JPH0420000A - シンクロトロン放射光発生装置 - 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】 〔概　要〕 四極電磁石を備えてシンクロトロン放射光を発生するシ
ンクロトロン放射光発生装置に関し、内部空間に形成し
た磁場中心の決定と磁場中心の周りの磁場勾配の測定を
簡単且つ正確に行える四極電磁石を備えたシンクロトロ
ン放射光発生装置の提供を目的とし、 四つの界磁コアを円弧線上に９０度間隔且つ互いに直交
するＸ軸、Ｙ軸にそれぞれ線対称となるように配置し、
界磁コアからＸ軸若しくはＹ軸に線対称となる磁力線を
有する磁場を発生する四極！磁石を有するシンクロトロ
ン放射光発生装置において、 四極電磁石の界磁コア表面の一部がＸ軸若しくはＹ軸に
線対称、且つＸ軸若しくはＹ軸に平行に形成され、磁力
線がＸ軸若しくはＹ軸に平行な成分をｌＱｍｍ以上の長
さで有するように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、四極電磁石を備えてシンクロトロン放射光を
発生するシンクロトロン放射光発生装置、特に内部空間
に形成した磁場中心の決定と当該磁場中心の周りの磁場
勾配の測定を簡単且つ正確に行える四極電磁石を備えた
シンクロトロン放射光発生装置に関する。

シンクロトロン放射光発生装置が発生するシンクロトロ
ン放射光は、マイクロ波からＸ線領域に亘る広い波長域
の連続スペクトルと、高いエネルギーレベル並びに優れ
た平行性をも備えている。

従って、かかる特徴のあるシンクロトロン放射光を、６
４’ＭＤＲＡＭ等の次世代以降のＩＣを製造するための
ステッパーの光源に利用する研究が随所で精力的に進め
られている。

また、このようなシンクロトロン放射光の利用法の研究
と並行して、シンクロトロン放射光発生装置そのものの
性能を改良する研究も鋭意行われている。

〔従来の技術〕

次に、従来のシンクロトロン放射光発生装置について図
面を参照しながら説明する。

第２図は、従来のシンクロトロン放射光発生装置を説明
するための図で、同図（ａ）は装置の要部概略平面図、
同図（ｂ）は四極電磁石の斜視図、同図（ｃ）は四極電
磁石の要部断面図である。

また、第３図は、磁場中心部の決定と磁場勾配の測定方
法を説明するための図で、同図（ａ）は磁場強度の測定
法を模式的に示す斜視図、同図（ｂ）はホール素子の移
動法を模式的に示す図、同図（ｃ）は磁場勾配を求める
方法の説明図である。

尚、同じ部品・材料に対しては全図を通して同じ記号を
付与しである。

シンクロトロン放射光発生装置は、第２図に示す如く四
極電磁石１１、偏向電磁石１２、高周波加速空洞１３、
真空ダクト１４、入射器１５、ビームライン１６を含ん
で構成したものである。

斯かる構成のシンクロトロン放射光発生装置にシンクロ
トロン放射光Ｓを発生させるには、まず加速器（図示せ
ず）が高速に加速した荷電粒子１０を入射器１５に入射
する。

すると、入射器１５は、荷電粒子１０の軌道を偏向し、
荷電粒子１０を真空ダクト１４内に入射する。

なお、真空ダクト１４は、脱ガスが少なく且つ非磁性体
、例えばステンレス網製の管をドーナツ状に連結して構
成したもので、その内部空間は該内部空間の残留ガスと
荷電粒子１０との衝突が殆ど発生しない１０−”〜１０
−　”　Ｔｏｒｒ程度の超高真空度に保持されている。

このようにして真空ダクト１４に入射された荷電粒子１
０は、真空ダクト１４を周回しながら偏向電磁石１２や
高周波加速空洞１３によりエネルギーレベルを高められ
るとともに、偏向電磁石１２により運動の軌道を偏向さ
れて軌道の接線方向に強力なシンクロトロン放射光Ｓを
発生することとなる。

このシンクロトロン放射光Ｓは、超高真空度に保持され
たビームライン１６の内部空間を管軸方向に通過し、ビ
ームライン１６の終端に取りつけられた取り出し窓（図
示せず）から外部、例えば大気中に取り出されて前述し
たステッパー（図示せず）等の光源に利用されることと
なる。

真空ダクト１４内を周回する荷電粒子１０は、偏向電磁
石１２によりその軌道を偏向された際や真空ダクト１４
内のウェーク場により収束状態や周回軌道が徐々に乱さ
れることとなる。

従って、シンクロトロン放射光発生装置は、真空ダクト
１４に連結した内部空間を通過する荷電粒子１０に磁場
を作用させて、荷電粒子１０の運動の軌道と垂直な断面
方向に収束・発散し、真空ダクト１４内で荷電粒子１０
を安定に周回させる第３図に示した四極電磁石１１を備
えて構成されている。

四極電磁石は、第２回の同図（ｂ）および同図（ｃ）に
示すように、励磁用の捲、Ｖ！（図示せず）周囲に捲回
した四つの界磁コアｌｌａを円弧線上に９０度間隔且つ
互いに直交するＸ軸、Ｙ軸にそれぞれ線対称となるよう
に配置して、励磁用の捲線に励磁電流を流してＸ軸若し
くはＹ軸に線対称となる磁力線Ｍを有する磁場Ｂを発生
するものある。

〔発明が解決しようとする課題〕

四極電磁石２１の内部空間を第２図の同図（ｂ）の矢印
Ｆで示す方向と軌道で通過（同図（ｃ）　ＬこおＩ、ｓ
ては祇面表から裏方向）する荷電粒子１０力く真空タ゛
クト１４内を安定に周回できる条件りよ、′荷電粒子Ｉ
Ｏの中心軌道Ｆ０が磁場中心部Ｂ０を通過するとともし
こ、中心軌道Ｆ０付近の当該中心軌道Ｆ。に対して垂直
な方向、即ちＸ軸方向及びＹ軸方向の磁場Ｂの勾配がそ
れぞれ一定であることが必要である。

そして、磁場中心部Ｂ０は、磁場の強さを測定できる平
板状のホール素子１７ａを有す磁場強度検出器１７を３
軸ステージ１８に固定し、３軸ステージ１８を操作して
ホール素子１７ａを第３図の（ａ）図に示す如く四極電
磁石２１内に挿入して行って５ｓる。

四極電磁石の磁場中心部Ｂ。は、第３図の（ｂ）図に示
すように磁場強度検出器１７のホール素子１７ａをＹ軸
に平行なり−Ｄ線及びＸ軸に平９テなＥ−Ｅ線に沿って
移動することにより決定すること力くできる。

例えば、３軸ステージ１８により磁場強度検出器１７と
ともにホール素子１７ａをＤ−Ｄ線に沿って移動し、磁
場強度検出器１７が検出した最大若しくむま最小磁場強
度の点を通る水平面が磁場中心部Ｂ。を通過するＸ軸と
なる。

なお、斯かる測定は、磁場強度検出器１７をＸ軸方向に
何回も移動し、移動毎にＤ−Ｄ線に沿うが如く繰り返し
て行うことで精度を高めることが可能となる。

また、３軸ステージ１８により磁場強度検出器１７とと
もにホール素子１７ａをＥ−Ｅｌに沿って移動し、磁場
強度検出器１７が検出した磁場強度が０となる点を線上
に含んだ鉛直な直線が磁場中心部Ｂ。

を通過するＹ軸となる。

この測定も、磁場強度検出器１７をＹ軸方向に何回も移
動し、移動毎にＥ−ＥｖＡに沿うが如く繰り返して行う
ことで、その精度を高めることが可能となる。

従って、このようにして求めたＸ軸とＹ軸との交点が四
極電磁石１１の磁場中心部Ｂ。となる。

斯かる方法により四極電磁石１１の磁場中心部Ｂ０を求
めるには、ホール素子１７ａの面がＸ軸に平行且つＹ軸
に垂直であることが必要であることば当然である。

何故ならば、ホール素子１７ａの面がＸ軸Ｇこ平ｊテ且
つＹ軸に垂直でないと、磁場強度検出器１７とともにホ
ール素子１７ａを同図（ｂ）のＣ−ＣｖＡに沿って移動
しても、磁場強度検出器１７が検出する磁場強度が最大
若しくは最小となる位置がＸ軸上にこないためである。

磁場強度検出器１７のホール素子１７ａの面を四極電磁
石１１のＸ軸に平行且つＹ軸に垂直にするにＣま３軸ス
テージ１８によりホール素子１７ａの傾きを何回も小刻
みに変えて、前記した要領に従って測定を何回も繰り返
して行うことが必要であった。

本発明は、かかる問題を解決するためになされたもので
、その目的は内部空間に形成した磁場中心の決定と磁場
中心の周りの磁場勾配の測定を簡単且つ正確に行える四
極電磁石を備えたシンクロトロン放射光発生装置の提供
にある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、第１図に示す如く四つの界磁コア２１ａを
円弧線上に９０度間隔且つ互いに直交するＸ軸、Ｙ軸に
それぞれ線対称となるように配置し、界磁コア２１ａか
らＸ軸若しくはＹ軸に線対称となる磁力線を有する磁場
を発生する四極電磁石２１を有するシンクロトロン放射
光発生装置において、四極電磁石の界磁コアの表面の一
部がＸ軸若しくはＹ軸に線対称、且つＸ軸若しくはＹ軸
に平行に形成され、磁力線がＸ軸若しくはＹ軸に平行な
成分を少なくともｌＱｍｍの長さで有することを特徴と
するシンクロトロン放射光発生装置により達成される。

〔作　用〕

本発明の一実施例のシンクロトロン放射光発生装置の四
極電磁石２１は、円弧線上に９０度間隔且つ互いに直交
するＸ軸、Ｙ軸にそれぞれ線対称となるように配置され
、Ｘ軸若しくはＹ軸に線対称となる磁力線を有する磁場
を発生する界磁コア２１ａの表面の一部がＸ軸若しくは
Ｙ軸に線対称且つ平行に形成されている。

この四極電磁石２１は、Ｘ軸（Ｘ軸）を挟んで当該Ｘ軸
（Ｙ軸）に垂直な直ｇ磁力線を含んだ磁場を形成するこ
ととなる。

従って、Ｘ軸に平行、且つＹ軸に垂直な面は、直ｖＡ磁
力線内に挿入されて磁場の強度の最大値を検出したホー
ル素子の面と平行であるから、簡単に検出できることと
なる。

〔実　施　例〕

以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説
明する。

第１図は、本発明の一実施例のシンクロトロン放射光発
生装置を説明するための図で、同図（ａ）は装置の要部
概略平面図、同図（ｂ）は第１の実施例の四極電磁石の
要部概略正面図、同図（ｃ）第２の実施例の四極電磁石
の部分正面図、同図（ｄ）はホール素子の傾きの修正原
理図である。

本発明の一実施例のシンクロトロン放射光発生装置は、
第２図により説明した従来のシンクロトロン放射光発生
装置の四極電磁石１１に換えて、第１図の（ｂ）図に示
した第１の実施例の四極電磁石２１を採用して構成した
ものである。

すなわち、第１の実施例の四極型Ｍ！２１は、同図（ｂ
）に示すように四つの界磁コア２１ａを９０度間隔且つ
互いに直交するＸ軸、Ｙ軸にそれぞれ線対称となるよう
に配置して、界磁コア２１ａからＸ軸若しくはＹ軸に線
対称となる磁力線の中にＸ軸若しくはＹ軸と垂直に交わ
る直ｖＡｆｅｔ力線Ｍｏを含んだ磁場Ｂを発生するよう
に構成したものである。

かかるＸ軸若しくはＹ軸に線対称となる磁力線Ｍの中に
Ｘ軸若しくはＹ軸と垂直に交わる直線磁力線Ｍｏを含ん
だ磁場Ｂを界磁コア２１ａに発生させるために界磁コア
２１ａは、第２図の（ａ）図と（ｂ）図により説明した
従来の界磁コアｌｌａに相当する主界磁コア２１ａ１及
び表面の一部がＸ軸若しくはＹ軸に線対称且つ平行とな
る直線磁界形成部２１ａ２とで構成したものである。

なお、界磁コア２１ａの主界磁コア２１ａ　＋と直線磁
界形成部２１ａ２とは、軟鉄により一体的に形成したも
のである。

このように構成された第１の実施例の四極電磁石２１は
、同図（ｄ）に示すようにＸ軸（Ｙ軸）を挟んで直線磁
界形成部２１ａ２間にＸ軸（Ｙ軸）に垂直な直線磁力線
Ｍｏを形成することとなる。

従って、磁場強度検出器１７のホール素子１７ａの面を
Ｘ軸に平行且つＹ軸に垂直にするには、次の手順により
簡単に行うことができる。

まず、第３図の（ａ）図に示す要領に従って３軸ステー
ジ１８により磁場強度検出器１７のホール素子１７ａを
、第１図の（ｄ）図に示すように直線磁力線Ｍｏを発生
した四極電磁石２１の直１磁界形成部２１８２間に挿入
する。

この後、磁場強度検出器１７により磁場強度検出器１７
とともにホール素子１７ａを水平面のある軸の回りにあ
らゆる角度に傾斜させながら、磁場強度検出器１７によ
り磁場の強度を測定する。

そして、磁場強度検出器１７が磁場の強度の最大値を検
出したホール素子１７ａの面の傾きが、Ｘ軸に平行且つ
Ｙ軸に垂直になったことに対応するものである。

斯くして、第１の実施例の四極電磁石２１の磁場中心部
Ｂ０は、ホール素子１７ａの傾きをこのまま同定した状
態で３軸ステージ１８により磁場強度検出器１７を第３
図により説明した方法の要領に従って移動することによ
り簡単に求めることができることとなる。

また、第１の実施例の四極電磁石２１の磁場中心部Ｂ０
付近のＸ軸方向の勾配を測定するには、第３図の（ｃ）
図に示すように磁場強度検出器１７によりｘｌでの磁場
Ｂの強度Ｂ１を求めた後に、３軸ステージ１８により磁
場強度検出器１７を×２の位置に平行移動し、ｘ２の位
置に於ける磁場Ｂの強度Ｂ２を求めて、下記の計算を実
行することにより簡単にもとめることが可能である。

磁場勾配＝　（８２Ｂ＋）　　：　　（Ｘ２　　ＸＩ）
第１の実施例の四極電磁石２１の磁場中心部Ｂ、付近の
Ｙ軸方向の勾配についても、同様な要領に従って求める
ことができることは言うまでもない。

同図（ｃ）は、第２の実施例の四極電磁石で、第１の実
施例の四極電磁石の界磁コア２１ａの主界磁コア２１ａ
１相当する主界磁コア２２ａ１に、第１の実施例の四極
電磁石の界磁コア２１ａの直線磁界形成部２１ａ２に相
当する直線磁界形成部２２ａ２を、ネジ２２ａ３により
固定して構成したものである。

なお、第２の実施例の四極電磁石の機能は、第１の実施
例の四極電磁石の機能と同じであるので重複説明は割愛
することとする。

〔発明の効果〕

以上詳しく説明したように本発明によれば、内部空間に
形成した磁場中心と磁場中心の周りの磁場勾配の決定を
簡単且つ正確に行える四極電磁石を備えたシンクロトロ
ン放射光発生装置の提供が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例のシンクロトロン放射光発
生装置を説明するための図、 第２図は、従来のシンクロトロン放射光発生装置を説明
するための図、 第３図は磁場中心部の決定と磁場勾配の測定方法を説明
するための図である。 図において、 １０は荷電粒子、 １１と２１は四極電磁石、 ２１ａ　は界磁コア、 ２１ａ、は主界磁コア、 ２１ａ２は直線磁界形成部、 １２は偏向電磁石、 １３は高周波加速空洞、 １４は真空ダクト、 １５は入射器、 １６はビームライン、 １７は磁場強度検出器、 １７ａはホール素子、 １８は３軸ステージををそれぞれ示す。 （Ｑｌ装置イ舒凪鉢す面図 ｔｂ＋１１ｎ￥ｍ＃Ｊｔ、ｒｏｋｔａ石４４．ｗＭａｔ
ｂｉ（ｄ＋木−ルｔ４八４１？？のイ所正原理Ｃり／ｉ
＃”Ｆ４ｓ−ｔＪｅｊＦ’１ｆｌＥ＝；７０　ト０　〉
ｊｔＪｔｔ＋＊＜ＦＬ　９Ｔｔ９Ｂ−ｔｋｒ＝ｈｎｍｌ
ｉ１図 〕Ｏ １２講蘭を房わ ］３÷Ｉ’！ｌ：ｆＬｐ［］はＣｋ ｔＧ岨ｙ１咋旺呵卯酌１ソｊ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 四つの界磁コア（２１ａ）を円弧線上に９０度間隔且つ
   互いに直交するＸ軸、Ｙ軸にそれぞれ線対称となるよう
   に配置し、界磁コア（２１ａ）からＸ軸若しくはＹ軸に
   線対称となる磁力線を有する磁場を発生する四極電磁石
   （２１）を有するシンクロトロン放射光発生装置におい
   て、 前記四極電磁石（２１）の界磁コア（２１ａ）の表面の
   一部が前記Ｘ軸若しくはＹ軸に線対称、且つ当該Ｘ軸若
   しくはＹ軸に平行に形成され、前記磁力線が当該Ｘ軸若
   しくはＹ軸に平行な成分を１０ｍｍ以上の長さで有する
   ことを特徴とするシンクロトロン放射光発生装置。