SIサイリスタを用いた高繰り返し高速パルスパワー電源

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13450110
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 堀田 栄喜 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 教授 (70114890)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 渡辺 正人 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 助手 (20251663) ; 沖野 晃俊 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 助教授 (60262276) ; 堀岡 一彦 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 教授 (10126328) ; 高山 健 高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 助教授 (20163321) ; 石井 彰三 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (40016655)
• Keywords: 誘導加速シンクロトロン / 高繰り返し / 半導体スイッチ / スイッチング損失 / 磁性体コア / ヒステリシス

Research Abstract

研究分担者(高山ら)により提案されている誘導加速シンクロトロンは,従来の高周波加速と異なり,荷電粒子ビームの閉じ込めと加速を独立して行うことができる,全く新しい概念の加速器で,これを実現するためには,高繰り返し動作が可能な高速パルスパワー電源を開発する必要がある。本研究は,高速のON-OFF動作が可能な高耐電圧静電誘導(SI)サイリスタを用い,バーストモードでの繰り返し100kpps(連続繰り返し1kpps),パルス幅800ns,立ち上がり・立ち下がり時間100ns,出力電力5kV,出力電圧500Aの高繰り返し高速パルスパワー電源を製作し,誘導加速シンクロトロンを実現するための基礎資料を得ることを目的としている。併せて,誘導加速シンクロトロンを実現するために必要な,磁性体コアのパルス特性についても評価を行う。
本年度の研究により,以下の成果が得られた。
1.SIサイリスタのOFF動作に適した,誘導蓄積型ゲートドライブ回路を設計・製作した。
2.高速動作のPower MOSFETをON素子とし,耐電圧3kVのSIサイリスタをOFF素子とした,誘導蓄積型パルスパワー電源を試作した。これを用い,無負荷ではあるが,加速電圧15V,リセット電圧100V,繰り返し100ppsの動作を確認した。ゲートドライブ回路の電源容量が小さいために高繰り返し動作ができず,またパルスパワー電源の電圧が小さいために出力電圧も小さいが,今後,電源容量および電源電圧を増大させ,高繰り返しかつ高出力電圧での実験を行う予定である。
3.既に製作されているPower MOSFETを用いたパルスパワー電源で,リセット電圧1kV,繰り返し1Mppsの動作を確認した。
4.磁性体コアと材料としてファインメットを用い,損失等のパルス特性を評価した。
5.繰り返し動作においても,磁性体コアが安定したヒステリシスループを描くことを確認した。

Research Products

• [Publications] K.Horikoka, M.Nakajima, M.Watanabe, M.Honda, E.Hotta, M.Shiho, et al.: "Repetitive Induction Module for Ion Acceleration"Proc. 2nd International Conference on Inertial Fusion Science and Applications (in Press). (2001)
• [Publications] M.Watanabe, M.Nakajima, M.Shiho, K.Horioka, J.Kishiro, K.Takayama: "Magnetic Core Characteristics for High Rep-rate Induction Modulator"Reviews of Scientific Instruments. (in Press). (2002)
• [Publications] K.Takayama, J.Kishiro, M.Sakuda, M.Wake: "Superbunch Hadron Colliders"Proceedings of Snowmass 2001. (2001)
• [Publications] J.Kishiro, K.Takayama, E.Nakamura, K.Koseki, K.Horioka, et al.: "Induction Accelerating Devices for the Superbunch VLHC"Proceedings of Snowmass 2001. (2001)
• [Publications] K.Takayama: "The Superbunch VHLC"Proceedings of Snowmass 2001. (2001)
• [Publications] K.Yamashita, M.Watanabe, A.Okino, E.Hotta, N. Shimizu, K. Iida: "High rep-rate inductive-energy-storage pulsed power modulator using high voltage static induction thyristor"Proceedings of Power Modulator Conference. (2002)