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JP2909385B2 - 誘導制動放射装置 - Google Patents
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JP2909385B2 - 誘導制動放射装置 - Google Patents

誘導制動放射装置

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JP2909385B2
JP2909385B2 JP14297194A JP14297194A JP2909385B2 JP 2909385 B2 JP2909385 B2 JP 2909385B2 JP 14297194 A JP14297194 A JP 14297194A JP 14297194 A JP14297194 A JP 14297194A JP 2909385 B2 JP2909385 B2 JP 2909385B2
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electron beam
gap
wiggler
fluorescent plate
permanent magnet
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光一 大久保
典亮 井上
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、誘導制動放射装置に関
する。例えば、シンクロトロンや線型加速器にてレーザ
光や放射光を発生させるために、電子ビームや陽電子ビ
ームに周期的磁界を与える自由電子レーザ用ウィグラに
関する。
【0002】
【従来の技術】図5に示すように、高エネルギーの電子
ビーム1を、磁石3の間の周期磁場中で蛇行運動させる
と、指向性が高く且つ輝度の高い放射光が得られること
が知られている。このような放射光を得る装置は、磁場
の強さや用途によって、ウィグラ(強磁場型)或いはア
ンジュレータ(弱磁場型)と呼ばれている。また、相対
する磁石03の間には、真空雰囲気を作り出すビームダ
クト(真空容器)7が設けらることがある。
【0003】更に、このウィグラの前後に共振器を配置
し、ウィグラで発生した放射光を共振器で反射させるこ
とにより、次々に入射されてくる電子ビーム1と放射光
を共鳴させて、自由電子レーザを発振させることができ
る。ここで、ウィグラの相対する磁石列3の間に、電子
ビーム1を干渉又は散乱させることなく伝搬させること
は、自由電子レーザを発振させる上で重要な技術となっ
ている。
【0004】その際、長尺、且つ、狭い磁石列3の間
を、一度に電子ビーム1を通過させることは至難の技で
あり、現実にはウィグラのビーム軸方向に沿って、数カ
所で電子ビームの位置をモニタして、上流側から入射さ
せた電子ビームの位置を検出することにより、ウィグラ
の位置を少しづつアライメントし、最下流まで電子ビー
ムを伝搬させている。つまり、電子ビームがビーム軸方
向のどの位置でビーム軸に対して水平方向のどの位置に
あるかを知ることにより、ウィグラのアライメント方向
とアライメント量が把握できるのである。
【0005】従来のウィグラ用モニタを図3に示す。同
図に示すように、電子ビーム1の通過する空間を上下に
挟んで、紙面垂直方向に周期的磁場を発生させる複数の
永久磁石3が相対して配列されると共にこれら永久磁石
3はそれぞれ永久磁石ホルダ4により保持され、更に、
永久磁石ホルダ4はロッド5を介してギャップ調整機構
8に上下動自在に支持されている。ギャップ調整機構8
は、それぞれロッド5にて永久磁石ホルダ4及び永久磁
石3を上下に移動させて、電子ビーム1の通過する空
間、即ち、永久磁石3の向かい合う間隙15(以下、こ
の間隙をギャップという)を調節する機能を有する。
【0006】ここで、永久磁石3の間のギャップ15に
は、真空容器7が水平方向から挿入されている。真空容
器7は、蛍光板ホルダ12に固定された蛍光板2を移動
自在に収容すると共に、この蛍光板ホルダ12は、伸縮
自在なベローズ13を介して真空容器7の一端側を気密
に貫通してエアシリンダ14に連結されている。従っ
て、電子ビーム1の位置をモニタする必要のある時に
は、エアシリンダ14を駆動してベローズ13を伸縮さ
せて蛍光板2及び蛍光板ホルダ12を電子ビーム1の通
過する位置へ押し出すことができ、それ以外の時には、
蛍光板2及び蛍光板ホルダ12を電子ビーム1の通過す
る位置から退避させることができる。蛍光板2に電子ビ
ーム1が衝突すると、その衝突した位置を中心に蛍光板
2が発光する。
【0007】蛍光板2としては、電子ビーム1の照射に
より光を発光するセラミック(例えば、商品名:デマル
ケスト(AF955R)など)が用いられる。一方、真
空容器7の他端側には真空窓9が取り付けられ、真空容
器7の外部にはこの真空窓9に向かい合うTVカメラ1
0が配置されている。TVカメラ10は、観察者により
観察されるモニタ11に接続している。従って、真空窓
9を通じてTVカメラ10により、蛍光板2が発光する
様子がとらえられると、その画像がモニタ11で観察者
により観察され、電子ビーム1の位置が判断されること
になる。
【0008】ここで、ウィグラのギャップ15と周期及
びウィグラの性能を表すK値との関係を図4に示す。同
図に示すように、自由電子レーザを発振させるに最低限
必要なK値として0.5以上を確保し、かつ、低い電子
ビームエネルギ(≒10MeV前後)で赤外域の自由電
子エネルギーを発振させるに必要なウィグラ周期λw
12mmの場合を考えると、ギャップ15(=g)とし
ては6mm程度まで狭める必要があることが判る。但
し、図4は、永久磁石3としてNd−Fe−B系のものを
用い、永久磁石高さh=50mmと設定し、且つ、ウィ
グラタイプをハルバッハ型と設定し、以下の式を用いて
計算した結果をグラフ化したものである。
【0009】K=93.4・B0λw0=2Br[1−exp(−λw・h)]exp(−kw・g/2)・si
n(π/M)/(π/M) kw=2π/λw ここで、λw ;ウィグラ周期[mm] h ;永久磁石高さ[mm] g ;ギャップ[mm] Br ;磁石残留磁束密度[T] M ;1周期当たりの磁石個数 ハルバッハ型ではM=4
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上述した図3に示す従
来技術において、蛍光板2の大きさとしては、少なくと
も、約10mm×10mmが必要であり、更に、蛍光板
ホルダ12の大きさを含めると、前記ギャップ15の大
きさとしては、約20mm近くの領域が必要となる。し
かし、図4に示すグラフに示すように、自由電子レーザ
を発振させるに最低限必要なK値を0.5以上とし、か
つ、ウィグラ周期を12mmとする場合には、ギャップ
15を6mm程度まで狭める必要がある。
【0011】従って、この程度にギャップ15を狭めた
場合には、蛍光板2及び蛍光板ホルダ12をギャップ1
5に挿入することができず、このような短い周期でギャ
ップ15の狭いウィグラを採用した場合、電子ビームの
位置モニタは不可能となり、そのため、自由電子レーザ
発振実験の大きな妨げとなり、それに要する調整時間及
び実験に要する費用は非常に多くなっていた。このよう
に従来技術によると、比較的周期が短く、所定の磁場強
度並びにK値を得ようとするウィグラでは、ギャップ1
5を6mm近くまで狭める必要があるもの、蛍光板2及
び蛍光板ホルダ12の大きさがそれ以上であるため、蛍
光板2をギャップ15に挿入できない欠点があった。
【0012】従って、ギャップ15の狭いウィグラを用
いた自由電子レーザの発振実験では、ウィグラ中を通過
する電子ビーム1の位置をモニタすることが困難とな
り、特に、狭いギャップ15を構成する永久磁石3に電
子ビーム1が衝突する不具合が発生し易かった。即ち、
ギャップ15に対して水平方向は磁石面が幅広のため、
電子ビーム1の伝搬は比較的容易であるが、鉛直方向は
ギャップ15が小さいため、電子ビーム1の伝搬は困難
であり、衝突してしまう不具合があった。
【0013】そのため、ウィグラ中を安定に電子ビーム
1を伝搬させることができず、実験及び調整に大幅な時
間を要したり、強いては、自由電子レーザを発振するこ
とができない等の問題があった。本発明は、上記従来技
術に鑑みてなされたものであり、電子、陽電子等の粒子
ビームに周期磁場を与えて蛇行運動させ放射光、自由電
子レーザを発生させるウィグラ、アンジュレータで比較
的周期が短く、所定の磁場強度並びにK値を得ようとす
る為、磁石の間のギャップを小さくする必要がある場合
でも、容易に電子ビームを伝搬させることのできる誘導
制動放射装置を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明では、相
対する永久磁石の間のギャップに蛍光板をに挿入する代
わりに、永久磁石の相互に対向する面に蛍光板を装着し
たものである。この蛍光板は、電子ビームの照射により
発光するので、その模様をモニタすることにより、電子
ビームの通過する位置を検出することができる。その
為、蛍光板を挿入する従来技術に比較して、磁石の間の
ギャップを狭くとることが可能となる。
【0015】
【実施例】以下、本発明について、図面に示す実施例を
参照して詳細に説明する。図1及び図2に本発明の一実
施例に係るウィグラ用モニタを示す。両図に示すよう
に、真空容器17内において、電子ビーム1の通過する
空間を上下に挟んで、複数の永久磁石3が相対して配列
されると共にこれら永久磁石3はそれぞれ永久磁石ホル
ダ4により保持されている。
【0016】各永久磁石ホルダ4はロッド5を介して、
真空容器17の外部のギャップ調整機構8により上下動
自在に支持され、また、ギャップ調整機構8と真空容器
17との間にはベローズ6が気密に介設されている。ギ
ャップ調整機構8は、それぞれロッド5を介してベロー
ズ6を伸縮させて永久磁石3及びそのホルダ4を上下に
移動させることができ、電子ビーム1の通過する空間、
即ち、永久磁石3の間のギャップ15を調節する機能を
有する。
【0017】本実施例のように、永久磁石3及びそのホ
ルダ4を真空容器17内に収納することにより、真空容
器7を永久磁石3のギャップ15に挿入していた従来の
ウィグラと異なり、永久磁石3の間のギャップ15を極
力小さくすることができ、中心の磁場を極力高くとるこ
とが可能となる。永久磁石3の向かい合う面には、それ
ぞれ薄い蛍光板22が接着剤により接着されている。こ
の蛍光板22としては、電子ビームが照射されると蛍光
を発するセラミック等が用いられる。
【0018】真空容器17には、永久磁石3の間のギャ
ップ15を外部から観察できるように、真空窓9が設け
られている。この真空窓9は、図2に示すように、ビー
ム軸方向に複数箇所(図中では、5箇所)に設けられて
いる。真空容器7の外部にはこの真空窓9に向かい合う
TVカメラ10がそれぞれ配置され、このTVカメラ1
0は観察者により観察されるモニタ11に接続してい
る。従って、自由電子レーザ発振実験を行う際に、図2
中の左側からギャップ15に入射した電子ビーム1は、
最適にアライメントされていないと、途中の永久磁石3
に衝突して、その蛍光板3が発光することになる。その
様子は、真空窓9を通じてTVカメラ10により撮影さ
れ、モニタ11で観察者により観察されることにより、
電子ビーム1がギャップ15から逸脱したことが判る。
【0019】実験者は、その観察結果をもとに、ウィグ
ラのアライメント方向及びアライメント量を見極めるこ
とができる。アライメントの後、再度、電子ビームを入
射すして永久磁石3に衝突したときは、図2におけい前
回より右側のTVカメラ10で確認されることになる。
その結果に基づいて、再アライメントを行う。このよう
に、電子ビーム1を入射し、観察し、アライメントを繰
り返すことにより、最終的に電子ビーム1をウィグラの
上流から下流まで永久磁石3に衝突させることなく伝搬
させることができ、自由電子レーザの発振が可能とな
る。尚、ギャップ15の水平方向は、磁石幅があるた
め、電子ビーム1が全く蛍光板22に当たらない程逸脱
することはない。
【0020】
【発明の効果】以上、実施例に基づいて具体的に説明し
たように、本発明では、相対する永久磁石の間のギャッ
プに蛍光板をに挿入する代わりに、永久磁石の相互に対
向する面に蛍光板を装着したため、狭いギャップを有す
るウィグラやアンジュレータに電子ビームを伝搬させ、
自由電子ビームを発振させる実験において、その伝搬す
る電子ビームの位置を容易にモニタできる。従って、経
験や勘を必要とせず、最適なアライメントを効率よく行
え、自由電子レーザ発振達成の為の調整時間を大幅に低
減でき、発振実験に係わる費用も低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係るウィグラ用ビームモニ
タの正面図である。
【図2】図1中のA−A線断面図である。
【図3】従来のウィグラ用ビームモニタを示す正面図で
ある。
【図4】ギャップと周期及びK値との関係を示すグラフ
である。
【図5】真空容器の外部に永久磁石を配したウィグラの
外観図である。
【符号の説明】
1 電子ビーム 2,22 蛍光板 3 永久磁石 4 永久磁石ホルダ 5 ロッド 6 ベローズ 7,17 真空容器 8 ギャップ調整機構 9 真空窓 10 TVカメラ 11 モニタ 12 蛍光板ホルダ 13 ベローズ 14 エアシリンダ
───────────────────────────────────────────────────── 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 1/093 G21K 5/04 H01S 3/30 G01T 1/29

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数個の磁石を所定の磁化方向でもって
    2列に水平配置し、該磁石列間に周期的な磁場を発生さ
    せ、該磁石列間に入射される電子ビームを蛇行運動させ
    て該電磁波を放射させる誘導制動放射装置において、前
    記磁石列の向かい合う面に、蛍光板を装着したことを特
    徴とする誘導制動放射装置。
JP14297194A 1994-06-24 1994-06-24 誘導制動放射装置 Expired - Lifetime JP2909385B2 (ja)

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JPH088098A JPH088098A (ja) 1996-01-12
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