JPH05346499A - シンクロトロン放射光発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【構成】荷電粒子を高速で周回させることによって高エ
ネルギの光を得るシンクロトロン放射光発生装置におい
て、荷電粒子の周回軌道を形成しているビームダクト内
の放射光が照射される部位にダクト６とは別体のアブソ
ーバ１を設け、アブソーバ１に光に対向して光入射口２
及び光閉じ込め室３を形成する。 【効果】簡単な構造で光脱離によるガス放出を低減で
き、シンクロトロン放射光発生装置の真空度を向上する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子や陽電子等の荷電
粒子を周回させて高エネルギの光を得る放射光発生装置
に係り、特に、同装置に必要な超高真空を得るのに障害
となる光脱離ガスの低減に関する。

【０００２】

【従来の技術】シンクロトロン放射光発生装置は、図４
に示すように、真空に排気して荷電粒子の周回軌道を形
成している中空リング状のビームダクト４１，荷電粒子
をダクト中に入射するための入射器４２，周回運動を制
御するための四重極電磁石４３や偏向電磁石４４，光と
して放出されたエネルギを荷電粒子に補給するための加
速空洞４５等によって構成されている。光は荷電粒子が
偏向したときに軌道の接線方向に放射される。従って装
置全体は３６０度全ての方向に放射されるが、一つの偏
向部からは偏向角θの範囲に放射される。この内ビーム
ライン４６を経て光ユーザに提供されるのはごく一部
で、残りの光（以下、残光と定義する）はダクト内で吸
収される。

【０００３】放射光のエネルギや強度を高めるには、周
回する荷電粒子のエネルギ及びビーム電流を大きくする
必要がある。そのためには、ビームダクト４１内をより
超高真空（荷電粒子ビームのエネルギレベルや要求する
光の質によって異なるが、概ね１０^-9Torr以下）に排気
して、荷電粒子がガス分子との相互作用によって減衰す
るのを極力少なくする必要がある。ところが、ダクトの
内壁に高エネルギの残光が照射されることによって光脱
離現象により多量のガスを放出され、ダクト内の真空度
が著しく悪化する問題がある。このためシンクロトロン
放射光発生装置では、光脱離による放出ガスを極力低減
するよう、装置の規模に応じてダクトの材質や内部構造
及び真空排気システムに着目した種々の対策が施されて
いる。

【０００４】図５は、１偏向部と直線部の荷電粒子軌道
面上における断面で、従来良く利用されている低光脱離
材のアブソーバを用いた放出低減施策の一例を示してい
る。偏向ビームダクト５１及び直線ビームダクト５２内
には、軌道５３を周回する荷電粒子から偏向部の偏向角
θの範囲に放射される光以外に、前段偏向部からの残光
も放射されている。この内ビームライン４６を経て光ユ
ーザに提供されるθ_u内の光以外は、本来ならば偏向ビ
ームダクト５１や直線ビームダクト５２の内壁に照射さ
れるが、この例では、偏向ビームダクト５１の後部にア
ブソーバ５４が装着されているために、残光がこれらの
アブソーバによって遮蔽され、後部のビームダクト内壁
に直接照射されることは無い。アブソーバ５４は光脱離
の少ない材料で製作されているため放出ガスが低減する
ほか、放出ガス源が集約されるために排気効率が向上す
る。また照射面は、光が熱源となって強大な熱流束によ
り加熱されるため冷却する必要があるが、アブソーバは
ダクトに比べて冷却システムが構成し易い利点がある。

【０００５】例えば文献“アイ・イー・イー，トランザ
クション ニュークリヤ サイエンス エヌエス３２，
ナンバ５（１９８５）第３７９２頁から第３７９４頁(I
EEE,Transaction on Nuclear Science,Vol ＮＳ−３
２，No５(１９８５）Ｐ３７９２〜３７９４）”、或い
は文献“真空 第３３巻 第３号（１９９０）弟２６２
頁から第２６５頁（真空，Vol ３３，No.３(１９９０)
Ｐ２６２〜２６５）等も、基本的にはアブソーバを用い
た光脱離低減構造が導入されており、その上で装置に独
自の工夫をこらした低減法が施策されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】光の脱離は、高エネル
ギの光によってダクト内壁に吸着されているガス分子や
材料中に混入しているガス分子を刺激して脱離させる光
刺激脱離と、照射によって放出された光電子が周囲のダ
クト表面に吸着されているガス分子を叩き出す電子衝撃
脱離の相乗作用による。光刺激脱離は、単に直射部分だ
けでなく、反射した光によっても起こると考えられてい
る。また、光電子はエネルギが大きいために壁面を叩い
たときに二次電子を生成するが、この電子によっても電
子衝撃脱離が起こる。

【０００７】図６は光脱離における光電子の影響を表す
実験結果の一例を示している。この実験では、図中に示
すように円筒ダクトの内壁に臨界光子エネルギが四千電
子ボルトの光を照射し、照射面の前部に電極を設けて負
の電圧を印加した。図の横軸は印加電圧、縦軸は電圧を
印加しないときを基準とする放出ガス量の変化率を示し
ており、強い電界によって照射面から放出される光電子
を阻止すれば放出ガス量を３分の１以下に低減し得るこ
とが分かる。この実験結果は、光脱離を低減するための
１手段を提供しているが、別な見方をすれば、放出ガス
の３分の２が周囲のダクトから放出されていることを意
味している。すなわち、光脱離による放出ガスを低減す
るためには、単に光が直射される部分からの放出ガスだ
けでなく、反射光や光電子，二次電子等の散乱によって
刺激される周囲のダクト全域からの放出ガスを少なくす
る必要があることを示唆している。

【０００８】光脱離を低減する手段としては、脱離を引
き起こしている光や光電子等の脱離因子を操作する方法
と、被照射体側に低減のための施策を講ずる２通りの方
法がある。この内前者については、上述したように光電
子を阻止して散乱を少なくするのが有効であり、その効
果も確認されているが、そのためにはダクト内の狭いス
ペースに電界を形成するための電極を設置する必要があ
るほか、電圧を印加するための配線や高電圧電源設備が
必要となる。このため一般には後者の方法が採られ、具
体的な施策は被照射体に対して化学洗浄や電界研磨等の
ほか、特に照射面機械加工による表面酸化物の除去及び
高温予備ベーキングによる脱ガス等の真空前処理を行
う。

【０００９】従来のアブソーバ方式も後者による脱離低
減を狙いとしているが、脱離低減をより効果的に発揮す
るためには、アブソーバだけで無くその周りのダクトに
ついても充分な真空前処理を行う必要がある。この内ア
ブソーバについては比較的容易に処理しやすく、材料に
ついても光脱離が少なく熱伝導性に優れた高純度無酸素
銅を選択できる。しかしダクトの場合は、形状が大きく
長いこと、材料として一般に高力アルミニウム合金が使
用されること、ダクトを連結するためのシャープエッジ
シール付きのフランジを付帯していること、内面加工が
し難いこと等のために充分な洗浄や高温ベーキングなど
の真空処理を施すことができない。また真空処理後は窒
素ガス環境に保存するなどの清浄維持に対する管理を徹
底する必要があり、管理が不十分な場合は、不純物付着
や表面変質等の影響で低減効果が失われるが、ダクトの
場合は保守管理が充分に行き届き難い恐れがある。すな
わち、従来の方式では、光脱離低減対策を有効に発揮す
ることができない欠点がある。

【００１０】本発明の目的は、光脱離低減対策上の欠点
を解消して放出ガスを低減することにより、ビームダク
ト内を高真空に維持できるシンクロトロン放射光発生装
置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的は、荷電粒子の
周回軌道を形成しているビームダクト内の放射光が照射
される部位にダクトとは別体のアブソーバを設け、アブ
ソーバ内に光に対抗して光入射口と光閉じ込め室を形成
することによって達成される。

【００１２】

【作用】すなわち、本発明による光閉じ込め室付きのア
ブソーバによれば、光入射口から入射した光は勿論、反
射光や光照射によって放出された光電子及び二次電子も
光閉じ込め室の内壁によってしゃへいされ、ダクトへの
散乱が阻止される。そこでアブソーバに対して組立て前
に充分な真空前処理を施しておくことにより、光脱離に
もとずく放出ガスを大幅に低減できる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図を用いて詳しく
説明する。

【００１４】図１は本発明による光閉じ込め室付きアブ
ソーバの一実施例を示しており、図５の偏向ビームダク
ト５１の後部をＸ−Ｘ方向に見た場合のアブソーバの取
付け構造を示している。偏向ビームダクト５１の側面に
取り付けたアブソーバ１には、光入射口２とそれに続く
光閉じ込め室３が形成されており、光６は入射口２を経
て閉じ込め室３の内壁に照射される。直射面４の背後に
は冷却流路５が穿設されている。アブソーバ１は、光脱
離の低減と伝熱性を高める目的から、高純度の無酸素銅
で製作されている。アブソーバの上部にはダクトと連通
するポンプチェンバ７を設けてあり、同チェンバ７内に
は非蒸発型ゲッタポンプ８が設置されているほか、上部
にはスパッタイオンポンプ９が設置されている。但しポ
ンプ構成は、放出ガス量の程度あるいは装置構成上の都
合で、他のポンプを使用しても良い。

【００１５】図２はアブソーバ１のＹ−Ｙ断面を示して
いる。偏向ビームダクト５１は、軌道５３を荷電粒子が
周回するためのビーム室２１と外側のアンテチャンバ２
２からなる。アブソーバ１はアンテチャンバ２２側に設
置されており、ビームライン４６に光を導出するために
穿設したスリット２３の部分を除いて、光閉じ込め室３
はほぼアブソーバの全長にわたって形成されている。

【００１６】次に、本実施例による光脱離低減機能につ
いて説明する。

【００１７】光閉じ込め室３の内壁に照射された光の大
部分は、エネルギが大きいために材料中に吸収される。
吸収される過程で光刺激脱離によって表面層に吸着され
ているガスが放出されるほか、光電子が放出される。一
方、一部の比較的エネルギの小さな光は反射されて周囲
の壁面を照射し、これによって表面に吸着されているガ
スが放出される。また放出された光電子も周囲の壁面を
叩いて電子衝撃脱離によりガスを放出させるが、光電子
はエネルギが大きいために二次電子を生成し、この二次
電子は更に他の壁面を刺激してガスを脱離させる。この
ような直射光，反射光，光電子及び二次電子に基づくガ
スの脱離過程は、光閉じ込め室の無い従来のアブソーバ
とダクト内壁で起こる脱離過程と変わらないが、アブソ
ーバには組み込む以前に充分な真空前処理を施している
ために、同じ脱離刺激を受けても、従来のダクトから放
出される場合に比べて放出ガス量は大幅に低減する。ま
た光照射を続けると放出ガス量は徐々に減少する傾向が
あるが、本発明によれば、構造的にガスが発生される面
積が小さくなるため光脱離刺激による壁面のクリーニン
グ効果が大きく、放出ガスが低減するスピードが早まる
利点がある。

【００１８】但し、一部の反射光や光電子は光入射口２
からダクト５１側へ散乱する。一般に反射する光や放出
される光電子の角度分布は、面に対して法線方向を最大
とする余弦法則に従うことが知られている。このため本
発明では、直射面４を傾斜させて法線が光入射口２内に
含まれないようにすることにより、光入射口からダクト
側への反射光や光電子の散乱を軽減するようにした。

【００１９】また本発明では、図１に示した光入射口２
の幅Ｗや光閉じ込め室３の断面形状について特別な制限
を設けていないが、幅Ｗについては光が光入射口２に照
射されない限り狭くするのが良いことは言うまでもな
く、光閉じ込め室についても円形あるいは三角形状の断
面であっても差し支えない。特に三角形状の断面で照射
面と光軸のなす角度を鋭角にした場合には、高エネルギ
の光による熱負荷を分散させる利点があり、高輝度タイ
プの装置に適している。

【００２０】図３に本発明によるアブソーバの他の実施
例を示す。本実施例でも偏向ビームダクトの後部に適用
するとして構成した。アブソーバは冷却流路付きアブソ
ーバ３１と２枚のアブソーバプレート３２，３３の３部
材で構成されている。この内アブソーバプレート３２，
３３は、偏向ビームダクト５１のビーム室２１とアンテ
チェンバ２２を仕切っている仕切版３４及び３５に固定
してある。本発明の基本構成要素である光入射口３６と
光閉じ込め室３７は両プレート間に形成されており、構
造的にみて分かるように、反射光や光電子のダクト側へ
の散乱を防止して光脱離を低減する機能は前の実施例と
なんら変わりない。この場合、外部から装着するアブソ
ーバ３１が小さく構成できるため、アブソーバの設置ス
ペースが少ないタイプの装置に適している。図にはアブ
ソーバ３１の断面が円管の場合について示したが、形状
についての制限は無く、特に三角形にした場合にはいず
れかのアブソーバプレートと組み合わせて２部材による
アブソーバの構成も可能となる。

【００２１】以上に示したアブソーバの実施例はいずれ
も偏向ビームダクトの後部に設置したが、アブソーバに
要求される機能はいずれの場所に設置する場合にも共通
しており、本発明によるアブソーバは設置場所に制限を
受けることは無い。

【００２２】

【発明の効果】本発明によって荷電粒子の周回軌道を形
成しているビームダクト内の放射光が照射される部位に
ダクトとは別体のアブソーバを設け、アブソーバに光に
対抗して光入射口及び光閉じ込め室を形成することによ
り、光や光電子に起因する光脱離が低減され、ビームダ
クト内の真空度が向上する。また、アブソーバを複数の
部材に分割して構成しても同様の効果が得られるほか、
設置スペースの少ない場所に対しても容易に設置するこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるアブソーバの側面図。

【図２】図１のＹ＝Ｙ断面図。

【図３】本発明によるアブソーバの他の実施例の断面
図。

【図４】シンクロトロン放射光発生装置の基本構成の説
明図。

【図５】従来のビームアブソーバの装着例の断面図。

【図６】光脱離低減効果の説明図。

【符号の説明】

１…アブソーバ、２…光入射口、３…光閉じ込め室、４
…直射面、５…冷却流路、６…光、７…ポンプチェン
バ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 妻木 孝治 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】荷電粒子を高速で周回させることによって
   高エネルギの光を得るシンクロトロン放射光発生装置に
   おいて、前記荷電粒子の周回軌道を形成しているビーム
   ダクト内の放射光が照射される部位にダクトとは別体の
   アブソーバを設け、前記アブソーバに光に対抗して光入
   射口及び光閉じ込め室を形成したことを特徴とするシン
   クロトロン放射光発生装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記光閉じ込め室を、
   複数のアブソーバ部材を配置することによって形成した
   シンクロトロン放射光発生装置。