JPH07107879B2 - 荷電粒子装置 - Google Patents
荷電粒子装置Info
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- JPH07107879B2 JPH07107879B2 JP16514486A JP16514486A JPH07107879B2 JP H07107879 B2 JPH07107879 B2 JP H07107879B2 JP 16514486 A JP16514486 A JP 16514486A JP 16514486 A JP16514486 A JP 16514486A JP H07107879 B2 JPH07107879 B2 JP H07107879B2
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- deflection
- particle device
- quadrupole electromagnet
- deflection system
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、荷電粒子（例えば電子又はイオン）ビーム
を加速するシンクロトロンやストレージリングなどの荷
電粒子装置に関し、特に任意形状の閉軌道を容易に構成
できる荷電粒子装置に関するものである。
を加速するシンクロトロンやストレージリングなどの荷
電粒子装置に関し、特に任意形状の閉軌道を容易に構成
できる荷電粒子装置に関するものである。
［従来の技術］ 第４図は例えば、「UVSORストレージリングの設計」（U
VSOR9、分子化学研究所、昭和57年12月）に記載された
従来の荷電粒子装置を示す平面図である。図において、
Ｒは荷電ビームＢが周回する閉軌道、（１）は荷電粒子
を外部より閉軌道Ｒ内に導入するためのインフレクタ、
（２）は閉軌道Ｒの各偏向部（曲線部）に配設された偏
向電磁石、（３）は偏向電磁石（２）の端部に設けられ
た水平方向収束用四極電磁石、（４）は水平方向収束用
四極電磁石（３）とペアを形成するように設けられた垂
直方向収束用四極電磁石、（５）は閉軌道Ｒの直線部即
ち自由空間、（６）は自由空間（５）に適宜位置に配設
された高周波加速空洞、（７）は自由空間（５）の適宜
位置に配設されたアンデュレータ又は自由電子レーザな
どの挿入型光源である。
VSOR9、分子化学研究所、昭和57年12月）に記載された
従来の荷電粒子装置を示す平面図である。図において、
Ｒは荷電ビームＢが周回する閉軌道、（１）は荷電粒子
を外部より閉軌道Ｒ内に導入するためのインフレクタ、
（２）は閉軌道Ｒの各偏向部（曲線部）に配設された偏
向電磁石、（３）は偏向電磁石（２）の端部に設けられ
た水平方向収束用四極電磁石、（４）は水平方向収束用
四極電磁石（３）とペアを形成するように設けられた垂
直方向収束用四極電磁石、（５）は閉軌道Ｒの直線部即
ち自由空間、（６）は自由空間（５）に適宜位置に配設
された高周波加速空洞、（７）は自由空間（５）の適宜
位置に配設されたアンデュレータ又は自由電子レーザな
どの挿入型光源である。
尚、偏向電磁石（２）、各四極電磁石（３）、（４）及
び自由空間（５）の各１つずつからなる組み合わせは、
１つの偏向系セル（単位）を構成している。そして、こ
の偏向系セルを複数個組み合わせることによって１つの
多角形を形成し、安定な閉軌道Ｒを構成している。
び自由空間（５）の各１つずつからなる組み合わせは、
１つの偏向系セル（単位）を構成している。そして、こ
の偏向系セルを複数個組み合わせることによって１つの
多角形を形成し、安定な閉軌道Ｒを構成している。
又、偏向電磁石（２）には、挿入型光源（７）からの放
射されるレーザ光等を取り出すための露光装置（図示せ
ず）が適宜設けられている。
射されるレーザ光等を取り出すための露光装置（図示せ
ず）が適宜設けられている。
次に、第４図に示したストレージリングを例にとって、
従来の荷電粒子装置の動作について説明する。
従来の荷電粒子装置の動作について説明する。
外部装置（図示せず）である程度加速された荷電粒子
は、インフレクタ（１）を介してストレージリングの安
定な閉軌道Ｒに入る。閉軌道Ｒ内の荷電粒子ビームＢ
は、偏向電磁石（２）により水平方向（図面の断面方
向）に曲げられ、且つ、水平方向に収束作用のある水平
方向収束用四極電磁石（３）と、垂直方向に収束作用の
ある垂直方向収束用四極電磁石（４）とのペアにより、
安定に周回させられる。
は、インフレクタ（１）を介してストレージリングの安
定な閉軌道Ｒに入る。閉軌道Ｒ内の荷電粒子ビームＢ
は、偏向電磁石（２）により水平方向（図面の断面方
向）に曲げられ、且つ、水平方向に収束作用のある水平
方向収束用四極電磁石（３）と、垂直方向に収束作用の
ある垂直方向収束用四極電磁石（４）とのペアにより、
安定に周回させられる。
荷電粒子ビームＢが閉軌道Ｒを周回すると電磁波が放射
されるが、この放射光によって失われるエネルギは高周
波加速空洞（６）により常に供給されているので、荷電
粒子ビームＢは周回し続けることができる。このとき発
生する放射光を積極的に利用するため、挿入型光源
（７）を配設し、偏向電磁石（２）に設けられた露光装
置からレーザ光等として取り出す。こうして取り出され
た光は広い研究分野で利用されている。
されるが、この放射光によって失われるエネルギは高周
波加速空洞（６）により常に供給されているので、荷電
粒子ビームＢは周回し続けることができる。このとき発
生する放射光を積極的に利用するため、挿入型光源
（７）を配設し、偏向電磁石（２）に設けられた露光装
置からレーザ光等として取り出す。こうして取り出され
た光は広い研究分野で利用されている。
［発明が解決しようとする問題点］ 従来の荷電粒子装置は以上のように、偏向電磁石
（２）、各四極電磁石（３）、（４）及び自由空間
（５）により偏向系セルが構成されているので、１つの
偏向系セルを設計する段階から、必要となる直線部即ち
自由空間（５）を考慮しなければならない。従って、自
由空間（５）の数や長さを変更するたびに、偏向系セル
の安定な動作点を選択するため、各四極電磁石の励磁を
変えたり又は最初の段階に戻って設計し直す必要がある
という問題点があった。又、閉軌道Ｒを正多角形に形勢
すると、不要な自由空間（５）が常に付随することによ
り、大きな敷地面積が必要になるという問題点があっ
た。
（２）、各四極電磁石（３）、（４）及び自由空間
（５）により偏向系セルが構成されているので、１つの
偏向系セルを設計する段階から、必要となる直線部即ち
自由空間（５）を考慮しなければならない。従って、自
由空間（５）の数や長さを変更するたびに、偏向系セル
の安定な動作点を選択するため、各四極電磁石の励磁を
変えたり又は最初の段階に戻って設計し直す必要がある
という問題点があった。又、閉軌道Ｒを正多角形に形勢
すると、不要な自由空間（５）が常に付随することによ
り、大きな敷地面積が必要になるという問題点があっ
た。
この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、無分散の偏向系の間に無分散且つ位相進みが
180゜の直線部を配設して閉軌道を構築することによ
り、設計パラメータの大幅な変更をすることなく、敷地
及び実験施設に合わせて閉軌道の外形を決定できると共
に、直線部における荷電粒子ビームの発散角が小さい荷
電粒子装置を得ることを目的とする。
たもので、無分散の偏向系の間に無分散且つ位相進みが
180゜の直線部を配設して閉軌道を構築することによ
り、設計パラメータの大幅な変更をすることなく、敷地
及び実験施設に合わせて閉軌道の外形を決定できると共
に、直線部における荷電粒子ビームの発散角が小さい荷
電粒子装置を得ることを目的とする。
［問題点を解決するための手段］ この発明に係る荷電粒子装置は、荷電粒子ビームの閉軌
道は、複数の偏向電磁石及び四極電磁石を有する無分散
の偏向系セルと、複数の四極電磁石を有する無分散の直
線部とを複数個接続して構成され、直線部は、荷電粒子
ビームの進行方向と直角の方向に対するベータトロン関
数の位相進みが180゜となるように構成されたものであ
る。
道は、複数の偏向電磁石及び四極電磁石を有する無分散
の偏向系セルと、複数の四極電磁石を有する無分散の直
線部とを複数個接続して構成され、直線部は、荷電粒子
ビームの進行方向と直角の方向に対するベータトロン関
数の位相進みが180゜となるように構成されたものであ
る。
［作用］ この発明においては、位相進みが180゜の直線部を偏向
系セルの間に適宜配設し、閉軌道全周に亘って荷電粒子
ビームの発散度角を小さく保ち、特性を大きく変えずに
任意の外形を得る。
系セルの間に適宜配設し、閉軌道全周に亘って荷電粒子
ビームの発散度角を小さく保ち、特性を大きく変えずに
任意の外形を得る。
［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
図はこの発明の一実施例を示す平面図、第２図は第１図
の部分拡大図であり、（１）、（２）、（６）、
（７）、Ｒ及びＢは前述の従来装置と同様のものであ
る。
図はこの発明の一実施例を示す平面図、第２図は第１図
の部分拡大図であり、（１）、（２）、（６）、
（７）、Ｒ及びＢは前述の従来装置と同様のものであ
る。
（10）は例えば45゜の円弧角度を持つ無分散の偏向系セ
ルであり、第２図に示したように、一対の偏向電磁石
（２）と偏向電磁石（２）の間に配設された水平方向収
束用四電極磁石（31）とからなる無分散偏向系（10a）
と、無分散偏向系（0a）の両端部にそれぞれ配設された
チューン調整用四極電磁石ペア（10b）とから構成され
ている。そして、水平方向収束用四極電磁石（31）は、
無分散偏向系（10a）の両端部における分散関数が零に
なるように調整されている。
ルであり、第２図に示したように、一対の偏向電磁石
（２）と偏向電磁石（２）の間に配設された水平方向収
束用四電極磁石（31）とからなる無分散偏向系（10a）
と、無分散偏向系（0a）の両端部にそれぞれ配設された
チューン調整用四極電磁石ペア（10b）とから構成され
ている。そして、水平方向収束用四極電磁石（31）は、
無分散偏向系（10a）の両端部における分散関数が零に
なるように調整されている。
又、チューン調整用四極電磁石ペア（10b）は、無分散
偏向系（10a）に近接した垂直方向収束用四極電磁石（4
2）と、垂直方向収束用四極電磁石（42）に近接した水
平方向収束用四極電磁石（32）とから構成され、荷電粒
子ビームＢが閉軌道Ｒを１周回する間の周波数を調整し
ている。通常、偏向系セル（10）が連結される場合、隣
接する水平方向収束用四電磁石（32）及び（32′）は一
体に形成されている。
偏向系（10a）に近接した垂直方向収束用四極電磁石（4
2）と、垂直方向収束用四極電磁石（42）に近接した水
平方向収束用四極電磁石（32）とから構成され、荷電粒
子ビームＢが閉軌道Ｒを１周回する間の周波数を調整し
ている。通常、偏向系セル（10）が連結される場合、隣
接する水平方向収束用四電磁石（32）及び（32′）は一
体に形成されている。
（11）は偏向系セル（10）に接続される無分散の直線部
であり、両端部にそれぞれ水平方向収束用四極電磁石
（33）及び垂直方向収束用四極電磁石（43）からなる四
極電磁石ペア（11a）を備えている。これら四極電磁石
ペア（11a）は、直線部（11）の長さに応じてその磁場
勾配が調整されており、矢印で示す荷電粒子ビームＢの
進行方向をＺ軸としたとき、直交座標系のＸ、Ｙ方向即
ち進行方向と直角方向のベータトロン関数の位相進みが
180゜となっている。
であり、両端部にそれぞれ水平方向収束用四極電磁石
（33）及び垂直方向収束用四極電磁石（43）からなる四
極電磁石ペア（11a）を備えている。これら四極電磁石
ペア（11a）は、直線部（11）の長さに応じてその磁場
勾配が調整されており、矢印で示す荷電粒子ビームＢの
進行方向をＺ軸としたとき、直交座標系のＸ、Ｙ方向即
ち進行方向と直角方向のベータトロン関数の位相進みが
180゜となっている。
（51）及び（52）は直線部（11）内の磁石の存在しない
自由空間であり、（51）は偏向系セル（10）に隣接する
短自由空間、（52）は四極電磁石ペア（11a）間の長自
由空間である。
自由空間であり、（51）は偏向系セル（10）に隣接する
短自由空間、（52）は四極電磁石ペア（11a）間の長自
由空間である。
尚、偏向系セル（10）及び直線部（11）は、それぞれユ
ニットとして予め独立に設計調整されており、これら複
数の偏向系セル（10）及び直線部（11）の組み合わせに
より閉軌道Ｒが構成されている。
ニットとして予め独立に設計調整されており、これら複
数の偏向系セル（10）及び直線部（11）の組み合わせに
より閉軌道Ｒが構成されている。
次に、第１図及び第２図に示したこの発明の一実施例の
動作について説明する。
動作について説明する。
インフレクタ（１）から入射されて安定な閉軌道Ｒを周
回する荷電粒子ビームＢの状態は、周知のようにベータ
トロン関数及び分散関数で表わされる。
回する荷電粒子ビームＢの状態は、周知のようにベータ
トロン関数及び分散関数で表わされる。
ここで、偏向系セル（10）は、無分散偏向系（10a）及
びチューン調整用四極電磁石ペア（10b）により対称に
構成されているので、偏向系セル（10）に関するベータ
トロン関数及び分散関数が共に対称となる。従って、偏
向系セル（10）の両端部において、分散関数と共に、分
散関数及びベータトロン関数の傾きは零となる。
びチューン調整用四極電磁石ペア（10b）により対称に
構成されているので、偏向系セル（10）に関するベータ
トロン関数及び分散関数が共に対称となる。従って、偏
向系セル（10）の両端部において、分散関数と共に、分
散関数及びベータトロン関数の傾きは零となる。
荷電粒子ビームＢの閉軌道Ｒを構成する場合、最初に偏
向系セル（10）のみでリングを構成し、チューン調整用
四極電磁石ペア（10b）等により、理想的なチューンそ
の他のパラメータを選択する。
向系セル（10）のみでリングを構成し、チューン調整用
四極電磁石ペア（10b）等により、理想的なチューンそ
の他のパラメータを選択する。
次に、直線部（11）を偏向系セル（10）の適宜位置間に
挿入するが、直線部（11）の位相進みは180゜であるか
ら、ベータトロン関数及び分散関数の値とは無関係に自
由に接続することができる。従って、既に形成されたリ
ングの特性を損なうことなく、任意形状の閉軌道Ｒが構
成できる。
挿入するが、直線部（11）の位相進みは180゜であるか
ら、ベータトロン関数及び分散関数の値とは無関係に自
由に接続することができる。従って、既に形成されたリ
ングの特性を損なうことなく、任意形状の閉軌道Ｒが構
成できる。
又、直線部（11）を連続的に接続しても、位相進みは18
0゜の整数倍となるから何ら問題とならない。従って、
直線部（11）が連結された自由空間部（53）において
は、偏向系セル（10）の両端部のベータトロン関数の振
るまいが再現され、荷電粒子ビームＢの発散角が非常に
小さくなる。こうして、荷電粒子ビームＢの発散角が小
さく保ちながら、長い直線部を適宜形成することができ
る。
0゜の整数倍となるから何ら問題とならない。従って、
直線部（11）が連結された自由空間部（53）において
は、偏向系セル（10）の両端部のベータトロン関数の振
るまいが再現され、荷電粒子ビームＢの発散角が非常に
小さくなる。こうして、荷電粒子ビームＢの発散角が小
さく保ちながら、長い直線部を適宜形成することができ
る。
このように、閉軌道Ｒの全周に亘って分散関数が零且つ
分散関数及びベータトロン関数の傾きが零となるので、
長直線部（52）に配設された挿入型光源（７）にとって
非常に好都合となり、有効に放射光を利用することがで
きる。
分散関数及びベータトロン関数の傾きが零となるので、
長直線部（52）に配設された挿入型光源（７）にとって
非常に好都合となり、有効に放射光を利用することがで
きる。
尚、上記実施例では２個の偏向電磁石（２）と１個の水
平方向収束用四極電磁石（31）を用いて無分散偏向系
（10a）を構成したが、３個以上の偏向電磁石（２）を
用いて、２個以上の水平方向収束用四極電磁石（31）を
用いて各偏向電磁石（２）の間に配設してもよい。
平方向収束用四極電磁石（31）を用いて無分散偏向系
（10a）を構成したが、３個以上の偏向電磁石（２）を
用いて、２個以上の水平方向収束用四極電磁石（31）を
用いて各偏向電磁石（２）の間に配設してもよい。
又、直線部（11）を連結せずに、四極電磁石ペア（11
a）の磁場勾配を調整して、１つの直線部（11）で必要
長さの直線部を形成してもよい。
a）の磁場勾配を調整して、１つの直線部（11）で必要
長さの直線部を形成してもよい。
又、偏向系セル（10）の円弧角度が45゜の場合について
説明したが、偏向系セル（10）の円弧角度は、360゜の
整数分の１であれば何度に形成してもよい。第３図は、
円弧角度が90゜の偏向系セル（10）と、様々な長さの直
線部（11）とを組み合わせて閉軌道Ｒを構成した場合の
他の実施例を示す平面図である。
説明したが、偏向系セル（10）の円弧角度は、360゜の
整数分の１であれば何度に形成してもよい。第３図は、
円弧角度が90゜の偏向系セル（10）と、様々な長さの直
線部（11）とを組み合わせて閉軌道Ｒを構成した場合の
他の実施例を示す平面図である。
［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、荷電粒子ビームの閉軌
道は、複数の偏向電磁石及び四極電磁石を有する無分散
の偏向系セルと、複数の四極電磁石を有する無分散の直
線部とを複数個接続して構成され、直線部は、荷電粒子
ビームの進行方向と直角の方向に対するベータトロン関
数の位相進みが180゜となるように構成され、ベータト
ロン関数の位相進みが180゜の直線部を偏向系セルの間
に配設し、特性を変えずに自由な外形を得るようにした
ので、任意形状で且つ長い空間に亘って荷電粒子ビーム
の発散角を極めて小さくできる荷電粒子装置が得られる
効果がある。
道は、複数の偏向電磁石及び四極電磁石を有する無分散
の偏向系セルと、複数の四極電磁石を有する無分散の直
線部とを複数個接続して構成され、直線部は、荷電粒子
ビームの進行方向と直角の方向に対するベータトロン関
数の位相進みが180゜となるように構成され、ベータト
ロン関数の位相進みが180゜の直線部を偏向系セルの間
に配設し、特性を変えずに自由な外形を得るようにした
ので、任意形状で且つ長い空間に亘って荷電粒子ビーム
の発散角を極めて小さくできる荷電粒子装置が得られる
効果がある。
第１図はこの発明の一実施例を示す平面図、第２図は第
１図内の偏向系セルの拡大図、第３図はこの発明の他の
実施例を示す平面図、第４図は従来の荷電粒子装置を示
す平面図である。 （２）……偏向電磁石、（７）……挿入型光源 （10）……偏向系セル、（10a）……無分散偏向系 （10b）……チューン調整用四極電磁石ペア （11）……直線部 （11a）……四極電磁石ペア （31）、（32）、（33）……水平方向収束用四極電磁石 （42）、（43）……垂直方向収束用四極電磁石 尚、図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
１図内の偏向系セルの拡大図、第３図はこの発明の他の
実施例を示す平面図、第４図は従来の荷電粒子装置を示
す平面図である。 （２）……偏向電磁石、（７）……挿入型光源 （10）……偏向系セル、（10a）……無分散偏向系 （10b）……チューン調整用四極電磁石ペア （11）……直線部 （11a）……四極電磁石ペア （31）、（32）、（33）……水平方向収束用四極電磁石 （42）、（43）……垂直方向収束用四極電磁石 尚、図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
Claims (7)
- 【請求項１】荷電粒子ビームの閉軌道を備えた荷電粒子
装置において、 前記閉軌道は、複数の偏向電磁石及び四極電磁石を有す
る無分散の偏向系セルと、複数の四極電磁石を有する無
分散の直線部とを複数個接続して構成され、 前記直線部は、前記荷電粒子ビームの進行方向と直角の
方向に対するベータトロン関数の位相進みが180゜とな
るように構成されたことを特徴とする荷電粒子装置。 - 【請求項２】偏向系セルは、複数の偏向電磁石とこれら
偏向電磁石の間に配設された水平方向収束用四極電磁石
とからなる無分散偏向系と、この無分散偏向系の両端部
にそれぞれ配設されたチューン調整用四極電磁石ペアと
から構成されたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の荷電粒子装置。 - 【請求項３】チューン調整用四極電磁石ペアは、水平方
向収束用四極電磁石と、垂直方向収束用四極電磁石とか
ら構成されたことを特徴とする特許請求の範囲第２項記
載の荷電粒子装置。 - 【請求項４】１つの偏向系セルの円弧角度は、360゜の
整数分の１であることを特徴とする特許請求の範囲第１
項乃至第３項のいずれかに記載の荷電粒子装置。 - 【請求項５】１つの偏向系セルの円弧角度は、45゜又は
90゜であることを特徴とする特許請求の範囲第４項記載
の荷電粒子装置。 - 【請求項６】直線部が複数個連続して接続されたことを
特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第５項のいずれか
に記載の荷電粒子装置。 - 【請求項７】直線部に挿入型光源が配設されたことを特
徴とする特許請求の範囲第１項乃至第６項のいずれかに
記載の荷電粒子装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16514486A JPH07107879B2 (ja) | 1986-07-14 | 1986-07-14 | 荷電粒子装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16514486A JPH07107879B2 (ja) | 1986-07-14 | 1986-07-14 | 荷電粒子装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6321800A JPS6321800A (ja) | 1988-01-29 |
| JPH07107879B2 true JPH07107879B2 (ja) | 1995-11-15 |
Family
ID=15806724
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16514486A Expired - Lifetime JPH07107879B2 (ja) | 1986-07-14 | 1986-07-14 | 荷電粒子装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07107879B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63195199A (ja) * | 1987-02-05 | 1988-08-12 | Dowa Mining Co Ltd | ガリウム砒素結晶の製造方法 |
-
1986
- 1986-07-14 JP JP16514486A patent/JPH07107879B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6321800A (ja) | 1988-01-29 |
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