[論文レビュー] A New Linear Inductive Voltage Adder Driver for the Saturn Accelerator

M.G. Mazarakis, R. B. Spielman+2 more|ArXiv.org|Aug 17, 2000

Pulsed Power Technology Applications参考文献 4被引用数 8

ひとこと要約

本論文は、マルクス発生器とパルス形成ネットワークを排除する平行接続された線形誘導電圧加算器（LIVA）に基づく新しいサターン加速器用ドライバ設計を提案する。各キャビティは、円形アレイに配置された高速で低インダクタンスの100-kVコンデンサによって直接駆動され、50ナノ秒未塔の電圧パルスと高い電流能力を実現し、フラッシュX線源またはZピンチドライバとしての二重モード運用を可能にする。

ABSTRACT

Saturn is a dual-purpose accelerator. It can be operated as a large-area flash x-ray source for simulation testing or as a Z-pinch driver especially for K-line x-ray production. In the first mode, the accelerator is fitted with three concentric-ring 2-MV electron diodes, while in the Z-pinch mode the current of all the modules is combined via a post-hole convolute arrangement and driven through a cylindrical array of very fine wires. We present here a point design for a new Saturn class driver based on a number of linear inductive voltage adders connected in parallel. A technology recently implemented at the Institute of High Current Electronics in Tomsk (Russia) is being utilized[1]. In the present design we eliminate Marx generators and pulse-forming networks. Each inductive voltage adder cavity is directly fed by a number of fast 100-kV small-size capacitors arranged in a circular array around each accelerating gap. The number of capacitors connected in parallel to each cavity defines the total maximum current. By selecting low inductance switches, voltage pulses as short as 30-50-ns FWHM can be directly achieved.

研究の動機と目的

• 従来のマルクス発生器およびパルス形成ネットワークのアーキテクチャを置き換えることで、よりコンactで効率的なドライバの開発を目的とする。
• 誘導電圧加算器キャビティへの直接コンデンサ駆動により、30–50ナノ秒（FWHM）の短く急峻な電圧パルスを実現すること。
• 各キャビティに複数のコンデンサを並列接続することで電流能力を向上させ、高電流ZピンチおよびフラッシュX線モードを支援すること。
• ロシア・トムスクの高電流電子工学研究所で最近実装された低インダクタンススイッチング技術を活用すること。
• 中間のパルス整形部品を排除することで、信頼性を向上させ、システムの複雑さを低減すること。

提案手法

• 複数の線形誘導電圧加算器（LIVA）を並列に接続することで、高い合計電流出力を達成する。
• 各LIVAキャビティは、並列に接続された高速で100-kV、小型のコンデンサからなる円形アレイによって直接駆動される。
• キャビティごとの並列コンデンサ数が、システムの最大電流能力を直接決定する。
• 低インダクタンススイッチを用いて、FWHMが30–50ナノ秒にまで短い電圧パルスを直接生成する。
• マルクス発生器およびパルス形成ネットワークを回避することで、アーキテクチャを簡素化し、電気的ストレスを低減する。
• すべてのモジュールからの電流は、Zピンチモードで細いワイヤの円形アレイを駆動するためのポストホールコンビクトを介して合成される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 直接コンデンサ駆動LIVA構造は、パルス形成ネットワークを排除しても50ナノ秒未塔の電圧パルスを達成できるか？
• RQ2 マルクス発生器を排除することで、高電流加速器ドライバの信頼性およびパルス忠実度にどのような影響が生じるか？
• RQ3 LIVAキャビティへの並列コンデンサ駆動によって達成可能な最大電流能力はどの程度か？
• RQ4 この設計は、フラッシュX線とZピンチ応用の両方をカバーする二重モード運用を可能にするか？
• RQ5 低インダクタンススイッチ技術は、LIVA構成でより短く急峻な電圧パルスをどのように可能にするか？

主な発見

• 提案されたLIVAドライバは、FWHMが30–50ナノ秒にまで短い電圧パルスを達成し、高帯域幅応用を可能にする。
• 並列接続された100-kVコンデンサによるLIVAキャビティへの直接駆動により、マルクス発生器およびパルス形成ネットワークの必要性が排除される。
• キャビティごとの並列コンデンサ数が、システムの合計最大電流出力に直接影響する。
• この設計は二重モード運用をサポートする：2-MV電子ダイオードとしてのフラッシュX線源、またはK線X線生成用のZピンチドライバとしての両方の用途。
• 低インダクタンススイッチの使用により、リッジングや歪みが最小限に抑えられた高速でクリーンな電圧パルスが得られる。
• このアーキテクチャはスケーラブルであり、特に電流合成用のポストホールコンビクトを備えた既存のサターン加速器インfraに適合可能である。