(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビーム通路を挟んで互いに対向して配置される第１コイル及び第２コイルと、
上記荷電粒子ビーム通路を挟んで互いに対向し、上記第１コイルの外側に配置される第１強磁性体及び上記第２コイルの外側に配置される第２強磁性体と、
上記第１コイル及び上記第２コイルに一部が包囲され、少なくとも一つの第１超電導体を有し、上記荷電粒子ビーム通路が通過する磁束誘導部材と、
を備え、上記第１コイル及び第２コイルにより発生された磁束が、上記第１強磁性体を通過し、上記荷電粒子ビーム通路を横切り、上記第２強磁性体を通過して、上記磁束誘導部材を通過することにより、上記第１超電導体の開口部内側を通過しながら上記荷電粒子ビーム通路を横切り、上記第１強磁性体に戻る磁気回路を形成するように配置され、上記第１超電導体には、上記第１コイルおよび第２コイルにより発生された磁束により上記荷電粒子ビーム通路に平行な方向に誘導電流が流れることを特徴とする偏向電磁石装置。
【請求項２】
請求項１に記載の偏向電磁石装置において、
上記第１超電導体に貫通穴が形成され、この貫通穴に上記荷電粒子ビーム通路が通過し、上記第１超電導体は結晶異方性を有し、上記貫通穴が上記第１超電導体の結晶方向ａｂ面と平行であることを特徴とする偏向電磁石装置。
【請求項３】
請求項１に記載の偏向電磁石装置において、
上記第１超電導体は、複数の超電導体からなり、これら複数の超電導体の間には間隙が形成されていることを特徴とする偏向電磁石装置。
【請求項４】
請求項１に記載された偏向電磁石装置において、
上記第１超電導体は、複数の超電導体からなり、これら複数の超電導体の間には間隙が構成され、上記間隙に上記荷電粒子ビーム通路が形成されていることを特徴とする偏向電磁石装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のうちのいずれか一項に記載の偏向電磁石装置において
上記第１超電導体を格納する断熱容器と、この断熱容器を冷凍する冷却機とをさらに備えることを特徴とする偏向電磁石装置。
【請求項６】
請求項５に記載の偏向電磁石装置において、
上記断熱容器は、上記第１強磁性体もしくは上記第２強磁性体により支持されることを特徴とする偏向電磁石装置。
【請求項７】
請求項５または６に記載の偏向電磁石装置において、
上記断熱容器内に配置され、上記第１超電導体の温度を制御する温度制御機構を、さらに備えることを特徴とする偏向電磁石装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のうちのいずれか一項に記載の偏向電磁石装置において、
上記第１強磁性体は、荷電粒子ビームの進行方向に平行な方向に、上記第１コイルを挟んで互いに対向し、上記荷電粒子ビーム通路に向かって延びる第１リターンポール及び第２リターンポールを有し、上記第２強磁性体は、上記荷電粒子ビームの進行方向に平行な方向に、上記第２コイルを挟んで互いに対向し、上記荷電粒子ビーム通路に向かって延びる第３リターンポール及び第４リターンポールを有し、上記第１リターンポールと第２リターンポールとの互いの間隔および上記第３リターンポールと第４リターンポールとの互いの間隔は、上記荷電粒子ビーム通路からの距離が小さくなるにつれて小さくなることを特徴とする偏向電磁石装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８のうちのいずれか一項に記載の偏向電磁石装置において、
上記磁束誘導部材は、上記第１コイルに包囲される第１磁束誘導部材と、上記第２コイルに包囲される第２磁束誘導部材と、上記荷電粒子ビーム通路が通過する第３磁束誘導部材とを有し、上記第１磁束誘導部材及び上記第２磁束誘導部材は、上記荷電粒子ビーム通路に向かって延びる方向に開口し、上記荷電粒子ビーム通路からの距離が大きくなるにつれて大となる開口部を有することを特徴とする偏向電磁石装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のうちのいずれか一項に記載の偏向電磁石装置において、
上記第１超電導体は、上記第１コイルおよび第２コイルが発生する磁束を通過させる中空部を有する円環形状であり、円環形状の上記第１超電導体の周方向に少なくとも１つの不連続部が形成されていることを特徴とする偏向電磁石装置。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のうちのいずれか一項に記載の偏向電磁石装置において、
上記第１超電導体は、構造強化部材と接着されていることを特徴とする偏向電磁石装置。
【請求項１２】
請求項１から請求項４のうちのいずれか一項に記載の偏向電磁石装置において、
上記第１コイル、上記第２コイル、及び上記磁束誘導部材を格納する断熱容器をさらに備えることを特徴とする偏向電磁石装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の偏向電磁石装置において、
上記第１コイルおよび第２コイルの外側に配置され、少なくとも一つの第２超電導体を有し、上記荷電粒子ビーム通路が通過する第４磁束誘導部材と、少なくとも一つの第３超電導体を有し、上記荷電粒子ビーム通路が通過する第５磁束誘導部材と、をさらに備え、  
上記磁気回路は、上記第１コイル及び第２コイルにより発生された磁束が、上記第１強磁性体を通過し、上記第４磁束誘導部材を通過することにより、上記第２超電導体の開口部内側を通過しながら、上記荷電粒子ビーム通路を横切り、上記第２強磁性体を通過して請求項１に記載の上記磁束誘導部材から上記第１強磁性体に戻る第２磁気回路と、
上記第１コイル及び第２コイルにより発生された磁束が、上記第１強磁性体を通過し、上記第５磁束誘導部材を通過することにより、上記第３超電導体の開口部内側を通過しながら、上記荷電粒子ビーム通路を横切り、上記第２強磁性体を通過して請求項１に記載の上記磁束誘導部材から上記第１強磁性体に戻る第３磁気回路と、
を有することを特徴とする偏向電磁石装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、偏向電磁石装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  電子ビームや陽電子などの荷電粒子ビームに対して磁場を印加し、ビームの進行方向を偏向することで放射光を発生させる技術がある。発生された放射光は、物質の原子、分子の配列、電子状態、化学反応機構の情報等を得るために用いられる。【０００３】  短い波長の放射光を発生させるためには強磁場を生成することが必要であり、その代表的な装置としてウィグラーと呼ばれる装置がある。ウィグラーでは通常、偏向したビームを同軸軌道に戻すために、ビーム軌道上の磁場分布の積分値をゼロにする必要があり、極性の異なる磁場を発生させる磁極が並んでいる。より短い波長の放射光を得るためにはより高い磁場強度が必要であり、超電導コイルと磁性体で磁気回路を形成する３極型超電導ウィグラーがある。【０００４】  特許文献１には、超電導コイルを使用する中央マグネットと、これを挟んで電子ビームの入射側と出射側に設けられたサイドマグネットを、電子ビーム通路を挟んで対向配置した３極型のウィグラーが記載されている。この３極型のウィグラーは、サイドマグネットに超電導コイルでなく永久磁石と電磁石を組み合わせた超電導ウィグラー用マグネット構造となっている。【０００５】  また、特許文献２は、磁束集中化装置に関し、超電導コイルの空芯中に、入口が広く出口が狭い円筒状または中空円錐状の超電導体を配置し、その中空内で超電導磁石の発生磁束を通過させて収束し、高磁場化を実現する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１７２８００号公報
【特許文献２】特許第５１５８７９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  しかしながら、特許文献１に記載されているように、超電導コイルの発生磁場を高めようとすると、コイルが大型化し、磁場が荷電粒子ビームの軌道に沿って幅広い分布となる。一方、放射光を出さない場合には超電導コイルは励磁されておらず、荷電粒子ビームは偏向されずに軌道を通過することになる。このため、荷電粒子ビームが通過する真空ダクトは、荷電粒子ビームの偏向の有無を考慮して構成する必要があり、大型化してしまう。【０００８】  一方、特許文献２には、超電導体を使って磁束を集束する磁束誘導部材を用いることで、小さい空間に強磁場を発生させる技術が開示されている。【０００９】  しかしながら、その空間内に荷電粒子ビームを誘導させるような穴を磁束誘導部材に設けると、集束された磁束の、その穴からの漏れを抑制するように磁束誘導部材の穴周囲に誘導電流が発生する。その結果、集束磁場の均一性が低下し、ビームの軌道制御が困難になる。【００１０】  本発明の目的は、強磁場を発生可能であり、かつ真空ダクトの大型化を抑制し、ビーム軌道制御が容易な偏向電磁石装置を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】  本発明は、上記課題を解決するために、次のように構成される。【００１２】
偏向電磁石装置において、荷電粒子ビーム通路を挟んで互いに対向して配置される第１コイル及び第２コイルと、上記荷電粒子ビーム通路を挟んで互いに対向し、上記第１コイルの外側に配置される第１強磁性体及び上記第２コイルの外側に配置される第２強磁性体と、上記第１コイル及び上記第２コイルに一部が包囲され、少なくとも一つの第１超電導体を有し、上記荷電粒子ビーム通路が通過する磁束誘導部材と、を備え、上記第１コイル及び第２コイルにより発生された磁束が、上記第１強磁性体を通過し、上記荷電粒子ビーム通路を横切り、上記第２強磁性体を通過して、上記磁束誘導部材を通過することにより、上記第１超電導体の開口部内側を通過しながら上記荷電粒子ビーム通路を横切り、上記第１強磁性体に戻る磁気回路を形成するように配置され、上記第１超電導体には、上記第１コイルおよび第２コイルにより発生された磁束により上記荷電粒子ビーム通路に平行な方向に誘導電流が流れる。
【発明の効果】
【００１３】  強磁場を発生可能であり、かつ真空ダクトの大型化を抑制し、ビーム軌道制御が容易な偏向電磁石装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例１による偏向電磁石装置の全体概略構成図である。
【図２】偏向電磁石装置において真空ダクトに沿った概略断面図である。
【図３】第二の磁束誘導部材の構成の一例を示す図である。
【図４】第一の磁束誘導部材の構成の一例を示す図である。
【図５】本発明の実施例２の偏向電磁石装置において真空ダクトに沿った概略断面図である。
【図６】本実施例２の第二の磁束誘導部材の構成の一例を示す図である。
【図７】本発明の実施例３の偏向電磁石装置において真空ダクトに沿った概略断面図である。
【図８】本発明の本実施例３の第二の磁束誘導部材の構成例を示す図である。
【図９】本発明の実施例３の第一の磁束誘導部材の構成例を示す図である。
【図１０】本発明の実施例４における偏向電磁石装置において真空ダクトに沿った断面図の例である。
【図１１】本発明の実施例５の偏向電磁石装置において真空ダクト２５に沿った概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】  以下、本発明の実施形態を、添付図面を参照して説明する。
【実施例】
【００１６】  （実施例１）  図１は、本発明の実施例１による偏向電磁石装置１００の全体概略構成図である。以下、本実施例１ｂによる偏向電磁石装置１００の主な構成を説明する。【００１７】
図１において、偏向電磁石装置１００は、支持部材２３に固定され、互いに対向して、上下位置に配置され、強磁性体からなる連結部材２２ａ（第１強磁性体）及び２２ｂ（第２強磁性体）と、連結部材２２ａの下面に接触してボルト等で固定されたリターンポール２０ａ及び２１ａと、連結部材２２ｂの上面に接触してボルト等で固定されたリターンポール２０ｂ及び２１ｂと、連結部材２２ａの下面であって、リターンポール２０ａと２１ａとの間に配置され、荷重支持体１１を介して固定されたコイル１２ａ（第１コイル）と、連結部材２２ｂの上面であって、リターンポール２０ｂと２１ｂとの間に配置され、固定されたコイル１２ｂ（第２コイル）と、コイル１２ａと１２ｂとの間に荷重支持体１１を介して連結部材２２ａに支持される真空断熱容器１０とを備えている。
【００１８】  なお、真空断熱容器１０は、荷重支持体１１と同様な荷重支持体により連結部材２２ｂに支持される構成とすることも可能である。【００１９】  コイル１２ａ及び１２ｂは励磁配線３１ａ、３１ｂ及び３１ｃを介して励磁電源３０に接続される。真空断熱容器１０は冷媒配管４１ａ及び４１ｂを介して冷媒容器４０に接続される。真空断熱容器１０には荷電粒子ビーム軌道２４に沿って貫通穴が設けられており、その貫通穴の中に荷電粒子が通過する真空ダクト２５（荷電粒子ビーム通路）が設けられる。【００２０】  次に、上記に述べた真空断熱容器１０内の構成例と各構成の役割を、図２を用いて説明する。図２は偏向電磁石装置１００において真空ダクト２５に沿った概略断面図である。【００２１】  図２において、真空断熱容器１０内にはコイル１２ａ及び１２ｂが発生する磁束を集束させる機構として、超電導体からなり、第１磁束誘導部材１０１ａ、第２磁束誘導部材１０１ｂ、及び第３磁束誘導部材１０２が固定されている。第１磁束誘導部材１０１ａは、連結部材２２ａ側に配置され、第２磁束誘導部材１０１ｂは、連結部材２２ｂ側に配置されている。そして、第３磁束誘導部材１０２は、部材１０１ａと部材１０１ｂとの間に配置されている。第1磁束誘導部材１０１ａはコイル１２ａに包囲され、第２磁束誘導部材１０１ｂはコイル１２ｂに包囲されている。真空ダクト２５は第３磁束誘導部材１０２を通過する。【００２２】  次に、偏向電磁石装置１００の作動手順にしたがって、上記に述べた各構成の役割を説明する。【００２３】  冷媒容器４０から冷媒配管４１ａを介して冷媒を真空断熱容器１０内に導入する。このとき、図示はしていないが、真空断熱容器１０内に設けたセンサにより第１磁束誘導部材１０１ａ、第２磁束誘導部材１０１ｂ、第３磁束誘導部材１０２に冷媒が浸漬したかどうかを評価する。【００２４】  第１磁束誘導部材１０１ａ、第２磁束誘導部材１０１ｂ、第３の磁束誘導部材１０２が冷媒に浸漬した後、励磁電源３０を作動させてコイル１２ａ、１２ｂを励磁する。【００２５】  冷媒には例えば、液体ヘリウムや液体水素、液体ネオン、液体窒素などの冷媒を用いることができ、第１磁束誘導部材１０１ａ、第２磁束誘導部材１０１ｂ、第３磁束誘導部材１０２を構成する超電導体の種類に応じて、沸点が超電導転移温度以下のものを用いることができる。【００２６】  第１の磁束誘導部材１０１ａ、第２磁束誘導部材１０１ｂ、第３磁束誘導部材１０２が冷媒に浸漬したことを評価するセンサには冷媒の液面を測定することのできる公知の抵抗測定型液面計や、第１磁束誘導部材１０１ａの上面に設置した公知の抵抗温度計や熱電対を用いることができる。【００２７】  次に、磁束誘導部材１０１ａ、１０１ｂおよび１０２の構成を示し、真空ダクト２５を真空断熱容器１０内に挿入するための構造について説明する。【００２８】  図４は、第２磁束誘導部材１０１ｂの構成の一例を示す図である。図４において、第２磁束誘導部材１０１ｂは超電導体２６と、超電導体２６の電磁力による割れを防ぐために構造強化部材２８とから構成されており、それらの間は樹脂で接着されている。超電導体２６は断面が略ハの字形状の円環形状であり、構���強化部材２８は、内面が超電導体２６の外面形状に沿う形状となっている。【００２９】  超電導体２６は、開口部５０を有し、周方向にスリット２７を持った構成となっている。図４中ではスリット２７は１つだけ記載しているが、周方向に少なくとも一つ以上あればよい。超電導体２６は例えば、二オブチタンやニオブ三スズ、二硼化マグネシウム、銅酸化物系の高温超電導導体などの超電導体を用いることができる。【００３０】  構造強化部材２８は例えば、非磁性ステンレスや無酸素銅、アルミ合金などの非磁性金属を用いることができる。また、図示していないが、構造強化部材２８は超電導体２６の開口部５０側にあってもよい。【００３１】  図２に示すコイル１２ａ、１２ｂが発生する磁束が、超電導体２６の開口部５０を通過すると、超電導体２６の内周側に遮蔽電流が流れ、図４に示すように、磁束線２９が、超電導体２６の中心方向に曲がり、磁束が集束される。超電導体２６内の遮蔽電流は電気抵抗がゼロという性質のため、一度流れ続けると、常伝導転移しない限り永久的に流れる。そのため、コイル１２ａ、１２ｂの励磁電流が一定になった後も永久的に磁束線２９を曲げる効果を持つ。【００３２】  第２磁束誘導部材１０１ｂによって集束された磁束は第３磁束誘導部材１０２の開口部内に侵入する。図３を用いて、その磁束の流れを説明する。【００３３】  図３は、第３磁束誘導部材１０２の構成の一例を示す図である。図３において、磁束誘導部材１０２は円環形状又は円筒形状の高温超電導体５３から構成されている。そして、高温超電導体５３は周方向に不連続になっており、スリット５４を周方向に少なくとも１つ以上持つ。図３に示す例は、スリット５４が２つ形成されている例である。また、図示していないが、第２磁束誘導部材１０１ｂと同様に高温超電導体５３の内径側、外径側の双方に電磁力に対する構造強化部材を設けることができる。【００３４】  高温超電導体５３は例えば希土類系銅酸化物超電導体などの結晶異方性が大きい高温超電導体を用いることができる。【００３５】  荷電粒子ビーム軌道２４と平行な方向をｙ軸とし、ｙ軸と同一面内で垂直な方向をｘ軸とし、鉛直方向をｚ軸とすると、高温超電導体５３の結晶方向ｃ軸とｚ軸とが互いに平行になるように高温超電導体５３は配置される。表現を変えれば、高温超電導体５３の結晶方向ａｂ面と貫通穴である真空ダクト２５とが平行となるように高温超電導体５３は配置される。その理由は、高温超電導体５３内空芯部のｚ軸方向の磁場が不均一になるのを抑制するためである。【００３６】  その理由について以下に説明する。【００３７】  図３において、−ｚ方向から＋ｚ方向に向かう磁束線５１は、その物理的性質から高温超電導体５３に形成された貫通穴から湧き出そうとする。そのため、電磁誘導の法則により、高温超電導体５３の内側表面では真空ダクト２５の周方向に平行に循環電流５５が流れようとする。一方で、高温超電導体５３内部ではｚ方向磁場が抑制されるように、図３に示す遮蔽電流５２が流れる。ここで、高温超電導体５３は結晶異方性が大きく、ｘｙ面に平行な電流が支配的となる。つまり、ｚ軸方向の電流は小さくなり、循環電流５５が小さくなり、ｘｙ面内の遮蔽電���５２が支配的となり、ｚ方向磁場が不均一となるのが抑制される。【００３８】  第１磁束誘導部材１０１ａ、第２磁束誘導部材１０１ｂ、第３磁束誘導部材１０２の開口部は円形に図示されているが、例えばレーストラック形状のように、一部が直線となっている形状でもよい。【００３９】  ここで、図４には、第２磁束誘導部材１０１ｂを示したが、もう一方の第１磁束誘導部材１０１ａも１０１ｂと同様な形状となっている。ただし、第１磁束誘導部材１０１ａは、真空断熱容器１０内に、断面が逆ハの字状に配置される。このため、磁束線２９は超電導体２６の小さい開口部５０から大きい開口部に流れ、磁束が拡散するように流れる。【００４０】  図２において、第３磁束誘導部材１０２を出た磁束線５１は第１磁束誘導部材１０１ａの開口部を通過して連結部材２２ａの中を通過し、リターンポール２０ａ、２１ａを通過し、真空ダクト２５を横断後、それぞれリターンポール２０ｂと２１ｂ、連結部材２２ｂに侵入する。つまり、連結部材２２ａ、リターンポール２０ａ、２１ａ、２０ｂ、２１ｂ、連結部材２２ｂは、荷電粒子ビームの通路である真空ダクト２５を横切る磁気回路を形成する。【００４１】  リターンポール２０ａ、２１ａ、２０ｂ、２１ｂ、連結部材２２ａ、２２ｂは磁気回路を形成するために、鉄鋼材料や純鉄などの磁性体が用いられる。ここで、リターンポール２０ａ、２１ａ、連結部材２２ａおよび、リターンポール２０ｂ、２１ｂ、連結部材２２ｂは分割した構成で示したが、これらは一体であってもよい。また、リターンポール２０ａ、２１ａ、２０ｂ、２１ｂ、連結部材２２ａ、２２ｂは積層鋼板を用いることもできる。【００４２】  放射光は、リターンポール２０ａからの磁束線５１が、真空ダクト２５を通過して、荷電粒子ビーム２４の進行方向が偏向することで発生する。また、放射光は、真空断熱容器１０内の高温超電導体５３に配置された真空ダクト２５を通過して、荷電粒子ビーム２４の進行方向が偏向することで発生する。さらに、リターンポール２１ａからの磁束線５１が、真空ダクト２５を通過することにより、荷電粒子ビーム２４の進行方向が偏向して発生する。【００４３】  つまり、ビーム軌道方向に、３極磁場が形成され、個々の磁場で荷電粒子ビーム２４が偏向されることにより、荷電粒子ビーム２４を同軸軌道上に戻しながら放射光を発生することができるため真空ダクト２５の大型化を抑制することが可能となっている。【００４４】
また、本発明の実施例１の偏向電磁石装置１００によれば、荷電粒子ビームが流れる水平面に直交する方向に結晶方向ｃ軸を有する高温超電導体５３を配置することより、遮蔽電流５２が支配的となり、ｚ軸方向磁場が不均一となることを抑制することができる。また、真空ダクト２５の大型化を抑制することができる。
【００４５】  つまり、本発明の実施例１によれば、強磁場を発生可能であり、かつ真空ダクトの大型化を抑制し、ビーム軌道制御が容易な偏向電磁石装置を実現することができる。【００４６】  なお、偏向電磁石装置１００の使用後、励磁電源３０から供給される電流を０Ａにするが、磁束誘導部材１０１ａ、１０１ｂ、１０２の温度が、それらを構成する超電導転移温度以下である場合、超電導体２６および高温超電導体５３の遮蔽電流が残るため、荷電粒子ビーム軌道２４に影響を与える。そのため、遮蔽電流を消すために、偏向電磁石装置使用後は超電導体２６および高温超電導体５３にヒータ（図示していない）を取り付け、超電導転移温度以上に温度上昇させることが望ましい。【００４７】  また、偏向電磁石装置１００の使用時の磁束誘導部材１０１ａ、１０１ｂ、１０２の運転温度を２０Ｋ以下とする場合には真空断熱容器１０と磁束誘導部材１０１ａ、１０１ｂ、１０２と間に輻射シールドを設けることも可能である。【００４８】  （実施例２）  次に、本発明の実施例２について説明する。【００４９】  本実施例２は、ビーム軌道方向の３極磁場間隔をより短くすることが可能であり、かつ磁束誘導部材内空芯部の磁場均一性の低下をさらに抑制できる偏向電磁石磁石装置２００の例である。【００５０】  図５は、実施例２の偏向電磁石装置２００において真空ダクト２５に沿った概略断面図である。【００５１】  図５に示した偏向電磁石装置２００のうち、既に説明した図１から図４に示された符号と同一の符号は同等の機能を有する部材を示し、これらについては、説明を省略する。【００５２】  本実施例２では、連結部材２２ａの下面に配置されたリターンポール６４ａ及び６５ａが、連結部材２２ａの水平面と鋭角をなして、真空断熱容器１０側に傾斜している。また、連結部材２２ｂの上面に配置されたリターンポール６４ｂ及び６５ｂが、連結部材２２ｂの水平面と鋭角をなして、真空断熱容器１０側に傾斜している。リターンポール６４ｂ、６５ｂを通過した磁束線５６は第一の磁束誘導部材１０１ｂの開口部を通過後、第二の磁束誘導部材２０２の空芯内を通過する。【００５３】  つまり、第１強磁性体２２ａは、第１コイル１２ａを挟んで互いに対向し、荷電粒子ビーム通路２５に向かって延びる第１リターンポール６４ａ及び第２リターンポール６５ａを有し、第２強磁性体は、上記第２コイル１２ｂを挟んで互いに対向し、荷電粒子ビーム通路２５に向かって延びる第３リターンポール６４ｂ及び第４リターンポール６５ｂを有し、第１リターンポール６４ａと第２リターンポール６５ａとの互いの間隔および第３リターンポール６４ｂと第４リターンポール６５ｂとの互いの間隔は、荷電粒子ビーム通路２５からの距離が小さくなるにつれて小さくなる。【００５４】  上記構成により、コイル１２ａ、１２ｂを励磁して発生させた磁束線５６が鋭角なリターンポール６４ａ、６４ｂ、６５ａ、６５ｂを通過することで、より３極磁場間隔が狭められる構成となっている。つまり、リターンポール６４ａから６４ｂに向かう磁束線が真空ダクト２５を通過する部分と、第二磁束誘導部材２０２の空芯内に発生する磁束線が真空ダクト２５を通過する部分との磁場間隔が狭めら��、かつ、リターンポール６５ａから６５ｂに向かう磁束線が真空ダクト２５を通過する部分と、第二磁束誘導部材２０２の空芯内に発生する磁束線が真空ダクト２５を通過する部分との磁場間隔が狭められる。【００５５】  図６は、本実施例２の第二の磁束誘導部材２０２の構成の一例を示す図である。図６において、第二の磁束誘導部材はｘｙ平面に平行な面を持った複数の薄い超電導体６１が積層された構造となっており、薄い超電導体６１どうしの間には間隙６３がある。この間隙６３があるために、真空ダクト２５が挿入されている貫通穴周囲に循環電流が流れることができなくなる。【００５６】  そのため、実施例１と比べて第二磁束誘導部材２０２内の空芯部における磁場均一性の低下を抑制することができる。【００５７】  本実施例２では超電導体６１の結晶異方性を利用したものではないため、超電導体６１として、例えば二オブチタンやニオブ三スズ、二硼化マグネシウム、銅酸化物系の高温超電導導体の薄膜などの様々な超電導体を使うことができる。【００５８】  本実施例２によれば、３極磁場間隔が狭められるとともに、超電導体の結晶異方性を利用することなくて第二磁束誘導部材２０２内の空芯部における磁場均一性の低下を抑制することができる。また、実施例１と同様に、真空ダクト２５の大型化を抑制することができる。【００５９】  （実施例３）  次に、本発明の実施例３について説明する。【００６０】  本実施例３は、磁束誘導部材の温度制御を行うことにより磁束集束倍率を制御可能であり、かつ磁束誘導部材内空芯部の磁場均一性の低下を実施例１よりも抑制できる偏向電磁石磁石装置３００の例である。【００６１】  図７は、実施例３の偏向電磁石装置３００において真空ダクト２５に沿った概略断面図である。【００６２】  図７に示した偏向電磁石装置３００のうち、既に説明した図１から図４に示された符号と同一の符号は同等の機能を有する部材を示し、これらについては、説明を省略する。【００６３】  本実施例３では第１磁束誘導部材３０１ａ、第２磁束誘導部材３０１ｂ、第３磁束誘導部材３０２ａ、３０２ｂを収納した真空断熱容器３０３が真空断熱配管３０６と連結されている。そして、真空断熱配管３０６内には第一の磁束誘導部材３０１ａと第３磁束誘導部材３０２ａの熱良導体３０４が通過しており、熱良導体３０４は、真空断熱容器３０３を冷凍するための冷凍機３０５と接触する構成となっている。【００６４】  冷凍機３０５には第１の磁束誘導部材３０１ａと第３の磁束誘導部材３０２ａのヒータ３０７が取り付けられた構成となっている。ヒータ３０７は熱良導体３０４や第１磁束誘導部材３０１ａ、および第３磁束誘導部材３０２ａに取り付けることもできる。【００６５】  図示していないが、第１磁束誘導部材３０１ａおよび、第３磁束誘導部材３０２ａに公知の抵抗温度計や熱電対などが取り付けられ、それらの温度測定結果から、ヒータ３０７の出力をフィードバック制御することで第１磁束誘導部材３０１ａおよび、第３磁束誘導部材３０２ａを任意の温度にすることができる。【００６６】  また、真空断熱容器３０３は、第２磁束誘導部材３０１ｂと第３磁束誘導部材３０２ｂとを収納し、真空断熱配管３０６Ａと連結されている。真空断熱配管３０６Ａ内には、真空断熱配管３０６と同様に、第２磁束誘導部材３０１ｂと第３の磁束誘導部材３０２ｂの熱良導体が通過しており、熱良導体は真空断熱配管３０６Ａ内の冷凍機と接触する構成となっている。【００６７】  また、冷凍機には、第２磁束誘導部材３０１ｂと第３の磁束誘導部材３０２ｂのヒータが取り付けられた構成となっている。【００６８】  なお、第１磁束誘導部材３０１ａ及び第２磁束誘導部材３０１ｂは、実施例１の第１の磁束誘導部材１０１ａ及び第２磁束誘導部材１０１ｂと同様な構成となっている。【００６９】  超電導体は温度によって流れる遮蔽電流の電流密度が変化する。そのため、温度制御することで、遮蔽電流を変え、磁束の集束倍率を制御することが可能である。これによって、放射光を任意のエネルギーとして、測定対象を拡大することができる。【００７０】  冷凍機３０５は公知の冷凍機、例えばギンツブルグ−マクマホン冷凍機（以下、ＧＭ冷凍機という）やスターリング冷凍機、パルス管冷凍機などを含んだ構成である。【００７１】  図８は、本実施例３の第３磁束誘導部材３０２ａ、３０２ｂの構成例を示す図である。【００７２】  図８において、第３磁束誘導部材３０２ａは、スリット５４を有する超電導体７１ａから形成され、第３磁束誘導部材３０２ｂは、スリット５４を有する超電導体７１ｂから形成される。また、第３磁束誘導部材３０２ａ、３０２ｂは熱良導体３０４と接触した構成となっており、冷凍機３０５より冷却される。【００７３】  本実施例３では第３磁束誘導部材が３０２ａと３０２ｂとに分割された構成となっており、第３磁束誘導部材３０２ａと３０２ｂとの間に真空ダクト２５が配置され、真空ダクト２５のｘｙ面内方向には第３磁束誘導部材３０２ａ及び３０２ｂが共にない構成となっている。第３磁束誘導部材３０２ａと３０２ｂとの間のギャップから集束した磁束が湧き出すため、本実施例３は、実施例１及び実施例２と比べて荷電粒子ビームに印加される磁場は低下するが、真空ダクト２５の周囲に循環電流が発生しないため、磁場の不均一性低下は実施例１と比べて抑制できる。【００７４】  図９は、本実施例３の第２磁束誘導部材３０１ｂの構成例を示す図である。図９において、第２磁束誘導部材３０１ｂは、断面がハの字形状であり、スリット２７を有する超電導体３０９の内径側に熱良導体３０８が接着された構成となっている。熱良導体３０８は、第２磁束誘導部材３０１ｂの内径方向への構造強化材としても利用できる。また、構造強化材２８を無酸素銅のような熱良導体としてもよい。【００７５】  第１磁束誘導部材３０１ａも、第２磁束誘導部材３０１ｂと同様な構成となっているが、図７に示すように、断面が逆ハの字状になるように配置される。【００７６】  以上のように、本発明の実施例３によれば、実施例１と同様な効果が得られる他、偏向電磁石磁石装置３００では磁束集束倍率を制御可能であり、かつ磁束誘導部材内空芯部の磁場均一性の低下を実施例１よりも抑制できるという効果が得られる。【００７７】  （実施例４）  次に、本発明の実施例４について説明する。【００７８】  本実施例４は、より小型で強磁場を発生させることのできる偏向電磁石磁石装���４００の例である。【００７９】  図１０は、実施例４における偏向電磁石装置４００において真空ダクト２５に沿った断面図の例である。【００８０】  図１０の偏向電磁石装置４００のうち、既に説明した図１から図４に示された符号と同一の符号は、同等の機能を有する部材を示し、これらについては、説明を省略する。【００８１】  本実施例４は、真空断熱容器４０３の中に、コイル４０２ａ、４０２ｂ、第一の磁束誘導部材１０１ａ、１０１ｂ、第３磁束誘導部材１０２が収納された構成となっている。【００８２】  コイル４０２ａ、４０２ｂを真空断熱容器４０３の冷媒内に浸漬することで、銅線などの常伝導コイルおよび超電導コイルの双方でより大きな電流を流すことができる。【００８３】  銅線と比べて超電導線は１００倍以上の密度の電流を通電することができるため、その分、線の断面積を小さくすることができ、コイル４０２ａ、４０２ｂの小型化を図ることができる。【００８４】  以上の構成により、実施例４は実施例１と同様な効果を得ることができる他、小型で強磁場を発生させることができる偏向電磁石装置を実現することができる。【００８５】  （実施例５）  次に、本発明の実施例５について説明する。【００８６】  本実施例５は、実施例４よりビーム軌道方向が小型となる偏向電磁石磁石装置５００の例である。【００８７】  図１１は、実施例５の偏向電磁石装置５００において真空ダクト２５に沿った概略断面図である。【００８８】  図１１に示した偏向電磁石装置５００のうち、既に説明した図１から図４および図１０に示された符号と同一の符号は同等の機能を有する部材を示し、これらについては、説明を省略する。【００８９】  本実施例５ではリターンポール７２ａ、７２ｂ内を通過した磁束線に対してその間のギャップ空間内に真空断熱容器５０５を配置し、その中に第４磁束誘導部材５０１ａ、５０１ｂおよび５０２を収納した構成となっている。【００９０】  第４磁束誘導部材５０１ａ、５０１ｂは第一の磁束誘導部材１０１ａ、第一の磁束誘導部材１０１ｂと同様に、周方向に少なくとも一つ以上のスリットを有し、かつリターンポール７２ａ、７２ｂから真空ダクト２５の方向に進むにしたがって、開口部の面積が減少する構成となっている。【００９１】  図１１では第４磁束誘導部材５０１ａ、５０１ｂのコイル４０２ａ、４０２ｂに近い開口部内径側は直線形状になっており、第３磁束誘導部材１０２の空芯内の磁束とより近づくことのできる構成となっている。【００９２】  第４磁束誘導部材５０２は第３磁束誘導部材１０２と同様に、荷電粒子ビームの軌道方向に高温超電導体の結晶ａｂ面が平行（結晶方向ｃ軸とｚ軸が平行）になるように配置され、貫通穴に真空ダクト２５が挿入された構成となっている。【００９３】  リターンポール７３ａ、７３ｂ内を通過した磁束線に対してその間のギャップ空間内に真空断熱容器５０７を配置し、その中に第５磁束誘導部材５０６ａ、５０６ｂ、５０３を収納した構成となっている。【００９４】  第５磁束誘導部材５０６ａ、５０６ｂは第１磁束誘導部材１０１ａ、第２磁束誘導部材１０１ｂと同様に、周方向に少なくとも一つ以上のスリットを有し、かつリターンポール７３ａ、７３ｂから真空ダクト２５の方向に進むにしたがって、開口部の面積が減少する構成となっている。【００９５】  第５磁束誘導部材５０６ａ、５０６ｂのコイル４０２ａ、４０２ｂに近い開口部内径側は直線形状になっており、第３磁束誘導部材１０２の空芯内の磁束とより近づくことのできる構成となっている。【００９６】  第５磁束誘導部材５０３は第３磁束誘導部材１０２と同様に、荷電粒子ビームの軌道方向に高温超電導体の結晶ａｂ面が平行（結晶方向ｃ軸とｚ軸が平行）になるように配置され、貫通穴に真空ダクト２５が挿入された構成となっている。【００９７】  冷媒容器４０の冷媒は、冷媒配管４１ａ、４１ｂを介して真空断熱容器４０３に供給され、冷媒配管５０４ａ、５０４ｂを介して真空断熱容器５０５に供給される。また、冷媒容器４０の冷媒は、冷媒配管５０８ａ、５０８ｂを介して真空断熱容器５０７に供給される。【００９８】  超電導体から構成される磁束誘導部材５０１ａ、５０１ｂ、５０６ａ、５０６ｂは鉄など強磁性体の飽和磁化２．２Ｔ以上でも空芯内に磁束を集束することが可能であり、より強磁場で高い効果を有することができる。【００９９】  以上の構成により、偏向電磁石磁石装置５００ではよりビーム軌道方向が小型でかつ強磁場を発生させることができる。【０１００】  本実施例５においても、実施例１と同様な効果が得られる他、上述したように、より強磁場を得ることができるという効果がある。【０１０１】  なお、本実施例１〜５では、すべての磁束誘導部材を冷媒で冷却する構成となっているが、実施例１、２、４、５も、実施例３のように、各磁束誘導部材に温度制御機構を設けてもよい。【０１０２】  また、上述した例においては、第１磁束誘導部材１０１ａ、３０１ａ、第２磁束誘導部材１０１ｂ、３０１ｂ、第３磁束誘導部材１０２、２０２、３０２ａ、３０２ｂとは超電導体を有する構造としたが、超電導体を有さない構造とすることもできる。
【符号の説明】
【０１０３】
１０、３０３、４０３、５０５、５０７・・・真空断熱容器、１１・・・荷重支持体、１２ａ、１２ｂ、４０２ａ、４０２ｂ・・・コイル、２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂ、６４ａ、６４ｂ、６５ａ、６５ｂ、７２ａ、７２ｂ、７３ａ、７３ｂ・・・リターンポール、２２ａ、２２ｂ・・・連結部材、２３・・・支持部材、２４・・・荷電粒子ビーム軌道、２５・・・真空ダクト、２６、６１、７１ａ、７１ｂ、３０９・・・超電導体、２７、５４・・・スリット、２８・・・構造強化部材、２９、５１、５６・・・磁束線、３０・・・励磁電源、  ３１ａ、３１ｂ、３１ｃ・・・励磁配線、４０・・・冷媒容器、４１ａ、４１ｂ、５０４ａ、５０４ｂ、５０８ａ、５０８ｂ・・・冷媒配管、５０・・・開口部、５２、６２・・・遮蔽電流、５３・・・高温超電導体、５５・・・循環電流、６３・・・間隙、１００、２００、３００、４００、５００・・・偏向電磁石装置、１０１ａ、３０１ａ、・・・第１磁束誘導部材、１０１ｂ、３０１ｂ・・・第２磁束誘導部材、１０２、２０２、３０２ａ、３０２ｂ・・・第３磁束誘導部材、３０４、３０８・・・熱良導体、３０５・・・冷凍機、３０６、３０６Ａ、５０５、５０７・・・真空断熱配管、３０７・・・ヒータ、５０１ａ、５０１ｂ、５０２・・・第４磁束誘導部材、５０６ａ、５０６ｂ、５０３・・・第５磁束誘導部材
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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