[論文レビュー] Inductive-Adder Kicker Modulator for Darht-2

E.G. Cook, B.S. Lee+5 more|ArXiv.org|Aug 19, 2000

Particle accelerators and beam dynamics参考文献 2被引用数 9

ひとこと要約

本論文では、DARHT-2施設向けに、スタックされたMOSFETスイッチドモジュールを用いた、全固体型の誘導加算器キッカー・モジュレータを提案する。このモジュレータは、高速で敏捷なパルスを高繰り返し周波数で供給する。100ナノ秒未塔の立ち上がり・立ち下がり時間を達成し、50オームのケーブルを20 kVまで駆動可能であり、正負の極性を両方サポートする。実機のETA II加速器および抵抗性負荷を用いた試験により検証された。

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.

研究の動機と目的

• DARHT-2放射線撮影施設向けに、高繰り返し周波数で高速スイッチングが可能なキッカー・モジュレータの開発。
• 固体素子スイッチングを用いて、ヒドロダイナミクス試験に適した正確で敏捷なパルス制御を実現。
• 正確なビームキックを実現するため、最小限のジッタで高速な立ち上がり・立ち下がり時間を達成。
• 50オームの送信線路と互換性があり、モジュラーかつスケーラブルなシステムの設計。
• 実加速器部品および抵抗性ダミー負荷の両方で性能を検証。

提案手法

• 誘導加算器トポロジーにより、複数の固体素子モジュールをスタックして、各セクションの電圧を加算。
• 各モジュールは、エネルギーをその固有の誘導セクションに供給するため、MOSFETの並列アレイを用いる。
• 出力パルスを整形するために、パルス形成ネットワーク（PFN）構成を採用。
• 高パルス繰り返し周波数でのバーストモード動作をサポート。
• 出力極性はスイッチング構成により制御可能で、正負の両方の出力を可能にする。
• 試験的検証は、ETA II加速器のキッカーおよび抵抗性ダミー負荷を対象として実施。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 全固体型誘導加算器モジュレータは、高精度なビームキックを実現するため、100ナノ秒未塔の立ち上がり・立ち下がり時間を達成できるか？
• RQ2 高繰り返し周波数のバーストモード動作下でのモジュレータの性能はいかがなものか？
• RQ3 50オームの送信線路上で、20 kVまでの安定的かつ調整可能なパルスを供給できるか？
• RQ4 実加速器部品と抵抗性負荷の両方でテストした際のモジュレータの性能は？
• RQ5 正極性または負極性動作に容易に再設定可能か？

主な発見

• 100ナノ秒未塔の立ち上がり・立ち下がり時間を達成し、高速スイッチング能力を実証。
• パルス幅の敏捷性が成功裏に実証され、柔軟なパルス形状が可能となった。
• バーストモードでの高パルス繰り返し周波数動作が実現され、動的試験に適した。
• 50オームのケーブルを介して最大20 kVの安定出力が達成された。
• 正極性および負極性動作の両方が試験により確認された。
• ETA II加速器キッカーおよび抵抗性ダミー負荷からの試験データにより、システムの性能と信頼性が検証された。