WO2005072029A1 - 挿入光源 - Google Patents

Abstract

周期磁場を形成するための第１磁気回路１１と、この第１磁気回路１１を支持するための第１支持体２１と、第１磁気回路１１に対向配置され、周期磁場を形成するための第２磁気回路１２と、この第２磁気回路１２を支持するための第２支持体２２と、対向配置される第１磁気回路１１と第２磁気回路１２の間に形成され、電子ビームが通過するための空間部１３と、第１磁気回路１１と第２磁気回路１２とを真空封止する真空槽１と、第１磁気回路１１と第２磁気回路１２を構成する永久磁石ｍを室温以下に冷却するための冷媒通過管３０とを備えている。

Description

明 細 書

揷入光源

技術分野

[0001] 本発明は、周期磁場を形成するための第 1磁気回路と、この第 1磁気回路を支持す るための第 1支持体と、第 1磁気回路に対向配置され、周期磁場を形成するための 第 2磁気回路と、この第 2磁気回路を支持するための第 2支持体と、対向配置される 第 1磁気回路と第 2磁気回路の間に形成され、電子ビームが通過するための空間部 と、第 1磁気回路と第 2磁気回路とを真空封止する真空槽とを備えた挿入光源に関 するものである。

背景技術

[0002] 真空中において光速近くまで加速された電子ビームが磁場中で曲げられると、電 子ビームの移動軌跡の接線方向に放射光を発光し、これをシンクロトロン放射光と呼 んでいる。このシンクロトロン放射光を発生する光源を、電子貯蔵リング (電子ビーム 蓄積リング)の直線部に設置し、高指向性、高強度、高偏光性等の特性を生力した種 々の技術の実用化のための研究が行われている。今日の電子貯蔵リングには、より 高いビーム電流、より小さなビーム断面積、より高いビーム指向性による高輝度光源 である挿入光源 (アンジュレータ）が多数設けられて！/、る。

[0003] この挿入光源は、例えば、下記特許文献 1や非特許文献 1, 2に見られるように、電 子ビームが通過する周期磁場を形成するために、第 1磁気回路と第 2磁気回路とを 空間部を介して対向配置させた構成を採用している。周期磁場を形成するために、 第 1 ·第 2磁気回路は多数の永久磁石を並べて構成される。強い磁場を構成しようと する場合は、第 1磁気回路と第 2磁気回路をできるだけ近づければ、空間部の間隔（ いわゆるギャップ）を狭くできるので磁場の強さも大きくなる。そのために、第 1磁気回 路と第 2磁気回路を真空槽で封止する構成を採用している。第 1磁気回路と第 2磁気 回路の間に真空槽を設ける構成に比べると、ギャップを狭くすることができるという利 点を有している。

[0004] し力しながら、上記のような構成でギャップを狭くするにしても、永久磁石の特性上 限界がある。また、ギャップをあまり狭くしすぎると、電子ビームが永久磁石に衝突す ることによって生じた放射線による永久磁石の減磁という新たな問題が発生する。従 つて、ギャップを狭くするという方法のみで磁場を強くするには限界があった。

特許文献 1：特開 2000— 206296号公報

非特干文献 1： In— vacuum unaulators of SPring— 8, T. Hara, T. Tanaka, T. Tanabe, X. M. Marechal, S. Okada and H. Kitamura J. Synchrotron

Radiation 5, 403 (1998)

非特許文献 2 : Construction of an in— vacuum undulator for production of undulator x— rays in the 5— 25 keV region. S. Yamamoto, T. Shioya, M. Hara, H. Kitamura, X. W. Zhang, T. Mochizuki, H. S ugiyama and M. Ando ; Rev. Sci. Instrum. 61 (1992) 400.

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] 本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その課題は、第 1磁気回路と第 2 磁気回路とを空間部を隔てて対向配置させる場合に、空間部に形成される磁場を強 くできると共に耐放射線特性を改善した挿入光源を提供することである。

課題を解決するための手段

[0006] 上記課題を解決するため本発明に係る挿入光源は、

周期磁場を形成するための第 1磁気回路と、

この第 1磁気回路を支持するための第 1支持体と、

第 1磁気回路に対向配置され、周期磁場を形成するための第 2磁気回路と、 この 第 2磁気回路を支持するための第 2支持体と、

対向配置される第 1磁気回路と第 2磁気回路の間に形成され、電子ビームが通過 するための空間部と、

第 1磁気回路と第 2磁気回路とを真空封止する真空槽と、

第 1磁気回路と第 2磁気回路を構成する永久磁石を室温以下に冷却するための冷 却機構とを備えて 、ることを特徴とするものである。

[0007] この構成による挿入光源の作用 ·効果を説明する。周期磁場を形成するために、第 1磁気回路と第 2磁気回路とが空間部を挟んで対向配置される。第 1磁気回路は第 1 支持体に支持され、第 2磁気回路は第 2支持体に支持される。第 1磁気回路と第 2磁 気回路は、共に真空槽内に真空封止される。この周期磁場が形成される空間部に電 子ビームを通過させることで、シンクロトロン放射光を発生させることができる。第 1磁 気回路と第 2磁気回路は、夫々永久磁石により構成されるが、この永久磁石を室温 以下に冷却させるための冷却機構を備えている。永久磁石を冷却することで、常温 で使用する場合よりも、残留磁束密度 (Br)や保磁力（iHcで表わし、 I Hカーブ (減 磁カーブ）が H軸を横切る点での Hの大きさのことで固有保磁力という）が上がるとい う特性がある。残留磁束密度が上がることで、磁気特性が高くなり空間部に強力な磁 場を形成することができる。また、保磁力が上昇することにより、耐放射線の特性が高 くなることが知られている。その結果、第 1磁気回路と第 2磁気回路とを空間部を隔て て対向配置させる場合に、空間部に形成される磁場を強くできると共に耐放射線特 性を改善した挿入光源を提供することができる。

[0008] 従来は、ベーキング処理中は永久磁石が所定温度以上に加熱されないように 120

°c程度の熱水を、使用時は電子ビーム力もたらす熱によって磁気回路温度が不安 定にならないよう室温程度の冷却水を循環させて磁気回路を冷却している。

[0009] 本発明の挿入光源として、更に、前記空間部の間隔を変更するための間隔変更機 構と、

前記冷却機構に設けられ、冷媒を通過させるための冷媒通過管と、

この冷媒通過管と、第 1支持体及び第 2支持体とを連結する連結部とを備え、 この連結部が柔軟性を有し、前記間隔変更機構による間隔の変更を許容するよう に構成されて 、ることが好まし 、。

[0010] 間隔変更機構を設けることで、空間部の間隔を変更することができるように構成する ことで、これにより、磁場の強さも調整することができる。また、磁気回路を組み込むと きも組立を行い易くできる。冷却機構として、冷媒を通過させるための冷媒通過管を 設け、これを第 1支持体と第 2支持体に連結部により連結する。従って、連結部を介し て各支持体に支持される磁気回路を冷却させることができる。また、連結部は柔軟性 を有しているため、冷媒通過管を固定させた状態で、空間部の間隔を変更したとして も (第 1 ·第 2支持体を移動させたとしても）、容易に移動させることができる。

[0011] 本発明に係る別の冷却機構は、第 1磁気回路を冷却するために設けられ、冷媒を 通過させるための第 1冷媒通過管と、

第 2磁気回路を冷却するために設けられ、冷媒を通過させるための第 2冷媒通過管 とを備え、

第 1冷媒通過管を第 1支持体に対して固定支持すると共に、第 2冷媒通過管を第 2 支持体に対して固定支持するように構成されて 、ることが好ま 、。

[0012] この場合は、第 1冷媒通過管は第 1支持体に固定支持され、第 2冷媒通過管は第 2 支持体に固定支持される。これにより、各支持体に支持される磁気回路が冷却される 。なお、この構成によれば、第 1 ·第 2支持体を移動させる場合に、各支持体に固定し た冷媒通過管も共に移動する構成であるから、柔軟性を有する連結部を設けなくて も良い。

[0013] 本発明に係る更に別の冷却機構は、第 1磁気回路を冷却するために設けられ、冷 媒を通過させるための第 1冷媒通過管と、

第 2磁気回路を冷却するために設けられ、冷媒を通過させるための第 2冷媒通過管 とを備え、

第 1冷媒通過管を第 1支持体の内部を貫通するように構成すると共に、第 2冷媒通 過管を第 2支持体の内部を貫通するように構成されて 、ることが好ま U、。

[0014] 冷媒を支持体の内部を貫通させるようにすることで、効率良く磁気回路を冷却させ ることがでさる。

[0015] 本発明として、空間部の間隔を変更するための間隔変更機構と、

前記冷却機構に設けられ、冷凍機により冷却される冷却ヘッドと、

この冷却ヘッドと、第 1支持体及び第 2支持体とを連結する連結部とを備え、 この連結部が柔軟性を有し、前記間隔変更機構による間隔の変更を許容するよう に構成されて 、ることが好まし 、。

[0016] 先ほどは冷媒通過管を設けることで冷却機構を構成する例を説明したが、冷凍機 を用いた構成も考えられる。この場合、冷凍機の冷却ヘッドを第 1支持体及び第 2支 持体に対して連結部を介して連結させることができる。この場合、連結部は柔軟性を 有しているので、空間部の間隔を変更する場合に、容易に追従させることができる。

[0017] 本発明において、前記第 1支持体を支持する第 1支持軸と、前記第 2支持体を支持 する第 2支持軸とに夫々中空部を形成して!/、ることが好ま 、。

[0018] 磁気回路を冷却する冷却機構を設ける場合に、挿入光源の外部からの熱伝導を抑 制する必要がある。第 1 ·第 2支持体を支持する支持軸は、強度が必要とされるため、 金属で形成されるが、金属は熱伝導性がよいため外部からの熱が伝わりやすい。そ こで、支持軸を中空に形成することで、熱を伝わりにくくすることができる。よって、磁 気回路を所望の冷却温度に設定することができる。

[0019] 本発明において、第 1磁気回路の温度を検出する第 1温度センサーと、

第 1磁気回路を加熱可能な第 1ヒーターと、

第 2磁気回路の温度を検出する第 2温度センサーと、

第 2磁気回路を加熱可能な第 2ヒーターと、

第 1 ·第 2温度センサーによる温度計測データに基づいて、第 1ヒーター及び第 2ヒ 一ターを制御する温度制御部とを備えて 、ることが好ま 、。

[0020] 永久磁石を冷却させる場合、残留磁束密度は温度の低下と共に大きくなつている 力 ある温度以上に低下させると逆に残留磁束密度が小さくなるという特性を示す永 久磁石も存在する。従って、カゝかる永久磁石を用いて磁気回路を構成する場合は、 冷却温度を制御する必要がある。そこで、各磁気回路を加熱可能なヒーターと、各磁 気回路の温度を検出する温度センサーと、各ヒーターを制御する温度制御部を設け ることで、適切な冷却温度となるように制御することができる。

[0021] 本発明において、第 1支持体及び第 2支持体は、夫々、永久磁石を取り付けるホル ダ一部と、このホルダー部を支持するホルダー支持部とを有し、

このホルダー部の材質をホルダー支持部の材質よりも熱膨張率が大きいか等しくな るようにすることが好ましい。

[0022] 永久磁石をホルダー部に対して組み立てる作業は常温で行い、実際に挿入光源を 稼動させる場合は、所望の冷却温度に冷却させる。この場合、ホルダー部よりもホル ダー支持部の材質の熱膨張率が大きいと、冷却させた場合に熱膨張率の違いに起 因して、ホルダー部が変形し磁気回路が破損してしまう。そこで、ホルダー部とホルダ 一支持部とを同一の材質 (熱膨張率が等 、)で形成するか、ホルダー部の熱膨張 率がホルダー支持部よりも大きくなるようにすれば、熱膨張率の違いによるホルダー 部の変形を生じさせなくてすむ。

図面の簡単な説明

[0023] [図 1]第 1実施形態に係る挿入光源の縦断面図

[図 2]磁気回路の構成を示す図

[図 3]磁気回路の別構成を示す図

[図 4]温度制御に関する制御ブロックを示す図

[図 5]磁石の特性を示すグラフ

[図 6]第 2実施形態に係る挿入光源の縦断面図

[図 7]第 3実施形態に係る挿入光源の縦断面図

[図 8]第 4実施形態に係る挿入光源の縦断面図

[図 9]第 5実施形態に係る挿入光源の縦断面図

[図 10]第 6実施形態に係る挿入光源の縦断面図

[図 11]第 7実施形態に係る挿入光源の縦断面図

[図 12]第 8実施形態に係る挿入光源の縦断面図

[図 13]第 9実施形態に係る挿入光源の縦断面図

[図 14]永久磁石の具体例を示す図

発明を実施するための最良の形態

[0024] 本発明に係る挿入光源の好適な実施形態を図面を用いて説明する。図 1は、第 1 実施形態に係る挿入光源の縦断面図を示す図である。図 2は、磁気回路の構成を示 す概念図である。図 3は、磁気回路の別構成を示す概念図である。

[0025] まず、磁気回路について説明する。図 2は、いわゆるハルバッハ型と呼ばれる磁気 回路を示している。第 1磁気回路 11と第 2磁気回路 12とが空間部 13を隔てて配置さ れている。第 1磁気回路 11は、 4つの永久磁石 11a— l idを 1組として、これが多数 組み電子ビームの進行方向に沿って並べられて 、る。各永久磁石 1 la— 1 Idの磁 化方向は矢印で示されている。第 2磁気回路 12も、 4つの永久磁石 12a— 12dを 1組 として、これが多数組み電子ビームの進行方向に沿って並べてられている。よって、 磁場の周期は図のようにえで表わされる。この磁石の配列ピッチについては、目的に 応じて適宜変更できるものである。

[0026] 空間部 13のギャップ間隔は gで表わされる。この間隔 gは、間隔変更機構により変 更可能に構成されている。間隔を変更することで、磁場の強さを調整することができ る。図 2に示すような永久磁石の配置を行うことで、空間部 13に周期磁場を形成する ことができる。この空間部 13に電子ビームを通過させると、周期磁場の影響を受けて 電子ビームが蛇行しながら進行する。電子ビームの蛇行面 Mは、対向している第 1 · 第 2磁気回路の磁石の面と平行である。電子ビームを蛇行進行させることで、所望の シンクロトロン放射光を発生させることができる。

[0027] 図 2に示す磁気回路は永久磁石のみにより構成されている力 図 3に示すいわゆる ノ、イブリツド型とよばれる磁気回路では、永久磁石と永久磁石の間に軟磁性体を配 置している。すなわち、 第 1磁気回路は、永久磁石 11A, 11Cと軟磁性体 11B, 11 Dが交

互に配置されており、第 2磁気回路は、永久磁石 12A, 12Cと軟磁性体 12B, 12D が交互に配置されている。磁化方向（磁束の方向）については、矢印に示している通 りである。本発明に係る挿入光源においては、いずれの磁気回路を採用してもよぐ 特定の構成を有する磁気回路に限定されるものではない。

[0028] <第 1実施形態 >

次に第 1実施形態に係る挿入光源の構成を説明する。図 1は、電子ビームの進行 方向に対して垂直な面で切断した場合の縦断面図である。第 1磁気回路 11と第 2磁 気回路 12とが空間部 13を介して対向配置されている。第 1磁気回路 11は、図 2でも 説明したように、多数の永久磁石 mが電子ビームの進行方向（図 1の紙面に垂直方 向）に沿って多数並べて配置されている。第 2磁気回路 12も同様に永久磁石 mが多 数並べて配置されている。なお、好ましい永久磁石 mの具体例については、後述す る。

[0029] 第 1磁気回路 11を取り付け支持するために第 1支持体 21が設けられ、この第 1支 持体 21は、第 1磁石ホルダ 21a (ホルダー部に相当）と第 1磁石取付ビーム 21b (ホ ルダー支持部に相当）とを備えている。従来は、ベーキング処理により高温にするた め、第 1磁石ホルダ 21aは無酸素銅により形成し、第 1第 1磁石取付ビーム 21bはァ ルミ-ゥムにより形成していた力 本発明においては、いずれも無酸素銅で形成する 。後述するように、磁気回路 11, 12を冷却させると、磁石ホルダ 21aも磁石取付ビー ム 21bも寸法が縮む力 同じ材料であるから寸法変化に伴う磁石ホルダ 21aの変形 が生じない。従って、磁気回路 11, 12を冷却させたとしても、永久磁石 mを変形させ て破損させるなどの事故が生じることがな 、。

[0030] なお、第 1磁石ホルダ 21aをアルミニウムで形成し、第 1磁石取付ビーム 21bを無酸 素銅で形成しても良い。この場合も、アルミニウムの方が熱膨張率が無酸素銅よりも 大きいので、冷却させたとしても、磁気回路 11, 12が破損する方向への変形は生じ ない。

[0031] 第 2磁気回路 12を取り付け支持するための第 2支持体 22、第 2磁石ホルダ 22a、第 2磁石取付ビーム 22bにつ 、ても第 1磁気回路 11と同様である。

[0032] 次に、各磁気回路 11, 12を冷却するための冷却機構の構成について説明する。

冷却機構として、冷媒を通過させるための冷媒通過管 30を設けており、空間部 13の 左右両側に一対の冷媒通過管 30が設けられている。冷媒としては、特定のものに限 定されないが、例えば、液体窒素、液体ヘリウム等の液ィ匕された冷媒が好ましい。冷 媒通過管 30も電子ビームの進行方向に沿って配置されて 、る。冷媒は所定の循環 経路により循環される構造を採用する。

[0033] 冷媒通過管 30と第 1 ·第 2支持体 21, 22とは連結部 31を介して接続されている。

連結部 31は、柔軟性を有する形状（図示するようにアコーディオン式に折り畳める構 造）に形成され、第 1 ·第 2支持体 21, 22が上下方向に移動したとしても、各支持体 2 1, 22と冷媒通過管 30との連結状態を維持できるようにしている。連結部 31は、熱伝 導性の良い導体 (例えば、銅 (無酸素銅やベリリウム銅）、 アルミニウム）により形成さ れる。なお、冷媒通過管 30は、固定された状態である。

[0034] 連結部 31に柔軟性を持たせるのは上記の理由である力 更に、若干の熱抵抗を付 与するという目的も有する。熱抵抗を持たせることにより、後述する温度制御を精度よ く行うことができる。

[0035] 冷却機構により磁気回路 11, 12を冷却する場合、室温以下でかつ液体窒素ある いは液体ヘリウム以上の温度となるように設定する。なお、設定温度は使用する冷媒 の種類や磁気回路 11, 12を構成する永久磁石 mの種類によって異なるものである。

[0036] 次に、永久磁石 mを冷却させることにより生じる効果を説明する。永久磁石の一般 的な特性として、冷却により残留磁束密度 Brが高くなる。これにより、空間部 13にお いて強力な磁場を形成することができる。また、永久磁石を冷却することにより保磁力 が高くなる。これにより、耐放射線特性が上昇する。また、永久磁石を冷却させること で、真空槽 1内の永久磁石の表面力もの気体分子の脱離が減少する。従って、磁気 回路 11 , 12に対してベーキング処理を行わな 、でも真空槽 1内を超高真空にするこ とができる。ベーキング処理を行うときは所定の温度に加熱しなければならないが、 永久磁石を加熱すると熱減磁という問題が発生する。従って、従来のように、ベーキ ング処理における熱減磁を考慮して、室温で高保磁力かつ低残留磁束密度の材料 を選択する必要があった。しかし、本発明の場合、そのような熱減磁を考慮しなくて良 V、ので、常温で低保磁力かつ高残留磁束密度を有する材料を選択することができ、 これにより、空間部 13に強力な磁場を形成することができる。

[0037] 第 1 ·第 2磁気回路 11, 12は、真空槽 1の中に真空封止されている。真空槽 1の中 に磁気回路 11, 12も封止することで、ギャップ間隔 gを小さくすることができる。また、 真空封止することで断熱効果を有するので、挿入光源 Rが設置される室内の熱が真 空槽 1を介して磁気回路 11, 12に伝達しに《することができる。

[0038] 第 1 ·第 2磁気回路 11, 12を支持した第 1 ·第 2支持体 21, 22は、不図示の間隔変 更機構により上下方向（図 1の矢印 A, B)に移動させることができる。間隔変更機構と しては、例えば、前述した特許文献 1あるいは非特許文献 1に開示される機構を用い ることができる。間隔変更機構により、空間部 13のギャップ間隔 gを変更することがで きる。ギャップ間隔 gを変更することで、空間部 13における磁場の強さが所望になるよ うに調節することができる。

[0039] 第 1支持体 21の上部は、第 1支持軸 14により支持されている。第 1支持軸 14は、金 属製であるが、その内部を中空に形成している。第 1支持軸 14は、そのほとんどが真 空槽 1の外部にあるため、室内 (真空槽外部）の熱が第 1支持軸 14を伝わって第 1磁 気回路 11の温度を上げる方向に作用する。これを極力抑制するために、第 1支持軸 14を中空として熱が伝わりに《している。第 2支持体 22の下部も第 2支持軸 15によ り支持されているが、同様の理由で内部を中空に形成している。これにより、支持軸 1 4, 15としての強度を確保しつつ、熱伝導性を低下させている。各支持軸 14, 15の 周囲にはべローズ 16が設けられており、真空槽 1内部の真空性を維持しながらも、各 支持軸 14, 15の上下移動を許容している。

[0040] 挿入光源は、常温室内に配置されるため、赤外線等による輻射熱を極力避ける必 要がある。各磁気回路 11, 12は、真空槽 1により真空断熱をされているが、輻射熱に より磁気回路 11, 12を十分に冷却できないということもありうる。そこで、熱を反射させ るための仕組みが必要である。例えば、支持体 21, 22の磁石ホルダ 21a, 22aと磁 石取付ビーム 21b, 22bの表面に金メッキ等を施して輻射熱を反射するようにするこ とが好ましい。

[0041] 第 1支持体 21には、第 1磁石取付ビーム 21bの裏面側に第 1ヒーター 21cが設けら れている。第 2支持体 22にも同様に第 2ヒーター 22cが設けられている。また、第 1 · 第 2磁石取付ビーム 21b, 22bの内部に温度センサー 21d, 22dを埋め込み配置す る（図 1では不図示)。図 4は、温度制御部 23の構成を示す制御ブロック図である。温 度設定部 24には、永久磁石を冷却制御する温度データが設定されている。温度制 御部 23は、各温度センサー 2 Id, 22dからの計測された温度データと、設定されて いる温度データとを比較して所望の温度になるように、各ヒーター 21c, 22cを個別に 制御する。

[0042] ヒーターとしては、例えば、シースヒーターを用いることができる。各ヒーター 21c, 2 2cの取り付けは、各磁石取付ビーム 21b, 22bの裏面側に銅板等で押さえつけて、 ネジ止めすることで行うことができる。温度センサーとしては、白金を使用した測温抵 抗体や熱電対を用いることができる。

[0043] 温度制御部 23は、必ずしも必要ではないが、次のような場合には設けておくことが 好ましい。永久磁石の特性として、低温にすればするほど磁気特性が上昇する場合 は問題がないが、図 5に示すように、ある特定の低温において残留磁束密度がピーク を示すような永久磁石材料も存在する。例えば、 TSR (スピン再配列温度）以下の 温度でスピン再配列を起こすような希土類一鉄 ボロン系磁石である場合、 TSR以下 の温度に冷却されないように磁気回路 11, 12に対して温度制御を行う必要がある。

[0044] <第 2実施形態 >

次に、第 2実施形態に係る挿入光源を図 6により説明する。第 1実施形態と同じ機 能をする部分については、同じ図番を付することにして説明を省略する。

[0045] 第 2実施形態では、第 1冷媒通過管 30Aと第 2冷媒通過管 30Bとを備えており、第 1冷媒通過管 30Aは左右一対設けられ、夫々連結部 31Aを介して第 1支持体 21〖こ 対して連結される。また、第 2冷媒通過管 30Bも同様に連結部 31Bを介して第 2支持 体 22に対して連結される。各連結部 31 A, 31Bは柔軟性を有している。これにより、 各冷媒通過管 30A, 30Bは真空槽 1に対して固定されて取り付けられているが、第 1 •第 2支持体 21, 22が上下方向に移動したとしても、各支持体 21, 22と冷媒通過管 30A, 30Bとの連結状態を維持できるようにして 、る。

[0046] <第 3実施形態 >

次に、第 3実施形態に係る挿入光源を図 7により説明する。第 2実施形態と異なるの は、第 1 ·第 2冷媒通過管 30A, 30Bが固定手段 32A, 32Bを介して夫々第 1支持体 21、第 2支持体 22に対して固定支持されることである。固定手段 32A, 32Bは、金属 (例えば、 銅板 (ベリリウム銅等）、ステンレス板、アルミニウム板)で形成される。第 1 支持体 21や第 2支持体 22を上下移動させるときは、第 1冷媒通過管 30Aと第 2冷媒 通過管 30Bもいっしょに上下移動する構成である。従って、柔軟性を有する連結部 は用いられていない。なお、固定手段 32A, 32Bに熱抵抗を持たせる必要がある場 合には、ステンレス板で形成することが好ましい。

[0047] <第 4実施形態 >

次に、第 4実施形態に係る挿入光源を図 8により説明する。第 3実施形態と異なるの は、第 1 ·第 2冷媒通過管 30A, 30Bが、直接的に第 1支持体 21と第 2支持体 22の 側面部に固着されている点である。第 3実施形態に示すような固定手段は設けられ ていない。また、第 3実施形態と同様に、第 1支持体 21や第 2支持体 22を上下移動 させるときは、第 1冷媒通過管 30Aと第 2冷媒通過管 30Bもいっしょに上下移動する 構成である。従って、柔軟性を有する連結部は用いられていない。各冷媒通過管 30 A, 30Bを直接的に各支持体 21, 22に対して取り付けているので、効果的に冷却を 行うことができる。また、第 4実施形態はヒーターを設けていないが、冷媒の温度を可 変とすることで温度制御を行うことができる。次の第 5実施形態も同様である。

[0048] <第 5実施形態 >

次に、第 5実施形態に係る挿入光源を図 9により説明する。この実施形態では、第 1 冷媒通過管 30Aは、第 1支持体 21の第 1磁石取付ビーム 21bの内部に埋め込まれ た形で設けられる。第 2冷媒通過管 30Bも同様に第 32磁石取付ビーム 22bの内部に 埋め込まれている。第 1支持体 21や第 2支持体 22を上下移動させるときは、第 1冷媒 通過管 30Aと第 2冷媒通過管 30Bもいっしょに上下移動する構成である。支持体 21 , 22の内部に冷媒通過管 30A, 30Bを埋め込み配置しているので、効果的に冷却 を行うことができる。

[0049] <第 6実施形態 >

次に、第 6実施形態に係る挿入光源を図 10により説明する。図 10以下の実施形態 では、冷凍機 33を用いた冷却機構を説明する。図 10に示すように、真空槽 1の左右 両側に一対の冷凍機 33を配置し、その冷却ヘッド 330を真空槽 1の内部に臨ませる 。冷却ヘッド 330の上端側を第 1連結部 31Aにより第 1支持体 21に対して連結する。 冷却ヘッド 330の下端側を第 2連結部 31Bにより第 2支持体 22に対して連結する。 冷凍機 33は、断熱膨張の原理に基づき各磁気回路 11, 12を冷却させることができ る。連結部 31A, 31Bは、第 1実施形態と同様に柔軟性を有している。これにより、第 1 ·第 2支持体 21, 22が上下方向に移動したとしても、各支持体 21, 22と冷却ヘッド 330との連結状態を維持できるようにして 、る。

[0050] <第 7実施形態 >

次に、第 7実施形態に係る挿入光源を図 11により説明する。この実施形態では、一 対の第 1冷凍機 33Aと、一対の第 2冷凍機 33Bとが設けられている。第 1冷凍機 33A の第 1冷却ヘッド 330Aは、第 1連結部 31Aを介して第 1支持体 21と連結され、第 2 冷凍機 33Bの第 2冷却ヘッド 330Bは、第 2連結部 31Bを介して第 2支持体 22と連結 される。各連結部 33A, 33Bは柔軟性を有しており、第 1 ·第 2支持体 21, 22が上下 方向に移動したとしても、各支持体 21, 22と冷却ヘッド 330との連結状態を維持でき るようにしている。 [0051] <第 8実施形態 >

次に、第 8実施形態に係る挿入光源を図 12により説明する。図 12に示すように第 1 冷凍機 33Aを真空槽 1の上方に置き、略 L字形に形成された冷却ヘッド 330Aの先 端を真空槽 1の内部に臨ませる。第 1支持体 21の第 1磁石取付ビーム 21bの裏面側 において、連結部 34Aを介して冷却ヘッド 330Aと連結させる。第 1ヒーター 21cは、 他の実施形態とは異なり、第 1磁石取付ビーム 21bの中央凹部に設けている。第 2冷 凍機 33Bは真空槽 1の下方に置き、その他の冷却ヘッド 330B、連結部 34B、第 2ヒ 一ター 22c等の配置構成は同じである。各連結部 34A, 34Bは柔軟性を有しており 、第 1 ·第 2支持体 21, 22が上下方向に移動したとしても、各支持体 21, 22と冷却へ ッド 330A, 330Bとの連結状態を維持できるようにして 、る。

[0052] <第 9実施形態 >

次に、第 9実施形態に係る挿入光源を図 13により説明する。冷凍機 33A, 33Bの 配置は、第 8実施形態と同じであるが、冷却ヘッド 330A, 330Bの先端を直接第 1 · 第 2磁石取付ビーム 21b, 22bに対して固定している。従って、第 1 ·第 2支持体 21, 22が上下方向に移動すると、これといっしょに第 1冷凍機 33Aと第 2冷凍機 33Bも上 下移動することになる。なお、冷却ヘッド 330A, 330Bの周囲にはべローズ 35が設 けられており、真空槽 1内部の真空性を維持しながらも、冷却ヘッド 330A, 330Bの 上下移動を許容している。

[0053] 第 9実施形態では、冷却ヘッド 330A, 330Bにヒーターを内蔵させることで温度制 御を行うことも可能である。

[0054] <永久磁石の具体例 >

本発明に係る挿入光源の磁気回路 11, 12を構成するのに好適な永久磁石の具体 例を図 14に示す。図 14において、番号 1一 5までは Nd— Fe— B系の永久磁石であり 、スピン再配列を示すため、極低温で Br (残留磁束密度）が減少する。番号 6は Pr - Fe— B系の永久磁石であり、スピン再配列を示さない。なお、磁場の測定にはホール 素子を用いた。 RTは室温、 LNTは液体窒素温度（77K)、 LHeTは液体ヘリウム温 度 (4. 2K)を示している。

[0055] 図 3でノヽイブリツド型を説明した力 このタイプで使用する軟磁性材料にっ ヽては、 パーメンジュール、 Ho (ホルミウム）、 Dy (ジスプロシウム）、純鉄等を用いることができ る。各実施形態における磁気回路は、ハルバッハ型でもハイブリッド型でも良い。

[0056] <効果 >

以上のように本発明に係る挿入光源によれば、次のような作用'効果を有する。冷 却機構により冷却することで、残留磁束密度 (Br)が上昇し、常温で使用するよりも強 力な磁場を空間部に形成することができる。また、冷却することで固有保磁力（iHc) が上昇し、これに伴い耐放射線性が上昇する。冷却機構により磁気回路、ホルダー 部、ホルダー支持部を冷却する構造であるので、超高真空に引く時にベーキングを 行う必要がない。よって、ベーキングに伴う熱減磁を考慮する必要がなぐ高工ネル ギ一積の永久磁石を使用することができる。

[0057] 従来は、真空槽内において、永久磁石表面力 の脱ガスを行って到達真空度を上 げるために、ベーキング処理で 100°C前後に加熱しても永久磁石が熱減磁しないた めには、 iHcの高い材質を選択する必要があった。高 iHc材料は、相補関係カも必 然的に Brが低いので、磁気回路により形成される磁束密度が低くなる。

[0058] これに対して、本発明は、永久磁石の冷却によりガス分子が磁石表面にトラップさ れるので、ベーキング処理による脱ガスを行わなくても、目標の到達真空度を得るこ とができる。すなわち、 磁石を加熱しないので、減磁防止のために高 iHc材料を選 択しなくて

も良い。従って、高 Br材料を選択することができ、なおかつ、低温で Brが上昇するの で、更に高い磁束密度が得られる。

[0059] <別実施形態 >

各実施形態において夫々開示された構造は、合理的な範囲内で、任意に組み合 わせることができる。

Claims

請求の範囲

[1] 周期磁場を形成するための第 1磁気回路と、

この第 1磁気回路を支持するための第 1支持体と、

第 1磁気回路に対向配置され、周期磁場を形成するための第 2磁気回路と、 この第 2磁気回路を支持するための第 2支持体と、

対向配置される第 1磁気回路と第 2磁気回路の間に形成され、電子ビームが通過 するための空間部と、

第 1磁気回路と第 2磁気回路とを真空封止する真空槽と、

第 1磁気回路と第 2磁気回路を構成する永久磁石を室温以下に冷却するための冷 却機構とを備えて ヽることを特徴とする挿入光源。

[2] 前記空間部の間隔を変更するための間隔変更機構と、

前記冷却機構に設けられ、冷媒を通過させるための冷媒通過管と、

この冷媒通過管と、第 1支持体及び第 2支持体とを連結する連結部とを備え、 この連結部が柔軟性を有し、前記間隔変更機構による間隔の変更を許容するよう に構成されて 、る請求項 1に記載の挿入光源。

[3] 前記冷却機構は、第 1磁気回路を冷却するために設けられ、冷媒を通過させるため の第 1冷媒通過管と、

第 2磁気回路を冷却するために設けられ、冷媒を通過させるための第 2冷媒通過管 とを備え、

第 1冷媒通過管を第 1支持体に対して固定支持すると共に、第 2冷媒通過管を第 2 支持体に対して固定支持するように構成されて 、る請求項 1に記載の挿入光源。

[4] 前記冷却機構は、第 1磁気回路を冷却するために設けられ、冷媒を通過させるため の第 1冷媒通過管と、

第 2磁気回路を冷却するために設けられ、冷媒を通過させるための第 2冷媒通過管 とを備え、

第 1冷媒通過管を第 1支持体の内部を貫通するように構成すると共に、第 2冷媒通 過管を第 2支持体の内部を貫通するように構成されて 、る請求項 1に記載の挿入光 源。

[5] 前記空間部の間隔を変更するための間隔変更機構と、

前記冷却機構に設けられ、冷凍機により冷却される冷却ヘッドと、

この冷却ヘッドと、第 1支持体及び第 2支持体とを連結する連結部とを備え、 この連結部が柔軟性を有し、前記間隔変更機構による間隔の変更を許容するよう に構成されて 、る請求項 1に記載の挿入光源。

[6] 前記第 1支持体を支持する第 1支持軸と、前記第 2支持体を支持する第 2支持軸と に夫々中空部を形成している請求項 1一 5のいずれか 1項に記載の挿入光源。

[7] 第 1磁気回路の温度を検出する第 1温度センサーと、

第 1磁気回路を加熱可能な第 1ヒーターと、

第 2磁気回路の温度を検出する第 2温度センサーと、

第 2磁気回路を加熱可能な第 2ヒーターと、

第 1 ·第 2温度センサーによる温度計測データに基づいて、第 1ヒーター及び第 2ヒ 一ターを制御する温度制御部とを備えている請求項 1一 6のいずれか 1項に記載の 挿入光源。

[8] 第 1支持体及び第 2支持体は、夫々、永久磁石を取り付けるホルダー部と、このホ ルダ一部を支持するホルダー支持部とを有し、

このホルダー部の材質をホルダー支持部の材質よりも熱膨張率が大きいか等しくな るようにしたことを特徴とする請求項 1一 7のいずれか 1項に記載の挿入光源。