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技術コラム

高電圧パルス電源(高電圧パルス発生器)とは、高電圧の電気パルスを発生させる高圧電源です。高電圧パルスは、高電圧パルス電源で発生出来ますが、用途によっては高電圧アンプでも高電圧パルス発生器として使うことがきます。また、高圧電源と、高電圧スイッチや高電圧リレーを用いて高電圧パルスを発生させることもできます。
高電圧パルス電源は、飛行時間型質量分析計(TOF)、マイクロチャンネルプレート(MCP)、光電子増倍管(PMT)などのデバイスに、用途に合わせた高電圧のパルスを供給します。加速器の入射光用途では、高電圧パルス発生器はキッカーパルス発生器(KICKER PULSE GENERATOR)と呼ばれています。
高電圧パルス電源は、科学研究や産業応用、医療分野において、テクノロジーの進歩を牽引する重要なデバイスです。

松定プレシジョンは、革新的な高電圧技術で業界をリードし、様々な用途に確かな技術力と品質の高電圧パルス電源を提供しています。
このコラムでは、高電圧パルス電源について概説し、その特徴やさまざまな用途や業界にもたらすメリットについて解説します。
このコラムは、英語コラムのHigh voltage Pulse Power Generatorを日本語に翻訳しています。

製品情報

松定プレシジョンの高電圧パルス電源(高電圧パルス発生器)は、HKシリーズとHKSシリーズの2つのシリーズで構成されています。
これらのシリーズは、高電圧工学と高電圧パルス工学を代表するもので、さまざまな産業分野の高電圧パルス用途に最適なソリューションを提供します。

HKシリーズ|高電圧パルス電源|松定プレシジョン

HKシリーズ

HKシリーズは、高精度で高速なパルスを必要とするアプリケーション向けに設計された高電圧パルス電源です。 出力電圧は0.3kVから10kVまでで、パルス電圧の立ち上がり時間が15nsと速いため、電子顕微鏡、質量分析、マイクロチャンネルプレートのパルス電源用途に最適です。 これらの電源は、超高速・高電圧を特徴としており、電子ビーム偏向、イオンビーム制御、放射光測定などに不可欠な電源です。

HKSシリーズ|高電圧パルス電源|松定プレシジョン

HKSシリーズ

HKSシリーズは、高速動作用に設計された高電圧アンプと高電圧パルス電源で構成され、50kHzという驚異的な繰り返し周波数を実現しています。 最大電圧10kV、最大電流10mA(平均)のHKSシリーズは、電子ビーム、イオンビームなどの高電圧パルスパワーアプリケーションに最適です。

これらのパルス電源は、高度な技術と専門知識を駆使して設計しており、要求の厳しい用途において卓越した性能と信頼性を発揮します。
松定プレシジョンの高電圧パルス電源HKシリーズとHKSシリーズは、性能と信頼性の最高峰であり、様々な産業における高電圧パルスアプリケーションに最適なソリューションを提供します。

特徴と利点

当社の高電圧パルス電源には、様々な用途に最適ないくつかの特徴があります。
高速応答から小型設計まで、これらのパルス電源は様々なアプリケーションの厳しい要件を満たすことができます。

1. 高速レスポンス

当社の高電圧パルス電源は、卓越した高速応答能力を誇り、最小限の遅延で正確な電圧パルスを供給します。
この機能は、高周波テストやパルス・レーザー・システムなど、急速な電圧遷移を必要とするアプリケーションでは極めて重要です。
迅速かつ正確な電圧出力を提供することにより、当社のパルス電源は、重要なプロセスが正確かつ効率的に実行できます。
さらに、当社の高電圧パルス電源の高速応答は、電圧波形の正確な制御を可能にし、ユーザーは特定の要件を満たすために出力を調整することができます。
この柔軟性は、カスタマイズが鍵となる研究開発環境では不可欠です。
短時間の強力なパルスでも、長時間の持続的な出力でも、当社の高電圧パルスは必要な性能を発揮します。
高速応答に加えて、当社の高電圧パルス電源は、さまざまな動作条件下で安定性と精度を維持するように設計されています。
負荷条件が変化しても、電圧出力が一定になるように設計されています。
このレベルの性能は、医療機器や科学機器など、精度が最優先される用途では不可欠です。
全体として、当社の高電圧パルス電源の高速応答は、速度、精度、信頼性を必要とするアプリケーションに理想的な選択肢となります。
研究、電子部品のテスト、新技術の開発のいずれにおいても、当社のパルス電源はお客様の最も厳しい要件を満たすことができます。

2. 低インピーダンスでも適用可能な高出力設計

当社の高電圧パルス電源の高出力設計により、低インピーダンス負荷に接続した場合でも、電圧レベルを維持することができます。
この能力は、プラズマ生成や高エネルギー物理学実験など、高出力が要求される用途では不可欠です。
当社のパルス電源は、要求の厳しいこれらのアプリケーションの駆動に必要な電力を供給し、最適な性能と信頼性を提供します。
さらに、低インピーダンス条件下で効率的に作動する当社のパルス電源の能力は、汎用性が高く、多くの用途に適応できます。
高出力レーザーを使用する場合でも、高電圧コンポーネントをテストする場合でも、当社のパルス電源は必要な性能を発揮します。
この汎用性により、当社のパルス電源は様々な産業や用途に対応する費用対効果の高いソリューションとなっています。
高出力設計に加え、当社のパルス電源は連続運転の厳しさにも耐えられるよう設計されています。
これにより、当社のパルス電源は、酷使されても安定した性能と信頼性を発揮します。
このレベルの耐久性により、当社のパルス電源は、高出力のニーズに対する長期的なソリューションとなっています。
全体として、当社の高電圧パルス電源の高出力設計は、低インピーダンス条件で高出力を必要とするアプリケーションに理想的な選択肢となります。
研究、工業試験、高エネルギー物理学のいずれの分野でも、当社のパルス電源はお客様の最も厳しい要件を満たすことができます。

3.高い信頼性と長寿命

当社の高電圧パルス電源は、高い信頼性と長寿命で知られています。
頑丈な部品と耐久性のある設計で作られた当社のパルス電源は、厳しい環境での連続運転の厳しさに耐えることができます。
これにより、当社のパルス電源は長い運転寿命にわたって安定した性能を発揮し、重要な用途のユーザーに安心を提供します。
さらに、当社のパルス電源は、最高の信頼性基準を満たすために厳しい品質管理を受けています。
各パルス電源は、その性能と耐久性を検証するための一連のテストにかけられ、あらゆる条件下で期待通りの性能を発揮することを検査しています。
この品質へのこだわりは、当社のパルス電源の故障率の低さにも反映されており、世界中のメーカーや研究機関から信頼されています。
信頼性に加え、当社のパルス電源はメンテナンスが容易なように設計されています。
モジュラー設計により、迅速かつ容易な部品交換が可能で、ダウンタイムを最小限に抑え、メンテナンスコストを削減します。
これにより、パルス電源がより長く稼働し続け、顧客にとっての価値を最大化することができます。

4.超小型・軽量設計

当社の高電圧パルス電源は、小型・軽量設計なので、携帯性に優れ、取り扱いが簡単です。
これにより、移動性やスペースの制約が大きな要因となるフィールドアプリケーションや研究環境において特に有利です。
また、当社のパルス電源はコンパクトであるため、パフォーマンスを犠牲にすることなく、狭いスペースやカスタム・セットアップにもフィットし、多様な設置オプションが可能です。
さらに、当社のパルス電源の軽量設計は、使いやすさと設置のしやすさに貢献しています。
ユーザーは、リフトなどを必要とせずに、パルス電源を移動させたり、環境試験器の近くに設置したりすることができます。
利便性が向上し、全体のセットアップ時間が短縮されるため、当社のパルス電源はさまざまな用途で効率的かつ実用的な選択肢となります。
全体として、当社の電圧パルス電源の超小型・軽量設計は、柔軟性と利便性のレイヤーを追加し、多様な環境と用途に容易に展開できるようにします。

アプリケーション

高電圧パルス電源は、飛行時間型質量分析計(TOF-MS)、マイクロチャンネルプレート(MCP)、光電子増倍管(PMT)、電子ビーム、イオンビーム、ビームステアリング、真空管グリッド、Qスイッチ、ポッケルスセル、電気音響変換器(音響トランスデューサ)などのデバイスの動作に必要な高電圧パルスを供給し、さまざまな科学的および産業的用途で重要な役割を果たしています。
これらのデバイスは、分析化学から材料工学まで様々な分野で利用されており、研究、産業、技術の進歩に貢献する独自の機能を提供しています。

飛行時間型質量分析計(TOF-MS)

飛行時間型質量分析計(TOF-MS)は、サンプル中のイオンの質量電荷比を分析するために使用されます。
試料をイオン化し、高電圧パルスでイオンを加速し、質量電荷比に比例する検出器に到達するまでの時間を測定します。

使い方:

TOF-MSでは、検出器に向かってイオンを加速するのに必要な高電圧パルスを供給するために、高電圧パルス電源が使用される場合があります。
高電圧パルスを正確に制御することで、正確な質量測定と高分解能の質量スペクトルが得られます。
他にも、飛行時間型質量分析計のイオンビームの静電偏向用や検出器のマイクロチャンネルプレート(MCP)にも高電圧パルス電源が使用される場合があります。

飛行時間型質量分析計(TOF-MS)|松定プレシジョン

メリット

  1. 高感度:高電圧パルス電源により、複雑なサンプル中の低濃度化合物の検出が可能です。
  2. 高分解能:イオン加速を精密に制御することにより、高分解能のマススペクトルが得られます。
  3. 高速分析:イオンの高速パルス化により、高速データ取得が可能となり、分析スループットが向上します。
  4. 汎用性:高電圧パルスジェネレーターを使用したTOF-MSは、様々なサンプルタイプと分析要件に適応することができます。

マイクロチャンネルプレート(MCP)

マイクロチャンネルプレート(MCP)は、イメージングや検出アプリケーションにおける電子増倍管です。
入射粒子によって生成された電子を増幅する小さなチャンネル(穴)が密集しています。

高電圧パルスジェネレーターは、MCP内で電子を加速するのに必要な高電圧を供給し、チャネルを通して電子の増倍をもたらします。
ゲーティングにも使用され、短時間測定の場合はパルス幅でゲーティング時間を設定します。

マイクロチャンネルプレート(MCP)|松定プレシジョン

メリット

  1. 感度の向上:MCPは入射粒子からの信号を増幅し、検出感度を向上させます。
  2. 高速イメージング:MCPは、天文学や粒子検出アプリケーションに有用な高速イメージング機能を提供できます。
  3. 低ノイズ:MCPは低ノイズ特性を持っており、低照度レベルのイメージングに適しています。

光電子増倍管(PMT)

光電子増倍管(PMT)は、光フォトンを電気信号に変換する光センサーです。
蛍光分光や粒子検出など、低照度での検出を必要とするアプリケーションで使用されます。

高電圧パルス発生器は、PMT内の電子を加速するのに必要な高電圧を供給し、電子増倍をもたらし、測定可能な電気信号を生成します。
ゲーティングにも使用され、短時間測定の場合はパルス幅でゲーティング時間を設定します。

光電子増倍管(PMT)|松定プレシジョン

メリット

  1. 高感度:PMTは微弱な光に対して高感度であるため、微弱な信号の検出が可能です。
  2. 広いダイナミックレンジ:PMTはダイナミックレンジが広いため、弱い信号も強い信号も検出できます。
  3. 速い応答時間:PMTは応答時間が速いため、迅速な信号検出を必要とするアプリケーションに適しています。

電子ビーム

電子ビームは電子顕微鏡、電子リソグラフィー、材料加工に使用されます。
高電圧で電子を加速することで発生します。

高電圧パルスジェネレーターは、アプリケーションの電子を所望のエネルギーレベルまで加速するのに必要な高電圧を供給します。

電子ビーム|松定プレシジョン

メリット

  1. 高分解能:電子ビームは高い空間分解能を達成できるため、詳細なイメージングやパターニングが可能です。
  2. 制御された加工:電子ビームを精密に制御して、マイクロスケールやナノスケールの材料をエッチング、蒸着、改質することができます。
  3. 非破壊分析:電子ビームは非破壊で材料を分析し、その構造や組成に関する重要な情報を提供することができます。

イオンビーム 

イオンビームはイオン注入、材料分析、表面改質に使用されます。
高電圧でイオンを加速することで生成されます。

高電圧パルス電源は、イオンをアプリケーションに必要なエネルギーレベルまで加速するのに必要な高電圧を供給します。

イオンビーム|松定プレシジョン

メリット

  1. 精密なドーピング:イオンビームは、デバイス製造に不可欠なドーパント原子を半導体材料に正確に導入することができます。
  2. 表面改質:イオンビームは、硬度や耐摩耗性など、材料の表面特性を改質することができます。
  3. 深さ方向のプロファイリング:イオンビームは、物質の深さ方向のプロファイリングに使用でき、物質の組成や構造に関する情報を提供します。

ビームステアリング(ビームの制御)

ビームステアリングはビーム偏向とも呼ばれ、粒子や電磁放射線のビームを方向転換させます。
この技術は、レーダーシステムやレーザースキャン、ライダーシステム、粒子加速器など、さまざまなアプリケーションで使用されています。

高電圧パルス電源は、ステアリング機構に正確でタイミングを合わせた電圧パルスを印加することにより、ビームの偏向を制御します。
光源を物理的に動かすことなく、ビームの方向を操作できます。

ビームステアリング(ビームの制御)|松定プレシジョン

メリット

  1. 精密制御:高電圧パルス電源により、ビーム偏向機構を精密に制御し、正確なビーム位置決めを可能にします。
  2. スピード:ビーム偏向は高速で実行できるため、高速スキャンやトラッキング・アプリケーションに適しています。
  3. 非機械的:高電圧パルスを用いたビームステアリングは非機械的プロセスであるため、機械的故障のリスクを低減し、小型システムの小型化を可能にします。

真空管や電子管のグリッド

真空管や電子管のグリッドは、電子やイオンの流れを制御するために使用される電極です。グリッドは、リングや円筒、格子形状の電極で構成されています。

高電圧パルスジェネレーターは、電子管のグリッドを制御するために必要な電圧を供給し、CRTディスプレイやその他のアプリケーションで電子ビームを操作することを可能にします。
電子管のグリッドに印加される高電圧パルスは、電子の流れを精密に制御し、スクリーン上のビームの明るさと位置に影響を与えます。

真空管のグリッド|松定プレシジョン

メリット

  1. 焦点と偏向:真空管グリッドは、高電圧パルスによって制御されると、電子ビームの集束と偏向を助け、スクリーン上の画像生成を可能にします。
  2. 制御:高電圧パルスジェネレーターが電子ビームを正確に制御し、シャープで鮮明な画像を実現します。

Qスイッチ

Qスイッチは、低Q(高損失)状態と高Q(低損失)状態の間でレーザーを急速に切り替えることによって、レーザーの出力を制御するために使用される装置です。
この技術は、レーザーマーキング、切断、穴あけなどのさまざまな用途のために高強度レーザーパルスを生成します。

高電圧パルス発生器がQスイッチをトリガーし、低Q状態と高Q状態を切り替える。
このプロセスにより、短時間で高強度のレーザーパルスを発生させることができる。

Qスイッチ|松定プレシジョン

メリット

  1. パルス制御:Qスイッチングでは、レーザーパルスの持続時間と強度を正確に制御できるため、高エネルギーパルスを必要とするアプリケーションに適しています。
  2. 効率:Qスイッチングは、レーザーパルス発生過程におけるエネルギー損失を低減することで、レーザーシステムの効率を向上させます。

ポッケルスセル

ポッケルスセルは、光ビームの偏光を制御するために使用される電気光学装置です。
レーザー変調、光スイッチング、レーザー共振器ダンピングなど、さまざまな用途で使用されています。

高電圧パルス発生器を使ってポッケルスセルに電圧をかけ、複屈折を変化させ、透過光ビームの偏光を変化させます。

ポッケルスセル|松定プレシジョン

メリット

  1. 速い応答時間:ポッケル・セルは応答時間が速いため、レーザー・ビームを素早く変調できます。
  2. 高い損傷しきい値:ポッケルスセルは高い損傷しきい値を持ち、高出力レーザーシステムに適しています。

電磁音響変換器(EMAT:Electro Magnetic Acoustic Transducer)

電磁音響変換器(EMAT)は、液体やゲルのような直接結合媒体を必要とせずに超音波を発生・受信する非接触型超音波トランスデューサです。
欠陥検出、厚さ測定、材料特性評価など、さまざまな用途で使用されています。

EMATシステムでは、パルス電磁場を発生させるために高電圧パルス発生器が使用されます。
これらのフィールドは被検査材に超音波を誘導し、EMATは物理的接触を必要とせずにこれを検出します。

飛行時間型質量分析計(TOF-MS)|松定プレシジョン

メリット

  1. 非接触操作:EMATは材料と物理的に接触することなく動作するため、過酷な環境やデリケートな表面での使用に適しています。
  2. 汎用性:EMATはさまざまなタイプの超音波を発生させることができるため、さまざまな用途に使用できます。
  3. 高分解能:EMATは高分解能測定が可能なため、小さな欠陥や材料特性のばらつきの検出に適しています。

よくあるご質問

高電圧パルス電源とは何ですか?

高電圧パルス電源(高電圧パルス発生器)とは、高電圧の電気エネルギーから短時間のパルスを生成する電源装置です。高電圧パルス電源は、アプリケーションの要件に応じていろいろな仕様があります。数百ボルトから数百万ボルトの電圧レベル、マイクロ秒かナノ秒レベルのパルス幅の高電圧パルスを発生させます。これらの高電圧パルスは、科学研究、工業プロセス、医療機器に使用されます。

高電圧パルス電源の種類は?

高電圧パルス電源は、出力特性や構造、高電圧パルスの発生方法によって分類することができます。

一般的なタイプには以下のようなものがあります:

  1. ユニポーラ出力:これらのジェネレータは、正または負の単一極性のパルスを生成します。
    ある種の粒子加速器など、1つの極性しか必要とされない用途でよく使用されます。
  2. バイポーラ出力:バイポーラ・パルス・ジェネレーターは、正極性と負極性の両方のパルスを生成します。レーダーシステムや分析器、医療用装置など、両極性のパルスを必要とするアプリケーションで使用されます。
  3. 高圧電源との一体型と分離型:高電圧パルス電源には、高圧電源とパルス発生器が一体の装置と分離している装置があります。高圧電源が内蔵された高電圧パルス電源は、設置や配線などのセットアップと操作が簡易です。
    松定プレシジョンの高電圧パルス電源は、高圧電源が一体になったタイプと分離しているタイプの両方があります。出力の電圧に応じて一体型か分離型かが決まります。

高電圧パルス電源の仕組みは?

高電圧パルス電源(高電圧パルス発生器)は、コンデンサーを高電圧に充電し、負荷を通して放電し、蓄積されたエネルギーを高電圧パルスとして放出します。