JPH11251096A - 粒子加速電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ブレークダウン発生でコンバータとインバータ
が停止したときに、電力調整回路で平滑コンデンサに蓄
えられた電力を調整して、再運転開始時に直流出力電圧
の落ち込みを防止した粒子加速電源装置を提供する。 【解決手段】 請求項１記載の発明に係る粒子加速電源
装置は、交流電力６を直流に変換するコンバータ７と、
前記コンバータ７で変換した直流を平滑する平滑コンデ
ンサ８と、前記平滑コンデンサ８で平滑した直流を高周
波の交流に逆変換するインバータ９と、前記インバータ
９が出力する交流を昇圧する昇圧変圧器10と、前記昇圧
変圧器10で昇圧された交流を整流して直流電力を出力す
る整流器11と、前記コンバータ７とインバータ９が停止
したときに前記平滑コンデンサ８に蓄えられた電力を調
整する電力調整回路13とからなることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、中性粒子入射加熱
装置などで荷電粒子を加速するための加速電極に高圧の
直流電力を供給する粒子加速電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、核融合装置におけるプラズマ
を加熱するために用いられる、図６の回路構成図に示す
中性粒子入射加熱装置１は、荷電粒子生成電源装置２の
イオン源３で生成された荷電粒子を、直流高電圧を印加
した加速電極４ａ，４ｂにより引き出すと共に、この加
速電極４ａ，４ｂ間の電位差により加速させる。なお、
粒子加速電源装置５は、前記イオン源３で生成された荷
電粒子を加速する電源装置であり、従って、前記加速電
極４ａ，４ｂ間に高圧の直流電力を供給するものであ
る。

【０００３】即ち、粒子加速電源装置５は、交流電力６
を直流に変換するコンバータ７と、このコンバータ７で
変換された直流の脈流分を平滑する平滑コンデンサ８
と、前記平滑コンデンサ８で平滑された直流を高周波の
交流に逆変換するインバータ９と、このインバータ９で
変換された交流を昇圧する昇圧変圧器10、および昇圧変
圧器10で昇圧された交流を整流して、高圧の直流電力と
する整流器11とから構成されている。

【０００４】この粒子加速電源装置５においては、入力
された交流電力６をコンバータ７で直流に変換した後
に、この直流を平滑コンデンサ８で平滑してインバータ
９に入力すると、インバータ９は平滑コンデンサ８で平
滑された直流を高周波の交流に逆変換する。前記インバ
ータ９で逆変換された高周波の交流は、昇圧変圧器10で
昇圧されてから整流器11で整流され、高圧の直流電力と
なって前記中性粒子入射加熱装置１の加速電極４ａ，４
ｂに印加される。

【０００５】この際に、前記粒子加速電源装置５におけ
るコンバータ７とインバータ９を同時に起動し、高圧の
直流電圧を加速電極４ａ，４ｂに印加しておき、前記中
性粒子入射加熱装置１の荷電粒子生成電源装置２を起動
してイオン源３で荷電粒子を生成すると、この荷電粒子
は加速電極４ａ，４ｂにより引き出され、加速電極４
ａ，４ｂ間の電位差により加速される。

【０００６】しかしながら、ここで加速電極４ａ，４ｂ
間では、度々ブレークダウンと呼ばれる負荷短絡に等し
い絶縁破壊現象が発生する。このブレークダウンが発生
した場合には、その際に発生するサージ電流から、前記
イオン源３および粒子加速電源装置５を保護するため
に、加速電極４ａ，４ｂに供給している直流電力を高速
で遮断する必要がある。

【０００７】従って、ブレークダウンが発生した場合に
は、前記粒子加速電源装置５におけるインバータ９を高
速でスイッチオフし、加速電極４ａ，４ｂに供給する直
流電力を遮断することによりブレークダウンは収まる。
なお、前記ブレークダウン発生後の数十ミリ秒で、前記
粒子加速電源装置５におけるコンバータ７とインバータ
９を再起動させることにより、再び運転を開始すること
ができる。

【０００８】また、中性粒子入射加熱装置１において
は、加速電極４ａ，４ｂに粒子加速電源装置５からの直
流高電圧を印加しておき、数十ミリ秒後に荷電粒子生成
電源装置２を起動してイオン源３で生成された荷電粒子
を引き出し、加速電極４ａ，４ｂ間の電位差により加速
させる運転を繰り返し行う。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前記の加速電極４ａ，
４ｂにおけるブレークダウン発生に際しては、粒子加速
電源装置５のインバータ９を高速でスイッチオフした場
合に、前記コンバータ７も同時に運転を停止するが、こ
のコンバータ７の停止よりも前記インバータ９のスイッ
チオフの方が速いために、この間に両者の間に接続され
ている平滑コンデンサ８には、コンバータ７からの出力
電流が流入して、平滑コンデンサ８の電圧が設定電圧よ
り高くなる。

【００１０】このために、再運転開始直後のコンバータ
７においては、前記平滑コンデンサ８の電圧が設定電圧
より高くなっていることから、出力電圧を下げるような
制御が行われる。一方、中性粒子入射加熱装置１におい
ては、荷電粒子生成電源装置２の起動によりイオン源３
で生成された荷電粒子の引き出しが始まると、前記粒子
加速電源装置５のインバータ９は、これに対応して高速
で急激に出力をする。

【００１１】しかしながら、このインバータ９の急激な
出力に対し、前記出力電圧を下げる制御を行っていたコ
ンバータ７においては、この応答に遅れが生じて前記イ
ンバータ９の変化に追いつかず、従って、平滑コンデン
サ８の電圧が極端に低下することになる。この結果とし
て、粒子加速電源装置５が出力する直流電圧が一時的に
落ち込むことになり、中性粒子入射加熱装置１における
荷電粒子の加速が一時的に変動するなどして、適切に機
能しないという不具合があった。

【００１２】本発明の目的とするところは、ブレークダ
ウン発生によりコンバータとインバータが停止したとき
に、電力調整回路により平滑コンデンサに蓄えられた電
力を適切に調整して、再運転開始時にインバータの高速
運転開始による平滑コンデンサの電圧不足を解消し、直
流出力電圧の落ち込みを防止した粒子加速電源装置を提
供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
請求項１記載の発明に係る粒子加速電源装置は、中性粒
子入射加熱装置などの直流電源で、交流電力を直流に変
換するコンバータと、前記コンバータで変換した直流を
平滑する平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサで平滑
した直流を高周波の交流に逆変換するインバータと、前
記インバータが出力する交流を昇圧する昇圧変圧器と、
前記昇圧変圧器で昇圧された交流を整流して直流電力を
出力する整流器と、前記コンバータとインバータが停止
したときに前記平滑コンデンサに蓄えられた電力を調整
する電力調整回路とからなることを特徴とする。

【００１４】中性粒子入射加熱装置などの加速電極間で
ブレークダウンが発生したときは、コンバータとインバ
ータを停止して直流電力の供給を止めると共に、平滑コ
ンデンサに蓄えられた電力を電力調整回路で調整して、
平滑コンデンサの電圧を設定電圧より低くする。

【００１５】これにより、前記ブレークダウンが収まる
と共に、再運転開始時にコンバータが電圧を上げるよう
に作動することから、インバータの急激な出力にコンバ
ータは応答性よく追随し、粒子加速電源装置が出力する
直流電圧における落ち込みを防止する。

【００１６】請求項２記載の発明に係る粒子加速電源装
置は、請求項１において、電力調整回路が、前記コンバ
ータとインバータが停止したときに閉じるスイッチと、
このスイッチと直列に接続して前記平滑コンデンサに蓄
えられた電力を調整する抵抗器とからなることを特徴と
する。

【００１７】ブレークダウン時で粒子加速電源装置のコ
ンバータとインバータが停止したときにスイッチを閉じ
ることにより、平滑コンデンサに蓄えられた電力がこの
スイッチを介して抵抗器に流れて調整されるので、平滑
コンデンサの電圧が低下して設定電圧より低くすること
ができる。

【００１８】請求項３記載の発明に係る粒子加速電源装
置は、請求項２において、スイッチが、サイリスタであ
ることを特徴とする。

【００１９】ブレークダウン時のコンバータとインバー
タを停止するゲートオフ信号と同時に電力調整回路のサ
イリスタを導通させて、抵抗器により平滑コンデンサに
蓄えられた電力の調整をする。また、再運転時には前記
ゲートオン信号を停止することにより、サイリスタを非
導通とすることができる。これにより、コンバータとイ
ンバータの停止と、サイリスタの導通との時間差がほと
んどなく、応答性のよい調整ができる。

【００２０】請求項４記載の発明に係る粒子加速電源装
置は、請求項２において、スイッチが、自己消弧型半導
体素子であることを特徴とする。

【００２１】ブレークダウン時のコンバータとインバー
タを停止するゲートオフ信号と同時に、電力調整回路の
自己消弧型半導体素子にゲートオン信号を加えることで
自己消弧型半導体素子は導通し、抵抗器による平滑コン
デンサに蓄えられた電力の調整をする。

【００２２】また、再運転時には自己消弧型半導体素子
にゲートオフ信号を加えると非導通とすることができ
る。これにより、コンバータとインバータの停止と、自
己消弧型半導体素子の導通との時間差はほとんどなく、
再運転開始までの時間を任意に設定して、応答性のよい
調整をすることができる。

【００２３】請求項５記載の発明に係る粒子加速電源装
置は、請求項１乃至請求項４において、電力調整回路
が、複数の単位電力調整回路を並列に接続したものから
なり、前記コンバータとインバータの停止ごとに前記各
単位電力調整回路を順次切り換えることを特徴とする。

【００２４】ブレークダウンにおけるコンバータとイン
バータを停止する都度に、短時間定格とした複数の単位
電力調整回路に備えた単位スイッチを順次作動させる。
これにより、ブレークダウンの都度に異なる単位電力調
整回路で、平滑コンデンサに蓄えられた電力の調整が行
われる。

【００２５】請求項６記載の発明に係る粒子加速電源装
置は、中性粒子入射加熱装置などの直流電源で、交流電
力を直流に変換するコンバータと、前記コンバータで変
換した直流を平滑する平滑コンデンサと、この平滑コン
デンサと直列に接続した放電抵抗器と、前記平滑コンデ
ンサで平滑した直流を高周波の交流に逆変換するインバ
ータと、前記インバータが出力する交流を昇圧する昇圧
変圧器と、前記昇圧変圧器で昇圧された交流を整流して
直流電力を出力する整流器とからなり、前記コンバータ
とインバータが停止したときに前記インバータを構成す
る素子を点弧して前記平滑コンデンサに蓄えられた電力
を調整することを特徴とする。

【００２６】中性粒子入射加熱装置などの加速電極間で
ブレークダウンが発生したときは、コンバータとインバ
ータを停止して直流電力の供給を止めると共に、前記イ
ンバータの構成素子を点弧させて導通状態にする。これ
により、このインバータを介して平滑コンデンサに蓄え
られた電力が、直列に接続した抵抗器により調整され
て、平滑コンデンサの電圧を設定電圧より低くする。

【００２７】従って、前記ブレークダウンが収まると共
に、再運転開始時にコンバータが電圧を上げるように作
動することから、インバータの急激な出力にコンバータ
は応答よく追随し、粒子加速電源装置が出力する直流電
圧における落ち込みを防止する。

【００２８】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態について図
面を参照して説明する。なお、上記した従来技術と同じ
構成部分については、同一符号を付して詳細な説明を省
略する。第１実施の形態は請求項１と請求項２に係り、
図１の回路構成図に示すように粒子加速電源装置12は、
前記イオン源３で生成された荷電粒子を加速する電源装
置であり、従って、たとえば前記中性粒子入射加熱装置
１の加速電極４ａ，４ｂ間に高圧の直流電力を供給する
ものである。

【００２９】即ち、交流電力６を直流に変換するコンバ
ータ７と、このコンバータ７で変換された直流の脈流分
を平滑する平滑コンデンサ８と、前記平滑コンデンサ８
で平滑された直流を高周波の交流に逆変換するインバー
タ９と、このインバータ９で変換された交流を昇圧する
昇圧変圧器10、およびこの昇圧変圧器10で昇圧された交
流を整流して高圧の直流電力として出力する整流器11
と、前記平滑コンデンサ８と並列に接続した電力調整回
路13とから構成されている（請求項１）。

【００３０】なお、前記電力調整回路13は、スイッチ14
と直列に接続した抵抗器15により構成されていて、前記
中性粒子入射加熱装置１の加速電極４ａ，４ｂ間にブレ
ークダウンが発生して、コンバータ７とインバータ９を
停止させたときに、スイッチ14を閉じて抵抗器15により
平滑コンデンサ８に蓄えられた電力を調整する。これに
より、平滑コンデンサ８の電圧を設定電圧より低下させ
て、再運転時にコンバータ７が電圧を上昇させるように
制御する（請求項２）。

【００３１】次に、上記構成による作用について説明す
る。粒子加速電源装置12は、交流電力６をコンバータ７
で直流に変換し、平滑コンデンサ８において、脈動を除
いて平滑とした直流をインバータ９により高周波の交流
に逆変換する。この高周波の交流は昇圧変圧器10で高圧
に昇圧されて、整流器11において高圧の直流電力とし
て、中性粒子入射加熱装置１の加速電極４ａ，４ｂ間に
印加され、この加速電極４ａ，４ｂにより、荷電粒子生
成電源装置２のイオン源３で生成された荷電粒子を引き
出すと共に加速させる。

【００３２】このように、粒子加速電源装置12が中性粒
子入射加熱装置１の加速電極４ａ，４ｂに直流高電圧を
印加しているときには、電力調整回路13のスイッチ14は
開いており、従って、平滑コンデンサ８に蓄えられた電
力の調整は行わない。ここで加速電極４ａ，４ｂ間に
て、ブレークダウンが発生すると、インバータ９は高速
でスイッチオフして、コンバータ７を停止させることに
より、高周波の交流出力を停止させる。なお、このイン
バータ９とコンバータ７の停止と共に、前記電力調整回
路13におけるスイッチ14を閉じる。

【００３３】これにより、インバータ９から昇圧変圧器
10と整流器11を介して前記中性粒子入射加熱装置１の加
速電極４ａ，４ｂ間に印加する高圧の直流電力の出力が
停止するので、前記加速電極４ａ，４ｂ間に発生したブ
レークダウンは収まる。このインバータ９が高速スイッ
チオフし、コンバータ７が停止することにより、平滑コ
ンデンサ８にはコンバータ７からの出力電流が流入し
て、平滑コンデンサ８に蓄えられた電力が増加すること
から、平滑コンデンサ８における電圧が設定電圧より高
くなる。

【００３４】しかし、この電圧上昇は、前記電力調整回
路13のスイッチ14が閉じられたことにより調整される。
即ち、平滑コンデンサ８に蓄られた電力は、スイッチ14
を介して抵抗器15により放電されることにより減少する
ので、平滑コンデンサ８の電圧は、設定電圧以下に調整
される。

【００３５】次にブレークダウンが収まると、電力調整
回路13のスイッチ14を開くと共に、粒子加速電源装置12
のコンバータ７とインバータ９を起動して再起動を行う
が、このときに平滑コンデンサ８の電圧は、設定電圧を
下回る電圧となっているために、コンバータ７は電圧を
上げるように作動する。

【００３６】一方、中性粒子入射加熱装置１において
は、前記荷電粒子生成電源装置12の再起動により、加速
電極４ａ，４ｂに高圧の直流電圧が印加され、数十ミリ
秒後に荷電粒子生成電源装置２を起動すると、イオン源
３で生成された荷電粒子の引き出しが始まることから、
これに対してインバータ９は高速に応答して急激に出力
をする。

【００３７】しかしながら、この変化に対して前記コン
バータ７は、予め電圧を上げる制御を行っていることか
ら、前記インバータ９の作動に応答よく追随して、平滑
コンデンサ８の電圧を設定電圧に保持するように機能す
る。従って、コンバータ７における応答よい出力上昇と
平滑コンデンサ８に蓄えられた電力により、平滑コンデ
ンサ８の電圧が大きく低下することがないので、一時的
に粒子加速電源装置12が出力する高圧の直流電圧が落ち
込むことはない。

【００３８】これにより、ブレークダウン発生時に、電
力調整回路13のスイッチ14を介して抵抗器15において、
平滑コンデンサ８の余剰電圧を調整させるので、ブレー
クダウン発生後の再運転開始時に、コンバータ７は迅速
に平滑コンデンサ８の電圧を上げるように制御すること
ができて、直流出力電圧の落ち込みがなくなる。従っ
て、中性粒子入射加熱装置１の加速電極４ａ，４ｂに印
加される高圧の直流電圧が安定して供給されるので、中
性粒子入射加熱装置１における荷電粒子の引き出しと、
加速が安定して機能することから運転信頼性が向上す
る。

【００３９】第２実施の形態は請求項１および請求項３
に係り、上記第１実施の形態の変形例である。従って、
上記第１実施の形態と同じ構成と作用および効果につい
ては、説明を省略して、相違する部分について説明す
る。

【００４０】図２の回路構成図に示すように粒子加速電
源装置16は、交流電力６を直流に変換するコンバータ７
と、このコンバータ７で変換された直流を平滑する平滑
コンデンサ８と、前記平滑コンデンサ８で平滑された直
流を高周波の交流に逆変換するインバータ９と、このイ
ンバータ９で変換された交流を昇圧する昇圧変圧器10、
およびこの昇圧変圧器10で昇圧された交流を整流して高
圧の直流電力として出力する整流器11と、前記平滑コン
デンサ８と並列に接続した電力調整回路17とから構成さ
れている（請求項１）。

【００４１】なお、前記電力調整回路17は、上記図１に
示した第１実施の形態の電力調整回路13におけるスイッ
チ14に代えたサイリスタ18と、このサイリスタ18と直列
接続した抵抗器15とにより構成されている。ブレークダ
ウンの発生で、コンバータ７とインバータ９が停止した
ときに、サイリスタ18を通電させて抵抗器15により平滑
コンデンサ８に蓄えられた電力の調整をする。これによ
り、平滑コンデンサ８の電圧を設定電圧より低下させ
て、再運転時にコンバータ７が電圧を上昇させるように
制御する（請求項３）。

【００４２】次に、上記構成による作用について説明す
る。粒子加速電源装置16は、前記中性粒子入射加熱装置
１の加速電極４ａ，４ｂ間に高圧の直流電力を供給し、
中性粒子入射加熱装置１が正常に運転されているときに
は、前記電力調整回路17のサイリスタ18は非導通として
いるので、電力調整回路17における抵抗器15は、平滑コ
ンデンサ８に蓄えられた電力の調整は行っていない。

【００４３】ここで、加速電極４ａ，４ｂ間でブレーク
ダウンが発生すると、前記コンバータ７とインバータ９
にゲートオフ信号が発せられて、インバータ９は高速ス
イッチオフし、コンバータ７を停止させると共に、前記
コンバータ７とインバータ９に対するゲートオフ信号と
同時に、電力調整回路17のサイリスタ18を導通状態とす
る。

【００４４】前記コンバータ７とインバータ９の停止に
より、粒子入射加熱装置１に対する高圧の直流電力が遮
断されるので、ブレークダウンは収まるが、前記インバ
ータ９の高速スイッチオフにより、コンバータ７の出力
電流が平滑コンデンサ８に流入して、平滑コンデンサ８
に蓄えられた電力が増加し、電圧が設定電圧より高くな
る。

【００４５】しかし、前記電力調整回路17におけるサイ
リスタ18が導通することにより、平滑コンデンサ８に蓄
えられた電力はサイリスタ18を介して抵抗器15にて放電
し、この抵抗器15による調整で平滑コンデンサ８の電圧
は低下する。

【００４６】また、中性粒子入射加熱装置１におけるブ
レークダウンが収まると、電力調整回路16のサイリスタ
18を非導通にして、粒子加速電源装置16の再起動を行
う。即ち、コンバータ７とインバータ９を起動するが、
この際に平滑コンデンサ８においては、電圧が零あるい
は零に近い低電圧となっているために、コンバータ７に
おいては急速に電圧を上げるように制御される。

【００４７】一方、中性粒子入射加熱装置１において
は、荷電粒子生成電源装置２を起動してイオン源３で生
成された荷電粒子の引き出しが始まると、粒子加速電源
装置16のインバータ９が高速応答して急激に出力をす
る。この変化に対して、前記コンバータ７は予め電圧を
上げる制御を行っていることから、前記インバータ９の
出力に応答よく追随して、平滑コンデンサ８の電圧を設
定電圧に保持する。従って、粒子加速電源装置16から中
性粒子入射加熱装置１に対して高圧の直流電力を電圧が
落ち込むことなく供給することができる。

【００４８】なお、前記電力調整回路16におけるサイリ
スタ18の作動は、その素子機能上から上記第１実施の形
態におけるスイッチ14に比べて高速であるために、前記
コンバータ７とインバータ９の停止と、サイリスタ18の
導通との時間差がほとんどなく、再立ち上げを最短時間
で行うことができる。

【００４９】また、ブレークダウン発生時に、電力調整
回路16の抵抗器15で放電させる平滑コンデンサ８の残留
電圧を制御することにより、電圧の調整が容易なので、
ブレークダウン発生後の再運転開始時に、コンバータ７
は平滑コンデンサ８の電圧を上げるように制御する。従
って、インバータ９の高速運転が開始されてもコンバー
タ７は応答よく追随して、平滑コンデンサ８の電圧が不
足することがないために、粒子加速電源装置16が出力す
る直流電力の電圧が落ち込むことがない。

【００５０】第３実施の形態は請求項１および請求項４
に係り、上記第１実施の形態の変形例である。従って、
上記第１実施の形態と同じ構成と作用および効果につい
ては、説明を省略して、相違する部分について説明す
る。

【００５１】図３の回路構成図に示すように粒子加速電
源装置19は、交流電力６を直流に変換するコンバータ７
と、このコンバータ７で変換された直流を平滑する平滑
コンデンサ８と、前記平滑コンデンサ８で平滑された直
流を高周波の交流に逆変換するインバータ９と、このイ
ンバータ９で変換された交流を昇圧する昇圧変圧器10、
およびこの昇圧変圧器10で昇圧された交流を整流して直
流電力として出力する整流器11と、前記平滑コンデンサ
８と並列に接続した電力調整回路20とから構成されてい
る（請求項１）。

【００５２】なお、前記電力調整回路20は、上記図１に
示した第１実施の形態の電力調整回路13におけるスイッ
チ14に代えて、自己消弧型半導体素子であるたとえばゲ
ートターンオフサイリスタ（ＧＴＯ）21とし、このゲー
トターンオフサイリスタ21と直列接続した抵抗器15とに
より構成している。

【００５３】ブレークダウンの発生によりコンバータ７
とインバータ９が停止したときに、ゲートターンオフサ
イリスタ21を閉じて、抵抗器15により平滑コンデンサ８
に蓄えられた電力を調整する。これにより、平滑コンデ
ンサ８の電圧を設定電圧より低下させて、再運転時にコ
ンバータ７が電圧を上昇させるように制御する（請求項
４）。

【００５４】次に、上記構成による作用について説明す
る。粒子加速電源装置19は、前記中性粒子入射加熱装置
１の加速電極４ａ，４ｂ間に高圧の直流電力を供給し、
中性粒子入射加熱装置１が正常に運転しているときに
は、前記電力調整回路20のゲートターンオフサイリスタ
21は非導通となっており、電力調整回路20における抵抗
器15は、平滑コンデンサ８に蓄えられた電力の調整は行
わない。

【００５５】ここで、加速電極４ａ，４ｂ間でブレーク
ダウンが発生すると、前記インバータ９を高速スイッチ
オフし、コンバータ７を停止させると共に、同時に電力
調整回路20のゲートターンオフサイリスタ21において、
ターンオン信号により導通させる。

【００５６】前記コンバータ７とインバータ９の停止に
より、粒子入射加熱装置１に対する高圧の直流電力が遮
断されるので、ブレークダウンは収まるが、前記インバ
ータ９の高速スイッチオフにより、コンバータ７の出力
電流が平滑コンデンサ８に流入して、平滑コンデンサ８
に蓄えられた電力が増加し、電圧が設定電圧より高くな
る。

【００５７】しかし、前記電力調整回路20におけるゲー
トターンオフサイリスタ21が導通することにより、平滑
コンデンサ８に蓄えられた電力はゲートターンオフサイ
リスタ21を介して抵抗器15による放電で調整されて、平
滑コンデンサ８の電圧は低下する。

【００５８】また、中性粒子入射加熱装置１におけるブ
レークダウンが収まると、電力調整回路20のゲートター
ンオフサイリスタ21を、ターンオフ信号により非導通に
する。即ち、粒子加速電源装置19においては、平滑コン
デンサ８の残留電圧の有無に関わらず、再立ち上げをす
ることが可能である。

【００５９】このようにスイッチ14をゲートターンオフ
サイリスタ21としたことにより、平滑コンデンサ８の放
電途中であっても再立ち上げが可能である。また、コン
バータ７とインバータ９の停止、およびゲートターンオ
フサイリスタ21の導通との時間差がほとんどなく、再立
ち上げを最短時間で行うことができる。

【００６０】また、ブレークダウン発生時に、電力調整
回路20の抵抗器15で平滑コンデンサ８の残留電圧の調整
をするので、ブレークダウン発生後の再運転開始時に、
コンバータ７は平滑コンデンサ８の電圧を上げるように
制御する。従って、インバータ９の高速運転が開始され
てもコンバータ７は応答よく追随し、平滑コンデンサ８
の電圧が不足することがないために、粒子加速電源装置
19が出力する直流電圧が落ち込むことがない。

【００６１】なお、本実施の形態において用いられる自
己消弧型半導体素子はゲートターンオフサイリスタに限
定されず、例えばこれに代えて、同じく自己消弧型半導
体素子である電子注入促進型トランジスタ（ＩＥＧＴ）
を用いた場合でも、同様の作用および効果が得られる。

【００６２】第４実施の形態は請求項１および請求項５
に係り、上記第１実施の形態の変形例である。従って、
上記第１実施の形態と同じ構成と作用および効果につい
ては、説明を省略して、相違する部分について説明す
る。

【００６３】図４の回路構成図に示すように粒子加速電
源装置22は、交流電力６を直流に変換するコンバータ７
と、このコンバータ７で変換された直流を平滑する平滑
コンデンサ８と、前記平滑コンデンサ８で平滑された直
流を高周波の交流に逆変換するインバータ９と、このイ
ンバータ９で変換された交流を昇圧する昇圧変圧器10、
およびこの昇圧変圧器10で昇圧された交流を整流して直
流電力として出力する整流器11と、前記平滑コンデンサ
８と並列に接続した電力調整回路23とから構成されてい
る（請求項１）。

【００６４】なお、前記電力調整回路23は、単位スイッ
チ14ａ〜14ｎと単位抵抗器15ａ〜15ｎをそれぞれ直列接
続した複数の単位電力調整回路24ａ〜24ｎを並列にし
て、各単位電力調整回路24ａ〜24ｎを順次切り替えて使
用する構成としている。

【００６５】従って、ブレークダウンの発生によりコン
バータ７とインバータ９が停止したときに、その都度単
位電力調整回路24ａ〜24ｎにおける単位スイッチ14ａ〜
14ｎを順次閉じて、それぞれの単位抵抗器15ａ〜15ｎに
より平滑コンデンサ８に蓄えられた電力を調整する。こ
れにより、平滑コンデンサ８の電圧を設定電圧より低下
させて、再運転時にコンバータ７が電圧を上昇させるよ
うに制御する（請求項５）。

【００６６】次に、上記構成による作用について説明す
る。粒子加速電源装置22は、前記中性粒子入射加熱装置
１の加速電極４ａ，４ｂ間に高圧の直流電力を供給し、
中性粒子入射加熱装置１が正常に運転しているときに
は、前記電力調整回路23における全単位電力調整回路24
ａ〜24ｎのスイッチ14ａ〜14ｎは開いており、各単位電
力調整回路24ａ〜24ｎの単位抵抗器15ａ〜15ｎは、平滑
コンデンサ８に蓄えられた電力の調整は行わない。

【００６７】ここで、加速電極４ａ，４ｂ間で１回目の
ブレークダウンが発生すると、前記インバータ９を高速
スイッチオフし、コンバータ７を停止させると共に、電
力調整回路23における単位電力調整回路24ａの単位スイ
ッチ14ａを閉じる。これにより、インバータ９から昇圧
変圧器10と整流器11を介して前記中性粒子入射加熱装置
１の加速電極４ａ，４ｂ間に印加する高圧の直流電力の
出力が停止するので、前記加速電極４ａ，４ｂ間に発生
したブレークダウンは収まる。

【００６８】前記コンバータ７とインバータ９の停止に
際して、インバータ９の高速スイッチオフにより平滑コ
ンデンサ８にコンバータ７の出力電流が流入し、平滑コ
ンデンサ８の電圧が設定電圧より高くなる。しかし、前
記単位電力調整回路24ａの単位スイッチ14ａが閉じるこ
とにより、平滑コンデンサ８に蓄えられた電力は、単位
スイッチ14ａを介して単位抵抗器15ａで放電され、調整
されることにより平滑コンデンサ８の電圧は低下する。

【００６９】また、中性粒子入射加熱装置１におけるブ
レークダウンが収まると、電力調整回路22の単位スイッ
チ14ａを開くと共に、粒子加速電源装置22の再起動を行
う。即ち、再起動にはコンバータ７とインバータ９を起
動させるが、この際に平滑コンデンサ８においては、設
定電圧を下回る電圧となっているために、コンバータ７
は電圧を上げるように制御を行う。

【００７０】従って、中性粒子入射加熱装置１におい
て、荷電粒子生成電源装置２を起動することにより、イ
オン源３で生成された荷電粒子の引き出しが始まると、
インバータ９が高速応答して急激に出力をすることにな
るが、この変化に対して前記電圧を上げる制御を行って
いたコンバータ７は、応答よく追随して平滑コンデンサ
８の電圧を設定電圧に保持する。

【００７１】このために、粒子加速電源装置22が出力す
る高圧の直流電圧に落ち込みが生じることがない。な
お、加速電極４ａ，４ｂ間で２回目のブレークダウンが
発生すると、前記１回目のブレークダウンのときと同様
に、コンバータ７とインバータ９が停止する。

【００７２】しかし、この場合に電力調整回路23におい
ては、１回目のブレークダウン時と異なり、単位電力調
整回路24ｂの単位スイッチ14ｂが閉じて、平滑コンデン
サ８に蓄えられた電力は、この単位スイッチ14ｂを介し
て単位抵抗器15ｂにより調整される。

【００７３】このように電力調整回路23においては、ブ
レークダウンの都度に順次、単位電力調整回路24ａ〜24
ｎを切り替えることにより、平滑コンデンサ８に蓄えら
れた電力を放電して電圧の調整を行う。なお、単位電力
調整回路24ｎの次ぎは、単位電力調整回路24ａに戻る。

【００７４】粒子加速電源装置22は、ブレークダウンの
発生ごとに異なる単位電力調整回路24ａ〜24ｎにより、
平滑コンデンサ８に蓄えられた電力の調整を行う。この
ために、単位電力調整回路24ａ〜24ｎにおける単位スイ
ッチ14ａ〜14ｎおよび単位抵抗器15ａ〜15ｎで、それぞ
れの通電などの機能は短時間で行われる。

【００７５】従って、各単位電力調整回路24ａ〜24ｎを
短時間定格として小形化することができると共に、中性
粒子入射加熱装置１においてブレークダウンが繰り返し
発生した場合にも、電力調整回路23として十分な容量を
確保することが容易で、信頼性が向上する。

【００７６】また、前記電力調整回路23の単位電力調整
回路24ａ〜24ｎにおいては、回路の切断を単位スイッチ
14ａ〜14ｎによるものとして説明したが、この単位スイ
ッチ14ａ〜14ｎを、上記第２実施の形態又は第３実施の
形態における、サイリスタ18又はゲートターンオフサイ
リスタ21としても良く、その場合には、それぞれの特徴
が得られるものである。

【００７７】第５実施の形態は請求項６に係り、その主
要構成が上記第１実施の形態と同様であることから、同
じ構成部分と作用および効果については説明を省略し
て、相違する部分について説明する。

【００７８】図５の回路構成図に示すように粒子加速電
源装置25は、交流電力６を直流に変換するコンバータ７
と、このコンバータ７で変換された直流の脈流分を平滑
する平滑コンデンサ８と、前記平滑コンデンサ８で平滑
された直流を高周波の交流に逆変換するインバータ９
と、このインバータ９で変換された交流を昇圧する昇圧
変圧器10、およびこの昇圧変圧器10で昇圧された交流を
整流して高圧の直流電力として出力する整流器11と、前
記平滑コンデンサ８と直列に接続した抵抗器15とから構
成されている。

【００７９】なお、前記インバータ９については、中性
粒子入射加熱装置１の加速電極４ａ，４ｂ間でブレーク
ダウンが発生したことにより、コンバータ７とインバー
タ９が停止したときに、一旦停止したインバータ９の構
成された全素子を点弧して全相を導通させる。これによ
り、ブレークダウンの発生によりコンバータ７とインバ
ータ９が停止したときに、インバータ９と抵抗器15によ
り形成される電力調整回路を介して平滑コンデンサ８に
蓄えられた電力を調整する。

【００８０】次に、上記構成による作用について説明す
る。粒子加速電源装置25は、中性粒子入射加熱装置１の
加速電極４ａ，４ｂ間に高圧の直流電力を供給する。こ
こで、加速電極４ａ，４ｂ間でブレークダウンが発生す
ると、前記インバータ９を高速スイッチオフし、コンバ
ータ７を停止させると共に、インバータ９については、
構成素子を点弧させて全相を導通させる。

【００８１】これにより、インバータ９から昇圧変圧器
10と整流器11を介して前記中性粒子入射加熱装置１の加
速電極４ａ，４ｂ間に印加する高圧の直流電力の出力が
停止するので、前記加速電極４ａ，４ｂ間に発生したブ
レークダウンは収まる。前記コンバータ７とインバータ
９の停止に際して、インバータ９の高速スイッチオフに
より平滑コンデンサ８にコンバータ７の出力電流が流入
し、平滑コンデンサ８の電圧が設定電圧より高くなる。

【００８２】しかし、前記インバータ９を全相導通状態
とすることにより、平滑コンデンサ８に蓄えられた電力
はインバータ９を介して抵抗器15で放電し、調整されて
平滑コンデンサ８の電圧は低下する。また、中性粒子入
射加熱装置１でブレークダウンが収まると、インバータ
９を非導通にしてから、粒子加速電源装置25の再起動を
行う。即ち、コンバータ７とインバータ９を起動する
が、この際に平滑コンデンサ８は、設定電圧を下回る電
圧となっているために、コンバータ７は電圧を上げるよ
うに制御を行う。

【００８３】一方、中性粒子入射加熱装置１では、荷電
粒子生成電源装置２を起動してイオン源３で生成された
荷電粒子の引き出しが加速電極４ａ，４ｂで始まると、
粒子加速電源装置25のインバータ９が高速応答して急激
に出力をする。

【００８４】この変化に対し、電圧を上げる制御を行っ
ていたコンバータ７は、応答よく追随して平滑コンデン
サ８の電圧を設定電圧に保持する。従って、粒子加速電
源装置25が出力する直流電圧を落ち込ませることがな
い。なお、粒子加速電源装置25においては、主要構成部
分が上記図６に示す従来の粒子加速電源装置５に比べ
て、抵抗器15が増加する程度なので構成が簡素であり保
全性に優れている。

【００８５】

【発明の効果】以上本発明によれば、中性粒子入射加熱
装置などで発生したブレークダウンを収めた後の再運転
時に、粒子加速電源装置の平滑コンデンサに蓄えられた
電力の適切な調整により、電圧が不足することがない。
これにより、粒子加速電源装置においてインバータの高
速運転開始に際し、直流出力電圧に落ち込みが生じない
ので、中性粒子入射加熱装置などの安定運転ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１実施の形態の粒子加速電源装
置の回路構成図。

【図２】本発明に係る第２実施の形態の粒子加速電源装
置の回路構成図。

【図３】本発明に係る第３実施の形態の粒子加速電源装
置の回路構成図。

【図４】本発明に係る第４実施の形態の粒子加速電源装
置の回路構成図。

【図５】本発明に係る第５実施の形態の粒子加速電源装
置の回路構成図。

【図６】従来の粒子加速電源装置の回路構成図。

【符号の説明】

１…中性粒子入射加熱装置、２…荷電粒子生成電源装
置、３…イオン源、４ａ，４ｂ…加速電極、５，12，1
6，19，22，25…粒子加速電源装置、６…交流電力、７
…コンバータ、８…平滑コンデンサ、９…インバータ、
10…昇圧変圧器、11…整流器、13，17，20，23…電力調
整回路、14…スイッチ、14ａ〜14ｎ…単位スイッチ、15
…抵抗器、15ａ〜15ｎ…単位抵抗器、18…サイリスタ、
21…ゲートターンオフサイリスタ、24ａ〜24ｎ…単位電
力調整回路。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中性粒子入射加熱装置などの直流電源
   で、交流電力を直流に変換するコンバータと、前記コン
   バータで変換した直流を平滑する平滑コンデンサと、前
   記平滑コンデンサで平滑した直流を高周波の交流に逆変
   換するインバータと、前記インバータが出力する交流を
   昇圧する昇圧変圧器と、前記昇圧変圧器で昇圧された交
   流を整流して直流電力を出力する整流器と、前記コンバ
   ータとインバータが停止したときに前記平滑コンデンサ
   に蓄えられた電力を調整する電力調整回路とからなるこ
   とを特徴とする粒子加速電源装置。
2. 【請求項２】 前記電力調整回路が、前記コンバータと
   インバータが停止したときに閉じるスイッチと、このス
   イッチと直列に接続して前記平滑コンデンサに蓄えられ
   た電力を調整する抵抗器とからなることを特徴とする請
   求項１記載の粒子加速電源装置。
3. 【請求項３】 前記スイッチが、サイリスタであること
   を特徴とする請求項２記載の粒子加速電源装置。
4. 【請求項４】 前記スイッチが、自己消弧型半導体素子
   であることを特徴とする請求項２記載の粒子加速電源装
   置。
5. 【請求項５】 前記電力調整回路が、複数の単位電力調
   整回路を並列に接続したものからなり、前記コンバータ
   とインバータの停止ごとに前記各単位電力調整回路を順
   次切り換えることを特徴とする請求項２乃至請求項４記
   載の粒子加速電源装置。
6. 【請求項６】 中性粒子入射加熱装置などの直流電源
   で、交流電力を直流に変換するコンバータと、前記コン
   バータで変換した直流を平滑する平滑コンデンサと、こ
   の平滑コンデンサと直列に接続した放電抵抗器と、前記
   平滑コンデンサで平滑した直流を高周波の交流に逆変換
   するインバータと、前記インバータが出力する交流を昇
   圧する昇圧変圧器と、前記昇圧変圧器で昇圧された交流
   を整流して直流電力を出力する整流器とからなり、前記
   コンバータとインバータが停止したときに前記インバー
   タを構成する素子を点弧して前記平滑コンデンサに蓄え
   られた電力を調整することを特徴とする粒子加速電源装
   置。