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J-PARC加速器用イグナイトロン代替半導体スイッチと新キッカー電源の開発

Development of ignitron alternative semiconductor switch and new kicker power supply for J-PARC accelerator

小野 礼人; 高柳 智弘   ; 植野 智晶*; 堀野 光喜*; 山本 風海   ; 金正 倫計  

Ono, Ayato; Takayanagi, Tomohiro; Ueno, Tomoaki*; Horino, Koki*; Yamamoto, Kazami; Kinsho, Michikazu

J-PARCでは、LINACの高周波加速用クライストロン電源のクローバー装置にイグナイトロン、RCSのキッカー電源システムにサイラトロンを用いている。イグナイトロンは、世界的に使用が制限されている水銀を使用しており、将来的に製造中止が見込まれる。そこで、MOSゲートサイリスタを用いたイグナイトロン代替用半導体スイッチを設計した。クローバー装置に使用するためには、120kV, 40kA, 50usの動作出力が必要である。1枚当たり、3kV, 40kA, 50usの動作出力を実現するオーバル型基板モジュールを製作し、仕様を満足すること確認した。また、サイラトロン代替スイッチにSiC-MOSFETを用いたLTD回路を採用したモジュール型パルス電源を製作し、RCSキッカー電源システムに必要な、立ち上がり250ns以下、フラットトップ1.5us以上を実現する。1枚当たり800V, 2kAの主回路基板26枚とフラットトップを補正する100V, 2kAの補正回路基板14枚を積み重ね、20kVの出力を実現した。試験結果について報告する。

J-PARC uses an ignitron switch as the klystron power source clover device and a thyratron switch as the kicker power system. Ignitron uses mercury, which is of limited use worldwide, and is expected to be discontinued in the future. Therefore, a semiconductor switch for ignitron substitution using a MOS gate thyristor is designed. In order to be used as a crowbar device, a switch capable of resisting an operating output of 120 kV, 40 kA, 50 us is required. We have realized an oval type substrate module that achieves an operating output of 3 kV, 40 kA, 50 us per substrate. In addition, we adopted a LTD circuit using SiC-MOSFET as an alternative switch for thyratron, and produced a radially symmetric pulse power supply circuit to which this circuit was applied. This circuit board achieves a rise of 250 ns or less, and a flat top of 1.5 us or more necessary for the RCS kicker power supply system, with a pulse output of 800 V and 2 kA per circuit board. We report on the power test results at 20 kV.

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