JPS6096180A - 波形成形線路 - Google Patents

波形成形線路

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JPS6096180A
JPS6096180A JP20353683A JP20353683A JPS6096180A JP S6096180 A JPS6096180 A JP S6096180A JP 20353683 A JP20353683 A JP 20353683A JP 20353683 A JP20353683 A JP 20353683A JP S6096180 A JPS6096180 A JP S6096180A
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JP
Japan
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line
blumlein
waveform
energy
capacitor
Prior art date
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Pending
Application number
JP20353683A
Other languages
English (en)
Inventor
Norihiko Ninomiya
二宮 紀彦
Toshio Kato
俊夫 加藤
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Nichicon Corp
Original Assignee
Nichicon Capacitor Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPS6096180A publication Critical patent/JPS6096180A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • H03K3/53Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of an energy-accumulating element discharged through the load by a switching device controlled by an external signal and not incorporating positive feedback

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  • Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)

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】 本発明は粒子ビーム発生用などに用いられる高電圧大電
力パルス波形成形線路に関するものである。
一般に波形成形線路は、インピーダンスが数Ω、矩形波
重圧が数MV、そしてパルス幅が数十nsというきわめ
て急峻なパルス波形を発生させるもので、主に軽イオン
ビームや電子ビームの生成に使用されている。
そして通常マルクス回路、などを用いた高電圧発生器に
よシそのエネルギーを純水、油などの誘電体と同軸円筒
または平行平板などで電価を構成されるパルス波形成形
線路に供給し、波形成形を行なった後、ビーム生成用ダ
イオード(以下ダイオードという)へ理想的ン私形波の
大軍カバ)L/7−f伝送してビームを生成させるもの
で、その形状はMV級装置では非常に大形なものとなる
。特に同軸円筒を用いたパルス波形成形線路では、その
直径が数メートμにおよぶなど、取扱いにくく、価格的
にも高価なものとなる欠点があった。
本発明はこれらの欠点全改善するため、誘電体である純
水などの電気特性、すなわち極性効果と短時間ではきわ
めて高い耐電圧を示す、いわゆる時間特性をうまく利用
して、マルクス回路よりのエネルギーを負極性でエネル
ギー貯蔵用コンデンサに移送し、その後ブルームライン
を用いてきわめて短時間に波形成形を行い、パルス出力
をする方式を採用したもので、パルス波形成形線路は小
 ”形化され、取扱い易くかつパルスの伝播性を良好に
させることを目的とするものである。
以下、本発明を従来品と比較し図面によシ詳細に説明す
る。
壕ず従来の波形成形線路について説明する。
第1図は従来より使用されているブルームラインと呼ば
れる同軸円筒形パルス波形成形線路J灸施例である。1
はマルクス回路を簡略化した等価回路、2はブルームラ
イン、3はダイオード室、4はマルクス回路1とブルー
ムライン2とを気密に仕切るための第1の絶縁板で、マ
ルクスタンク5とブルームラインの外筒6とのフランジ
によシ図示しないパツキンとポルトにより締付けられて
いる。7はブルームラインの中筒、8はブルームライン
の内筒で、グル−ムライン外筒6と中筒7の間ならびに
ブルームライン中筒7と内筒8の間は、同軸円筒の波形
成形線路を形成し、それぞれ記号14.15で示す。9
はブル−ムライン内筒8を接地電位にし、かつパルス的
にはダイオードのインピーダンスより大きく、マルクス
回路1を含む回路インピーダンスよりも小さな値のイン
ピーダンスである。通常パルス波形の形状や時間、そし
てダイオードのインピーダンスによっても異なるが、多
くの場合0.1〜10μH程度のインダクターが使用さ
れる。10はブルームライン2とダイオード室3を気密
に仕切るための第2の絶縁板で、ブルームラインンの外
筒6と真空チェンバー11とのフランジにより(2)示
しないパツキンとボルトにより気密に締付られている。
12はビーム引出し用ダイオードへパルス伝送するため
のトランス・ミッション・フィンで、通常波形成形線路
14と15の直列サージインピーダンスと同値のダイオ
ードが接続されマツチングがとられている。マルクス回
路は多くの場合油中に配置され、ブルームラインは誘電
体として純水や油が使用される。第2の放電スイッチ1
3はブルームラインの外筒6とブルームフィンの中筒7
の間の円周上に設けられ、特に低インダクタンス化彎z
がなされている。また19は各節の保持絶縁板である。
次にこの動作を説明すると、適当に制御された図示しな
い充″准用電源によシ、コンデンサCは所定の電圧V1
まで充電されると、放電スイッチSを図示しない外的要
因により閉じてマルクス回路1の内部抵抗Rと内部イン
ダクタンスL′を介してブルームラインン2の波形成形
線路14. 15を共振充電する。この電圧v2が最大
値付近に達すると適当に調整された第2の放電スイッチ
13が動作して、いわゆる進行波理論による所の矩形波
l<〜スミ圧Vsがダイオードのトランスミツシジンラ
イン12へと伝送される。この矩形波ノクルス電圧のノ
(ルス幅τは、ブルームラインの中筒7の長さによって
決定される。
さて、このブル−ムライン2の設計にあたって重要なこ
とは、各節の表面電界強度を破壊電界強度値以下にしな
ければならない。6常安全率αは1.5以上の値がとら
れる。
α=□・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・(1)E r max ここに F:部表面の破壊電界強度 Frmax:筒表面の使用時の最大 電界強度 ここで純水の破壊電界強度をJ−C−Martinなど
の研究成果を引用して示すと、その破壊値は著しい極性
効果と時間特性を有することが判明している。
ただし、 F←)、F(−):各極性における電極面の破壊電界強
度(MV/Cm) A:電極の表面積(d) t:破Wi電圧の63%以七の時間(μS)即ち、F(
−)= 2F(+)の関係となる。
また時間t1面積Aは小さい方が高い破壊電界強度を示
すこともわかる。
時間tは0.05〜1μsにも達するため、二重筒を有
するブルームラインは非常に大きなものとなり、NIV
クラスの装置では直径が数メートμにも及ぶなどの欠点
があり1、取シ扱い上非常に苓便で、その改善がめられ
ていた。
次に本発明の波形線路について説明チる。
第2図に本発明の波形成形線路の一実施例を示す。本発
明の要部の周辺部品については上述の第1図と同一のた
め、その説明を簡略する。第1図と異なる本発明の要部
は、エネルギー貯蔵用コンデンサ16を形成する中電極
17と第1の放電スイッチ18を付加したことにある。
なお、第1の放電スイッチ18は、通常水ギャップや密
閉された絶縁筒内に設けられるガスギャップが用いられ
る。ここでは後者を簡略化して示す。
次に第2図に各符号を付してその動作を説明する。
マルクス回路1の動作によりコンデンサCのエネルギー
は、共振充電によシエネルギー貯蔵用コンデンサ16へ
いったん移送される。その値が最大値に達すると、あら
かじめ適正に設定された第1の放電スイッチ18が動作
して、ブルームライン20波形成形線路14.15を再
び共振充電する。これ以後の動作過程については、第1
図で述べた通りである。
さて、第1図と第2図の相違点について以下述べること
にする。例えばダイオード室3に正の高電圧パルスを出
力する場合を考える。この第1図2よび第2図によれば
、マルクス回路1の出力は負でなければならない。通常
、理想的にはエネルギーの移送を考えると、コンデンサ
Cと、エネルギー貯蔵用コンデンサ16と、そして波形
成形線路14.15の並列合成静箪容1にとCユはぼ等
しく設計することが望ましい。従って、同一マルクス回
路1を用いるとインダクタンスLは等しいため、第1図
による波形成形線路14.1bへの充電時間と、第2図
によるエネルギー貯蔵用コンデンサ16への充電時間は
インピーダンス9の影響を受けるがほぼ等しい。従って
第2図に示す中電極17とブルームラインの外筒6の間
に位置するエネルギー貯蔵用コンデンサl(iは、Vl
の充電された電圧に耐えればよい。しかし第1図におい
ては、波形成形線路14.15の各静電容播に対して並
列充電されるためブルームラインの内筒8とブルームラ
インの外筒6の間は、極性は異なるものの2Vlの重圧
に耐えねばならず、おのずから$2図におけ゛るブルー
ムラインンの外筒6よりはるかに直径の大きなものを必
要とすることになる。次に第2図においてはエネルギー
貯蔵用コンデンサ16よシ第1の放電スイッチ18を含
む回路インダクタンスを介して、ブルームラインン2の
波形成形線路14.15ヲ再び共振充電することになる
。高電圧領域では次の関係が成立する。
Lsw<L ・・・・・・・・・・・−・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
(4)TI<TI・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・(5)12< 11 ・・−・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・(6)ここに Lsw:@2図における第1の放電スイッチ18を含む
中電極17からブル−ム ラインの中筒7までの回路インダ クタンス L:マルクス回路の内部インダクタン ス Tl:第1図におけるマルクス回路1より波形成形線路
14.15への充電時 間 T2:第2図におけるエネルギー貯蔵用コンデンサー6
より波形成形線路14.15への充電時間 tt:TIにおける破壊電圧の63%以上の時間 t2:Tzにおける破壊電圧の63%以上の時間 従って(2)式、(3)式の時間t K t+またはt
2を代入して考えると、t2を代入した方がより高い電
極面の破壊電界強度をとることができる。
例えば、MV級架装置はL≧20 L swにもなり、
かつ−極の表面積の差異の効果も入れると両者の破壊電
界強度の比は2倍にも達する。
従って、第2図におけるプル−ムフィン2は、第1図に
比してはるかに直径を小さなものとすることができる特
徴がある。しかし短所としては長くなる欠点があるが、
分割が可能なため取扱い上、また運送上、筒の製作上か
ら考えれば長所の要素が大きい。
以上述べたことよシ、また(2)式、(3)式゛よシも
明らかなように、エネルギー貯蔵用コンデンサ16はそ
の極性効果を考えて負極性で使うべきである。
出力パルスの伜性が負の場合はどうすべきかということ
になるが、この場合は第2図において第2の放電スイッ
チ13をブルームフィンの中#7とグμmムラインの内
筒8の間の左備に配置することによシ、負のいわゆる進
行波理論による所の矩形波パルスが伝播されることにな
り解決することができる。
なお、上述の実施例では純水を誘電体として同軸円筒の
ブルームラインについて述べてきたが、他の誘電体、例
えば油、ガス、樹脂類においてもまた図示ならびに説明
はしないが、平行平板を用いた場合においても同様な効
果がある。
以と説明したようにマルクス回路とブルームラインの間
にエネルギー貯蔵用コンデンサと第1の放11スイッチ
を設け、ブルームラインへのエネルギー伝送をいったん
中継することによシ、ブルームラインへの充電時間を短
縮し、誘電体の絶縁破壊に対する時間効果、電f面の面
積効果および充電の極性効果をうまく活用して、従来品
に比べてよシ直径の小さなブルームラインを作ることが
可能で、性能上の不安もなく、取扱い上、運送上、製作
上いずれにおいても有益で、かつ経済的にも極めて有効
で、工業的ならびに実用的価値の大なるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の波形成形線路の要部説明図、第2図は本
発明の波形成形線路の一笑施例の要部読切図である。 1:マルクス回路 2ニブルームフイン 3:ダイオード室 14.15:波形成形線路 16:エネルギー貯蔵用コンデンサ 17:第1の放電スイッチ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 高電圧発生器よりエネルギーの供給を受け、ブル−ムラ
    インを用いて波形成形後、パルス的な高電圧を発生させ
    る波形成形線路において、L記高電圧発生器とブルーム
    ラインの間にエネルギー貯蔵用コンデンサと放電スイッ
    チを設けたことを特徴とする波形式成形線路。
JP20353683A 1983-10-29 1983-10-29 波形成形線路 Pending JPS6096180A (ja)

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