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JP2899716B2 - Superconducting wiggler - Google Patents
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JP2899716B2 - Superconducting wiggler - Google Patents

Superconducting wiggler

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JP2899716B2 JP14153190A JP14153190A JP2899716B2 JP 2899716 B2 JP2899716 B2 JP 2899716B2 JP 14153190 A JP14153190 A JP 14153190A JP 14153190 A JP14153190 A JP 14153190A JP 2899716 B2 JP2899716 B2 JP 2899716B2
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Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd
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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、電子加速器によって加速された電子ビーム
を超伝導コイルによって蛇行させる超伝導ウィグラーに
係り、特に、超伝導コイルを冷却するクライオスタット
内の極低温液(液体ヘリウム等)の蒸発量を低減した超
伝導ウィグラーに関する。
The present invention relates to a superconducting wiggler in which an electron beam accelerated by an electron accelerator is meandered by a superconducting coil, and more particularly, to a superconducting wiggler for cooling a superconducting coil. The present invention relates to a superconducting wiggler in which the amount of evaporation of a cryogenic liquid (such as liquid helium) is reduced.

[従来の技術] 超伝導ウィグラーとは、リニアックやシンクロトロン
等の電子加速器によって加速された電子ビームを超伝導
コイルによって急激に蛇行させ、所望の放射光を取り出
すものである。この超伝導ウィグラーの概要を第5図に
示す。
2. Description of the Related Art A superconducting wiggler is a device in which an electron beam accelerated by an electron accelerator such as a linac or a synchrotron is abruptly meandered by a superconducting coil to extract a desired radiation. The outline of the superconducting wiggler is shown in FIG.

図示するように、電子加速器で加速された電子ビーム
aが通過する真空ダクトbの経路に沿って、ダクトb内
の電子ビームaを蛇行させる超伝導コイルcが配置され
ている。これらの超伝導コイルcは、超伝導状態を保つ
ため、液体ヘリウム(約4.2〜4.5K)が貯蔵されたクラ
イオスタットd内に浸漬され、極低温状態になってい
る。
As shown in the drawing, a superconducting coil c for meandering the electron beam a in the duct b is arranged along the path of the vacuum duct b through which the electron beam a accelerated by the electron accelerator passes. These superconducting coils c are immersed in a cryostat d in which liquid helium (about 4.2 to 4.5K) is stored to maintain a superconducting state, and are in a very low temperature state.

[発明が解決しようとする課題] ところで、このような超伝導ウィグラーにおいて、真
空ダクトb内の電子ビームaが蛇行する際に、放射線
(X線等)が発生する。この放射線は、ステンレスやア
ルミ等から形成された上記真空ダクトbを通過して、液
体ヘリウムが貯蔵されているクライオスタットd内に、
エネルギーとして侵入する。
[Problems to be Solved by the Invention] In such a superconducting wiggler, radiation (X-rays or the like) is generated when the electron beam a in the vacuum duct b meanders. This radiation passes through the vacuum duct b formed of stainless steel, aluminum, or the like, and enters a cryostat d in which liquid helium is stored.
Invading as energy.

すると、超伝導コイルcを冷却すべくクライオスタッ
トd内に貯蔵されている液体ヘリウムが大量に蒸発して
しまう。
Then, a large amount of liquid helium stored in the cryostat d in order to cool the superconducting coil c evaporates.

この対策として、本出願人は先に第6図に示すよう
に、上記真空ダクトbの外側に、放射線遮蔽能力の大き
なタングステン板e(板厚1〜2mm)をダクトbを覆う
ようにコ字状に曲げて、ダクトbを被覆するように設け
たものを開発した。
As a countermeasure against this, as shown in FIG. 6, the present applicant previously placed a tungsten plate e (plate thickness of 1 to 2 mm) having a large radiation shielding ability on the outside of the vacuum duct b so as to cover the duct b. It was developed to bend in a shape and cover the duct b.

しかしながら、タングステン板eは周知の如くその加
工性が極めて悪い。さらに、一旦、第6図に示すように
コ字状に曲げても、図中破線で示すようなスプリングバ
ック現象が生じてしまう。従って、上記タングステン板
eを真空ダクトbを覆うようにコ字状に曲げることは、
その加工性の悪さから、製造コストの上昇を招く。
However, as is well known, the workability of the tungsten plate e is extremely poor. Further, once bent into a U-shape as shown in FIG. 6, a springback phenomenon as shown by a broken line in the figure occurs. Therefore, bending the tungsten plate e into a U-shape so as to cover the vacuum duct b,
Due to the poor workability, the production cost is increased.

以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、安
価な製造コストで放射線を真空ダクト内に遮蔽でき、ク
ライオスタット内の液体ヘリウム(極低温液)の蒸発量
を低減できる超伝導ウィグラーを提供するものである。
An object of the present invention, which has been made in consideration of the above circumstances, is to provide a superconducting wiggler that can shield radiation in a vacuum duct at low manufacturing cost and reduce the amount of evaporation of liquid helium (cryogenic liquid) in a cryostat. To provide.

[課題を解決するための手段] 上記目的を達成するために本発明は、電子ビームが通
過する真空ダクトの外側に、電子ビームを蛇行させる超
伝導コイルを設けると共に、該超伝導コイルを極低温液
体が満たされたクライオスタット内に浸漬した超伝導ウ
ィグラーにおいて、上記真空ダクトを、上記クライオス
タットの中央を貫通するように配置し、該真空ダクトの
外周に、タングステン等のヘビーメタルの線材を巻回し
て放射線遮蔽層を形成し、該放射線遮蔽層の外周に、水
や冷却材が満たされた外管を被覆するように設けて構成
されている。
Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, the present invention provides a superconducting coil for meandering an electron beam outside a vacuum duct through which the electron beam passes, In a superconducting wiggler immersed in a cryostat filled with liquid, the vacuum duct is disposed so as to penetrate the center of the cryostat, and the outer periphery of the vacuum duct is wound with a heavy metal wire such as tungsten. A radiation shielding layer is formed, and the outer periphery of the radiation shielding layer is provided so as to cover an outer tube filled with water or a coolant.

[作用] 真空ダクト内の電子ビームは超伝導コイルの電磁場に
よって蛇行する。この際、蛇行する電子ビームから放射
線(X線等)が発生することになるが、この放射線はク
ライオスタットの中央に位置する真空ダクトに形成され
た放射線遮蔽層によって真空ダクト内に遮蔽される。よ
って、上記放射線がクライオスタット内に侵入すること
が抑制・防止され、クライオスタット内の極低温液体
(液体ヘリウム等)の温度を良好に維持できる。
[Operation] The electron beam in the vacuum duct meanders due to the electromagnetic field of the superconducting coil. At this time, radiation (such as X-rays) is generated from the meandering electron beam, and this radiation is shielded in the vacuum duct by a radiation shielding layer formed in the vacuum duct located at the center of the cryostat. Accordingly, the radiation is suppressed or prevented from entering the cryostat, and the temperature of the cryogenic liquid (liquid helium or the like) in the cryostat can be favorably maintained.

また、上記放射線遮蔽層は、真空ダクトの外周を放射
線遮蔽能力の大きなヘビーメタルの線材で巻回すること
によって形成されているので、加工性の悪いヘビーメタ
ル(例えばタングステン等)にあっても熱間加工などを
施すことにより、容易に巻回することができ、低コスト
で製造できる。
In addition, since the radiation shielding layer is formed by winding the outer periphery of the vacuum duct with a heavy metal wire having a large radiation shielding ability, the radiation shielding layer is not heat-resistant even in heavy metal (for example, tungsten or the like) having poor workability. By subjecting to interworking or the like, it can be easily wound and can be manufactured at low cost.

また、放射線を遮蔽することによって発熱する放射線
遮蔽層は、外管内に満たされた水や冷却材によって冷却
される。
Further, the radiation shielding layer that generates heat by shielding radiation is cooled by water or a coolant filled in the outer tube.

[実施例] 本発明の一実施例を添付図面に従って説明する。Embodiment An embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

第3図に示すように、リニアックやシンクロトロン等
(図示せず)によりほぼ光速度にまで加速された電子ビ
ーム1が通過する真空ダクト2に沿って、その外側に、
ダクト2内の電子ビーム1を蛇行させる超伝導コイル3
が設けられている。これらの超伝導コイル3は、Nb−T
i,Nb−Zr等から成形されており、超伝導状態を保つため
液体ヘリウム4(約4.2〜4.5K)等の極低温液が貯蔵さ
れたクライオスタット5内に浸漬され、極低温状態にな
っている。
As shown in FIG. 3, along a vacuum duct 2 through which an electron beam 1 accelerated to almost the speed of light by a linac or a synchrotron (not shown) passes,
Superconducting coil 3 for meandering electron beam 1 in duct 2
Is provided. These superconducting coils 3 are Nb-T
It is formed from i, Nb-Zr, etc., and is immersed in a cryostat 5 in which a cryogenic liquid such as liquid helium 4 (about 4.2 to 4.5K) is stored to maintain a superconducting state. I have.

一方、上記真空ダクト2は、ステンレスまたはアルミ
から成形されており、第1図に示すように、その外周に
放射線遮蔽能力が大きなタングステンの線材6が巻回さ
れて放射線遮蔽層7が形成されている。図示するよう
に、上記タングステン線材6は、隣接する線材6相互が
密接するように、密に巻回されている。また、上記放射
線遮蔽層7は、第3図に示す如く、クライオスタット5
の中央に位置する真空ダクト2の外周面に被覆形成され
る。この放射線遮蔽層7は、上記真空ダクト2の外周に
タングステンの線材6を巻回する際に、所定の雰囲気温
度中で熱間加工すれば極めて容易に形成できる。
On the other hand, the vacuum duct 2 is formed of stainless steel or aluminum, and as shown in FIG. 1, a radiation shielding layer 7 is formed by winding a tungsten wire 6 having a large radiation shielding ability around its outer periphery. I have. As shown in the figure, the tungsten wire 6 is wound tightly so that the adjacent wires 6 are in close contact with each other. Further, as shown in FIG. 3, the radiation shielding layer 7 is provided with a cryostat 5.
Is formed on the outer peripheral surface of the vacuum duct 2 located in the center of the vacuum duct. The radiation shielding layer 7 can be formed extremely easily by hot working at a predetermined atmospheric temperature when the tungsten wire 6 is wound around the vacuum duct 2.

また、真空ダクト2をタングステンの線材6で巻回し
た後、第2図に示すように、その外部に熱伝導の良いC
r,Ni,Cu等の金属メッキ8を施すことにより、巻回され
たタングステンの線材6の隣接する線材6を相互に固着
している。このタングステンの線材6は、放射線遮蔽層
7を形成するためのものであり強度部材ではないので、
それほど大きな固着強度は必要なく、上記金属メッキ8
による固着で充分である。
After winding the vacuum duct 2 with a tungsten wire 6, as shown in FIG.
By applying a metal plating 8 of r, Ni, Cu or the like, the adjacent wires 6 of the wound tungsten wires 6 are fixed to each other. Since the tungsten wire 6 is for forming the radiation shielding layer 7 and is not a strength member,
There is no need for such a large fixing strength.
Is sufficient.

更に詳しくは、本実施形態では、第4図に示すよう
に、タングステンの線材6を、真空ダクトの外周に、ダ
クト2と所定間隙9を隔てて巻回することによって、放
射線遮蔽層7を真空ダクト2と所定間隙9を隔てて形成
し、これを水や冷却材10が満たされた外管11で被覆して
いる。上記放射線遮蔽層7には、層外の外管11側の水や
冷却材10を層内の真空ダクト2側に導くための通路12が
形成されている。
More specifically, in the present embodiment, as shown in FIG. 4, a wire 6 made of tungsten is wound around the outer periphery of a vacuum duct with a predetermined gap 9 between the duct 2 so that the radiation shielding layer 7 is evacuated. The duct 2 is formed with a predetermined gap 9 therebetween, and this is covered with an outer tube 11 filled with water or a coolant 10. The radiation shielding layer 7 is provided with a passage 12 for guiding water or the coolant 10 on the outer tube 11 outside the layer to the vacuum duct 2 side in the layer.

以上の構成からなる本実施例の作用について述べる。 The operation of the present embodiment having the above configuration will be described.

真空ダクト2内の電子ビーム1は超伝導コイル3の電
磁場によって蛇行する。この際、蛇行する電子ビーム1
から放射線(X線等)が発生することになるが、この放
射線は上記クライオスタット5の中心に位置する真空ダ
クト2に形成された放射線遮蔽層7によって、真空ダク
ト2内に遮蔽される。
The electron beam 1 in the vacuum duct 2 meanders due to the electromagnetic field of the superconducting coil 3. At this time, the meandering electron beam 1
(E.g., X-rays) are generated from the radiation, but the radiation is shielded in the vacuum duct 2 by the radiation shielding layer 7 formed in the vacuum duct 2 located at the center of the cryostat 5.

よって、上記放射線がクライオスタット5内にエネル
ギーとして進入することが抑制・防止される。従って、
クライオスタット5内の液体ヘリウム4の温度を良好に
維持することができ、液体ヘリウム4の蒸発が低減す
る。
Therefore, the radiation is suppressed and prevented from entering the cryostat 5 as energy. Therefore,
The temperature of the liquid helium 4 in the cryostat 5 can be favorably maintained, and the evaporation of the liquid helium 4 is reduced.

また、上記放射線遮蔽層7は、上記真空ダクト2の外
周をタングステンの線材6で巻回することによって形成
されているので、所定の雰囲気温度中にて熱間加工を施
すことにより、容易に巻回することができ、低コストで
製造できる。
Further, since the radiation shielding layer 7 is formed by winding the outer periphery of the vacuum duct 2 with a tungsten wire 6, it is easily wound by performing hot working at a predetermined atmospheric temperature. It can be turned and can be manufactured at low cost.

また、発生するX線等の放射線を放射線遮蔽層7で遮
蔽して、第3図に示すクライオスタット5内の液体ヘリ
ウム4の蒸発を低減するだけでなく、放射線を遮蔽する
ことによって発熱する放射線遮蔽層7が、第4図に示す
如く層外側および層内側から水や冷却材10によって積極
的に冷却されることになる。
Radiation such as X-rays generated is shielded by the radiation shielding layer 7 to not only reduce the evaporation of the liquid helium 4 in the cryostat 5 shown in FIG. 3 but also to generate heat by shielding the radiation. The layer 7 is actively cooled by water or the coolant 10 from the outside and the inside of the layer as shown in FIG.

なお、この実施例にあっては上記放射線遮蔽層7を形
成するのにタングステンの線材6を用いたが、これに限
らず放射線遮蔽効果のある鉛などのヘビーメタルの線材
を用いてもよい。また、上記線材6の断面を丸状ではな
く四角状にしてもよい。この場合、巻回された後の隣接
する線材相互の間隙を小さくでき、放射線遮蔽効果が高
まる。さらに、線材を一重巻回ではなく二重,三重と多
重に巻回して放射線遮蔽効果を高めてもよい。
In this embodiment, the wire 6 made of tungsten is used to form the radiation shielding layer 7, but the invention is not limited to this, and a wire made of heavy metal such as lead having a radiation shielding effect may be used. Further, the cross section of the wire 6 may be square instead of round. In this case, the gap between the adjacent wires after winding can be reduced, and the radiation shielding effect is enhanced. Further, the radiation shielding effect may be enhanced by winding the wire in multiple layers such as double and triple instead of single winding.

[発明の効果] 以上説明したように本発明によれば次のごとき優れた
効果が発揮できる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, the following excellent effects can be exhibited.

クライオスタットが位置する真空ダクトの外周に、タ
ングステン等のヘビーメタルの線材を巻回して放射線遮
蔽層を形成しているので、安価な製造コストで放射線遮
蔽層を形成でき、真空ダクト内の電子ビームが蛇行する
際に生じる放射線を真空ダクト内に遮蔽して、クライオ
スタット内の極低温液(液体ヘリウム等)の蒸発量を低
減することができる。また、放射線を遮蔽することによ
って発熱する放射線遮蔽層は、外管内に満たされた水や
冷却材によって冷却されるため、放射線遮蔽層からクラ
イオスタットへの熱影響を減少できる。
Since the radiation shielding layer is formed by winding a heavy metal wire such as tungsten around the outer periphery of the vacuum duct where the cryostat is located, the radiation shielding layer can be formed at low manufacturing cost, and the electron beam in the vacuum duct is Radiation generated during meandering can be shielded in the vacuum duct, and the amount of evaporation of the cryogenic liquid (liquid helium or the like) in the cryostat can be reduced. Further, the radiation shielding layer that generates heat by shielding the radiation is cooled by the water or the coolant filled in the outer tube, so that the thermal influence from the radiation shielding layer on the cryostat can be reduced.

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

第1図は本発明の一実施例の超伝導ウィグラーの真空ダ
クトに巻回されるタングステン線材の巻回状態を表す要
部斜視図、第2図は上記タングステン線材に金属メッキ
を施した真空ダクトの要部斜視図、第3図は上記超伝導
ウィグラーの概略図、第4図は本発明の変形実施例の超
伝導ウィグラーの真空ダクトの断面図、第5図は本出願
人が先に開発した超伝導ウィグラーの概略図、第6図は
第5図に示す真空ダクトに被覆されるタングステン板の
被覆状態を表す断面図である。 図中、1は電子ビーム、2は真空ダクト、3は超伝導コ
イル、4は極低温液体としての液体ヘリウム、5はクラ
イオスタット、6はタングステンの線材、7は放射線遮
蔽層である。
FIG. 1 is a perspective view of a main part showing a state of winding a tungsten wire wound around a vacuum duct of a superconducting wiggler according to one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a vacuum duct obtained by applying a metal plating to the tungsten wire. 3 is a schematic view of the superconducting wiggler, FIG. 4 is a sectional view of a vacuum duct of the superconducting wiggler of a modified embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 6 is a schematic view of the superconducting wiggler obtained, and FIG. 6 is a cross-sectional view showing a tungsten plate coated on the vacuum duct shown in FIG. In the figure, 1 is an electron beam, 2 is a vacuum duct, 3 is a superconducting coil, 4 is liquid helium as a cryogenic liquid, 5 is a cryostat, 6 is a tungsten wire, and 7 is a radiation shielding layer.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H05H 13/04 G21K 1/08 - 1/093 G21F 3/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Fields surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) H05H 13/04 G21K 1/08-1/093 G21F 3/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】電子ビームが通過する真空ダクトの外側
に、電子ビームを蛇行させる超伝導コイルを設けると共
に、該超伝導コイルを極低温液体が満たされたクライオ
スタット内に浸漬した超伝導ウィグラーにおいて、上記
真空ダクトを、上記クライオスタットの中央を貫通する
ように配置し、該真空ダクトの外周に、タングステン等
のヘビーメタルの線材を巻回して放射線遮蔽層を形成
し、該放射線遮蔽層の外周に、水や冷却材が満たされた
外管を被覆するように設けたことを特徴とする超伝導ウ
ィグラー。
A superconducting wiggler in which a superconducting coil for meandering an electron beam is provided outside a vacuum duct through which the electron beam passes, and the superconducting coil is immersed in a cryostat filled with a cryogenic liquid, The vacuum duct is disposed so as to penetrate the center of the cryostat, and a radiation shielding layer is formed by winding a heavy metal wire such as tungsten on the outer periphery of the vacuum duct, and on the outer periphery of the radiation shielding layer, A superconducting wiggler provided so as to cover an outer tube filled with water or coolant.
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