JPH04345800A - 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】

［発明の目的］

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、荷電粒子を加速するた
めに用いられるシンクロトロンや蓄積リングの偏向電磁
石に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４は、従来のブロック構造の偏向電磁
石の斜視図である。同図において、１はブロック構造の
鉄心、２は偏向磁場を鉄心の磁極間に形成するコイルで
ある。大型の偏向電磁石の場合にはブロック構造の鉄心
１の加工性等から同図に示すように上下に２分割して上
部鉄心１ａ，下部鉄心１ｂとする場合が多い。次に、偏
向電磁石の作用について説明する。偏向電磁石は、荷電
粒子を加速するシンクロトロンや蓄積リング等において
、粒子ビームを偏向させるために用いられており、複数
個の偏向電磁石を並設して粒子ビームの軌道を円軌道か
それに類似した閉軌道を形成するか、あるいはライナッ
クからシンクロトロンやシンクロトロンから蓄積リング
、ライナックから蓄積リングのビーム輸送系でビームの
軌道を変えるときに利用される。偏向電磁石の上下には
それぞれ同方向に同じ大きさの電流が一周するコイル２
，２が設けられており、この２つのコイル２，２によっ
て上部鉄心１ａと下部鉄心１ｂ間に、ｚ方向に一様な強
さをもった磁束を発生させている。このｚ方向の磁束に
垂直な方向であるｘ方向に荷電粒子が入射すると、磁場
の力により荷電粒子はｘ方向とｚ方向に共に垂直である
ｙ方向に曲げられる。従来のブロック構造の偏向電磁石
、特に交流の偏向電磁石やビームを加速するために磁場
強度を変化させるタイプの偏向電磁石では、磁場の時間
変化という環境にさらされる。このとき、ブロック構造
の鉄心に誘導電圧が発生し、これによって渦電流が流れ
る。図５は渦電流が発生する状態を表わしている。磁場
変化のない電磁石ではコイル電流３が一定であり、それ
によって発生する磁束４も一定である。しかしながら、
磁場変化のある偏向電磁石ではコイル電流３が一定でな
い。例えばコイル電流３が増大する場合を考えると、コ
イル電流３が増大するにつれて磁束４が大きくなり、上
部鉄心１ａと下部鉄心１ｂ間の磁場が増加する。 そのとき、電磁誘導の法則によりブロック構造の鉄心内
に電流の変化を妨げる方向に起動力を発生し、これによ
り渦電流５が流れる。この渦電流５そのものが偏向電磁
石本体に悪影響を及ぼすことは殆どないが、この渦電流
５がつくる磁場によって上部鉄心１ａと下部鉄心１ｂ間
の磁束密度とその分布が変化すると共に、残留磁場にも
影響を及ぼす。特に、磁場の時間変化率の大きい偏向電
磁石では、上部鉄心１ａと下部鉄心１ｂ間の磁場の時間
変化率を大きくして立上げるが、この立上げにほぼ比例
して上部鉄心１ａと下部鉄心１ｂ間の磁場が減少してい
く。つまり、急激な立上げが必要な偏向電磁石ほど渦電
流の影響によって所定の磁場の大きさに達しないことに
なり、それだけコイル２，２に大電流，大電圧が必要と
なる。

【０００３】また、その渦電流５を抑えるために、鉄心
を、ケイ素鋼板等を積層し積層構造とした偏向電磁石で
は、ケイ素鋼板そのものが高価であるばかりでなく、積
層構造の鉄心組立にも多くの時間や治具などを必要とし
、製作コストを高騰させる原因になると共に、薄いケイ
素鋼板を積み重ねて製作した偏向電磁石であるため、磁
場分布の均一性もブロック構造の場合より劣る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のブロック構造の
偏向電磁石では、シンクロトロンやビーム加速を行う蓄
積リングのように荷電粒子のエネルギーが増大するにつ
れて磁場強度を大きくしなければならない装置に対して
は、上記した渦電流の影響を受けるので必要以上の電圧
，電流を供給しなければならないばかりでなく、立上げ
時間が早い場合には磁場強度の立上げが追従し得ないこ
とも起こり得る。一方、渦電流の問題を解決した積層構
造の偏向電磁石は製作コストが高くなるだけでなく、磁
場分布が均一でないという問題が残る。

【０００５】本発明は、上記した事情に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは鉄心をブロック構造と
しながら発生する渦電流を小さくなるように抑えると共
に、積層構造の鉄心で問題となっている磁場分布の不均
一性をなくし、製作コストも安価にする偏向電磁石を提
供することにある。 ［発明の構成］

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、ブロック構造
とした鉄心にコイルを巻装し、磁極間に偏向磁場を発生
させる偏向電磁石において、磁束の方向と平行で、かつ
偏向させる荷電粒子の方向と垂直な面に平行するスリッ
トを鉄心に設けたものである。

【０００７】

【作用】ブロック構造の鉄心にスリットを設けているの
で、磁極間に生ずる偏向磁場の成分を軸方向に分割し、
磁場変化が起きた際の電磁誘導による誘導電圧が発生し
ても、それによって発生する渦電流の通路をスリットに
よって切断するため、全体に発生する渦電流をゼロにし
、スリットで分割した部分にのみ小さな渦電流を閉じ込
める。これにより、偏向磁場の大きさを低減させていた
渦電流による磁場成分を低く抑えることができる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。図１は、本発明の一実施例を示す斜視図である
。同図において、１０はブロック構造の鉄心で上下に２
分割された上部鉄心１０ａと下部鉄心１０ｂで構成され
、この上部鉄心１０ａと下部鉄心１０ｂにはそれぞれ偏
向磁場を形成するコイル２，２が巻装されている。また
、上部鉄心１０ａと下部鉄心１０ｂにはそれぞれ磁束の
方向と平行でかつ偏向電磁石内を通過する粒子ビームに
垂直な面に平行な方向に複数個（同図には５個を示す）
のスリット１１ａ，１１ｂを設ける。ただし、鉄心の構
造上上部鉄心１０ａ，下部鉄心１０ｂは、それぞれ単一
のブロック体から加工して１つの鉄心を形成するために
、上部鉄心１０ａには上部端、下部鉄心１０ｂには下部
端にスリットを設けないで一体構造のままとし、単一ブ
ロックとして機械的強度を保持させる。

【０００９】次に、以上のように構成された実施例の作
用を説明する。粒子ビームを加速するシンクロトロンや
蓄積リングでは、粒子のエネルギーに応じて磁場強度を
変化させなければならない。磁場強度を変化させるため
にはコイルの電圧と電流を変化させなければならないが
、通常のブロック構造の鉄心を有する偏向電磁石では上
述したように磁場強度の変化時に電磁誘導により渦電流
が生じ、磁場を立上げるときには通常の磁場とは逆方向
の誘導磁場が発生し、磁場強度を低下させてしまう。 そこで、スリット１１ａ，１１ｂによって鉄心の磁場分
布を粒子ビームの軸方向に複数個に分割することにより
、電磁誘導による誘導電圧は上部鉄心１ａと下部鉄心１
ｂの両側に発生するが、誘導電圧による電流の流れる通
路をスリット１１ａ，１１ｂで切断するので、偏向電磁
石の鉄心全体に渦電流が流れるのを防ぐことができる。 ただし、誘導電圧は発生するのでスリットとスリットで
分割された各々の部分では渦電流が発生する。しかしな
がら、狭い空間に渦電流が閉じ込められるために渦電流
の強さそのものは小さく、したがって、渦電流により発
生する磁場も小さくなるので、コイル２，２によって発
生する偏向磁場の大きさを変え、また分布の均一性をな
くす磁場成分を相当小さく抑えることができる。

【００１０】なお、本発明は、上述した実施例に限定さ
れるものではなく、種々変形実施できる。図２は、本発
明の他の実施例を示す斜視図だる。この実施例は、１つ
の偏向電磁石による偏向角度が大きい場合に用いられる
。同図において、１２は鉄心で上下に２分割された上部
鉄心１２ａと下部鉄心１２ｂで構成され、この上部鉄心
１２ａと下部鉄心１２ｂにはそれぞれ複数個のスリット
１３ａ，１３ｂが設けられている。スリット１３ａ，１
３ｂは、各々の角度が異なるが常に粒子ビームの進行方
向と垂直となる平面に位置するように配置される。した
がって、ビーム軸が曲線になっても常にビーム軸方向に
対してスリット１３ａ，１３ｂによって偏向磁場が分割
されるように構成することにより、渦電流の通路を切断
して渦電流の強さを小さくし、渦電流による誘導磁場成
分を低く抑えることができる。

【００１１】図３は、本発明のさらに異なる他の実施例
を示す斜視図である。この実施例は、図１に示した実施
例に対しスリットを設ける位置を変えたものである。同
図において、１４は鉄心で上下に２分割された上部鉄心
１４ａと下部鉄心１４ｂで構成され、この上部鉄心１４
ａと下部鉄心１４ｂにはそれぞれ複数個のスリット１５
ａ，１５ｂが設けられている。スリット１５ａ，１５ｂ
は、図１に示した実施例のようにスリット１１ａ，１１
ｂを設けない部分が上下端ではなく、偏向ビームの内側
と外側をスリットを設けない部分としてしている。この
構成では、鉄心１４の一端（同図の左側）は渦電流の流
れる通路がつながっているが、他端（同図の右側）は端
部までスリット１５ａ，１５ｂがあるので閉回路にはな
らず、渦電流がスリットを越えて流れることはない。し
たがって、渦電流による誘導磁場成分を上述した各実施
例と同様に低く抑えることができる。

【００１２】さらに、図１に示した実施例は大型の偏向
電磁石を対象とし鉄心を上下に２分割して構成したが、
小型の偏向電磁石の場合には鉄心を上下に２分割するこ
となく単一のブロック構造とし、これにスリットを設け
るようにしてもよい。また、鉄心に設けるスリットを、
図１に示した実施例と図３に示した実施例を合せたよう
な形状、すなわち鉄心の外周をすべて残すようにして設
けても同様の効果が得られる。

【００１３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、鉄
心にスリットを設けて渦電流の発生する領域を小さく分
割しているので、偏向磁場の立上げ時に渦電流によって
発生する逆磁場を小さくし、ビームエネルギーに応じた
磁場の発生を容易にして制御を容易とし、鉄心をブロッ
ク構造として製作コストを低減した偏向電磁石を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す斜視図。

【図２】本発明の他の実施例を示す斜視図。

【図３】本発明のさらに異なる他の実施例の斜視図。

【図４】従来の偏向電磁石を示す斜視図。

【図５】本発明に関連する渦電流の発生を示す説明図。

【符号の説明】

２…コイル、１０，１２，１４…鉄心、１０ａ，１２ａ
，１４ａ…上部鉄心、１０ｂ，１２ｂ，１４ｂ…下部鉄
心、１１ａ，１１ｂ，１３ａ，１３ｂ，１５ａ，１５ｂ
…スリット。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ブロック構造とした鉄心にコイルを巻
   装し、磁極間に偏向磁場を発生させる偏向電磁石におい
   て、磁束の方向と平行でかつ偏向させる荷電粒子の方向
   と垂直な面に平行するスリットを前記鉄心に設けたこと
   を特徴とする偏向電磁石。