Recovery of helium refrigerator performance for cryogenic hydrogen system at J-PARC MLF

麻生 智一; 勅使河原 誠; 長谷川 勝一; 武藤 秀生; 青柳 克弘; 野村 一隆; 高田 弘

Journal of Physics; Conference Series, 1021(1), p.012085_1 - 012085_4, 2018/06

BB2016-1899.pdf:0.54MB

https://doi.org/10.1088/1742-6596/1021/1/012085

At J-PARC's pulsed spallation neutron source, a cryogenic hydrogen system has been operated to provide liquid para-hydrogen (20K and 1.5 MPa) to the moderators since 2008. Typical operating period of the cryogenic hydrogen system was approximately 3 months continuously. However, the pressure differences between No.1, No.2 heat exchangers (HXs) and an adsorber (ADS) in the helium refrigerator had begun to increase rapidly since the beginning of 2015, the refrigerator could not be operated continuously. The impurity in the refrigerator was measured by newly introduced quadrat mass spectrometer, but no significant impurities was observed. We suspected the oil contamination from the helium compressor, as it caused performance degradation of the cryogenic system in other facilities, such as RIKEN, CERN, etc. In the summer outage in 2016, we cleaned the HXs with Freon to remove the oil contamination, and replaced the activate charcoals of ADS and oil separator (OS-5). As a result, the performance of the helium refrigerator was recovered completely.

Operational experiences of J-PARC cryogenic hydrogen system for a spallation neutron source

達本 衡輝; 麻生 智一; 大都 起一; 川上 善彦; 青柳 克弘; 武藤 秀生

IOP Conference Series; Materials Science and Engineering, 101, p.012107_1 - 012107_8, 2015/12

https://doi.org/10.1088/1757-899X/101/1/012107

J- PARC核破砕中性子源用の低温水素システムは2008年4月に完成し、同年の5月末に初めて冷中性子の発生に成功した。低温水素システムは3ヶ月の安定な長期連続運転を実施できるようになり、最近では500kWの共用運転を行っている。本装置は、「極低温」でかつ「高圧」の可燃性水素を取り扱う国内で初めての大型冷凍設備であるため、2007年のオフビームコミッショニングから現在に至るまで数々の予期せぬトラブルがあった。例えば、気体軸受水素ポンプの過渡軸振動現象、軸受部の過渡冷却現象および水素トライポロジーによる起動不良、アキュムレータ用ベローズの破損、ヘリウム冷凍機の不純物による不安定事象である。さらに、2011年には冷却運転中に東日本大震災が発生し、停電および計装空気が喪失したが、構築したインターロックシステムにより正常に自動停止することができた。これまでの運転や不具合事象により多くの知見が得て、改良を重ねた結果、現在では長期間の安定な冷却運転を実施できるようになった。

挿入光源の誤差磁場による軌道変動の高精度補正法の開発

田中 均*; 高雄 勝*; 松下 智裕*; 青柳 秀樹*; 竹内 政雄*; 安居院 あかね; 吉越 章隆; 中谷 健

放射光, 19(1), p.27 - 32, 2006/01

http://ci.nii.ac.jp/naid/10016734509

挿入光源の誤差磁場のうち軌道変動を引き起こすダイポール成分を高精度で補正する方法を開発した。その結果、円偏光の極性反転に必要な位相空間において、サブミクロン精度で軌道変動を抑制できること,任意の駆動パターンに対し補正が拡張できることがわかった。

SPring-8原研軟X線ビームライン用挿入光源ID23の位相駆動が誘起する軌道変動調査及び駆動方向によらない補正テーブルの作成

中谷 健; 安居院 あかね; 吉越 章隆; 松下 智裕*; 高雄 勝*; 竹内 政雄*; 青柳 秀樹*; 田中 均*

JAERI-Tech 2004-013, 16 Pages, 2004/12

JAERI-Tech-2004-013.pdf:3.55MB

SPring-8原研軟X線ビームライン用挿入光源ID23は位相駆動時に二つの特徴的な軌道変動を引き起こす。一つはID23の磁石列が持つ誤差磁場が位相駆動によって変動するために引き起こされるもので、もう一つは位相駆動用サーボモーターのノイズによるものである。これらの軌道変動を蓄積リングアーク部に置かれている3台の電子ビーム位置モニターを用いて測定した。磁石列の誤差磁場による変動データとID23の位相位置の関係から、位相駆動の方向によらない変動成分を補正する励磁テーブルを作成した。

Analysis of the orbit distortion by the use of the wavelet transform

松下 智裕*; 安居院 あかね; 吉越 章隆; 高雄 勝*; 青柳 秀樹*; 竹内 政雄*; 中谷 健; 田中 均*

AIP Conference Proceedings 705, p.21 - 24, 2004/00

https://doi.org/10.1063/1.1757724

通常、挿入光源(Insertion device: ID)のGapを変化させると、ID内部の磁場が変化し、ID内部の電子軌道が変化する。これによって実験者が望む波長の放射光を発生できる。しかしIDの誤差磁場の影響があるため、電子軌道の補正を行わないと、電子軌道はID内部の変化のみにとどまらず、蓄積リング全体に及んでしまう。この軌道変動は、蓄積リング上の全てのビームラインの光源の位置や角度に変動等を引き起こす。SPring-8ではこのような影響を排除するため、各挿入光源の前後に補正電磁石(Steering magnet)を設置し、電子軌道の変動をID内部に閉じこめ、外側には影響を及ぼさないようにするシステムが構築されている。われわれは、軌道測定の際に高周波と低周波の「雑音」を除去しFFTの位相問題を解決するために、wavelet変換を利用した軌道変動解析を試みた。

SPring-8原研軟X線ビームライン挿入光源ID23の位相駆動が誘起する閉軌道変動調査及び補正テーブルの作成

中谷 健; 田中 均*; 高雄 勝*; 安居院 あかね; 吉越 章隆; 竹内 政雄*; 青柳 秀樹*; 大熊 春夫*

JAERI-Tech 2003-048, 29 Pages, 2003/05

JAERI-Tech-2003-048.pdf:1.14MB

SPring-8原研軟X線ビームライン用挿入光源ID23は高速で位相駆動を行うのでその磁場変動は頻繁に発生する。その影響を抑えることを目的として、軌道変動抑制用補正励磁テーブルの作成を行っている。ビーム軌道変動データとID23の動きの相関を測定し補正テーブルを作成するためのデータを取得したので報告する。

APPLE-2型アンジュレータの高速位相変調を用いた高分解能円二色性実験

安居院 あかね; 吉越 章隆; 中谷 健; 松下 智裕*; 斎藤 祐児; 水牧 仁一朗*; 横谷 明徳; 田中 均*; 宮原 義一*; 島田 太平; et al.

放射光, 14(5), p.339 - 348, 2001/11

http://ci.nii.ac.jp/naid/10007157437

軟X線領域における円偏光2色性の実験は、物性のカイラリティや磁性を調べるうえにおいては大変に強力な手段であるが、実験のS/Nを上げたり、精度を上げたりするにはいくつかの困難があった。今回われわれはSPring-8のIN23に設置された佐々木型・可変偏光型挿入光源の位相切り換えによる、軟X線の偏光切り換えと分光器の制御を組み合わせた測定系を立ち上げる様子や問題点などについて報告する。

MLF低温水素システム用ヘリウム冷凍機の性能回復への取り組み

麻生 智一; 勅使河原 誠; 長谷川 勝一; 武藤 秀生; 青柳 克弘; 野村 一隆; 高田 弘

no journal, , 

物質・生命科学実験施設(MLF)の核破砕中性子源では、ターゲットで発生した高速中性子を冷中性子に冷却するために、超臨界圧(1.5MPa)の低温水素(18K)を3基のモデレータに供給し、発生する核発熱(約3.8kW)を強制方式で冷却する。水素系の冷却はヘリウム冷凍機で行う。これまで、中性子利用実験のために約2-3ヶ月の連続運転を行ってきたが、2015年から冷凍機内の熱交換器と内部吸着器(ADS)で運転中に圧力損失が増加し、冷凍機の冷却性能が低下して長期間の安定運転に支障を来す状態となった。冷凍機昇温後の運転再開時には圧力損失は解消されることから、水分や窒素などの不純物が原因と考え、熱交換器とADSの再生などの対策を施したが、状況は改善されなかった。一方、熱交換器入口配管で紫外光による油の反応があったため、油の蓄積が原因となり得ると判断し、2016年夏季保守期間に、熱交換器をフロン洗浄してADSを新品に交換した。11月から再開した運転では、圧力損失の増加は生じていない。

J-PARC大強度中性子源の液体水素循環システム用ヘリウム冷凍機の性能劣化; 性能劣化に関わる概要

麻生 智一; 勅使河原 誠; 長谷川 勝一; 武藤 秀生*; 青柳 克弘*; 高田 弘; 池田 裕二郎

no journal, , 

J-PARCの大強度中性子源では、ターゲットで発生した速中性子を液体水素減速材で冷中性子に冷却するために、液体水素循環系(1.5MPa、18K)とヘリウム冷凍機(6kW at 17K、1.6MPa、270g/s)から成る2元冷凍システムを運転している。2008年の運転開始以来、冷中性子を利用者に供給するために約2-3ヶ月の連続運転を年間3回行ってきたが、2015年からヘリウム冷凍機内の熱交換器と内部吸着器(ADS)で運転中に圧力損失が増加し、冷凍機の冷却性能が低下して長期間の安定運転に支障を来す状態となった。本件は、この性能劣化についての経緯と、利用施設としての運転を継続しつつ実施した性能回復に向けた検討及び対応について報告する。

J-PARC大強度中性子源の液体水素循環システム用ヘリウム冷凍機の性能劣化; 性能劣化に関わる原因究明

勅使河原 誠; 麻生 智一; 長谷川 勝一; 武藤 秀生*; 青柳 克弘*; 高田 弘; 池田 裕二郎

no journal, , 

J-PARCの大強度中性子源の液体水素循環システム用ヘリウム冷凍機で、2015年より冷却性能が低下した。原因を解明するため、四重極質量分析計や有機溶媒抽出を用いて循環系内の不純物や油の蓄積量を実測した。熱交換器と内部吸着器から回収した油の蓄積量は総量で約143gであった。油の蓄積量は、ヘリウムの循環において、その中に含まれる不純物(10ppb)の運転時間の総積算量から概算される値と同等であり、設計の許容範囲であった。しかしながら、唯一、内部吸着器において封入した活性炭が飛散しないよう配置したフェルト材のヘリウム入口側表層にこれまでに経験したことのない膜状の油の蓄積が見られた。本報告では、ヘリウム冷凍機内の不純物分析や油蓄積量について評価した結果とフェルト材への膜状の油の蓄積について報告する。