JPH07123080B2 - 荷電粒子加速・蓄積装置 - Google Patents
荷電粒子加速・蓄積装置Info
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- JPH07123080B2 JPH07123080B2 JP63213220A JP21322088A JPH07123080B2 JP H07123080 B2 JPH07123080 B2 JP H07123080B2 JP 63213220 A JP63213220 A JP 63213220A JP 21322088 A JP21322088 A JP 21322088A JP H07123080 B2 JPH07123080 B2 JP H07123080B2
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- Japan
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- electromagnet
- vacuum chamber
- quadrupole
- charged particles
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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、例えばシンクロトロン放射光発生等に用い
られる荷電粒子加速・蓄積装置に関するものである。
られる荷電粒子加速・蓄積装置に関するものである。
第４図は米国ブリツクヘブン国立研究所で開かれたＸ線
リソグラフイの為の放射光に関する第２回ワークシヨツ
プのレポート（「REPORT OF THE SECOND WORKSHOP ON S
YNCHROTRON RADIATION SOURCES FOR X-RAY LITHOGRAPH
Y,BNL 38 789 INFORMAL REPORT」）に示されている従来
の荷電粒子加速・蓄積装置を示す構成図である。図にお
いて、（１）は荷電粒子を曲げ且つ集束させる磁場勾配
を持たせた偏向電磁石で、例えば超電導偏向電磁石、
（２）は荷電粒子を集束させるための四極電磁石、
（３）は荷電粒子を加速するための高周波加速空洞、
（４）は荷電粒子の通過領域流域を真空にするための管
状の真空槽、（５）は放射光を取り出すためのポートで
ある。
リソグラフイの為の放射光に関する第２回ワークシヨツ
プのレポート（「REPORT OF THE SECOND WORKSHOP ON S
YNCHROTRON RADIATION SOURCES FOR X-RAY LITHOGRAPH
Y,BNL 38 789 INFORMAL REPORT」）に示されている従来
の荷電粒子加速・蓄積装置を示す構成図である。図にお
いて、（１）は荷電粒子を曲げ且つ集束させる磁場勾配
を持たせた偏向電磁石で、例えば超電導偏向電磁石、
（２）は荷電粒子を集束させるための四極電磁石、
（３）は荷電粒子を加速するための高周波加速空洞、
（４）は荷電粒子の通過領域流域を真空にするための管
状の真空槽、（５）は放射光を取り出すためのポートで
ある。
真空槽（４）は対向する直線部と対向する曲線部を有
し、荷電粒子が内部を周回するものである。この例では
超電導偏向電磁石（１）は真空槽（４）の曲線部にそれ
ぞれ１個ずつ配設され、四極電磁石（２）は真空槽
（４）の直線部にそれぞれ３個ずつ配設されている。
し、荷電粒子が内部を周回するものである。この例では
超電導偏向電磁石（１）は真空槽（４）の曲線部にそれ
ぞれ１個ずつ配設され、四極電磁石（２）は真空槽
（４）の直線部にそれぞれ３個ずつ配設されている。
この装置は、ビームエネルギが0.6GeV程度のものであ
り、大きさの一例を示すと、直線部の長さla＝2.9m、四
極電磁石間の長さlb＝1.1m、真空槽の縦の長さlc＝1.78
84m、真空槽の横の長さld＝4.6884mのものである。
り、大きさの一例を示すと、直線部の長さla＝2.9m、四
極電磁石間の長さlb＝1.1m、真空槽の縦の長さlc＝1.78
84m、真空槽の横の長さld＝4.6884mのものである。
次に動作について説明する。第４図には図示されていな
いが、実際には荷電粒子を入射するためにセプタム電磁
石とキツカー電磁石と呼ばれる２台の電磁石が四極電磁
石（２）の間の直線部に設置される。それらの電磁石を
使って入射された荷電粒子は偏向電磁石（１）で曲げら
れ且つ集束され、更に四極電磁石（２）でも集束されて
真空槽（４）内を安定に周回する。その後、荷電粒子は
高周波加速空洞（３）で加速されエネルギーを上げて行
く。エネルギーの上昇とともに偏向電磁石（１）と四極
電磁石（２）の磁場強度も上げる。最終エネルギーに達
した後は、偏向電磁石（１）と四極電磁石（２）の磁場
強度は一定にする。荷電粒子は偏向電磁石（１）を通過
する際にポート（５）から放射光を出してエネルギーを
失うが、高周波加速空洞（３）で損失エネルギーは補給
されるため、荷電粒子は長時間真空槽（４）内を周回し
続け放射光を供給する。
いが、実際には荷電粒子を入射するためにセプタム電磁
石とキツカー電磁石と呼ばれる２台の電磁石が四極電磁
石（２）の間の直線部に設置される。それらの電磁石を
使って入射された荷電粒子は偏向電磁石（１）で曲げら
れ且つ集束され、更に四極電磁石（２）でも集束されて
真空槽（４）内を安定に周回する。その後、荷電粒子は
高周波加速空洞（３）で加速されエネルギーを上げて行
く。エネルギーの上昇とともに偏向電磁石（１）と四極
電磁石（２）の磁場強度も上げる。最終エネルギーに達
した後は、偏向電磁石（１）と四極電磁石（２）の磁場
強度は一定にする。荷電粒子は偏向電磁石（１）を通過
する際にポート（５）から放射光を出してエネルギーを
失うが、高周波加速空洞（３）で損失エネルギーは補給
されるため、荷電粒子は長時間真空槽（４）内を周回し
続け放射光を供給する。
荷電粒子を集束する働きの四極電磁石（２）は真空槽
（４）の直線部に３個ずつ設けられている。この理由の
１つとして、周回する荷電粒子のビームサイズが最大と
なる場所が、偏向電磁石（１）の中に入らないようにす
ることが上げられる。
（４）の直線部に３個ずつ設けられている。この理由の
１つとして、周回する荷電粒子のビームサイズが最大と
なる場所が、偏向電磁石（１）の中に入らないようにす
ることが上げられる。
従来の荷電粒子加速・蓄積装置は以上のように構成され
ているが、四極電磁石（２）が複数で構成されているた
めに直線部が長くなる上に、荷電粒子入射に必要なセプ
タム電磁石の設置を考慮すると更に長くなつて装置が大
型になつてしまうという問題点があつた。また、四極電
極石（２）が偏向電磁石（１）に近すぎ、偏向電磁石
（１）の漏れ磁場の影響を強く受けるため、その対策が
難しい等の問題点があつた。
ているが、四極電磁石（２）が複数で構成されているた
めに直線部が長くなる上に、荷電粒子入射に必要なセプ
タム電磁石の設置を考慮すると更に長くなつて装置が大
型になつてしまうという問題点があつた。また、四極電
極石（２）が偏向電磁石（１）に近すぎ、偏向電磁石
（１）の漏れ磁場の影響を強く受けるため、その対策が
難しい等の問題点があつた。
この発明は上記のような従来のものの問題点を解決する
ためになされたもので、直線部を短かくでき、小型で安
価な荷電粒子加速・蓄積装置を実現することを目的とし
ている。
ためになされたもので、直線部を短かくでき、小型で安
価な荷電粒子加速・蓄積装置を実現することを目的とし
ている。
この発明に係る荷電粒子加速・蓄積装置は、対向する直
線部と対向する曲線部により荷電粒子の周回路を構成す
る管状の真空層、荷電粒子を集束させる磁場勾配を有
し、真空槽の曲線部のそれぞれに配設される偏向電磁
石、及び真空槽の直線部のそれぞれに配設される１個の
四極電極石を備え、四極電磁石を、極性が同じものと
し、真空槽の直線部の中央よりずれた位置に配設したも
のである。
線部と対向する曲線部により荷電粒子の周回路を構成す
る管状の真空層、荷電粒子を集束させる磁場勾配を有
し、真空槽の曲線部のそれぞれに配設される偏向電磁
石、及び真空槽の直線部のそれぞれに配設される１個の
四極電極石を備え、四極電磁石を、極性が同じものと
し、真空槽の直線部の中央よりずれた位置に配設したも
のである。
〔作用〕 この発明における四極電磁石は直線部に１個だけ配設さ
れており、直線部が短くなる。また、直線部に配設され
るセプタム電磁石の設計が比較的容易になり、さらに、
四極電磁石を偏向電磁石から遠ざけることができるの
で、四極電磁石の偏向電磁石による漏れ磁場対策が容易
になる。このため荷電粒子加速・蓄積装置が小型で且つ
安価にできる。
れており、直線部が短くなる。また、直線部に配設され
るセプタム電磁石の設計が比較的容易になり、さらに、
四極電磁石を偏向電磁石から遠ざけることができるの
で、四極電磁石の偏向電磁石による漏れ磁場対策が容易
になる。このため荷電粒子加速・蓄積装置が小型で且つ
安価にできる。
以下、この発明の一実施例による荷電粒子加速・蓄積装
置について第１図をもとに説明する。図において、
（１）は荷電粒子を曲げ且つ集束させる磁場勾配を持た
せた偏向電磁石で、例えば荷電粒子を垂直方向に集束さ
せる作用が得られる磁場勾配を有する超電導偏向電磁
石、（２）は荷電粒子を集束させるための四極電磁石
で、荷電粒子を水平方向に集束させる四極電磁石、
（３）は荷電粒子を加速するための高周波加速空洞、
（４）は荷電粒子の通過領域である周回路を真空にする
ための真空槽、（５）は放射光を取り出すためのポー
ト、（６）は荷電粒子を入射するためのセプタム電磁
石、（７）はセプタム・コイル、（８）は荷電粒子を入
射するためのキツカー電磁石、（９）はビーム軸であ
る。第２図はビーム軸に垂直な面内における偏向電磁石
（１）のコイルと真空槽（４）の断面図であり、（10）
は荷電粒子を曲げるためのビーム軸に垂直な平面内で平
坦な磁場分布を作り出す偏向主コイル、（11）は同平面
内で四極成分を作り出すためのシムコイルで、荷電粒子
を垂直方向に集束するような磁場勾配を作り出してい
る。
置について第１図をもとに説明する。図において、
（１）は荷電粒子を曲げ且つ集束させる磁場勾配を持た
せた偏向電磁石で、例えば荷電粒子を垂直方向に集束さ
せる作用が得られる磁場勾配を有する超電導偏向電磁
石、（２）は荷電粒子を集束させるための四極電磁石
で、荷電粒子を水平方向に集束させる四極電磁石、
（３）は荷電粒子を加速するための高周波加速空洞、
（４）は荷電粒子の通過領域である周回路を真空にする
ための真空槽、（５）は放射光を取り出すためのポー
ト、（６）は荷電粒子を入射するためのセプタム電磁
石、（７）はセプタム・コイル、（８）は荷電粒子を入
射するためのキツカー電磁石、（９）はビーム軸であ
る。第２図はビーム軸に垂直な面内における偏向電磁石
（１）のコイルと真空槽（４）の断面図であり、（10）
は荷電粒子を曲げるためのビーム軸に垂直な平面内で平
坦な磁場分布を作り出す偏向主コイル、（11）は同平面
内で四極成分を作り出すためのシムコイルで、荷電粒子
を垂直方向に集束するような磁場勾配を作り出してい
る。
従来例と同様、真空槽（４）は対向する直線部と対向す
る曲線部を有し、荷電粒子が内部を周回するものである
が、四極電磁石（２）は極性が同じで、どちらも荷電粒
子を水平方向に集束させるものとし、真空槽（４）の直
線部に１個配設されている。さらに四極電磁石（２）は
直線部の中央よりずらした場所に位置させている。
る曲線部を有し、荷電粒子が内部を周回するものである
が、四極電磁石（２）は極性が同じで、どちらも荷電粒
子を水平方向に集束させるものとし、真空槽（４）の直
線部に１個配設されている。さらに四極電磁石（２）は
直線部の中央よりずらした場所に位置させている。
この実施例は、ビームエネルギが0.8GeV程度のものであ
り、大きさは例えばそれぞれ直線部の長さLa＝2.75m、
一方の偏向電磁石（１）から四極電磁石（２）までの長
さLb＝1.75m、四極電磁石（２）の巾Lc＝0.2mとしてい
る。
り、大きさは例えばそれぞれ直線部の長さLa＝2.75m、
一方の偏向電磁石（１）から四極電磁石（２）までの長
さLb＝1.75m、四極電磁石（２）の巾Lc＝0.2mとしてい
る。
次に動作について説明する。荷電粒子はセプタム電磁石
（６）で曲げられて真空槽（４）に入射されるが、その
ままでは荷電粒子は数回転後には必ず元の位置に戻つて
来るためセプタム・コイル（７）に当たつて消滅してし
まう。そのため入射された荷電粒子はキツカー電磁石
（８）で軌道を変えられ、セプタム・コイル（７）に当
たらないようにされる。これにより、入射された荷電粒
子は偏向電磁石（１）で曲げられ且つ集束され、更に四
極電磁石（２）でも集束されて真空槽（４）内を安定に
周回する。その後、荷電粒子は高周波加速空洞（３）で
加速されてエネルギーを上げて行く。エネルギーの上昇
とともに偏向電磁石（１）と四極電磁石（２）の磁場強
度も上げる。最終エネルギーに達した後は、偏向電磁石
（１）と四極電磁石（２）の磁場強度は一定にする。荷
電粒子は偏向電磁石（１）を通過する際にポート（５）
より放射光を出してエネルギーを失うが、高周波加速空
洞（３）で損失エネルギーは補給されるため、荷電粒子
は長時間真空槽（４）内を周回し続け放射光を供給す
る。このように動作は従来装置と同様である。
（６）で曲げられて真空槽（４）に入射されるが、その
ままでは荷電粒子は数回転後には必ず元の位置に戻つて
来るためセプタム・コイル（７）に当たつて消滅してし
まう。そのため入射された荷電粒子はキツカー電磁石
（８）で軌道を変えられ、セプタム・コイル（７）に当
たらないようにされる。これにより、入射された荷電粒
子は偏向電磁石（１）で曲げられ且つ集束され、更に四
極電磁石（２）でも集束されて真空槽（４）内を安定に
周回する。その後、荷電粒子は高周波加速空洞（３）で
加速されてエネルギーを上げて行く。エネルギーの上昇
とともに偏向電磁石（１）と四極電磁石（２）の磁場強
度も上げる。最終エネルギーに達した後は、偏向電磁石
（１）と四極電磁石（２）の磁場強度は一定にする。荷
電粒子は偏向電磁石（１）を通過する際にポート（５）
より放射光を出してエネルギーを失うが、高周波加速空
洞（３）で損失エネルギーは補給されるため、荷電粒子
は長時間真空槽（４）内を周回し続け放射光を供給す
る。このように動作は従来装置と同様である。
ところが、この発明では四極電磁石（２）が全体で２個
に減つたために、直線部は短くなり、装置は小型になつ
た。また、四極電磁石（２）を直線部中心よりずらして
置いたために、セプタム電磁石（６）の設置場所が広く
なり、その設計が容易となる。更に、四極電磁石（２）
を従来より偏向電磁石（１）から遠い場所に配設でき、
偏向電磁石（１）の漏れ磁場の影響を軽減できその対策
が容易になつた。更に広くなつた偏向電磁石（１）と四
極電磁石（２）との間にビーム・モニター等を容易に設
置できるようになつた。上記実施例と従来例と比較して
表に示す。表から明らかなように、ビームエネルギは大
きいものでも、装置自体は小型になつている。さらに四
極電磁石（２）と偏向電磁石（１）の間の距離は表のよ
うに長く構成することができる。
に減つたために、直線部は短くなり、装置は小型になつ
た。また、四極電磁石（２）を直線部中心よりずらして
置いたために、セプタム電磁石（６）の設置場所が広く
なり、その設計が容易となる。更に、四極電磁石（２）
を従来より偏向電磁石（１）から遠い場所に配設でき、
偏向電磁石（１）の漏れ磁場の影響を軽減できその対策
が容易になつた。更に広くなつた偏向電磁石（１）と四
極電磁石（２）との間にビーム・モニター等を容易に設
置できるようになつた。上記実施例と従来例と比較して
表に示す。表から明らかなように、ビームエネルギは大
きいものでも、装置自体は小型になつている。さらに四
極電磁石（２）と偏向電磁石（１）の間の距離は表のよ
うに長く構成することができる。
また、四極電磁石（２）を真空槽（４）の直線部の中央
部よりずらして配設しているため、周回する荷電粒子の
ブームサイズが最大となる場所が、偏向電磁石（１）の
中に入つてしまうのをある程度防ぐことができる。ま
た、このような構成では、周回軌道を考慮した場合、直
線部の四極電磁石の数を減らしても、偏向電磁石（垂直
方向に集束）、四極電磁石（水平方向に集束）、偏向電
磁石（垂直方向に集束）、四極電磁石（水平方向に集
束）となり、従来と同様、２周期構造を構成している。
従って、偏向電磁石内での荷電粒子ビームの大きさが同
じになるのでビーム利用が容易である。また、狭い範囲
内で荷電粒子を集束及び発散できるので、安定に運転で
きる。
部よりずらして配設しているため、周回する荷電粒子の
ブームサイズが最大となる場所が、偏向電磁石（１）の
中に入つてしまうのをある程度防ぐことができる。ま
た、このような構成では、周回軌道を考慮した場合、直
線部の四極電磁石の数を減らしても、偏向電磁石（垂直
方向に集束）、四極電磁石（水平方向に集束）、偏向電
磁石（垂直方向に集束）、四極電磁石（水平方向に集
束）となり、従来と同様、２周期構造を構成している。
従って、偏向電磁石内での荷電粒子ビームの大きさが同
じになるのでビーム利用が容易である。また、狭い範囲
内で荷電粒子を集束及び発散できるので、安定に運転で
きる。
なお、上記実施例では偏向電磁石（１）の磁場分布に四
極成分を持たせるためにシムコイル（11）を使つたが、
偏向主コイル（10）を第３図に示す様に真空槽（４）の
周回路の外側に開くような配置とすることにより、シム
コイル（11）を使わずに四極成分を作り出すことができ
る。更に鉄心磁極面を真空槽（４）に近づけ、磁極面を
周回路の外側に開くような構造としても、四極成分を作
り出す効果が期待でき、それとシムコイル（11）、或は
第３図に示すような偏向主コイル（10）との組合せによ
つても、同様の効果が得られる。また、磁場分布が四極
成分を持つものでなくてもよい。
極成分を持たせるためにシムコイル（11）を使つたが、
偏向主コイル（10）を第３図に示す様に真空槽（４）の
周回路の外側に開くような配置とすることにより、シム
コイル（11）を使わずに四極成分を作り出すことができ
る。更に鉄心磁極面を真空槽（４）に近づけ、磁極面を
周回路の外側に開くような構造としても、四極成分を作
り出す効果が期待でき、それとシムコイル（11）、或は
第３図に示すような偏向主コイル（10）との組合せによ
つても、同様の効果が得られる。また、磁場分布が四極
成分を持つものでなくてもよい。
なお、上記実施例ではキツカー電磁石（８）を第１図に
示す位置に設置したが、他の場所でもよい。
示す位置に設置したが、他の場所でもよい。
また、偏向電磁石（１）は超電導偏向電磁石でなくても
よい。
よい。
以上のように、この発明によれば、対向する直線部と対
向する曲線部により荷電粒子の周回路を構成する管状の
真空槽、荷電粒子を集束させる磁場勾配を有し、真空槽
の曲線部のそれぞれに配設される偏向電磁石、及び真空
槽の直線部のそれぞれに配設される１個の四極電磁石を
備え、四極電磁石を、極性が同じものとし、真空槽の直
線部の中央よりずれた位置に配設したことにより、真空
槽の直線部を短くでき、また四極電磁石の偏向電磁石に
よる漏れ磁場対策が容易となり、さらにセプタム電磁石
の設計が比較的容易になる。このため、小型で安価で、
さらに信頼性を向上することのできる荷電粒子加速・蓄
積装置が得られる効果がある。
向する曲線部により荷電粒子の周回路を構成する管状の
真空槽、荷電粒子を集束させる磁場勾配を有し、真空槽
の曲線部のそれぞれに配設される偏向電磁石、及び真空
槽の直線部のそれぞれに配設される１個の四極電磁石を
備え、四極電磁石を、極性が同じものとし、真空槽の直
線部の中央よりずれた位置に配設したことにより、真空
槽の直線部を短くでき、また四極電磁石の偏向電磁石に
よる漏れ磁場対策が容易となり、さらにセプタム電磁石
の設計が比較的容易になる。このため、小型で安価で、
さらに信頼性を向上することのできる荷電粒子加速・蓄
積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による荷電粒子加速・蓄積
装置を示す構成図、第２図はこの発明の一実施例に係る
偏向電磁石のコイルと真空槽を示す断面図、第３図はこ
の発明の他の実施例に係る偏向電磁石のコイルと真空槽
を示す断面図、第４図は従来の荷電粒子加速・蓄積装置
を示す構成図である。 （１）は偏向電磁石、（２）は四極電磁石、（４）は真
空槽、である。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
装置を示す構成図、第２図はこの発明の一実施例に係る
偏向電磁石のコイルと真空槽を示す断面図、第３図はこ
の発明の他の実施例に係る偏向電磁石のコイルと真空槽
を示す断面図、第４図は従来の荷電粒子加速・蓄積装置
を示す構成図である。 （１）は偏向電磁石、（２）は四極電磁石、（４）は真
空槽、である。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
Claims (1)
- 【請求項１】対向する直線部と対向する曲線部により荷
電粒子の周回路を構成する管状の真空槽、上記荷電粒子
を集束される磁場勾配を有し、上記真空槽の曲線部のそ
れぞれに配設される偏向電磁石、及び上記真空槽の直線
部のそれぞれに配設される１個の四極電磁石を備え、上
記四極電磁石を極性が同じものとし、上記真空槽の直線
部の中央よりずれた位置にそれぞれ配設することを特徴
とする荷電粒子加速・蓄積装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63213220A JPH07123080B2 (ja) | 1988-08-26 | 1988-08-26 | 荷電粒子加速・蓄積装置 |
| GB8918872A GB2223350B (en) | 1988-08-26 | 1989-08-18 | Device for accelerating and storing charged particles |
| DE3928037A DE3928037C2 (de) | 1988-08-26 | 1989-08-24 | Vorrichtung zum Beschleunigen und Speichern von geladenen Teilchen |
| US07/398,419 US5117194A (en) | 1988-08-26 | 1989-08-25 | Device for accelerating and storing charged particles |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63213220A JPH07123080B2 (ja) | 1988-08-26 | 1988-08-26 | 荷電粒子加速・蓄積装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0262000A JPH0262000A (ja) | 1990-03-01 |
| JPH07123080B2 true JPH07123080B2 (ja) | 1995-12-25 |
Family
ID=16635523
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63213220A Expired - Fee Related JPH07123080B2 (ja) | 1988-08-26 | 1988-08-26 | 荷電粒子加速・蓄積装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07123080B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5495897A (en) * | 1978-01-13 | 1979-07-28 | Hidetsugu Ikegami | Method and device for accelerating or storing particles by using electrical current sheet magnet |
| JPS62170200A (ja) * | 1986-01-22 | 1987-07-27 | 三菱電機株式会社 | 電子蓄積リング |
-
1988
- 1988-08-26 JP JP63213220A patent/JPH07123080B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0262000A (ja) | 1990-03-01 |
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