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内藤 富士雄*; 穴見 昌三*; 池上 清*; 魚田 雅彦*; 大内 利勝*; 大西 貴博*; 大場 俊幸*; 帯名 崇*; 川村 真人*; 熊田 博明*; et al.
Proceedings of 13th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1244 - 1246, 2016/11
いばらき中性子医療研究センターのホウ素中性子捕獲療法(iBNCT)システムは線形加速器で加速された8MeVの陽子をBe標的に照射し、中性子を発生させる。この線形加速器システムはイオン源, RFQ, DTL, ビーム輸送系と標的で構成されている。このシステムによる中性子の発生は2015年末に確認されているが、その後システムの安定性とビーム強度を共に高めるため多くの改修を施した。そして本格的なビームコミッショニングを2016年5月中旬から開始する。その作業の進展状況と結果を報告する。
二ツ川 健太*; 穴見 昌三*; 小林 鉄也*; Fang, Z.*; 福井 佑治*; 道園 真一郎*; 佐藤 文明; 篠崎 信一
Proceedings of 9th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.765 - 768, 2013/08
ほぼすべての加速器施設で、加速空洞内の電場や大電力高周波の伝送系、またビームの状態などのモニタ用として、高周波ケーブルを使用している。これらの敷設されたケーブルにおいては、運転前に高周波特性を把握しておくことが、必要不可欠である。一般的には、ケーブル内での高周波電力損失は、ネットワークアナライザを使用して、透過電力
を測定する手法で求められる。放射線防護の観点から、空洞がある加速器トンネルとその制御システムは、離れた場所に設置される。この場合は、この間に敷設されたケーブルの透過電力を測定するためには、この間を渡って校正されたケーブルが必要になり容易ではない。そこで、ケーブル内での高周波電力損失の測定手法として、反射を利用する方法を紹介する。この手法では、ケーブル末端での反射波の位相を回転させることによって、ケーブルの途中での反射と末端での反射を区別する。この測定は、従来のパワーメータと信号発振器を用いた方法より、容易であり、かつ高精度である。また、高周波電力損失という基礎情報の測定であるとともに、どの加速器でも使用する機器・道具しか使用していないため、応用範囲が広いと考えている。J-PARCリニアックに新しく敷設するACS用ケーブルの測定でもこの手法を採用する予定である。
二ツ川 健太*; 穴見 昌三*; 小林 鉄也*; Fang, Z.*; 福井 佑治*; 道園 真一郎*; 川村 真人*; 佐藤 文明; 篠崎 信一; 千代 悦司; et al.
Proceedings of 9th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.769 - 773, 2013/08
2011年3月11日に発生した東日本大地震によって、J-PARCリニアックは、建屋,ユーティリティー設備,装置等に甚大な被害が生じた。高周波(RF)制御システムも立体回路の変形に伴い、2つの加速空洞に伝送しているRFの位相差を測定し、再調整を行った。また、各基準信号の伝送,制御機器,増幅機器の動作チェックを行い、2011年の末にビーム試験を迎えることができた。しかし、SDTL05の空洞が、震災で大気に晒されて空洞内の状態が悪化したこともあり、運転で使用するパワー領域で高周波が不安定になり、この領域での使用が困難になった。現在は、設計値より、高いパワー領域で運転している。その際に、高周波の波形を解析した結果、SDTL06にも相似た現象が確認できるが、SDTL07を境に大きく傾向が異なることがわかった。その結果、自由発振のときの波形から共振周波数を算出して、制御している自動チューナの設定値を最適化した。また、平成24年度に高圧のトラブルがあり、タイミングの関係でマクロパルスの途中でサグの傾きが変わるような設定になったが、現在はフィードバック制御により、空洞内の電場は一定に保たれている。本発表では、震災の復旧作業から夏季シャットダウンまでの運転対応について報告する。
Fang, Z.*; 道園 真一郎*; 穴見 昌三*; 山口 誠哉*; 内藤 富士雄*; 福井 佑治*; 小林 鉄也; 鈴木 浩幸; 千代 悦司; 篠崎 信一
Proceedings of 7th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (DVD-ROM), p.1068 - 1070, 2010/08
J-PARCリニアックはあと2年のうちに181MeV加速から400MeV加速へと増強される。本リニアックの低電力高周波(LLRF)制御システム(FPGAを用いたデジタル制御)において、400MeV加速に向けて、新しく多くの機能をLLRF制御システムに追加した。例えば、(1)324MHz(181MeV加速)と972MHz(
400MeV加速)の両方の周波数に対応,(2)パルス先頭におけるフィードバックゲインの緩やかな立ち上げ,(3)チョップドビーム負荷補償の追加,(4)ビーム供給先変更によるビーム負荷補償のパルスごとの切り替え,(5)空洞立ち上げにおける入力RF周波数の自動チューニング,(6)空洞チューナー制御における離調度取得方法の改善(入出力位相差測定をパルス減衰波形による測定に変更)などである。
Fang, Z.*; 道園 真一郎*; 穴見 昌三*; 山口 誠哉*; 内藤 富士雄*; 福井 佑治*; 川村 真人*; 久保田 親*; 南茂 今朝雄*; 小林 鉄也; et al.
Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.1434 - 1436, 2010/05
J-PARCリニアックはあと2年のうちに181MeV加速から400MeV加速へと増強される。本リニアックの低電力高周波(LLRF)制御システム(FPGAを用いたデジタル制御)において、400MeV加速に向けて機能向上を図ったので、それら新機能について報告する。本機能は、これまでの181MeV加速用(324MHz-RFシステム)と400MeV加速用(972MHz-RFシステム)の両方において動作する。今回、新しく多くの機能をLLRF制御システムに追加した。例えば、(1)324MHzと972MHzの両方の周波数に対応,(2)パルス先頭におけるフィードバックゲインの緩やかな立ち上げ,(3)チョップドビーム負荷補償の追加,(4)ビーム供給先変更によるビーム負荷補償のパルスごとの切り替え,(5)空洞立ち上げにおける入力RF周波数の自動チューニング,(6)空洞チューナー制御における離調度取得方法の改善(入出力位相差測定をパルス減衰波形による測定に変更)、などである。
小林 鉄也; 穴見 昌三*; 道園 真一郎*; Fang, Z.*; 鈴木 浩幸; 山口 誠哉*
Proceedings of 6th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (CD-ROM), p.1065 - 1067, 2010/03
J-PARCリニアックの低電力高周波制御では、空洞に電力を入れ始める際に、空洞チューナー共振周波数の自動制御を行っている。このチューナー制御に代わって新たに、空洞入力の周波数を離調度に合わせて変調させる方式をデジタルFB制御システムに導入する。その方法として、出力制御するIQ変調器で位相を回転させることで周波数変調を行う。離調度は、RFパルス後の空洞減衰時(自由振動)の位相変化を測定することで求められ、それにより、FPGAでIQ変調器の位相回転を自動制御する。この方式の導入においてはハードウェアの変更を全く必要とせず、チューナー製造におけるコストダウンもしくは耐久性の向上が期待される。
小林 鉄也; 鈴木 浩幸; 穴見 昌三*; 山口 誠哉*; 道園 真一郎*; Fang, Z.*
Proceedings of 2009 Particle Accelerator Conference (PAC '09) (DVD-ROM), p.2213 - 2215, 2009/05
J-PARCリニアックの低電力高周波制御では、空洞に電力を入れ始める際に、空洞チューナー(共振周波数)の自動制御を行っている。このチューナー制御に代わって新たに、空洞入力の周波数を離調度に合わせて変調させる方式をデジタルLLRF制御システムに導入する。その方法として、出力制御するIQ変調器で位相を回転させることで周波数変調を行う。離調度は、RFパルス後の空洞減衰時(自由振動時)の位相変化を測定することで求められ、それにより、FPGAとDSPでI/Q変調器の位相回転を自動制御する。この方式の導入においてはハードウェアの変更を全く必要とせず、チューナー製造におけるコストダウンもしくは耐久性の向上が期待される。
長谷川 和男; 浅野 博之; 千代 悦司; 堀 利彦; 伊藤 崇; 小林 鉄也; 近藤 恭弘; 滑川 裕矢; 小栗 英知; 大越 清紀; et al.
Proceedings of 24th International Linear Accelerator Conference (LINAC 2008) (CD-ROM), p.55 - 57, 2009/00
J-PARCリニアックは2006年11月にビームコミッショニングを開始し、2007年1月には所定のエネルギーである181MeVの加速に成功した。その後、リニアックは後段の3GeVシンクロトロンのビームコミッショニングのためのビームを供給し、さらに下流の50GeVシンクロトロンや中性子ターゲットのコミッショニングにもビームが用いられた。イオン源はセシウム不使用の負水素イオン源であり、安定なビームを供給し運転時間は3,000時間を越えた。高周波源としては20台の324MHzクライストロンを使用し、平均で6000時間以上、大きなトラブルなく運転を実証した。ここでは、こうしたJ-PARCリニアックの運転経験について報告する。
小林 鉄也; 千代 悦司; 鈴木 浩幸; 穴見 昌三*; Fang, Z.*; 道園 真一郎*; 山口 誠哉*
Proceedings of 24th International Linear Accelerator Conference (LINAC 2008) (CD-ROM), p.1054 - 1056, 2009/00
J-PARCリニアックのLLRFでは、ビーム負荷補償のためのフィードフォーワード(FF)制御パラメータをパルスごとに(繰り返し25Hz又は50Hz)で切り替わる機能を新たに追加した。本システムでは加速電界制御のためFPGAを用いたデジタルフィードバック(FB)制御を行い、またビームローディングに対してはマクロビームパルス立ち上がりはFB制御だけでは追いつかないためFF制御を組合せている。ここでFF制御の位相・振幅はビーム電流に対して最適に設定することが重要である。一方J-PARCでは、リニアック後段の3GeVリングが「物質・生命科学実験施設」及び50GeVリングのどちらにビームを振り分けるかによって、リニアックのビーム電流(正確には中間パルスのデューティ)が変わるため、それぞれのビームの振り分けごとにFFの位相・振幅が切り替わる必要がある。そこでJ-PARCのタイミングシステムを利用し、別途入力するゲート幅に対応したプリセット値で切り換わる仕組みをFPGAプログラムに追加した。
Fang, Z.*; 穴見 昌三*; 道園 真一郎*; 山口 誠哉*; 小林 鉄也; 鈴木 浩幸
Proceedings of 24th International Linear Accelerator Conference (LINAC 2008) (CD-ROM), p.1039 - 1041, 2009/00
J-PARCリニアックでは、1つのクライストロンで2台の加速空洞に電力を供給する。加速電界の振幅,位相はFPGAを用いたデジタルフィードバック制御システムによりコントロールされる。ビームローディンなしで振幅,位相それぞれ
0.1% and 0.1度の安定性で、またビームローディングがあっても、それぞれ0.3% and 0.2度の安定性を達成している。また空洞共振周波数(チューナ)も本システムのDSPによって自動制御され、離調度1度以内で正常に制御されている。またRFパルス波形の減衰から、空洞離調度及びQ値を計算し、運転中リアルタイムでそれらをPLC制御パネルに表示できるようにした。
道園 真一郎*; 穴見 昌三*; 片桐 広明*; Fang, Z.*; 松本 利広*; 三浦 孝子*; 矢野 喜治*; 山口 誠哉*; 小林 鉄也
加速器, 5(2), p.127 - 136, 2008/07
低電力高周波(LLRF)制御をデジタルで処理する最大の利点の1つとして、その柔軟性があげられる。ここ10年くらいで加速器のLLRFシステムにデジタル処理系が加わってきたのは、携帯電話等のデジタル通信,医療系やコンピュータ用の高速処理技術の急速な発展の恩恵を受けているものである。J-PARCリニアックのLLRFシステムではcPCIクレートとFPGAによるデジタルフィードバックシステムを採用し、その運転に成功した。その成果をもとにSTF(ILC建設に向けたKEKの試験加速器施設)におけるLLRFの開発を進めている。本解説では、これまで著者が開発に携わったJ-PARCリニアック及びSTFのデジタルLLRF系を紹介し、今後のデジタル系が適用される将来計画(ILCやERL)についても述べる。
山本 昌亘; 長谷川 豪志; 野村 昌弘; Schnase, A.; 田村 文彦; 穴見 昌三*; 絵面 栄二*; 原 圭吾*; 大森 千広*; 高木 昭*; et al.
Proceedings of 11th European Particle Accelerator Conference (EPAC '08) (CD-ROM), p.379 - 381, 2008/06
シンクロトロン加速器の加速電圧パターン計算コードは、大抵縦方向の運動力学に基づいた微分形式で書かれていることが多い。われわれは、前進差分法による加速電圧パターン計算コードを開発した。それは、偏向電磁石磁場と正確に同調する手法で、これまでの計算コードよりも正確な値を算出することができ、特にRCSのような速い繰り返しのシンクロトロンにおいて効果を発揮する。
田村 文彦; Schnase, A.; 野村 昌弘; 山本 昌亘; 長谷川 豪志; 芳賀 浩一; 吉井 正人*; 大森 千広*; 戸田 信*; 原 圭吾*; et al.
Proceedings of 11th European Particle Accelerator Conference (EPAC '08) (CD-ROM), p.364 - 366, 2008/06
J-PARC RCSでは大強度の陽子ビームを加速するために、フルデジタルのLLRF制御システムが採用されている。このシステムの特徴は、DDS技術をもとにしたマルチハーモニックのRF信号生成である。フルデジタルシステムの採用により、正確で、安定かつ再現性のあるRF電圧をMAコア空胴に発生することができる。RCSのビームコミッショニングは2007年10月から始まった。linac, RCSともによい安定性を示している。ビーム軌道及び長手方向のビーム信号も非常によい再現性をもっているため、非常に効率のよいコミッショニングが進んでいる。この発表では、コミッショニングで得られたビーム信号の幾つかを示し、コントロールの性能について議論する。
Schnase, A.; 穴見 昌三*; 絵面 栄二*; 芳賀 開一*; 原 圭吾*; 長谷川 豪志; 野村 昌弘; 大森 千広*; 高木 昭*; 田村 文彦; et al.
Proceedings of 11th European Particle Accelerator Conference (EPAC '08) (CD-ROM), p.346 - 348, 2008/06
A standard way to measure the transfer function of a system of amplifier and cavity uses a network analyzer and a linear frequency sweep. However, to check the transfer function of the broadband (Q=2) RCS RF system, we analyze several harmonics at same time under real high power ramp conditions. A pattern driven DDS generates frequency and amplitude like in accelerator operation. During the 20ms acceleration time, a large memory oscilloscope captures the RF-signals. The data are processed offline like down conversion in a multi-harmonic LLRF-system, giving multi-harmonic amplitude and phase information. With this setup we could find and cure resonances before installation to the tunnel. RCS is in the commissioning phase and has reached the milestone of acceleration to final energy and beam extraction. 10 RF systems are in operation. The LLRF-system controls fundamental h(2) and 2nd harmonic h(4). The multiharmonic analysis allows to check the RF system behavior also at other harmonics.
小林 鉄也; 千代 悦司; 穴見 昌三*; 山口 誠哉*; 道園 真一郎*
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 585(1-2), p.12 - 19, 2008/01
被引用回数：2 パーセンタイル：22.28(Instruments & Instrumentation)J-PARCリニアックの高周波電界には振幅・位相それぞれ1%, 1
以内という厳しい安定性が要求される。そのためさらに安定性の高い高周波基準信号が必要で、J-PARCリニアックのため新たに高安定でユニークな高周波基準信号分配システムが開発・敷設された。本システムでは基準信号を光信号に変換して、それを増幅,分岐し約60か所あるクライストロン駆動システムへ送信する。光伝送線には位相安定化光ファイバーを用いた。安定性を評価した結果、要求を十分満たす0.2の安定性が得られた。2007年2月には初期段階である181MeVビーム加速に成功し、現在も安定なビーム加速が行われ、順調にビームコミッショニングが進められている。
Schnase, A.; 絵面 栄二*; 原 圭吾*; 長谷川 豪志; 野村 昌弘; 大森 千広*; 島田 太平; 鈴木 寛光; 高木 昭*; 田村 文彦; et al.
Proceedings of 5th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 33rd Linear Accelerator Meeting in Japan (CD-ROM), p.340 - 342, 2008/00
J-PARC RCS (Rapid Cycling Synchrotron) is under commissioning and reached the milestones of acceleration to 3 GeV and extracting the beam to MLF and MR (Main-Ring). We found a discrepancy between expected synchrotron frequency as function of voltage seen by the beam and measured value at injection energy. Also we saw a difference between expected and measured synchronous phase during acceleration. The voltage seen by the beam seemed to be lower than the voltage by the acceleration cavities. We found that the High Voltage probes used at calibration gave a too high value due to unwanted capacitive coupling. We reduced the coupling by probe tip extension and calibrated all 10 RCS cavities again. In RCS beam operation we confirmed that the discrepancy was resolved, so that the beam sees the expected voltage. This knowledge was used in MR calibration. We confirmed that expected and measured synchrotron frequency match very well. Expected and voltage seen by the beam are within 2%.
田村 文彦; Schnase, A.; 野村 昌弘; 山本 昌亘; 鈴木 寛光; 島田 太平; 長谷川 豪志; 吉井 正人*; 大森 千広*; 戸田 信*; et al.
Proceedings of 5th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 33rd Linear Accelerator Meeting in Japan (CD-ROM), p.337 - 339, 2008/00
J-PARC RCSのビームコミッショニングは2007年10月に開始され、同月に3GeVまでの加速に成功し、2008年2月には
個の陽子の加速に成功した。現在はMLF及びMRにビームを供給しながら、ビームパワーの増強のためのコミッショニングを行っている。MRのコミッショニングは2008年5月から開始され、入射エネルギー3GeVにおけるRFによる捕獲,1秒のビーム保持及び取り出しに成功している。現在、RCSには10台、MRには4台のMA(magnetic alloy)空胴がインストールされている。MA空胴により、大強度の陽子の加速に必要な高い加速電圧を発生させることができる。これらのハイパワーシステムを制御するために、RCS, MRともにフルデジタルのLLRF制御システムを採用した。フルデジタルのシステムを採用したことで、非常に高精度かつ再現性の高い周波数,電圧及び位相の制御を行うことができる。この発表では、ビーム電流,軌道等の例を示しながら、RCS及びMRのビームコミッショニングにおけるRFの調整の現状及び今後の見通しについて述べる。
山崎 正義; 千代 悦司; 小林 鉄也; 堀 利彦; 鈴木 浩幸; 穴見 昌三*; 川村 真人*; 福井 佑治*; 南茂 今朝雄*; Fang, Z.*; et al.
Proceedings of 5th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 33rd Linear Accelerator Meeting in Japan (CD-ROM), p.485 - 487, 2008/00
大強度陽子加速器施設(J-PARC)のリニアックでは、2006年10月より高周波源の運転を開始している。ここ1年間の高周波源運転は、RCS,MLF及びMRのビームコミッショニングに対応して継続的に実施している。2007年9月から2008年6月末までにRUN#9-RUN#17の運転を9回(1週間4週間の連続)行った。高周波源の運転時間は累計で6000時間(LV-ON)を超え、2007年9月からは3000時間に達する。ビームコミッショニング時の高周波源運転状況は、繰り返し25Hz,RF幅650
s,出力1.4MW(max)で行い、初期(装置立ち上げ時)のトラブルもほぼ改善され、低電力RF制御(LLRF)等のシステム充実により大きな不具合もなくおおむね順調である。メンテナンスは、ビームコミッショニング休止時の1,2週間と空洞コンディショニング時に実施している。今回はおもにクライストロン用直流高圧電源関連の機器についてメンテナンスを行い、ダウンタイムの低減に努めた。本発表では、これらの高周波源の運転状態と実施したメンテナンスについて報告する。
小林 鉄也; 穴見 昌三*; 道園 真一郎*; Fang, Z.*; 鈴木 浩幸; 山口 誠哉*; 千代 悦司
Proceedings of 5th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 33rd Linear Accelerator Meeting in Japan (CD-ROM), p.488 - 490, 2008/00
J-PARCリニアックのLLRFでは、ビーム負荷補償のためのフィードフォーワード(FF)制御パラメータをパルスごとに(繰り返し25Hz又は50Hzで)切り替わる機能を新たに追加した。本システムでは加速電界制御のためFPGAを用いたデジタルフィードバック(FB)制御を行い、またビームローディングに対してはマクロビームパルス立ち上がり/立ち下がりはFB制御だけでは追いつかないためFF制御を組合せている。その結果、ピーク電流30mAのビーム加速において、位相,振幅それぞれ(要求1度/1%以内に対し)0.2度,0.2%の安定性を達成している。ここでFF制御の位相・振幅はビーム電流に対して最適に設定することが重要である。一方J-PARCでは、リニアック後段の3GeVリングが「物質・生命科学実験施設」及び50GeVリングのどちらにビームを振り分けるかによって、リニアックのビーム電流(正確には中間パルスのデューティ)が変わるため、それぞれのビームの振り分けごとにFFの位相・振幅が切り替わる必要がある。そこでJ-PARCのタイミングシステムを利用し、別途入力するゲート幅に対応したプリセット値で切り換わる仕組みをFPGAプログラムに追加した。
Fang, Z.*; 穴見 昌三*; 道園 真一郎*; 山口 誠哉*; 小林 鉄也; 鈴木 浩幸
Proceedings of 5th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 33rd Linear Accelerator Meeting in Japan (CD-ROM), p.476 - 478, 2008/00
J-PARCリニアックでは、1つのクライストロンで2台の加速空洞に電力を供給する。加速電界の振幅,位相はFPGAを用いたデジタルFB制御システムによりコントロールされる。また空洞共振周波数も本システムのDSPによって自動制御される。本論文では、空洞共振点の決め方として3つの方法について議論する。最終的には空洞電力の減衰時に位相が変化しない点を共振がとれた状態と決めることにした。またRFパルス波形の減衰から、空洞離調度及びQ値を計算し、運転中リアルタイムでそれらをPLC制御パネルに表示できるようにした。
