DesignStudyforofShortElectronP u 1ser

GunKiyoshi Takami
Research Reactor Institute, Kyoto University
Abstract
Following studies of short pulser for electron gun are reported
1) Simulation of the pulse responses with impedance estimated by the size of

BIMAC Y-796 gun assembly.
2) Production of about Ins FWHM and 280V pulse at 50 ohm load with avalanchetransistors, NEC 2SC3733 ( six series )3) Not only manufacturing a circuit which simulates an electron gun by usinga planar triode, achievement of 1.Ins FWHM and 8.8A pulse at 50 ohm load胃■ノ弋ノレ

サ<7315定イ乍

1 . はじめに電子ライナックでのシングルバンチや放射光リンダでの単バンチ運転等で短パルスが要求されている。短 パ ル ス （150〜 250V，〜 Ins)の発生を目標として各種検討や試作を行った。
内 部 構 造 が は っ き り し て い る EIMAC Y-796を使い、 その形状からインピーダンスを求め、簡単な等価回路から電子銃の応答速度の予測を試みた。
高速のアバランシヱ• トランジスタ（
以下、 T r )NEC 2SC3733を使い、短いパルス巾を発生するための回路や T r の選別方法を検討した。パルサのテスト用に板極管を使った電子銃の模擬回路を製作した。 これらについて報告する。
2 . Y-796 の形状から見たインピーダンス評価と6->

風 ：」を

一 令 -1 1 . 4等価回路によるパルス応答
EIMAC Y - 7 9 6 の内部は K o o n t z の 論 文 ⑴ に 示 さ れ て い る 。

こ れ を 簡 略 化 し た も の を 図 1に示す。
先の論文の F i g . 5 から寸法を求め、各部のストレーキャパシ夕ンスやストレーインダグ夕ンスを計算した。 Ci〜 C3の合計は 32. 6 p F になる。 これは上田の実測値 27pF (2)よりも5. 6p F 大きい。 この原因を電極間隔の狭い C 2 の誤差と考え、 シミュレーションでは、 C 2= 1 3 . 1 p F とすることで実浪j値に合わせた。パルサとの接続部にあるしと並列に ;L 2pFのストレーキャパシタンスを挿入し、簡単化のために負荷である力ソ一ド電流は線形化（
抵 抗 1 2 . 5 Q ) している。

_過36.045.5

C 2' ___ 10-18.6,o n 41.5S4JL-1

GRID^ATHODB SPACI

此ソ_> ミックと予制

C i ^2. 8 pF
C2-18. 7pF (->13. IpF)
C 3 与 1JL IpF
合計〜32.6pF (— 27pF)
Li 与 1.9nH

図 1 . Y - 7 9 6 の簡易断面図

13.lpF

ll. lp F

図 2. Y-796 の簡易等価回路

Time

Cl= 1.137E-9,ZZ5.Z

Ls= 0， 1， 2， 4， 8， 16nH に変化 dif=爲H ,シ ミ ュ レ ー ションに使った等価回路を図 2 に示す。

図 3. シミュレーション波形

パ ル サ の 立 上 が り 時 間 を 0 にし、パルサ一電子銃間のストレーインダク夕ンス Lsを 0 , 1 , 2 ，4, 8 , 16nHと変化させた時のパルス応答波形の変化をシミュレーションしたものを図 3に示す。
Lsが 2nHで、立上がり時間は〜 0.5ns となる。実際の電子銃では飽和特性のために、電子ビームの見掛け上の立上がりは良いかも知れないが、パ ル サ 側 か ら 見 た Y-796の応答速度はこの辺に限界があると予測している。

3 . ア バラ ン シ エ 丁 rの 選 別
高耐圧のアバランシヱ T r ほど出力パルスの立上がりは遅い傾向にあり、 2N5551等よりも低圧で高速のトランジスタを多段化した方が短いパルスを発生できる。今回、新 し い T r も含め比較したところ、 2SC3733が最も高速 (tr=0.4〜 0.5ns)であった。

2SC3733では、 アバランシヱ T r 動作をさせるため に 流 す 無 信 号 時 の コ レ ク タ ー 電 流 （以下、バイアス電流）が 3〜 100//A と小さく、動作可能なバイアス電流も大きくばらついている。 このために 2SC3733の多段化には、 どうしても選別が必要である。
T r 一本ずつパルスを発生させながら、 バイアス電流とパルス波形を観測することで選別できるが、 時間が掛かる。 そこで、 T r がブレークダウンするまでの Vc-Ic 直流特性から選別する方法を試みた。測定には KEITHLEY社 製 236型ソース / メ ジ ャ ー ユ ニ ッ ト （+ 50V 定電圧電源）を使った。 ブ レ ー ク ダ ウ ン に 至 る 電 流 や办 /出特性から選別した。 この選別でも一応多段化は可能である。 しかし、 この手法の妥当性評価は今後の課題である。 また、測定方法や注目すべき特性が何かなど不明な点が多い。 アバランシヱ T r にとって選別方法の確立は重要な課題である。

4 . ア バ ラ ン シ ヱ ■パ ル サ の 回 路 と 試 作 （3) ⑷負パルスの発生には、負 の 高 電 圧 電 源 を 使 う 回 路 (5) とした。試 作 し た 回 路 を 図 4 に示し、得ら れ た 波 形 を 図 5に示す。
k 1 1 -fi' \ - ftfrtl

Iパ、t >ion,, rjj +p

図 5(b)は、 トリガ入力を回路図の (b)に加えた時の波形で、立上がり時間は〜 1.3ns と遅いが、ベディスタルを除いた立下がり時間は立上が図 4. 試作

回路

充電ケーブルが①ない② 5cm@10cm@20cm⑤ 33cmに 替 え た 時 の 波 形 を オ ー バ ー ラ ッ プ 33 cm inlength
図5. 試 作 パ ル サ の 出 力 波 形り時間より短くなり、最短のパルス巾〜 Insで〜 280Vのパルスが得られている。

Y-796 の入力インピーダンスは 12〜 2 5 Q で、 このためにパルサの並列化が必要になる。 しかし、アバランシュ T r を共用した並列化では、 アバランシェ T r の dz/dt制限から立上がりが劣化するので、完全な並列化が望ましい。完全並列化で問題になる出力パルスの時間的ばらつきは、 出力ケーブルの長さ調整でタイミング合わせが可能である。 （図 6参 照 ）5 . 電子銃模擬回路
実際の電子銃を使ったテストは犬がかりになる。手1
パ/:
\ /:

軽に電子銃を模擬できる負荷があれば、パルサと電子銃の接続方法の検討もでき、便利である。
電子銃のグリッドと力ソードの構造が、基本的に板J.

極 管 (planar triode) と同じであることから、板極管

EIMAC 8847Aを使った電子銃の模擬回路を製作した。
試 作 回 路 （図 4でトリガ入力 (b))の パ ル サ 2 台を並列で、最短パルス巾のパルスを入力して得られた波形を
図 6 に示す。パルス巾〜 1.Insで〜 8.8A(440V at 50

insec/div
100volts/div-3.0008.400

1 *000v o lts /d iv
1 .00 n s / d i v

図 6. 電子銃模擬回路のQ ) が得られている。

出力波形

6 . 謝辞高 ェ ネ ル ギ ー 物理学研究所の小林仁氏、 ㈱ ユ ニ コ ン システムの末峰昌ニ氏、 東 京 大 学 （ェ ）原子カェ学研究施設の上田徹、及び小林利明の両氏の他、多くの方々から助言を戴きました。
側定器 KEITHLEY 236型ソース / メジャーユニットは、東 陽 テ ク ニ 力 （大阪支店の浅野氏） のご厚意で借用、測定できました。 ここに深く感謝致します。

参 考 文 献(1)R. F. Koontz et. :IEEE Trans. Nucl. Sci., NS-28, 2213 (1983)(2)上田徹、他、 : ライナック研究会、 P72、 (1986)(3劇 野 米 市 ：東 京 大 学 工 学 部 NEUT Research Report 87-02⑷ 大 阪 大 学 産 業 科 学 研 究 所 附 属 放 射 線 実 験 所 研 究 会 ( X I V ) 1987. 2(5)末 蜂 昌 ニ ：私 信- 1 5 8 -