J-PARCクライストロン短絡保護用半導体クローバースイッチの開発

Development of semiconductor clover switch for short-circuit protection of Klystron 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)を用いたクライストロン短絡保護用半導体クローバースイッチを開発している。1枚当たり、3kV, 40kA, 50s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。制御電源供給には、120kVを想定し、各基板モジュールに充電される高電圧を利用する自己給電システムを採用している。このオーバル型基板モジュール10枚を10直列で接続し、既設機器(120kV, 40kA)の電圧に対して1/4スケール(30kV, 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。

The Ignitron is used in the clover device of the klystron power supply for RF acceleration in the J-PARC LINAC. However, this ignitron uses mercury, the use of which is restricted worldwide, and its production is expected to be discontinued in the future. Therefore, we designed a semiconductor clover switch for short-circuit protection of klystron using a MOS gate thyristor. We have manufactured an oval-type board module that realizes an operating output of 3 kV, 40 kA, and 50 s per board. For the control power supply to each board module assuming a high voltage of 120 kV, we adopted a self-power supply method that creates a control power supply with a high-voltage DCDC converter from the voltage shared and charged by each board module. It was possible to confirm the operating performance on a 1/4 scale (30 kV, 40 kA) against the voltage of the existing equipment (120 kV, 40 kA) by connecting ten oval board modules in series. The output test result will be reported.