JPH01283743A - イオン源用加速電源 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はイオン源用加速電源に係り、特に、核融合装置
やイオン打込装置に用いるイオン源の加速電源として用
いるに好適なイオン源用加速電源に関する。

〔従来の技術〕

従来のイオン源用加速電源としては、第２図〜第４図に
示されるものが知られている。各電源は商用電源からの
交流電力を１００ｋＶの直流電力に変換する整流器３０
、整流器３０の出力を平滑するコンデンサＣ，整流器３
０の出力を端Ｔ工を介して加速電極へ供給する真空管３
４を有し、整流器３０の両端に抵抗３１とクローバ−ス
イッチ３２が直列になって接続されていると共に、接地
器３３が接続されている。第２図に示す電源は端子Ｔ、
と端子Ｔ、との間に分圧抵抗３５．３６−１・・・・・
・３６−ｎ、分圧抵抗切換器３７−１・・・・・・３７
−ｎが設けられており、分圧抵抗切換器によって選択さ
れた分圧抵抗と分圧抵抗３５とによって分圧された電圧
が端子Ｔ２を介して他の加速電極に印加されるようにな
っている。

第３図に示される電源の場合には、端子Ｔ□と端子Ｔ、
との間に分圧抵抗３５Ａ、３５Ｂと真空管３４Ａ、３４
Ｂが挿入されており、真空管３４Ａ、３４Ｂによって制
御された電圧が端子Ｔ２を介して他の加速電極に印加さ
れるようになっている。また第４図に示される加速電源
の場合には、端子Ｔユと端子Ｔ、との間に分圧抵抗３５
−１・・・・・・３５−ｎ、３５Ｃと半導体スイッチ３
８−１・・・・・・３８−ｎが挿入されており、半導体
スイッチ３８−１〜３８−ｎの制御による電圧が端子′
ｒ２を介して他の加速電極に印加されるようになってい
る。

前記各電源においては、イオン源の各加速電極に高電圧
を印加し、イオン源から生成されたイオンをイオン源か
ら引き出し、各加速電極によってイオンを加速して高速
イオンビームを得るように構成されている。各電源によ
ってイオン源を運転する場合、電極間には高電圧が印加
されているため、ｆ［！極間で短絡することが頻繁に生
じる。そこで、この電極間短絡により電極が破壊される
のを防止するために、電極間短絡が発生したときには、
真空管３４を制御して加速電源と各加速電極とを分離し
、電極間短絡が回復した後に再び真空管３４を制御して
速やかに加速’ｖｉ’ｔｔＡからの直流電力を各加速電
極へ印加することが行なわれている。さらに、各加速電
極には一定電圧を印加することが必要とされているため
、真空管３４は高電圧一定利得と高速遮断、高速再接続
機能が不可欠とされている。なお、電極間短絡時には、
クローバスイッチ３２をオンにして整流器３０の出力を
抵抗３１とクローバスイッチ３２によって短絡する制御
がおこなわれるようになっている。また運転休止中は接
地器３３をオンにし、コンデンサＣに充電された電荷を
放電することがおこなわれている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術においては、複数の加速電極に電圧を印加
するために、真空管３４の出力である主出力電圧を分圧
する方式が採用されており、主出力電圧を分圧する方式
として、第２図〜第４図に示される電源が採用されてい
るが、各電源は以下に示すような欠点を有している。

（１）抵抗による分圧方式 （１）抵抗に電流を流すため、分圧抵抗の消費電力が非
常に大きくなり、装置が大型化する。

（ｎ）分圧抵抗に流れる電流の大部分が損失になるため
、主回路の容量が大きくなる。

（ＩＩＩ）分抵抗を冷却するために大容量の高純度（高
抵抗）の純水冷却装置が必要である。

（ＩＶ）　ｉ転中に各段の出力電圧比を制御することが
できない。

（２）真空管による分圧方式 （１）高電圧が印加された状態で大容量の真空管制御が
必要である。

（Ｉｆ）上記真空管の冷却用純水冷却装置が必要である
。

（３）半導体素子および抵抗を用いた分圧方式（１）抵
抗による分圧方式の（１）〜（ｍ）で示したと同様な問
題がある。

各分圧方式による欠点をまとめると、以下のようになる
６ （Ｉ）分圧器部分での損失が大きい。

（ＩＩ）大容量の高純度純水冷却装置などの付帯設備が
必要である。

（ｍ）装置が大型化する。

このように、従来の分圧方式では、上記に示すような欠
点を有するため５加速電源の出力電圧を５００ｋＶ〜Ｉ
ＭＶに高圧化することが困難となる。

さらに、従来の各方式においては、整流器３０の出力に
分圧用のコンデンサＣが挿入されて−るため、電極短絡
時には真空管３４を即座にオフにしてコンデンサＣの充
電電荷がイオン源に流れ込むのを防止しているが、コン
デンサＣのサージ電圧により、真空管３４を制御するた
めの制御系が誤動作することがある。しかも真空管３４
には高電圧が印加されているため、真空管３４を制御す
るにも真空管３４に高電圧の制御信号を印加しなければ
ならず、真空管３４を制御するための装置を高電圧化し
なければならない。すなわち、真空管３４を制御するに
も、高電圧にフローティングされた電位で制御しなけれ
ばならない。

本発明の目的は、加速電極に印加される電圧よりも低い
電圧で、加速電極に印加すべき電圧を制御することがで
きるイオン源用加速電源を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を達成するために、本発明は、交流電力を直流
電力に変換するコンバータと、コンバータ出力の直流電
力を前記コンバータの交流電力の周波数よりも高周波の
交流電力に変換する高周波インバータと、高周波インバ
ータの出力電圧を昇圧する高周波変圧器と、高周波変圧
器出力の交流電力を高電圧の直流電力に変換する高周波
コンバータとを含む高圧直流電源を複数段有し、各段の
高圧直流電源をそれぞれイオン源の各加速電極の入力容
量に対応した出力容量のもので構成し、各段の高圧直流
電源をそれぞれ直列に接続すると共に、各段の高圧直流
電源の出力をそれぞれイオン源の各加速電極に接続して
なるイオン源用加速電源を構成したものである。またさ
らに、各段の高周波変圧器のうち少なくとも入力電圧と
出力電圧との電圧差の大きい変圧器を絶林変圧器で構成
してなるイオン源用加速電源を構成したものである。

〔作用〕

各加速電極には各段の高圧直流電源からの電圧が印加さ
れる。各段の電源はコンバータおよび高周波インバータ
を制御することにより出力電圧を調整することが可能で
ある。すなわち低電圧によって各段の出力電圧を制御す
ることが可能である。

さらに高周波の交流電力が高周波コンバータによって直
流電力に変換されるため、各段の電源の出力に平滑用コ
ンデンサを接続しなくても平滑化された直流電圧を各加
速電極へ印加することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図に基づいて説明する。

第１図において、主直流電源１、軸直流電源２Ａ、２Ｂ
はそれぞれコンバータ１０，２ＯＡ、２０Ｂ、高周波イ
ンバータ１１．２１Ａ、２１Ｂ。

高周波変圧器１２．２２Ａ、２２Ｂ、高周波インバータ
１３．２３Ａ、２３Ｂから構成されており、コンバータ
１０，２ＯＡ、２０Ｂがそれぞれ商用電源に接続され、
高周波コンバータ１３，２３Ａ。

２３Ｂがそれぞれ直列接続されてイオン源の加速電極に
接続されている。すなわち、高出力電圧のイオン源から
負イオンを引出すために、高周波コンバータ１３の子端
子が端子Ｔ４を介して接地され、一端子が端子Ｔ０を介
して高電圧の加速電極に接続されている。高周波コンバ
ータ２３Ａは一端子が端子ＴＩに接地され、子端子が端
子Ｔ２を介して２段目の加速電極に接続されている。高
周波コンバータ２３Ｂは一端子が高周波コンバータ２３
Ａの子端子に接続され、子端子が端子Ｔ、を介して３段
目の加速電極に接続されている。

コンバータ１０，２ＯＡ、２０Ｂは商用電源からの交流
電力を直流電力に変換し、変換した出力電力を各高周波
インバータ１１．２１Ａ、２１Ｂへ供給するようになっ
ている。高周波インバータ１１．２１Ａ、２１Ｂは入力
した直流電力を商用電源の周波数よりも高周波の交流電
力に変換し、変換した出力電力を高周波変圧器１２．２
２Ａ。

２２Ｂへ供給するようになっている。高周波変圧器１２
，２２Ａ、２２Ｂは１次側に入力された交流電圧を２次
側から高電圧の交流電圧に昇圧し、昇圧した交流電圧を
高周波コンバータ１３．２３Ａ、２３Ｂへ供給するよう
になっている。高周波コンバータ１３，２３Ａ、２３Ｂ
は入力した交流電圧を高電圧の直流電圧に変換するよう
に構成されている。例えば、イオン源の１段目の加速電
極として５００ｋＶの電圧を必要とするときには、高周
波コンバータ１３から５００ｋＶの電圧が出力されるよ
うになっている。また高周波コンバータ２３Ａ、２３Ｂ
は各加速電極の入力容量に対応した出力容量のもので構
成されている。すなわち高周波コンバータ２３Ａ、２３
Ｂの制御によって各加速電極に印加すべき電圧が供給さ
れるようになっている。

各段の直流電源から出力される直流電圧はコンバータ１
０，２ＯＡ、２０Ｂ、高周波インバータ１１．２１Ａ、
２１Ｂの制御信号を調整することにより任意な値をする
ことができる。すなわち、各加速電極に印加すべき電圧
よりも低い電圧の制御信号で各段の直流電源の出力を制
御することができる。このため各コンバータ１０，２Ｏ
Ａ、２０Ｂ、高周波インバータ１１，１３．２１Ａ、２
１　Ｂ　、　２３　Ａ、　２３　Ｂ　ヲｉｉｌ１ｍｔル
ニモ、各制御４３号を高電圧化する必要はなく、出力電
圧の調整を容易におこなうこ−とが可能となる。さらに
高周波インバータ１１．２１Ａ、２１Ｂの出力信号の周
波数を、例えばｌ　Ｏｋ　ＩＩ　ｚの周波数の信号とす
ることにより高周波コンバータ１３，２３Ａ、２３Ｂの
出力に平滑用コンデンサを接続しなくても、各高周波コ
ンバータから平滑化された直流電圧を出力することがで
きる。このため、平滑用コンデンサのチャージ電圧によ
って制御系が誤動作するのを防止することができる。さ
らに高周波の交流電力を直流電力に変換しているため、
高周波コンバータ１３の出力側に真空管を挿入しなくて
も。

電極短絡時には各段の直流電源の立ち上げ、立ち下げを
、迅速におこなうことが可能となる。

また、高周波変圧器１２．２２Ａ、２２Ｂのうち高周波
変圧器２２Ａ、２２Ｂを絶縁変圧器で構成すれば、１次
側と２次側の電圧差が大きくても変圧器２２Ａ、２２Ｂ
が絶縁破壊に至ることはない。

本実施例においては、各段の直流電源として各加速電極
の入力容量に対応した出力容量のもので構成すればよい
ので、電源全体の容量を従来のものよりも大幅に低減す
ることが可能となる。さらに各コンバータ、インバータ
をアース電位を基準として制御することができるため、
電極短絡時の制御および出力電圧調整のための制御が容
易になる。さらに高純度の純水冷却設備などの付帯設備
が不要となるので、装置全体を小型化することができる
。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、複数の加速電極
に対してそれぞれ直流電源を設け、各直流電源を、加速
電極に印加すべき電圧よりも低い電圧で制御するように
したため、電源全体の損失が大幅に低減され、電源容量
の低減に寄与することができるとともに、付帯設備が不
要となるため。

装置の小型化に寄与することもできる。さらに高周波変
圧器を絶縁変圧器で構成することにより高周波化によっ
ても高周波変圧器が絶縁破壊するのを防止することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図〜第４
図はそれぞれ従来例の構成図である。 １・・・主直流電源、２Ａ、２Ｂ・・・従直流電源、１
０．２０Ａ、２０Ｂ・・・コンバータ、１１．２１Ａ、
２１Ｂ・・・高周波インバータ。 １２．２２Ａ、２２Ｂ・・・高周波変圧器。 １３．２３Ａ、２３Ｂ・・・高周波コンバータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、交流電力を直流電力に変換するコンバータと、コン
   バータ出力の直流電力を前記コンバータの交流電力の周
   波数よりも高周波の交流電力に変換する高周波インバー
   タと、高周波インバータの出力電圧を昇圧する高周波変
   圧器と、高周波変圧器出力の交流電力を高電圧の直流電
   力に変換する高周波コンバータを含む高圧直流電源を複
   数段有し、各段の高圧直流電源をそれぞれイオン源の各
   加速電極の入力容量に対応した出力容量のもので構成し
   、各段の高圧直流電源をそれぞれ直列に接続すると共に
   、各段の高圧直流電源の出力をそれぞれイオン源の各加
   速電極に接続してなるイオン源用加速電源。 ２、各段の高周波変圧器のうち少なくとも入力電圧と出
   力電圧との電圧差の大きい変圧器を絶縁変圧器で構成し
   てなる請求項１記載のイオン源用加速電源。