JPH0950900A - 粒子蓄積リングあるいはシンクロトロンの調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 粒子ビームの断面形状が傾かないようにす
る。 【解決手段】 粒子蓄積リングに入射された粒子は、偏
向磁石１ａ、１ｂによってその運動方向が偏向され軌道
５上を運動する。６個の軌道調整磁石３ａ〜３ｆのう
ち、４個の軌道調整磁石により磁石１ａ、１ｂ内におけ
る軌道を調整する。六極磁石２ａ、２ｂで生じる六極磁
場の上下対称面の位置を粒子ビームが通るように、磁石
２ａ、２ｂに対して軌道調整磁石を１個ずつ使用する。
こうして、六極磁場の上下対称面の位置をビームが通る
ように調整することができるので、粒子ビームの断面形
状の傾きをなくすことができ、放射光の強度分布の不均
一性を改善することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発生した放射光を
外部に取り出して利用する放射光用の粒子蓄積リングあ
るいは放射光用のシンクロトロンにおいて、ビーム軌道
調整を行う調整方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子、陽子またはイオンなどの電荷を持
つ粒子を電磁石からなる円形軌道を繰り返し走らせるこ
とによりその速度を加速するシンクロトロンや、同様の
原理に基づき軌道内に粒子を長時間蓄える粒子蓄積リン
グでは、粒子の運動方向を変える偏向磁石の所から粒子
軌道の接線方向に放射光が放射される。そして、この放
射光を利用しやすくするためには、偏向磁石内における
ビーム軌道を調整することが必要となる。この際、偏向
磁石内部で必要な軌道位置を設定すると、そのしわ寄せ
が粒子ビーム軌道の直線部に現れるが、直線部における
ビーム位置は放射光の利用に関して影響がないため、こ
の補正に関してはあまり留意されなかった。

【０００３】ところで、粒子蓄積リングあるいはシンク
ロトロンには、ヘッドテイルビーム不安定性（粒子の集
団であるバンチの不安定性）を抑制するために、図５に
示すような六極電磁石２ａがビーム軌道の直線部に配置
されている。このとき、六極磁石によって生じる六極磁
場の上下対称面（図５においては、直線１０を含む紙面
に垂直な面）の位置を粒子ビームが通過せず、上下対称
面１０から垂直方向（図５Ｙ方向）にずれて通過する場
合、スキュー四極磁場成分が発生する。このスキュー四
極磁場は水平方向と垂直方向のベータトロン振動に結合
を生じさせるので、その結果ビームの断面形状は、図５
のＸ軸及びＹ軸に対して対称な形とならず、ＸＹ平面に
おいて大きく傾くこととなる。

【０００４】このような変形したビーム断面形状は、粒
子蓄積リングあるいはシンクロトロンから取り出した放
射光を利用する実験ステーションにおいて、放射光の強
度分布の不均一性として反映され、実験に悪影響を与え
る。例えば、この放射光を半導体製造プロセスにおいて
露光装置に照射する照射光に用いる場合、この照射光の
強度分布が不均一になってしまい、また分光器のスリッ
トに入射させる場合、入射光の傾きによりスリットを通
過する光の強度が低下してしまうことになる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上のように従来の粒
子蓄積リングあるいはシンクロトロンでは、六極磁石に
よって生じる六極磁場の上下対称面の位置から粒子ビー
ム軌道が垂直方向にずれると、粒子ビームの断面形状が
傾いて、放射光の強度分布が不均一になってしまうとい
う問題点があった。本発明は、上記課題を解決するため
になされたもので、粒子ビームの断面形状の傾きをなく
すことができる放射光用粒子蓄積リングあるいは放射光
用シンクロトロンの調整法を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、六極磁石によ
って生じる六極磁場の上下対称面の位置を粒子ビームが
通るように軌道調整を行うものである。これにより、粒
子ビームの断面形状が傾くことがなくなる。また、軌道
調整磁石を用いて軌道調整を行うものである。また、六
極磁石を上下方向に動かして軌道調整を行うものであ
る。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１は本発明の１実施の形態とな
る放射光用粒子蓄積リングの概略的な構成を示す模式図
である。１ａ、１ｂは粒子の運動方向を変えるための偏
向磁石、２ａ、２ｂはヘッドテイルビーム不安定性を抑
制するための六極磁石、３ａ〜３ｆは粒子ビームの垂直
方向の位置を調整するための軌道調整磁石、４は粒子ビ
ームの設計中心軌道、５は設計中心軌道４に対する実際
の粒子ビーム軌道である。

【０００８】なお、図１における座標系［Ｘ、Ｙ、Ｚ］
は、設計中心軌道４上の座標系であり、Ｘが水平方向、
Ｙが垂直方向、Ｚが進行方向を示す。よって、Ｘ、Ｙ、
Ｚの方向は必ずしも図示の方向ではなく、図１のような
軌跡を描く軌道４上の位置に応じて変化する。また、本
実施の形態では、垂直方向の粒子ビーム軌道を調整する
ことを主に説明するので、水平方向の軌道を調整する構
成や、粒子を粒子蓄積リングに入射させたり放射光を取
り出したりする構成については説明を省略する。

【０００９】図示しない入射手段によって粒子蓄積リン
グに入射された粒子は、偏向磁石１ａ、１ｂによってそ
の運動方向が偏向されて粒子ビーム軌道５上を運動する
ようになる。そして、偏向磁石１ａ又は１ｂの箇所から
軌道５の接線方向に放射光が放射される。

【００１０】このような粒子蓄積リングにおいて、粒子
ビーム軌道５が六極磁場の上下対称面に対して垂直方向
にずれている場合、スキュー四極磁場成分が発生する。
このスキュー四極磁場成分の強さは以下のように示され
る。 Ｋskew＝−２×Ｋsext×Ｙcod ・・・（１） ここで、Ｋskew、Ｋsext、Ｙcod はそれぞれスキュー四
極磁場の強さ、六極磁場の強さ、垂直方向の閉軌道のず
れである。このスキュー四極磁場が水平方向と垂直方向
のベータトロン振動に結合を生じさせるので、これによ
り粒子ビームの断面形状はＸＹ平面において傾くことに
なる。

【００１１】次に、このようにビーム断面を傾かせる機
構を以下に説明する。スキュー四極磁場成分がない場
合、水平方向（Ｘ方向）と垂直方向（Ｙ方向）のベータ
トロン振動は結合していないので、それぞれの振動運動
は水平方向を示す位相空間［Ｘ、Ｘ０］と垂直方向を示
す位相空間［Ｙ、Ｙ０］において独立に記述することが
できる。このとき、ビーム断面として観測される粒子ビ
ームの分布は、図２に示すようにＸ軸及びＹ軸に対して
対称な形となる。なお、図２における網掛け部がビーム
の分布するところである。

【００１２】これに対してスキュー四極磁場成分が存在
する場合、水平、垂直のベータトロン振動が結合し、振
動運動はもはや水平方向と垂直方向で独立とはならな
い。この場合の振動運動は新しい座標系［Ｕ、Ｖ］を適
当に決めると、位相空間［Ｕ、Ｕ０］と位相空間［Ｖ、
Ｖ０］において再び独立に記述することができる。この
とき、Ｕ軸、Ｖ軸はそれぞれＸ軸、Ｙ軸に対して傾いて
いるのが一般的なので、ビーム断面として観測される粒
子ビームの分布は、図３に示すようにＸ軸及びＹ軸に対
して対称な形とはならず、ＸＹ平面において傾くことに
なる。

【００１３】以上のようなビーム断面形状の傾きをなく
すには、六極磁石の位置において粒子ビーム軌道５の垂
直方向のずれをなくせばよい。そこで、本実施の形態で
は、図４のような横方向（Ｘ方向）の磁場を発生する軌
道調整磁石３ａ〜３ｆを用いてビーム軌道調整を行う。
この軌道調整磁石３ａ〜３ｆは、コイル３０と磁極部３
１を有する電磁石である。そして、粒子ビームの垂直方
向の軌道を調整するには、軌道調整磁石３ａ〜３ｆによ
って生じる磁場の強度を調整すればよい。

【００１４】ところで、一般に粒子蓄積リング上のＮ箇
所のビーム位置を決定するには、Ｎ個の軌道調整磁石が
必要となる。したがって、既存の軌道調整磁石によって
偏向磁石１ａ、１ｂ内での必要なビーム位置が既に決定
されているのであれば、六極磁石１個につき１個の軌道
調整磁石を適当な位置に増設すればよい。本実施の形態
では、偏向磁石１ａ、１ｂ内における粒子ビーム軌道５
が放射光の利用者の要求に合致するように４個の軌道調
整磁石を使用して、磁石１ａ、１ｂ内において各々２箇
所の軌道調整を行っており、更に六極磁石２ａ、２ｂに
対して軌道調整磁石を１個ずつ使用している。

【００１５】なお、６個の軌道調整磁石のうち、どれが
偏向磁石１ａ、１ｂ内における粒子ビーム軌道５を決定
し、どれが六極磁石２ａ、２ｂにおける軌道５を決定す
るかは、粒子蓄積リングによって異なり一概に言えない
が、六極磁石用に増設する軌道調整磁石の位置は、隣接
する他の軌道調整磁石から垂直方向のベータトロン振動
の位相差ができるだけ大きくなるような箇所、すなわち
他の軌道調整磁石から離れた箇所に設置すると効果的で
ある。

【００１６】以上のようにして、図５に示すように、六
極磁石２ａ、２ｂで生じる六極磁場の上下対称面１０の
位置を粒子ビームが通るように軌道調整することがで
き、粒子ビームの断面形状の傾きをなくすことができ、
放射光の出射先に設置された図示しない実験ステーショ
ン（あるいは、放射光を利用する装置）において、放射
光の強度分布の不均一性を改善することができる。ま
た、粒子ビームの垂直方向の軌道については、六極磁石
２ａ、２ｂの位置における軌道を調整するだけでよく、
直線部分の残りの軌道を細かく調整する必要はない。

【００１７】なお、本実施の形態では、軌道調整磁石と
して図４のような形の電磁石を用いたが、これに限るも
のではなく、垂直方向の軌道調整ができるように横方向
の磁場を発生させる磁石であればよい。また、軌道調整
磁石を用いる代わりに、六極磁石２ａ、２ｂに駆動機構
を付加し、この駆動機構により六極磁石２ａ、２ｂを上
下方向（Ｙ方向）に動かして上記軌道調整を行ってもよ
い。

【００１８】また、本実施の形態は、粒子蓄積リングに
本発明を適用したものであるが、図１と同様の構成によ
り放射光を外部に取り出して利用する放射光用のシンク
ロトロンにも本発明を適用することができる。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、六極磁石によって生じ
る六極磁場の上下対称面の位置を粒子ビームが通るよう
に軌道調整を行うので、偏向磁石内のビーム位置に関係
なく粒子ビームの断面形状の傾きをなくすことができ、
放射光の強度分布の均一性を向上させることができる。
また、軌道調整磁石を用いることにより、六極磁場の上
下対称面の位置を粒子ビームが通るような軌道調整を容
易に行うことができる。また、六極磁石を上下方向に動
かすことにより、六極磁場の上下対称面の位置を粒子ビ
ームが通るような軌道調整を容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の１実施の形態となる放射光用粒子蓄
積リングの概略的な構成を示す模式図である。

【図２】 スキュー四極磁場成分が存在しない場合のビ
ーム断面形状を示す図である。

【図３】 スキュー四極磁場成分が存在する場合のビー
ム断面形状を示す図である。

【図４】 軌道調整磁石と軌道調整磁石を通る粒子ビー
ム軌道の様子を示す図である。

【図５】 六極磁石と六極磁石を通る粒子ビーム軌道の
様子を示す図である。

【符号の説明】

１ａ、１ｂ…偏向磁石、２ａ、２ｂ…六極磁石、３ａ〜
３ｆ…軌道調整磁石、５…粒子ビーム軌道、１０…六極
磁場の上下対称面。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放射光用の粒子蓄積リングあるいは放射
   光用のシンクロトロンにおいてビーム軌道調整を行う調
   整方法であって、 六極磁石によって生じる六極磁場の上下対称面の位置を
   粒子ビームが通るように軌道調整を行うことを特徴とす
   る粒子蓄積リングあるいはシンクロトロンの調整方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の粒子蓄積リングあるいは
   シンクロトロンの調整方法において、 軌道調整磁石を用いて前記軌道調整を行うことを特徴と
   する粒子蓄積リングあるいはシンクロトロンの調整方
   法。
3. 【請求項３】 請求項１記載の粒子蓄積リングあるいは
   シンクロトロンの調整方法において、 六極磁石を上下方向に動かして前記軌道調整を行うこと
   を特徴とする粒子蓄積リングあるいはシンクロトロンの
   調整方法。