PRESENTOFSTATUS &KLYSTRONIMPROVEMENTS
P V -30 30A

K.Hayashi H. Ie k i, !*• Onodera & PF In je c to r RF Group *M itsubishi E le ctric Corporation, Coramunication Equipment Works* National Laboratory fo r High Energy Physics (KEK)
ABSTRACT：
M itsubishi klystrons(PV-3030A) have been used in KEK PF in je c to r lin a csince 1979.
F ailure mode a n a ly s is was made. Improvements which were made toreduce fa u lt rate and present status are reported•

1 . はじめに三菱電機では、 K E K PF in je c to r l i n a c 用に 、 クライストロン PV-3030Aを開発、1979年度 より納 入開 始し、 1982年 6 月の定常運転開始より、3年 間 経 過 し た 。
本 L in a c では、 ク ライストロンを 4 1 本使 用 し て お り 、 ク ライス ト a ンの管内放電による停止は、 システムの 安定動 作に 大きな 影響を 及ぼ す。
た安定性については、 K E K で調 査 さ れ て い る 。

L ir m c システムとしてみこのたび納入したおのおののクライス卜ロンについて、安定 性 を 調 査 し 、安定動作をめざして行ってきた改良の効果について 評価し てみた 。

2 . クライス卜ロンの現状
1979年度 より、 1984年度まで計 79本 納 入 し た 。 表 1 に示すように、 うちわけは、PF in je c to r l i n a c で現在動作している本数は 41本 、取 り 払 わ れたも のが 25本 、他はpositron in je c to r l i n a c 用 、resonant r i n g 用 、 または保守、受入 検 査 中など 、 13本 と な って いる。故障に 対 し て は 、分 解 、調 査を行 い、後で述べる改良を順次行っている；

表179，80，8 1,8 2，83

^ 84

本数

42020

913

13

living tube
(waiting tube)

1(0)

9(0)

13(0)

5(0)

13(1)

13(12)

fa i 丄ured tube

3117400

フィラメント短鉻，断線

101000011000

RF窓 破 損1420〇0酎圧不良163400

納入年度

故障モ1
K

1985.5.1 現在

クライストがン稼働状況及び故障モード解析

電子銃インレ2レ-3 匕U’3.

f a u l tr a t e
調査
クライスト a ン及び R F 系を保護するために、 インターロック系が設けられており、クライストロンまたは R F 系の異常を感知して、クライスト a ンを停止させるようになっている。 全てが、 クライストロン管内放電に起因するものではないが、単位時間当リのこの停止回数を fa u lt r a t e と呼び、 この回数を 1 本毎に調査することにより、 クライストロンの管内放電の目安とすることにした。 1982年 10月より1985年 5月までクライストロンおのおのについて、PFN 充電電圧 E s (Beam電圧に比例する）と、そのときのfa u lt r a t e とを調査し、 K E K の運転スケジュールのひとくぎりである 3 つ の 期 間 （1月-3月 ， 5月-7月 ，10月-1 2 月 ) の平均値を求めた 。 f aul t rateが高くなると、 E s を下げ、 fa u lt r a t e を減らす運転方式であるため 、 fa u lt rate,E s 両方で評価した。
E s の目安として、40kV (Beam電圧約 240( 寿命終止し fc もの一- • )kVに対応する） 、 fa u lt ra te の目安として

0 . 1 回/h r の線を引いて、 クライストロンを分類した。 使用時間が問題にならないように、全クライス卜ロンとも使用 2000hr前後のデータを基にプロットしたものが、F ig . 1 である。 このうち領域A 、領 域 Bのものについて注目してみると、表 2 のようになる。 酎圧改良推進中の 8 3 ,8 4 年度納入のクライストロンについてみると、高圧で安定な領域 A に入るものが多くなってきている。 また、領域 A にいたものは、運転時間が増大 (8 0 0 0 h r 以上） しても、 かなり安定であり、生き残る率が高いのに対して、領 域 B にいたものは、寿命終止になる率が高い。 現在クライストロン 1 本当りのfa u lt ra te の平均値は、0.05 回/hr* まで下がってきている。
F ig . 1
表235E s (kV)45

各k ly s tro n に対するfa u lt r a t e とE s (2000hr 後)

2000hrにおけるクライストロンの高圧安定性と生存率

納入年度， 80

^ 8 1， 82， 83， 84

使用 2000hr liv in g tube 本数

21 51 881 21，8 5 .5 .1 現 在 生 存 丨 寿 命

11 19 |1 613 | 551! 312 1 011 0

現 在 生 存 1 寿命
それぞれに対しての2000hr当時の領域

F ig . 1参照

w aitin g tube は含まず

A005270207000

他013123334000

B

1013420010004改良
表 1 のF ailure modeに対し、次の対策をとってきた。 電子銃部インシュレーターのピンホールに対しては、インシュレーターの形を円筒形から才ワン形に変え好結果を得た。
残る故障モードのうち重大な問題として酎庄不良と窓のピンホールがあげられる。
窓のピンホールは、 K E K のような真空一真空系では、なかなか故障が発見しにくい。故障のメカニズムが明確でないため、的確な対策が打てないが、窓材料の選定やコーティング技術により、改良を進めている。
酎圧不良については、電子銃の構造設計、熱設計、材質選定から製造プロセスまで総合的にとらまえる必要がある。83、8 4 年度には (1 ) ウェーネルト部の形状をなめらかにして電界の集中をへらす（2 ) ウヱーネルト表面の研摩（3) ウェーネルト材質をSUS304L からSUS316L に 変 更 （4 ) 部品真空処理の強化（
5) ウェーネルト温度を低減する構造の採用（6 ) 電子銃サブアセンブリーを高真空中で長時間ヒーター点灯，ウェーネルト R F 加熱等の改善を進めた。その結果、工場試験では高圧上昇時間の短縮などに効果がみられ、改 良 ク ラ イ ス ト ロ ン は い ま だ K E K での運転時間は短いもののFault rate 減^ H こ寄与しているものと思われる。 そ の 他 初 期 の 酎 圧 不 良 原 因の一つに、 コレクター溶融による電子銃部汚染があった。 これは永久磁石の強い反転磁場のために電子が再収束された為である。 コレクター周囲に磁気シールドを設けることでこのトラブルを解決した。
一方、別のアプ a — チの方法に、 クライストロンの効率を上昇させ、 より低い印加電圧で同じ R F 出力を得る方法がある。 その手段として出力空胴を出力導波管側と反対方向に偏心させた。 コールドテス卜の結果同心の場合と比較して Gap内の電界分布は平坦化し、それに伴う中心電界上昇がみられる。
高 圧 試 験 の 結 果 効 率 は 若 干 改 善 さ れ た 。 これは同出力を得る為に印加電圧を引き下げることができることを示している。

5まとめ( 1 ) 改善に対する効果は Fault ra te でみた場合あまり明確に表われなかったが平均的には良くなっていることがわかった。 酎圧不良に対する改良が主として83年 • 84年度で行われた為にそれ以前のクライストロンと比較するには、 まだ稼動本数、時間ともに不足している。 また複数の改良を平行に実施した為に因果関係を特定するのを難しくした。
( 2 ) 出力空胴偏心化は効率の向上に確かな感触を得ることができた。
(3 ) 今回は酎電圧について検討を加えたが加速器の安定した運転の為には出力波形及 び出力などのバラツキを少なくするなど、 クライス卜ロンの安定性を高める必要がある。
最後に、 この報告にあたって田中先生をはじめとする K E K の先生方の御指導を頂き感謝致します。