M A N U F A C T U R IN G A N D T E ST IN G OF A T E ST D IO D E
FO R HIGH D U T Y K L Y ST R O N (II)S.FUKUDA ，
Y.TAKEUCHI,H.HISAMATSU,S.ANAMI AND M.KIHARANATIONAL LABORATORY FOR HIGH ENERGY PHYSICSOHO 1 , TSUKUBA, IBARAKI, JAPANABSTRACT
Manufacturing and testing o f a diode were performed to develop a highduty klystron* Design was made by KEK
and some important vaccum
processing and conditioning applying the high voltage werealso
performed using equipments prepared in KEK* High power testing o fwhich operating conditions were 140 kV ，50 pps，and the pulse width o f
400 jus (average power o f 300 kW ) was successfully achieved.

高.g.ユ.ニテイク_ライス上ロン甩 X ストダイオニド.® 試作と試験 ._( 1 ..I..L

1 . はじめに
1 G e V 陽子線形加速器において重要な役割を果たすものの一つとしてマイクロ波源が上げられる。 当研究所におけるマイクロ波源の主要な位置を占めるクライストロンに関して経験した多くのトラブルを考えると、 当研究所でクライストロンに関して設計、 試作製造、 及び試験などを行って十分諸々の問題点に対処出来る様にしておくことが重要である。 本稿はハドロン計画[ 1 ] を念頭に置いたテストダイオードの設計試作を行った報告の続編である。 前回のこの会議
で 報 告 し た よ う に [ 2 ] 、 最初のテストダイオード製作により、 製作上の技術的問題、 プロセス等の確立という目的は達成できた。 しかしながらテストダイオードの試験自体については定格に達する 前にコレ クタ一 が 溶 融 し て 途 中 で 終 っ て し ま っ た 。 その後、 そのテスト球は分解調査をし、トラブルの原因を考慮し再設計のもとにテストを行い、 テスト装置の許す最大定格までの試験に成功した。 今回はこのテス卜ダイオード2 号機に関する報告と次のステップとしての開発スケジユールについて報告する。

2^__U上 ダ .“ニ 上 _L 号 撒 の 試 験 上 結 果 の 分 析

ま ず 表 1 にテス卜ダイオードに関する仕様と現段階でのテスト装置の最大定格を示す 。 試 作 1 号 機 の 設 計 、 製 造 ブ ロ セ ス 、 試験

表 1

ダイオードの仕様と現在ある電源の性能項目の概要は前回報告した通りである[ 2 ] 。試最 大 パ ル ス 電 圧 （k V )験は繰り返しl O p p s 、パルス幅4 0 0 #繰 り 返 し （P P S )s ec で 1 3 7 k V ま で 掛 け た 時 コ レ ク タ 一 が 溶

最 大 パ ル ス 幅 （M S融して破損した。 このテスト管は分解し内部本 饱 雷 カ （k W )

ec )

什様

規在の電源

14 0

14 0

5 0

5 0

6 0 0

4 0 0

4 5 0

3 0 0

を観察した結果直接のトラブルの原因はコレ
クタ一の先端にパルスビームが集束したまま当り1 Ommの厚さの銅の内壁を溶融したことによる事が解った。 また途中のドリフト管の一部にビームが当たり部分的に溶融した後があることも判明した。 力ソード上には銅の溶融痕があった。 またテスト管は電子銃の基本的な実験の為にデイマンタブルな構造になっていたために力ソードのセンタリングやアライメントが不完全なこと、

ドリフ卜管の長さが長くてビーム端と十分距離が取れていないことも解ったa 以上からコレクタ一の溶融は、 先ずドリフト管に .ビームが当たり、 その時剥離した銅が力ソード h で溶酏し発生した鍵の蒸気によりイオン集吏 さ れた電子ビ 一 ムが コ レクタ一を破損したと結論されたへ こ れは試
験中の真空の モ ニ タ ー やフォ 一 ル ト時の波形とも矛盾しない， 以上の点を考慮して次の試験機の設計を行った。 即ちドリフト管の長さを短くし、 ディマンタブル .構造を止め、 力ソードアライメントをきちんと行うといった点を主な改造点とし f Z o 他の形状 については 1 号機と同じである。
再設 計 し た 2 号 機 の 構 造 を 図 1 に示す。
Water
InC ollector

一
WaterJacketmIH鵠Ion Pump

時 間 （分）図2GunAssembly3.

排気べークのパターン

製造プロセス
製造プロセスのうち構造体製造部分は材料、 処理プロセス、 電子銃真空処理を含め 1 号機と同様である。 K E K 側のプロセスについてはベークスケジュールでの真空度等に若図1

全体図干問題があった。 それは到達真空度が 1 号機に比べて悪くし2 X 1 0 ~ 9T o r r 程度であったことである。 これについては排気べークスケジュールの見直しが必要である。現在は全排気べーク時間が 1 2 0 時間であるが、 もっと長時間の排気べークをするとかヒーターフラシュパターンを変える等が今後の課題である。 今回の排気パターンを図 2 に示した。 その外に今回注意したのはヒーターエージングである。 即ち力ソードを点灯して長時間内蔵のイオンポンプで排気して内部真空度をよくしたことである。 これにより動作時の内部真空圧力 は動作時に於て常時 1 0 - 9T o r r 台に保つことが出来た。

4,_ _ 電圧 ;L 一ジング .と、. 総合特性
電圧エージングは前回の経験から先ず放射光実験施設電子線形加速器で使用されている短パ ル ス （3. 5 jusec) を用いて行い、 その後アッセンブリーホールで長パルス（最大パルス幅は4 0 0 y s e c ) で行った。 2 種類のパルス幅での試験を行ったのは、 平均電力として小さいほうから徐々に試験すること、 短パルスで電圧のマージンを見ることの外に、 パルス幅で電子銃からのエミッションが変化するかどうか確かめることも目的とした。 短パルスでは最大 5 0 p p s ， 18 0 k V まで印可しその間フォールトは無いという良好な結果を得た。 同時にオペレーションに必要なヒーターの動作値の決定が出来、 パービアンスのチェック、 力ソードエージングも行えた。
長パルスの場合は慎重に電圧エージングを行い 、 2 0 0 ysec、4 0 0 y secの 2 種類のパルス幅、
繰 り 返 し も 5 、 1 0 、 2 0 、 5 O p p s と徐々にレーティングを上げていった。 電子銃からのェミッション特性については D C 1 k V 、 短パルス、-7^長パルスについていろいろなヒータ一電力の基で調ベ、 パルス幅 依存性はなく一定の結果を得た（図 3)。パ ー ビ ア ン ス は 使 用 し た 力 ソ ー ド （スカンデート!0 0—f)f i A / V 9Cと変わり電圧エージングに長い時間を要した。 また00

10 0 0 0ノ/300型 ）の性質により、 ヒーター電力依存を示すが、 結果は設計値の通りで 2 〜 2 . 1 # A / V 3,2であった。
フォールトについては長パルスの場合様子ががらり

CWV x00

mw

繰り返しによっても違い、 例 え ば 5 p p s で 1 4 0k V までのエージングを終了しても 1 0 p p s でのm丨oy—

エージングでは再びフォール卜が増加することが観ftf測された。 勿論それはフォールト開始の時間が異なHるためである。 これは高デューテイの場合に電圧エ2. 1 M A / Y 3一ジングが格段難しくなることを物語っていると思われる。 コレクターでの発熱の点については 8 力所
4 0 0 // a eに設けた熱電対によって測定した結果と設計時のシュミレーションとの比較を図 4 に示した。 これからI1 1 100

考えられるのは通常の空間電荷による発散が設計値

印 加 電 圧 （k V )と異なるか又はそれ以外の寄与の可能性であり検討

図3を要しよう。

5.

今後のスケジュール一応成功した。 次のステップとしてクライストロンの製作がある。 一般にクライテストダイオードの電圧対電流特性

滴定条件

計算条件
淹量2 4 0 1/m i n入 水 通 度 2 0 で全損失謂力450kW
流速2m /sec

テストダイオードの試作と試験は
趣
璉 100

150

流量6 0 0 1 /m. i n
入 水 温 度 3 0 で全損失電力300kW*

一内壁

ストロンにおいて技術的に難しい所は電外壁子銃部とマイクロ波窓と言われている。
現在このマイクロ波窓は設計、 製作が終了しハイパワー試験を行っている段階であ る [ 3 ] 。 又クライストロンのマイクロ波回路部分の設計も完了しており、 今年度秋に試験する予定である。 これ迄 K
E K に於て、 基本設計や一部の設備の設

レクタ一形状0102030405060708090

輪 長 （e m )図4

コレクタ一冷却の計算と測定値計製作をし、 マイクロ波管の製造経験のないメーカーと協力して、 処理等のプロセスを含め開発を進めてきた。 今後クライストロンを製造出来れば、 キーパートどしてのマイクロ波源も加速器の設計製作と同じ様に自分達で設計試作をすることでより理解が進み基本的な問題対処にも柔軟に対応出きることが期待されると思われる。
参考文献[ 1 ] 大型ハドロン計画陽子リニアック 、 J H P — 1 4 ( 1 9 9 0 )[2]

S, FUKUDA et al,Proc,of the Linear Acc, Meeting in Japan, 306 ( 1930)[3 ]Y, TAKEUCBI et a i 5 Proceedings of this Meeting.