説明を原則として省略する。尚、本明細書では、記述の簡略化上、情報、信号、物理量又は部材等を参照する記号又は符号を記すことによって、該記号又は符号に対応する情報、信号、物理量又は部材等の名称を省略又は略記することがある。

＜＜第１実施形態＞＞
本発明の第１実施形態を説明する。図１に本発明の第１実施形態に係るアンジュレータ磁石列１の構成を示す。アンジュレータ磁石列１は、互いに対向するように間隔をあけて平行に配置された２つの磁石列１０及び磁石列２０を有する。磁石列１０及び磁石列２０の夫々は、直線状に配列された複数の磁石３０にて形成される。磁石３０は、ネオジム磁石等の永久磁石である。特に記述無き限り、磁石列１０及び磁石列２０を形成する全磁石３０は全て同じ形状及び大きさを有しており、各磁石列において複数の磁石３０は一定のピッチで配列される。

本実施形態では、説明の具体化のため、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を想定する。Ｚ軸は各磁石列における磁石３０の配列方向に平行である。磁石列１０及び２０間において磁石３０の配列方向は互いに同じである。Ｙ軸は磁石列１０及び２０間を結ぶ方向に平行である。また、Ｘ軸及びＹ軸に平行な面をＸＹ面と呼び、Ｙ軸及びＺ軸に平行な面をＹＺ面と呼び、Ｚ軸及びＸ軸に平行な面をＺＸ面と呼ぶ。ＹＺ面は磁石列１０及び２０を含む面である。より厳密に言うと、磁石列１０及び２０を形成する全磁石３０の中心はＹＺ面上に位置する。

更に、上下左右を以下のように定義する。左右方向はＺ軸に平行であり、Ｚ軸の正に向かう向きを右と定義し、Ｚ軸の負に向かう向きを左と定義する。上下方向はＹ軸に平行であり、Ｙ軸の正に向かう向きを上と定義し、Ｙ軸の負に向かう向きを下と定義する。また、或る２つの磁石列に関し、相対的に上側に位置している磁石列及び相対的に下側に位置している磁石列を夫々上側磁石列及び下側磁石列と呼ぶ。ここでは、磁石列２０から見て磁石列１０は上側に位置していると考える。このため、以下では、磁石列１０及び磁石列２０を夫々上側磁石列１０及び下側磁石列２０と呼ぶことがある。

磁石３０を含む任意の磁石について、当該磁石のＳ極からＮ極に向かう方向を磁化方向（磁化の向き）と呼ぶ。図１から明らかではないが（例えば図２等参照）、磁石列１０に含まれる複数の磁石３０の磁化方向及び磁石列２０に含まれる複数の磁石３０の磁化方向は、磁石列１０及び２０を含むＹＺ面内において、Ｚ軸に平行な方向に沿って周期的に変化する。各磁石列（１０、２０）における磁石３０の磁化方向の変化の周期（周期長）をλ_uにて表す。周期λ_uは磁石列１０及び２０間で共通であり、例えば数１０ｍｍ（ミリメートル）程度である。

磁石列１０及び２０によって形成される磁場をアンジュレータ磁場Ｂと呼ぶ。但し、ここにおけるアンジュレータ磁場Ｂは、磁石列１０及び２０によって形成される磁場の内、電子ビーム軸上における、電子ビーム軸に垂直な成分の磁場を指す。電子ビーム軸は、磁石列１０及び２０間を通過する電子ビームの軸である。電子ビーム軸は、Ｚ軸に平行であって且つ磁石列１０及び２０間の中間を通る。アンジュレータ磁場Ｂの向き及び大きさはＺ軸方向に沿って周期的に変化し、図１では、アンジュレータ磁場Ｂの周期的な変化が磁石列１０及び２０間の曲線にて示されている。Ｙ軸方向における磁石列１０及び２０間の隙間をギャップという。

［基準となる構成］
本実施形態では、アンジュレータ磁石列１における特異な磁石配列を説明するが、まず図２を参照して、アンジュレータ磁石列１の基準例としてのアンジュレータ磁石列１_REFの構成を説明する。アンジュレータ磁石列１_REFは、磁石列１０及び２０の基準例としての磁石列１０_REF及び２０_REFを備える。尚、図２及びアンジュレータ磁石列を示す後述の各図面では、アンジュレータ磁石列を形成する全磁石３０の一部のみが抽出して示されている。

アンジュレータ磁石列１_REFは、Ｈａｌｂａｃｈ型磁石列であり、１周期λ_uの中に４個の磁石３０が存在する。図２を含む磁石（例えば磁石３０）を図示する図面において、磁石の磁化方向を磁石（例えば磁石３０）内に矢印で示している。

図３（ａ）に示す如く、Ｙ軸に平行なベクトルであってＹ軸の原点からＹ軸の正側に向かう基準ベクトルと、磁化方向を示すベクトルとの成す角度を、磁化方向の角度と呼ぶ。磁化方向の角度は０°以上３６０°未満となる。従って、或る磁化方向がＹ軸の負から正に向かう向きと一致するとき、その磁化方向の角度は０°であり、且つ、或る磁化方向がＹ軸の正から負に向かう向きと一致するとき、その磁化方向の角度は１８０°である。ここでは、基準ベクトルを起点とし、図２の紙面の時計周り方向に磁化方向の角度を定めるものとする。つまり、或る磁化方向がＺ軸の負から正に向かう向きと一致するとき、その磁化方向の角度は９０°であり、且つ、或る磁化方向がＺ軸の正から負に向かう向きと一致するとき、その磁化方向の角度は２７０°であるものとする。

１周期λ_uの中に存在する磁石３０の個数Ｍがアンジュレータ磁石列１_REFでは４であるので、磁石列１０_REF及び２０_REFの夫々において、磁石３０の磁化方向はＹＺ面内でＺ軸に平行な方向に沿って９０°（＝３６０°／Ｍ）ずつ変化する。但し、その変化の向きは、上側磁石列１０_REF及び下側磁石列２０_REF間で互いに逆である。以下では、図３（ｂ）に示す如く、角度θを磁化方向の角度として持つ磁石３０を、θの磁石３０と表現する。また、Ｚ軸方向における磁石３０の幅を記号ｄにて表す。

磁石列１０_REFでは、左から右に向かって、０°、９０°、１８０°、２７０°の磁石３０が、この順番で繰り返し配列され、連続する４つの磁石３０により１周期分の磁石列が形成される。従って、磁石列１０_REFにおける０°の磁石３０の中心をＺ軸の原点にとった場合、Ｚ軸方向において原点から右向きに距離（ｉ×４）×ｄ、距離（ｉ×４＋１）×ｄ、距離（ｉ×４＋２）×ｄ、距離（ｉ×４＋３）×ｄだけ離れた位置に、夫々、磁石列１０_REFにおける０°、９０°、１８０°、２７０°の磁石３０の中心が位置する（ｉは整数）。

磁石列２０_REFでは、左から右に向かって、０°、２７０°、１８０°、９０°の磁石３０が、この順番で繰り返し配列され、連続する４つの磁石３０により１周期分の磁石列が形成される。従って、磁石列２０_REFにおける０°の磁石３０の中心をＺ軸の原点にとった場合、Ｚ軸方向において原点から右向きに距離（ｉ×４）×ｄ、距離（ｉ×４＋１）×ｄ、距離（ｉ×４＋２）×ｄ、距離（ｉ×４＋３）×ｄだけ離れた位置に、夫々、磁石列２０_REFにおける０°、２７０°、１８０°、９０°の磁石３０の中心が位置する。

但し、磁石列１０_REFにおける０°、９０°、１８０°、２７０°の磁石３０に対向する位置に、夫々、磁石列２０_REFにおける０°、２７０°、１８０°、９０°の磁石３０が配置される。より具体的には、磁石列１０_REFにおける第ｉ磁石の中心位置と磁石列２０_REFにおける第ｉ磁石の中心位置とを結ぶ直線はＹ軸に平行であり、磁石列１０_REFにおける第１〜第４磁石は、夫々、０°、９０°、１８０°、２７０°の磁石３０であって且つ磁石列２０_REFにおける第１〜第４磁石は、夫々、０°、２７０°、１８０°、９０°の磁石３０である。

図２を含む磁石（例えば磁石３０）を図示する図面において、磁石ペアに加わる吸引力をドットで満たされた矢印にて表す。図２においては、０°の磁化方向を持つ磁石ペア及び１８０°の磁化方向を持つ磁石ペアにのみ注目して吸引力を示している（後述の図４等においても同様）。図２を含むアンジュレータ磁石列を図示する図面において、上側磁石列及び下側磁石列に加わる全体的な力を白抜きの矢印で表す。基準となるアンジュレータ磁石列１_REFでは、磁石列１０_REF及び２０_REF間に大きな吸引力が加わる。

［第１改良構成］
アンジュレータ磁石列の第１改良構成を説明する。第１改良構成に係る図４のアンジュレータ磁石列１_Aは、アンジュレータ磁石列１の例であり、上側磁石列１０及び下側磁石列２０の例としての上側磁石列１０_A及び下側磁石列２０_Aを備える。上側磁石列１０_A単体の構成は上述の上側磁石列１０_REFのそれと同様であると共に、下側磁石列２０_A単体の構成は上述の下側磁石列２０_REFのそれと同様である。

但し、アンジュレータ磁石列１_Aでは、アンジュレータ磁石列１_REFを基準として、上側磁石列が下側磁石列に対して左側に周期λ_uの１／４分の距離だけずらして配置されている。以下では、説明の便宜上、周期λ_uの１／ｗ分の距離だけずらすことを、１／ｗ周期分だけシフトさせるなどと表現することがある（ｗは任意の実数）。アンジュレータ磁石列１_Aでは、アンジュレータ磁石列１_REFを基準として、上側磁石列が下側磁石列に対して左側に１／４周期分だけシフトされている。

従って、磁石列１０_Aにおける０°、９０°、１８０°、２７０°の磁石３０に対向する位置に、夫々、磁石列２０_Aにおける９０°、０°、２７０°、１８０°の磁石３０が配置される。より具体的には、磁石列１０_Aにおける第ｉ磁石の中心位置と磁石列２０_Aにおける第ｉ磁石の中心位置とを結ぶ直線はＹ軸に平行であり、磁石列１０_Aにおける第１〜第４磁石は、夫々、０°、９０°、１８０°、２７０°の磁石３０であって且つ磁石列２０_Bにおける第１〜第４磁石は、夫々、９０°、０°、２７０°、１８０°の磁石３０である。

図４を含む磁石（例えば磁石３０）を図示する図面において、磁石ペアに加わる反発力を黒塗りの矢印にて表す。図４においては、０°の磁石３０と１８０°の磁石３０による磁石ペアにのみ注目して吸引力を示している（後述の図５においても同様）。

図４の構成により形成される磁気回路は、図２の構成により形成される磁気回路と図５の構成により形成される磁気回路との中間の磁気回路であると考えることができる。図５の構成では、アンジュレータ磁石列１_REFを基準として上側磁石列が下側磁石列に対して左側に１／２周期分だけ（即ち周期λ_uの１／２分の距離だけ）シフトされており、結果、上側磁石列及び下側磁石列間に反発力が働いている。

また、図２の構成により形成される磁気回路では（即ち基準となるアンジュレータ磁石列１_REFでは）、アンジュレータ磁場Ｂの振幅（即ちＺ軸方向に沿って向き及び大きさが変化するアンジュレータ磁場ＢのＹ軸成分の振幅）が最大化され、図４の構成により形成される磁気回路では（即ちアンジュレータ磁石列１_Aでは）、アンジュレータ磁場Ｂの振幅が図２のそれよりも小さくなる。図５の構成により形成される磁気回路では、アンジュレータ磁場Ｂの振幅はゼロとなる。

図４の構成により形成される磁気回路では、上側磁石列及び下側磁石列が上下方向の力を受けない。このため、ギャップを可変するための駆動機構の小型化が可能となる。但し、代わりに、上側磁石列は全体として右向きの大きな力を受ける一方で下側磁石列は全体として左向きの大きな力を受けるため、上側及び下側磁石列を支える構造部品に左右方向の大きな力が加わる。つまり、ギャップを可変するための駆動機構の小型化は可能となるものの、上側及び下側磁石列を支える構造部品（後述の図１９における架台１７０を含む）には強い剛性が求められる。

［第２改良構成］
そこで、第２改良構成として、図６にアンジュレータ磁石列１_Bを考える。第２改良構成に係るアンジュレータ磁石列１_Bは、アンジュレータ磁石列１の例であり、上側磁石列１０及び下側磁石列２０の例としての上側磁石列１０_B及び下側磁石列２０_Bを備える。上側磁石列１０_B及び下側磁石列２０_Bの構成は、基本的に、夫々、上側磁石列１０_REF及び下側磁石列２０_REFのそれと同様である。

但し、アンジュレータ磁石列１_Bでは、アンジュレータ磁石列１_REFを基準として、上側磁石列の左半分が下側磁石列に対して左側に１／４周期分だけ（即ち周期λ_uの１／４分の距離だけ）シフトして配置され且つ下側磁石列の右半分が上側磁石列に対して左側に１／４周期分だけ（即ち周期λ_uの１／４分の距離だけ）シフトして配置される。右半分では上側磁石列ではなく下側磁石列を左側にずらすことで、アンジュレータ磁場Ｂの周期性が担保される。

図７及び図８を参照し、アンジュレータ磁石列１_Bの構成について説明を加える。図７及び図８は、アンジュレータ磁石列１_REFを出発点としたアンジュレータ磁石列１_Bの作成手順を示している。アンジュレータ磁石列１_REFにおいて、上側磁石列１０_REFの左半分及び右半分の磁石列を夫々磁石列３１０及び３２０と呼び、下側磁石列２０_REFの左半分及び右半分の磁石列を夫々磁石列３６０及び３７０と呼ぶ。

まず、図７に示す如く、アンジュレータ磁石列１_REFを出発点として、上側磁石列１０_REFの左半分の磁石列３１０を下側磁石列２０_REFに対して左側に１／４周期分だけシフトさせる。図７の磁石列３１０ａは当該シフト後の磁石列３１０を表す。このシフトにより、上側磁石列の左半分の磁石列３１０ａと上側磁石列の右半分の磁石列３２０との間に、周期λ_uの１／４分の隙間が被補間領域３３０として生じる。この被補間領域３３０に、補間元領域３４０内の磁石３０と同じ磁化方向を持った磁石３０を補間配置する。磁石３３０ａは補間配置された磁石を表している。補間元領域３４０は、磁石列３２０の左端と、その左端から右向きに距離λ_u／４分だけずれた位置とに挟まれた領域である。磁石列３１０ａと磁石３３０ａから成る磁石列を磁石列３１０ｂにて参照する。磁石列３１０ｂと磁石列３２０がそれらの境界面である結合面ＢＤ１で結合されることで上側磁石列１０_Bが形成される。

一方、図８を示す如く、アンジュレータ磁石列１_REFを出発点として、下側磁石列２０_REFの右半分の磁石列３７０を上側磁石列１０_REFに対して左側に１／４周期分だけシフトさせる。図７の磁石列３７０ａは当該シフト後の磁石列３７０を表す。磁石列３７０を左側にシフトさせる際、磁石列３７０の左端付近の磁石３０が磁石列３６０の右端付近の磁石３０と重なり合うような現象が生じるが、磁石列３７０の磁石３０の内、上記シフトによって磁石列３６０内の磁石３０と重なり合うことになる磁石３０は削除する。磁石列３６０と磁石列３７０ａがそれらの境界面である結合面ＢＤ２で結合されることで下側磁石列２０_Bが形成される。

図７の結合面ＢＤ１のＺ軸方向における位置と図８の結合面ＢＤ２のＺ軸方向における位置とが互いに一致する状態で、上側磁石列１０_Bと下側磁石列２０_Bを組み合わせることによりアンジュレータ磁石列１_Bが形成される。尚、磁石列３１０及び３７０のシフトにより、アンジュレータ磁石列の左右端で上側磁石列が下側磁石列よりも１／４周期分だけ突出することになるが、そのような突出を無くしたものをアンジュレータ磁石列１_Bとすればよい。

図６のアンジュレータ磁石列１_Bにより形成される磁気回路では、磁石列１０_B及び２０_Bの夫々において左右方向の力が相殺されるため、磁石列を一体化して保持する構造部品（後述の図１９の磁石列ビーム１１０、１２０に相当）にのみＺ軸方向の圧縮及び引張力が作用し、上側及び下側磁石列を支える構造部品（後述の図１９における架台１７０を含む）には、磁気力による力が働かない。これにより、基準となるアンジュレータ磁石列１_REFを用いる場合と比べて、上側及び下側磁石列を支える構造部品に要求される剛性を減少させることが可能となり、ひいてはアンジュレータ全体の重量を大幅に減少させることが可能となる。

アンジュレータ磁石列１_REFを出発点として、上側磁石列の内、下側磁石列から見て左側にシフトされた部分を上側シフト磁石列と呼び、そのようなシフトが成されてない部分を上側基準磁石列と呼ぶ。同様に、アンジュレータ磁石列１_REFを出発点として、下側磁石列の内、上側磁石列から見て左側にシフトされた部分を下側シフト磁石列と呼び、そのようなシフトが成されてない部分を下側基準磁石列と呼ぶ。図７及び図８に示す例においては、磁石列３１０ｂ及び３２０が、夫々、上側シフト磁石列及び上側基準磁石列に相当し、磁石列３７０ａ及び３６０が、夫々、下側シフト磁石列及び下側基準磁石列に相当する。図６に示す例においては、磁石列１０Ｓ_B及び１０Ｒ_Bが、夫々、上側シフト磁石列及び上側基準磁石列に相当し、磁石列２０Ｓ_B及び２０Ｒ_Bが、夫々、下側シフト磁石列及び下側基準磁石列に相当する。

上側磁石列１０_Bは、上側シフト磁石列１０Ｓ_Bと上側基準磁石列１０Ｒ_Bとを結合して形成される一方で、下側磁石列２０_Bは、下側基準磁石列２０Ｒ_Bと下側シフト磁石列２０Ｓ_Bとを結合して形成される。尚、図６では、上側シフト磁石列と上側基準磁石列の結合部分及び下側基準磁石列と下側シフト磁石列の結合部分に力が加わる様子を、太線で模擬的に表している（後述の図９等でも同様）。

上側シフト磁石列は下側基準磁石列に対向配置される（上側シフト磁石列及び下側基準磁石列を含む、後述の他のアンジュレータ磁石列についても同様）。つまり、アンジュレータ磁石列１_Bにおいては、上側シフト磁石列１０Ｓ_Bにおける０°、９０°、１８０°、２７０°の磁石３０に対向する位置に、夫々、下側基準磁石列２０Ｒ_Bにおける９０°、０°、２７０°、１８０°の磁石３０が配置される。より具体的には、上側シフト磁石列１０Ｓ_Bにおける第ｉ磁石の中心位置と下側基準磁石列２０Ｒ_Bにおける第ｉ磁石の中心位置とを結ぶ直線はＹ軸に平行であり、上側シフト磁石列１０Ｓ_Bにおける第１〜第４磁石は、夫々、０°、９０°、１８０°、２７０°の磁石３０であって且つ下側基準磁石列２０Ｒ_Bにおける第１〜第４磁石は、夫々、９０°、０°、２７０°、１８０°の磁石３０である。

下側シフト磁石列は上側基準磁石列に対向配置される（下側シフト磁石列及び上側基準磁石列を含む、後述の他のアンジュレータ磁石列についても同様）。つまり、アンジュレータ磁石列１_Bにおいては、下側シフト磁石列２０Ｓ_Bにおける０°、２７０°、１８０°、９０°の磁石３０に対向する位置に、夫々、上側基準磁石列１０Ｒ_Bにおける２７０°、０°、９０°、１８０°の磁石３０が配置される。より具体的には、下側シフト磁石列２０Ｓ_Bにおける第ｉ磁石の中心位置と上側基準磁石列１０Ｒ_Bにおける第ｉ磁石の中心位置とを結ぶ直線はＹ軸に平行であり、下側シフト磁石列２０Ｓ_Bにおける第１〜第４磁石は、夫々、０°、２７０°、１８０°、９０°の磁石３０であって且つ上側基準磁石列１０Ｒ_Bにおける第１〜第４磁石は、夫々、２７０°、０°、９０°、１８０°の磁石３０である。

［第３改良構成］
アンジュレータ磁石列の第３改良構成を説明する。第３改良構成に係る図９のアンジュレータ磁石列１_Cは、アンジュレータ磁石列１の例であり、上側磁石列１０及び下側磁石列２０の例としての上側磁石列１０_C及び下側磁石列２０_Cを備える。上側磁石列１０_C及び下側磁石列２０_Cの構成は、基本的に、夫々、上側磁石列１０_REF及び下側磁石列２０_REFのそれと同様であるが、第２改良構成で述べた磁石列のシフト技術が適用されている。更に、第３改良構成では、上側磁石列１０_Cに上側シフト磁石列及び上側基準磁石列を夫々に複数設け、それに対応して、下側磁石列２０_Cに下側基準磁石列及び下側シフト磁石列を夫々に複数設けている。

アンジュレータ磁石列１_Cの構成を、より具体的に説明する。上側磁石列１０_Cは、複数の上側シフト磁石列１０Ｓ_C及び複数の上側基準磁石列１０Ｒ_Cを結合して形成されており、下側磁石列２０_Cは、複数の下側シフト磁石列２０Ｓ_C及び複数の下側基準磁石列２０Ｒ_Cを結合して形成されている。

上側磁石列１０_Cにおいて、上側シフト磁石列１０Ｓ_Cと上側基準磁石列１０Ｒ_Cは交互に配置される。つまり、上側磁石列１０_Cにおいて、１つの上側シフト磁石列１０Ｓ_Cは１つの上側基準磁石列１０Ｒ_Cと他の１つの上側基準磁石列１０Ｒ_Cとの間に配置され（但し、注目した上側シフト磁石列１０Ｓ_Cが上側磁石列１０_Cの端に位置していないと仮定）、１つの上側基準磁石列１０Ｒ_Cは１つの上側シフト磁石列１０Ｓ_Cと他の１つの上側シフト磁石列１０Ｓ_Cとの間に配置される（但し、注目した上側基準磁石列１０Ｒ_Cが上側磁石列１０_Cの端に位置していないと仮定）。

下側磁石列２０_Cにおいて、下側シフト磁石列２０Ｓ_Cと下側基準磁石列２０Ｒ_Cは交互に配置される。つまり、下側磁石列２０_Cにおいて、１つの下側シフト磁石列２０Ｓ_Cは１つの下側基準磁石列２０Ｒ_Cと他の１つの下側基準磁石列２０Ｒ_Cとの間に配置され（但し、注目した下側シフト磁石列２０Ｓ_Cが下側磁石列２０_Cの端に位置していないと仮定）、１つの下側基準磁石列２０Ｒ_Cは１つの下側シフト磁石列２０Ｓ_Cと他の１つの下側シフト磁石列２０Ｓ_Cとの間に配置される（但し、注目した下側基準磁石列２０Ｒ_Cが下側磁石列２０_Cの端に位置していないと仮定）。

上側磁石列１０_Cの左端のＺ軸座標（Ｚ軸上の位置）と下側磁石列２０_Cの左端のＺ軸座標（Ｚ軸上の位置）は同じであるとする。そうすると、上側磁石列１０_Cの左端から見て第ｊ番目の上側シフト磁石列１０Ｓ_Cは下側磁石列２０_Cの左端から見て第ｊ番目の下側基準磁石列２０Ｒ_Cに対向配置される（ｊは整数）。つまり、第ｊ番目の上側シフト磁石列１０Ｓ_Cにおける０°、９０°、１８０°、２７０°の磁石３０に対向する位置に、夫々、第ｊ番目の下側基準磁石列２０Ｒ_Cにおける９０°、０°、２７０°、１８０°の磁石３０が配置される。より具体的には、第ｊ番目の上側シフト磁石列１０Ｓ_Cにおける第ｉ磁石の中心位置と第ｊ番目の下側基準磁石列２０Ｒ_Cにおける第ｉ磁石の中心位置とを結ぶ直線はＹ軸に平行であり、第ｊ番目の上側シフト磁石列１０Ｓ_Cにおける第１〜第４磁石は、夫々、０°、９０°、１８０°、２７０°の磁石３０であって且つ第ｊ番目の下側基準磁石列２０Ｒ_Cにおける第１〜第４磁石は、夫々、９０°、０°、２７０°、１８０°の磁石３０である。

下側磁石列２０_Cの左端から見て第ｊ番目の下側シフト磁石列２０Ｓ_Cは上側磁石列１０_Cの左端から見て第ｊ番目の上側基準磁石列１０Ｒ_Cに対向配置される。つまり、第ｊ番目の下側シフト磁石列２０Ｓ_Cにおける０°、２７０°、１８０°、９０°の磁石３０に対向する位置に、夫々、第ｊ番目の上側基準磁石列１０Ｒ_Cにおける２７０°、０°、９０°、１８０°の磁石３０が配置される。より具体的には、第ｊ番目の下側シフト磁石列２０Ｓ_Cにおける第ｉ磁石の中心位置と第ｊ番目の上側基準磁石列１０Ｒ_Cにおける第ｉ磁石の中心位置とを結ぶ直線はＹ軸に平行であり、第ｊ番目の下側シフト磁石列２０Ｓ_Cにおける第１〜第４磁石は、夫々、０°、２７０°、１８０°、９０°の磁石３０であって且つ第ｊ番目の上側基準磁石列１０Ｒ_Cにおける第１〜第４磁石は、夫々、２７０°、０°、９０°、１８０°の磁石３０である。

図９の例では、磁石３０の配列における１周期ごとに、シフト磁石列と基準磁石列を切り替えている。即ち、図９の例では、磁石列１０Ｓ_C、１０Ｒ_C、２０Ｓ_C及び１０Ｒ_Cの各々に１周期分の磁石３０、即ち４個の磁石３０しか含まれていない。故に、図６及び図９を比較すると、図６の上側シフト磁石列１０Ｓ_Bの右端から４つ分の磁石３０にて図９の上側シフト磁石列１０Ｓ_Cが形成され、図６の下側基準磁石列２０Ｓ_Bの右端から４つ分の磁石３０にて図９の下側基準磁石列２０Ｒ_Cが形成され、図６の上側基準磁石列１０Ｒ_Bの左端から４つ分の磁石３０にて図９の上側基準磁石列１０Ｒ_Cが形成され、図６の下側シフト磁石列２０Ｓ_Bの左端から４つ分の磁石３０にて図９の下側シフト磁石列２０Ｓ_Cが形成されている。

尚、１つの上側シフト磁石列、１つの上側基準磁石列、１つの下側シフト磁石列及び１つの下側基準磁石列の夫々を１周期分の磁石３０にて形成する例を説明したが、それらの夫々を複数周期分（例えば１０周期分）の磁石３０にて形成するようにしても良い。

第３改良構成によれば、第２改良構成の作用及び効果が得られる点に加え、磁石列を一体化して保持する構造部品（後述の図１９の磁石列ビーム１１０、１２０に相当）にかかる圧縮及び引張力を分散させることが可能であり、当該構造部品に要求される剛性をも減少させること可能となる。

［第４改良構成］
アンジュレータ磁石列の第４改良構成を説明する。第１〜第３改良構成で述べた方法により、上側磁石列及び下側磁石列間における吸引力と反発力は、理想的には完全につりあう。しかし、実際の磁石３０の透磁率は１ではないこと及び上側／下側磁石列をシフト磁石列及び基準磁石列に分割したことが原因で、吸引力と反発力は完全にはつりあわず、ギャップによっては吸引力及び反発力のどちらかが表れる（図１０（ｃ）参照）。つまり、吸引力のギャップに対する依存曲線（図１０（ａ）参照）と反発力のギャップに対する依存曲線（図１０（ｂ）参照）とが一致しない状態が作られる。

吸引力及び反発力を微調整するべく、１／４周期分だけシフトせしめられた上側又は下側シフト磁石列を、そのシフト後の位置から更に左右どちらかに微小量だけシフトさせることが考えられる。第４改良構成では、そのような微小量のシフトを磁化方向の回転によって近似する。

第４改良構成に係る図１１のアンジュレータ磁石列１_Dは、アンジュレータ磁石列１の例であり、上側磁石列１０及び下側磁石列２０の例としての上側磁石列１０_D及び下側磁石列２０_Dを備える。上側磁石列１０_Dは複数の上側シフト磁石列１０Ｓ_Dと複数の上側基準磁石列１０Ｒ_Dを結合して形成され、下側磁石列２０_Dは複数の下側シフト磁石列２０Ｓ_Dと複数の下側基準磁石列２０Ｒ_Dを結合して形成される。

図９の上側磁石列１０_Cにおける上側シフト磁石列１０Ｓ_C及び上側基準磁石列１０Ｒ_Cを夫々上側シフト磁石列１０Ｓ_D及び上側基準磁石列１０Ｒ_Dに置換することで図１１の上側磁石列１０_Dが形成される。図９の下側磁石列２０_Cにおける下側シフト磁石列２０Ｓ_C及び下側基準磁石列２０Ｒ_Cを夫々下側シフト磁石列２０Ｓ_D及び下側基準磁石列２０Ｒ_Dに置換することで図１１の下側磁石列２０_Dが形成される。

図９の磁石列１０Ｒ_C及び２０Ｓ_Cにおいて、０°、９０°、１８０°、２７０°の磁石３０を、夫々、（３６０°−Δφ）、（９０°−Δφ）、（１８０°−Δφ）、（２７０°−Δφ）の磁石３０に置換することができ、その置換後の磁石列１０Ｒ_C及び２０Ｓ_Cが夫々磁石列１０Ｒ_D及び２０Ｓ_Dである。
図９の磁石列１０Ｓ_C及び２０Ｒ_Cにおいて、０°、９０°、１８０°、２７０°の磁石３０を、夫々、（０°＋Δφ）、（９０°＋Δφ）、（１８０°＋Δφ）、（２７０°＋Δφ）の磁石３０に置換することができ、その置換後の磁石列１０Ｓ_C及び２０Ｒ_Cが夫々磁石列１０Ｓ_D及び２０Ｒ_Dである。Δφは所定の正の角度量である。Δφは９０°未満であり、通常は０°に近い微小な角度量である。Δφによる磁化方向の回転が、上記微小量のシフトの近似に相当する。

実際に使用するギャップの範囲に合わせて磁石３０の磁化方向の設計を行い、その設計結果に基づくアンジュレータ磁石列１_Dを形成すれば、ギャップの範囲は限られるが、吸引力及び反発力を十分にゼロに近づけることが可能となる。

［シミュレーション］
次に、上述した幾つかのアンジュレータ磁石列に対して行ったシミュレーションの内容及び結果を説明する。本シミュレーションでは、周期λ_uが１８ｍｍ（ミリメートル）であって且つアンジュレータ磁石列の全長（Ｚ軸方向における長さ）が４．５ｍ（メートル）であることを想定した。また、ギャップの可変範囲を３〜９ｍｍとし、磁石３０を形成する永久磁石の残留磁束密度及び比透磁率は夫々１．２Ｔ（テスラ）及び１．０６であると仮定した。

図１２に、複数のギャップにおけるアンジュレータ磁石列の吸引力のシミュレーション結果（計算結果）を示す。図１２のグラフにおいて、横軸はギャップを示し、縦軸は上側磁石列及び下側磁石列間の吸引力を示す。但し、負の吸引力は反発力を表している。実線による折れ線４１０_REFは、図２のアンジュレータ磁石列１_REFにおける上側磁石列及び下側磁石列間の吸引力の計算結果を表す。実線による折れ線４１０_Bは、図６のアンジュレータ磁石列１_Bにおける上側磁石列及び下側磁石列間の吸引力の計算結果を表す。破線による折れ線４１０_Cは、図９のアンジュレータ磁石列１_Cにおける上側磁石列及び下側磁石列間の吸引力の計算結果を表す。

３ｍｍのギャップにおいて、アンジュレータ磁石列１_REFでは約５．４ｔｆ（重量トン）の吸引力がある一方、アンジュレータ磁石列１_Bでは吸引力が約２２０ｋｇｆ（重量キログラム）となっており、アンジュレータ磁石列の自重程度にまで吸引力を軽減できていることが分かる。アンジュレータ磁石列１_Cでは、ギャップの大きい領域において反発力が吸引力より勝っているが、絶対値としては磁気力を４００ｋｇｆ程度に抑えられている。また、アンジュレータ磁石列１_REF、１_B及び１_Cの全てにおいて左右方向の力はゼロとみなせるほどに小さい。

上記のシミュレーション条件（計算条件）において、ギャップが３ｍｍであるときのアンジュレータ磁石列の磁場分布を図１３に示す。図１３において、横軸はＺ軸方向の位置（ｚ）を示し、縦軸はアンジュレータ磁場ＢのＹ軸成分Ｂｙを示す。実線曲線４２０_REFは、アンジュレータ磁石列１_REFにおけるＺ軸方向の位置変化に対する磁場Ｂｙの変化を示し、実線曲線４２０_Bは、アンジュレータ磁石列１_BにおけるＺ軸方向の位置変化に対する磁場Ｂｙの変化を示す。図１３には示さないが、アンジュレータ磁石列１_Cにおけるそれも実線曲線４２０_Bと略同じである。

アンジュレータ磁石列１_B（又は１_C）にて生成される磁場の強さは、アンジュレータ磁石列１_REFのそれの７５％程度になっているが、アンジュレータ磁石列１_B（又は１_C）においても、十分な強度を持った周期性の良い磁場が生成されていることが分かる。Ｈａｌｂａｃｈ型磁石列では磁気吸引力がアンジュレータ磁場Ｂの強さの２乗に比例することが知られている。アンジュレータ磁石列１_REFにおいてアンジュレータ磁場Ｂの強さを図１３の状態の７５％程度にまで落としたとしても、吸引力は元の５割以上残る（例えば、“５．４トン×０．７５²”の吸引力が残る）ため、磁石列シフトによる磁場強度の減少を考慮に入れたとしても、アンジュレータ磁石列１_B（又は１_C）の優位性が認められる。

＜＜第２実施形態＞＞
本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態並びに後述の第３〜第５実施形態は第１実施形態を基礎とする実施形態であり、第２〜第５実施形態において特に述べない事項に関しては、矛盾の無い限り、第１実施形態の記載が第２〜第５実施形態にも適用される。矛盾の無い限り、第１〜第５実施形態の内、任意の複数の実施形態を組み合わせても良い。

今、下側基準磁石列に対する上側シフト磁石列の左へのシフト量Δｚを、位相φｚを用いて表現する。上側基準磁石列に対する下側シフト磁石列の左へのシフト量もΔｚである。１周期λ_u分の位相φｚはラジアン表記で２πである。故に、位相φｚは、“φｚ＝２π×Δｚ／λ_u”にて表される。アンジュレータ磁石列１_REFでは上記シフト自体が行われていないため、アンジュレータ磁石列１_REFにおいては“φｚ＝０”である。上述のアンジュレータ磁石列１_A、１_B、１_C及び１_Dにおいては、シフト量Δｚが周期λ_uの１／４であるため、“φｚ＝π／２”である。図５のアンジュレータ磁石列においては、シフト量Δｚが周期λ_uの１／２であるため、“φｚ＝π”である。

図１４において、曲線Ｆｙは、上側磁石列及び下側磁石列間に働くＹ軸方向の磁気力を表している。図１４では、下側基準磁石列に対し上側シフト磁石列が右へシフトされるときのシフト量Δｚが負であると考えている。Ｙ軸方向の磁気力Ｆｙは、“−π／２＜φｚ＜π／２”であるとき吸引力であり、“−π≦φｚ＜−π／２”又は“π／２＜φｚ≦π”であるとき反発力である。吸引力としてのＹ軸方向の磁気力Ｆｙは、“φｚ＝０”であるときに最大となり、位相φｚが０からπ／２又は（−π／２）に向けて増大又は減少するにつれてゼロに向けて減少する。反発力としてのＹ軸方向の磁気力Ｆｙは、“φｚ＝π”であるときに最大となり、位相φｚがπからπ／２に向けて減少するにつれて又は（−π）から（−π／２）に向けて増大するにつれてゼロに向けて減少する。

図１４において、曲線Ｂｙ_AMPは、アンジュレータ磁場ＢのＹ軸成分の振幅の大きさを表している。アンジュレータ磁場ＢのＹ軸成分の振幅の大きさＢｙ_AMPは、位相φｚが０であるときに最大となり、位相φｚが０からπ又は（−π）に向けて増大又は減少するにつれてゼロに向けて減少する。

Ｙ軸方向の磁気力Ｆｙ及びアンジュレータ磁場ＢのＹ軸成分の振幅の大きさＢｙ_AMPは、位相φｚの極性に依存せず位相φｚの絶対値のみで決まるため、以下では、“０≦φｚ≦π”の範囲にのみ注目する。

第１実施形態では、吸引力と反発力の相殺に重きをおき、“φｚ＝π／２”となるアンジュレータ磁石列（１_A、１_B、１_C又は１_D）を提案した。但し、位相φｚが０以外であって且つπ／２以外のアンジュレータ磁石列を形成するようにしても良い。即ち例えば、“０＜φｚ＜π”を満たす任意のシフト量Δｚを用いてアンジュレータ磁石列１を形成しても良い。

一般化して考えた場合、アンジュレータ磁石列１の例である第２実施形態に係るアンジュレータ磁石列１_GN（不図示）は、各々が複数の磁石３０から成る上側シフト磁石列及び上側基準磁石列を結合して形成された上側磁石列と、各々が複数の磁石３０から成る下側基準磁石列及び下側シフト磁石列を結合して形成された下側磁石列とを有し、上側シフト磁石列は、下側基準磁石列に対向配置されつつ、上側磁石列及び下側磁石列により形成される周期性を持った磁場の振幅が最大化される状態（以下、磁場最大化状態という；φｚ＝０であるときに磁場最大化状態が実現される）を基準として、下側基準磁石列から見て磁石配列方向に平行な所定の向き（図６の例では左向き）に所定のシフト量Δｚだけシフトして配置され、下側シフト磁石列は、上側基準磁石列に対向配置されつつ、磁場最大化状態を基準として、上側基準磁石列から見て磁石配列方向に平行な所定の向き（図６の例では左向き）に所定のシフト量Δｚだけシフトして配置される。

第１実施形態におけるアンジュレータ磁石列１_A、１_B、１_C又は１_Dは、アンジュレータ磁石列１_GNの一種であり、後述の第３及び第４実施形態に係るアンジュレータ磁石列もアンジュレータ磁石列１_GNに属する。

アンジュレータ磁石列１_GNでは、“０＜φｚ＜π”が満たされるようにシフト量Δｚが決定される。つまり、シフト量Δｚは、磁石３０の磁化方向の変化の周期λ_uの１／２未満である。これにより、“φｚ＝０”であるアンジュレータ磁石列１_REFとの比較において、上側磁石列及び下側磁石列間で生じる磁気力（吸引力又は反発力）の大きさを低減させることができ、第１実施形態の第１及び第２改良構成等の説明にて述べたような作用及び効果を得ることが可能となる。

但し、位相φｚが０近辺又はπ近辺では、実質的な有益性は得られにくい。従って例えば、アンジュレータ磁石列１_GNでは、“π／４≦φｚ≦３π／４”が満たされるようにシフト量Δｚを決定すると良い。つまり、シフト量Δｚは、周期λ_uの１／８以上且つ３／８以下であると良い。

典型的には例えば、第１実施形態におけるアンジュレータ磁石列１_A、１_B、１_C又は１_Dの如く、アンジュレータ磁石列１_GNでは、“φｚ＝π／２”が満たされるようにシフト量Δｚを決定すると良い。つまり、シフト量Δｚは、周期λ_uの１／４であると良い。これにより、上側磁石列及び下側磁石列間で生じる磁気力の大きさの低減効果が最大化される。尚、シフト量Δｚが周期λ_uの１／４であるとは、誤差を含んだ若干の幅のある概念であると解される。第１実施形態の第４改良構成の説明にて述べたように、吸引力のギャップ依存性と反発力のギャップ依存性は僅かであっても実際には互いに異なる。この対策として、シフト量Δｚを周期λ_uの１／４から若干相違させることも可能である。この相違があっても、実質的にはシフト量Δｚは周期λ_uの１／４であると考えることも可能であるし、この相違の結果、シフト量Δｚが周期λ_uの１／８以上且つ３／８以下になると考えても良い。

尚、図７を参照して説明したように、アンジュレータ磁石列１_GNの上側シフト磁石列において、上側シフト磁石列の右側に隣接する上側基準磁石列からシフト量Δｚ分の距離以内の領域（図７の被補間領域３３０に相当）には、上側基準磁石列内の磁石３０の磁化方向を元に磁化方向が定められた磁石３０が配置される。これにより、磁場Ｂの周期性の担保が可能となる。より具体的には、上記領域（図７の被補間領域３３０に相当）に、上側基準磁石列における所定領域（図７の補間元領域３４０に相当）内の磁石３０の磁化方向と同じ磁化方向を有する磁石３０が配置される。ここにおける所定領域（図７の補間元領域３４０に相当）は、上側基準磁石列の両端の内、上側シフト磁石列に近い方の端（図７では上側基準磁石列３２０の左端）と、その端から右向きにシフト量Δｚだけずれた位置とに挟まれた領域である。

また、第１実施形態におけるアンジュレータ磁石列１_C又は１_Dの如く、アンジュレータ磁石列１_GNにおいて、上側シフト磁石列、上側基準磁石列、下側シフト磁石列及び下側基準磁石列は夫々に複数設けられていて良い。これにより、磁石列を一体化して保持する構造部品（後述の図１９の磁石列ビーム１１０、１２０に相当）にかかる圧縮及び引張力を分散させることが可能であり、当該構造部品に要求される剛性をも減少させること可能となる。この場合、上側磁石列において上側シフト磁石列及び上側基準磁石列が交互に結合される一方、下側磁石列において下側基準磁石列及び下側シフト磁石列が交互に結合される。

＜＜第３実施形態＞＞
本発明の第３実施形態を説明する。第１実施形態では、１周期λ_uの中に存在する磁石３０の個数Ｍが４であることを想定したが、Ｍが４以外のアンジュレータ磁石列１を形成しても良い。例として、以下に、Ｍ＝８又はＭ＝２のアンジュレータ磁石列１を説明するが、Ｍが２、４及び８の何れでもないアンジュレータ磁石列１を形成することも可能である。

図１５は、Ｍ＝８の条件で形成されたアンジュレータ磁石列１_PAの構成図である。アンジュレータ磁石列１_PAは、アンジュレータ磁石列１の例であり、上側磁石列１０及び下側磁石列２０の例としての上側磁石列１０_PA及び下側磁石列２０_PAを備える。上側磁石列１０_PAは、１つの上側シフト磁石列１０Ｓ_PAと１つの上側基準磁石列１０Ｒ_PAとを結合することで形成される。下側磁石列２０_PAは、上側シフト磁石列１０Ｓ_PAに対向配置される１つの下側基準磁石列２０Ｒ_PAと、上側基準磁石列１０Ｒ_PAに対向配置される１つの下側シフト磁石列２０Ｓ_PAとを結合することで形成される。

図１６は、Ｍ＝８の条件で形成された他のアンジュレータ磁石列１_PBの構成図である。アンジュレータ磁石列１_PBは、アンジュレータ磁石列１の例であり、上側磁石列１０及び下側磁石列２０の例としての上側磁石列１０_PB及び下側磁石列２０_PBを備える。上側磁石列１０_PBは、複数の上側シフト磁石列１０Ｓ_PBと複数の上側基準磁石列１０Ｒ_PBを結合することで形成される。下側磁石列２０_PBは、複数の下側基準磁石列２０Ｒ_PBと、複数の下側シフト磁石列２０Ｓ_PBを結合することで形成される。Ｍ＝４の場合と同様（即ち第１実施形態の第３改良構成と同様）、上側磁石列１０_PBにおいて上側シフト磁石列１０Ｓ_PBと上側基準磁石列１０Ｒ_PBは交互に配置されると共に下側磁石列２０_PBにおいて下側シフト磁石列２０Ｓ_PBと下側基準磁石列２０Ｒ_PBは交互に配置され、且つ、各々の上側シフト磁石列１０Ｓ_PBは何れかの下側基準磁石列２０Ｒ_PBに対向配置されると共に各々の下側シフト磁石列２０Ｓ_PBは何れかの上側基準磁石列１０Ｒ_PBに対向配置される。

図１５のアンジュレータ磁石列１_PA及び図１６のアンジュレータ磁石列１_PBでは、Ｍ＝８であるため、周期λ_uは“Ｍ×ｄ＝８×ｄ”であり（図３（ｂ）参照）、上側シフト磁石列、上側基準磁石列、下側シフト磁石列及び下側基準磁石列の夫々において、磁石３０の磁化方向はＹＺ面内でＺ軸に平行な方向に沿って４５°（＝３６０°／Ｍ）ずつ変化する。但し、その変化の向きは、上側磁石列及び下側磁石列間で互いに逆である。

図１５のアンジュレータ磁石列１_PA及び図１６のアンジュレータ磁石列１_PBおけるシフト量Δｚは、φｚ＝π／２に相当する、λ_u／４であるが、第２実施形態で述べたように、それらのシフト量Δｚを周期λ_uの１／４以外にすることも可能である。また、図１６のアンジュレータ磁石列１_PBでは、１つの上側シフト磁石列、１つの上側基準磁石列、１つの下側シフト磁石列及び１つの下側基準磁石列の夫々を１周期分の磁石にて形成しているが、それらの夫々を複数周期分（例えば１０周期分）の磁石にて形成するようにしても良い。

図１７は、Ｍ＝２の条件で形成されたアンジュレータ磁石列１_QAの構成図である。アンジュレータ磁石列１_QAは、アンジュレータ磁石列１の例であり、上側磁石列１０及び下側磁石列２０の例としての上側磁石列１０_QA及び下側磁石列２０_QAを備える。上側磁石列１０_QAは、１つの上側シフト磁石列１０Ｓ_QAと１つの上側基準磁石列１０Ｒ_QAとを結合することで形成される。下側磁石列２０_QAは、上側シフト磁石列１０Ｓ_QAに対向配置される１つの下側基準磁石列２０Ｒ_QAと、上側基準磁石列１０Ｒ_QAに対向配置される１つの下側シフト磁石列２０Ｓ_QAとを結合することで形成される。

図１８は、Ｍ＝２の条件で形成された他のアンジュレータ磁石列１_QBの構成図である。アンジュレータ磁石列１_QBは、アンジュレータ磁石列１の例であり、上側磁石列１０及び下側磁石列２０の例としての上側磁石列１０_QB及び下側磁石列２０_QBを備える。上側磁石列１０_QBは、複数の上側シフト磁石列１０Ｓ_QBと複数の上側基準磁石列１０Ｒ_QBを結合することで形成される。下側磁石列２０_QBは、複数の下側基準磁石列２０Ｒ_QBと、複数の下側シフト磁石列２０Ｓ_QBを結合することで形成される。Ｍ＝４の場合と同様（即ち第１実施形態の第３改良構成と同様）、上側磁石列１０_QBにおいて上側シフト磁石列１０Ｓ_QBと上側基準磁石列１０Ｒ_QBは交互に配置されると共に下側磁石列２０_QBにおいて下側シフト磁石列２０Ｓ_QBと下側基準磁石列２０Ｒ_QBは交互に配置され、且つ、各々の上側シフト磁石列１０Ｓ_QBは何れかの下側基準磁石列２０Ｒ_QBに対向配置されると共に各々の下側シフト磁石列２０Ｓ_QBは何れかの上側基準磁石列１０Ｒ_QBに対向配置される。

図１７のアンジュレータ磁石列１_QA及び図１８のアンジュレータ磁石列１_QBでは、Ｍ＝２であるため、周期λ_uは“Ｍ×ｄ＝２×ｄ”であり（図３（ｂ）参照）、上側シフト磁石列、上側基準磁石列、下側シフト磁石列及び下側基準磁石列の夫々において、磁石３０の磁化方向はＹＺ面内でＺ軸に平行な方向に沿って１８０°（＝３６０°／Ｍ）ずつ変化する。

図１７のアンジュレータ磁石列１_QA及び図１８のアンジュレータ磁石列１_QBおけるシフト量Δｚは、φｚ＝π／２に相当する、λ_u／４である。Ｍ＝２の場合、周期λ_uの１／４分の磁石のＺ軸方向における幅は、磁石３０の幅ｄの半分である。Ｚ軸方向における幅がｄ／２の磁石、即ち、磁石３０の半分の大きさを持つ磁石を磁石３０ａにて参照する。磁石３０ａの２つ分が、磁石３０の１つ分に相当する。図１７及び図１８の上側シフト磁石列（１０Ｓ_QA、１０Ｓ_QB）及び下側シフト磁石列（２０Ｓ_QA、２０Ｓ_QB）の夫々では、λ_u／４分のシフトに伴い、磁石３０ａが部分的に用いられている。尚、図１７のアンジュレータ磁石列１_QA及び図１８のアンジュレータ磁石列１_QBおけるシフト量Δｚを、第２実施形態で述べたように、周期λ_uの１／４以外にすることも可能である。また、図１８のアンジュレータ磁石列１_QBでは、１つの上側シフト磁石列、１つの上側基準磁石列、１つの下側シフト磁石列及び１つの下側基準磁石列の夫々を１周期分の磁石にて形成しているが、それらの夫々を複数周期分（例えば１０周期分）の磁石にて形成するようにしても良い。

＜＜第４実施形態＞＞
本発明の第４実施形態を説明する。図１９は、第４実施形態に係るアンジュレータ（アンジュレータ装置）１００の側面図である。

アンジュレータ１００は、上側磁石列１０及び下側磁石列２０を含むアンジュレータ磁石列１と、上側磁石列１０を一体化して保持する磁石列ビーム１１０と、下側磁石列２０を一体化して保持する磁石列ビーム１２０と、アンジュレータ磁石列１並びに磁石列ビーム１１０及び１２０を内包する空間を真空状態に保つための真空チャンバ１３０と、真空チャンバ１３０の上方に配置され且つ上側磁石列１０及び磁石列ビーム１１０を上方から支える高剛性ビーム１４０Ｕと、真空チャンバ１３０の下方に配置され且つ下側磁石列２０及び磁石列ビーム１２０を下方から支える高剛性ビーム１４０Ｌと、真空チャンバ１３０の真空状態を保ちながらシャフト１５１Ｕを用いて高剛性ビーム１４０Ｕと磁石列ビーム１１０を連結する真空導入連結部１５０Ｕと、真空チャンバ１３０の真空状態を保ちながらシャフト１５１Ｌを用いて高剛性ビーム１４０Ｌと磁石列ビーム１２０を連結する真空導入連結部１５０Ｌと、高剛性ビーム１４０Ｕ及び１４０Ｌに結合される駆動機構であって、ボールねじを利用して高剛性ビーム１４０Ｕ及び１４０Ｌを上下方向に移動させることが可能なボールねじ式駆動機構１６０と、ボールねじ式駆動機構１６０が取り付けられる概略Ｌ字状の断面形状を有した架台１７０と、を備える。尚、真空チャンバ１３０における真空状態とは、真空に近い状態を指し、少なくとも大気圧よりも気圧が低い状態を指すものであって良い。

図２０は、アンジュレータ１００の正面図である。図２０では、図示の便宜上、真空チャンバ１３０の図示を省略している。また、図２０では、真空導入連結部１５０Ｕ及び１５０Ｌの構成要素の内、高剛性ビーム１４０Ｕと磁石列ビーム１１０を物理的に結合する複数のシャフト１５１Ｕ及び高剛性ビーム１４０Ｌと磁石列ビーム１２０を物理的に結合する複数のシャフト１５１Ｌのみが示されている。

ボールねじ式駆動機構１６０は、図示されない制御部からの制御信号に従い、高剛性ビーム１４０Ｕ及び１４０Ｌの双方を個別に上下方向に移動させることで、或いは、高剛性ビーム１４０Ｕ及び１４０Ｌの一方に上下方向に移動させることで、上側磁石列１０及び下側磁石列２０間のギャップを可変させることができる。より具体的には例えば、ボールねじ式駆動機構１６０は、高剛性ビーム１４０Ｕを上方に且つ高剛性ビーム１４０Ｌを下方に互いに同じ量だけ移動させることで上側磁石列１０及び下側磁石列２０間のギャップを増大させることができ、高剛性ビーム１４０Ｕを下方に且つ高剛性ビーム１４０Ｌを上方に互いに同じ量だけ移動させることで上側磁石列１０及び下側磁石列２０間のギャップを減少させることができる。このため、アンジュレータ１００は、上側磁石列１０及び下側磁石列２０間のギャップ（間隔）が可変となるようにアンジュレータ磁石列１を保持する保持部を備えていると言える。保持部は、磁石列ビーム１１０及び１２０、高剛性ビーム１４０Ｕ及び１４０Ｌ、真空導入連結部１５０Ｕ及び１５０Ｌ、ボールねじ式駆動機構１６０並びに架台１７０を含むと考えて良い。

図２１に、放射光施設２００の平面図を模式的に示す。放射光施設２００は、電子銃２０１、線形加速器２０２、シンクロトロン２０３、蓄積リング２０４、及び、１以上のビームライン２０５を有する。蓄積リング２０４における各ビームライン２０５の基部付近にアンジュレータ１００が配置される。

電子銃２０１から発射された電子ｅは、線形加速器２０２により１ＧｅＶ（ギガエレクトロンボルト）程度のエネルギの速度にまで加速された後、シンクロトロン２０３により高周波を用いて８ＧｅＶ程度のエネルギの速度にまで更に加速され、光速に近い速度を有した状態で蓄積リング２０４に入る。

電子ｅは、そのエネルギを維持したまま蓄積リング２０４内を高速で回り、蓄積リング２０４内に配置されているアンジュレータ磁石列１の形成する周期磁場により蛇行せしめられて、放射光Ｒを放出する。放射光Ｒはビームライン２０５に入り、ビームライン２０５内で種々な研究及び実用的用途に利用される。

上述の如く、第１〜第４実施形態の技術によれば、上側及び下側磁石列間の磁気吸引力を大幅に減少させることが可能である。このため、上側及び下側磁石列を支える構造部品に要求される剛性を減少させることが可能となると共に、アンジュレータの構造（駆動機構を含む）の簡略化及びアンジュレータ全体の重量の大幅な減少が可能となる。結果、アンジュレータの製造及び設置に関わるコスト及び期間の大幅な削減が可能となる、

＜＜変形等＞＞
本発明の実施形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。以上の実施形態は、あくまでも、本発明の実施形態の例であって、本発明ないし各構成要件の用語の意義は、以上の実施形態に記載されたものに制限されるものではない。上述の説明文中に示した具体的な数値は、単なる例示であって、当然の如く、それらを様々な数値に変更することができる。

本発明を、互いに対向配置された一対の磁石列（上側磁石列及び下側磁石列）に適用する方法を上述したが、同様の方法を様々な形態のアンジュレータ磁石列及びアンジュレータ（アンジュレータ装置）に適用することができる、例えば、Ｆｉｇｕｒｅ−８アンジュレータやＳｐｒｉｎｇ−８型のヘリカルアンジュレータは、互いに対向配置された一対の磁石列（上側磁石列及び下側磁石列）を３組有しているが、夫々の組に本発明が適用されて良い。また、ＡｐｐｌｅII型のアンジュレータは、互いに対向配置された一対の磁
石列（上側磁石列及び下側磁石列）を２組有しているが、夫々の組に本発明が適用されて良い。

上述の実施形態では、磁石列１０及び２０が上下方向に並んでいると考えたが、磁石列１０及び２０は上下方向以外の方向（例えば左右方向）に並んでいても良い。

１、１_REF、１_A〜１_D、１_PA、１_PB、１_QA、１_QB アンジュレータ磁石列
１０、１０_REF、１０_A〜１０_D、１０_PA、１０_PB、１０_QA、１０_QB 上側磁石列
１０Ｓ_B〜１０Ｓ_D、１０Ｓ_PA、１０Ｓ_PB、１０Ｓ_QA、１０Ｓ_QB 上側シフト磁石列
１０Ｒ_B〜１０Ｒ_D、１０Ｒ_PA、１０Ｒ_PB、１０Ｒ_QA、１０Ｒ_QB 上側基準磁石列
２０、２０_REF、２０_A〜２０_D、２０_PA、２０_PB、２０_QA、２０_QB 下側磁石列
２０Ｓ_B〜２０Ｓ_D、２０Ｓ_PA、２０Ｓ_PB、２０Ｓ_QA、２０Ｓ_QB 下側シフト磁石列
２０Ｒ_B〜２０Ｒ_D、２０Ｒ_PA、２０Ｒ_PB、２０Ｒ_QA、２０Ｒ_QB 下側基準磁石列
３０、３０ａ 磁石
１００ アンジュレータ

Claims (5)

1. 互いに対向するように間隙をあけて平行に配置された第１磁石列及び第２磁石列を有し、前記第１磁石列に含まれる磁石の磁化方向及び前記第２磁石列に含まれる磁石の磁化方向が、前記第１磁石列及び前記第２磁石列を含む面内において、各磁石列の磁石配列方向に沿って周期的に変化するアンジュレータ磁石列であって、
   前記第１磁石列は各々が複数の磁石から成る第１シフト磁石列及び第１基準磁石列を結合して形成される一方で、前記第２磁石列は各々が複数の磁石から成る第２基準磁石列及び第２シフト磁石列を結合して形成され、
   前記第１シフト磁石列は、前記第２基準磁石列に対向配置されつつ、前記第１磁石列及び前記第２磁石列により形成される周期性を持った磁場の振幅が最大化される状態を基準として前記第２基準磁石列から見て前記磁石配列方向に平行な所定の向きに所定のシフト量だけシフトして配置され、
   前記第２シフト磁石列は、前記第１基準磁石列に対向配置されつつ、前記状態を基準として前記第１基準磁石列から見て前記所定の向きに前記シフト量だけシフトして配置され、
   前記第１シフト磁石列において、前記第１基準磁石列から前記シフト量分の距離以内の領域には、前記第１基準磁石列内の磁石の磁化方向を元に磁化方向が定められた磁石が配置される
   ことを特徴とするアンジュレータ磁石列。
2. 前記領域には、前記第１基準磁石列における所定領域内の磁石の磁化方向と同じ磁化方向を有する磁石が配置され、
   前記所定領域は、前記第１基準磁石列の両端の内、前記第１シフト磁石列に近い方の端と、その端から前記所定の向きと反対の向きに前記シフト量だけずれた位置と、に挟まれた領域である
   ことを特徴とする請求項１に記載のアンジュレータ磁石列。
3. 前記第１シフト磁石列、前記第１基準磁石列、前記第２シフト磁石列及び前記第２基準磁石列は、夫々に複数設けられ、
   前記第１磁石列において前記第１シフト磁石列及び前記第１基準磁石列が交互に結合される一方、前記第２磁石列において前記第２基準磁石列及び前記第２シフト磁石列が交互に結合される
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のアンジュレータ磁石列。
4. 互いに対向するように間隙をあけて平行に配置された第１磁石列及び第２磁石列を有し、前記第１磁石列に含まれる磁石の磁化方向及び前記第２磁石列に含まれる磁石の磁化方向が、前記第１磁石列及び前記第２磁石列を含む面内において、各磁石列の磁石配列方向に沿って周期的に変化するアンジュレータ磁石列であって、
   前記第１磁石列は各々が複数の磁石から成る第１シフト磁石列及び第１基準磁石列を結合して形成される一方で、前記第２磁石列は各々が複数の磁石から成る第２基準磁石列及び第２シフト磁石列を結合して形成され、
   前記第１シフト磁石列は、前記第２基準磁石列に対向配置されつつ、前記第１磁石列及び前記第２磁石列により形成される周期性を持った磁場の振幅が最大化される状態を基準として前記第２基準磁石列から見て前記磁石配列方向に平行な所定の向きに所定のシフト量だけシフトして配置され、
   前記第２シフト磁石列は、前記第１基準磁石列に対向配置されつつ、前記状態を基準として前記第１基準磁石列から見て前記所定の向きに前記シフト量だけシフトして配置され、
   前記第１シフト磁石列、前記第１基準磁石列、前記第２シフト磁石列及び前記第２基準磁石列は、夫々に複数設けられ、
   前記第１磁石列において前記第１シフト磁石列及び前記第１基準磁石列が交互に結合される一方、前記第２磁石列において前記第２基準磁石列及び前記第２シフト磁石列が交互に結合される
   ことを特徴とするアンジュレータ磁石列。
5. 請求項１〜４の何れかに記載のアンジュレータ磁石列と、
   前記アンジュレータ磁石列における前記第１磁石列及び前記第２磁石列間の間隔が可変となるように、前記アンジュレータ磁石列を保持する保持部と、を備えた
   ことを特徴とするアンジュレータ。

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