Investigation of random beam trips in a linear accelerator at the Japan Proton Accelerator Research Complex for the development of an accelerator-driven nuclear transmutation system

加速器駆動核変換システムの開発を目指したJ-PARCリニアックで発生したビームトリップ事象のランダムさの検討

武井 早憲   

Takei, Hayanori

陽子線形加速器では、機器の故障、高周波による放電などにより、陽子ビームが不意に供給できないことが知られている。このビームトリップ事象はランダムに発生しているのだろうか?従来、ビームトリップ事象はランダムに発生していると暗黙的に仮定していた。今回、加速器駆動核変換システムにおける超伝導線型加速器で生じるビームトリップ頻度を推測するため、J-PARCリニアックにおけるビームトリップ事象がランダムに発生しているかどうかを検討した。すなわち、まずJ-PARCリニアックを5つのサブシステムに分類した。そして、信頼性工学の一つの方法であるカプラン・マイヤー推定法を用いて、各サブシステムにおける運転時間の信頼度関数を求めた。この信頼度関数より、ビームトリップ事象のランダムさを調べた。5つのサブシステムにおける5年間の運転データを解析したところ、いくつかのサブシステムではビームトリップ事象がランダムに発生していることを示していた。しかし、陽子リニアックの主要なサブシステムであるイオン源と加速空洞を含む、多くのサブシステムでビームトリップ事象がランダムに発生していなかった。

In the proton linear accelerator (linac), the proton beam is unexpectedly interrupted due to the electrical discharge originating from the radio frequency, failure of the device/equipment, or other factors. Do these beam trips occur randomly? Conventionally, it has been implicitly assumed that beam trips occur randomly. In this study, we investigated whether beam trips in the linac of the Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC) occur randomly to estimate the beam trip frequency in a superconducting proton linac for an accelerator-driven nuclear transmutation system. First, the J-PARC linac was classified into five subsystems. Then, the reliability function for the operation time in each subsystem was obtained using the Kaplan-Meier estimation, a reliability engineering methods. Using this reliability function, the randomness of beam trips was examined. Analysis of five-year operational data for five subsystems of the J-PARC linac showed that beam trips occurred randomly in some subsystems. However, beam trips did not occur randomly in many subsystems of the proton linac, including the ion source and the acceleration cavity, the primary subsystems of the proton linac.