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Yee-Rendon, B.; 近藤 恭弘; 田村 潤; 中野 敬太; 前川 藤夫; 明午 伸一郎
Proceedings of 19th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.179 - 183, 2023/01
日本原子力研究開発機構(JAEA)では、マイナーアクチニドなど有害度低減のため、加速器駆動未臨界システム(ADS)の開発を進めている。JAEA提案型のADS(JAEA-ADS)では、30MWの陽子ビームを鉛ビスマス共晶(LBE)核破砕ターゲットに導入し、未臨界炉体系の炉心において中性子を生成する。未臨界体系に陽子を導入するビーム輸送系(BT)は、ビーム窓などの機器に高い熱応力がかからないよう、適切なビーム形状と安定なビームパワーを供給する必要がある。ビーム輸送系は、ビーム損失を軽減し、誤差があっても高い安定性を保ち、かつ輸送系の長さの要求を満たすために、多数のマクロ粒子を追跡して最適化した。本研究では、JAEA-ADSのビーム輸送系の設計とそのビームダイナミクス研究に関して紹介する。
Yee-Rendon, B.; 明午 伸一郎; 近藤 恭弘; 田村 潤; 中野 敬太; 前川 藤夫; 岩元 大樹; 菅原 隆徳; 西原 健司
Journal of Instrumentation (Internet), 17(10), p.P10005_1 - P10005_21, 2022/10
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Instruments & Instrumentation)日本原子力研究開発機構では、放射性廃棄物の有害度低減のため、超電導線形加速器(リニアック)による陽子ビーム(出力30MW)を未臨界炉中の標的に入射する加速器駆動核変換システムを開発している。本システムでは熱出力800MWとなる未臨界炉を陽子リニアックで駆動するため、炉内の核破砕中性子ターゲットにビームを供給する。ターゲットへのビーム輸送系には、ビーム窓の健全性を確保するために、高出力ビームにおける安定性と電流密度の低減化が要求される。さらに、燃料やビーム窓の保守・交換のために、原子炉の設計と互換性のある設計が必要である。非常に多くの粒子シミュレーションにより、堅牢でコンパクトなターゲットへのビーム輸送系を開発した。ビーム光学系を最適化により、必要となる0.3
A/mm
以下のビーム窓における電流密度を実現し、ビーム窓の実現可能性を保証した。リニアックに入力するビームの誤差と加速器要素の誤差に起因する、炉内に入射するビームの誤差評価を行うとともに、改善策を考案した。さらに、加速器の信頼性向上のため、リニアックの故障時における高速補償を適用し、この補償による炉内入射ビームの誤差の影響も評価した。この結果、本研究によるターゲットへのビーム輸送系は、JAEA-ADSの要求を満足することが示された。
高田 弘; 羽賀 勝洋; 勅使河原 誠; 麻生 智一; 明午 伸一郎; 粉川 広行; 直江 崇; 涌井 隆; 大井 元貴; 原田 正英; et al.
Quantum Beam Science (Internet), 1(2), p.8_1 - 8_26, 2017/09
大強度陽子加速器施設(J-PARC)の物質・生命科学実験施設では、パルス核破砕中性子源から高強度かつ狭いバルス幅の中性子を供給し、多様な中性子科学研究の推進に役立てている。この核破砕中性子源の構成機器は、エネルギー3GeV、繰り返し25Hz、強度1MWという世界最高クラスの強度の陽子ビームで駆動されルことを前提に設計されており、水銀ターゲットと3種類の液体パラ水素モデレータがその中枢の機器である。目標とする1MWの陽子ビームによる運転に向けて、まだ途上段階にあるが、本報告では、この核破砕中性子源のターゲット・モデレータ・反射体システムの特色ある性能について解説する。
大井 元貴; 明午 伸一郎; 圷 敦*; 川崎 智之; 西川 雅章*; 福田 真平
Proceedings of 12th International Topical Meeting on Nuclear Applications of Accelerators (AccApp '15), p.89 - 96, 2016/00
J-PARCでは、3GeV, 1MWの陽子ビームを3GeV陽子ビーム輸送施設(3NBT)を経由して核破砕中性子源施設に輸送する。J-PARCのような大出力の加速器施設では、僅かなビームロスであっても、重大な故障に発展する可能性があるため、小さな異常の段階で迅速に検知するためのシステムが必要であり、EPICSとCSS(Control System Studio)を用いた監視制御システムを開発した。これにより、モニタデータを複合的に評価する環境を構築した。また、ビーム調整を効率よく行うためにSADコードを用いた制御システムを開発し、数ショットのビームで容易にビーム診断および調整を可能にし、ビーム電流密度の平坦化を目的として導入された8極電磁石に起因する非線形ビーム光学への対応も行った。これらのビーム輸送系の制御改良により、ビーム調整の手順が簡略化し数クリックで軌道調整が可能になり、また、習熟度の低いオペレータでも容易に軌道調整が可能になった。
坂元 眞一; 明午 伸一郎; 藤森 寛*; 原田 正英; 今野 力; 春日井 好己; 甲斐 哲也; 三宅 康博*; 池田 裕二郎
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 562(2), p.638 - 641, 2006/06
被引用回数：8 パーセンタイル：50.27(Instruments & Instrumentation)大強度陽子加速器施設(J-PARC)の物質・生命科学実験施設は、強力なプローブとして中性子ビームやミューオンビームを提供する実験施設である。それらの2次ビームは、3GeV陽子ビーム輸送ライン(3NBT)を通して供給される大強度陽子ビームにより生成される。大きなエミッタンスを持つ陽子ビームを非常に低いビーム損失率で輸送するために、ビーム光学やそれを実現する機器の設計を実施した。一方で、3NBTには大きなビームロスがある中間標的も設置される。この串刺し標的方式の実現のために、強い放射線で引き起こされるさまざまな問題の対策を考案し設計に反映した。
大井 元貴; 明午 伸一郎
JAERI-Tech 2005-025, 52 Pages, 2005/03
JAERI-Tech-2005-025.pdf:3.28MB
大強度陽子加速器施設(J-PARC)陽子ビーム輸送施設(3NBT)では、陽子ビームモニターとして、プロファイルモニター,ハローモニター,ロスモニター,陽子カレントモニターを設置する。これらのモニターからのアナログ信号は、CAMAC電源クレート上のADCによってデジタル情報に変換され、CAMACクレートコントローラーCC/NETにインストールされたEPICS IOCを通じてEPICSシステムで監視を行う。特に3NBTでは、陽子ビームモニターの情報を陽子ビーム周期と同じ25Hzで監視し、全てのデータをデータサーバーに保存する。そこで、本報告では、3NBT陽子ビームモニター用EPICSシステムを開発・構築し、CAMACとCC/NET, EPICSを用いたビームモニターシステムで十分な性能が得られるか検証を行った。その結果として、CC/NETとEPICSを組合せることによって、25Hz周期で陽子ビームモニターからの信号を欠損なくデータサーバーに保存し、また、監視できることを明らかにした。
宮脇 信正; 倉島 俊; 奥村 進; 千葉 敦也; 上松 敬; 神谷 富裕; 金子 広久; 奈良 孝幸; 齋藤 勇一; 石井 保行; et al.
Proceedings of 17th International Conference on Cyclotrons and Their Applications (CYCLOTRONS 2004), p.208 - 210, 2005/00
バイオ技術と材料研究におけるイオンビーム利用の応用範囲を広げるため、TIARAの拡張・高度化を目指したGeV級JAERI超伝導AVFサイクロトロンの設計研究を行っている。100MeV/n以上のエネルギーの重イオンは、植物育種や新材料の創製に最適なLETを有するため、飛躍的な発展をもたらすことが期待されている。また300MeVの陽子は、高エネルギーの重イオンや2次粒子による宇宙半導体素子の放射線耐性試験に必要とされている。そこで、100MeV/n以上の重イオンと300MeVの陽子の加速を両立させるK値900の超伝導AVFサイクロトロンの電磁石の設計を実現するとともに、材料・バイオ研究に最適な幅広いエネルギー範囲をカバーできるように、エネルギーの下限は、既設JAERI AVFサイクロトロンのエネルギー範囲と重複させることに成功した。また応用研究のニーズを満足させるビーム輸送系の検討を行った。
坂元 眞一; 明午 伸一郎; 今野 力; 甲斐 哲也; 春日井 好己; 原田 正英; 藤森 寛*; 金子 直勝*; 武藤 豪*; 小野 武博*; et al.
JAERI-Tech 2004-020, 332 Pages, 2004/03
JAERI-Tech-2004-020.pdf:17.93MB
日本原子力研究所と高エネルギー加速器研究機構が共同で建設する大強度陽子加速器施設(J-PARC)には、中性子ビーム及びミューオンビームを用いて、おもに物質科学,生命科学の研究が繰り広げられる物質・生命科学実験施設が建設される。この実験施設では、3GeVシンクロトロンで加速された大強度陽子ビームにより、中性子,ミューオンを生成する。3GeVシンクロトロンから物質・生命科学実験施設までの陽子ビームを効率よく輸送し、中性子生成標的,ミューオン標的へ的確にビーム照射を行う陽子ビーム輸送施設(3NBT)の設計全体をまとめる。
上松 敬; 荒川 和夫; 奥村 進; 中村 義輝; 田島 訓
KEK Proceedings 2003-19, p.27 - 29, 2004/03
サイクロトロンの運転操作では、引出しビームが最大になるように何十ものパラメータの調整が必要である。経験豊かなオペレーターは、その経験と直観力で試行錯誤によってこの処理をする。しかし、オペレータはビームの測定データや機器のアラームや状態のようなわずかな情報によってパラメータ調整をする必要があり、未熟者にとってビーム調整は難しい。われわれはJAERI-AVFサイクロトロンのためにコンピュータベースの可視化援助システムを開発した。支援システムは次のようなCRT表示を行う: サイクロトロンのビーム軌道,設定可能領域,調整履歴,ビーム調整パラメータを最適化するために設計された外部ビーム輸送のビームエンベロープ。支援システムの評価実験を行った結果、サイクロトロンの入射領域でのビーム条件を達成させるための操作時間はおよそ65%減らされた。また、支援システムはビーム輸送、例えばビームの軌道,エンベロープ,プロファイル,スポットサイズ,その他の問題を調査するために非常に役に立つ。
森本 巌; Zheng, X. D.*; 前原 直; 木代 純逸*; 高山 健*; 堀岡 一彦*; 石塚 浩*; 川崎 温*; 志甫 諒
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 475(1-3), p.509 - 513, 2001/12
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Instruments & Instrumentation)ミリ波帯自由電子レーザーのシードパワー源として、線形誘導加速器La
を用いたBWO実験研究が行われている。La
では、ビームエネルギー1MeV,ビーム電流数kA,パルス幅100nsの電子ビームを加速している。BWO実験では、アニュラービームをガイド磁場ITを用いてコルゲート導波管へ入射している。今までのところ、9.8GHz, 200MWの発振に成功している。このBWO実験では、電子銃からコルゲート導波管入口へのアニュラービームの伝送が重要である。今回、このビーム伝送実験の詳細について発表する。
上松 敬; 神谷 富裕; 金子 広久; 水橋 清; 齋藤 勇一; 千葉 敦也; 福田 光宏; 荒川 和夫
Proceedings of 13th Symposium on Accelerator Science and Technology, p.467 - 469, 2001/10
原研高崎では、バイオ・材料研究用のGeV級重イオンビーム照射ができる超伝導AVFサイクロトロンの建設計画があり、現在その基本仕様の検討を行っている。本報告では、外部ビーム輸送系のビーム光学,ビームライン配置,照射室配置等の設計検討の結果を報告する。要求されている外部ビームラインは、バイオ研究用の(1)マイクロビーム打ち上げライン,(2)マイクロビーム打ち下ろしライン,(3)大面積均一照射用打ち下ろしライン,及び、宇宙用材料用の大面積均一照射水平ラインなどがある。
後藤 俊治*; 大橋 治彦*; 竹下 邦和*; 矢橋 牧名*; 山片 正明*; 浅野 芳裕; 石川 哲也*
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 467-468(Part1), p.813 - 815, 2001/07
被引用回数：3 パーセンタイル：28.26(Instruments & Instrumentation)SPring-8で建設されているX線ビームラインの輸送チャンネルについて論じた。これらは標準機器や新しく開発された機器よりなっている。ビームラインは高分解能非弾性散乱ビームラインのような約10mの特種なアンジュレータービームラインや、約百mの中央ビームライン,及び1000mにおよぶ長さを持つ長尺ビームラインについての輸送チャンネルの遮蔽機器,光学機器等について詳細に議論した。
仁井田 浩二*; 明午 伸一郎; 高田 弘; 池田 裕二郎
JAERI-Data/Code 2001-007, 128 Pages, 2001/03
JAERI-Data-Code-2001-007.pdf:5.07MB
NMTC/JAERI97コードの改良版として、高エネルギー粒子輸送コードNMTC/JAMを開発した。NMTC/JAMは、核内カスケードモデルとして、高エネルギー核反応コードJAMを導入することにより、その適用エネルギー範囲を原理的には、核子,中間子に対して200GeVまで引き上げた。また、蒸発、核分裂過程に対してGEMモデルを導入することにより、励起した残留核からの軽核生成の記述が可能になった。適用エネルギーの拡張に伴い、核子-原子核の非弾性散乱断面積,弾性散乱断面積,弾性散乱断面積の核分布のデータを新しい系統式を用いて更新した。さらに、ビーム輸送計算に必要な磁場中の粒子輸送を計算できるようにした。また、幾つかのタリー機能が追加され、データの入出力については、ユーザーの利便性を高めるために大きく改良された。このような新しい物理モデルとユーティリティーが導入されたことより、NMTC/JAMは複雑な体系の大きなターゲットシステムのニュートロニクス計算に対して、以前よりも信頼性の高い結果を与えることができるようになった。この報告は、NMTC/JAMコードのユーザーマニュアルである。
平山 俊雄; 白井 浩; 矢木 雅敏; 清水 勝宏; 小出 芳彦; 菊池 満; 安積 正史
Nuclear Fusion, 32(1), p.89 - 106, 1992/00
被引用回数：7 パーセンタイル：33.03(Physics, Fluids & Plasmas)トカマク・プラズマの追加熱時において、閉じ込め特性が劣化する原因を詳細に調べた結果、以下の点を明らかにした;1)追加熱パワーの増大に伴う閉じ込め時間の低下は、主にイオンの熱輸送特性の劣化に起因する。2)プラズマ電流の増加にほぼ比例した閉じ込め時間の改善は、イオン及び電子、両者の熱輸送特性の改善による。3)イオンの熱輸送係数は密度依存性を示す。4)イオンの異常輸送を担う物理機構として、イオン温度勾配不安定モードに起因した異常輸送理論と実験結果との比較を行い、広範な放電領域において両者の一致が確認できた。但し、1MAのリミター放電については、一致しない。
平山 俊雄; 菊池 満; 白井 浩; 清水 勝宏; 矢木 雅敏; 小出 芳彦; 石田 真一; 安積 正史
JAERI-M 91-026, 28 Pages, 1991/03
Lモードプラズマの閉じ込めの劣化の原因を調べる目的で、JT-60の追加熱プラズマについて、局所輸送解析を行った。CXR測定によるイオン温度分布、及び輸送解析に必要な分布計測を、ダイバータ/リミター放電に関して系統的に行い、JT-60の広範なパラメータ領域の輸送特性を明らかにした。パワー則と呼ばれる、加熱パワーの増加に伴う閉じ込め特性の劣化は、主にイオンのエネルギー輸送の増大による。一方、プラズマ電流の増加に比例して改善する閉じ込め時間は、イオン及び電子、両者の輸送特性の改善に帰因する。イオンの熱拡散係数は密度依存性を有する。高ポロイダル・ベータ(≦3.5)プラズマで得られた。高イオン温度モードは、イオンの輸送特性の改善による。
荒川 和夫; 中村 義輝; 横田 渉; 福田 光宏; 神谷 富裕; 上松 敬; 奈良 孝幸; 林 義弘*; 石堀 郁夫; 田中 隆一; et al.
Proc. of the 4th China-Japan Joint Symp. on Accelerators for Nuclear Science and Their Applications, p.173 - 175, 1991/00
放射線高度利用研究を推進するための中核となるAVFサイクロトロンの建設が順調に進められている。1987年に製作がスタートしてから、これまでに主電磁石の磁場分布の測定及びRFシステムの特性を調べるための試験が行われた。ECRイオン源についても予備試験において規定のビーム電流の生成が確認された。本報告では、設計性能確認のための予備試験結果とともに、サイクロトロンシステム全体の概要について述べる。
