| 研究課題/領域番号 |
21K12527
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分80040:量子ビーム科学関連
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| 研究機関 | 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構 |
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研究代表者 |
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, 加速器研究施設, 研究員 (90391713)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2025年度: 260千円 (直接経費: 200千円、間接経費: 60千円)
2024年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2023年度: 260千円 (直接経費: 200千円、間接経費: 60千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
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| キーワード | Avalanche / 半導体 / キッカー / アバランシェ / サイリスタ〜 / キッカー電源 / kicker / pulse power supply |
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| 研究開始時の研究の概要 |
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。
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| 研究実績の概要 |
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として、
１）昨年度、特許申請を行い特願2022-117311として申請した。この特許に関連して、トリガー回路を工夫した回路を試作して実証を行った。具体的にはAMT6段、ドライブ用に通常ゲートトリガーThyristor10段、合計16段構成の回路を試作した。最大25kVまで運転可能であり、試験では20kV印加時10Ω負荷に対してパルス幅500ns, 0.8kAのパルス出力を得ている。
２）保護回路の開発：印加電圧が大きくなるに従って、パルス電流も大きくなるがAMTは何らかの原因で故障する可能性がある。大電流によって故障した場合AMTがショート状態となり、AMTは１個がショート状態になると多段接続されている他のAMTに故障したAMTが担っていた電圧が加わるため他のAMTにも故障の可能性が増し、結果的に複数のAMTの故障を招くことになりかねない。この問題に対して故障を検出した段階でスイッチ回路を停止する保護回路の開発した。
今後、保護回路の効果を確認した上でさらに印加電圧を上げパルス電流の増加を試みる予定である。問題がなければAMTの段数を増やし、さらに高電圧、大電流のスイッチを行いその特性を評価する予定である。半導体は発熱の問題もありパルス動作での限界を評価することも重要な項目である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
特許申請した方式を実験である程度確認することで、今後の実用化を見据えた開発を目指すことが出来るようになった。
保護回路の開発によって、AMTの故障をある程度回避する見通しがつき、試作段階から長期寿命の評価も視野に入れた開発が可能となった。
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| 今後の研究の推進方策 |
1)この半導体スイッチ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し、高エネルギー加速器研究機構キッカー開発電源に実際に組み込み試験を行う。
2)この半導体スイッチを大電流で使用した場合の寿命は重要な項目である。通常、半導体の寿命は半永久的であるが大電流で高速のパルスを通過させた場合、サイラトロン放電管と同等以上の寿命を持つのかを評価する。
3)キッカー電源として使用に問題がないことが確認出来れば、実際の加速器でサイラトロン放電管を半導体スイッチに置き換え、ビーム運転により評価を行う。
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