Numerical analysis of DC and fast steering magnets

Abstract

Numerical analysis of DC (Direct Current) and fast steering magnets for a high-brilliant Vacuum Ultra Violet (VUV) and soft X-ray synchrotron radiation ring was made using a computer. The results of three-dimensional analysis of the DC steering magnet showed that both integrated horizontal and vertical fields had sufficient uniformity. Since the edges of the horizontal steering coils are closer to the iron core than those of the vertical steering coils, the vertical field is more two-dimensional and flatter than the horizontal field. The same analysis was made for the fast steering magnet. The results were similar to those of the DC steering magnet, because its structure is almost the same. As the fast steering magnet is expected to operate in a frequency range up to 100 Hz, the effects of the eddy currents induced on the vacuum chamber were also investigated. It was found that the vertical magnet field is strongly attenuated for the aluminum chamber. In order to check the reliability of the calculation, the magnet fields of a Photon Factory (PF) steering magnet with an aluminum chamber were measured and compared with the calculated magnetic fields. As a result, the measurement and the two-dimensional calculation were in good agreement for the horizontal magnetic field, while they were somewhat different for the vertical field.

電算機により、高輝度真空紫外光(VUV)および軟X線シンクロトロン放射リング用の直流(DC)ステアリング磁石と高速ステアリング磁石の数値解析を行った。DCステアリング磁石の磁場を3次元的に解析した結果、積分水平場、積分垂直場ともに十分な均一性があることが分った。水平ステアリングコイルの角は垂直ステアリングコイルの角より鉄芯に近いので垂直場の方が水平場よりも、より2次元的で平らであった。高速ステアリング磁石について同じ解析を行ったが、構造がほとんど同じであるため、結果もDCステアリング磁石の場合と同様であった。つぎに、高速ステアリング磁石は100Hzまでの周波数範囲で運転されると予想されるので、真空チャンバに誘起される渦電流の影響を調べた。アルミニウムの場合は垂直磁場が著しく減衰することが分った。計算の信頼性をチェックするために、アルミニウム真空チャンバを有するフォトン・ファクトリ(PF)のステアリング磁石の磁場を測定し、計算した磁場と比較した。その結果、水平場に対しては測定結果と2次元計算の結果がよく一致したが、垂直場に対してはやや違っていた。