Proceedings of the 25th Linear Accelerator Meeting in Japan (July 12-14, 2000, Himeji, Japan)[12P-41]

Status of the bench-test system for the tubes in the HIMAC DTL linac*)

T. Fujimoto, S. Ishikawa, C. Kobayashi, Y. Sano, H. Ogawa, K. Ueda
*Y. Sato, *A. Kitagawa, *T. Murakami, *M. Muramatsu, *S. Yamada
Accelerator engineering corporation
2-13-1 Konakadai Inage-ku, Chiba 263-8555, Japan*National Institute of Radiological Sciences
4-9-1 Anagawa, Inage-ku, Chiba 263-8555, JapanABSTRACT
The tetrode tube of SIEMENS RS2074SK is used for HIMAC DTL 1.4MW final amplifiers. We installed abench-test system for this tube in 1999. This system can be used under low power operation with CW mainly forfilament aging. This system consists of DC sources, drive-amplifier(5kW transistor amplifier) and 3/4λ coaxial input
and output circuits. We will also use this system to improve the DTL final amplifiers, for example to reduce theparasitic oscillation level. This paper describes status of this system.

HIMAC DTL 用真空管調整装置の現状
2.真空管のエージング
2. 真空管のエージング

1.はじめに1. はじめにHIMAC 入射器 DTL は質量電荷比 1/7 の重粒子を真空管を長時間放置しておくと真空管内部の真800keV/u から 6MeV/u まで加速するが、そのために空度が悪化していき、この状態で使用するとエミッは 1.4MW の RF 電力が必要となる。DTL 高周波系でションが減退して正常に動作しなかったり、電極間は 1 台のトランジスタアンプと 2 台の真空管アンプで放電を起こし、最悪の場合真空管を壊す原因となをカスケード接続してこの電力を得ている。この最る。よって真空管内部の真空は常に良い状態に保っ終段アンプの真空管には SIEMENS 製 RS2074SK を使ておく必要がある。一つの方法としては、フィラメ用している。この真空管は 100MHz 付近の大電力増ントのみを点灯しその熱でガスを放出させる方法

幅に適した真空管であり、その寿命は 20000 時間以や低電圧、低負荷で動作させ電極表面からガスを叩上使用しても問題なかったという報告もある。しかき出す方法がある。放出されたガスは真空管内部のし HIMAC では治療照射中のトラブルを防ぐために、ゲッターにより吸着され内部の真空度は向上する。

メーカー保証時間の 2 倍である 8000 時間を目安にその他プレート電極に数十 kV の高電圧を印加し、新品と交換し、交換した真空管は予備として保管し内部で放電させることによってガスを叩き出す方ている。

法もある。

HIMAC 入射器ではこれら予備の真空管のエージン

HIMAC でもしばらく使用していなかった真空管をグを主目的とした真空管調整装置を計画し、HIMAC使用すると、しばらく真空管内放電を起こす頻度が棟 B2F に設置した。ここでは真空管調整装置の現状高くなる経験をしているため、なるべく使用前にエについて報告する。

ージングをしたいと考えているが、時間の関係で十分にできていなかった。本装置はこれらのエージン*)

T.Fujimoto,043-251-6440,aec2g@nirs.go.jp−249−

グが可能なように、運転周波数 100MHz、プレート4.真空管調整装置の動作および運転4. 真空管調整装置の動作および運転

入力電力 36kW の CW 運転が可能な装置に設計されて4.1 真空管調整装置の動作いる。

真空管調整装置は DTL 最終段増幅器と同じ回路構成になっており、出力の結合方式も電磁結合で同3. 真空管調整装置の構成真空管調整装置の構成じである。DTL のプレートインピーダンスは 100Ω

真空管調整装置は RS2074SK 用の真空管アンプと程度であるが、調整装置ではプレート DC 電流のリdrive アンプとなる 5kW 出力トランジスタアンプおミットが 3A のため、目標の出力を得るにはプレーよび各直流電源から構成される。図 1 にその概略図

トインピーダンスを 2000Ω程度まで上げなければを示す。

ならない。そのため出力ループの改造を行ったが、現状の構造では出力導波管への磁束のしみ込みが水冷式
ﾀﾞﾐｰﾛｰﾄﾞ

真空管調整装置
制御盤在ることから十分にインピーダンスを上げることができず、最大でも 1200Ω弱となった。よって真WX‑203D

空管調整装置はアンプとして以下のような動作を行い、CW での最大出力は 18kW となっている。

9075604530015真空管アンプは DTL 終段増幅器と全く同じ回路‑15真空管調整装置の概略図‑30

図1ｼﾝｾｻｲｻﾞｰ‑90RG‑55/U〜〜

ﾌﾟﾚｰﾄ電流(A)5kW出力ﾄﾗﾝｼﾞｽﾀｱﾝﾌﾟ

1614121086420‑45WX‑39D‑60直流電源‑75RS2074SK用
真空管ｱﾝﾌﾟ位相(deg)構造となっている。この装置を利用して真空管のエージングだけでなく、現在 DTL 最終段増幅器が抱え図2

CW 運転時のプレート電流ている問題点の解決にも利用しようと考えた為である。真空管調整装置と DTL 最終段増幅器の仕様、構成の違いは以下の通りである。
表1

真空管調整装置の仕様
真空管調整装置 DTL最終段増幅器
周波数100MHz←
最大dutyCW0.36%
回路方式
グリッド接地←入出力回路
3/4λ同軸型←
プレートDC電圧
12kV
21kV
プレートDC電流
3A
100A
SG電圧
500V
1300V
CG電圧‑350V‑700V
ドライブ電力
5kW
100kW
最大出力
28kW(目標)
1.4MW

表 2 CW 運転時の真空管動作
プレート基本波電流
5.419 A
2次高調波電流3.431 A
3次高調波電流1.411 A
プレート入力電力40 kW
出力17.2 kW
プレート損失22.8 kW
効率43 %
プレートインピーダンス
1172 Ω
プレート励振電圧
6348 V
トランジスタ 進行波
1244 W
反射波
116 W
Drive power
1128 W
カソード励振電圧
265 V
入力インピーダンス
31.13 Ω

また、アンプ調整の際 CW 出力では熱の問題があ抱えている。1.2MW 以上の高出力運転時、出力回路り、寄生振動対策として出力回路に接地してあるエで火花することがあり、場合によっては真空管内でレマ抵抗に大きな負担がかかり、連続運転は難しか放電を起こし、各電極の過電流で Fault を起こすこった。そこでアンプ調整のほとんどをパルス運転でともある。これについては高出力運転時に寄生振動行った。現状のプレート電源はパルス対応になってを起こしてい可能性が考えられる。RS2074SK の寄いないが、電源内の平滑用コンデンサーがバンクコ

生振動は真空管の個性により多少の違いはあるかンデンサーの役割を果たし、duty0.1%で 14A 程度のもしれないが 1.27GHz 付近で起こる。DTL では出力DC 電流を流すことが可能であった。パルス運転で回路にエレマ抵抗を配置してこの対策を行っていは 140kW 程度の出力を取り出すことができている。

るが、まだ高いレベルで寄生振動が発生している可能性がある。よって寄生振動の調査および寄生振動4.2 運転の現状を減衰させる改良等が必要となるが、HIMAC では昼HIMAC には現在 RS2074SK の予備が 4 本あり、こ間の癌治療、夜間は物理実験等があり、2 週に 1 回のなかには以前電極間の放電が多発するため使わあるメンテナンス日以外装置に直接ふれて調査でれなくなったものもある。これらのプレート電極のきる機会は少ない。そこでこの調査に真空管調整装耐圧を調べてみると、35kV 程度で放電を起こす、置を利用したいと考えている。そのためにも現状でもしくは 1mA 流れてしまう結果であった。DTL ではは低出力の CW 運転しかできない本装置を DTL 最終

1.4MW 運転時、プレート直流電圧 21kV、RF 電圧が段増幅器と同じ 1.4MW 出力(パルス運転)化したい

17kV 程度なのでこの耐圧での高出力運転は不可能と考えている。各電源はすでに 1.4MW 化を見据えてである。測定に使用している高圧試験器は 100kV、作られており、実現のためには drive amp となる1mA のものであるが、これまでの経験からこの試験70kW 出力程度のアンプが必要となる。

器で 42kV、1mA 以下、更に長時間の高圧試験で放電

その他にも DTL における高出力運転を安定に行を起こさない状態でないと 1.4MW の運転は難しい

えるような改造等を、この装置を利用して調査したことが分かっている。よって今後エージングの目標いと考えている。

としては高圧試験で 42kV が安定に掛かるかどうかを目安に行っていきたいと考えている。よって、ど6.今後の予定
6. 今後の予定の位の頻度でエージングを行っていくかもこの高

今後も予備真空管にエージングを行っていくと圧試験によるプレート電極の耐圧をみて見極めた

ともにその結果をデータ化し、最適なエージング時いと考えている。

間、頻度の見極めをしていきたいと考えている。まこれまで予備である 4 本の真空管に対してエーた出力の 1.4MW 化の実現に向けて、まずは以下の検ジングを開始しており、そのうちの 1 本に関しては討を行っていきたいと考えている。

プレート電極の耐圧が復旧したため実際に DTL 高① RF 漏洩対策周波アンプに組み込んで高出力運転を行った。この② 70kW アンプの増設

真空管は以前 200kW 出力程度の運転でも真空管内③ プレート電源クローバー回路、バンクコンデン放電を起こしていたものであり、高圧試験でも 40kV弱で放電を起こしていたが、エージングによって42kV が安定にかかるようになり、高出力運転でも1.2MW 以上の運転が可能であった。
5.その他の利用
5. その他の利用
現在 HIMAC DTL では高出力運転時に多少の問題をサの増設