(57)【要約】  本発明は、アンジュレータ内に導入された粒子流からシンクロトロン放射を発生するためのアンジュレータに関しており、アンジュレータは、少なくとも２つの部分アンジュレータを有しており、各部分アンジュレータは、超伝導材料を有しており、該超伝導材料は、電流が給電された際に、当該電流の方向に対して垂直方向に配列されたアンジュレータ磁場を発生し、超伝導材料は、各個別部分アンジュレータ内に、各部分アンジュレータによって発生されたアンジュレータ磁場が相互に平行に形成されないように配設されている。  本発明のアンジュレータは、機械的に動かさずに、シンクロトロン放射の偏光方向を調整及び変化するのに適している。殊に、シンクロトロン放射の偏光方向を直線偏光から円偏光に切り換えることができ、ヘリシティの方向を切り換えることができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンジュレータ内に導入された粒子流からシンクロトロン放射を発生するためのアンジュレータにおいて、
アンジュレータは、少なくとも２つの部分アンジュレータを有しており、
前記各部分アンジュレータは、超伝導材料を有しており、該超伝導材料は、電流が給電された際に、当該電流の方向に対して垂直方向に配列されたアンジュレータ磁場を発生し、
前記超伝導材料は、前記各個別部分アンジュレータ内に、前記各部分アンジュレータによって発生された前記アンジュレータ磁場が相互に平行に形成されないように配設されていることを特徴とするアンジュレータ。
【請求項２】
個別部分アンジュレータの超伝導材料に給電される電流値を、相互に独立して調整することができる手段が設けられており、該調整により、各部分アンジュレータによって発生されたアンジュレータ磁場の重畳から形成されたアンジュレータ磁場を用いて、シンクロトロン放射の偏光方向が決められる請求項１記載のアンジュレータ。
【請求項３】
第１の部分アンジュレータは、当該第１の部分アンジュレータの第１のアンジュレータ磁場が、粒子流の方向に対してほぼ垂直方向に位置しているように設けられており、第２の部分アンジュレータは、当該第２の部分アンジュレータの第２のアンジュレータ磁場が、ゼロとは異なる成分を前記第１のアンジュレータ磁場の方向にも、当該第１のアンジュレータ磁場の方向に対してほぼ垂直方向であって前記粒子流の方向に対してほぼ垂直方向である方向にも有している請求項１又は２記載のアンジュレータ。
【請求項４】
第１の部分アンジュレータと第２の部分アンジュレータは、１５°〜７５°の範囲から選択された１つの値の角度を相互になしている請求項１から３迄の何れか１記載のアンジュレータ。
【請求項５】
角度として、３０°〜６０°の１つの値が選択されている請求項４記載のアンジュレータ。
【請求項６】
アンジュレータ内に導入された粒子流からシンクロトロン放射を発生するためのアンジュレータの作動方法において、
第１の部分アンジュレータの超伝導材料製の第１の装置に第１の電流を給電し、該第１の電流の給電により、当該第１の電流の方向に対して垂直方向である前記第１のアンジュレータ磁場を形成し、
第２の部分アンジュレータの超伝導材料製の第２の装置に第２の電流を給電し、該第２の電流の給電により、当該第２の電流の方向に対して垂直方向であるが、前記第１のアンジュレータ磁場の方向に対して平行でない前記第２のアンジュレータ磁場を形成し、
前記第１の電流の値と、前記第２の電流の値は、前記第１のアンジュレータ磁場と前記第２のアンジュレータ磁場との重畳により形成された、合成されたアンジュレータ磁場により、シンクロトロン放射の偏光方向を決めることを特徴とするシンクロトロン放射を発生するためのアンジュレータの作動方法。
【請求項７】
両部分アンジュレータの超伝導材料を流れる各電流の各値を、前記両アンジュレータ磁場の各成分が第１のアンジュレータ磁場の方向で補償されるように選択し、該補償によって、前記第一のアンジュレータ磁場の方向にも粒子流の方向にも垂直なアンジュレータ磁場を形成する請求項６記載のシンクロトロン放射を発生するためのアンジュレータの作動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンジュレータを通過する粒子流（例えば、電子の）から形成される電磁放射（以下、光とも呼ぶ）源として使われるアンジュレータ、並びに、アンジュレータの作動方法に関する。アンジュレータは、殊に、シンクロトロン放射源でのＸ線放射の発生のために使用される。
【０００２】
永久磁石からなるアンジュレータを、機械的な運動によって、放射される光の偏光方向を変えることができるように構成する試みが広く行われている。この技術については、Ｈ．Ｏｎｕｋｉ及びＰ．Ｅｌｌｅａｕｍｅ，  Ｕｎｄｕｌａｔｏｒｓ，  Ｗｉｇｇｌｅｒｓ  ａｎｄ  ｔｈｅｉｒ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，  Ｋａｐ．  ６，  Ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ  ｕｎｄｕｌａｔｏｒｓ  ａｎｄ  ｗｉｇｇｌｅｒｓ，  Ｔｏｙｌｏｒ  ａｎｄ  ｆａｎｃｉｓ，  ２００３  から概要が分かる。そこに記載されている従来技術によると、偏光方向を変えるのに２つのやり方が知られている：
−永久磁石を機械的にシフトするやり方、又は、
−アンジュレータを分割し、各アンジュレータ部分間で放射を操作するやり方
である。
【０００３】
この第１の手段によると、そこに生じた強い力で磁石を動かすことができるが、機械的な構成が過度にコスト高である。例えば、偏光方向を機械的に変えることができるベルリナー・エレクトロン・シンクロトロン（Ｂｅｒｌｉｎｅｒ  ｅｌｅｋｔｒｏｎ−Ｓｙｎｃｈｒｏｔｒｏｎ）  ＢＥＳＳＹ  という名称の永久磁石アンジュレータが使われている。この技術の変形例が、日本国公開特許第１０３０２９９９号に開示されている。第２の手段によると、通常の作動の際、極めて限定してしか使用することができず、例えば、低い放射エネルギでしか使用することができず、従って、実際上使用する意義がない。
【０００４】
Ｒ．Ｒｏｓｓｍａｎｉｔｈ  及び  Ｈ．Ｏ．Ｍｏｓｅｒ，  Ｓｔｕｄｙ  ｏｆ  ａ  Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｉｎ−ｖａｃｕｏ  Ｕｎｄｕｌａｔｏｒ  ｆｏｒ  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｒｉｎｇｓ  ｗｉｔｈ  ａｎ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｔｕｎａｂｉｌｉｔｙ  ｂｅｔｗｅｅｎ  Ｋ−０  ａｎｄ  Ｋ＝２，Ｐｒｏｃ．  Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，  ２０００，  Ｗｉｅｎ  での超伝導プラナーアンジュレータの公開直後、螺旋偏光の超伝導アンジュレータを巻回（ｗｉｃｋｅｌｎ）することができるかどうか考えられ始めた。最初の技術メモは、当時、トリエステのＥｌｅｔｔｒａ社のディレクタであったＲ．Ｐ．ＷａｌｋｅｒのＮｅｗ  Ｃｏｎｃｅｐｔ  ｆｏｒ  a  Ｐｌａｎａｒ  Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  Ｈｅｌｉｃａｌ  Ｕｎｄｕｌａｔｏｒ，１８．Ｏｋｔｏｂｅｒ  ２０００  である。螺旋アンジュレータの、それ以外の技術思想として、Ｒ．Ｐｉｔｔｈａｈｎ  ｕｎｄ  Ｊ．Ｓｈｅｐｐａｒｄ，ＳＬＡＣ，Ｕｓｅ  ｏｆ  ａ  Ｍｉｃｒｏｕｎｄｕｌａｔｏｒ  ｔｏ  Ｓｔｕｄｙ  Ｐｏｓｉｔｒｏｎ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，５．Ｆｅｂｒｕａｒ  ２００２がある。
【０００５】
別のレジュメが、Ｓｈｉｇｅｍｉ  Ｓａｓａｋｉ，  Ａｒｇｏｎｎｅ，  Ｄｅｓｉｇｎ  ｆｏｒ  ａ  ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  ｐｌａｎｎａｒ  ｈｅｌｉｃａｌ  ｕｎｄｕｌａｔｏｒ，  ＥＳＲＦ，  ２００３年６月  の講演の際に提出され、この中で、著者は、超伝導プラナーアンジュレータの技術思想を螺旋アンジュレータに拡張することを支持しているが、偏光方向を変えるやり方については未解決のままである。
【０００６】
前述の従来技術に基づき、本発明の課題は、前述の欠点及び制限を有していないアンジュレータ、並びに、アンジュレータの作動方法を提供することにある。殊に、機械的に動かさずに、シンクロトロン放射の偏光方向を調整及び変化することができる超伝導アンジュレータを提供する必要がある。そうすることによって、例えば、シンクロトロン放射の偏光方向を、直線偏光から円偏光に切り換えるか、又は、ヘリシティ方向（Ｈｅｌｉｚｉｔａｅｔｒｉｃｈｔｕｎｇ）を変えることができ、その際、ヘリシティは、電場の回転方向を記述する。
【０００７】
この課題は、請求項１記載の各要件、及び、請求項６記載の方法ステップによって解決される。従属請求項には、本発明の有利な実施例が記述されている。
【０００８】
本発明が基礎とする技術思想は、超伝導アンジュレータの導体装置を、偏光方向が超伝導導体装置を流れる電流の方向を、機械的に動かさずに調整乃至変更することができるように構成して、放射されたシンクロトロン放射の偏光方向をスイッチングすることにある。このようにすることによって、放射されたビーム偏光方向を、殊に、直線偏光から円偏光に切り換え、乃至、ヘリシティを変えることができる。
【０００９】
本発明のアンジュレータの原理的な構成について、図１を用いて説明する。偏光方向が変えられる、本発明のアンジュレータの機能形式は、相互に別個に電流を給電することができる超伝導材料製の種々異なる２つの導体装置（各巻線）を設けることに基づく。
【００１０】
従って、本発明のアンジュレータは、２つの超伝導部分アンジュレータを有しており、つまり、第１の部分アンジュレータと第２の部分アンジュレータを有しており、
ａ）  第１の部分アンジュレータは、当該第１の部分アンジュレータの高い電流伝導度（Ｓｔｒｏｍｔｒａｇｈａｅｈｉｇｋｅｉｔ）の超伝導材料を通って電流Ｉ１が流れ、当該第１の部分アンジュレータと電子ビームＥとの間隔に関して、内部アンジュレータとも呼ばれ、
ｂ）  第２の部分アンジュレータは、当該第２の部分アンジュレータの高い電流伝導度（Ｓｔｒｏｍｔｒａｇｈａｅｈｉｇｋｅｉｔ）の超伝導材料を通って電流Ｉ２が流れ、第１の部分アンジュレータと比較して、電子ビームＥからの比較的大きな間隔を有しており、従って、外部アンジュレータとも呼ばれ、
その際、電流Ｉ１及びＩ２は、相互に独立して調整される。
【００１１】
図１から分かるように、第２の部分アンジュレータは、導体装置をほぼｘ方向に有しており、従来技術によると、ほぼｚ方向に配向されているアンジュレータ磁場である。このアンジュレータによってｙ方向に進む粒子流（電子ビーム）により、直線偏光が形成される。
【００１２】
第１の部分アンジュレータの導体装置は、当該装置の導体が、ｘ方向に配設されている第２の部分アンジュレータの導体に対しても、ｙ方向に配設されている電子ビームの方向に対しても、１５°〜７５°の値範囲内の角度、有利には、３０°〜６０°、特に有利には、約３０°、約４５°又は約６０°の角度をなすように形成されている。即ち、第１の部分アンジュレータの導体は、第２の部分アンジュレータ及び当該第２の部分アンジュレータのアンジュレータ磁場によって形成されるｘ−ｚ面に対して相対的に所定の角度をなす。そうすることによって、第１の部分アンジュレータ内に、同様に、並びに、第２のアンジュレータ内に、ｚ方向成分を有しているが、更に、ゼロとは異なるｘ方向成分を有しているアンジュレータ磁場が形成される。このような本発明の導体装置の結果、それにより形成される放射は円偏光され、所定のヘリシティを有している。
【００１３】
本発明の超伝導アンジュレータは、以下のように記述される：先ず、第１の（内部）部分アンジュレータの超伝導体を通って流れる値Ｉ１の第１の電流がスイッチオンされ、それにより、所定方向の円偏光の光が形成される。一般的には、この方向は、円放射用の所望のヘリシティと一致しない。この方向を円放射用の所望のヘリシティと一致させるために、第２の（外部）部分アンジュレータの超伝導体を通って流れる値Ｉ２の第２の電流がスイッチオンされ、その際、値Ｉ２は、当該値がｚ方向のアンジュレータ磁場を部分的に補償するように選定され、その結果、最終的に円放射の所望のヘリシティが得られる。
【００１４】
両電流の値Ｉ１及びＩ２が、両部分アンジュレータのｚ成分がちょうど補償されるように選定されている場合、ｘ方向の磁場のアンジュレータが残ったままとなる。Ｉ１の値が更に上昇する場合、ヘリシティが逆方向に設定された放射が、アンジュレータから放射される。
【００１５】
従って、本発明によると、放射された同期ビームのヘリシティを任意の所望の値に調整することができるようになり、その際、このために機械的に動かす必要はない。従って、両回転方向の光、つまり、楕円偏光の光と直線偏光の光が形成され、これにより、それと同時に、偏光方向を変えられるアンジュレータ用のコストを著しく低く抑えるように装置構成を簡略化することができる。
【００１６】
本発明について、以下、図示の実施例を用いて詳細に説明する。その際：
図１は：本発明のアンジュレータの原理的な構成を示す図、
図２は：本発明のアンジュレータの断面図
である。
【００１７】
シンクロトロン放射源ＡＮＫＡ、ＫａｒｌｓｒｕｈｅのＷＥＲＡビームラインの場合、本発明のアンジュレータは、以下の仕様で構成されている：
【００１８】
【表１】
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【００１９】
図２には、このアンジュレータの一部分の２つの断面が示されており、その際、４０周期のうちの１２周期が各々示されている。このアンジュレータは、２つの部分アンジュレータ３及び４から構成されており、これら２つの部分アンジュレータは、以下、プラナーアンジュレータ３、乃至、螺旋アンジュレータ４と呼び、プラナーアンジュレータ３は、ｚ方向のアンジュレータ磁場を形成し、螺旋アンジュレータ４は、ｚ方向成分もｘ方向成分も有するアンジュレータ磁場を形成する。この際、螺旋アンジュレータ４は、プラナーアンジュレータ３に対して４５°の角度をなしている。
【００２０】
アンジュレータ自体は、総じて鉄芯１から構成されており、この鉄芯１は、内部にプラナー部分アンジュレータ３及び螺旋部分アンジュレータ４の超伝導コイルが挿入されている、磁気的に非活性の材料２によって囲まれている。
【００２１】
本発明の螺旋部分アンジュレータ及び螺旋部分アンジュレータの作動時に、以下のアンジュレータ磁場が得られる。この際、ＢＺは、ｚ方向のアンジュレータ磁場であり、ＢＸは、ｘ方向のアンジュレータ磁場である。周期長は、５０ｍｍである。
【００２２】
【表２】
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【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明のアンジュレータの原理的な構成を示す図
【図２】本発明のアンジュレータの断面図
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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