JPH0225007A - 粒子加速器用電磁石 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の概要〕 粒子加速器において電子やイオンなどの荷電粒子を偏向
する、または収束する、あるいは荷電粒子ビームの不安
定さを補正する、目的で用いられる電磁石に関し、 低コストで済み、高起磁力を必要とせず、均一な磁束密
度分布の強磁場発生用電磁石を提供することを目的とし
、 一対の磁極とこれらの磁極を結ぶ継鉄部からなる鉄心と
、該磁極に装着された励磁用コイルで構成され、磁極間
に強磁場を発生する、粒子加速器用電磁石において、該
磁極と継鉄部内側の全磁路を高い磁束密度で高い透磁率
を持つ鉄心材料で作り、残りの継鉄部を構造用鉄材で作
った構成とする。

（産業上の利用分野〕 本発明は、粒子加速器において電子やイオンなどの荷電
粒子を偏向する、または収束する、あるいは荷電粒子ビ
ームの不安定さを補正する、目的で用いられている電磁
石特にその磁心構造に関する。

電子蓄積リングなどの粒子加速器では、目的とする荷電
粒子のエネルギが高く（数百ＭｅＶ〜数Ｇｅｖ）、小型
の加速器を作ろうとすると、曲率が大であるから高い磁
束密度（約１．０Ｔ以上）を荷電粒子ビーム軌道上で発
生させなければならない。強い磁場の発生には超電導利
用の電磁石が適しているが、これは磁場の分布が良好で
ない。磁束密度分布は、鉄心使用の常電導電磁石の方が
良好である。

鉄心使用の常電導電磁石で強い磁場を発生すると、電磁
石の鉄心内部でも高い（例えば１．５〜２゜０Ｔ以上）
磁束密度になる部分が発生する。透磁率μは高い磁束密
度で下る傾向にあり、例えば０゜５Ｔで６０００μ。の
ものが、１．２〜１．５Ｔでは１００μ０などに落ちて
しまう。なおμ。は真空透磁率で、比透磁率をμｒとし
てμ−μｒμ。である。

従って強い磁場発生用の電磁石の磁心には、高磁束密度
で高透磁率の材料が必要である。

〔従来の技術〕

上記の理由で従来の加速器用電磁石では磁心を、高い磁
束密度Ｂで高い透磁率μを有する単一磁心材料で構成す
るか、または第３図に示すように磁極部分１２のみ高い
Ｂで高いμの磁心（鉄心）材料を用い他の磁心（継鉄）
部分１１は構造材としての鉄鋼を用いる等している。な
おこの図で１３はコイル、１０は鉄心で、１１と１２か
らなる。

前者の場合は、高いＢで高いμを有する鉄心材の価格が
高く（現状では構造材の２倍以上する）電磁石のコスト
が高くなる欠点があり、これを是正しようとした後者は
、磁極部分以外でも高いＢになるところがあり、構造材
ではこの部分で低いμになるので起磁力（アンペアター
ン）従ってコイルに流す電流を多く必要とするという問
題がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明はか−る点を改善し、低コストで済み、高起磁力
を必要とせず、均一な磁束密度分布の強磁場発生用電磁
石を提供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は、本発明を加速器用偏向電磁石に適用した場合
の原理説明図である。図中１５は鉄心１０の磁極と鉄心
継鉄部内面部分で、高磁束密度で高透磁率を有する鉄心
材料で作られる。１４は鉄心の残りの継鉄部分で、これ
は構造用鉄材で作られる。

鉄心１０は断面コ字型又はＣ字型をしており、間隙を隔
てて対向する部分が磁極、これらの磁極を結ぶ部分が継
鉄部で、これらの磁極に励磁用コイル１３が装着され、
該間隙及び鉄心を通る磁束φを発生する。１６はこの間
隙を通る荷電粒子ビームの軌道位置を示す。

部分１５と１４の各断面積は、発生する磁束φの大きさ
、部分１４．１５の透磁率特性などにより定める。

〔作用〕

この構成によれば、高Ｂで高μの鉄心材料は磁極と鉄心
継鉄部内側部分１５だけで、残りの継鉄部分１４は構造
用鉄材であるから、鉄心価格の増大を抑えることができ
る。

またこの構成によれば、起磁力を増大させずに済む。即
ち起磁力ＮＩ（Ｎはコイルの巻数、■はコイルに流れる
電流）は、発生させるべき磁束をφ、この磁束が通る磁
気回路の磁気抵抗をＲとすると、ＮＩ＝φ×Ｒの関係が
あり０、そしてＲは空隙部の磁気抵抗をＲｇ、鉄心部の
磁気抵抗をＲｍとするとＲ＝Ｒｇ＋Ｒｍであり、Ｒｍは
磁路長を尼、断面積をＳとするとＲｍ＝ｌ／μｓである
から、μが大ならＲｍは小、従って同じφに対してＮｌ
は小で済む。第１図では鉄心部全磁路長に亘って高Ｂ高
μ材１５が用いられているからＲｍを小にすることがで
き、上記効果が得られる。第３図では磁極部のみ高Ｂ高
μ材であり、鉄心部位路の全長に亘って高Ｂ高μ材が使
用されてはいないので、本発明のような効果は得られな
い。

磁極と鉄心継鉄部内側部分１５は、高磁束密度になる部
分である。即ち、第２図は鉄心を１種類の鉄心材で構成
し、ビーム軌道位置１６で１．２Ｔを達成した時の鉄心
内部の磁束密度分布を数値計算で求めた結果を示す。図
中１は１．０Ｔ未満の部分、２は１．０〜１．５Ｔの部
分、３は１．５〜２．０Ｔの部分、４は２．ＯＴ以上の
部分を示す。この図から分るように鉄心の外側の角部の
磁束密度は少なく、磁極部および鉄心内側部分は磁束密
度が高い。

特に内側の角がグレード４であり、磁極内部と同じなの
は注目される。従来のように磁極部だけ高Ｂ高μ材では
、この鉄心内側の角の高Ｂに対応できず、この部分でμ
が下って高Ｒ１高ＮＩを招く。

本発明の高Ｂ高μ材１５はグレード３と４を連ねる閉ル
ープ（但し鉄心部のみ）であり、高Ｂで高μ、低Ｒを実
現できる。

鉄心１０内でグレード３の部分は鉄心外面にまで延びて
いるがこの外面部分は構造用鉄心で対処し、コストを下
げる。

磁極部に高Ｂ高μ材を使用すると、磁極間空隙部に均−
強さの強磁場を発生させることができる。

即ち空隙部に強磁場を発生させるには磁極部も高磁束密
度になるが、この高Ｂでは低μになる鉄心材料では飽和
してしまって漏洩磁束が多くなり、該空隙部の中央から
周辺に至るにつれて磁束密度が下ってしまい、均一磁束
密度の磁場でなくなる。

高Ｂ高μ材を使用すればこのようなことはなく、そして
磁極面の加工で高精度の均一磁場を実現できる。なおこ
の高精度均一とは、空隙部中央のＢを８０１周辺のＢの
８０との差をΔＢとして、ΔＢ／Ｂ、が１０−’以下か
否かというオーダーのものである。

〔実施例〕

高Ｂ高μ材１５としてはＪＩＳ規格の！磁軟鋼（ＪＩＳ
　Ｃ２５０４）が適当である。また周囲の構造用鉄材と
しては３３４１が適当である。

ＪＩＳ　Ｇ４０５１機械構造用炭素鋼鋼材も鉄心に適当
であり、この中の炭素（Ｃ）が少ないもの５ＩＯＣ（Ｃ
＝０．０８〜０．１３％）は高Ｂで高μである。更にＣ
の含有量を減らしたものもあり、これらが高Ｂ高μ材に
適当である。

（発明の効果〕 以上説明したように本発明では、鉄心の高磁束密度部分
に、かつ鉄心磁路の全長に亘って、高い磁束密度で高い
透磁率を持つ鉄心材料を用い、残りの部分は構造用鉄材
を用いるので、高Ｂ高μ材１種類で鉄心を構成するより
製造コストを低減でき、また高Ｂ高μ材で磁極を作り、
残りは構造用鉄材とするものより磁気抵抗を下げて必要
な起磁力の増大を招くことがなく、かつ磁極は高Ｂ高μ
材であるから空隙部に強い均一磁場を発生することがで
き、加速器用電磁石として好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図、 第２図は鉄心内磁束密度分布を示す図、第３図は従来例
の説明図である。 第１図 第１図で１０は電磁石の鉄心、１３はそのコイル、１５
は鉄心のうちの高Ｂ高μ材の部分、１４は同構造用鉄材
の部分である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．一対の磁極とこれらの磁極を結ぶ継鉄部からなる鉄
   心（１０）と、該磁極に装着された励磁用コイル（１３
   ）で構成され、磁極間に強磁場を発生する、粒子加速器
   用電磁石において、 該磁極と継鉄部内側の全磁路（１５）を高い磁束密度で
   高い透磁率を持つ鉄心材料で作り、残りの継鉄部（１４
   ）を構造用鉄材で作ったことを特徴とする粒子加速器用
   電磁石。