Pulse power supply using avalanche semiconductor

• Project/Area Number: 21K12527
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 80040:Quantum beam science-related
• Research Institution: High Energy Accelerator Research Organization
• Principal Investigator: 内藤 孝 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, その他部局等, シニアフェロー (90391713)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2025: ¥260,000 (Direct Cost: ¥200,000、Indirect Cost: ¥60,000); Fiscal Year 2024: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000); Fiscal Year 2023: ¥260,000 (Direct Cost: ¥200,000、Indirect Cost: ¥60,000); Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: アバランシェ / サイリスタ〜 / キッカー電源 / Avalanche / kicker / pulse power supply

Outline of Research at the Start

本研究は、Avalanche半導体を使った高電圧大電流パルス源の開発であり、加速器のキッカーマグネットの性能向上に資することを目標としている。半導体を使った高電圧大電流パルス源の開発は加速器のみならず、今までスパークギャップや水銀リレーなどが使われていた分野にも応用することが可能であり、多くの応用が期待される。

Outline of Annual Research Achievements

Avalanche半導体(Avalanche mode thyristor:AMTと略す)を使った高電圧大電流パルス源の開発のために、本年度は試験回路を試作しほぼ予定の特性を得た。　具体的にはAMT11段、20kV印加時12.5Ω負荷に対してパルス幅500ns, 5kV, 0.4kAのパルス出力を得た。今後、AMTの段数を増やし、1.2kA以上のパルス出力を目指す。
また、加速器のパルス電源として使用する場合パルス電圧を可変にする必要があるが、AMTの基本回路では印加電圧を設計値近辺で使用しなければならない。印加電圧の使用範囲を広げる回路を開発し、これを特許出願の準備を進めている。また、学会に発表する予定である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

パルス電源は電圧がまだ十分ではないが、今後、電圧を上げる努力をすることによって加速器実験に使える見通しがついた。

Strategy for Future Research Activity

1)まずはAMTを使ったパルス電源を加速器のキッカー電源に使用出来るものを開発する。
2)キッカー電源として使用する場合、負荷であるマグネットと一体的に設計を行う必要があるが正極性パルスを使用するのが一般的である。現在開発しているパルス電源は負極性パルスを生成するもので、パルスの極性反転にはマグネットの接続も含めて幾つかの方法がある。それぞれにメリットデメリットがあるが、パルス生成時に正極性のパルスを生成出来れば構成は最もシンプルになる。そのために正極性パルス電源を試作する予定である。AMTは原理的には正極の電圧でも負極の電圧でも同様にスイッチするはずであり、回路技術としても興味のある試験となる予定である。