将来計画用小型パルス電源中島 啓光1)、本間 博幸、明本 光生、設楽 哲夫、福田 茂樹
高エネルギー加速器研究機構〒305-0801 茨城県つくば市大穂 1-1

概要
KEKB 計画では、ルミノシティ 1035cm-2s-1 を目指したアップグレード計画（Super KEKB）の検討が進められている。Super KEKB では、陽電子のエネルギーを 3.5GeV から 8GeV にするため、リニアックの増強が必要となる。
リニアックの増強は、既存の 24 の S-band 加速ユニットを C-band に変更することが検討されている。各ユニットには、2 本の C-band 50MW クライストロンが必要となるため、既存の 1/3 の寸法にした新規電源を検討している。本稿では、新規電源の構成、仕様について報告する。

１．はじめに

２．新規電源の仕様
2.1 新規電源の仕様
表１は、新規電源の電気的仕様を示したものである。これらの仕様は、クライストロンに要求される出力電力によって決められる。
表１：新規電源の電気的仕様
尖頭出力電力109MW（max）
平均出力電力23kW（max）
出力電圧範囲10 ~ 47kV
出力インピーダンス
4.8Ω
負荷インピーダンス
5.0Ω
パルス幅（半値幅）
4.3µs
パルス幅（平坦部）
2µs 以上
パルス立ち上がり時間
1.0µs 以下繰り返し
10~50pps
パルス平坦度（p-p）
0.3%以下パルス電圧安定度（短時間）
0.2%以下パルス電圧安定度（長時間）
0.5%/H 以下KEKB リニアックでは、現在 59 の S-band 加速ユニットで電子 8GeV、陽電子 3.5GeV のビームを KEKBリングに入射している。Super KEKB では、ルミノシ
ティ 1035cm-2s-1 を目指し、電子 3.5GeV、陽電子 8GeVとすることが検討されている。Super KEKB のためには、KEKB リニアックでも陽電子のエネルギーを3.5GeV から 8GeV にするための増強が必要となる。
リニアックの増強は、後半の 24 の加速ユニットをC-band に変更し、1 ユニット当り S-band 50MW クラ2.2 インバーター電源の仕様
イストロン 1 本であるマイクロ波源を C-band 50MW
クライストロン 2 本として、陽電子のエネルギーをインバーター電源の電気的仕様を表２に示す。イ8GeV にすることが検討されている。それに伴い、現ンバーター電源の仕様で、電気的仕様はもちろん重在の 1 ユニットのスペースに 2 台のクライストロン要だが、ここでは、その大きさも重要となる。電源及びクライストロン用パルス電源が必要となるため、 を設置するスペース的な問題から、その幅は 19 インパルス電源の小型化が要求される。
チラックに収まるようにし、高さも制御回路部の高新規電源では、スペース的な問題からその大きささを抑えるため、600mm 以内とした。また、電源故を既存の電源の 1/3 程度にする必要がある。電源を小障時の交換作業を考慮して、取り外しを容易にする型化するために、充電方式はインバーター充電方式
ような構造にすることとした。とした。また、保守、予算などの面から、できる限り既存の電源と同じものを使用する方針で検討され、
表２：インバーター電源の電気的仕様
組み込みユニット、放電回路部は、ほぼそのまま使最大充電電圧50kV用し、インバーター電源を含めた制御回路部のみ新充電電流（ピーク）
1.5Aたに設計するものとした。そうすることで、24 台の定格充電電力
30kJs
電源については新規製作となるが、残りの 24 台の電充電可能周波数50pps源については、インバーター電源を含めた制御回路システムトリガー
トリガー信号部のみの新規製作とすることができる。
CHAGE GATE
現在、2002 年 11 月の完成を目標に小型パルス電源
充電電圧設定電圧10V（50kV）の製作を進めているので、以下にその構成及び仕様について報告する。

1

E-mail: hiromitsu.nakajima@kek.jp

インバーター電源の内部インターロックは、電源を保護することは当然のこととし、外部にもインターロックの出力を取り出せるようにする。それによって、遠隔操作としたときにも、インバーター電源の内部インターロックが働いたことを確認できる。
また、充電電圧の設定、内部インターロックのリセットについても外部から行えるようにして、完全に遠隔操作できるようにする。

３．新規電源の構成
3.1 パルス電源の小型化

現在の電源は、制御回路部（A 筐体）、直流電源部（B 筐体）、充電回路部（C 筐体）、放電回路部（D筐体）で構成されており、それぞれの筐体間は、切り離すことができるようになっている。この電源では、チョークトランスを使った共振充電方式を採用
2.3 PFN の仕様しているために、IVR（A 筐体内）、高圧整流トランス（B 筐体内）、充電チョークトランス（C 筐体内）
PFN のコイルのインダクタンスは、負荷側（クライストロン）のインピーダンスにより 1.55µH となる。 のトランス類が電源のサイズを大きくしている。
新規電源では、共振充電方式からインバーター電新規電源に求められる基本性能は、フラットトップ源を使用したインバーター充電方式とする。それに2.0µs 以上のパルスである。そのために必要な PFN は、より、トランス類が必要なくなるため、A 筐体が半コイルのインダクタンスとコンデンサーの容量から分に B 筐体、C 筐体が完全に必要なくなる。さらに、
14 段 2 並列となる。図１、図２は、14 段 2 並列の PFN
でシミュレーションを行った回路とその結果である。 インバーター電源を制御回路部に収容することによって、現在の電源の 1/3 程度の大きさに小型化するこ
シミュレーションは、パルストランスの一次側におとができる。パルス電源を小型化することにより、けるクライストロンのインピーダンスを 5.0Ωとして図３に示すように現在の 1 ユニットのスペースとほ行った。また、充電電圧は 50.0kV とし、サイラトロぼ同じ広さに、2 台のパルス電源とクライストロンをンの変わりに電圧制御式のスイッチを使用した。
設置することができる。また、各筐体間が切り離せ
シミュレーション結果から、PFN を 14 段 2 並列とる構造になっているため、現在の D 筐体は、そのましたときに得られるパルス幅は、半値幅で 4.8µs、フま使用することができる。
ラットトップで 2.0µs であることが確認できる。
L0L10.0155u

0.0155u0.0155u0.0155u0.0155u0.0155u0.0155u0.0155u0.0155u0.0155u0.0155u

1.3u

0.0155uL

1K

0.0155u

R1L9

L10

L11

L12

L13

L14L15

L16

L17

L22

L24

L26

L28

L30

1.55u

1.55u

L21.55u

1.55u

1.55u

1.55u

1.55u

1.55u

1.55u

1.55u

1.55u
0.0155u

1.55u

4680

L29

C26

1.55u

L27

C24

1.55u

L25

C22

1.55u

L23

C20

1.55u

L21C181.55u

L8C71.55u

L7C61.55u

L6C51.55u

L5C4

1.55u

1.55u

C31.55u

L4C2C11.55u

1.55u

C0CX

0V0100k

V1.55uL31.55u

1.55u
0.0155uC270.0155u

C25

0.0155uC230.0155u

C210.0155u

C190.0155u

C160.0155u

C150.0155u

C140.0155u

C130.0155u

C120.0155u

C110.0155u

C100.0155u

C90.0155u

C81500L181.3u

制御回路部 直流電源部 充電回路部 放電回路部
クライストロン
50MW S-band

L191.47u

5R0IVm1170

117011701170

現在のパルス電源及びクライストロン

図１：PFN シミュレーション回路

1770
Time (s)(V)0.0+5.0µ+10.0µ+15.0µ

制御回路部+20.0µ1500

放電回路部+20.0kクライストロン
50MW C-band0.0600

1170

小型パルス電源及びクライストロン-20.0k

図３：小型パルス電源配置図4.8µs

3.2 制御回路部-40.0k2.0µs-60.0kTIME-1.0

V (IVM)-1.0

D (TIME) -1000.0m

図２：PFN シミュレーション結果

制御回路部は、19 インチラック幅とし、前面と後面を使用して表３に示すパルス電源のコントロール回路、メーター等の他にインバーター電源も収容する。コントロール回路やメーター等のモニター類は、前面にあることが望ましいため、それらを前面に配置するようにした。その結果、図４のように前面にユニットが集中する形になってしまう。

新規電源では、現在使用している組み込みユニットの内、IVR の制御をしている IVR コントローラーユニット、充電電圧安定化のための De-Qing トリガーユニットが必要なくなる。さらに、制御回路部の高さを抑えるために、現在 4 ユニットあるアナログメーターパネルユニットをデジタルメーターを用いて 1 ユニットにする。また、BNC モニターユニットを小型化することも検討中である。
インバーター電源を前面に収容しているのは、インバーター電源の重量が 150kg あるため、電源故障時の交換作業を考慮したためである。
表３：新規電源制御回路部の組み込みユニット
ユニット名
機能
メーターパネル
各種メーターVSWR メーターRF モニター
コントロール I
制御回路
コントロール II
遠隔操作用（PLC）
オシロスコープ
モニター信号測定用
BNC モニター
モニター信号IφA
RF 制御用
電磁石コントローラー Kly 電磁石電源の制御用
トリガーI
トリガー信号の増幅
コントロール用電源
コントロール I の電源制御器ユニット
ブレーカー等

現在の制御回路部には、側面に端子盤が設置されており、修理、点検が容易に行えるようになっている。新規電源でも、同じように 1 個所にまとめた端子盤を側面あるいは後面に設置することを検討している。

3.3 放電回路部
放電回路部は、PFN、サイラトロン、ディスパイカ回路、シャント回路等で構成されている。また、組み込みユニットは、サイラトロン用、クライストロン用のものがあるが、現在のものをそのまま使用する。現在の電源と大きく異なる点は、PFN である。
現在の PFN は、0.0155µF のコンデンサーと 1.3µH の可変式コイルを 20 段 2 並列としている。新規電源では、これが 14 段 2 並列となりコイルも 1.55µH（可変式）となるため、コンデンサーはそのまま使用できるが、コイルと PFN の架台については新規製作となる。ただし、コイル、架台とも形状は現在のものをベースとする。
現在 D 筐体の高さは、3000mm あるが、新規製作分では、制御回路部と同じ 2500mm にできると考えている。図５は、新規電源の完成イメージである。

2500
メーターパネルVSWR メーター

コントロール I

コントロール II

オシロスコープ

25001770
BNC モニター

図５：新規電源の完成イメージ図

2111

IφA

トリガー I
コントロール電源

電磁石電源
コントローラー

インバーター電源

制御器ユニット

前面

後面

図４：制御回路部組み込みユニット配置図

４．今後の予定
試験用の新規電源を 2002 年 11 月までに製作し、その後、電源の試験を数週間程行い、電源のランニング試験をかねて C-band 50MW クライストロンの試験、加速管の試験に用いる。来年度には、KEKBリニアックに C-band 用の加速管をいれ、実際のビーム加速に使用する。このため、クライストロン試験用の電源の他にもう一台小型の電源を製作あるいは改造を行う予定である。

参考文献[1] T. Kamitani et al., in these proceedings.