偏向電磁石装置及び挿入光源装置

【課題】小型化できる偏向電磁石装置及び挿入光源装置を提供する。
【解決手段】挿入光源装置は、ビーム軌道に沿って第一の偏向電磁石装置、第二の偏向電磁石装置及び第三の偏向電磁石装置をこの順に配置している。第二の偏向電磁石装置１４では、リターンポール７Ａ，メインポール１１Ａ及びリターンポール７Ｂがこの順序でビーム進行方向の上流側から連結部材９Ａに設置され、リターンポール７Ｃ，メインポール１Ｂ及びリターンポール７Ｄがこの順序でビーム進行方向の上流側から連結部材９Ｂに設置される。対向するリターンポール７Ａとリターンポール７Ｃの間、対向するメインポール１１Ａとメインポール１１Ｂの間、及び対向するリターンポール７Ｂとリターンポール７Ｄの間に、荷電粒子ビームが内部を通過するビームダクトが配置される。連結部材９Ａと連結部材９Ｂが非磁性体の支持部材で連結される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏向電磁石装置及び挿入光源装置に係り、特に、蓄積リング及びシンクロトロン放射光リングなどに適用するのに好適な偏向電磁石装置及び挿入光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子ビーム及び陽電子などの荷電粒子ビームに対し、ビーム進行方向及びこれと垂直な方向に加速度を与えることで放射光を発生させる技術がある。荷電粒子ビームに周期的な運動を加えるために、荷電粒子ビームが通過するビームダクト（真空ダクト）のビーム軌道上に挿入光源装置を設置する。挿入光源装置に備えられた偏向電磁石装置によって磁場を生成して、ビームダクト内を通過する荷電粒子ビームを偏向し、放射光を発生させる。挿入光源装置としてウィグラーを利用することによって、より強い磁場を生成し、短い波長の放射光を発生させる技術がある。
【０００３】
図１は、挿入光源装置として利用されている従来のウィグラーの一例を示す概念図である。ウィグラーは、ビームダクト（図示せず）の直線部に沿って、第一の偏向電磁石装置２Ａ，第二の偏向電磁石装置１及び第三の偏向電磁石装置２Ｂを有する。第一の偏向電磁石装置２Ａは、入射された荷電粒子ビームを偏向する磁場を生成する。第二の偏向電磁石装置１は、放射光を発生させる目的で設けられ、強い磁場を生成している。第三の偏向電磁石装置２Ｂは、第一の偏向電磁石装置２Ａと同じ方向の磁場を生成して荷電粒子ビームを偏向し、ビーム軌道をリング軌道に戻す。
【０００４】
ウィグラーに入射した荷電粒子ビームは、第一の偏向電磁石装置２Ａが生成した磁場によって偏向され、第二の偏向電磁石装置１を通過する際に強い磁場で逆方向に偏向され、さらに第三の偏向電磁石装置２Ｂに入射されて第二の偏向電磁石装置１と反対方向に偏向され、出射される。この結果、ウィグラーを通過する荷電粒子ビームは、図１に示すビーム軌道３に沿って進行する。第二の偏向電磁石装置１で生成する磁場を強くすることによって、強い放射光を得ることができる。特開平５−７４５９４号公報には、Ｃ字型の偏向電磁石装置を第二の偏向電磁石装置１として採用する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−７４５９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
例えば、放射光を発生させる目的で設けられる第二の偏向電磁石装置１として、図２及び図３で示すようなＣ字型の偏向電磁石装置１Ａを用いることが考えられる。図２は、第二の偏向電磁石装置１Ａの支持部材中心及びコイル対称軸を含む縦断面図である。偏向電磁石装置１Ａは、メインポール１１Ａ，１１Ｂ，磁場を生成するためのコイル４Ａ，４Ｂ、及びメインポール１１Ａ，１１Ｂを取り付けるための磁性材で作られたヨーク５を備える。メインポール１１Ａはメインポール１１Ｂの上方に配置される。ヨーク５は、図２に示すように、ビーム進行方向から見た場合にＣ字型の形状を有する。コイル４Ａ，４Ｂによる起磁力によって、メインポール１１Ａとメインポール１１Ｂの間に磁場（磁力線６）を生成する。この磁場はヨーク５を介して閉じた磁気回路を形成する。図３に偏向されたビーム軌道３に垂直な方向から見た偏向電磁石装置１１の概念図を示す。図３の磁力線６は、ヨーク５を介してメインポール１１Ａ，１１Ｂを通る閉ループの磁気回路を形成する。メインポール１１Ａとメインポール１１Ｂの間に生成される偏向磁場は一方向であるため、偏向されたビーム軌道３方向の磁場分布は偏向軌道方向に幅広い分布となる。
【０００７】
このような偏向電磁石装置１Ａにおいて、放射光の放出時に、荷電粒子ビームがメインポール１１Ａとメインポール１１Ｂの間に形成される間隙に入射されたとき、メインポール１１Ａ，１１Ｂの作用でビーム軌道３上に生成された磁場によって、荷電粒子ビームのビーム軌道が偏向される。この場合、メインポール１１Ａ，１１Ｂによって生成された偏向磁場の偏向軌道方向の分布が幅広いため、偏向軌道はリング軌道から大きく逸脱してしまう。一方、放射光を出さない場合には、偏向電磁石装置１１は励磁されておらず、荷電粒子ビームは偏向されずにリング軌道上を通過することになる。このため、偏向された荷電粒子ビームのビーム軌道と、荷電粒子ビームを偏向させない場合のビーム軌道を考慮して真空ダクトを構成する必要があり、真空ダクトが大型化することがあった。
【０００８】
本発明の目的は、小型化できる偏向電磁石装置及び挿入光源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、磁性体の第１ヨークと、この第１ヨークの下方に配置されて非磁性体の支持部材で第１ヨークに連結された磁性体の第２ヨークとを備え、
第１ヨークが、第１リターンポール、第１メインポール、第２リターンポールを含んでおり、第２ヨークが、第３リターンポール、第２メインポール、第４リターンポールを含んでおり、
磁場を生成する第１コイルが第１メインポールに設けられ、磁場を生成する第２コイルが第２メインポールに設けられ、
第１リターンポールと第３リターンポールが、第１メインポールと第２メインポールが、及び第２リターンポールと第４リターンポールが、それぞれ、荷電粒子ビームが通過する間隙を間に挟んで対向して配置されていることにある。
【００１０】
第１リターンポールと第３リターンポールが、第１コイルを設けた第１メインポールと第２コイルを設けた第２メインポールが、及び第２リターンポールと第４リターンポールが、それぞれ、荷電粒子ビームが通過する間隙を間に挟んで対向して配置されているので、偏向磁場領域を狭くすることができて偏向軌道のリング軌道からのずれを小さくすることができる。このため、偏向電磁石装置を小型化することができる。
【００１１】
好ましくは、第１メインポールを、荷電粒子ビームの進行方向において、第１リターンポールと第２リターンポールの間に配置し、第２メインポールを、荷電粒子ビームの進行方向において、第３リターンポールと第４リターンポールの間に配置することが望ましい。これによって、第1メインポールを中心に磁石体系が対称となるため、第一及び第三の偏向電磁石装置を含めて、製作性が向上する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、偏向電磁石装置を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】挿入光源装置の一種であり３ポールで構成される従来のウィグラーの配置を上方から見た概念図である。
【図２】従来の第二の偏向電磁石装置の偏向軌道方向から見た構成図である。
【図３】図２に示す偏向電磁石装置の偏向軌道に垂直な方向から見た構成図である。
【図４】本発明の好適な一実施例である挿入光源装置の斜視図である。
【図５】図４に示す第二の偏向電磁石装置の偏向軌道に垂直な方向から見た構成図である。
【図６】図５に示す第二の偏向電磁石装置の偏向軌道方向から見た構成図である。
【図７】図４に示す第二の偏向電磁石装置の鳥瞰図である。
【図８】第二の偏向電磁石装置の磁場中心からの距離に対する磁場強度の変化を示す特性図である。
【図９】図４に示す第二の偏向電磁石装置に第三の偏向電磁石装置を併設した場合での第二の偏向電磁石装置の磁場中心からの距離に対する磁場強度の変化を示す特性図である。
【図１０】図４に示す第二の偏向電磁石装置における、図９に示す磁場による偏向軌道のリング軌道からのずれを示す説明図である。
【図１１】図２に示す従来の第二の偏向電磁石装置に第三の偏向電磁石装置を併設した場合でのこの第二の偏向電磁石装置の磁場中心からの距離に対する磁場強度の磁場解析結果を示す図である。
【図１２】図２に示す従来の第二の偏向電磁石装置における、図１１に示す磁場による、ビーム軌道のリング軌道からのずれを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施例を、図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１５】
本発明の好適な一実施例である挿入光源装置を、図４，図５，図６及び図７を用いて説明する。本実施例の挿入光源装置は、例えば、シンクロトロン放射光リングに設けられる。
【００１６】
本実施例の挿入光源装置１２は、図４に示すように、第一の偏向電磁石装置１３，第二の偏向電磁石装置１４及び第三の偏向電磁石装置１５を備える。荷電粒子ビームが通過するビームダクト（図示せず）に沿って、荷電粒子ビームの進行方向の上流側から順に、第一の偏向電磁石装置１３，第二の偏向電磁石装置１４，第三の偏向電磁石装置１５が配置される。偏向電磁石装置１５は、偏向電磁石装置１４によって曲げられた荷電粒子ビームを偏向電磁石装置１４の通過後にリング軌道に戻すために、ビーム軌道上でかつ偏向電磁石装置１４の近傍に設置される。偏向電磁石装置１３も、上流側において、ビーム軌道上で偏向電磁石装置１４の近傍に設置されることが好ましい。偏向電磁石装置１４は加速器用偏向電磁石装置である。
【００１７】
偏向電磁石装置１３及び１５は同じ構成要素を有する。偏向電磁石装置１３は、環状の一対のコイル１０Ａ，１０Ｂ及びＣ字状のヨーク１６を有する。Ｃ字状のヨーク１６は、上部ヨーク１６Ａ及び上部ヨーク１６Ａよりも下方に配置された下部ヨーク１６Ｂを有する。サイドポール２Ａが上部ヨーク１６Ａの端部に設けられて下方に向かって伸びている。サイドポール２Ｂが下部ヨーク１６Ｂの端部に設けられて上方に向かって伸びている。サイドポール２Ａの下端とサイドポール２Ｂの上端の間に、間隙が形成されている。コイル１０Ａが、サイドポール２Ａを取り囲んでサイドポール２Ａに設置される。コイル１０Ｂが、サイドポール２Ｂを取り囲んでサイドポール２Ｂに設置される。
【００１８】
偏向電磁石装置１５は、環状の一対のコイル１０Ｃ，１０Ｄ及びＣ字状のヨーク１７を有する。Ｃ字状のヨーク１７は、上部ヨーク１７Ａ及び上部ヨーク１７Ａよりも下方に配置された下部ヨーク１７Ｂを有する。サイドポール２Ｃが上部ヨーク１７Ａの端部に設けられて下方に向かって伸びている。サイドポール２Ｄが下部ヨーク１７Ｂの端部に設けられて上方に向かって伸びている。サイドポール２Ｃの下端とサイドポール２Ｄの上端の間に、間隙が形成されている。コイル１０Ｃが、サイドポール２Ｃを取り囲んでサイドポール２Ｃに設置される。コイル１０Ｄが、サイドポール２Ｄを取り囲んでサイドポール２Ｄに設置される。
【００１９】
サイドポール２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄは磁性材で作られている。コイル１０Ａ，１０Ｂは偏向電磁石装置１３の起磁力を発生するためのコイルであり、コイル１０Ｃ，１０Ｄは偏向電磁石装置１５の起磁力を発生するためのコイルである。ヨーク１６，１７は該当するコイルで生成された磁力線を導くために磁性材で作られている。
【００２０】
偏向電磁石装置１４を、図５、図６及び図７を用いて具体的に説明する。偏向電磁石装置１４は、メインポール１１Ａ，１１Ｂ、コイル４Ａ，４Ｂ、リターンポール７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ、支持部材８及び連結部材９Ａ，９Ｂを備える。メインポール１１Ａ，１１Ｂ、リターンポール７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ及び連結部材９Ａ，９Ｂは磁性体であり、支持部材８は非磁性体である。水平方向に伸びる連結部材９Ａが支持部材８の上端部に設けられ、水平方向に伸びる連結部材９Ｂが連結部材９Ａの下方に配置されて支持部材８の下端部に設けられる。
【００２１】
図５に示すように、リターンポール７Ａ，メインポール１１Ａ及びリターンポール７Ｂが、この順序でビーム進行方向（ビーム軌道３）の上流側から順に配置され、連結部材９Ａに接して固定される。リターンポール７Ａ，メインポール１１Ａ及びリターンポール７Ｂは、連結部材９Ａから下方に向かって伸びている。また、リターンポール７Ａ，メインポール１１Ａ及びリターンポール７Ｂの下方に配置されたリターンポール７Ｃ，メインポール１Ｂ及びリターンポール７Ｄが、この順序でビーム進行方向（ビーム軌道３）の上流側から順に配置され、連結部材９Ｂに接して固定される。リターンポール７Ｃ，メインポール１Ｂ及びリターンポール７Ｄは、連結部材９Ｂから上方に向かって伸びている。
【００２２】
リターンポール７Ａの下端がリターンポール７Ｃの上端と向き合っており、メインポール１１Ａの下端がメインポール１Ｂの上端と向き合っている。リターンポール７Ｂの下端がリターンポール７Ｂの上端と向き合っている。リターンポール７Ａとリターンポール７Ｃの間、メインポール１１Ａとメインポール１１Ｂの間、及びリターンポール７Ｂとリターンポール７Dの間には、それぞれ、間隙が形成されている。
【００２３】
メインポール１１Ａ，第１リターンポール７Ａ，第２リターンポール７Ｂ及び連結部材９Ａが偏向電磁石装置１４の１つのヨーク（第１ヨーク）を構成し、メインポール１１Ｂ，第１リターンポール７Ｃ，第２リターンポール７Ｄ及び連結部材９Ｂが偏向電磁石装置１４の他のヨーク（第２ヨーク）を構成する。第１ヨーク及び第２ヨークは、荷電粒子ビームが通過する間隙を挟んでそれぞれ３つの凸部（１つのメインポール及び２つのリターンポール）を有し、この間隙を介して上下に対向して配置されている。偏向電磁石装置１４が第１ヨーク及び第２ヨークを有しているので、コイル４Ａ，４Ｂで生成された磁力を効率的に所望の方向に取り出す（導く）ことができる。
【００２４】
環状のコイル４Ａが、メインポール１１Ａを取り囲んでメインポール１１Ａに設置される。同様に、環状のコイル４Ｂが、メインポール１１Ｂを取り囲んでメインポール１１Ｂに設置される。コイル４Ａ，４Ｂの巻き付け方向が同じであり、コイル４Ａ，４Ｂには同じ方向に電流が流れる。これらのコイル４Ａ，４Ｂを励磁することによって、偏向電磁石装置１４に磁場が生成される。偏向電磁石装置１４は、図６に示すように、偏向電磁石装置１４への荷電粒子ビームの入射方向から見ると（ビーム進行方向の上流側に配置される偏向電磁石装置１３から見ると）、Ｃ字型の形状を有している。偏向電磁石装置１４は、Ｃ字型の形状にすることによって、Ｈ型形状の偏向電磁石と比較して設置スペースを狭くすることができる。更に、メンテナンス等で偏向電磁石１４を移動する場合にも、荷電粒子ビームのビーム軌道を含む真空ダクトを取り外す必要がない。非磁性体の支持部材８が、前述したように、連結部材９Ａと連結部材９Ｂを連結している。支持部材８が非磁性体であるので、磁気抵抗が磁性体（メインポール，リターンポール及び連結部材）よりも大きくなる。このため、後述するように、メインポールからリターンポールを通る磁気回路を形成することができる。
【００２５】
本実施例では、第１ヨークを、別々の部材であるメインポール１１Ａ、リターンポール７Ａ，７Ｂ及び連結部材９Ａを組み立てて構成したが、これら部材を一体成型して第１ヨークを構成してもよい。第２ヨークも、メインポール１１Ｂ、リターンポール７Ｃ，７Ｄ及び連結部材９Ｂを一体成型して構成してもよい。
【００２６】
リターンポール７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄの寸法は、図６に示された上下方向の偏向磁場の向き及びこれに直交する水平方向（左右方向）の偏向磁場の向きのいずれに対してもメインポール１１Ａ，１１Ｂの寸法と同程度としている。これにより、図６における上下方向の偏向磁場及び水平方向（左右方向）の磁場の分布は、偏向軌道方向（図６の紙面に垂直な方向）にほぼ一様となる。また、リターンポール７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄの大きさは互いに同じであることが望ましい。リターンポール７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄの大きさが異なる場合には、各リターンポールの磁気抵抗に差が生じ、リターンポール７Ａとリターンポール７Ｃの間に生成される磁場の強度とリターンポール７Ｂとリターンポール７Ｄの間に生成される磁場の強度が異なる。このため、荷電粒子ビーム軌道をリング軌道に戻すために、偏向電磁石装置１３と偏向電磁石装置１５のそれぞれの仕様を変える必要がある。リターンポール７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄの大きさを同じにすることによって、そのような問題を解消することができ、偏向電磁石装置１３及び偏向電磁石装置１５の各仕様を同じにすることができる。
【００２７】
シンクロトロン放射光リングに設けられた、荷電粒子ビームが内部を通過する環状のビームダクト（真空ダクト）（図示せず）が、サイドポール２Ａとサイドポール２Ｂの間、リターンポール７Ａとリターンポール７Ｃの間、メインポール１１Ａとメインポール１１Ｂの間、リターンポール７Ｂとリターンポール７Dの間、及びサイドポール２Ｃとサイドポール２Ｄの間にそれぞれ形成された各間隙内に配置される。
【００２８】
本実施例の挿入光源装置１２における偏向電磁石装置１４の作用について説明する。
【００２９】
コイル４Ａにコイル電流を通電することによって起磁力が発生し、図５及び図６に記載されたように、メインポール１１Ａ、連結部材９Ａ及びリターンポール７Ａをこの順に（もしくはこの逆順に）通過する磁場（磁力線６）、及びメインポール１１Ａ、連結部材９Ａ及びリターンポール７Ｂをこの順に（もしくはこの逆順に）通過する磁場（磁力線６）がそれぞれ生成される。コイル４Ｂにコイル電流を通電することによって起磁力が発生し、リターンポール７Ｃ，連結部材９Ｂ及びメインポール１１Ｂをこの順に（もしくはこの逆順に）通過する磁場（磁力線６）、及びリターンポール７Ｄ、連結部材９Ｂ及びメインポール１１Ｂをこの順に（もしくはこの逆順に）通過する磁場（磁力線６）がそれぞれ生成される。連結部材９Ａと連結部材９Ｂを接続する支持部材８は、非磁性体で構成されているため、磁気抵抗が磁性体（メインポール１１Ａ，１１Ｂ，リターンポール７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ及び連結部材９Ａ，９Ｂ）よりも大きい。磁気回路は磁気抵抗の小さくなる磁路で閉じられる。このため、メインポールからリターンポールを通る磁路の磁気抵抗が、メインポールから非磁性材である支持部材８を通る磁路のそれよりも小さくなるので、後述の、図５に示すような磁気回路が形成される。
【００３０】
コイル４Ａ及び４Ｂにコイル電流を流したとき、図５に示すように、メインポール１１Ａ及び１１Ｂに生成される偏向磁場とは逆向きの戻り磁場が、リターンポール７Ａとリターンポール７Ｃの間、及びリターンポール７Ｂとリターンポール７Ｄの間に、それぞれ生成される。メインポールとリターンポールが磁性体の連結部材で連結されているので、メインポール１１Ａ、リターンポール７Ａ、リターンポール７Ｃ、メインポール１１Ｂ及びメインポール１１Ａをこの順序で連絡する、閉じた磁気回路、及びメインポール１１Ａ、リターンポール７Ｂ、リターンポール７Ｄ、メインポール１１Ｂ及びメインポール１１Ａをこの順序で連絡する、閉じた磁気回路がそれぞれ形成される。
【００３１】
図６において、磁力線６のうち、実線の矢印で示された６Ａがメインポール１１Ａ，１１Ｂを通る磁力線，点線の矢印で示された６Ｂがリターンポール７Ａ及び７Ｃ、及びリターンポール７Ｂ及び７Ｄを通る磁力線である。第１ヨークと第２ヨークを連結する支持部材８が非磁性体であるので、前述したように、支持部材８を介した磁路が形成されにくくなっている。
【００３２】
シンクロトロン放射光リングが起動されると、シンクロトロン（加速器）によって加速された荷電粒子ビームが環状のビームダクト内を周回する。挿入光源装置１２において、放射光を放出しないときには、コイル２Ａ，２Ｂ，４Ａ，４Ｂ，２Ｃ及び２Ｄに電流を流さない。このため、荷電粒子ビームは、リング軌道に沿って環状のビームダクト内を通過する。放射光を放出するとき、コイル２Ａ，２Ｂ，４Ａ，４Ｂ，２Ｃ及び２Ｄにそれぞれ通電される。コイル２Ａ，２Ｂに通電されたとき、偏向電磁石装置１３に磁場が生成され、ビームダクト内を通過する荷電粒子ビームが偏向電磁石装置１３によって偏向される。通電されたコイル４Ａ，４Ｂによって偏向電磁石装置１４に磁場が生成されて前述した２つの磁気回路が形成される。偏向電磁石装置１３で偏向されてビームダクト内を通過する荷電粒子ビームが、これらの磁気回路の形成によって、再度偏向され、偏向電磁石装置１４で放射光を放出する。通電されたコイル２Ｃ，２Ｄによって偏向電磁石装置１５に磁場が生成される。この偏向電磁石装置１５は、偏向電磁石装置１４を通過した荷電粒子ビームを偏向させてリング軌道に戻す。
【００３３】
第二の偏向電磁石装置を対象にした磁場解析結果を図８に示す。横軸は、第二の偏向電磁石装置内の偏向されたビーム軌道３に沿った、磁石中心Ｏを基点とした偏向軌道上の距離である。その磁場解析では、偏向軌道上の磁場を、ビーム軌道上の磁場を偏向電磁石装置１４の中心軸上の１次元磁場によって近似している。縦軸は第二の偏向電磁石装置によって荷電粒子に作用する垂直磁場である。図８には、本実施例で用いられた偏向電磁石装置１４での磁場分布と併せて、リターンポールを備えていない従来の偏向電磁石装置１Ａ（図２参照）での磁場分布も記載されている。偏向電磁石装置１４での磁場分布は「リターンポールあり」として表され、偏向電磁石装置１Ａでの磁場分布は「リターンポールなし」として表されている。「リターンポールあり」では、垂直磁場が正となる領域を「リターンポールなし」に比べて狭い領域に抑え、垂直磁場が負となる領域を広げている。ビーム軌道の偏向前後でのビーム方向を同じとするには、垂直磁場が正となる領域での磁場曲線および縦横軸で囲まれた面積と垂直磁場が負となる領域での磁場曲線および横軸で囲まれた面積が一致する必要があり、不足した負の垂直磁場領域は第三の偏向電磁石で生成し補う。
【００３４】
具体的な偏向軌道のリング軌道からのずれを示すために、仮想的な第三の偏向電磁石装置による磁場（常伝導磁石を仮定し約１Ｔとした）を加えた磁場分布を、磁石中心Ｏを基点として、図９及び図１１に示す。図９はリターンポールを備えた偏向電磁石装置１４におけるその磁場分布を示し、図１１はリターンポールを備えていない偏向電磁石装置１Ａにおけるその磁場分布を示している。偏向電磁石装置１４に生じる図９に示す磁場分布に起因した、偏向軌道のリング軌道からのずれを、磁石中心Ｏを基点として、図１０に示す。偏向電磁石装置１Ａに生じる図１１に示す磁場分布に起因した、偏向軌道のリング軌道からのずれを、磁石中心Ｏを基点として、図１２に示す。
【００３５】
図１０及び図１２に示すそれぞれの特性から、偏向電磁石装置１４は、偏向軌道のリング軌道からのずれを約３割低減でき、更に、第三の偏向電磁石装置、すなわち、偏向電磁石装置１５による磁場領域を約３割小さくすることができることが分かった。偏向電磁石装置１５による磁場領域の低減は、本実施例に用いる偏向電磁石装置１５の小型化をもたらす。ここで、偏向電磁石装置１５を考慮したが、偏向電磁石装置１４の磁石中心Ｏを基点に偏向電磁石装置１５と対称に配置されている偏向電磁石装置１３を考慮してもよい。偏向電磁石装置１３を考慮したときには、偏向電磁石装置１５と同様な効果が生じる。正の垂直磁場領域を狭くするために、第二の偏向円磁石装置のメインポール１１Ａ，１１Ｂ、コイル４Ａおよび４Ｂのビーム軌道方向の厚さを薄くする方法もあるが、コイルの巻き半径が小さくなって製造上の問題があることに加え、コイル断面積が小さくなるために電流密度が上昇してしまう。
【００３６】
本実施例では、磁性体の第１ヨーク及び第１ヨークの下方に配置される磁性体の第２ヨークが非磁性体の支持部材で連結され、第１ヨークが、第１リターンポール、第１メインポール、第２リターンポールを含んでおり、第２ヨークが、第３リターンポール、第２メインポール、第４リターンポールを含んでおり、第１リターンポールと第３リターンポールが、第１メインポールと第２メインポールが、及び第２リターンポールと第４リターンポールが、それぞれ、対向して配置されているため、荷電粒子ビームの偏向軌道上に相反する向きの磁場が生成される。つまり、メインポール１１Ａとメインポール１１Ｂの間に形成された間隙（荷電粒子ビームが通過する領域）に生成される磁場の向きが、第１のリターンポールであるリターンポール７Ａとリターンポール７Ｃの間に形成された間隙（荷電粒子ビームが通過する領域）に生成される磁場の向き、及び第２のリターンポールであるリターンポール７Ｂとリターンポール７Ｄの間に形成された間隙（荷電粒子ビームが通過する領域）に生成される磁場の向きと逆向きとなるよう構成されている。このため、荷電粒子を偏向させるための正の垂直磁場領域を狭くすることができる。これにより、荷電粒子ビームの偏向軌道とリング軌道との差（距離）を短くでき、偏向電磁石装置１４全体の大きさを小さくすることができる。偏向電磁石装置１４が荷電粒子ビームの偏向軌道のリング軌道からのずれを小さくできるため、その分リング軌道を含む真空ダクトも小型化できる。また、偏向電磁石装置１４に隣接して配置される偏向電磁石装置１３，１５のサイズも小さくすることができる。この結果、偏向電磁石装置１３，１４，１５を有する挿入光源装置１２が、小型化される。
【００３７】
本実施例によれば、偏向電磁石装置１４の小型化を実現できるため、必要な電磁石装置の設置スペースを抑制できる。また、真空ダクトの冷却系も小型化することができる。
【００３８】
本実施例によれば、偏向電磁石装置１４のメインポール１１Ａ，１１Ｂを小さくできるため、偏向電磁石装置１４に要求される冷凍機の容量を小さくすることができ、偏向電磁石装置１４の立ち上げ及びシャットダウンに要する時間を短縮できる。例えば、コイル４Ａ，４Ｂを超電導コイルにした偏向電磁石装置１４では、メインポール１１Ａ，１１Ｂが小さくなることによって冷却すべき機器（例えば、超電導コイル等）を従来よりも小さく構成できるので、その機器を冷却する冷媒（例えば、ヘリウム）を冷やす冷凍機の容量を小さくできる。また、常伝導電磁石を有する偏向電磁石装置１４では、常電導で発生したジュール熱を冷却する冷却システムを簡素化できる。
【００３９】
偏向電磁石装置１４のコイル４Ａ，４Ｂがレーストラック状である場合、メインポール１１Ａ，１１Ｂの長手方向が、レーストラック状の直線部の長手方向と平行となるように、メインポール１１Ａ，１１Ｂ及びコイル４Ａ，４Ｂを配置すると更に良い。このような構成により、メインポール１１Ａとメインポール１１Ｂの間の荷電粒子ビームが通過する領域における磁場をさらに均一にすることができる。これにより、荷電粒子ビームの損失を低く抑えることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、偏向電磁石装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００４１】
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ…サイドポール、３…ビーム軌道、４Ａ，４Ｂ，１Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ…コイル、７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ…リターンポール、８…支持部材、９Ａ，９Ｂ…連結部材、１１Ａ，１１Ｂ…メインポール、１２…挿入光源装置、１３…第一の偏向電磁石装置、１４…第二の偏向電磁石装置、１５…第三の偏向電磁石装置、１６，１７…ヨーク。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体の第１ヨークと、この第１ヨークの下方に配置されて非磁性体の支持部材で前記第１ヨークに連結された磁性体の第２ヨークとを備え、
前記第１ヨークが、第１リターンポール、第１メインポール、第２リターンポールを含んでおり、前記第２ヨークが、第３リターンポール、第２メインポール、第４リターンポールを含んでおり、
磁場を生成する第１コイルが前記第１メインポールに設けられ、磁場を生成する第２コイルが前記第２メインポールに設けられ、
前記第１リターンポールと前記第３リターンポールが、前記第１メインポールと前記第２メインポールが、及び前記第２リターンポールと前記第４リターンポールが、それぞれ、荷電粒子ビームが通過する間隙を間に挟んで対向して配置されていることを特徴とする偏向電磁石装置。
【請求項２】
前記第１メインポールを、前記荷電粒子ビームの進行方向において、前記第１リターンポールと前記第２リターンポールの間に配置し、前記第２メインポールを、前記荷電粒子ビームの進行方向において、前記第３リターンポールと前記第４リターンポールの間に配置する請求項１に記載の偏向電磁石装置。
【請求項３】
前記第１コイルが前記第１メインポールを取り囲んでおり、前記第２コイルが前記第２メインポールを取り囲んでおり、前記第１コイルと前記第２コイルは電流の流れる方向が同じになっている請求項１または２に記載の偏向電磁石装置。
【請求項４】
前記第１コイル及び前記第２コイルはレーストラック状コイルであり、
前記第１コイルの前記レーストラックの直線部が、前記第１メインポールの、水平方向での長手方向の側面と平行となるように配置され、
前記第２コイルの前記レーストラックの直線部が、前記第２メインポールの、水平方向での長手方向の側面と平行となるように配置される請求項３に記載の偏向電磁石装置。
【請求項５】
第一の偏向電磁石装置と、第二の偏向電磁石装置と、第三の偏向電磁石装置とを備え、
前記第一の偏向電磁石装置、前記第二の偏向電磁石装置及び前記第三の偏向電磁石装置が、荷電粒子ビームの進行方向においてこの順序に配置され、
前記第一の偏向電磁石装置及び前記第三の偏向電磁石装置が、前記第二の偏向電磁石装置に隣接して配置され、
前記第二の偏向電磁石装置が請求項１ないし４のいずれか１項に記載の偏向電磁石装置であることを特徴とする挿入光源装置。

【図１】