JPH0711998B2 - シンクロトロン放射源 - Google Patents

シンクロトロン放射源

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JPH0711998B2
JPH0711998B2 JP63015720A JP1572088A JPH0711998B2 JP H0711998 B2 JPH0711998 B2 JP H0711998B2 JP 63015720 A JP63015720 A JP 63015720A JP 1572088 A JP1572088 A JP 1572088A JP H0711998 B2 JPH0711998 B2 JP H0711998B2
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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、湾曲したコイル巻線の固定装置を備えたシ
ンクロトロン放射源に関する。
［従来の技術］ 粒子軌道に少なくとも一つの湾曲部分を備え、この部分
の中に、放射線案内室により囲まれた粒子軌道の両側に
置かれかつ真空容器を備えた少なくとも一つのクライオ
スタットの中に配置された超電導コイル巻線を備えた磁
石装置と、シンクロトロン放射線のための放射線案内室
の半径方向又は接線方向に外に向かって通じる少なくと
も一つの出口孔と、超電導コイル巻線を機械的に固定す
るための装置とを備えたシンクロトロン放射源は、ドイ
ツ連邦共和国特許出願公開第3530446号公報から知られ
ている。
シンクロトロンの中では周知のように、電子又は陽子の
ような荷電粒子が湾曲軌道上を周回し繰り返し加速経路
の高周波加速中空空間を貫いて導かれることにより、こ
れらの荷電粒子が高いエネルギーに加速される。その際
電子シンクロトロンでは電子が既にほぼ光速で加速経路
の中に導入される。従って回転周波数が一定でそのエネ
ルギーだけが変化する。シンクロトロン放射、すなわち
ほぼ光速で周回し磁石装置の磁場の中での偏向により円
形軌道上に保持される電子の相対性理論による放射線放
出が、平行な放射特性と大きい強度を有するＸ線を供給
する。このシンクロトロン放射は、集積回路の製造の際
に0.5μｍより小さいパターンの作成に適しているＸ線
リソグラフィのために有利に使用できる。その際λ＝0.
2ないし2nm程度の有効波長域の平行なＸ線が複写すべき
マスクに当たり、マスクの後ろにはほとんど間隔を設け
ず露光すべき半導体面が置かれている。
前記公報にはいわゆるレーストラック形の電子シンクロ
トロンの実施例が記載されており、この電子シンクロト
ロンは交互に直線のまた湾曲した軌道部分を備える粒子
軌道を持っている。その際曲率半径は遠心力と双極子磁
石装置の磁場の中でのローレンツの力との間の平衡によ
り決定され、双極子磁石装置はそれぞれ粒子軌道の両側
に湾曲して超電導コイル巻線を備えている。これらの各
磁石装置の中では個々の双極子コイル巻線が傾斜磁場コ
イルと共にクライオスタットの中に配置され、クライオ
スタットは電子が周回する真空引きされた放射線案内室
をも湾曲軌道部分の中で低温に保つ。加速経路の直線部
分には電子を加速経路に導入する電子入射器と電子の加
速のための装置とが付設されている。
シンクロトロン放射源のこの公知の実施例では、粒子軌
道の湾曲した各軌道部分の中の放射線案内室が、それぞ
れシンクロトロン放射のためのスリット形の出口孔を備
えている。それゆえに向かい合った超電導コイル巻線の
スリット形出口孔を押しつぶそうとするローレンツの力
を、Ｃ字形又はＵ字形の機械的な支持構造の脚により受
け止めなければならない。ローレンツの力の作用のもと
での相応の磁場ひずみを伴なうこれらの超電導コイル巻
線の変位を実際上防止しなければならないので、これら
の巻線の相応に高価な機械的な固定装置が不可欠であ
る。しかしこのことはスリット範囲では著しく困難であ
る。それで例えばドイツ連邦共和国特許第3511282号明
細書により、スリットを押しつぶす力が特別に予荷重を
加えたクランプ兼固定要素により相殺される。
［発明が解決しようとする課題］ この発明は、磁石装置の超電導双極子コイル巻線の比較
的簡単な固定がシンクロトロン放射の出口範囲で保証で
きるように、前記の種類のシンクロトロン放射源を改良
することを目的とする。
［課題を解決するための手段］ この目的はこの発明に基づき、磁石装置の周囲の外縁に
固定装置が、シンクロトロン放射のための出口孔より半
径方向に外に置かれ放射方向に対しほぼ垂直に働く少な
くとも一つの支持要素を有し、この支持要素がシンクロ
トロン放射に対して放射吸収体により覆われていること
により達成される。
［発明の効果］ 放射源のこの発明による構成によりもたらされる長所は
特に、放射線のための特にスリット形に形成された出口
孔の範囲で、又は放射線の相応の出口導孔の範囲で、高
価な支持構造を省略できるということにある。同時に比
較的簡単な方法で超電導巻線の保持と支持のための固定
装置の構造全体の高い機械的な剛性が得られる。それに
より組み立て高さ、冷却すべき質量及び極低温冷媒の蓄
えられた体積が減少できる。
この発明に基づくシンクロトロン放射源の有利な実施態
様は特許請求の範囲第２項以下に記載されている。
［実施例］ 次にこの発明に基づくシンクロトロン放射源の一実施例
の要部断面を示す図面により、この発明を詳細に説明す
る。
この発明に基づく放射源の構成では特にレーストラック
形の周知の実施例が出発点となっている（例えばドイツ
連邦共和国特許第3511282号明細書、ドイツ連邦共和国
特許出願公開第3530446号公報又は東京大学の「固体物
理学会誌」1984年９月、系列Ｂ、第21号、第１ページな
いし第29ページ掲載の文献「シンクロトロン放射のため
の超電導レーストラック形電子ストレージリング及び併
設の入射器マイクロトロン」参照）。
図面には、この発明に基づくシンクロトロン放射源の断
面が、磁石装置３を備え180°湾曲した粒子軌道２の範
囲で示されている。その曲率半径は符号Ｒにより示され
ている。磁石装置３は、粒子軌道２により固定されｘ−
ｙ−ｚ直角座標系のｘ−ｙ方向に存在する赤道面の両側
に、湾曲した超電導の各一つの双極子コイル巻線４又５
と、場合によっては更に例えば修正コイル巻線4aと5aの
ような補助的な超電導コイル巻線とを備えている。これ
らの超電導巻線は同一構成の上側及び下側の枠構造７又
は８の中に保持されるのが有利であり、これらの枠構造
は赤道面上で継ぎ合わされ、その際粒子軌道２を囲む放
射線案内室10を収容する。この真空引きされた案内室10
の中では粒子軌道２がほぼ方形の開口面11を貫いて延
び、開口面の中には十分な品質の双極子磁場Ｂが形成さ
れている。室10は半径方向又は接線方向に外に向かっ
て、矢印14により示されシンクロトロン放射のための出
口孔13を備え片側が開放された赤道上の出口室12へと移
行する。垂直なすなわちｚ方向に向かう広がりａを有す
る出口室は特にスリット形に形成でき、その際相応のス
リットが湾曲した粒子軌道部分の180°の円弧全体を形
成することができる。図示の実施例ではかかる出口室が
想定されている。
個々の超電導双極子コイル巻線４と５は周方向に回るコ
イル枠16の中に設けられ、これらのコイル枠は各枠構造
７又は８の上側又は下側の枠部分17又は18の中にはめ込
まれ、赤道のｘ−ｙ面に対し直角なｚ方向にボルト19に
より保持されている。その際巻線組み立てはコイル枠の
各溝底から赤道面の方向にも又は逆の方向にも行うこと
ができる。段付きに構成された各一つのクランプ部品21
又は22は一方では赤道面への各コイル縁の正確な間隙を
確保し、他方ではコイル枠16と枠部分17又は18との形状
結合により、半径方向に向かうローレンツの力を考慮し
て構造全体の剛性を高める。更にクランプ部品21と22は
ボルト23と24を用いて個々の巻線を圧縮することがで
き、従って超電導材料の常電導状態への早期の望ましく
ない移行、すなわち巻線のいわゆるクウェンチングに至
る磁石装置３の運転中における導体の運動を防止する。
このために各溝底で押圧桟37も用いられ、これらの押出
桟をボルト38を介して各巻線部分に向かって押すことが
できる。
枠構造７と８の枠部分17と18はダウエルピン25とボルト
26とを用いて、上側又は下側の各板要素28又は29上でそ
こにフライス切り込みされた溝の中に固定される。それ
により粒子軌道２に対する個々の超電導コイル巻線4,5
及び場合によっては4a,5aの非常に正確な位置決めが保
証される。
上側及び下側の枠構造７と８の力結合による組み立て
は、直接向かい合った垂直な力支持部の範囲でボルト31
とスタッド32とを用いて行われる。
磁石装置３の周囲の外縁ではシンクロトロン放射14のた
めのスリット形の出口孔13の範囲で、枠構造７又は８の
上側及び下側の板要素28と29が力を伝達するリング形の
荷重分散部材34と35に対してボルト36により固定されて
いる。これらの荷重分散部材34と35の相互に向かい合っ
た部分の間を貫いて、出口孔13を備えたスリット状の出
口室12が外に向かって延びている。その際荷重分散部材
34と35の間の従ってコイル巻線の間の相互の間隔と力支
持とが、特に柱状の少なくとも一つの支持要素40を介し
て保証される。この支持要素はこの発明に基づき図示さ
れていないクライオスタットの断熱性の真空の中で、出
口孔13の開口より半径方向外側に設けるべきである。荷
重分散部材34と35はクライオスタットの中で超電導コイ
ル巻線を冷却する液体ヘリウムを収容するための低温の
ヘリウム容器42の一部を形成するので、荷重分散部材の
間に延びる支持要素40もほぼこの温度になっている。
従って枠構造7,8と力を伝達する荷重分散部材34,35と少
なくとも一つの支持要素40とから構成された機械的な固
定装置を用いて、赤道面の両側に設けられた超電導コイ
ル巻線の比較的簡単なかつ確実な支持と保持とが保証で
きる。その際巻線の垂直なローレンツの力は、スタッド
44を介して相応の枠構造７又は８の上側及び下側の各板
要素28又は29に伝達できる。すなわち機械的な固定装置
のこの発明に基づく構成では、垂直な力が短い経路で外
側に設けられた低温の少なくとも一つの支持要素40を介
して支えられる。
その際出口孔13から放出されるシンクロトロン放射14が
著しく妨げられるおそれはない。なぜならば一つの又は
少数のかかる支持要素による十分な支持に対しては比較
的小さい所要面積しか要らないからである。従ってシン
クロトロン放射のここを通って導出すべき出力部分は全
体の放射のほんの一部にすぎない。
シンクロトロン放射14の少なくとも一つの支持要素40に
衝突する部分は放射吸収体46により捕えるのが有利あ
り、この放射吸収体は冷却されるのが合目的である。そ
のために望ましくは極低温の冷媒として液体窒素を考慮
することができ、液体窒素は吸収体の相応の冷媒流路47
を通って導かれる。図示の実施例によれば吸収体は支持
要素40を管状に囲むことができる。吸収体はシンクロト
ロン放射に向かう側のその側面上に放射線を吸収する防
護壁48を有し、この防護壁は例えば銅のような良伝熱性
の材料から構成されるのが有利である。
更に図から分かるように、機械的な固定装置のこの発明
に基づく実施例は枠構造７と８の両板要素28と29で比較
的小さい半径方向の支持スパンｗを保証する。このこと
はこれら板要素に小さい板厚を必要とするにすぎず、従
って磁石装置３の全組み立て高さが制限されるという結
果をもたらす。それにより磁石装置の冷却すべき質量も
有利に相応に小さく保つことができる。
かかる構造の別の長所は、磁石装置の図示されていない
つり下げ要素と位置決め要素とを同様に図示されていな
い真空容器の内部で荷重分散部材34と35のすぐそばに、
従って超電導コイル巻線のすぐそばに置くことができる
ということである。このことは粒子軌道のための巻線の
相応に高い位置精度をもたらし、かつヘリウム容器の蓋
範囲及び底範囲における薄い容器壁の採用を可能にす
る。
【図面の簡単な説明】
図面はこの発明に基づくシンクロトロン放射源の一実施
例の要部縦断面図である。 ２……粒子軌道、３……磁石装置、4,4a,5,5a……超電
導コイル巻線、7,8……枠構造、10……放射線案内室、1
3……出口孔、14……シンクロトロン放射、16……コイ
ル枠、17,18……枠部分、21,22……クランプ部品、28,2
9……板要素、40……支持要素、42……容器、46……放
射吸収体、47……冷却流路、48……防護壁。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】粒子軌道に少なくとも一つの湾曲部分を備
    え、この部分の中に、放射線案内室により囲まれた粒子
    軌道の両側に置かれかつ真空容器を備えた少なくとも一
    つのクライオスタットの中に配置された超電導コイル巻
    線を備えた磁石装置と、シンクロトロン放射線のための
    放射線案内室の半径方向又は接線方向に外に向かって通
    じる少なくとも一つの出口孔と、超電導コイル巻線を機
    械的に固定するための装置とを備えたシンクロトロン放
    射源において、磁石装置（３）の周囲の外縁に固定装置
    が、シンクロトロン放射（14）のための出口孔（13）よ
    り半径方向に外に置かれ放射方向に対しほぼ垂直に働く
    少なくとも一つの支持要素（40）を有し、この支持要素
    がシンクロトロン放射（14）に対して放射吸収体（46）
    により覆われていることを特徴とするシンクロトロン放
    射源。
  2. 【請求項２】少なくとも一つの支持要素（40）がクライ
    オスタットの真空容器の内部に配置されていることを特
    徴とする特許請求の範囲第１項記載の放射源。
  3. 【請求項３】少なくとも一つの支持要素（40）が、超電
    導コイル巻線（4,5,4a,5a）を冷却する極低温媒体を収
    容するための容器（42）に熱的に結合されていることを
    特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の放射
    源。
  4. 【請求項４】少なくとも一つの支持要素（40）が柱状に
    形成されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
    ないし第３項のいずれか１項に記載の放射源。
  5. 【請求項５】機械的な固定装置が少なくともほぼ同一構
    成の二つの枠構造（7,8）を有し、これらの枠構造がシ
    ンクロトロン放射（14）により決定される放射面（赤道
    面）上で継ぎ合わされていることを特徴とする特許請求
    の範囲第１項ないし第４項のいずれか１項に記載の放射
    源。
  6. 【請求項６】枠構造（7,8）が、超電導コイル巻線（４
    または５）を収容するコイル枠（16）と、コイル巻線を
    コイル枠の中に機械的に固定するクランプ部品（21,2
    2）とを有する枠部分（17又は18）を備えていることを
    特徴とする特許請求の範囲第５項記載の放射源。
  7. 【請求項７】枠構造（7,8）がそれぞれ板要素（28又は2
    9）に結合され、その際これらの板要素（28,29）がその
    周囲の外縁で、少なくとも一つの支持要素（40）を介し
    て互いに支えられることを特徴とする特許請求の範囲第
    １項ないし第６項のいずれか１項に記載の放射源。
  8. 【請求項８】少なくともシンクロトロン放射（14）の衝
    突する範囲にある放射吸収体（46）が良伝熱性の材料
    （防護壁48）から成ることを特徴とする特許請求の範囲
    第１項ないし第７項のいずれか１項に記載の放射源。
  9. 【請求項９】放射吸収体（46）が補助的に冷却されるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第８項記載の放射源。
  10. 【請求項１０】放射吸収体（46）が液体窒素のような極
    低温媒体のための管状の冷却流路（47）として構成され
    ていることを特徴とする特許請求の範囲第９項記載の放
    射源。
JP63015720A 1987-01-28 1988-01-25 シンクロトロン放射源 Expired - Lifetime JPH0711998B2 (ja)

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