New injection bump power supply of the J-PARC RCS

J-PARC RCSの新しいバンプ電源

高柳 智弘   ; 林 直樹  ; 植野 智晶*; 堀野 光喜; 岡部 晃大  ; 金正 倫計  ; 入江 吉郎*

Takayanagi, Tomohiro; Hayashi, Naoki; Ueno, Tomoaki*; Horino, Koki; Okabe, Kota; Kinsho, Michikazu; Irie, Yoshiro*

J-PARC 3GeV RCSのビーム入射システムにおけるシフトバンプ電磁石用の新しい電源を開発し製作した。新しい電源は、LINACの入射ビームエネルギーが181MeVから400MeVへとアップグレードをするのに合わせ、現在の2倍以上の電源容量が必要になる。さらに、電磁石のセラミックダクトを覆うRFシールドのループコイルのインダクタンスと励磁場の共振によるビームロスを防ぐために、電流リップルノイズの低減が要求される。そこで、新しい電源の主回路方式に、これまでのIGBTの半導体スイッチを利用したチョッパ方式から、コンデンサの充放電を利用した転流方式を新たに採用することにした。コンデンサ転流方式は、台形波形(バンプ波形)を出力する際に、常時スイッチングを行うチョッパ方式と異なり、原理的にはバンプ波形の分岐点での3回のスイッチ操作で形成が可能である。出力試験の結果、スイッチングに起因するリプル電流の発生が大幅に低減されたことを確認した。さらに、バンプ電磁石に起因するビームロスが低減し、RCSの所期性能である1MW相当のビーム加速に成功した。本論文では、転流方式を採用した新シフトバンプ電源の特性について述べる。

The new injection bump power supply for the shift bump (SB) magnet of the beam injection system at the J-PARC (Japan Proton Accelerator Research Complex) 3-GeV RCS (Rapid-Cycling Synchrotron) has been developed and manufactured. The power capacity of the new power supply demand doubling with the injection beam energy upgrading of the LIANC (Linear Accelerator) from 181 MeV to 400 MeV. Furthermore, the low ripple noise on the output current was required to prevent the occurrence of the resonation between the excitation magnetic field and the RF shield loop covered the ceramics duct at the magnet. The power supply newly adopted a capacitor commutation method to form the trapezoid waveform pattern (bump waveform). This paper reports characteristic about the new shift bump power supply.