J-PARCクライストロン高圧電源における電圧ドループの影響解析

Analysis of voltage droop on J-PARC klystron high voltage power supply

不破 康裕   ; 小野 礼人; 高柳 智弘   ; 篠崎 信一 ; 溝端 仁志*; Fang, Z.*

Fuwa, Yasuhiro; Ono, Ayato; Takayanagi, Tomohiro; Shinozaki, Shinichi; Mizobata, Satoshi*; Fang, Z.*

J-PARCリニアックではクライストロンを駆動する電源として直流高圧電源を使用している。これらの高圧電源は定格電圧110kVのアノード変調型電源で、1台の直流高圧電源に対して最大で4本のクライストロンを接続して運用している。このように複数のクライストロンを1台の直流高圧電源で駆動しているため、ビームパルス後半において高圧電源のコンデンサバンクの電圧ドループが生じる。この影響でクライストロンの出力低下が起こり、安定なビーム加速を維持する上での課題となっている。また、現有の直流高圧電源の半数はJ-PARC建設当初に導入され、残りの半数はリニアック400MeVアップグレード時に導入されたものであり経年劣化が現れ始めている。今後、経年劣化が生じたコンデンサを部分的あるいは全面的に交換するなどの対策が必要になり、安定運転を維持するためにはコンデンサバンクの構成を変更した際の直流高圧電源の運転挙動を改めて評価する必要がある。本発表では、現状の構成での電圧ドループやそれによる電圧低下がクライストロンに与える影響、及びコンデンサバンクの構成を変更した際の影響を数値計算や実測結果を用いて評価し、今後の安定なビーム運転に必要な対策を議論した。

In the J-PARC linac, High Voltage DC power supplies (HVDC) to drive klystrons. These HVDCs are modulating-anode power supplies with a rated voltage of 110 kV and are operated by connecting up to four klystrons to a single HVDC. Since multiple klystrons are driven by a single HVDC, a voltage droop in the capacitor bank of the HVDC occurs in the beam pulse. This effect causes a decrease in the output power of the klystron. Half of the existing HVDC in J-PARC were installed at the J-PARC construction, and the other half were installed at the LINAC 400 MeV upgrade, and the capacitors show signs of age-related degradation. In the near future, the capacitors will be necessary to be replaced partially or completely. On the replacement of the capacitors, it will be necessary to re-evaluate the operating behavior of the HVDC when the capacitor bank configuration is changed. In this presentation, we evaluated the effect of the voltage droop on the klystron with the present configuration and the effect of changing the capacitor bank configuration with numerical and experimental results, and we discussed the countermeasure for the stable beam operation.