Proceedings of the 12th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan
August 5-7, 2015, Tsuruga, Japan

PASJ2015 FSP014

京大炉中性子発生装置(電子ライナック)の現状
STATUS OF KURRI-LINAC阿部尚也#, A), 高橋俊晴 A), 堀順一 A), 窪田卓見 A), 阪本雅昭 A), 高見清 A),
Naoya Abe #, A), Toshiharu TakahashiA), Jun-ichi HoriA),
Takumi KubotaA), Masaaki SakamotoA), Kiyoshi TakamiA)A)
Research Reactor Institute, Kyoto University

Abstract
Operating time of KURRI-LINAC was 2,197.1 hours in 2014FY, exceeded 2,000 hours in fiscal year 1 after. On theother hand, the use number including riding-together operation of KURRI-LINAC was 55 affairs in 2014FY. The low
energy experiment of less than 30 MeV of rating was 16 affairs before long. KURRI-LINAC remodeled two affairs
mainly. The 1st affair was the renewal of the driver for main thyratron in modulator. The renewal was decreased thevibration after the pulse generation. The 2nd affair was the installation of the counter of the thyratron shot for check thelife of the thyratron.

1.

2.

はじめに利用状況と運転時間

京大炉中性子発生装置（以下京大炉ライナック）
京大炉ライナックの 2014 年度の運転時間は一年
は 1965 年 3 月に建設開始の L バンド帯（1300 MHz） 度振りに二千時間を上回る 2,197.1 時間であった。の電子線型加速器である。1968 年より全国共同利用 一方、利用件数は、中性子実験 13 件、電子線照射設備として稼動を開始した。当初は定常的な中性子 20 件、X 線照射 7 件、放射光実験 9 件で、保守等を源である原子炉と相補的なパルス中性子源としての 含む総計は 55 件であった(相乗り運転含む)。相乗り利用が主で、他に電子線照射や制動 X 線照射が行わ を含まない運転は 53 件であった(Figure 1)。また、れていたが、近年では、1990 年開始の放射光実験に 定格 30MeV 未満の低エネルギー実験は 16 件であっ加え、2008 年に 10MeV 以下の低エネルギー電子線 た。
照射としての利用が開始、2012 年にはマイクロ波電運転時間の増加要因は終夜連続運転が滞りなく実界放出を利用した微弱ビーム実験が行われるように 施された点である。利用件数の減少は一月半の工事なった。また、産学連携及び人材育成においても活 が予定されていたためであったが、諸般の事情で今躍の場は多く、利用開始時から学生実験を実施して 年度に延期となった。
いる他、民間企業との共同研究をここ数年に渡り実施している。加速器建設より 50 年が経過した現在も多様なビーム源として活発に利用されている。
現状の京大炉ライナックのスペックを Table 1 に示す。
Table 1: Electron Beam Specification
Drive
Mode

Long Pulse

Short Pulse

BeamEnergy

46 MeV (No load), 30 MeV (MAX Power)

Repetition
Rate

1~140 Hz, Single
Shot, Partial Driving

1~300 Hz, Single
Shot, Partial Driving

Pulse
Width

0.1~4μs

2~100ns,Single
Bunch

PeakCurrent

Max:500 mA(4μs)

Max:5 A(100ns)

Average
Current

Max:280 μA(4μs)

Max:100 μA(100ns)

Figure 1: Research theme and operation time of KURRILINAC.

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3.1.3 結果

3.

改造

3.1

サイラトロンドライバー

3.1.1 背景
一昨年の故障対応 [1]に引き続いて、サイラトロンドライバーの出力パルスの振動による異常高電圧発生の対応を実施した。前回の対策は、出力パルスの矩形を維持しながらのものであったが、サイラトロンの駆動条件と比較すると、パルス幅最低 2μsec・
パルス電圧最低 1 kV に対して、ドライバー出力パルスはパルス幅 2.5μsec・パルス電圧 2.4 kV であり、幾分か余裕のある状態であった。このため、波形に多少のサグが発生しても振動を軽減することにした。

改造前と比較すると出力モニター波形は、やはり20％程度のサグが表れる波形となった(Figure 3 (a))。
なお、モニター波形のパルス立下り直後の振動はサイラトロン点弧時のノイズである。
サグの代償として、出力パルスの終わりの振動はシミュレーション上では従来の 900V 強から 800V強と 100V 程度減少し、故障確率は下がったと推定される。なお、現在まで不具合は発生しておらず、順調に使用できている。

3.1.2 改造
本来、サグ対策であったパルス生成部の充電コンデンサ（フィルムコンデンサ・10μF・2 直列・耐圧2kV）の容量を小さくすることにした。当然サグは(b) Simulation of Output(a) Monitor Output
発生するが、上記の通り多少のサグの発生は問題ないと判断して実施した。交換したコンデンサは日本
Figure 3: Waveform of thyratron driver.
ケミコン製のメタライズドポリプロピレンフィルムコンデンサ HACD シリーズである（0.016μF・2 並 3.2 サイラトロンショット数カウンタ追加
列・耐圧 2kV）。ストレーインダクタンスが小さいため、振動の原因になりにくいと考えた。また、こ 3.2.1 目的
サイラトロンは消耗品であるため、寿命による交のメタライズドコンデンサの故障時にはオープンになりやすいため、過電流が起こりにくいと推定され 換は避けられない。その寿命予測は他施設においてる。また、高圧直流電源部のコンデンサも充電部と 行われている [2, 3] が、運転時間によるものである。
同じタイプのフィルムコンデンサを使用していたた 京大炉ライナックでも運転時間の記録は行っている
め、こちらも日本ケミコン製の物に交換した。更に、 が、モデュレータの繰り返し数を頻繁に変更するた
充電抵抗器の発熱を抑える目的で、充電抵抗器を め、サイラトロンのショット数による比較ができな
100Ω3 直列(300Ω)から 100Ωと 500Ω・1000Ω並列 かった。このため、ショット数カウンタを取り付け2 組の直列(770Ω)と増やした(Figure 2 (a, b))。回路図 ることにした。
上の青丸が今回の改造箇所である(Figure 2 (c))。
3.2.2 設置(a) Before(b) After(c) Part of Circuit Diagram

サイラトロンのショット数カウントには、初めは現場のサイラトロンの G2 波形を使用していたが、制御室でカウント数を記録するために、制御室に取り込んであるクライストロンの高圧波形を用いた。
この波形はパルス電圧－30 V 程度・パルス幅約 8μsec である。比較 IC には LM311 を使用し、カウンタ IC には MC41518 を 2 個と OMRON 製の 8 桁カウンタを使用した。8 桁カウンタのみの記録では、繰り返しの多い運転では数百時間でオーバーフローするため、2 桁追加して 10 桁のカウンタとした(Figure4)。

(a) Part of Circuit Diagram(b) 10-digit Counter

Figure 4: Counter of thyratron shot.

Figure 2: Thyratron driver.

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3.2.3 結果

参考文献

2014 年 7 月 8 日～9 月 8 日(7 月 11 日を除く)のカウントは No.1 サイラトロンで 52,791,332 回、No.2サイラトロンで 52,791,329 回であって、ほぼ同じカウントであった。
また、2014 年 9 月 17 日～2015 年 4 月 16 日のカウントは No.1 サイラトロンで 394,689,933 回、No.2サイラトロンで 383,240,907 回であった。No.2 のカウントが少ない理由は、低エネルギー運転時に No.2サイラトロンを点弧させないためである。
2014 年 7 月 8 日～2015 年 7 月 24 日の約 1 年間のカウントは No.1 サイラトロンが 579,058,391 回、No.2 サイラトロンが 560,036,781 回である。このカウントをモデュレータの高圧 ON 時間で除した平均
繰り返し数は No.1 が 71.3 回/sec、No.2 が 78.7 回/secであった。
今後もこの計測を継続し、保守の参考にする。

[1] N. Abe, et al., “京大炉中性子発生装置 （電子ライナック）の現状”，Proceedings of the 11th annual meeting ofparticle accelerator society of Japan, Aomori, Aug. 9- 11,2014.
[2] 明本光生, “サイラトロンスイッチを使用した大電力パルス電源の現状”, J.Particle Accelerator Society of Japan,
Vol.7, No.1, 2010 (15-24).
[3] T. Togashi, et al., “J-PARC 3GeV RCS キッカー電磁石電源のサイラトロン運転維持管理”，Proceedings of the
9th annual meeting of particle accelerator society of Japan,
Toyonaka, Aug. 8- 11, 2012.

3.3 安全対策
3.3.1 感電対策
No.2 モデュレータのクライストロンタンクに、高電圧と直接接触可能になっている部分があり、より安全を期するためにカバーを取り付けた(Figure 5)。

(a) Before(b) After

Figure 5: Measure of high voltage (No.2 modulator).

3.3.2 耐震対応
地震による影響を極力抑えるために加速管まわりの物品に耐震対策を行った。
No.2 Waterload にベローズを追加する作業を 2012
年に実施していたが、それに加えて架台の補強を行った。また、No.1、No.2 両加速管の可動部に脱線防止の壁を追加した(Figure 6)。

(a) No.2 waterload(b) Accelerator tube

Figure 6: Measure of earthquake-proof.

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