JPH0365640B2 - - Google Patents

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JPH0365640B2
JPH0365640B2 JP17898483A JP17898483A JPH0365640B2 JP H0365640 B2 JPH0365640 B2 JP H0365640B2 JP 17898483 A JP17898483 A JP 17898483A JP 17898483 A JP17898483 A JP 17898483A JP H0365640 B2 JPH0365640 B2 JP H0365640B2
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electron
orbit
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electron beam
wave ring
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、荷電子を軌道で加速してエネルギ
ーを蓄積する電子波動リングに関するものであ
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an electron wave ring that accumulates energy by accelerating charge electrons in orbit.

第1図は従来の電子波動リングの一例の構成を
示す概略図であり、1a〜1hは軌道半径2m、
偏向角45°の偏向電磁石、2は入射用セプタム電
磁石、3はキツカーコイル、4は高周波空胴、5
は垂直方向の集束力をもつ四重極電磁石(以下
Qdと呼ぶ)、6は水平方向の集束力をもつ四重極
電磁石(以下Qfと呼ぶ)、7は前記Qd6をQf5
の両側に配した3台1セツトのトリプレツトであ
る。なお、11は電子軌道、12は電子を示す。
以下、動作について図面を参照しながら説明す
る。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of an example of a conventional electronic wave ring, with 1a to 1h having an orbital radius of 2 m,
Bending electromagnet with a deflection angle of 45°, 2 is a septum electromagnet for incidence, 3 is a Kitzker coil, 4 is a high frequency cavity, 5
is a quadrupole electromagnet (hereinafter referred to as
6 is a quadrupole electromagnet with horizontal focusing force (hereinafter referred to as Qf), 7 is the above-mentioned Qd6 as Qf5
This is a set of three triplets placed on both sides of the train. Note that 11 represents an electron orbit, and 12 represents an electron.
The operation will be described below with reference to the drawings.

入射用セプタム電磁石2に入射する電子ビーム
はわずか8mm×10mm角の入口を通つて安定軌道か
ら外側に40mm外れた位置で安定な電子軌道11と
平行に入射される。入射した電子12は電子軌道
11を数周する間に入射用セプタム電磁石2との
仕切り板に衝突して散逸してしまうので、半周下
流のキツカーコイル3に電子ビームと同期する極
端パルス電流を流して電子軌道11を修正する。
そして、電子12はさらに1/4周下流にある高周
波空胴4によつて加速されながら蓄積され電子エ
ネルギーが上昇してゆく。
The electron beam incident on the entrance septum electromagnet 2 passes through an entrance of only 8 mm x 10 mm square and is incident parallel to the stable electron orbit 11 at a position 40 mm outward from the stable orbit. The incident electrons 12 collide with the partition plate between the input septum electromagnet 2 and dissipate while making several rounds around the electron orbit 11, so an extreme pulse current synchronized with the electron beam is passed through the Kitzker coil 3 located half a turn downstream. Correct the electron trajectory 11.
Then, the electrons 12 are further accelerated and accumulated by the high frequency cavity 4 located 1/4 turn downstream, and the electron energy increases.

次に第1図の波動リングから発生する放射光
SRの特製を第2図によつて説明する。
Next, the synchrotron radiation generated from the wave ring in Figure 1
The special SR product will be explained with reference to Figure 2.

この図で、11は電子軌道、12は前記電子軌
道11で加速される電子である。
In this figure, 11 is an electron orbit, and 12 is an electron accelerated in the electron orbit 11.

放射光SRは電子軌道11の面に垂直な方向の
みに鋭い指向性を持ち円形の電子軌道11の接線
方向に拡散する発散光源であつて、照射角が狭い
ため、リングラフイ技術のように広角の照射角を
もつた高輝度光源として使用する上で問題があつ
た。また、電子ビームを安定軌道に対して、安定
して等速に垂直、水平方向に移動して利用するこ
とができないという欠点があつた。
Synchrotron radiation SR is a diverging light source that has sharp directivity only in the direction perpendicular to the plane of the electron orbit 11 and is diffused in the tangential direction of the circular electron orbit 11.Since the irradiation angle is narrow, it cannot be used in wide-angle applications such as ring graphing technology. There was a problem in using it as a high-intensity light source with an illumination angle. Another disadvantage is that the electron beam cannot be stably moved vertically or horizontally at a constant speed with respect to a stable orbit.

この発明は、上記の点にかんがみなされたもの
で、荷電粒子ビームを水平、垂直方向に安定して
等速に移動でき、かつ、高輝度の放射光を発生す
ることができる電子波動リングを提供することを
目的とする。
The present invention has been made in consideration of the above points, and provides an electron wave ring that can stably move a charged particle beam at a constant speed in the horizontal and vertical directions and can generate high-intensity synchrotron radiation. The purpose is to

以下、この発明を図面について説明する。 Hereinafter, this invention will be explained with reference to the drawings.

第3図はこの発明の一実施例である電子波動リ
ングの構成を示す概略図であり、1a〜1g,2
〜7および11,12は第1図と同じものであ
る。
FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of an electronic wave ring which is an embodiment of the present invention, and shows 1a to 1g, 2
7 and 11 and 12 are the same as in FIG.

この図で、21は平行移動あるいは偏向された
電子を光に変換するアンジユレータ、22aは前
記トリプレツト7に設けた垂直偏向電磁石、22
bは同じくトリプレツト7に設けた水平偏向電磁
石である。以下、電子ビームの軌道偏向について
垂直方向への偏向、水平方向への偏向の順に述べ
る。
In this figure, 21 is an undulator that converts parallel-transferred or deflected electrons into light, 22a is a vertical deflection electromagnet provided in the triplet 7, and 22
b is a horizontal deflection electromagnet also provided in the triplet 7. Hereinafter, the orbital deflection of the electron beam will be described in the order of vertical deflection and horizontal deflection.

まず、垂直偏向を実行するためにトリプレツト
7のQf6,Qd5,Qf6のうち下流側のQd6−
Qf5間に垂直偏向電磁石22aを設ける。この
垂直偏向電磁石22aの磁場(数十ガウス程度)
によつて第4図に示すように下流側のQf6に入
射する電子ビーム軌道がQf6の垂直方向発散力
によつて、上方向または下方向に増幅させて偏向
し、さらに偏向角45°の偏向電極石1dに入射す
る(第3図)。偏向電磁石1dは第5図aに示さ
れるように傾入射角θ1(11、7°)がつけられてい
て、第5図bに示されるように縦集束力を持つて
いるため、上方向または下方向に偏向して入射し
てきた電子ビームはそれぞれ下方向、上方向に軌
道修正を受けて偏向電磁石1d中を通過し、偏向
電磁石1dの下流側の傾出射角θ2(11、7°)によ
つて縦集束されて軌道を修正する。また、偏向電
磁石1dを通過する電子ビームは第6図に示すよ
うに安定軌道から上下にdzcm離れてほぼ水平に
通過し、下流側の偏向電磁石1e〜1hを同じよ
うに縦集束力を受けながら通過する。その時、下
流のトリプレツト7に入射する電子ビームはその
トリプレツト7のQd5で安定軌道と交叉し、上
方向に偏向したものは下方向に、下方向に偏向し
たものは上方向に、第6図に示されるように垂直
偏向電磁石22aをほぼ中心とする前後3番目の
偏向電磁石1a,1fを節とする上下波動を行
う。この上下波動する電子ビームをアンジエレー
タ21に入射し光を放射する。
First, in order to perform vertical deflection, Qd6-
A vertical deflection electromagnet 22a is provided between Qf5. The magnetic field of this vertical deflection electromagnet 22a (about several tens of Gauss)
As shown in Figure 4, the electron beam trajectory incident on Qf6 on the downstream side is amplified and deflected upward or downward by the vertical divergence force of Qf6, and is further deflected at a deflection angle of 45°. The light enters the electrode stone 1d (Fig. 3). The bending electromagnet 1d has an inclined incidence angle θ 1 (11, 7°) as shown in Fig. 5a, and has a longitudinal focusing force as shown in Fig. 5b, so that it Alternatively, the incident electron beam deflected downward is corrected downward and upward, respectively, and passes through the bending electromagnet 1d, and the incident angle θ 2 (11, 7 ) to correct the trajectory. Further, as shown in Fig. 6, the electron beam passing through the bending electromagnet 1d passes almost horizontally at a distance of dz cm vertically from the stable orbit, and passes through the bending electromagnets 1e to 1h on the downstream side while receiving the same longitudinal focusing force. pass. At that time, the electron beam incident on the downstream triplet 7 intersects the stable orbit at Qd5 of that triplet 7, and the upwardly deflected electron beam will be downwardly deflected, and the downwardly deflected electron beam will be upwardly deflected, as shown in Figure 6. As shown, a vertical wave motion is performed with the third bending electromagnets 1a and 1f, which are approximately centered on the vertical bending electromagnet 22a, serving as nodes. This vertically undulating electron beam enters an angierator 21 and emits light.

次に電子ビームの水平方向への安定した移動に
ついて説明する。なお、水平偏向を実行するため
水平偏向電磁石22bの設置位置は垂直偏向電磁
石22aの設置位置または下流のトリプレツト7
の下流側のQd5−Qf6間とする。
Next, stable movement of the electron beam in the horizontal direction will be explained. In order to perform horizontal deflection, the installation position of the horizontal deflection electromagnet 22b is the installation position of the vertical deflection electromagnet 22a or the downstream triplet 7.
between Qd5 and Qf6 on the downstream side of

水平偏向電磁石22bの事情(100ガウス以上)
によつて第7図に示すように下流側のQf6に入
射する電子ビームの軌道は左方向(内側)または
右方向(外側)に偏向され、さらにQf6の水平
方向集束力によつて、それぞれ逆方向に軌道修正
され安定軌道から左右にdxcm離れて偏向電磁石
1dに水平に入射するが、偏向電磁石1dの傾入
射角θ1(11、7°)のためのdxcmのずれは磁場中の
軌道半径Rに大きく影響を与えることなく、電子
ビームの軌道は安定軌道に対して平行に外側また
は内側に安定して移動する。そして、下流に位置
するQf6によつて電子ビームはさらに水平集束
されてゆく。
Circumstances regarding the horizontal bending electromagnet 22b (more than 100 Gauss)
As shown in Figure 7, the trajectory of the electron beam incident on Qf6 on the downstream side is deflected to the left (inward) or right (outward), and is further deflected in the opposite direction by the horizontal focusing force of Qf6. The orbit is corrected in the direction, and the beam is horizontally incident on the bending magnet 1d at a distance of dxcm from the stable orbit to the left and right. However, the deviation of dxcm due to the inclined incidence angle θ 1 (11, 7°) of the bending magnet 1d is the orbit radius in the magnetic field. The orbit of the electron beam stably moves outward or inward parallel to the stable orbit without significantly affecting R. Then, the electron beam is further horizontally focused by Qf6 located downstream.

次に、電子ビームの平行制御について第8図の
励磁電流波形図で説明する。
Next, parallel control of the electron beam will be explained with reference to the excitation current waveform diagram in FIG. 8.

この図で、横軸は時間t、縦軸は励磁電流I0
あり、第3図の垂直偏向電磁石22a、水平偏向
電磁石22bに時間t0〜t1の間に任意可変な励磁
電流I0を印加する。
In this figure, the horizontal axis is time t, and the vertical axis is exciting current I 0 . The vertical bending electromagnet 22a and the horizontal bending electromagnet 22b in FIG . Apply.

電子ビームを等速にt0秒間Z軸、X軸に対し、
dzcm、dxcm変位し、t1秒間停止した後再び等速で
t0秒間それぞれ−dzcm、−dxcmまで等速に変位し、
t1秒間停止後再びもとの位置に復帰するように励
磁電流I0を制御する。
The electron beam is rotated at a constant speed for t 0 seconds with respect to the Z axis and the X axis,
Displace dzcm, dxcm, stop for t 1 second, then move at constant speed again
Displaced at a constant speed to −dzcm and −dxcm for t 0 seconds, respectively,
t Control the excitation current I 0 so that it returns to the original position after stopping for 1 second.

次に、入射電子ビームを光放射するアンジユレ
ータ21の構造と作用について第9図a〜cで述
べる。
Next, the structure and operation of the undulator 21 that emits the incident electron beam will be described with reference to FIGS. 9a to 9c.

第9図aはアンジユレータ21の概略図であ
り、31は小型永久磁石で異極性の磁石を交互に
上下に配列している。32は電子ビーム、λ0は周
期長である。
FIG. 9a is a schematic diagram of the undulator 21, in which numeral 31 is a small permanent magnet, and magnets of different polarities are arranged alternately above and below. 32 is an electron beam, and λ 0 is a period length.

アンジユーレータ21から放射される放射光
VRは従来の蓄積リングからの放射光SRとを比較
すると、高輝度で102〜103倍の準単色をもつ放射
光である。放射光SRからの指向性は第9図bに
示すように、電子軌道面に対して垂直な方向のみ
で、軌道面では円軌道の接線方向に拡散する発散
光源である。ところが、アンジユレータ21から
の放射光VRは第9図cに示すように、電子が蛇
行しながら放射する直線状指向性をもつた放射光
である。そして、放射光VRと放射光SRとの相対
輝度比を示すと、 2N<[VR]/[SR]<4N2 となる。上記式中のNはアンジユレータ21の周
期数である。ここで、相対輝度比の最小値は蛇行
した電子軌道の腹の数に等しく、最大値は電子ビ
ームの方向が揃つている腹のところで放射された
放射光の干渉効果が生じた時の値に等しい。また
磁性体としてSmCO5等を用いた永久磁石のアン
ジユレータ21の場合の周期長λ0は3〜4cm程度
で、このときの周期Nを10とすると、放射光VR
は放射光SRに比べて400倍の輝度が得られ、周期
数Nを16とすれば、放射光VRは放射光SRに比べ
て1000倍の輝度が得られ、このようにアンジユレ
ータ21を通過する電子は高輝度化された光とな
る。なお、アンジユレータ21の設置位置は電子
波動リングの構成上、電子入射部と高周波空胴を
除いた直線部分とする。
Synchrotron radiation emitted from the undulator 21
When compared to the synchrotron radiation SR from a conventional storage ring, VR is synchrotron radiation with high brightness and quasi-monochromaticity 10 2 to 10 3 times higher. As shown in FIG. 9b, the directivity of the synchrotron radiation SR is only in the direction perpendicular to the electron orbital plane, and it is a diverging light source that diffuses in the tangential direction of the circular orbit in the orbital plane. However, as shown in FIG. 9c, the emitted light VR from the undulator 21 is a emitted light with linear directivity in which electrons are emitted in a meandering manner. The relative brightness ratio between the synchrotron radiation VR and the synchrotron radiation SR is 2N<[VR]/[SR]< 4N2 . N in the above formula is the number of cycles of the undulator 21. Here, the minimum value of the relative brightness ratio is equal to the number of antinodes of the meandering electron orbit, and the maximum value is the value when the interference effect of synchrotron radiation occurs at the antinodes where the directions of the electron beams are aligned. equal. Further, in the case of the permanent magnet undulator 21 using SmCO 5 etc. as the magnetic material, the period length λ 0 is about 3 to 4 cm, and if the period N at this time is 10, the synchrotron radiation VR
400 times the brightness is obtained compared to the synchrotron radiation SR, and if the period number N is 16, the synchrotron radiation VR has a brightness 1000 times as compared to the synchrotron radiation SR, and passes through the undulator 21 in this way. The electrons become highly bright light. Note that the undulator 21 is installed at a straight portion excluding the electron incidence part and the high frequency cavity due to the structure of the electron wave ring.

以上詳細に説明したように、この発明は、電子
波動リング軌道上に設置した個別の水平、垂直偏
向電磁石およびアンジユレータによつて、従来の
放射光に比べて照射角の広い高輝度光源を得るこ
とができ、また、安定して電子ビーム軌道を垂
直、水平方向に等速に移動させることができるの
で、リソグラフイ技術等に利用でき、その工業的
意義はきわめて大きい。
As explained in detail above, the present invention provides a high-intensity light source with a wider irradiation angle than conventional synchrotron radiation by using individual horizontal and vertical deflection electromagnets and undulators installed on the orbit of an electron wave ring. Furthermore, since the electron beam trajectory can be stably moved at a constant speed in the vertical and horizontal directions, it can be used in lithography technology, etc., and its industrial significance is extremely large.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来の電子波動リングの構成を示す概
略図、第2図は電子波動リングからの放射光SR
を説明する図、第3図はこの発明の一実施例を示
す概略構成図、第4図は垂直偏向電磁石と電子ビ
ームとの関係を説明する図、第5図aは偏向電磁
石の平面図、第5図bは偏向電磁石の側面図、第
6図は電子ビームの波動特性図、第7図は水平偏
向電磁石と電子ビームとの関係を説明する図、第
8図は励磁電流波形図、第9図aはアンジユレー
タの概略図、第9図bは放射光SRの指向性を説
明する図、第9図cは放射光VRの指向性を説明
する図である。 図中、1a〜1hは偏向電磁石、2は入射用セ
プタム電磁石、3はキツカーコイル、4は高周波
空胴、5,6は四重極電磁石、7はトリプレツ
ト、11は電子軌道、12は電子、21はアンジ
ユレータ、22aは垂直偏向電磁石、22bは水
平偏向電磁石、31は小型永久磁石、32は電子
ビーム、λ0は周期長である。
Figure 1 is a schematic diagram showing the configuration of a conventional electronic wave ring, and Figure 2 is a synchrotron radiation SR from the electron wave ring.
3 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 4 is a diagram explaining the relationship between the vertical deflection electromagnet and the electron beam, and FIG. 5a is a plan view of the deflection electromagnet. Fig. 5b is a side view of the bending electromagnet, Fig. 6 is a wave characteristic diagram of the electron beam, Fig. 7 is a diagram explaining the relationship between the horizontal deflection electromagnet and the electron beam, Fig. 8 is an excitation current waveform diagram, FIG. 9a is a schematic diagram of the undulator, FIG. 9b is a diagram for explaining the directivity of the synchrotron radiation SR, and FIG. 9c is a diagram for explaining the directivity of the synchrotron radiation VR. In the figure, 1a to 1h are bending electromagnets, 2 is a septum electromagnet for incidence, 3 is a kicker coil, 4 is a high frequency cavity, 5 and 6 are quadrupole electromagnets, 7 is a triplet, 11 is an electron orbit, 12 is an electron, 21 is an undulator, 22a is a vertical deflection electromagnet, 22b is a horizontal deflection electromagnet, 31 is a small permanent magnet, 32 is an electron beam, and λ 0 is a period length.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 偏向電磁石を電子軌道上の所定個所に所定数
配し、この偏向電磁石の間に高周波空胴と、入射
する電子を水平方向、垂直方向に集束するトリプ
レツトを前記電子軌道上の所定位置に設けて前記
入射する電子を蓄積する電子波動リングにおい
て、前記トリプレツトの所定位置に前記入射する
電子を安定な電子軌道と平行して水平、垂直に安
定して移動させる偏向手段をそれぞれ別個に設
け、さらに前記偏向手段で偏向あるいは安定軌道
と平行に水平、垂直方向に移動させた電子を光エ
ネルギーに変換するアンジユレータを具備したこ
とを特徴とする電子波動リング。 2 偏向手段は、電子を安定な電子軌道と平行し
て水平、垂直に安定して等速に移動させるもので
あることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
の電子波動リング。 3 偏向手段は、電子軌道上のアンジユレータお
よびトリプレツトが設置されていない直線部に設
けられたものであることを特徴とする特許請求の
範囲第1項記載の電子波動リング。
[Scope of Claims] 1 A predetermined number of bending electromagnets are arranged at predetermined locations on the electron orbit, and between the deflection electromagnets, a high-frequency cavity and a triplet that focuses incident electrons in the horizontal and vertical directions are arranged on the electron orbit. In the electron wave ring provided at a predetermined position on the triplet to accumulate the incident electrons, deflection means is provided at a predetermined position of the triplet to stably move the incident electrons horizontally and vertically in parallel with a stable electron trajectory. An electronic wave ring characterized in that it is provided separately from each other and further includes an undulator that converts electrons deflected by the deflection means or moved in horizontal and vertical directions parallel to the stable orbit into optical energy. 2. The electron wave ring according to claim 1, wherein the deflection means stably and uniformly moves the electrons horizontally and vertically in parallel with a stable electron trajectory. 3. The electron wave ring according to claim 1, wherein the deflection means is provided in a straight portion of the electron orbit where the undulator and triplet are not installed.
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