Proceedings of the 20th Linear Accelerator Meeting in Japan (September 6—8,1995, Osaka,Japan)

PULSE M ODULATOR FOR 80MW KLYSTRON IN SPring-8 LINAC
T.Hori?A.Mizuno,H.Yoshikawa,S.Suzuki,K.Yanagida,H.Sakaki,M.Kodera,Y.Itoh,H*Kotaki,A.Kuba,T.Taniuchi and H.Yokomizo
JASRI-JAERI-RIKEN SPring-8 Project Team
Kamigori-cho ，Ako-gun ,Hyogo-ken ,6 78-12

A b stra c t

The pulse* modulators have been designed and constructed to drive 80MW Klystrons(TOSHIBA E3712)forSPring-8 linac. They are the conventional line type pulsers which consist of four parallel pulse forming net­
works (PFN) with 14 sections. The capacitors of PFN are low inductance,comp act size and NH(No-Healing)type.
The tunable inductors of PFN are composed of two parts. One is for adjusting the waveform of klystron volt­
age,the other is for cancelling a stray inductance of PFN capacitors. ITT F157 thyratron has been used as
the switch tube which discharges the PFN. In order to achieve high efficiency and high degree of regulation in
charging circuit,we selected a high efficiency deQ’ing system. This paper describes the design,specification andresults of performance tests of the first modulator.

S P r in g -8 リ ニ ア ッ ク の 8 0 MWク ラ イ ス 卜 ロ ン 用 パ ル ス 変 調 器
1

はじめにの位相関係を確保するため、ビーム下流側の加速管入S P r i n g - 8 リニァックでは現在、線 麵 速 器
棟 1 階加速管室でのアライメント用の軸出し—が完了し、ビームライン機器架台や Q 電磁石の精密据え付
け 膀 が 進 行 し て い る 。一方、マイクロ波系では励振系と立体回路の最終設計が行われており、 これと並行して 8 0 M W クライストロンとパルス変調器の製作が最 盛 期 を 迎 え て い る ⑴ 。パ ル ス 変 調 器 は 本 年 1 1 月
中旬をめどに合計 1 3 台の製作を行う予定で、 6 月末ロに大電力位相器を設けた(3) c 通常のオペレーションは、加 速 管 1 本 当 た り 2 6MW (クライストロン出力で 約 6 0M W ) 、 1 6 M V / m の加速電界で行う予定である。これは、最 大 2 本のクライストロンがダウンした場合でも 1 G e V ビームを確保するためで、余裕をもった設計となっている。

38 0 M W クライス卜ロン用パルス変調器にはその初号機が完成した。本報告では仕様性能を満

表 1 にパルス変調器の主な仕様を示す。パルス変調

足すると共に、商用運転を行うための高い信頼性を目

器は直流部、充電回路、放電回路、パルストランスタ

標に設計したパルス変調器の回路構成や初号機で行っンク、及び制御ラックから構成される。回路構成の概たクライストロン負荷での試験結果等について報告を略 を 図 1 に示す。筐体のサイズは高庄部の実装密度を行う。

高めることで、幅 3. 9 m 、奥 行 1 . 9 m 、高 さ 2. 3 mと小型化された。制御は V M E による遠隔操作を行う

2大 電 力 R F 系の概要

カロ速管用の主クライストロンには、K E K の J L C
で S バンドリニアック用に開発された東芝 E 3 7 1 2型クライストロン <2) を使用する。 クライストロンと加速管の構成は、高電界加速を行うバンチャ直後の第1 カロ速管と、陽電子発生部に設置される 1 本の加速管は 1 : 1 であり、 これらを除いた他の 2 4 本 は 1 : 2である。 1 • 2 の構成での立体回路には 2 本の加速管が、今回実機対応のソフトウェアを開発し初号機で連結試験を行った⑷。機器のステ一タスやモニタ表示、状態遷移 、 P F N 電压設定等が遠隔モードで正常に動作することを確認した。

3.1 P F N
P F N は 1 4 段 4 並列で構成されており、特性イ V
ピーダンスは 3. 3 Q . ポジティブミスマッチで設計

図 1 : 8 0 M W クライス卜ロン用パルス変調器の回路構成

表 1: パ ル ス 変 調 器 の 主 な 仕 様
パル ス 出力電庄'
3 9 1 kV
パ ル ス 出力電流474 A
パルス幅5ノベルス平坦部> 2パルス平坦度< 士0.5 %deQ’ing 率
出力電圧安定度< ±0.5 %( 8 時間連続運転）
パ ル ス ト ラ ン ス の 昇 圧 比 1:16繰り返し
最 大 60 pps

fisec
fisec

> 7%

3.2

d e Q ’ i n g 回路

d e Q ? i n g 率 を 7 % 以上確保し、商用電力の有効利用と電庄安定度を向上するための高効率 d e Q ’ in g 回路を採用した。 d e Q ’ i n g 時に蓄えられているチャ一ジングチョ一クトランスの残留ェネルギ一を、電源トランス側にリターンする方式で、 K E K のA T F パルス変調器(5)で最初に採用された回路方式と同様である。

3.3サイラトロン

2 グラジェントグリッド構成で最大アノード電圧、電流が7 5 k V 、 1 5 , 0 0 0 A の性能をもつI T Tされた。 P F N 用コンデンサーには定格容量 0. 0 3fi F 、定格 ^ EE 5 5 k V 、 2 7 0 m m x 9 3 m m x 23 0 m m の箱^ ^ 属ケース入り N H コ ン デ ン サ ー （マルコン電子） を採用した。紙 . フィルム複合誘電体、箔電極方式のもので、残留インダクタンス値は約 1 60 n H である。パルス平坦度を確保するため、当初の設計段階では残留インダクタンスの値が議論の中心ヽとなった。そこで、手 持 ち の 碍 ■ と 金 属 ケ ー ス 型 の 両方を、放電法と高周波インピーダンスアナライザ一法の異なった測定方法で比較した。結果、両者に有為な差は認められず、 コストや実装の容易さを考慮しこのタイプを選択した。パルス平坦度の向上は、残留インダクタンスの影響は副次的で、 P F N 回路構成上の問題が大きいとの検討結果を反映し、 P F N コイルを波形調整用と _した。

するコイル間の結合度！
^用とで構成O F 1 5 7 を採用した。チューブ温度の不均一性を改善するため、冷却ファンは下部に取り付けた。

3.4 パルストランスタンク
タンクは開放型リザーバータンク付きのアルミ合金製で、パルストランス本体、 トランス 2 次 側 の 電 圧 •電流モニタ、コア磁気バイアス回路、巻線間の均庄コンデンサ等より構成されている。パ ル ス トラ ンス は 1次 側インピーダンスが 3. 3 Q 、電 庄 昇 庄 比 が 1 ••16 の STANGENES INDUSTRIES,INC.社製である。

4実■

クライス卜ロン負荷での特性試験結果
当のクライストロンを負荷として接続し、ピーク電庄が 3 9 1 k V の時に得られたクライストロン電圧 波 形を 図 2 に示す。図 3 には、 この時のパルス平坦

がり時間が 1 . 5 / s 、 ± 0 . 5 %以内のパルス平坦部

択、小型化、アースラインの処理とノイズレベルの低減については十分考慮し設計を行った。 しかし、我々が 2 . 1 芦 s 、パルス半値幅が 5. 8 ft s 、 8 時間連続のパルス変調器の場合もサイラトロンの動作について運転時のクライストロン電庄安定度が±0. 4 2%のは十分な信頼性が得られなかった。動作の不安定原因部のリッブルを拡大したものを示す。ノベルスの立ち上データを得、仕様を満足する結果を確認した。

を現在究明中であるが、 E E V 等他社のサイラトロンの採用も含め再検討中である。

6謝 辞本^ ルス変調器を設計、製作するにあたり東芝•新エネルギー技術開発部の大西嘉道氏、小向工場の赤繁直樹氏、三沢英夫氏、寺村弘氏、並びに東芝電波特機•
恵庭工場の方々に協力を頂きました。ここに感謝の意を表します。，

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参考嫌[1 ]H.Yokomizo et al. ，Proc. of this meeting.
図 2 : クライス卜ロン鬵JE波形(縦軸 8 0 k V /d iv ，横 軸 1 パ s /div)[2] H.Yonezawa et al.，”Development of a 100MW
S-band Pulse Klystron ” ， Particle Accelera­tors,1990,Vol 30,pp219-224.
[3] S.Suzuki et aL,”Construction of SPring-8Linac” ，Proc. of Fourth European Particle Accelarator Conference, 1994,Voll,pp733-735[4] H.Yoshikawa et al.’Proc. of this meeting.
[5] M.Akemoto et al./’Pulse Modurator for 85MW
Klystron in ATF Linac” ，Proc. of the 17th Internatinal jumac Conference, 1994,Vol l,pp415-417[6] S.H.Nam et al.,55HIGH POWER PULSE MODURATGR FOR PLS LINAC55,Proc. of 1993 Par­
ticle Accelerator Conference,Vol l,ppl315-1317

図 3: パルス平坦部の拡大図( 縦軸 1 . 0 3 % /d iv ，横 軸 0. 5 fi s/d iv )5検 討

E 3 7 1 2 クライストロンをドライブするパルス変調器としては、A T F 、？1>3(6)に続いて3 ? 犷 i ng —8 が 3件目のリニアックである。過去に行われた試験や調整結果を反映し、信頼性のある回路素子の選