Proceedings of the 22nd Linear Accelerator Meeting in Japan

9d-7
TEST OPERATION OF THE PULSE MODULATOR OF THE 125MeV LINAC ATNIHON UNIVERSITY
K.Hayakawa, T.Tanaka，K.Sato, Y.Matsubara, I.Kawakami, I.Sato, S.Anami and S.Fukuda*
Atomic Energy Research Institute Nihon University, 7-24-1，Narashinodai, Funabashi, 274*High Energy Accelerator Research Organization, 1-1，Oho, Tsukuba，305
Abstract
The test operations of the pulse modulator were performed. A necessity of the back diode was confirmed forthe long pulse operation. A correlation between the voltage fluctuation of the output pulse and that of the power supplyof the thylatron was declared.
日 大 1 2 5 M e V リ ニ ア ッ ク ノ \°ル ス モ ジ ュ レ 一 夕 の 試 験 運 転る。ここに使われているダイオードが当初考えてい1. 序
日本大学原子力研究所では、1994 年以来、高エネた容量ではクライストロンの管内放電などが発生

ルギー加速器研究機構、動燃、電子技術総合研究所、した場合には不足することが明らかになった。そこ

東北大学との共同開発研究として、理工学部船橋校で、本当にこの回路が必要であるか否かを見極める舎において紫外領域自由電子レーザ施設の建設をための実験を行った。この回路が付加されない場合進めている。加速管および立体回路の整備が進み、には、ある頻度で図 2 に示すように、PFN によってクライストロンのパワー出力試験ができるように形成されたパルスのおよそ 50 叫e c 後にピークを持なった。ここでは、20psec のロングパルス運転におつような逆電圧のパルスが発生する。図は、パルスいて明らかになったパルスモジュレー夕の問題点、トランス二次側の電圧（トレース 1 ) と 電 流 （トレクライストロンの挙動などについて報告する。

ー ス 2 ) を示している。 このような逆電圧が発生す試験運転では、パルス幅がクライストロンの仕様

るとクライス卜ロンおよびサイラトロンに悪影響を大きく越えているため、繰 り 返 し を lppm、直流を及ぼすと考えられるので、バックダイオードはや電 源 電 圧 は 20kV まで上げるのにとどめた。

はり必要である。原因は定かでないが、後述するサTek Run: I.OOMS/s%

2. バックタイ才ード

A :1 0 0 m V
A ：2 0 2 U S

パルスモジユレー夕放電部の概略を図 1 に示す。

® ：0 V

ここ で 特 勺 な の は バ ッ ク ダ イ オ ー ド の 存 在 で 、ロングパルスのモジュレー夕で採用される回路であシャン卜ダイ才ード

1.00 V«

M SO.Ops

Aux I

1.03 V 8 A p r 1997
13:36:58

図2

図パルスモジュレー夕放電部概略

パ ル ス 卜 ラ ン ス 二 次 側 の 電 圧（トレース 1)と 電 流 （卜レース 2)

イラトロンのターンオフするタイミングがパルス

ころがパルス間の変動はこれよりもかなり大きく間で変動し、早いタイミングでオフした場合に 、PFNなっていることが確認された。図 3 にこの様子を示部分に電荷が残ってしまうためと考えられる。従っす。横軸は秒で計った時間である。上から、二次側て、当面バックダイオードはやはり必要である。 しパルス電流変動、マイクロ波出力変動、直流電圧変かし、サイラ卜ロンのターンオフするタイミングを動の割合のを示している。この図からわかるように、ン卜 ロ ー ル す ることができればこの回路を省略

直流電源電圧は非常に安定しており、変動は振幅でコすることができる。

ノイズレベルと同程度の 0.05%以下となっている。
従って、この変動の原因は直流電源電圧以外の所に3 . パルス出力変動求めなければならない。マイクロ波出力は、検波器

パルス電圧の平坦度は前回報告したように PFNをほぼ振幅に比例する領域で使用しているため、このインダクタンスを遠隔操作で調整できるようにの変動が加速電場の変動と見なすことができる。変したため、0.1 % 以下にできる見通しができた。 と動 幅 は 7 0 0 0 秒 間 に ほ ぼ ± 2 % にも及んでいる。 これはたとえ、F E L の発振が実現できたとしても光の波長が同じように変動することを意味し、非常に不都合である。少なくともパルスの平坦度に匹敵する程度には安定化しなければならない。これら三種類のグラフは、明らかに相関の存在することを示唆している。最も疑わしいのは、商用電源であるが、具体的にどの部分が大きな影響を受けるかを特定する必要がある。
図 4 に商用電源電圧と PFN 充電電圧、マイクロ波出力 の変動を 2 0 分間にわたって記録したものを示す。この間に商用電源電圧は 2 % 変化し、充電電圧 は 4%、マイクロ波出力は 6%変動している。パルス電圧は充電電圧に比例しており、マイクロ波出力は 電 力 にし て約 12%の変動に相当するので、上記の変動の割合の間の関係はクライストロンの動作特性と矛盾しない。
前節で触れたように、パルス終了後に大きな逆電圧が生ずるのはサイラトロンの動作条件が変動するためだと考えられる。 これと同じように、サイラトロンの特性の変動が出力に反映していると考えられる。サイラ卜ロンの動作特性を決めるのはカソ一ドアノード間の電圧と統計的な変動を除けば、ヒーター、 リザーバー、 トリガー電圧である。 この中で、最も簡単に安定化できるヒーター及びリザーバーの 電 源 に 200±30V の入力に対して 200V±0.5%の安定度を持つ AVR を挿入して同じ測定を行った
結 果 が 図 5 である。安定化した効果は歴然としている。 この測定中商用電源電圧は 1.5% 変動したが

図 3

入力及び出力変動、横軸は秒、縦軸は変動の割合を表している。

PFN の充 電電圧は 0.3%の変動にとどまっている。
マイクロ波出力波形はこの測定の時から大きなノイズが重畳されるようになり、正確な値が求めにくことができる。サイラトロンをコン卜ロールするこくなったが、お よ そ 0.5%程度であることが読みとらとができれば、バックダイオードは不要となる。

れる。二種類のグラフを比較してわかることは、商

パルス電圧の変動はサイラ卜ロンのヒーターあ用電源電圧変動に対して、他の変動が、 ヒ ー タ ー ，るいはリザーバーの電源電圧の変動に依存していリザーバーを安定化する前後で位相が逆になってるしていることが明らかとなった。

いることである。これは、AVR が過剰補償しているのでなければ、ヒ 一 夕 一 • リザ一バ一の変動の陰に参考文献隠れていた現象が見えるようになったのであろう。

[1 ]K.Hayakawa, et. al., Proc. of 21st Linear

この場合、他の不安定要因を探り出さなければなら

Accelerator Meeting in Japan 20(1996)

ない。
TEST7.DAT 9 7 / J u n / 3 サイラトロンヒーター•リザーバー電源を安定化

3 . まとめ•• •P F N 充電電圧変動

パルス幅の長い運転条件では、.サイラトロンの夕ーンオフするタイミングによっては大きな逆極性のパルスが発生することが明らかとなった。これはバックダイオードを挿入することにより取り除く
TEST6.DAT 97/Jun/3
PFN充電電圧変動

一マイクロ波出力変動

マイクロ波出力変動

商用電源変動

商用電源変動200

4#0600¥図 5 サイラ卜ロンのヒーターリザーバー電源を安定化した場合の商用電源電圧変動と充電電圧及びマイクロ波出力の変動との相関。
図 4 商用電源電圧変動と充電電圧及びマイクロ波出力の変動との相関。