光検出器を使用した静電加速器保護装置の開発

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対象となる静電型加速器は、半導体の整流作用と静電容量を利用し高電圧(4.5MV)を発生させ、その電位差を利用しイオンを加速する装置である。高い電圧を発生させることから、装置全体を絶縁ガスで満たした圧力容器に格納し運転がなされている。加速器の特性上、幾つかの悪条件が重なると、圧力容器内で放電が発生し内部に搭載された電子機器や高電圧を発生させるための半導体整流器を破損させていた。これらの電子部品が破損に至るには、前兆として小規模な放電が起きていることが予備実験と観察結果から判明していた。そこで、この小規模放電現象を捉えた瞬間に、加速器を停止させることで電子部品の保護が図られるとの考えから開発を実施した。小規模放電を捉えるための光検出器として光電子増倍管を装置内の3カ所に設置し、いずれかの光電子増倍管が放電による光を捉えると、信号が出力される電子回路を製作した。この放電光と同期した信号を加速電圧制御回路へと導くのだが、加速電圧制御回路は真空管で構成されていることから、高耐圧SCR(Silicon Controlled Rectifier)を用いて接続すると共に、構築したシーケンサー回路へも信号を導き加速器を停止させた。加速器の運転前には光電子増倍管を含めた光検出回路全体が正常に動作していることを確認するため、光電子増倍管に外部から微小の光を当て動作確認が行えるようにした。開発した装置を設置した後、数回ほど光検出器回路が信号を捉え加速器が停止した。これは、大きな放電が起きる前に小規模放電を捉え加速器が停止したことを意味する。その証しとして、高電圧発生用の半導体整流器や電子部品の破損事故が起きていない。これまで放電によって電子部品が破損し実験が中断することがあったが、現在は故障につながる放電を事前に検出し、加速器を停止させたことで加速器全体の保護が図られ計画的に研究が進められている。