(57)【要約】【課題】高強度の放射光を取り出すことができる電子蓄積リングを提供する。【解決手段】予め定められた曲率を有する設計軌道１０に沿って電子ビームを周回させ、設計軌道１０から接線方向に放出された放射光を外部に取り出すための取出口４を有する電子蓄積リング１であって、取出口４の中心から設計軌道１０への接線が、設計軌道１０上の接点となる第１の位置Ａを超える延長線上に配置された第１の集束ミラー６ａを備え、第１の集束ミラー６ａは、設計軌道１０上の第２の位置Ｂから接線方向に放出された放射光Ｌ２を反射させて、第１の位置Ａで集束させることにより、設計軌道１０上の第１の位置Ａから接線方向に放出される放射光Ｌ１に重畳させて、取出口４から外部に放出するように構成される。【選択図】 図１
2008027725.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め定められた曲率を有する設計軌道に沿って電子ビームを周回させ、前記設計軌道から接線方向に放出された放射光を外部に取り出すための取出口を有する電子蓄積リングであって、
前記取出口の中心から前記設計軌道への接線が、前記設計軌道上の接点となる第１の位置を超える延長線上に配置された第１の集束ミラーを備え、
前記第１の集束ミラーは、前記設計軌道上の第２の位置から接線方向に放出された放射光を反射させて、前記第１の位置で集束させることにより、前記設計軌道上の第１の位置から接線方向に放出される放射光に重畳させて、前記取出口から外部に放出するように構成された電子蓄積リング。
【請求項２】
前記第１の集束ミラーは、前記設計軌道の軌道面に対して垂直な方向と平行な方向とで曲率が異なるトロイダルミラーである請求項１に記載の電子蓄積リング。
【請求項３】
前記設計軌道上の第３の位置から接線方向に放出された放射光を反射させて、前記第２の位置で集束させることにより、前記第２の位置から放出される放射光に重畳させる第２の集束ミラーを更に備える請求項１から３のいずれかに記載の電子蓄積リング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子ビームを蓄積して放射光を発生させる電子蓄積リングに関する。
【背景技術】
【０００２】
内部が真空状態の密閉容器内において、電子ビームを設計軌道に沿って光速に近い速度で周回させることにより、軌道の接線方向に放射光を放出する電子蓄積リングが従来から知られている。例えば、特許文献１に開示された光蓄積リングは、円形軌道の周囲が反射鏡により覆われており、特定の波長を有する放射光が、軌道上のあるバンチから接線方向に放出されて反射鏡で反射した後、軌道上の他のバンチから放出される放射光と干渉して強調されるように、円形軌道および反射鏡の曲率半径がそれぞれ設定される。
【特許文献１】特公平７−７７１５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記従来の光蓄積リングは、各バンチから放出される放射光が、反射鏡での反射により円形軌道と繰り返し接しながら光取出口に導かれるものであり、これによって、特定波長の放射光を強調するように構成されている。ところが、円形軌道から光取出口に向けて放出される放射光を直接強調するように構成されたものではないため、取出口から放出される放射光の強度をより高める観点から更に改良の余地があった。
【０００４】
そこで、本発明は、高強度の放射光を取り出すことができる電子蓄積リングの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の前記目的は、予め定められた曲率を有する設計軌道に沿って電子ビームを周回させ、前記設計軌道から接線方向に放出された放射光を外部に取り出すための取出口を有する電子蓄積リングであって、前記取出口の中心から前記設計軌道への接線が、前記設計軌道上の接点となる第１の位置を超える延長線上に配置された第１の集束ミラーを備え、前記第１の集束ミラーは、前記設計軌道上の第２の位置から接線方向に放出された放射光を反射させて、前記第１の位置で集束させることにより、前記設計軌道上の第１の位置から接線方向に放出される放射光に重畳させて、前記取出口から外部に放出するように構成された電子蓄積リングにより達成される。
【０００６】
この電子蓄積リングにおいて、前記第１の集束ミラーは、前記設計軌道の軌道面に対して垂直な方向と平行な方向とで曲率が異なるトロイダルミラーであることが好ましい。
【０００７】
また、前記設計軌道上の第３の位置から接線方向に放出された放射光を反射させて、前記第２の位置で集束させることにより、前記第２の位置から放出される放射光に重畳させる第２の集束ミラーを更に備えることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、高強度の放射光を取り出すことができる電子蓄積リングを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実態形態について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電子蓄積リングの概略構成を示す平面図である。図１に示すように、電子蓄積リング１は、ステンレスやアルミ合金等からなるリング状の真空容器２を備えており、真空容器２の外周に沿って偏向磁石（図示せず）が配置されている。真空容器２の内部には、入射器（図示せず）から電子ビームを入射させることができ、入射した電子ビームは、インフレクタ及びパータベータ（いずれも図示せず）の作用により、予め設定された曲率を有する円形の設計軌道１０に案内され、前記偏向磁石によって真空容器２内に発生する磁場の強度を調節することにより、設計軌道１０に沿って周回するように制御される。真空容器２の壁面には取出口４が形成されており、電子ビームの周回により設計軌道１０上の位置Ａから接線方向に放出された放射光Ｌ１を、取出口４から外部に取り出すことができる。設計軌道１０の形状は、本実施形態のように円形であることが好ましいが、楕円形や一部に直線部を含む形状とすることも可能である。
【００１０】
以上の構成は従来の電子蓄積リングと同様であるが、本実施形態の電子蓄積リング１は、真空容器２の内壁面に第１の集束ミラー６ａを備えることを特徴とする。第１の集束ミラー６ａは、設計軌道１０の軌道面に対して垂直な方向と平行な方向とで曲率が異なるように形成されたトロイダルミラーであり、取出口４と略同じ大きさを有している。第１の集束ミラー６ａは、取出口４から設計軌道１０上の位置Ａを通過する接線が、中心を通過するように配置されており、設計軌道１０上の位置Ｂから接線方向に放出された放射光Ｌ２を反射させて、設計軌道１０上の位置Ａにおいて電子ビームのビームサイズまで集束させ、取出口４から外部に放出する。
【００１１】
このような第１の集束ミラー６ａを設けることにより、設計軌道１０上の位置Ａから取出口４に向けて放出される放射光Ｌ１に、設計軌道１０上の位置Ｂから放出される放射光Ｌ２を重畳させることができ、取出口４から取り出すことができる放射光Ｌの強度を高めることができる。
【００１２】
真空容器２の内部には、図２に示すように、第１の集束ミラー６ａに加えて第２の集束ミラー６ｂを設けてもよい。第２の集束ミラー６ｂは、第１の集束ミラー６ａと同様、設計軌道１０の軌道面に対して垂直な方向と平行な方向とで曲率が異なるように形成されたトロイダルミラーであり、設計軌道１０上の位置Ｃから放出された放射光Ｌ３を反射させて、設計軌道１０上の位置Ｂにおいて電子ビームのサイズまで集束させ、設計軌道１０上の位置Ｂから放出される放射光Ｌ２と共に第１の集束ミラー６ａで反射させて、取出口４から外部に放出する。なお、図２において、図１と同様の構成部分には同一の符号を付している。
【００１３】
このような第２の集束ミラー６ｂを、第１の集束ミラー６ａと共に設けることにより、設計軌道１０上の位置Ａから取出口４に向けて放出される放射光Ｌ１に、設計軌道１０上の位置Ｂから放出される放射光Ｌ２と位置Ｃから放出される放射光Ｌ３とを重畳させることができ、取出口４から取り出すことができる放射光Ｌの強度を更に高めることができる。
【００１４】
真空容器２の内部には、更に多数の集束ミラーを配置してもよく、電子軌道１０上のある位置から接線方向に放出された放射光が、集束ミラーで反射して設計軌道１０上で集束した後、他の集束ミラーで反射する構成にしてもよい。このように、放射光が、集束ミラーでの反射及び設計軌道１０上での集束を順次繰り返しながら取出口４から外部に放出されるように構成することで、集束ミラーの配置数に応じた強度を有する放射光を、取出口４から取り出すことができる。図３は、真空容器２の内部に、５つの集束ミラー（第１の集束ミラー６ａ、第２の集束ミラー６ｂ、第３の集束ミラー６ｃ、第４の集束ミラー６ｄ及び第５の集束ミラー６ｅ）を配置した例を示しており、取出口４からは、設計軌道１０上の６カ所（位置Ａ〜Ｆ）から放出される放射光Ｌ１〜Ｌ６を重畳させて取り出すことができる。
【００１５】
真空容器２の内部に配置する集束ミラー（例えば、第１の集束ミラー６ａ〜第５の集束ミラー６ｅ）は、上述した各実施形態ではトロイダルミラーを使用しているが、設計軌道１０上で集束可能であれば、回転楕円面ミラーなど他のミラーを使用することもできる。また、各集束ミラーの配置は、必ずしも真空容器２の内壁面である必要はなく、真空容器２内の他の位置であってもよい。
【００１６】
上述した各電子蓄積リングは、種々の波長の放射光発生装置として利用可能であるが、集束ミラーでの反射率が高い赤外放射光の発生装置として特に好適に用いることができ、強度及び輝度が大幅に増大した赤外放射光を得ることができる。一例として、赤外顕微鏡における試料への照射光発生装置としての利用を挙げることができ、ナノ・バイオ材料の評価に大きな貢献が期待できる。
【００１７】
図４は、１０個の集束ミラーを真空容器２の内部に配置し、設計軌道１０上のある点から放出された赤外放射光（波長：１ミクロン）を、直接または集束ミラーで反射させて取出口４から取り出し、取出口４から４ｍ離れた位置で結像させたときの結像状態をシミュレーションにより求めた結果であり、上から順に、（ａ）放射光が取出口４から直接取り出された場合、（ｂ）集束ミラーで２回反射して取り出された場合、（ｃ）集束ミラーで５回反射して取り出された場合、（ｄ）集束ミラーで１０回反射して取り出された場合を、それぞれ示している。結像状態は、各集束ミラーで反射した放射光が電子軌道１０上で最後に集束したとき（例えば、図１から図３における位置Ａで集束したとき）の集束状態と略同じである。
【００１８】
赤外放射光は反射率がほぼ100％であるが、電子が円軌道を描きながら放射光を発生していることにより、有限サイズのミラーによる反射強度は反射回数とともに減少する（図４参照）。しかし、反射回数が増加するにつれて結像形状は小さくなり、輝度が増加するという効果が加わってくる。これにより、集束ミラーで１０回反射した後も、放射光の重畳効果を得る上で十分な結像状態を維持することができる。
【００１９】
図５は、集束ミラーでの放射光の反射回数と、結像形状の取り込み率との関係を示すものである。取り込み率は、反射回数が０回（すなわち、放射光が取出口４から直接取り出された場合）の結像強度を１としたときの各反射回数における結像強度の割合を示している。図５から明らかなように、反射回数が１０回の場合でも３０％以上の取り込み率が得られており、取出口４から取り出される赤外放射光の強度増加に十分寄与していることがわかる。
【００２０】
取出口４から取り出される赤外放射光の強度増加率は、各反射回数の取り込み率を総和することにより求められ、集束ミラーを用いない従来の構成（すなわち、反射回数が０回の場合）に比べて、強度が７．４倍に増大している。これは、水平方向の取り出し角が３０ｍｒａｄの場合に、実効的には水平２２２ｍｒａｄの放射光を取り込むことと同じである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係る電子蓄積リングの概略構成を示す平面図である。
【図２】本発明の他の実施形態に係る電子蓄積リングの概略構成を示す平面図である。
【図３】本発明の更に他の実施形態に係る電子蓄積リングの概略構成を示す平面図である。
【図４】結像形状をシミュレーションにより求めた結果を示す図である。
【図５】集束ミラーでの反射回数と結像形状の取り込み率との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  電子蓄積リング
２  真空容器
４  取出口
６ａ  第１の集束ミラー
６ｂ  第２の集束ミラー
６ｃ  第３の集束ミラー
６ｄ  第４の集束ミラー
６ｅ  第５の集束ミラー
１０  設計軌道
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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