JPH03185914A - パルス発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、粒子加速器や高周波パルス発生器等の電源と
して用いられ、高速の立上りを有し、波頭値の変動の少
ない矩形波パルスを発生することのできるパルス発生装
置に関するものである。

（従来の技術） 従来、矩形波パルスを発生する方法としては、第３図に
示した様なコイルとコンデンサをはしご形に接続したパ
ルス成形回路（ＰＦＮ）が主に用いられてきた。また、
近年、自由電子レーザに用いる粒子加速電源や高周波に
よる粒子加速装置においては、質の良い粒子ビームを得
るため、波高値の変動が１％程度であることが要求され
てきており、矩形波パルスの質の向−にが要求されるよ
うになった。しかし、第３図に示した様なパルス成形回
路では、負荷６の値の時間的な変動や、高電圧パルスト
ランス４、他の特性及び高電圧部の浮遊容量や浮遊イン
ダクタンスにより、波高値の変動を少なくすることは、
必ずしも容易ではない。

そこで、この様なパルス成形回路においては、第３図に
示した様に、コイル１を可変とすることでコイルのイン
ダクタンスの値を微調整し、波高値の変動を少なくして
、高品質な矩形波を得ることが試みられている。

ところが、最近、粒子ビームの加速電圧が増々高くなり
、それに伴い、パルス電源も高電圧化し、加速部には大
きな電圧（例えば、５００　ｋ　ｖ以上）が印加される
ようになった。そのため、パルス発生装置のパルス成形
部においても高電圧化が必要となっている。また、この
様な状況においては、パルス成形部の絶縁破壊を防止す
る必要もある。

第３図に示した様なパルス成形回路では、前述した様に
、パルス波形の微調整のためにコイル１−を常に調整す
る必要があるため、一般に空気絶縁方式が採用されてい
る。しかし、この空気絶縁方式では、２００　ｋ　ｖ程
度までしか適用できないため、高電圧化に限界があった
。

そこで、」二記の様なパルス成形回路に代わって、高電
圧化が可能で、しかも急峻なパルス波形と波高値の変動
の少ない矩形波パルスを発生することのできる分布定数
線路が用いられるようになった。

この分布定数線路は第４図に示した様に構成されている
。即ち、接地金属容器７内に中心導体９と中間導体８が
同軸状に配設されて分布定数線路が形成されている。こ
の線路の一端には、高電圧パルスを供給するためのパル
ストランス３とスイッチ５が配設され、他端においては
、負荷１０が中心導体９に接続され、ま゛た、パルス波
形調整用のコンデンサｌｉａが中心導体９と中間導体８
の間に、さらに、コンデンサ１１−ｂが中間導体８と接
地金属容器７間に配設されている。また、これらの周囲
には、絶縁耐力を向」ニさせるために絶縁油１２が充填
されている。この様な分布定数線路は、前述した空気絶
縁方式に比べて５〜１０倍の絶縁強度が得られるため、
高電圧化が可能となる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、ト述した分布定数線路には、以下に述べ
る様な解決すべき課題があった。即ち、パルス波形調整
用に配設したコンデンサ１１ａ。

１１ｂは、負荷１０の値が時間的に変化することや、そ
の設置状態に起因して負荷の値が異なることに対応でき
るように設けたものである。つまり、負荷の値が時間的
に変化すると、印加されるパルス電圧波形もその都度異
なったものとなるが、この様な負荷の変化に対応して、
コンデンサ１１ａ。

１１ｂの静電容量を直ちに変化させることにより、パル
ス電圧を一定に維持できるようにしたものである。

しかし、コンデンサｌｌａ、ｌｌｂは密閉された金属容
器７内に設置されているため、微調整の必要が生じた場
合には、その都度、金属容器７を分解し、調整が終了し
た後、再び金属容器を組立て、内部に絶縁油等を充填す
る必要がある。また、コンデンサｌｌａ、ｌｌｂとして
は、１００〜２００Ｔ）ｆ、５００ｋｖ以」二の副電圧
が要求されるが、これを可能にするためにはコンデンサ
をセラミックコンデンサで構成することが考えられる。

しかし、セラミックコンデンサで所望の絶縁レベルのコ
ンデンサを構成しようとすると、コンデンサが大型とな
り、また高価格なものとなるといった欠点があった。

本発明は、上記の様な問題点を解決するためになされた
ものであり、その目的は、極めて急峻な立−ヒリを有し
、波高値の変動の少ない、高電圧の矩形波パルスを発生
ずることのできるパルス発生装置を提供することにある
。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、接地金属容器内に導体を同軸状に配設すると
共に、容器内部に絶縁媒体を充填して分布定数線路を形
成し、この分布定数線路の一端にスイッチ素子を接続し
て戊るパルス発生装置において、前記分布定数線路の端
部に、分布定数線路を形成する導体間に挿入配置される
誘電体を設け、この誘電体を導体の長平方向に移動可能
に構成したことを特徴とするものである。

（作用） 以」二の構成を有する本発明のパルス発生装置は、分布
定数線路を形成する導体間に移動可能に挿入された誘電
体を、パルス電圧波形調整用のコンデンサとし、負荷の
変動に対応して、誘電体を導体の長手方向に移動させ、
誘電体の分布定数線路への挿入割合を調整することによ
り、各導体間の静電容量を変化させることができる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を第１図及び第２図に基づいて
具体的に説明する。なお、第４図に示した従来型と同一
の部祠には同一の符号をイ′Ｎｊシて、説明は省略する
。

本実施例においては、第１図及び第２図に示した様に、
接地金属管路２０内に中心導体９及び中間導体８が同軸
状に配設され、中心導体９の一端に負荷１０が接続され
ている。この負荷１０は金属タンク２１内に設置され、
前記接地金属管路２０と金属タンク２１とはフランジ部
２２によって連結されている。また、接地金属管路２０
と金属タンク２１内には絶縁油１２が充填されている。

また、分布定数線路を構成する中心導体つと中間導体８
の間、及び、中間導体８と接地金属管路２０の間には、
それぞれ誘電体２３ａ、２３ｂが配設され、コンデンサ
として用いられている。なお、本実施例においては、誘
電体は、第２図に示した様に、中心導体９または中間導
体８の半周にわたって配設されている。また、この誘電
体２３ａ、２３ｂには、中間導体８及び接地金属管路２
０との接合面に複数個の溝２６が形成され、さらに、両
誘電体の一面には軸結合ねじ部２７ａ、２７ｂが設けら
れている。また、前記誘電体２３ａ。

２３ｂは、前記軸結合ねじ部２７ａ、２７ｂに連結され
る駆動力変換装置２４ａ、２４ｂを介して、接地金属管
路２０の外部に設けられた駆動装置２５ａ、２５ｂＣ；
接続されている。そして、この駆動装置２５ａ、２５ｂ
を作動することによって、分布定数線路の長手方向への
誘電体の挿入割合を変化させることができるように構成
されている。

なお、駆動力変換装置２４ａ、２４ｂは、駆動装置２５
ａ、２５ｂの駆動力を、分布定数線路への誘電体の挿入
方向に変換するものである。

この様に構成されたパルス発生装置は、以下に述べる様
に作用する。即ち、分布定数線路に接続された負荷が変
動した場合には、前記駆動装置２５ａ、２５ｂ及び駆動
力変換装置２４　ａ、　　２４　ｂによって誘電体２３
ａ、２３ｂを図中左右方向に移動させ、分布定数線路の
長手方向への誘電体の挿入割合を変化させる。その結果
、中心導体９と中間導体８の間、及び、中間導体８と接
地金属管路２０との間の静電容量を変化させることがで
き、負荷変動によるパルス電圧の変化分を補償すること
ができる。なお、静電容量の変化割合は、誘電体の誘電
率と分布定数線路への挿入割合によって変動する。また
、誘電体２３ａ、２３ｂの分布定数線路への挿入割合を
変化させる操作は、接地金属管路２０の外部に設けられ
た駆動装置２５ａ。

２５ｂによって行えるので、接地金属管路２０を分解す
る必要がなく、非常に容易なものとなる。

この様に、本実施例によれば、接地金属管路の外部に設
けた駆動装置によって、分布定数線路への誘電体の挿入
割合を変化させることにより、各導体間の静電容量を変
化させ、常に急峻で高電圧の矩形波パルスを発生するこ
とができる。その結果、パルス電圧を一定に維持するこ
とが可能となる。また、各導体間の静電容量を変化させ
る手段として誘電体を用いたので、高価なセラミックコ
ンデンサを使用する場合に比べて、コストを大幅に削減
することができる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
く、各導体間に配設される誘電体は、それぞれその全周
に配設しても良い。また、誘電体の種類は特に限定され
ない。さらに、駆動装置は、遠方操作、自動操作が可能
なように構成することもできる。また、分布定数線路は
、第１図に示した様な３重の同軸構造でなくても良く、
同軸に重ねる数は特に限定されない。さらに、分布定数
線路の周囲に充填する絶縁媒体としては、絶縁油以外の
ものでも良い。

［発明の効果］ 以上説明した様に、本発明によれば、分布定数線路の端
部に、分布定数線路を形成する導体間に挿入配置される
誘電体を設け、この誘電体を導体の長平方向に移動可能
に構成することによって、極めて急峻な立上りを有し、
波高値の変動の少ない、高電圧の矩形波パルスを発生す
ることのできるパルス発生装置を提供することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のパルス発生装置の一実施例を示す概略
回路図、第２図は第１図のＡ−Ａ矢視図、第３図は従来
のパルス成形回路の一例を示す概略回路図、第４図は従
来の分布定数線路の一例を示す概略回路図である。 １・・・可変コイル、２・・・コンデンサ、３，４・・
・パルストランス、５．・・・スイッチ、６・・・負荷
、７・・・金属容器、８・・・中間導体、９・・・中心
導体、１０・・・負荷、ｌｌａ、ｌｌｂ・・・コンデン
サ、１２・・・絶縁油、２０・・・接地金属管路、２１
・・・金属タンク、２２・・・フランジ部、２３ａ、２
３ｂ・・・誘電体、２４ａ。 ２４ｂ・・・駆動力変換装置、２５ａ、２５ｂ・・・駆
動装置、２６・・・溝、２７ａ、２７ｂ・・・軸結合ね
じ部。 １

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 接地金属容器内に導体を同軸状に配設すると共に、容器
   内部に絶縁媒体を充填して分布定数線路を形成し、この
   分布定数線路の一端にスイッチ素子を接続して成るパル
   ス発生装置において、前記分布定数線路の端部に、分布
   定数線路を形成する導体間に挿入配置される誘電体を設
   け、この誘電体を前記導体の長手方向に移動可能に構成
   したことを特徴とするパルス発生装置。