JPH11271497A - マルチポール電磁石 - Google Patents
マルチポール電磁石Info
- Publication number
- JPH11271497A JPH11271497A JP7164798A JP7164798A JPH11271497A JP H11271497 A JPH11271497 A JP H11271497A JP 7164798 A JP7164798 A JP 7164798A JP 7164798 A JP7164798 A JP 7164798A JP H11271497 A JPH11271497 A JP H11271497A
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- Japan
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- poles
- pole
- coil
- electromagnet
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ８極電磁石のポールやヨークの製作を容易と
し、小型化する。 【解決手段】 上下左右４個の内側ポール３１〜３４
を、磁場中心Ｃに関して対称な位置に、上下方向に配設
すると共に、該内側ポールの外側に、上下左右４個の外
側ポール５１〜５４を、磁場中心Ｃに関して対称な位置
に並設し、各内側ポールにそれぞれ巻回された内側コイ
ル４１〜４４及び各外側ポールにそれぞれ巻回された外
側コイル６１〜６４の起磁力を調整して、所望の磁場を
発生させる。
し、小型化する。 【解決手段】 上下左右４個の内側ポール３１〜３４
を、磁場中心Ｃに関して対称な位置に、上下方向に配設
すると共に、該内側ポールの外側に、上下左右４個の外
側ポール５１〜５４を、磁場中心Ｃに関して対称な位置
に並設し、各内側ポールにそれぞれ巻回された内側コイ
ル４１〜４４及び各外側ポールにそれぞれ巻回された外
側コイル６１〜６４の起磁力を調整して、所望の磁場を
発生させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、マルチポール電磁
石に係り、特に、シンクロトンやサイクロトン等の加速
器のビーム周回軌道形成に用いるのに好適な、製作、設
置、小型化が容易で、８極磁場を発生可能なマルチポー
ル電磁石に関する。
石に係り、特に、シンクロトンやサイクロトン等の加速
器のビーム周回軌道形成に用いるのに好適な、製作、設
置、小型化が容易で、８極磁場を発生可能なマルチポー
ル電磁石に関する。
【０００２】
【従来の技術】電子や陽子等の荷電粒子（以下粒子と称
する）を光速又はそれに近い速度まで加速させる加速器
においては、通常、これらの粒子が磁場中を運動すると
ローレンツ力により曲げられることを利用して、様々な
電磁石を組合せることで、例えば長円状の、１つの閉じ
た周回軌道上を運動するようにされている。
する）を光速又はそれに近い速度まで加速させる加速器
においては、通常、これらの粒子が磁場中を運動すると
ローレンツ力により曲げられることを利用して、様々な
電磁石を組合せることで、例えば長円状の、１つの閉じ
た周回軌道上を運動するようにされている。
【０００３】様々な電磁石によって形成される磁場分布
の例を図１に示す。図１において、実線Ｄは、磁極（ポ
ールと称する）が２つの通常の偏向電磁石によって形成
される偏向磁場で、粒子の進行方向に垂直な面内（Ｘ、
Ｙ）で一様な磁場を発生させて、粒子の方向を変えるの
に使われる。又、破線Ｅは、図２に例示するようなポー
ル２０が４つの４極電磁石によって発生される４極磁場
で、全ての方向に対して磁場の強さが零となる点（磁場
中心Ｃ）を持ち、粒子の進行方向に垂直な面内の磁場の
強さが、中心からの距離に比例して強くなるので、粒子
を収束したり、発散させるのに使われる。更に、一点鎖
線Ｆは、図３に例示するような、ポール２０が６つの６
極電磁石によって発生される６極磁場で、４極磁場と同
様に、磁場強さが零となる磁場中心Ｃを持ち、その強さ
が距離の２乗に比例している。又、二点鎖線Ｇは、図４
に例示するような、ポール２０が８つの８極電磁石によ
って発生される８極磁場で、４極磁場と同様に、磁場強
さが零となる磁場中心Ｃを持ち、その強さが距離の３乗
に比例している。図１において、１０はビーム断面、図
２乃至図４において、２２は、各ポール２０に巻回され
たコイル、２４は、前記ポール２０を支承するヨークで
ある。
の例を図１に示す。図１において、実線Ｄは、磁極（ポ
ールと称する）が２つの通常の偏向電磁石によって形成
される偏向磁場で、粒子の進行方向に垂直な面内（Ｘ、
Ｙ）で一様な磁場を発生させて、粒子の方向を変えるの
に使われる。又、破線Ｅは、図２に例示するようなポー
ル２０が４つの４極電磁石によって発生される４極磁場
で、全ての方向に対して磁場の強さが零となる点（磁場
中心Ｃ）を持ち、粒子の進行方向に垂直な面内の磁場の
強さが、中心からの距離に比例して強くなるので、粒子
を収束したり、発散させるのに使われる。更に、一点鎖
線Ｆは、図３に例示するような、ポール２０が６つの６
極電磁石によって発生される６極磁場で、４極磁場と同
様に、磁場強さが零となる磁場中心Ｃを持ち、その強さ
が距離の２乗に比例している。又、二点鎖線Ｇは、図４
に例示するような、ポール２０が８つの８極電磁石によ
って発生される８極磁場で、４極磁場と同様に、磁場強
さが零となる磁場中心Ｃを持ち、その強さが距離の３乗
に比例している。図１において、１０はビーム断面、図
２乃至図４において、２２は、各ポール２０に巻回され
たコイル、２４は、前記ポール２０を支承するヨークで
ある。
【０００４】通常、加速器内を運動する粒子は、１つの
塊（ビームと称する）を維持して運動するため、図５に
示す如く、ある幅（断面積）を持っている。図におい
て、１０はビーム、１２は、例えば１０-10 torr程度の
超高真空に維持された配管（ビームダクトと称する）で
ある。
塊（ビームと称する）を維持して運動するため、図５に
示す如く、ある幅（断面積）を持っている。図におい
て、１０はビーム、１２は、例えば１０-10 torr程度の
超高真空に維持された配管（ビームダクトと称する）で
ある。
【０００５】軌道中心から近い範囲において、６極、８
極電磁石は、ビーム１０の軌道に影響を与えるものでは
ないが、やや離れたところからは、その粒子密度に大き
く影響を与える。粒子の密度を高めることは、加速器の
応用に際して、非常に大きな問題となる。
極電磁石は、ビーム１０の軌道に影響を与えるものでは
ないが、やや離れたところからは、その粒子密度に大き
く影響を与える。粒子の密度を高めることは、加速器の
応用に際して、非常に大きな問題となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、粒子密
度を高めるのに適した多極の磁場を発生させるためのマ
ルチポール電磁石の構成は、図２乃至図４に示した如
く、極（ポール）数が大きくなればなるほど、形状が複
雑になる。特に、８極電磁石は、ポール先端を双曲線等
の特殊形状に加工し、且つ、厳密に据え付け、相対位置
を調整する必要があり、製造、設置とも容易ではなく、
小型化も困難であった。
度を高めるのに適した多極の磁場を発生させるためのマ
ルチポール電磁石の構成は、図２乃至図４に示した如
く、極（ポール）数が大きくなればなるほど、形状が複
雑になる。特に、８極電磁石は、ポール先端を双曲線等
の特殊形状に加工し、且つ、厳密に据え付け、相対位置
を調整する必要があり、製造、設置とも容易ではなく、
小型化も困難であった。
【０００７】又、加速器内を運動するビーム１０の断面
は、通常、図５に示す如く、横長の楕円形状をしている
ため、ビームダクト１２の断面も、横長の断面形状にな
る。従って、通常は円形のマルチポール電磁石内の最大
許容空間（図５の破線Ｈ）に対して上下方向に隙間Ｉを
生じ、該隙間Ｉの分だけ、磁場の効率が悪くなってい
た。この隙間Ｉを小さくできれば、コイルの起磁力（エ
ネルギ）を小さくでき、磁石そのものを小さくできる。
は、通常、図５に示す如く、横長の楕円形状をしている
ため、ビームダクト１２の断面も、横長の断面形状にな
る。従って、通常は円形のマルチポール電磁石内の最大
許容空間（図５の破線Ｈ）に対して上下方向に隙間Ｉを
生じ、該隙間Ｉの分だけ、磁場の効率が悪くなってい
た。この隙間Ｉを小さくできれば、コイルの起磁力（エ
ネルギ）を小さくでき、磁石そのものを小さくできる。
【０００８】本発明は、前記従来の問題点を解決するべ
くなされたもので、８極や４極等の多極磁場を発生可能
な、製作や設置が容易で、小型化が可能なマルチポール
電磁石を提供することを課題とする。
くなされたもので、８極や４極等の多極磁場を発生可能
な、製作や設置が容易で、小型化が可能なマルチポール
電磁石を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、マルチポール
電磁石において、磁場中心に関して対称な位置に、上下
方向に配設された上下左右４個の内側ポールと、各内側
ポールにそれぞれ巻回された内側コイルと、前記内側ポ
ールの外側の、磁場中心に関して対称な位置に並設され
た上下左右４個の外側ポールと、各外側ポールにそれぞ
れ巻回された外側コイルと、前記内側ポール及び外側ポ
ールを支持する、これらの外側の上下に配設された上下
一対のヨークと、該ヨークの左右端部を支持する、左右
一対の非磁性サポートとを備え、前記内側コイル及び外
側コイルの起磁力を調整して、所望の磁場を発生できる
ようにして、前記課題を解決したものである。
電磁石において、磁場中心に関して対称な位置に、上下
方向に配設された上下左右４個の内側ポールと、各内側
ポールにそれぞれ巻回された内側コイルと、前記内側ポ
ールの外側の、磁場中心に関して対称な位置に並設され
た上下左右４個の外側ポールと、各外側ポールにそれぞ
れ巻回された外側コイルと、前記内側ポール及び外側ポ
ールを支持する、これらの外側の上下に配設された上下
一対のヨークと、該ヨークの左右端部を支持する、左右
一対の非磁性サポートとを備え、前記内側コイル及び外
側コイルの起磁力を調整して、所望の磁場を発生できる
ようにして、前記課題を解決したものである。
【００１０】又、前記マルチポール電磁石の内側コイル
と外側コイルの起磁力を調整して、８極磁場あるいは４
極磁場が発生されるようにしたものである。
と外側コイルの起磁力を調整して、８極磁場あるいは４
極磁場が発生されるようにしたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明の実
施形態を詳細に説明する。
施形態を詳細に説明する。
【００１２】本実施形態は、図６（ビーム進行方向の横
断面図）及び図７（図６のVII −VII 線に沿う断面図）
に示す如く、磁場中心Ｃに関して対称な位置に、図６の
上下方向に配設された上下左右４個の内側ポール３１〜
３４と、各内側ポール３１〜３４にそれぞれ巻回された
内側コイル４１〜４４と、前記内側ポール３１〜３４の
外側の、磁場中心Ｃに関して対称な位置に並設された、
図６の上下左右４個の外側ポール５１〜５４と、各外側
ポール５１〜５４にそれぞれ巻回された外側コイル６１
〜６４と、前記内側ポール３１〜３４及び外側ポール５
１〜５４を支持する、これらの外側の上下に配設され
た、上下一対のヨーク７２、７４と、該ヨーク７２、７
４の左右端部を支持する、左右一対の非磁性サポート７
６、７８とを備え、前記内側コイル４１〜４４及び外側
コイル６１〜６４の起磁力を調整して、例えば８極磁場
や４極磁場を発生できるようにしたものである。
断面図）及び図７（図６のVII −VII 線に沿う断面図）
に示す如く、磁場中心Ｃに関して対称な位置に、図６の
上下方向に配設された上下左右４個の内側ポール３１〜
３４と、各内側ポール３１〜３４にそれぞれ巻回された
内側コイル４１〜４４と、前記内側ポール３１〜３４の
外側の、磁場中心Ｃに関して対称な位置に並設された、
図６の上下左右４個の外側ポール５１〜５４と、各外側
ポール５１〜５４にそれぞれ巻回された外側コイル６１
〜６４と、前記内側ポール３１〜３４及び外側ポール５
１〜５４を支持する、これらの外側の上下に配設され
た、上下一対のヨーク７２、７４と、該ヨーク７２、７
４の左右端部を支持する、左右一対の非磁性サポート７
６、７８とを備え、前記内側コイル４１〜４４及び外側
コイル６１〜６４の起磁力を調整して、例えば８極磁場
や４極磁場を発生できるようにしたものである。
【００１３】前記ポール３１〜３４、５１〜５４は、い
ずれも、図６の上下方向に長い直方体状とされ、コイル
４１〜４４、６１〜６４で発生する磁極を収束させる役
割を果たしている。
ずれも、図６の上下方向に長い直方体状とされ、コイル
４１〜４４、６１〜６４で発生する磁極を収束させる役
割を果たしている。
【００１４】前記ヨーク７２、７４は、いずれも、図６
の左右方向に長い直方体状の電磁軟鉄製とされ、前記ポ
ール３１〜３４、５１〜５４が、それぞれボルト７０で
固定されている。
の左右方向に長い直方体状の電磁軟鉄製とされ、前記ポ
ール３１〜３４、５１〜５４が、それぞれボルト７０で
固定されている。
【００１５】前記非磁性サポート７６、７８は上下方向
に長い平板状とされ、前記ヨーク７２、７４が、それぞ
れボルト８０で固定されている。
に長い平板状とされ、前記ヨーク７２、７４が、それぞ
れボルト８０で固定されている。
【００１６】本実施形態において、前記内側コイル４１
〜４４及び外側コイル６１〜６４の起磁力の比を調整し
て、例えば図８（計算値）及び図９（実験値）に示す如
く、中心磁場Ｃを零にすれば、Ｘ軸上で必要とする８極
磁場が得られる。
〜４４及び外側コイル６１〜６４の起磁力の比を調整し
て、例えば図８（計算値）及び図９（実験値）に示す如
く、中心磁場Ｃを零にすれば、Ｘ軸上で必要とする８極
磁場が得られる。
【００１７】
【実施例】発明者の実験によれば、前記内側ポール３１
〜３４及び外側ポール５１〜５４の高さが５０ｍｍ、同
じく奥行が７０ｍｍ、内側ポール３１〜３４の幅が１０
ｍｍ、外側ポール５１〜５４の幅が４０ｍｍ、ヨーク７
２の高さが５０ｍｍ、上下のポール対向間隔が３０ｍｍ
×２＝６０ｍｍである時に、図７に示す如く、磁場中心
線Ｌからの距離が１５ｍｍである内側コイル４１〜４４
に５９０Ａを流し、同じく磁場中心線Ｌからの距離が６
５ｍｍである外側コイル６１〜６４に３０００Ａの逆方
向の電流を流したところ、電流比５９０：３０００であ
れば、８極磁場の強度を調整でき、Ｘ軸上で、必要とす
る８極磁場を得ることが確認できた。
〜３４及び外側ポール５１〜５４の高さが５０ｍｍ、同
じく奥行が７０ｍｍ、内側ポール３１〜３４の幅が１０
ｍｍ、外側ポール５１〜５４の幅が４０ｍｍ、ヨーク７
２の高さが５０ｍｍ、上下のポール対向間隔が３０ｍｍ
×２＝６０ｍｍである時に、図７に示す如く、磁場中心
線Ｌからの距離が１５ｍｍである内側コイル４１〜４４
に５９０Ａを流し、同じく磁場中心線Ｌからの距離が６
５ｍｍである外側コイル６１〜６４に３０００Ａの逆方
向の電流を流したところ、電流比５９０：３０００であ
れば、８極磁場の強度を調整でき、Ｘ軸上で、必要とす
る８極磁場を得ることが確認できた。
【００１８】このようにして、内側コイルと外側コイル
の起磁力を調整することで、８極磁場を発生できる。
の起磁力を調整することで、８極磁場を発生できる。
【００１９】同様にして、図７に破線で示す如く、内側
コイル４３に逆方向の電流を流すことにより、４極磁場
も発生できることが確認できた。なお、電流比は、８極
磁場の場合と同じである。
コイル４３に逆方向の電流を流すことにより、４極磁場
も発生できることが確認できた。なお、電流比は、８極
磁場の場合と同じである。
【００２０】本発明の適用対象は加速器のビーム周回軌
道形成に限定されず、加速器以外の一般の用途にも適用
できる。
道形成に限定されず、加速器以外の一般の用途にも適用
できる。
【００２１】
【発明の効果】本発明によれば、ポール形状が、従来の
８回対称形状や双曲線形状に比べて２回対称形状と単純
でよいので、ポール及びヨークの製作が容易になる。
又、従来の８極電磁石と比較して、非常に小型化でき、
狭い場所に設置でき、調整も容易である。更に、必要と
する磁石の許容空間に合わせた形状とすることができ
る。又、分離型であるため、超伝導化も容易である。
８回対称形状や双曲線形状に比べて２回対称形状と単純
でよいので、ポール及びヨークの製作が容易になる。
又、従来の８極電磁石と比較して、非常に小型化でき、
狭い場所に設置でき、調整も容易である。更に、必要と
する磁石の許容空間に合わせた形状とすることができ
る。又、分離型であるため、超伝導化も容易である。
【図１】本発明の原理を説明するための、極数が異なる
電磁石の磁場分布を比較して示す線図
電磁石の磁場分布を比較して示す線図
【図２】従来の４極電磁石の構成を示す、ビーム進行方
向の横断面図
向の横断面図
【図３】同じく６極電磁石の構成を示す、ビーム進行方
向の横断面図
向の横断面図
【図４】同じく８極電磁石の構成を示す、ビーム進行方
向の横断面図
向の横断面図
【図５】従来の問題点を説明するための、８極電磁石内
の最大許容空間とビームダクトとの位置関係を示すビー
ム進行方向の横断面図
の最大許容空間とビームダクトとの位置関係を示すビー
ム進行方向の横断面図
【図６】本発明の実施形態の構成を示す、ビーム進行方
向の横断面図
向の横断面図
【図７】図６のVII −VII 線に沿う断面図
【図８】前記実施形態における、８極磁場発生時の磁場
分布の計算値を示す線図
分布の計算値を示す線図
【図９】同じく実験値を示す線図
１０…ビーム（断面） １２…ビームダクト ３１〜３４…内側ポール ４１〜４４…内側コイル ５１〜５４…外側ポール ６１〜６４…外側コイル ７２、７４…ヨーク ７６、７８…非磁性サポート
Claims (3)
- 【請求項１】磁場中心に関して対称な位置に、上下方向
に配設された上下左右４個の内側ポールと、 各内側ポールにそれぞれ巻回された内側コイルと、 前記内側ポールの外側の、磁場中心に関して対称な位置
に並設された上下左右４個の外側ポールと、 各外側ポールにそれぞれ巻回された外側コイルと、 前記内側ポール及び外側ポールを支持する、これらの外
側の上下に配設された上下一対のヨークと、 該ヨークの左右端部を支持する、左右一対の非磁性サポ
ートとを備え、 前記内側コイル及び外側コイルの起磁力を調整して、所
望の磁場を発生できるようにされているマルチポール電
磁石。 - 【請求項２】請求項１に記載のマルチポール電磁石の内
側コイルと外側コイルの起磁力を調整して、８極磁場が
発生されることを特徴とするマルチポール電磁石。 - 【請求項３】請求項１に記載のマルチポール電磁石の内
側コイルと外側コイルの起磁力を調整して、４極磁場が
発生されることを特徴とするマルチポール電磁石。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7164798A JPH11271497A (ja) | 1998-03-20 | 1998-03-20 | マルチポール電磁石 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7164798A JPH11271497A (ja) | 1998-03-20 | 1998-03-20 | マルチポール電磁石 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11271497A true JPH11271497A (ja) | 1999-10-08 |
Family
ID=13466635
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7164798A Pending JPH11271497A (ja) | 1998-03-20 | 1998-03-20 | マルチポール電磁石 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11271497A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005533353A (ja) * | 2002-07-17 | 2005-11-04 | バリアン・セミコンダクター・イクイップメント・アソシエーツ・インコーポレーテッド | 注入装置のリボン形状イオンビームの特性制御 |
| JP2021158210A (ja) * | 2020-03-26 | 2021-10-07 | 株式会社日立製作所 | 多極電磁石、およびそれを用いた加速器 |
-
1998
- 1998-03-20 JP JP7164798A patent/JPH11271497A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005533353A (ja) * | 2002-07-17 | 2005-11-04 | バリアン・セミコンダクター・イクイップメント・アソシエーツ・インコーポレーテッド | 注入装置のリボン形状イオンビームの特性制御 |
| JP2021158210A (ja) * | 2020-03-26 | 2021-10-07 | 株式会社日立製作所 | 多極電磁石、およびそれを用いた加速器 |
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