JPH03184300A - 加速リングの偏向電磁石 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、荷電粒子を加速して高エネルギー粒子を作
成するためのシンクロトロン、特に高エネルギー電子に
よるシンクロトロン放射を利用するために高エネルギー
電子を生成するための加速リングの、電子を円弧状に走
行させてその方向を変える偏向電磁石に関する。

〔従来の技術〕

シンクロトロンは偏向電磁石を円形に配置して荷電粒子
を回転させながら加速して行く装置であり、特に高エネ
ルギー粒子を得るのに適した粒子加速器として高エネル
ギー粒子に関する研究に使用されて来た。近年、シンク
ロトロンで生成した高エネルギー電子のシンクロトロン
放射によって生ずる高エネルギー電磁波を利用すること
が種々の分野で進められている。このような実利用のた
めのシンクロトロンとしては、比較的小規模のものでよ
いが、低価格であることが要求される。

種々の分野で利用されるシンクロトロンに必要とされる
性能の１つとして、高エネルギー電子を継続的に供給す
ることのできる装置である必要があることから、電子を
加速して高エネルギー電子を得るための加速リングと称
されるシンクロトロンと、この加速リングで生成された
高エネルギー電子を蓄積し必要に応じて取り出して使用
するための蓄積リングと称されるシンクロトロンとの２
つのシンクロトロンで構成される装置が採用される。

蓄積リングでは電子のエネルギー値を一定に保持すれば
よいので、蓄積リングを構成する偏向電磁石が生起する
磁束は一定である。一方、加速リングは周期的に高エネ
ルギー電子を生成して蓄積リングに供給するために、そ
の偏向電磁石が生起する磁束の磁束密度は高エネルギー
を生成する周期に比例して周期的に変化するものが必要
である。

この周期的に変化する磁束密度の波形は、直線状に上昇
する波頭部とその後の値が一定の平坦部と、更にその後
の減衰部との３つの部分からなる台形状の波形を１サイ
クルとする周期波形であり、その周波数は０．１１［ｚ
以下の非常に低いものから５０Ｈｚ程度の商用周波数レ
ヘルのものまである。台形状の波形の波頭部で電子を加
速して高エネルギー電子を生威し平坦部で生成された高
エネルギー電子を蓄積リングに注入し、その後、次のサ
イクルのために波尾部で零に戻る。このような操作が周
期的に繰り返されることにより継続的に高エネルギー電
子が生成供給される。

第２図は従来の加速リングの偏向電磁石の平面図、第３
図は同じく立面図、第４図は同じく側面図である。これ
らの図において、鉄心１は第４図に示すように断面がＣ
字状をしていて空隙部１４を挟んで上磁極１１、下磁極
１２、及びこれら上下２つの磁極１１．１２を磁気的、
機械的に連結する継鉄１３とからなっている。上磁極１
１には上コイル２１が、下磁極１２には下コイル２２が
挿入されていて、これら上コイル２１と下コイル２２と
からなる励磁コイル２に励磁電流を流すことによって第
２図に示す空隙部１４を貫通する磁束１００を発生させ
、この空隙部１４の中央部を紙面に直交する図示しない
電子ビームダクトの中を電子ビームが走行する。この電
子ビームは磁束１００によってその走行経路が曲げられ
て円形軌道を膚くが、偏向を磁石はこのように電子ビー
ムの走行方向を変えるのを目的とするもので、シンクロ
トロンはこのような偏向電磁石を複数個設けて電子ビー
ムが丁度１周するように配置して電子ビームの周回経路
を形成する。図示の偏向電磁石は実際には電子ビームの
円形軌道に合わせて扇状をしているのであるが、これら
の図では図示の簡略化のために円弧の代わりに直線で示
しである。ちなみに、第２図では、鉄心１は下に凸の扇
状をしていてこれに伴って励磁コイル２も長い２本の辺
が円弧状になっているのが実際である。

鉄心１の大きさは、例えば、第２図や第３図の左右の方
向である長さ方向は３ｍ、第４図の左右の幅寸法は５０
０−一、空隙部工４の空隙長は５０ｔａｍ。

空隙Ｉ４の幅寸法は２００　ａｍの程度である。

電子の走行経路を精度良く設定するためには空隙部１４
内の磁束分布が高精度である必要があり、そのために鉄
心１の寸法に高精度が要求される。

偏向電磁石による電子ビームの走行方向の角度変化は、
電子ビームに直行する磁束密度成分の走行方向に沿った
積分値で決まるが、前述のように偏向電磁石を高精度に
製作してもある程度の誤差が生ずることを避けるわけに
はゆかず、磁束密度の積分値を所定の値になるように調
整する手段が必要である。このような観点から上磁極１
１．下磁極１２それぞれの両端面に端部調整片４１．４
２４３．４４，４５，４６，４７．４８が設けられてい
る。端部調整片４８は第２図では端部調整片４６の、第
３図では端部調整片４７のそれぞれ向こう側にあって見
えない位置にあって図示されていない、なお、全ての端
部調整片に共通の事項については端部調整片を引用する
際の参照符号を統一符号として４を使用する。

上磁極１１の第４図に示す端面には、図の空隙部１４の
中心に対して振り分けに直方体状の端部調整片４１．４
２が取付けられている。端部調整片の形状は実際にはこ
のような単純なものではなく、偏向電磁石の端部の磁界
分布を調整するために空隙側の表面形状や寸法は複雑に
調整されている。上下磁極１１．１２の空隙部１４に面
する表面も所定の磁界分布を得るために曲面からなって
いるのが実際である。上磁極１１の反対側の端面には端
部調整片４５．４６が、下磁極１２の第４図に示す端面
には図示のように端部調整片４３４４が、その反対側の
端面には端部調整片４７４８が取付けられている。

鉄心１の材料としては、蓄積リングの偏向電磁石の場合
は磁束１００に量的変化がないので、固塊状の純鉄が採
用され、これを機械加工して所定の寸法、形状の鉄心を
製作する。ここでいう純鉄とは、通常の炭素鋼に比べて
含有炭素量の小さい鉄材のことで、ヒステリシス損の小
さいいわゆる軟らかい磁気特性を持ち、けい素鋼板の代
わりに電磁石の鉄心として時に使用されるものであり、
加工性がよいことから、機械加工を必要とし、かつ安価
な鉄心材ネｉｆを必要とする際に使用されるものである
。

一方、加速リングの場合は前述のように磁束は時間的に
変化するので、電磁誘導によって鉄心内に発生する渦電
流を抑制するために、回転機や変圧器に使用されている
のと同し、けい素鋼板を積層した積層鉄心が使用される
。同し寸法、形状のものであれば、多くの場合積層鉄心
の方が高価になるので、たとえ加速リングの偏向電磁石
であっても渦電流の影響が小さいときには固塊純鉄が使
用される場合がある。このような場合には端部調整片４
の材料も鉄心ｌと同じ固塊純鉄が使用されるのが普通で
ある。

〔発明が解決しようとする課題〕

鉄心ｌは前述のようにかなり大きな寸法なので、渦電流
の影響が小さくても鉄心ｌの温度が過大になる場合があ
る。運転中に励磁コイル２によって励磁されて磁束が発
生し、この磁束の時間的変化によって鉄心１に渦電流が
流れて渦電流損が発生する。第２図の平面図で示すと、
紙面に向かって直角に侵入する磁束１００に対して、こ
の磁束１００を打ち消そうとする図示の渦状に流れる渦
電流２００が流れる。第３図に示すように上下の磁極１
１．１２の表面の渦電流　２００．２１０は空隙１４に
沿った矢印で示す方向に流れる。

この渦電流２００，２１０．２２０は周知のように表面
に近いほど大きな値になるという傾向がある。したがっ
て、上下の磁極１１．１２の端面に取付けられている端
部調整片４にも渦電流が流れ込み、その結果、上下磁極
１１．１２よりも温度が高くなることがある。上下磁極
１１．１２は内部では渦電流が小さくて渦電流損の発生
も僅かなので全体としての温度上昇は余り大きくならな
いのに対して、端部調整片４の場合は、上下磁極１１．
１２から突出して取付けられているので、前述のように
渦電流が表面はど大きな値になるという点から上下磁極
１１．１２の表面の渦電流密度よりも大きな電流密度の
渦電流が流れることになり、上下磁極１１．１２の温度
上昇値より高い温度になるという現象が生ずる。端部調
整片４の温度上昇値が大きいと、温度差による内部応力
が発生して端部調整片４が変形したり、磁気特性が変化
したりすることによって高精度の磁束分布が維持できな
くなるという問題が生ずる。

この発明は、このような問題を解決し、渦電流による端
部調整片の温度上昇を抑制し安定な加速リングの偏向電
磁石を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するためにこの発明によれば、固塊鉄か
らなる断面がＣ字状の鉄心を有し空隙部を挟みそれぞれ
に励磁コイルが巻挿された上磁極と下磁極とからなり前
記空隙部に電子ビームを通すビームダクトを有する加速
リングの偏向電磁石であって、前記電子ビームの走行方
向に直角な両端面に取付けられた端部調整片が積層鋼板
を積層した積層鉄心からなり、この積層鉄心の積層方向
が前記端面に平行でかつ前記励磁コイルが生起する起磁
力の方向に直角であるものとする。

〔作用〕

この発明の構成において、空隙部を挟む上磁極と下磁極
との電子ビームの走行方向に直角な両端面に取付けられ
た端部調整片を、積層鋼板を積層した積層鉄心で構成し
、この端部調整片を取付けた端面に平行でかつ上下の磁
極にそれぞれ巻挿されている励磁コイルが生起する起磁
力の方向に直角になるようにこの積層鉄心の積層方向を
とると、この端部調整片は起磁力の方向の磁束は支障な
く通すことから、端部調整の機能を阻害することはなく
、上下の磁極の表面近傍を流れる渦電流は鋼板間の絶縁
層で遮断されるので、端部調整片内をこの渦電流が流れ
なくなる。したがって、端部調整片に局部的な加熱が生
ずることがなくなる。

〔実施例〕

以下この発明を実施例に基づいて説明する。第１図はこ
の発明の実施例を示す端部調整片取付は部を拡大した要
部平面図である。この図において、上磁極１１、励磁コ
イル２の一部がそれぞれ図示されているが、これらは第
２図と同じである。また、端部調整片５１．５２は第２
図の端部調整片４Ｉ、４２と形状、寸法については略同
じである。

端部調整片４１．４２が鉄心ｌと同じ材料である固塊純
鉄であったのに対して、端部調整片５Ｉ５２はけい素鋼
板を積層してなる積層鉄心からてなっており、その積層
方向は図示のように、この図の紙面に対して上下方向で
ある０図示のように、端部調整片５１５２の近傍での渦
電流２００の流れの方向は図の上下方向なので、端部調
整片５１５２の積層方向をこの渦電流２２０の流れの方
向に合わせれば、けい素鋼板の表面に施されている無機
絶縁層によって渦電流の流れが遮断され、端部調整片５
１．５２には上磁極１１から渦電流が流れ込むことがな
くなる。したがって、このような渦電流の流れ込みによ
る端部調整片５１．５２が局部的に加熱するという現象
が生ずることはない。

勿論、端部調整片５１．５２にも時間的に変化する磁束
が通るので、渦電流は発生するが、このときの渦電流は
けい素鋼板の１■以下の厚みの中を往復する微弱な渦電
流だけなので、温度上昇に影響を与えるほどの値にはな
らない。

端部調整片５１．５２の積層方向を紙面に垂直の方向に
すると、垂直方向の磁束が流れ難くなり端部調整の機能
を果たさなくなるので採用できない、また、図の左右の
方向に積層すると、磁束は左右方向に流れ難くなり、上
磁極１１から端部調整片５１．５２に移る磁束の流れが
阻害されることになり、この場合も端部調整の機能が不
充分になる。したがって、前述のような上磁極１１の端
面に平行な方向を積層方向とした図示のような端部調整
片５１．５２が適切であるということになる。なお、第
１図では端部調整片５１．５２の断面形状を長方形とし
て図示しであるが、前述のように、偏向電流の端部の磁
界分布を調整するために必要な形状を採用するのが実際
であり、この発明において端部調整片５１．５２の形状
を図示の形状にこだわるものではない、また、前述のよ
うに、積層する鋼板をけい素鋼板としたが、これにこわ
るものでもなく、鉄心ｌと同様の純鉄を１ｓ＋ｓ前後の
厚さの鋼板に圧延したものを使用してもよい。この場合
、鋼板間の絶縁を確保する方法として、前述のけい素鋼
板と同様に表面に絶縁被膜処理を施したものを使用して
もよいし、絶縁塗料を塗布したり絶縁フィルムを挟んだ
りする構成を採用してもよい。

上磁極１１のもう一方の端面、下磁極１２の両側の端面
に取付けられる端部調整片にっても、端部調整片５１．
５２と同じようにして積層鉄心を採用して同じ効果を得
ることができる。

〔発明の効果〕

この発明は前述のように、空隙部を挟む上磁極と下磁極
との電子ビームの走行方向に直角な両端面に取付けられ
た端部調整片を、積層鋼板を積層した積層鉄心で横威し
、この積層鉄心の積層方向を、端部調整片を取付けた端
面に平行でかつ上下の磁極にそれぞれ参禅されている励
磁コイルが生起する起磁力の方向に直角になるようにと
ると、この端部調整片は起磁力の方向の磁束は支障なく
通すことから、端部調整の機能を阻害することはなく、
上下の磁極の表面近傍を流れる渦電流は鋼板間の絶縁層
で遮断されるので、端部調整片内をこの渦電流が流れな
くなる。その結果、端部調整片に局部的な加熱が生ずる
ことがなくなるので、端部調整片や磁極の端部調整片の
近くの部分で温度差による熱応力が発生して端部調整片
が変形したり位置がずれたりするようなことがなくなり
、また、加熱による端部調整片の磁気特性の変化すると
ういうような現象も生ずることがなくなることから、端
部調整片は安定して端部調整機能を果たすことができる
ようになり、その結果、信頼性の高い加速リングの偏向
電磁石とすることができるとういう効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す偏向電磁石の要部平面
図、第２図は従来の偏向電磁石の平面図、第３図は同じ
く立面図、第４図は同じく側面図である。 ・・・鉄心、１１・・・上磁極、１２・・・下磁極、３
・・・継鉄、１４・・・空隙部、２・・・励磁コイル、
ｌ・・・上コイル、２２・・・下コイル、４１．４２，
４３，４４，４５，４６，４７゜５１．５２・・・端部
調整片。 第２倒 第３図 第４−図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）固塊鉄からなる断面がＣ字状の鉄心を有し空隙部を
   挟みそれぞれに励磁コイルが巻挿された上磁極と下磁極
   とからなり前記空隙部に電子ビームを通すビームダクト
   を有する加速リングの偏向電磁石であって、前記電子ビ
   ームの走行方向に直角な両端面に取付けられた端部調整
   片が積層鋼板を積層した積層鉄心からなり、この積層鉄
   心の積層方向が前記端面に平行でかつ前記励磁コイルが
   生起する起磁力の方向に直角であることを特徴とする加
   速リングの偏向電磁石。