J-PARC加速器用大電力クローバー回路用半導体スイッチ

Development of semiconductor switches for high-power crowbar circuits for J-PARC accelerator

小野 礼人; 高柳 智弘   ; 不破 康裕   ; 篠崎 信一 ; 植野 智晶*; 堀野 光喜*; 杉田 萌 ; 山本 風海   ; 金正 倫計  ; 生駒 直弥*; 徳地 明*

Ono, Ayato; Takayanagi, Tomohiro; Fuwa, Yasuhiro; Shinozaki, Shinichi; Ueno, Tomoaki*; Horino, Koki*; Sugita, Moe; Yamamoto, Kazami; Kinsho, Michikazu; Ikoma, Naoya*; Tokuchi, Akira*

J-PARCでは、直線型加速器の加速用高周波を増幅する真空管型高周波増幅器(クライストロン)電源の短絡保護装置(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の半導体クローバー装置を開発している。基板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。120kVの高電圧を想定した各基板モジュールへの制御電源供給は、各基板モジュール1枚に分担充電される電圧(3kV)から高圧DCDCコンバータで制御電源を作り出す自己給電方式を採用した。この基板モジュール20枚を20直列で接続し、既設機器(120kV, 40kA)の電圧に対して1/2スケール(60kV, 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。また、今後実施予定である3/4スケール(90kV, 40kA)での動作性能を確認するにあたり、超高圧試験回路の検討を行った。

In J-PARC, an ignitron is used for the crowbar device of the klystron power supply to excite the RF acceleration voltage in a Linac cavity. Mercury, that is used in the ignitron, would be prohibition of use in the future due to environmental protection. Therefore, we designed a semiconductor crowbar 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 3kV, 40kA, and 50us per board. Because a high voltage of 120 kV is applied on each board, we adopted a self-power supply method to supply a electricity for the control system. This method can create the electricity from a high-voltage DCDC converter. We confirmed the operating performance on a 1/2 scale (60 kV, 40 kA) of the voltage in the existing ignitron system (120 kV, 40 kA). We also studied a test circuit in a higher voltage range of more than 90 kV. Our latest result is well promising for an alternative system of ignitron.