[논문 리뷰] Inductive-Adder Kicker Modulator for Darht-2

E.G. Cook, B.S. Lee외 5명|ArXiv.org|2000. 08. 19.

Particle accelerators and beam dynamics참고 문헌 2인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 DARHT-2 시설을 위한 전체 고체 상태 유도형 덧셈 킥퍼 모듈레이터를 제시한다. 이 모듈레이터는 스택된 MOSFET 스위치 모듈을 사용하여 고속이고 민첩한 펄스를 고반복 주기로 제공한다. 하강 및 상승 시간이 100 ns 미만이며, 50-오옴 케이블을 통해 최대 20 kV를 구동하며, 양극성 및 음극성 모두를 지원한다. 실험적으로 ETA II 가속기와 저항성 부하에서 성능 검증을 완료하였다.

ABSTRACT

An all solid-state kicker modulator for the Dual-Axis Radiographic Hydrodynamic Test facility (DARHT-2) has been designed and tested. This kicker modulator uses multiple solid-state modules stacked in an inductive-adder configuration where the energy is switched into each section of the adder by a parallel array of MOSFETs. The modulator features very fast rise and fall times, pulse width agility and a high pulse-repetition rate in burst mode. The modulator can drive a 50* cable with voltages up to 20 kV and can be easily configured for either positive or negative polarity. The presentation will include test data collected from both the ETA II accelerator kicker and resistive dummy loads.

연구 동기 및 목표

• DARHT-2 방사선 촬영 시설을 위한 고반복 주기, 고속 스위칭 킥퍼 모듈레이터 개발.
• 고체 상태 스위칭을 이용한 수소역학적 테스트를 위한 정밀하고 민첩한 펄스 제어 구현.
• 정확한 빔 킥을 위한 최소한의 제트를 갖춘 빠른 상승 및 하강 시간 확보.
• 50-오옴 전송선과 호환되며 확장 가능한 모듈식이고 스케일러블한 시스템 설계.
• 실제 가속기 부품과 저항성 모의 부하에서의 성능 검증.

제안 방법

• 유도형 덧셈 토폴로지로 다수의 고체 상태 모듈을 스택하여 각 구간의 전압을 합산한다.
• 각 모듈은 에너지를 해당 유도성 섹션으로 전달하기 위해 MOSFET의 병렬 어레이를 사용한다.
• 출력 펄스를 형상화하기 위해 펄스 형성 네트워크(PFN) 구성 방식을 채택한다.
• 고펄스 반복 주기의 버스트 모드 작동을 지원한다.
• 전압 극성은 스위칭 구성에 의해 제어되어 양극성 및 음극성 출력 모두 가능하다.
• 테스트 검증은 ETA II 가속기의 킥퍼와 저항성 모의 부하에서 수행되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 전체 고체 상태 유도형 덧셈 모듈레이터가 고정밀 빔 킥을 위해 100 ns 이내의 상승 및 하강 시간을 달성할 수 있는가?
• RQ2 버스트 모드 작동 중 고반복 주기에서 모듈레이터의 성능은 어떠한가?
• RQ3 50-오옴 전송선에서 최대 20 kV까지 안정적이고 조절 가능한 펄스를 제공할 수 있는가?
• RQ4 실제 가속기 부품과 저항성 부하에서 테스트한 경우 모듈레이터의 성능은 어떠한가?
• RQ5 양극성 또는 음극성 작동으로 쉽게 재구성할 수 있는가?

주요 결과

• 모듈레이터는 100 ns 이내의 상승 및 하강 시간을 달성하여 고속 스위칭 능력을 입증하였다.
• 펄스 폭의 민첩성이 성공적으로 입증되어 다양한 펄스 형상 조정이 가능하였다.
• 버스트 모드에서 고반복 주기로 작동하여 동적 테스트에 적합하였다.
• 50-오옴 케이블을 통해 최대 20 kV의 안정된 출력을 제공하였다.
• 양극성 및 음극성 작동 모두 실험을 통해 확인되었다.
• ETA II 가속기 킥퍼와 저항성 모의 부하에서의 테스트 데이터는 시스템 성능과 신뢰성을 검증하였다.