(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビームを蓄積して周回させるシンクロトロン装置内に配置される磁気回路装置において、
前記シンクロトロン装置内における前記電子ビームを蓄積するための安定周回軌道を満たす統制磁場分布領域近傍に配置されると共に、該統制磁場により該電子ビームの入出射路付近で発生するフリンジング磁場の影響を取り除くための磁場を発生する磁場発生器を有し、
前記磁場発生器は、前記統制磁場分布領域の磁束線に沿った磁化方向を持つ複数の磁石ブロックを前記電子ビームの入出射路近傍に延在するように配置してなり、該複数の磁石ブロックにあっての電子ビームの入射側には前記電子ビームを入射させる光路となる隙間、電子ビームの出射側には前記電子ビームを出射させる光路となる隙間がそれぞれ設けられて成ることを特徴とする磁気回路装置。
【請求項２】
請求項１記載の磁気回路装置において、前記複数の磁石ブロックは、異なる種類の磁化方向を持つ所定数の永久磁石をそれぞれ前記安定周回軌道側寄り部分が開口され、且つ各永久磁石からの漏れ磁場の発生を抑制できるように組み合わせて成ることを特徴とする磁気回路装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の磁気回路装置を備えたことを特徴とするシンクロトロン装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として高エネルギー電子ビームを蓄積する小型シンクロトロン装置内に配置されると共に、電子ビームの蓄積効率を向上させてＸ線変換効率を上げるために電子ビームの送路における不必要な磁場を除去する機能を有する磁気回路装置及びそれを用いたシンクロトロン装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、加速器からの電子ビームを蓄積して周回させるためのシンクロトロン装置としては、一般に多数のの偏向電磁石を円環状に並べて構成した大型タイプのものが知られている。この大型タイプのシンクロトロン装置の場合、広域な設置場所を確保する必要があるもので、各電磁石からの漏れ磁場はあるものの、その領域は各電磁石の設置箇所周辺近傍に限られているため、漏れ磁場を補正するための電磁石や、或いは漏れ磁場を除去するための磁気回路装置を容易に設置できる（そのためのスペースも十分確保できる）ものであり、その他の点についても干渉等の問題を考慮する必要がないものとなっている。
【０００３】
ところが、この大型タイプのシンクロトロン装置の場合、複数台の偏向四極電磁石を円環状に並ベる必要がある構成上、設置には巨大な空間を占有してしまうばかりでなく、巨大な電力を必要とし、しかも価格も高くなってしまうという難点がある。
【０００４】
そこで、最近では小型の電子リングによる高輝度Ｘ線を工場サイズで設置できることが望まれているという事情があることに加え、共鳴入射法という新しい電子ビーム入射機構を導入することにより、卓上サイズにまでコンパクト化された単体の二極電磁石を用いた小型シンクロトロン装置も開発されている。
【０００５】
図３は、従来の小型シンクロトロン装置の要部構成（研究開発済みであるが、特許文献に係る発明でないもの）を示したもので、同図（ａ）は一部断面にした側面図に関するもの，同図（ｂ）は上面方向からの一部透視した平面図に関するものである。但し、図３（ａ），（ｂ）の対比から明らかであるように、ここでは概略構造を簡略的に示したことにより縮尺を含む細部構造が一致しない部分も含むものとする他、図３（ｂ）に示される放射状の線は小型シンクロトロン装置内を真空に保つために接続される各種配管の接続開口部分を示すものである。
【０００６】
この小型シンクロトロン装置の要部は、ヨーク１内における上側にコイル２を配置し、その下側のポールピース３内に図示されないコイルを収納して単体の二極電磁石を成す構造のもので、内部には電子ビームを蓄積するための安定軌道領域の条件を満たす統制磁場分布領域ＥＢが形成されるが、内部の電子ビームの入出射路付近（ステアリングコイル４を備えた近傍で矢印で示す入射ビームＢＩＮが入射される内部の領域、並びに矢印で示す出射ビームＢＯＵＴを出射する内部の領域）には統制磁場によるフリンジング磁場ＢＦが発生する。
【０００７】
即ち、この小型シンクロトロン装置の場合、前段階として、図示されないマイクロトロン等の加速器において、進行する荷電粒子に垂直方向から磁場が印加されると、荷電粒子の進行方向及びそれに対して垂直な磁場印加方向の双方と直交する方向に力を受けるため、或る一定方向の磁場が印加される領域では電子ビームが一定の半径で円周上を回転し、この回転動を利用して電子ビームが加速出射されるようになっている。
【０００８】
そこで、加速出射された電子ビームは、小型シンクロトロン装置における入射部から入射ビームＢＩＮとして内部に入射された後、磁場の影響により矢印で示されるように電子ビームを蓄積するための安定周回軌道を満たす統制磁場分布領域ＥＢに引き寄せられるように若干進路変更しながら統制磁場分布領域ＥＢへ到達し、この統制磁場分布領域ＥＢで数千回〜数万回の範囲で回転動しながらビーム量を蓄え、所定のビーム量を蓄えたら出射部から出射ビームＢＯＵＴとして出射される。尚、ここでの電子ビームの蓄積に際しては、該当する安定軌道領域に精度高く統制磁場分布領域ＥＢが形成されている必要がある。
【０００９】
要するに、係る小型シンクロトロン装置の場合、実用レベルで高輝度Ｘ線を発生させるため、シンクロトロン原理により安定周回軌道上に電子ビームを周回させて蓄積し、ビーム強度を増強するもので、安定周回軌道を確保するためにシンクロトロン装置の径方向における限定された領域で統制磁場分布領域ＥＢを規定している。
【００１０】
ところが、この小型シンクロトロン装置の場合、電子ビームが内部に入出射する入出射路において、単体の二極電磁石（統制磁場）によるフリンジング磁場ＢＦの不必要な磁場の影響を受けることを回避できず、これの及ぼす影響が大きくて電子ビームを発散させたり、或いは消滅させる原因となっているため、その対策として磁場補正するための手段を備えることが必要となっている。換言すれば、係る小型シンクロトロン装置では、単体の二極電磁石内にマイクロトロン等の加速器により生成された電子ビームが入射する際、安定周回軌道に導かれるまでに二極電磁石の統制磁場により内部に生じる強いフリンジング磁場ＢＦ中を通過することにより、電子ビームの収束・安定に悪影響を及ぼすため、フリンジング磁場ＢＦを除去するための永久磁石等を用いた磁場補正手段により磁場補正を行う必要がある。
【００１１】
このような磁場補正手段としては、フリンジング磁場ＢＦが影響を及ぼす電子ビームの入出射路付近における不要な磁場の除去を目的として、簡単な構造の対向する一対の永久磁石を内部（二極電磁石内）における安定周回軌道の全周に及ぶように設置した上、これらの各永久磁石のフリンジング磁場ＢＦの影響により発生する逆磁場が安定周回軌道を満たす統制磁場分布領域ＥＢに影響を及ぼすことを回避するための別な一対の対向する永久磁石を逆磁場除去用に別途設けて構成される磁気回路装置を用いている。因みに、この入出射路付近においても、安定周回軌道のための統制磁場分布領域ＥＢの規定は厳格に適用されるもので、磁気回路装置として設置する永久磁石が発生する漏れ磁場によって、小型シンクロトロン装置における二極電磁石による統制磁場分布領域ＥＢを乱すことはＸ線生成に悪影響を与えるために許されないものとなっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述した図３（ａ），（ｂ）に示す磁場補正手段としての２組の対向する総計４個の永久磁石による磁気回路装置を備えた小型シンクロトロン装置の場合、狭い空間での使用条件下であることにより対向する単体の永久磁石の２枚でも非常に強い磁場を発生できて非常に有効であるが、その反面として、対向設置させる空間の磁極間隔が広いと磁場強度が得られなくなってしまうという難点がある他、局所的にフリンジング磁場による逆磁場も大きくなって他の領域に新たに発生する逆磁場を打ち消すための別の永久磁石を設置する必要があって、統制磁場分布領域を乱すことなく各永久磁石を設置するための作業が容易でないという問題があるばかりでなく、構造上において電子ビームのエネルギーが高くなって補正を要する磁場強度も高くなった場合に磁場強度の発生効率を改善するための対策を施し難いという取り扱い上の不便さを回避できず、しかも寸法空間の制約があるために各永久磁石を全周に設置する構造は必ずしも適用し難く、結果として統制磁場分布領域を乱すことなく容易にフリンジング磁場を除去して電子ビームを高精度で効率良く蓄積することが困難な構造であるという問題がある。
【００１３】
本発明は、このような問題点を解決すべくなされたもので、その技術的課題は、限られた空間でも統制磁場分布領域を乱すことなく容易にフリンジング磁場を除去して電子ビームを高精度で効率良く蓄積できる構造の磁気回路装置及びそれを用いた小型シンクロトロン装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によれば、加速器からの電子ビームを蓄積して微小ターゲットへ衝突させたときの制動放射により高輝度Ｘ線を発生する小型シンクロトロン装置内に配置される磁気回路装置において、小型シンクロトロン装置内における電子ビームを蓄積するための安定周回軌道を満たす統制磁場分布領域近傍に配置されると共に、該統制磁場により該電子ビームの入出射路付近で発生するフリンジング磁場の影響を打ち消すための磁場を発生する磁場発生器を有し、前記磁場発生器は、前記統制磁場分布領域の磁束線に沿った磁化方向を持つ複数の磁石ブロックを前記電子ビームの入出射路近傍に延在するように配置してなり、該複数の磁石ブロックにあっての電子ビームの入射側には前記電子ビームを入射させる光路となる隙間、電子ビームの出射側には前記電子ビームを出射させる光路となる隙間がそれぞれ設けられて成ることを特徴とする磁気回路装置が得られる。
【００１７】
加えて、本発明によれば、上記磁気回路装置において、複数の磁石ブロックは、異なる種類の磁化方向を持つ所定数の永久磁石をそれぞれ前記安定周回軌道側寄り部分が開口され、且つ各永久磁石からの漏れ磁場の発生を抑制できるように組み合わせて成る磁気回路装置が得られる。
【００１８】
一方、本発明によれば、上記何れか一つの磁気回路装置を備えたシンクロトロン装置が得られる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の磁気回路装置の場合、小型シンクロトロン装置内における電子ビームを蓄積するための安定周回軌道を満たす統制磁場分布領域近傍に磁場発生器を配置し、統制磁場により電子ビームの入出射路付近で発生するフリンジング磁場の影響を打ち消すための磁場を発生する構造としているため、小型シンクロトロン装置内に入射された電子ビームが安定周回軌道に移る直前までのフリンジング磁場による影響、並びに安定周回軌道から電子ビームが出射部へ出射される出射時のフリンジング磁場による影響を精度良く除去することが可能となり、限られた空間でも統制磁場分布領域を乱すことなく容易にフリンジング磁場を除去して電子ビームを高精度で効率良く蓄積でき、しかも安定して高エネルギーの電子ビームを出射することが可能でＸ線変換効率を向上させられる構造となり、結果として係る磁気回路装置を備えた小型シンクロトロン装置の基本性能を飛躍的に向上させられるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の最良の形態に係る磁気回路装置は、加速器からの電子ビームを蓄積して微小ターゲットへ衝突させたときの制動放射により高輝度Ｘ線を発生する小型シンクロトロン装置内に配置されるもので、小型シンクロトロン装置内における電子ビームを蓄積するための安定周回軌道を満たす統制磁場分布領域近傍に配置されると共に、統制磁場により電子ビームの入出射路付近で発生するフリンジング磁場の影響を打ち消すための磁場を発生する磁場発生器を有することを基本とするものである。
【００２１】
但し、この磁場発生器は、統制磁場分布領域に影響を与えずに新たな逆磁場を発生することなく、且つ逆磁場を補正するための新たな磁気回路を要しない１組の永久磁石から成るものか、或いは統制磁場分布領域の磁束線に沿った磁化方向を持つ複数の磁石ブロックを安定周回軌道に沿って電子ビームの入出射路近傍に延在するように配列した円環状結合構造から成ると共に、各磁石ブロックにあっての所定のものには電子ビームを入出射させる光路となる隙間が設けられて成るものである。更に、後者の磁場発生器の構造の場合、各磁石ブロックは、異なる種類の磁化方向を持つ所定数の永久磁石をそれぞれ安定周回軌道側寄り部分が開口され、且つ漏れ磁場の発生を抑制できるように組み合わせて成るものとすることが好ましい。
【００２２】
特に後者の構造の磁気回路装置では、磁場強度を上げるための効率高い磁気回路構成として、磁束線に沿った磁化方向を持つ複数の磁石ブロックを円環状に結合配列し、且つ各磁石ブロックがそれぞれ異なる種類の磁化方向を持つ所定数の永久磁石を組み合わせて成る円環状結合構造とすることにより、磁場強度を大きくすることができ、従来の対向させた永久磁石による磁気回路装置を用いた場合と較ベ、同じ磁場強度条件下では磁石の寸法をより小さくでき、使用する磁石の全体量を抑えることが可能となる。又、係る磁気回路装置は、小型シンクロトロン装置へ設置したときに漏れ磁場が単体の二極電磁石による統制磁場分布領域に対して影響を与えないもので、各磁石ブロックにおける各永久磁石の磁束線に沿った磁化方向の向きを異なる種類に設定した上で結合部分の寸法や結合の角度を調整して漏れ磁場の分布の調整を行うことにより、漏れ磁場の発生を極力小さく抑えることができるため、漏れ磁場を除去するための磁場補正手段（新たな永久磁石等による磁気回路装置）を別途に設置する必要がない。更に、係る磁気回路装置は、各磁石ブロックの所定のもの（磁石ブロック単体を示す）に電子ビームの入出射路となる隙間を設け、入出射される電子ビームを通す構造としているので、小型シンクロトロン装置内にあっての統制磁場分布領域の近傍であって、入出射路近傍の限られた設置条件下でも、電子ビームの入出射時にフリンジング磁場の影響を極力受けることがないように工夫している。
【００２３】
何れにしても、上述したタイプの磁場発生器を有する磁気回路装置は、小型シンクロトロン装置に適用されることにより、その基本性能を飛躍的に向上させることができる。
【実施例１】
【００２４】
図１は、本発明の実施例１に係る磁気回路装置を備えた小型シンクロトロン装置の要部構成を示したもので、同図（ａ）は一部断面にした側面図に関するもの，同図（ｂ）は上面方向からの一部透視した平面図に関するものである。但し、図１（ａ），（ｂ）の対比で明らかであるように、ここでも概略構造を簡略的に示したことにより縮尺を含む細部構造が一致しない部分も含むものとする他、図１（ｂ）に示される放射状の線は小型シンクロトロン装置内を真空に保つために接続される各種配管の接続開口部分を示すものとする。
【００２５】
図１（ａ）を参照すれば、この小型シンクロトロン装置の要部についても、ヨーク１内における上側にコイル２を配置し、その下側のポールピース３内に図示されないコイルを収納して単体の二極電磁石を成す構造のもので、内部には電子ビームを蓄積するための安定軌道領域の条件を満たす統制磁場分布領域ＥＢが形成されるが、ここでは別途に図１（ｂ）に示されるように、統制磁場分布領域ＥＢの近傍に統制磁場により電子ビームの入出射路で発生するフリンジング磁場の影響を打ち消すための磁気回路装置を成すものであって、統制磁場分布領域ＥＢの磁束線に沿った磁化方向を持つ複数（ここでは７個の）の磁石ブロック６〜１２を安定周回軌道に沿って電子ビームに対する入出射路近傍に延在するように円環状に１０５度の範囲に及んで結合配列した円環状結合構造から成る磁場発生器（フリンジング磁場の影響を打ち消すための磁場を発生）を配置しており、磁石ブロック６，１１には電子ビームを入出射させる光路となる隙間を設けている。但し、ここでの磁石ブロック６〜１２は、後述するように異なる種類の磁化方向を持つ所定数の磁石をそれぞれ安定周回軌道側寄り部分が開口され、且つ漏れ磁場の発生を抑制できるように組み合わせて成っている。
【００２６】
即ち、ここでの小型シンクロトロン装置においても、内部の電子ビームの入出射路付近（ステアリングコイル４を備えた近傍で矢印で示す入射ビームＢＩＮが入射される内部の領域、並びに矢印で示す出射ビームＢＯＵＴを出射する内部の領域）には統制磁場により略図するフリンジング磁場が発生するが、ここではフリンジング磁場の影響を打ち消すための磁場を発生する磁場発生器（磁気回路装置を成すもの）として、７個の磁石ブロック６〜１２を内部の統制磁場分布領域ＥＢの近傍で電子ビームに対する入出射路近傍に延在するように配置して入出射路の広い範囲で不必要な磁場を効率的にして緻密に除去する構造とし、且つ磁石ブロック６，１１の隙間から電子ビームを入出射させて磁石端部に発生する逆磁場の影響を少なくする構造としているため、入射ビームＢＩＮが入射部から磁石ブロック６の隙間の入射光路を通って統制磁場分布領域ＥＢに引き寄せられるように若干進路変更しながら統制磁場分布領域ＥＢへ到達し、この統制磁場分布領域ＥＢで数千回〜数万回の範囲で回転動しながらビーム量を蓄え、所定のビーム量を蓄えたら磁石ブロック１１の隙間の出射光路を通って出射部から出射ビームＢＯＵＴとして出射される際、小型シンクロトロン装置内に入射された電子ビームが安定周回軌道に移る直前までのフリンジング磁場による影響、並びに安定周回軌道から電子ビームが出射部へ出射される出射時のフリンジング磁場による影響を精度良く除去することができる。
【００２７】
従って、この小型シンクロトロン装置の場合、限られた空間でも統制磁場分布領域ＥＢを乱すことなく容易にフリンジング磁場を除去して電子ビームを高精度で効率良く蓄積でき、しかも安定して高エネルギーの電子ビームを出射することが可能でＸ線変換効率を向上させられる構造となる。
【００２８】
図２は、この磁気回路装置の細部構造を示したもので、同図（ａ）は図１（ｂ）中のＡ−Ａ′線方向における磁石ブロック１０の側面断面図に関するもの，同図（ｂ）は同図（ａ）の一部分である所定数の永久磁石１０１〜１０５の組み合わせパターンを示した拡大図に関するものである。
【００２９】
図２（ａ）を参照すれば、磁場発生器の一部を示す磁石ブロック１０は、ケース２０１内に固定され、枠体２０１を取り付け固定するためのハウジング２０２ａに対し、ボルト２０３を用いてハウジング２０２ｂを取り付け固定できるようになっており、ハウジング２０２ａ，２０２ｂには予め所定数（ここでは５個）の永久磁石１０１〜１０５が組み込まれて合体結合される構造となっている。但し、ここでのケース２０１，枠体２０１，及びハウジング２０２ａは、安定周回軌道側寄り部分が開口されており、組み合わされた永久磁石１０１〜１０５の形状もそれに対応するようになっており、永久磁石１０１〜１０５からの漏れ磁場の発生を抑制できるように工夫されている。
【００３０】
図２（ｂ）を参照すれば、ここでは磁石ブロック１０が数種類の磁化方向の異なる永久磁石１０１〜１０５を組み合わせ、磁束の流れを一方向に揃えて構成される様子を示している。
【００３１】
ここで示されるように、磁石ブロック１０は、最低でも５つの永久磁石１０１〜１０５で構成されるもので、他の磁石ブロック６，７，８，９，１１の場合も同様な構造のものであるが、磁石ブロック６には電子ビームを入射させるための光路となる隙間、磁石ブロック１１には電子ビームを出射させるための光路となる隙間が設けられる。
【００３２】
即ち、実施例１の磁気回路装置（磁場発生器）の全体に係る磁石ブロック６〜１２について、電子ビームの進行方向については製作寸法に制限が生じるため、磁石ブロック６〜１２を分割して並ベる必要があるが、磁石ブロック６〜１２の数に関連する磁化方向の種類を多くすると磁場強度を上げることが可能となると共に、漏れ磁場の発生を抑えることが容易になる。又、磁石ブロック６〜１２における一つ一つの永久磁石の形状や磁化方向を調整することにより、磁気回路装置からの距離に応じて漏れる磁場の強度を調整することが可能となる他、ｘ方向，ｙ方向のそれぞれの磁場成分の調整も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施例１に係る磁気回路装置を備えた小型シンクロトロン装置の要部構成を示したもので、（ａ）は一部断面にした側面図に関するもの，（ｂ）は上面方向からの一部透視した平面図に関するものである。
【図２】本発明の実施例１に係る磁気回路装置の細部構造を示したもので、（ａ）は図１（ｂ）中のＡ−Ａ′線方向における磁石ブロックの側面断面図に関するもの，（ｂ）は（ａ）の一部分である所定数の永久磁石の組み合わせパターンを示した拡大図に関するものである。
【図３】従来の小型シンクロトロン装置の要部構造を示したもので、（ａ）は一部断面にした側面図に関するもの，（ｂ）は上面方向からの一部透視した平面図に関するものである。
【符号の説明】
【００３４】
１  ヨーク
２  コイル
３  ポールピース
４  ステアリングコイル
６〜１２  磁石ブロック
１０１〜１０５  永久磁石
２０１  ケース
２０２ａ，２０２ｂ  ハウジング
２０３  ボルト
２０４  枠体
ＢＩＮ  入射ビーム
ＢＯＵＴ  出射ビーム
ＢＦ  フリジング磁場
ＥＢ  統制磁場分布領域
【図１】
0004629527.tif 000002
【図２】
0004629527.tif 000003
【図３】
0004629527.tif 000004