JPH0397208A - 荷電粒子装置用偏向電磁石 - 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、シンクロトロン放射光発生装置などにおい
て、荷電粒子の進行方向を曲げるために使用する荷電粒
子装置用偏向電磁石に関するものである。

〔従来の技術〕

第４図は従来の荷電粒子装置を示す平面図であり、図に
おいて、１０は荷電粒子を蓄積する蓄積リング、１１は
荷電粒子を蓄積リング１０に導くための入射ビームライ
ン、１ｂは荷電粒子を偏向して平衝軌道を形成するため
の偏向電磁石、工２は荷電粒子を偏向する際に発生する
放射光であるシンクロトロン放射光（　Ｓ　ｙｎｃｈｒ
ｏｔｒｏｎ　Ｏ　ｒｂｉｔａｌＲａｄｉａｔｉｏｎ）を
外部に取り出してリソグラフィなどに利用するための放
射光ビームライン、６は荷電粒子を集束させる四極電磁
石，７は荷電粒子の通路である真空ドーナツ、８は放射
光を放射することによる荷電粒子のエネルギ損失を補い
所定のエネルギに加速するための高周波空洞，９は荷電
粒子を入射ビームライン１１から真空ドーナツ７内に入
射させるためにビームをパルス的に偏向させるセプタム
マグネットである。また、上記入射ビームライン１ｌ、
真空ドーナツ７などの荷電粒子を通過させる真空パイプ
を真空チェンバーと総称し、通常は非磁性材料であるＳ
ＵＳ製である。

３０は荷電粒子、４０は放射光を示す。このように荷電
粒子装置は荷電粒子３０の通路を構戊する真空チェンバ
ーとこの真空チェンバーを取り囲み荷電粒子に磁気的作
用を及ぼす機器で構成されている。

第５図および第６図は上記偏向電磁石１ｂの周囲に設け
られたリターンヨーク２ｂの平面図および断面図であり
、偏向電磁石は外径側コイル巻線３、内径側コイル巻線
４およびこれらをつなぐ端部コイル巻線５からなるコイ
ルＬを備えておりかかるコイルＬがリターンヨーク２ｂ
の空隙１３内の上下に２組設けられている。

次に、動作について説明する。まず、入射ビームライン
１１から入射された荷電粒子３０はセプタムマグネット
９によりパルス的に偏向されて，真空ドーナツ７内に入
射される。その後、荷電粒子３０は、過渡的な軌道（バ
ンプ軌道という）を経た後、偏向電磁石１ｂと四極電磁
石６との配置により定まった平衡軌道に入り，この軌道
にそって長時間回転し続ける。通常、入射ビームライン
１１と真空ドーナツ７とは同一平面内となる配置をとる
。例えば、入射ビームライン１１内の荷電粒子３０が水
平方向に進行して入射される場合には，セプタムマグネ
ット９によって荷電粒子３０は水平方向の偏向を受け、
最終的に水平な平衡軌道に沿って回転する。

平衡軌道に沿って回転する荷電粒子３０が偏向電磁石１
ｂの磁界により偏向を受ける際に、制動放射により電磁
波を軌道接線方向に水平に放射する。これが放射光４０
である。放射光４０は偏向電磁石１ｂ中の荷電粒子３０
の軌道上において任意の位置から得ることができるので
、通常放射光ビームライン１２は多数設けられ、装置の
利用効率を高めている。

蓄積リング１０を小型の装置とすることは、産業利用上
重要なことであり、そのためには偏向電磁石ｌｂ中にお
いて，荷電粒子３０を急激に曲げてやれば良い．そのた
めには、偏向電磁石１ｂの出力磁界を強力なものとして
、荷電粒子ビームに対する向心力であるローレンッ力を
高めることが、一般に行われている。また、偏向電磁石
工ｂからの磁界が外部に漏れるのを防止するために．通
常，鉄製のリターンヨーク２ｂが５上記のように偏向電
磁石１ｂの周囲に設けられる。

ところで、磁界が発生すると，コイル巻線３，４とリタ
ーンヨーク２ｂとの間にマクスウェルの応力がコイルＬ
の上下方向に鋤いて、互いに引き合うか，又はコイルＬ
がリターンヨーク２ｂに引き寄せられる。そこで、各コ
イルＬにかかる応力を平衝させるために、コイルＬとコ
イル対称面５０との間の距離ｔ４と、コイルＬおよびリ
ターンヨーク２ｂ間の距離ｔ，とをほぼ同じに構成して
いる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の荷電粒子装置用偏向電磁石は以上のように構成さ
れているので，？９積リング１０の小形化に適当な，端
部形状がはね上げられたコイルをそのままでは使用する
ことが出来ず、また、端部形状がはね上げられたかかる
コイルをリターンヨーク２ｂ内に挿入するためには、必
然的に距離ｔ，が距離ｔ４に対して大きくなり、結果的
にコイルＬどうしに作用する応力が増大したり、上記蓄
積リング１０が大形化してしまうなどの課題があった。

この発明は上記のような課題を解消するためになされた
もので、リターンヨーク内に端部はね上げコイル部を持
ったコイルを挿入できるようにするともに、各コイル間
の応力が増大するのを抑止でき、また，中心磁界へのリ
ターンヨークの寄与が減少するのを防止できる荷電粒子
装置用偏向電磁石を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る荷電粒子装置用偏向電磁石は、内径側お
よび外径側の各コイル巻線をつなぐ端部コイル巻線には
ね上げコイル部を設け、このはね上げコイル部を、これ
のはね上げ角度より大きい角度の切欠而を持ったリター
ンヨークの切欠内に、所定距離を保って設置したもので
ある．〔作用〕 この発明におけるリターンヨークは，はね上げコイル部
を収容する切欠を，そのはね上げコイル部のはね上げ角
度にならう形に成形しているため、はね上げコイル部の
リターンヨーク内への設置を可能にし，しかも、このは
ね上げコイル部を有するコイルどうしに作用する応力が
増大するのを防止するとともに、蓄積リングの全体が大
形化するのを防止する。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図において、１ａはバナナ型の偏向電磁石、２ａは偏向
電磁石１ａを構成する鉄製のリターンヨーク、３は外径
側コイル巻線、４は内径側コイル巻線、５は端部コイル
巻線、５Ａは端部コイル巻線５にある曲率をもってはね
上げられるように構威されたはね上げコイル部である，
また、第２図は第１図の■一■線断面図で、ｌ５はリタ
ーンヨーク２ａ内面のはね上げコイル部５Ａに対応する
部位に形威した切欠、工６はこのはね上げコイル部５Ａ
のはね上げ角度０より大きい角度θ′の切欠而で、これ
がリターンヨーク２ａの切欠１５に設けられている。

次に動作について説明する。

まず、この荷電粒子装置用偏向電磁石は、これが発生す
る磁界によるローレンツカを利用して、入射ビームライ
ン１１から入射される荷電粒子３０を曲げる。また、上
記各コイルＬに対して通電を行った際に、上記磁界が空
ｖＸ１３を介してリターンヨーク２ａを磁路として帰還
する。こうして、空隙ｌ３に磁界が発生すると、上下の
各コイルＬどうしが相互に引き合う電磁力と，各コイル
Ｌがリターンヨーク２ａに引き寄せられる電磁力とが発
生し、これにより外径側コイル巻線３および内径側コイ
ル巻線４は、電磁力の強い方へ引かれる．また、この実
施例では、端部コイル巻線５にはね上げコイル部５Ａを
形威してあるものを用いており、このはね上げコイル部
５Ａを受け入れる切欠ｌ５をリターンヨーク２ａに設け
ることで、はね上げコイル部５Ａの上記空隙ｌ３への挿
入が可能となり、しかも切欠１５にはね上げコイル部５
Ａのはね上げ角度θより大きい角度θ′の切欠面１６を
設けることによって、はね上げコイル部５Ａを含むコイ
ルＬの全体を、リターンヨーク２ａの内面に対して所定
の距離に維持できるようにする．また、このようにはね
上げコイル部５Ａを設けることにより、磁界均一度を得
ることができ、荷電粒子を設計通りに偏向させることが
できる。このため、上下の各コイルＬどうしに過大な吸
引力が発生しないようにすることができる。また、はね
上げコイル部５Ａの形或によって蓄積リングの小形化を
図ることができる． 第３図はこの発明の実施例を示す。これは、第１図に示
す切欠工５を空ＶＸｌ３と連続する大きいものとして、
はね上げコイル部５Ａが十分に挿入できるようにすると
ともに，そのはね上げコイル部５Ａに対応する部位のリ
ターンヨーク２ａの上部に、そのはね上げ角度０より大
きい角度θ１の切欠而１７を持った突出部工８を形成し
たものである。これによれば、上記切欠１５を大きくす
ると、コイルＬとリターンヨーク２ａとの距離が長くな
り、定格起磁力での中心磁界へのリターンヨーク２ａの
磁界強度の寄与が減少するものの、上記突出部１８を設
けることで、中心磁界へのリターンヨーク２ａの寄与が
減少しなくなり、はね上げコイル部５Ａを空隙工３内に
挿入することができる。また、他の実施例として第２図
および第３図を併用してもよく、上記実施例と同様の効
果を奏する。

なお、上記実施例では切欠而１６．１７の角度θＬ　　
　０１１の値については明記していないが、これらはは
ね上げコイル部５Ａのはね上げ角度Ｏよりも大きくすれ
ばよく、また，θ′，０１の大小関係に制約はない。

さらに、上記各コイルＬは常電導導体や超電導導体のい
ずれを使用することもできる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば端部コイル巻線にはね
上げコイル部を設け，このはね上げコイル部を、これの
はね上げ角度より大きい切欠而を持ったリターンヨーク
の切欠内に所定距離を保って設面するように構威したの
で、はね上げコイル部を持ったコイルのリターンヨーク
内への設置を可能にするとともに、各コイル間の吸収力
を過大にしたり不平衝にしたりするのを防止でき、かつ
全体構或を小形化できるものが得られる効果がある。ま
た、必要に応じて、リターンヨークのはね上げコイル相
当部位の上部に突出部を設けることにより，中心磁界へ
のリターンヨークの寄与を減少させずに、上記コイルを
挿入できるものが得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による荷電粒子装置用偏向
電磁石を示す平面図、第２図は第ｌ図の■一■線におけ
る断面図、第３図は荷電粒子装置用偏向電磁石の他の実
施例を示す第ｌ図の■一■線相当部位における断面図、
第４図は従来の荷電粒子装置を示す平面図、第５図は従
来の荷電粒子装置用偏向電磁石を示す平面図、第６図は
第５図の■一■線における断面図である。 ２ａはリターンヨーク、３は外径側コイル巻線，４は内
径側コイル巻線，５は端部コイル巻線、５Ａははね上げ
コイル部、１５は切欠、Ｌはコイル。 なお、図中，同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　外径側コイル巻線、内径側コイル巻線およびこれらを
   つなぐ端部コイル巻線からなる複数のコイルと、これら
   のコイルを一定の距離をおいて取り囲むリターンヨーク
   とを備えた荷電粒子装置用偏向電磁石において、上記端
   部コイル巻線に形成したはね上げコイル部と、このはね
   上げコイル部を収容するように上記リターンヨークに形
   成され、かつ上記はね上げコイル部のはね上げ角度より
   大きい切欠面を有する切欠とを設けたことを特徴とする
   荷電粒子装置用偏向電磁石。