線形誘導加速器のための外部入射型双極性パルス電源の基礎研究

本研究の目的は、1年間の研究期間で、外部入射型双極性パルス電源を実用化するための基礎資料を得ることにある。双極性パルス電源の設計においては、現在他所で行われている大電流ビーム実験を参考に、電源の仕様を、最大出力電圧100kV、パルス幅100ns、出力インピーダンス10Ω以下とした。この仕様に基づき、有限要素法による電界計算、過渡解析プログラムEMTPによる出力波形の数値シミュレーションを行い、詳細設計を行った。その結果、パルス形成線路の誘電体には純水を用いてパルス充電することにより、双極性パルス電源を小型化できた。また、設計された双極性パルス電源の出力インピーダンスは6.6Ωとなった。出力電流の立ち上がり時間は出力スイッチのインダクタンスに比例するため、出力インピーダンスの低い回路ではスイッチのインダクタンスを低減することが必要である。本研究では、SF_6ガスで絶縁したトリガトロン並列ギャップスイッチを用いて、スイッチの小型化および低インダクタンス化を図った。パルス形成線路の充電には2段のマルクスジェネレータ(最大出力電圧60kV、出力静電容量1.1μF)を用いた。パルス形成線路の全静電容量に比べ、マルクスジェネレータの静電容量の方が十分大きいため、エネルギー効率は悪いが、最大120kVまで充電可能である。本研究では、電源性能の確認を目的としているため、双極性パルス電源の出力端に整合の取れた模擬負荷として6.6Ωのセラミックス抵抗を接続した。制御系の動作が不安定なため、定格電圧での実験には至っていないが、放電電流および電圧波形を計測し、所期の出力波形が得られることを確認した。

本研究の目的は、1年間の研究期間で、外部入射型双極性パルス電源を実用化するための基礎資料を得ることにある。双極性パルス電源の設計においては、現在他所で行われている大電流ビーム実験を参考に、電源の仕様を、最大出力電圧100kV、パルス幅100ns、出力インピーダンス10Ω以下とした。この仕様に基づき、有限要素法による電界計算、過渡解析プログラムEMTPによる出力波形の数値シミュレーションを行い、詳細設計を行った。その結果、パルス形成線路の誘電体には純水を用いてパルス充電することにより、双極性パルス電源を小型化できた。また、設計された双極性パルス電源の出力インピーダンスは6.6Ωとなった。出力電流の立ち上がり時間は出力スイッチのインダクタンスに比例するため、出力インピーダンスの低い回路ではスイッチのインダクタンスを低減することが必要である。本研究では、SF_6ガスで絶縁したトリガトロン並列ギャップスイッチを用いて、スイッチの小型化および低インダクタンス化を図った。パルス形成線路の充電には2段のマルクスジェネレータ(最大出力電圧60kV、出力静電容量1.1μF)を用いた。パルス形成線路の全静電容量に比べ、マルクスジェネレータの静電容量の方が十分大きいため、エネルギー効率は悪いが、最大120kVまで充電可能である。本研究では、電源性能の確認を目的としているため、双極性パルス電源の出力端に整合の取れた模擬負荷として6.6Ωのセラミックス抵抗を接続した。制御系の動作が不安定なため、定格電圧での実験には至っていないが、放電電流および電圧波形を計測し、所期の出力波形が得られることを確認した。