J-PARC加速器用イグナイトロン代替半導体スイッチの開発

Development of ignitron alternative semiconductor switch 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、直線型加速器の高周波加速用クライストロン電源のクライストロン短絡保護装置(クローバー装置)に水銀整流器(イグナイトロン)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、大電力半導体素子(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た。このオーバル型基板モジュール4枚を4直列で接続し、既設機器(120kV, 40kA)の電圧に対して1/10スケール(12kV, 40kA)での動作性能を確認することができた。その出力試験結果について報告する。

At J-PARC, an ignitron is used for the clover device of the klystron power supply for high-frequency acceleration of a linear accelerator. 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. It was possible to confirm the operating performance on a 1/10 scale (12 kV, 40 kA) against the voltage of the existing equipment (120 kV, 40 kA) by connecting four oval board modules in series. The output test result will be reported.