JPH0785439B2 - Bending electromagnet - Google Patents

Bending electromagnet

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JPH0785439B2
JPH0785439B2 JP62058943A JP5894387A JPH0785439B2 JP H0785439 B2 JPH0785439 B2 JP H0785439B2 JP 62058943 A JP62058943 A JP 62058943A JP 5894387 A JP5894387 A JP 5894387A JP H0785439 B2 JPH0785439 B2 JP H0785439B2
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duct
vacuum duct
deflection
collar
vacuum
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穣治 中田
東亜 早坂
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、荷電粒子を閉軌道上で回転させて加速あるい
は蓄積する荷電粒子加速蓄積装置としての蓄積リングに
おける超電導偏向電磁石の構造に関するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a structure of a superconducting deflection electromagnet in a storage ring as a charged particle accelerating and accumulating device for accelerating or accumulating charged particles by rotating them on a closed orbit. is there.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来のシンクロトロンや蓄積リングは高エネルギー物理
実験(主に電子と陽電子,陽子と反陽子との衝突実験に
よる素粒子の相互作用および新粒子の発見等のための実
験)のために製作されており、概して大型であった(直
径数十m〜数十km)。このように従来の加速器は大型
で、多数の偏向電磁石から構成されており、個々の偏向
電磁石はほぼ直線状の構造であった。
Conventional synchrotrons and storage rings are manufactured for high-energy physics experiments (mainly experiments for interaction of elementary particles and collisions of electrons and positrons, protons and antiprotons, and discovery of new particles). And was generally large (tens of meters to tens of kilometers in diameter). As described above, the conventional accelerator is large in size and is composed of a large number of deflection electromagnets, and each deflection electromagnet has a substantially linear structure.

これに対して、最近、電子あるいは陽電子が周回する時
に放出されるSOR光を光電子分光等の表面分析や半導体L
SIを製造する時のX線リソグラフィー用光源として利用
することが注目されている。これら半導体産業にこのSO
R光源が導入されるためには、従来よりも小型で専用に
設計された蓄積リングが必要となる。このため世界中で
蓄積リングを小型化しようとする試みが行なわれてい
る。
On the other hand, recently, SOR light emitted when electrons or positrons orbit is used for surface analysis such as photoelectron spectroscopy or semiconductor L
Attention has been paid to its use as a light source for X-ray lithography when manufacturing SI. In this semiconductor industry this SO
The introduction of the R light source requires a storage ring that is smaller and designed specifically than before. For this reason, attempts are being made worldwide to reduce the size of storage rings.

小型化の1つの有力な方向は、偏向電磁石を超電導化
し、1つの偏向電磁石で180度電子を偏向し、電子の軌
道半径を数十cm程度のオーダにする方向である。これ
は、例えば「ホイバーガ著,固体工学,93頁,1986,2月
(A.Heuberger,Solid State Technology,p.93,February
1986)」に記載されている。
One effective direction for downsizing is to make the deflection electromagnet superconducting and deflect one electron by 180 degrees so that the orbit radius of the electron is on the order of several tens of centimeters. This is described, for example, in “Heuberga, Solid State Engineering, p. 93, 1986, February (A. Heuberger, Solid State Technology, p. 93, February.
1986) ”.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

しかし、均一な磁場を電子の通る軌道軸に沿ってそれに
垂直な平面の広い領域に確保し、なおかつSOR光を取り
出すことを可能とした具体的な磁石構造は未だ実現され
ていない。
However, a specific magnet structure that secures a uniform magnetic field in a wide area of a plane perpendicular to the orbital axis through which electrons pass and at the same time can extract SOR light has not yet been realized.

また、従来の超電導偏向電磁石は上記素粒子実験用に製
作されており、構造も直線状でSOR光取出し用のスペー
スのない、いわゆるcosθ巻きのコイル構造である。こ
のため、コイル電磁力を支持し外部からの熱侵入を防ぐ
カラーおよびクライオスタット(断熱容器)もすべてコ
イル全体を包み込む構造になっており、SOR光取出し用
の空間を自由にとることができない構造になっている。
また、真空系は室温ではないので、真空ダクトの組立て
・取外しが容易にできない。
Further, the conventional superconducting bending electromagnet is manufactured for the above-mentioned elementary particle experiment, and has a so-called cos θ winding coil structure with a linear structure and no space for SOR light extraction. For this reason, the collar and cryostat (insulating container) that support the electromagnetic force of the coil and prevent heat from entering from the outside are all wrapped around the entire coil, and the space for SOR light extraction cannot be taken freely. Has become.
Also, since the vacuum system is not at room temperature, the vacuum duct cannot be easily assembled and removed.

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、カラーおよびクライオスタット
の構造に関して、SOR光取出し用の空間を自由にとるこ
とができ、真空系を室温にしてその組立て・取外しが容
易にでき、半導体産業用に適する小型化したSOR露光装
置を提供することにある。
The present invention has been made in view of such a point, and the purpose thereof is, regarding the structure of the collar and the cryostat, a space for SOR light extraction can be freely set, and the vacuum system is set to room temperature. An object of the present invention is to provide a miniaturized SOR exposure apparatus that can be easily assembled and removed and is suitable for the semiconductor industry.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

このような目的を達成するために本発明は、真空ダクト
の水平断面がほぼ扇系の形状を有する荷電粒子加速装置
の偏向電磁石において、真空ダクトを挟んで上下に一対
以上設けられた、真空ダクトに偏向磁場を発生させるた
めに真空ダクトに沿った内側と外側に反対方向の電流が
流れるようにループを形成した励磁コイルと、真空ダク
ト及びこのダクトに接続されるSOR光取出しパイプを包
むように設けられた、上下の励磁コイルを支え非磁性材
料で一体的に形成されたカラー及びこのカラーを取り囲
む断熱容器とを有し、このカラー及び断熱容器の真空ダ
クトに沿った垂直断面が、上記ダクト及び取出しパイプ
のはめ込み・取出しが自在なようにダクトの外側に開い
た溝を有するコの字形で、ダクト及び取出しパイプを溝
中に設置するようにしたものである。
In order to achieve such an object, the present invention provides a bending electromagnet of a charged particle accelerator in which the horizontal cross section of the vacuum duct is substantially fan-shaped, and a pair of vacuum ducts are provided above and below the vacuum duct. To enclose the vacuum duct and the SOR light extraction pipe connected to this duct, in which a loop is formed so that currents in opposite directions flow inside and outside along the vacuum duct in order to generate a deflection magnetic field. And a heat insulating container surrounding the collar integrally formed with a non-magnetic material that supports the upper and lower exciting coils, and a vertical cross section along the vacuum duct of the collar and the heat insulating container is U-shaped with a groove open to the outside of the duct so that the extraction pipe can be fitted and removed freely, so that the duct and the extraction pipe can be installed in the groove. Those were.

〔作用〕[Action]

本発明に係わる偏向電磁石においては、真空ダクトへの
アクセスが容易である。
In the bending electromagnet according to the present invention, the vacuum duct can be easily accessed.

〔実施例〕〔Example〕

まず、本発明の特徴について述べる。本発明は、荷電粒
子を1個あるいは複数のコイルの偏向電磁石により電子
を180度偏向させ、軌道半径も数十cm程度と小さくし、
従来の円形加速蓄積装置よりも大幅に小型化することを
可能としたコイル配置構造により、超電導コイルを支持
するカラーおよび熱浸入を防ぐクライオスタットの構造
を、SOR光取出し用の領域を確保した上で荷電粒子の通
過する真空ダクトへのアクセスも容易にする構造とした
ことも最も主要な特徴とする。
First, the features of the present invention will be described. In the present invention, the charged particles are deflected by 180 degrees by a deflection electromagnet having one or a plurality of coils, and the orbit radius is reduced to about several tens of cm.
With a coil layout structure that was able to be made significantly smaller than the conventional circular acceleration storage device, the collar that supports the superconducting coil and the structure of the cryostat that prevents heat intrusion have been secured with an area for SOR light extraction. The main feature is that the structure facilitates access to the vacuum duct through which charged particles pass.

第1図は、本発明に係わる偏向電磁石の一実施例を示す
斜視図で、構造を理解しやすいように、カラー1は上半
分の1/2、励磁コイル2は上半分が描かれている。第1
図において、3は真空ダクト、4はSOR光取出しパイ
プ、5はSOR光、Sは電子ビームである。
FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of a deflecting electromagnet according to the present invention. For easy understanding of the structure, the collar 1 is drawn with the upper half of the half and the exciting coil 2 with the upper half. . First
In the figure, 3 is a vacuum duct, 4 is a SOR light extraction pipe, 5 is SOR light, and S is an electron beam.

第2図は、第1図のz軸を含む例えばyz面内の断面図
で、空芯型偏向電磁石を示す。第2図において、1はカ
ラー、2は励磁コイル、3は真空ダクト、4はSOR光取
出しパイプ、6はクライオスタット、7はクライオスタ
ット6の真空部、8は溝、8aは開口部、9は脚部であ
る。
FIG. 2 is a cross-sectional view in the yz plane including the z-axis of FIG. 1, showing an air-core type bending electromagnet. In FIG. 2, 1 is a collar, 2 is an exciting coil, 3 is a vacuum duct, 4 is a SOR light extraction pipe, 6 is a cryostat, 7 is a vacuum part of the cryostat 6, 8 is a groove, 8a is an opening, and 9 is a leg. It is a department.

第2図において、カラー1は、上下にある励磁コイル2
を支え、非磁性材料で一体的にされていおり、励磁コイ
ル2は、真空ダクト3に偏向磁場を発生させるために真
空ダクト3に沿った内側と外側に反対方向の電流が流れ
るようにループを形成し、真空ダクト3を挟んで上下に
置かれている。真空ダクト3は、その水平断面がほぼ扇
形の形状を有している。また、クライオスタット(断熱
容器)6はカラー1を取り囲む構造で、カラー1および
クライオスタット6には溝8が形成されている。偏向電
磁石は、カラー1,励磁コイル2,クライオスタット6およ
び脚部9で構成される。真空ダクト3および真空ダクト
3と接続されるSOR光取出しパイプ4は溝8中に設置さ
れている。電子ビームSは真空ダクト3中を矢印の方向
(第1図参照)に進行し、SOR光5は、SOR光取出しパイ
プ4より扇形真空ダクト3の外方向に取り出される。な
お、真空ダクト3の扇形状部の上下にカラー1があり、
直線部の上下にはカラーはない(第1図参照)。直線部
を挟んで反対側の扇形状部の真空ダクト(図示せず)の
上下にも同様なカラー1がある。
In FIG. 2, a collar 1 is an upper and lower exciting coil 2
The magnetizing coil 2 is made of a non-magnetic material and is integrally formed. The exciting coil 2 forms a loop so that currents in opposite directions flow inward and outward along the vacuum duct 3 to generate a deflection magnetic field in the vacuum duct 3. They are formed and placed above and below with the vacuum duct 3 interposed therebetween. The vacuum duct 3 has a substantially fan-shaped horizontal cross section. The cryostat (heat insulating container) 6 has a structure surrounding the collar 1, and a groove 8 is formed in the collar 1 and the cryostat 6. The bending electromagnet is composed of a collar 1, an exciting coil 2, a cryostat 6 and a leg portion 9. The vacuum duct 3 and the SOR light extraction pipe 4 connected to the vacuum duct 3 are installed in the groove 8. The electron beam S travels in the vacuum duct 3 in the direction of the arrow (see FIG. 1), and the SOR light 5 is extracted from the SOR light extraction pipe 4 to the outside of the fan-shaped vacuum duct 3. In addition, there are collars 1 above and below the fan-shaped portion of the vacuum duct 3,
There is no collar above or below the straight line (see Figure 1). Similar collars 1 are provided above and below a fan-shaped vacuum duct (not shown) on the opposite side of the straight line portion.

また、第3図は、第1図のz軸を含む例えばyz面内の断
面図で、リターンヨーク付き偏向電磁石であり、リター
ンヨーク10が偏向電磁石に付加されている点を除いて第
2図と同様である。
Further, FIG. 3 is a cross-sectional view in, for example, the yz plane including the z-axis of FIG. 1, showing a deflection electromagnet with a return yoke, except that the return yoke 10 is added to the deflection electromagnet. Is the same as.

第2図,第3図は、いずれも、磁場強度3.5T,蓄積エネ
ルギー550MeV,軌道半径52.38cmに対応した構造となって
いる。上記カラー1,クライオスタット6の特徴を以下の
〜に述べる。
2 and 3 each have a structure corresponding to a magnetic field strength of 3.5 T, an accumulated energy of 550 MeV, and an orbital radius of 52.38 cm. The features of the color 1 and the cryostat 6 will be described below.

励磁コイル2を押さえるステンレスカラー1の断面を
第2図のようにコの字形にし、その回りにやはりコの字
形のクライオスタット6を設ける。コの字形になってい
るため、磁場の測定が容易であり、真空ダクト3へのア
クセスも容易である。すなわち、真空系は室温なので、
真空ダクトを含めて独立に設計し、後から偏向電磁石の
溝8中に挿入でき、その時、クライオスタット6の最内
側の空間層(真空部7より更に2つ内側の空間層)を流
れるHeによる冷却を中止する必要もない。真空ダクト3
をはずす時も同様である。したがって、SOR光取出し用
の空間の自由度も高くなる。このような構造をウォーム
ボア構造と呼ぶ。
The cross section of the stainless steel collar 1 that holds down the exciting coil 2 is U-shaped as shown in FIG. 2, and a U-shaped cryostat 6 is provided around it. Because of the U-shape, the magnetic field can be easily measured and the vacuum duct 3 can be easily accessed. That is, since the vacuum system is at room temperature,
It can be designed independently including the vacuum duct, and can be inserted into the groove 8 of the bending electromagnet later, and at that time, it is cooled by He flowing in the innermost space layer of the cryostat 6 (the space layers two more inside than the vacuum part 7). There is no need to cancel. Vacuum duct 3
The same is true when removing. Therefore, the degree of freedom of the SOR light extraction space is also increased. Such a structure is called a warm bore structure.

製作工程に関しては、第1図のようにカラー1の型に
励磁コイルを直接巻きつけるので、励磁コイルの位置
(太さ)を測定しながら巻いていくことができる。この
ため励磁コイルの位置の精度を出しやすい。組立ては、
例えばカラーを分割して作成し、励磁コイルを下側のカ
ラーに巻いてからカラーをプレス溶接して励磁コイルを
内部に埋め込み、一体化構造にする。この場合、カラー
1で押さえつけるので、電磁力も支持できる。
Regarding the manufacturing process, since the exciting coil is directly wound around the mold of the collar 1 as shown in FIG. 1, the winding can be performed while measuring the position (thickness) of the exciting coil. Therefore, the accuracy of the position of the exciting coil can be easily obtained. Assembly is
For example, the collar is divided into parts, the exciting coil is wound around the lower collar, and the collar is press-welded to embed the exciting coil inside to form an integrated structure. In this case, since the collar 1 presses down, the electromagnetic force can also be supported.

本実施例の構造においては、初期冷却には時間がかか
るものの、定常状態では自重(ステンレスの場合約4ト
ン)を室温と熱絶縁すればよいことになり、液体Heの消
費量は極めて少なくなる。なお、電磁力はすべて構造で
押さえている。また、最近低温構造材として使われ始め
ているAl合金等を使用すれば、比重が小さく熱伝導率も
極めて高いので、自重1.5トン程度になり、冷却時間も
速くなる。
In the structure of the present embodiment, although initial cooling takes time, in the steady state, its own weight (about 4 tons in the case of stainless steel) should be thermally insulated from room temperature, and the consumption amount of liquid He is extremely small. . In addition, all electromagnetic force is suppressed by the structure. Moreover, if an Al alloy or the like, which has recently been used as a low temperature structural material, is used, the specific gravity is small and the thermal conductivity is extremely high, so that the own weight becomes about 1.5 tons and the cooling time becomes short.

本実施例のような構造で、外側コイル(第2図の右側
上下の励磁コイル)の軸方向電磁力(空芯型で半周全体
135トン,リターンヨーク付きで半周全体66トン)が加
わった時、開口部8a(第2図,第3図参照)のたわみは
2次元計算で約0.5mm以下である。計算によれば、空芯
型偏向電磁石において2×10-3の均一度を得るために
は、励磁コイルの位置精度は−11.9〜21.1mmあれば良
い。従って、上記程度のたわみは磁場均一度には殆ど影
響しない。電磁力の計算およびたわみの計算については
後で詳細に述べる。
With the structure as in the present embodiment, the axial electromagnetic force of the outer coil (upper and lower exciting coils on the right side of FIG. 2) (air core type and entire half circumference)
The deflection of the opening 8a (see Figs. 2 and 3) is about 0.5 mm or less in two-dimensional calculation when 135 tons and 66 tons of half circumference with return yoke are added. According to the calculation, in order to obtain the uniformity of 2 × 10 −3 in the air-core type bending electromagnet, the position accuracy of the exciting coil should be −11.9 to 21.1 mm. Therefore, the above-mentioned degree of deflection has little effect on the magnetic field homogeneity. The calculation of electromagnetic force and the calculation of deflection will be described later in detail.

上記空芯構造で欠点となるのは初期冷却にかかる時間が
長いということであるが、Al合金等を使用することによ
り、軽く且つ速く冷却できる。さらに、間接強制循環冷
却方式を採用すれば、必要とする液体Heの量も大幅に減
少できる。
A drawback of the air core structure is that it takes a long time for initial cooling, but the use of an Al alloy or the like enables light and quick cooling. Furthermore, if the indirect forced circulation cooling method is adopted, the amount of liquid He required can be greatly reduced.

次に、励磁コイルにかかる電磁力の計算について説明す
る。励磁コイルに電流を流すと、外側励磁コイルが引き
合う電磁力が発生し、この電磁力がコの字形の溝8を狭
めようとする。第4図および第5図に、たわみの計算の
基になった励磁コイル2にかかる電磁力の計算結果を示
す。第4図が空芯型、第5図はリターンヨーク付きの場
合の電磁力である。第4図,第5図において、内側コイ
ルと外側コイルの渡りの部分のコイルは30度跳上げられ
ている。この渡りの部分のコイルにかかる電磁力も計算
できるが、後の計算で示す2次元のひずみと応力の算出
には必要ないので、ここには示さない。また、各数値
は、矢印の先に示されているのが動径方向に働くフープ
力、励磁コイル2の内側に示されている数値が縦方向
(z方向)に働く軸力を示す。これらの計算は、体積を
持った連続電流をビオ・サバールの法則に従って解析的
に解き、マックスウェルの応力により、励磁コイル各要
素にかかる電磁力を計算したものである。
Next, the calculation of the electromagnetic force applied to the exciting coil will be described. When a current is passed through the exciting coil, an electromagnetic force attracting the outer exciting coil is generated, and this electromagnetic force tries to narrow the U-shaped groove 8. 4 and 5 show the calculation results of the electromagnetic force applied to the exciting coil 2 which is the basis of the calculation of the deflection. 4 shows the air-core type, and FIG. 5 shows the electromagnetic force with the return yoke. In FIGS. 4 and 5, the coil at the transition between the inner coil and the outer coil is jumped up by 30 degrees. Although the electromagnetic force applied to the coil at this transition can be calculated, it is not shown here because it is not necessary for the calculation of the two-dimensional strain and stress shown in the subsequent calculation. Further, each numerical value indicates the hoop force acting in the radial direction indicated by the arrowhead, and the axial force acting in the vertical direction (z direction) indicated inside the exciting coil 2. In these calculations, a continuous current having a volume is analytically solved according to Biot-Savart's law, and the electromagnetic force applied to each element of the exciting coil is calculated by Maxwell's stress.

リターンヨーク付きの場合、フープ力が平均化され、座
標系をr,θ座標系としたときのθ方向に対してほぼ同様
の値となっていることが分かる。また、軸力について
は、リターンヨーク付きが空芯型の1/2以下の値となっ
ている。
It can be seen that in the case with the return yoke, the hoop force is averaged and the values are almost the same in the θ direction when the coordinate system is the r, θ coordinate system. Regarding the axial force, the value with the return yoke is less than 1/2 that of the air core type.

以上の詳細な計算を基に、外側コイルに働く軸力の総和
を計算すると、空芯型で135×2=270トン、リターンヨ
ーク付きで66×2=132トンである。この値を次に述べ
るたわみの計算の入力データとした。
Based on the above detailed calculation, the total axial force acting on the outer coil is calculated to be 135 × 2 = 270 tons for the air core type and 66 × 2 = 132 tons for the return yoke type. This value was used as input data for the deflection calculation described below.

次に、たわみの計算について説明する。上記電磁力の計
算で述べた外側コイルの軸力を入力データとしてたわみ
の計算を2次元で行なった。詳細には渡りの部分のコイ
ルを含めて3次元の計算を行なわなければならないが、
たわみのオーダを見るために2次元計算を行なった。第
6図に円筒形2次元モデルを示す。第2図,第3図の構
造の偏向電磁石について、第6図(a)のように寸法R
(z軸・外側励磁コイル間の距離),r(z軸・溝間の距
離),T(励磁コイルの幅),H(カラー1の厚み)を設定
し、カラー1に単位面積当たりpの圧力がかかるものと
する。カラー1はz軸の回りに回転しているので、第6
図(b)の2次元円筒形モデル(厚みH)を用い、内部
にかかる圧力pを上からの圧力pで近似し、さらに第6
図(c)のように等分布荷重の差でたわみを近似し計算
した。
Next, the calculation of the deflection will be described. The deflection was two-dimensionally calculated using the axial force of the outer coil described in the calculation of the electromagnetic force as input data. In detail, three-dimensional calculation must be performed including the coil of the transition part,
Two-dimensional calculation was performed to see the order of deflection. FIG. 6 shows a cylindrical two-dimensional model. Regarding the bending electromagnet having the structure shown in FIGS. 2 and 3, the dimension R is as shown in FIG. 6 (a).
(Distance between z-axis and outer excitation coil), r (distance between z-axis and groove), T (width of excitation coil), H (thickness of collar 1) Pressure shall be applied. Since color 1 is rotating around the z axis,
Using the two-dimensional cylindrical model (thickness H) of FIG. (B), the pressure p applied inside is approximated by the pressure p from above, and the sixth
As shown in FIG. 6 (c), the deflection was approximated and calculated by the difference in the uniformly distributed loads.

第7図(a)に第2図の3.5T空芯型偏向電磁石のパラメ
ータ(R=73.5cm,T=12cm,軸力の総和P=270トン,r=
42.5cm,H=20cm)を用いて計算した動径方向の応力分布
(第7図(b)),たわみの分布(第7図(c))を示
す。第7図(b),(c)において、S1は動径方向の応
力σr、S2はθ方向の応力σθ、S3はカラー1がステン
レスの場合のたわみ量、S4はカラー1がAl合金の場合の
たわみ量である。
Fig. 7 (a) shows the parameters of the 3.5T air-core type bending electromagnet of Fig. 2 (R = 73.5cm, T = 12cm, total axial force P = 270 tons, r =
Stress distribution (Fig. 7 (b)) and deflection distribution (Fig. 7 (c)) in the radial direction calculated using 42.5 cm, H = 20 cm are shown. In Figures 7 (b) and (c), S1 is the radial stress σr, S2 is the θ stress σθ, S3 is the amount of deflection when collar 1 is stainless steel, and S4 is the case when collar 1 is an Al alloy. Is the amount of deflection.

第8図に第3図の3.5Tリターンヨーク付きのパラメータ
(R=73.5cm,T=10cm,軸力の総和P=132トン,r=42.5
cm,H=15cm)を用いて計算した動径方向の応力分布(第
8図(b)),たわみの分布(第8図(c))を示す。
第8図(b),(c)において、S1〜S4は第7図
(b),(c)のS1〜S4と同様の応力とたわみ量であ
る。
Fig. 8 shows the parameters (R = 73.5 cm, T = 10 cm, total axial force P = 132 tons, r = 42.5) with the 3.5T return yoke in Fig. 3.
cm, H = 15 cm) shows the radial stress distribution (Fig. 8 (b)) and the flexure distribution (Fig. 8 (c)).
8 (b) and 8 (c), S1 to S4 are the same stress and deflection amount as S1 to S4 in FIGS. 7 (b) and 7 (c).

これら第7図,第8図に示す数値の算出には、ヤング率
EとしてAl合憲の値E=7500kg/mm2およびステンレスの
値E=19700kg/mm2を用い、ポアソン比νは両者共に0.3
とした。なお、軸力の総和Pは、単位面積当たりの圧力
をp,面積をSとすれば、P=pSとなる。この面積Sは、
第7図(a),第8図(a)において、次式で算出され
る。
In calculating the numerical values shown in FIGS. 7 and 8, the Young's modulus E of the Al constitutional value E = 7500 kg / mm 2 and the stainless steel value E = 19700 kg / mm 2 were used, and the Poisson's ratio ν was 0.3 for both.
And The total axial force P is P = pS, where p is the pressure per unit area and S is the area. This area S is
7 (a) and 8 (a), it is calculated by the following equation.

S=π(R+T)−πR2 上記の計算結果から、たわみは約0.5mm以下となり、磁
場均一度に与える影響は殆どない。また応力も十分に弾
性限界内に入っており、問題はない。
S = π (R + T) 2 −πR 2 From the above calculation result, the deflection is about 0.5 mm or less, and there is almost no influence on the magnetic field homogeneity. Moreover, the stress is well within the elastic limit, and there is no problem.

なお、上記計算はSOR光取出しパイプ4間に充填物が無
い場合の計算であるが、SOR光取出しパイプ4間には充
填物を詰めてもよく、この場合たわみ量,応力は共に更
に小さくなる。
Note that the above calculation is a calculation when there is no filling material between the SOR light extraction pipes 4, but a filling material may be packed between the SOR light extraction pipes 4, in which case both the amount of deflection and the stress are further reduced. .

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように本発明は、真空ダクトに偏向磁場を
発生させるために真空ダクトに沿った内側と外側に反対
方向の電流が流れるようにループを形成した励磁コイル
を真空ダクトを挟んで上下に一対以上置き、上下にある
励磁コイルを支え非磁性材料で一体的にされたカラー及
びこのカラーを取り囲む断熱容器に溝を設け、真空ダク
トおよび真空ダクトに接続されるSOR光取出しパイプを
溝中に設置したことにより、真空ダクトにSOR光取出し
パイプを接続してカラーに嵌め込むことができるので、
真空ダクトの空間的自由度が高く真空ダクトの組立て・
取外しが容易な半導体産業に適した小型のSOR露光装置
を提供できるという効果がある。
As described above, according to the present invention, in order to generate a deflection magnetic field in the vacuum duct, exciting coils having loops formed so that currents in opposite directions flow inward and outward along the vacuum duct are vertically arranged with the vacuum duct interposed therebetween. A groove is provided in the collar that is placed above one pair and supports the upper and lower excitation coils and is integrated with a non-magnetic material, and the heat insulating container that surrounds this collar.The vacuum duct and the SOR light extraction pipe connected to the vacuum duct are placed in the groove. By installing it, you can connect the SOR light extraction pipe to the vacuum duct and fit it in the collar,
Assembling the vacuum duct has a high degree of spatial freedom in the vacuum duct.
There is an effect that it is possible to provide a small-sized SOR exposure apparatus suitable for the semiconductor industry that can be easily removed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明に係わる偏向電磁石の一実施例を示す斜
視図、第2図は第1図の偏向電磁石が空芯型の場合の断
面図、第3図は第1図の偏向電磁石がリターンヨーク付
きの場合の断面図、第4図は空芯型偏向電磁石の励磁コ
イルのフープ力および軸力を示す説明図、第5図はリタ
ーンヨーク付き偏向電磁石の励磁コイルのフープ力およ
び軸力を示す説明図、第6図はたわみの計算を行なった
円筒形2次元モデルを示す説明図、第7図(a)および
(b),(c)は空芯型偏向電磁石における寸法・圧力
を示す説明図および空芯型偏向電磁石における動径方向
のたわみと応力の分布を示すグラフ、第8図(a)およ
び(b),(c)はリターンヨーク付き偏向電磁石にお
ける寸法・圧力を示す説明図およびリターンヨーク付き
偏向電磁石における動径方向のたわみと応力の分布を示
すグラフである。 1……カラー、2……励磁コイル、3……真空ダクト、
4……SOR光取出しパイプ、5……SOR光。
FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of a deflection electromagnet according to the present invention, FIG. 2 is a sectional view when the deflection electromagnet of FIG. 1 is an air core type, and FIG. 3 is a deflection electromagnet of FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view of the case with a return yoke, FIG. 4 is an explanatory view showing the hoop force and axial force of the exciting coil of the air-core type deflection electromagnet, and FIG. 5 is the hoop force and axial force of the exciting coil of the deflection electromagnet with return yoke. FIG. 6 is an explanatory view showing a cylindrical two-dimensional model in which deflection is calculated, and FIGS. 7 (a), (b), and (c) are dimensions and pressures in the air-core type deflection electromagnet. An explanatory diagram and a graph showing radial deflection and stress distribution in the air-core type deflection electromagnet, and FIGS. 8A, 8B, and 8C show dimensions and pressure in the deflection electromagnet with a return yoke. Figure and bending magnet with return yoke Is a graph showing the distribution of radial deflection and stress. 1 ... Color, 2 ... Excitation coil, 3 ... Vacuum duct,
4 …… SOR light extraction pipe, 5 …… SOR light.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】真空ダクトの水平断面がほぼ扇形の形状を
有する荷電粒子加速装置の偏向電磁石において、 前記真空ダクトを挟んで上下に一対以上設けられた、真
空ダクトに偏向磁場を発生させるために真空ダクトに沿
った内側と外側に反対方向の電流が流れるようにループ
を形成した励磁コイルと、 前記真空ダクト及びこのダクトに接続されるSOR光取出
しパイプを包むように設けられた、上下の励磁コイルを
支え非磁性材料で一体的に形成されたカラー及びこのカ
ラーを取り囲む断熱容器とを有し、 このカラー及び断熱容器の真空ダクトに沿った垂直断面
が、前記ダクト及び取出しパイプのはめ込み・取出しが
自在なようにダクトの外側に開いた溝を有するコの字形
で、前記ダクト及び取出しパイプを前記溝中に設置する
ようにしたことを特徴とする偏向電磁石。
1. A deflection electromagnet for a charged particle accelerator, wherein a horizontal cross section of a vacuum duct is substantially fan-shaped, in order to generate a deflection magnetic field in the vacuum duct, which is provided in a pair above and below the vacuum duct. Exciting coils that form loops so that current flows in the opposite directions inside and outside along the vacuum duct, and the upper and lower exciting coils that are provided so as to enclose the vacuum duct and the SOR light extraction pipe connected to this duct. A collar integrally formed of a non-magnetic material and a heat insulating container surrounding the collar, and a vertical cross section along the vacuum duct of the collar and the heat insulating container is such that the fitting and removal of the duct and the extraction pipe are It has a U-shape with a groove open to the outside of the duct so that the duct and the extraction pipe can be installed in the groove. Bending magnet to butterflies.
【請求項2】上下に一対以上置かれた励磁コイルは超電
導コイルであることを特徴とする特許請求の範囲第1項
記載の偏向電磁石。
2. The deflection electromagnet according to claim 1, wherein the pair of exciting coils arranged above and below are superconducting coils.
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