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山田 逸平; 神谷 潤一郎
Review of Scientific Instruments, 95(12), p.123308_1 - 123308_11, 2024/12
被引用回数：2 パーセンタイル：33.11(Instruments & Instrumentation)大強度イオン加速器の安定化やさらなる大強度化にはビームの非破壊計測が必須である。そのため、ビームとシート状ガスの相互作用により生じる光子を利用してビームのプロファイルを計測する、ガスシートビームプロファイルモニタの高度化を進めている。このようなモニタでは、ガスシート分布や光子検出器の感度分布に代表されるモニタ全体の応答関数により変換を受けた信号が得られる。定量的にビームプロファイルを得るためには、この応答関数を実測し、適切な解析により変換を解く必要がある。そこで、測定したい大強度ビームと比べて十分細いビームを用いた応答関数測定手法を考案した。細いビームの重心位置をスキャンしながら得られる信号は近似的に応答関数に一致する。これにより得られた応答関数はガスシートの設計上の傾き角を反映しており、測定手法の妥当性が得られた。また、J-PARCリニアックの3MeV、60mAの水素負イオンビームを用いたプロファイル測定の実証試験も実施し、測定の標準偏差6.01%、および最小二乗誤差2.74%でプロファイルを得ることに成功した。さらに、得られたプロファイルを従来のプロファイルモニタであるワイヤスキャナモニタで得られたプロファイルと比較した結果、両者は良い一致を示し、考案した応答関数測定手法と解析手法の妥当性を実証した。
明午 伸一郎; 山口 雄司
Proceedings of 21st Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.853 - 858, 2024/10
30MWを超える大強度陽子加速器加速器を用いた、加速器駆動型核変換システム(ADS)が原子力機構(JAEA)で開発が進められている。核破砕中性子源においても、1MWを超えるマルチMWの施設が提案されていおり、これらの施設において安定に入射するためには、ビームが正しく標的に入射していることを確認するプロファイルモニタが重要となる。J-PARCの核破砕中性子源では炭化ケイ素(SiC)のマルチワイヤからなるプロファイルモニタを用いており、約1MWの利用運転では問題ないものの、今後の定常的な大強度運転ではワイヤの損傷が著しくなるものと考えられるため、ワイヤの損傷評価を定量的に行う事が重要となる。我々はモニタの開発の一環として、量子機構(QST)TIARAおよびJAEAタンデム加速器において、はじき出し損傷が数GeV陽子に比べ著しく高い重イオンビームを用いたビーム試験を実施した。JAEAタンデム加速器では様々なイオンビームを用いて、表面におけるLET依存性に関して調査を開始した。本発表では、この結果について報告する。
明午 伸一郎; 中野 敬太; 大久保 成彰; 湯山 貴裕*; 石井 保行*
Proceedings of 18th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.296 - 301, 2021/10
原子炉の廃棄物の有害度低減に用いる加速器駆動システム(ADS)や大強度核破砕中性子源の安定した運転のためには、ビームプロファイルモニタが重要となる。J-PARCの核破砕中性子源では、炭化珪素(SiC)の二次電子弾き出しによるマルチワイヤ-プロファイルモニタ(MWPM)用い測定を行っている。ADSのターゲット等の材料試験のためにJ-PARCで建設を計画している陽子照射施設でも、SiC製のMWPMを用いる予定としている。SiCのビーム耐久性が重要となるため、HeおよびArイオンビームを用いてSiCワイヤの劣化を測定した。本研究ではまた、2次元のビームプロファイル取得のため、蛍光型プロファイルモニタの開発を行った。アルミナを用いた蛍光体に対し、ArおよびXeイオンビームを入射し、蛍光スペクトルの測定を行った。
明午 伸一郎; 大井 元貴; 藤森 寛*
Physical Review Accelerators and Beams (Internet), 23(6), p.062802_1 - 062802_24, 2020/06
被引用回数：5 パーセンタイル：40.20(Physics, Nuclear)加速器駆動の核変換システム(ADS)や核破砕中性子源に用いられる陽子加速器のビーム出力増強につれ、ビーム窓や標的の損傷は深刻な問題となり、損傷緩和のためにビーム電流密度の均一化が重要となる。密度均一化のため比較的よく用いられるラスター磁石には、故障時のビーム集束の重大な問題がある。一方、非線形光学を用いたビーム平坦化にはビーム拡大の問題があることが指摘され、これまで非線形効果導入の八極磁石におけるビームの角度の広がりを無視したフィラメント近似模型による検討が行われた。フィラメント近似模型では、非線形収斂作用を適切に評価できないため、本研究では一般化した非線形モデルの適用により非線形ビーム光学における収斂および発散作用を詳細に検討した。正規化した八極強度
と位相進行
における
の2つのパラメータ導入により、非線形効果を特定な条件によらず一般化できることを明確にした。ビームのピーク密度低減と損失最小化という拮抗する問題の解決には、
1および
3とすることにより解決できることが判明した。J-PARCの陽子ビーム輸送系(3NBT)に本検討結果を適用し、核破砕中性子源の水銀標的入口のビーム形状の比較検討した結果、モデル計算によるビーム分布は実験データとよい一致を示し、線形光学においてピーク電流密度を約50%にできることを示した。
明午 伸一郎; 武井 早憲; 松田 洋樹; 百合 庸介*; 湯山 貴裕*
Proceedings of 16th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.515 - 519, 2019/07
J-PARCセンターで進めている核変換実験施設では、標的に入射する大強度陽子ビームの形状を測定するために、発光型のプロファイルモニタの開発を行っている。このため、量子科学技術研究開発機構の高崎量子応用研究所のTIARA施設において、アルミナ発光型のプロファイルモニタの試験をArビーム(エネルギ150MeV)を用いて行った。アルミナ発光体は、加速器施設における実際の使用状況を考慮し、溶射によりアルミからなる母材に塗布し、密着性を有していることを試験により確認した。耐放射線性型のファイバイメージスコープを用いてビーム形状を測定したところ、明瞭な形状が得られることが確認された。さらに、発光体のビームに起因する発光強度の劣化をスペクトロメータを用いて測定した。その結果、700nmより長波長領域では2.5時間程度の照射時間で20%程度の発光強度の劣化が観測された。一方、700nmより短波長領域では著しい劣化が無いことが確認されたため、測定に用いる波長領域の選択により劣化の影響を緩和できることがわかった。
宮尾 智章*; 三浦 昭彦
Proceedings of 15th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1031 - 1034, 2018/08
J-PARCリニアックでは、ビームロスが少なく、安定したビーム運転を実現するため、ビームプロファイルモニタを用い、ビーム進行方向に対して鉛直な断面のプロファイルを測定して、4極電磁石の調整を行っている。ビームプロファイルの測定には、ワイヤスキャナモニタ(WSM)を使用しており、リニアックの高エネルギー部では、センサ部にタングステンワイヤーを使用している。このワイヤーは、加速したビームと直接相互作用するため、ビーム出力向上する際、より高い耐久性のあるワイヤー材料が必要である。そこで、高い引張強度、電気伝導度を有し、熱的に無酸素状態で3000
Cまで耐えられるカーボンナノチューブ(CNT)に着目し、ビーム阻止能が高い3MeVの負水素イオンビームでビームプロファイル測定試験を実施した。この結果、ピークビーム電流30mAにおいて、高い耐久性を持ち、従来の炭素繊維と比較して、より広いダイナミックレンジがあることが確認できた。さらに、ビーム阻止能が低い高エネルギー部にCNT製ワイヤーが適用できるか確認するため、191MeV調整部のWSMにCNT製ワイヤーを適用し、ピークビーム電流40mAでプロファイル測定試験を実施した。本発表では、191MeVにおけるプロファイル測定について、3MeVでの測定結果及びタングステンワイヤーでの測定結果と比較して報告する。
明午 伸一郎
Proceedings of 61st ICFA Advanced Beam Dynamics Workshop on High-Intensity and High-Brightness Hadron Beams (HB 2018) (Internet), p.99 - 103, 2018/07
ハドロン加速器施設では、ビーム出力増大に伴いビーム機器の重要性が増す。J-PARCセンターの核破砕中性子源(1MW)のビーム運転では、水銀標的容器のピッティング損傷が重大な問題となり、この損傷はピーク電流密度の4乗に比例するため、ピーク電流密度を減少する機器が必要となる。ピーク電流密度の減少のため、八極電磁石を用いた非線形ビーム光学によりビーム平坦化技術開発を行った。この結果、非線形光学を用いたシステムにより、標的におけるピーク電流密度が線形ビーム光学の場合に比べ30%減少することが可能となった。また、30MWの大強度陽子を標的に入射する加速器駆動型核変換システム(ADS)では、更に大電流密度を用いる予定のため、大強度ビームに耐えうるモニタの開発が必要となるため、アルゴンビームを用いてビームモニタの試験を行った。クロム等が不純物として含まれる、アルミナ塗料の試料において、短波長領域における発光がビーム入射に伴う減少を示さなかったため、大強度陽子加速器の候補となることがわかった。
三浦 昭彦; 守屋 克洋; 宮尾 智章*
Proceedings of 9th International Particle Accelerator Conference (IPAC '18) (Internet), p.5022 - 5025, 2018/06
J-PARCリニアックでは、ビーム輸送中のビームロスを抑制し、安定で効率的な運転を実施するため、ワイヤを用いたプロファイルモニタ(WSM)を用いて、4極電磁石の調整を実施している。WSMはビームの進行方向に対し、鉛直な方向のプロファイルを測定する計測器であり、ビームが直接衝突するワイヤにはタングステンなどの金属や、ポリアクリロニトリルから生成した炭素繊維線を使用している。ビーム出力増強に伴い、ワイヤの熱的負荷も増加する。そこで、無酸素状態で3000Cまで耐え、鋼鉄の100倍以上の引張強度を持ち、銅, 銀より高い電気伝導度を有するカーボンナノチューブ(CNT)に注目し、ビーム照射試験を実施した。直径50, 100
mのCNT製ワイヤに、3MeVの負水素イオンビーム, ビーム電流30mA,パルス幅100s, 1Hzで照射したところ、炭素繊維線と同等以上の信号電流が得られた。さらに、幅200s, 25Hzという100倍のビーム量でも4分間のビーム照射に耐え、顕微鏡観察でも、顕著なワイヤ損傷は見られなかった。加えて、ワイヤが破断するまで、幅400sのビームにおいたところ、破断直前に大量の熱電子が放出される現象を確認した。本発表では、ビーム測定時の信号波形、ワイヤ破断時の兆候について発表する。
三浦 昭彦; 川根 祐輔*; 守屋 克洋; 二ツ川 健太*; 宮尾 智章*; 福岡 翔太*
Proceedings of 9th International Particle Accelerator Conference (IPAC '18) (Internet), p.2183 - 2186, 2018/06
J-PARCリニアックでは、ビーム運転中のロスを抑制するため、四極電磁石の電流値と加速空洞の振幅の精密な調整を行っている。これらは、ワイヤスキャナモニタを用いた、ビーム進行方向に鉛直な方向のプロファイル測定、及びバンチシェイプモニタを用いた、位相の拡がり測定に基づいている。これらのモニタでは、ビームを金属ワイヤに直接当てることで計測を行っているため、熱負荷の観点から、融点の高いタングステンを採用している。今後、ビーム電流が高くなると、ワイヤの到達温度が上昇するため、高温でも十分な引張強度が必要になる。そこで、小型の真空チャンバを製作し、ビームによる熱負荷を印加電流で模擬し、ワイヤにかける張力とワイヤ径をパラメータとしたワイヤ破断試験を実施した。この結果、ビーム電流が高くなると、現状の低い張力であっても破断する可能性が示された。ビーム電流が高くなった時、ワイヤにかける張力を低めにするか、太い径のワイヤにすればよいことが分かった。
三浦 昭彦; 福岡 翔太*; 宮尾 智章*; 川根 祐輔*; 二ツ川 健太*
Proceedings of 14th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.560 - 562, 2017/12
J-PARCリニアックでは、ビーム輸送中のビームロスを抑制し、安定な運転を実施するため、ワイヤを用いたプロファイルモニタにより、4極電磁石や加速空洞のチューニングを行っている。これらのモニタでは、加速したビームが金属ワイヤに衝突させることで信号を得るためるため、ビームの熱負荷による温度上昇を考慮して設計する必要がある。また、ワイヤをフレームに固定する際、重力や熱による伸びによって生じたたわみをばねによる引張りにより除去している。そこで、ピークビーム電流を上昇することに備え、ワイヤ取付け時の張力、ビーム負荷による温度上昇を模擬した実験を行い、直径20m, 30mに対する張力と破断に至る温度の関係を得た。この実験により、ビーム電流が大きいとワイヤ取付け時の低い張力であっても破断する可能性が示された。ビーム電流が上昇してもワイヤが健全であるためには、ワイヤにかける張力は低めにしておくことが必要であるとともに、径も太いものを選択したほうが良いことが分かった。
宮尾 智章*; 三浦 昭彦
Proceedings of 14th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.572 - 576, 2017/12
J-PARCリニアックでは、ビーム電流を増強する計画が進められている。ビーム輸送中のビームロスを抑制し安定な運転を実施するため、ワイヤスキャナモニタ(WSM)を用いてビームの進行方向に鉛直な方向のプロファイルを測定し、4極電磁石の調整を行っている。このWSMの信号検出部であるワイヤについては、大電流ビームからの熱負荷に耐える必要があり、これまで融点の高いタングステンワイヤを使用してきた。さらに高いビーム電流に耐えうる材料として、カーボンナノチューブ(CNT)に注目した。CNTは鋼鉄の100倍以上の引張強度を持ち、銅, 銀などの金属より高い電気伝導度を有し、無酸素状態で3000Cまで耐えられる物質として知られている。そこで、CNTをWSMに適用し、3MeVの負水素イオンビームのビームプロファイル測定を行った。この結果、3MeVのビームラインで使用してきた炭素繊維による測定と同等以上の信号利得があり、測定した結果も同等であることが確認された。
三浦 昭彦; 吉本 政弘; 岡部 晃大; 山根 功*
Proceedings of 13th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1102 - 1106, 2016/11
J-PARC LINACでは、負水素イオンビームを400MeVまで加速し、下流のシンクロトロン(RCS)に供給している。大強度陽子加速器においてビーム損失を抑制するためのビーム調整は非常に重要で、必要な機器の一つがビームプロファイルモニタである。現在、プロファイルモニタには、金属製のワイヤを使用しているが、熱的耐久性の観点から、大強度ビームではビーム非破壊のレーザー法が適している。負水素イオンの1つの電子のイオン化ポテンシャルは0.75eVと低いため、可視光域のレーザー光から適した波長を選択することができ、レーザーワイヤ法の現実的なシステムを形成できる。さらに、径の異なる一対の凹面鏡を対面させ、鏡間に複数のレーザーの光路(レーザーワイヤ)を形成する新たな手法を提案した。レーザー光のビームウエストを同一直線状に並ぶように光学設計することで、負水素イオンビームの進行方向にレーザー光路の面を平行に配置し、複数のレーザーワイヤを用いたビーム計測が可能となる。本発表では、マルチレーザーワイヤをプロファイルモニタに適用する原理と、ビーム計測のためのシステムについて報告する。
原田 寛之; 加藤 新一*
JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.012011_1 - 012011_6, 2015/09
残留ガスプロファイルモニタ(IPM)がJ-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)で開発されている。そのIPMは、加速器リングを周回するビームの分布を観測するための非破壊型のビームプロファイルモニタである。加速器のビーム出力は、加速器機器の残留放射能の観点からビームロスによって制限される。そのため、ビームロスやビームサイズの拡大の期限を同定するためにも加速器リングを周回するビームプロファイルの時間変化を観測することはとても重要な研究課題となる。今回の発表では、開発されたIPMシステムを紹介し、最新のビーム試験の結果を報告する。
明午 伸一郎
JAERI-Tech 2000-088, 32 Pages, 2001/02
大強度陽子加速器計画の生命・物質科学実験施設を構成する短寿命核種実験施設(E),中間子実験施設(M),中性子散乱実験値施設(N)(合わせてNME施設と呼ぶ)における3GeV陽子ビーム輸送ラインのビームオプティクス,ビーム形状及びビームスピルについて検討を行った。ビームオプティクス及びビームスピルの計算は、TRANSPORT及びDECAY-TURTLEコードを用いて行った。TRANSPORTコードを用いた計算の結果,ビームラインは前長86mとなり、概念検討の施設の案に収まることがわかった。DECAY-TURTLEを用いたビーム形状及びビームスピルの計算の結果,ビームスピルは目標とする15%以下にできることがわかった。また、中性子ターゲットにおけるビーム形状も目標とする横13cm,縦5cmの一様にできることがわかった。以上の検討結果は、今後のNME施設内の詳細配置の基本設計として用いられる。
中嶋 佳則; 齋藤 勇一; 田島 訓
第12回タンデム加速器及びその周辺技術の研究会報告集, p.109 - 112, 1999/00
試料に照射されるビーム電流は、通常試料を絶縁して測定される。しかし、複数の加速器を用いて行う複合ビームの照射の場合は、それぞれのビーム電流を試料上で分けて測定することができないため、長時間照射におけるビーム電流の経時的な変化が問題となる。このような問題点を解決するため、試料にビームを照射しながら各加速器からのビーム電流値を測定できる、透過型ビーム電流計の開発をすすめている。これは、ビーム中に金属ワイヤーメッシュを挿入し、そこから発生する二次電子量をビーム電流値に換算するものである。今回は、予備的な実験として、タンデム加速器及びイオン注入装置に設置されているビームプロファイルモニタを使用し、数種類のイオン種について電荷数及びエネルギーを変えて、その時の二次電子電流を測定した。
濱野 毅*; 平尾 敏雄; 梨山 勇; 酒井 卓郎; 神谷 富裕; 武部 雅浩*; 石井 慶造*
Radiation Physics and Chemistry, 53(5), p.461 - 467, 1998/00
被引用回数：1 パーセンタイル：14.55(Chemistry, Physical)イオンマイクロビームを半導体素子や生体細胞等の微小対象物の照射に用いる場合、イオン一個についてまでの正確な照射領域の評価が必要となる。本論文では、CR-39に重イオンマイクロビームを入射させ、試料に形成されたエッチピットの観察からビームプロファイルモニターとしてCR-39の有用性を検討している。その結果、マイクロビーム照射で見られるビーム飛散を測定できたことより、微小領域照射を行う場合、従来の二次電子像によるビームプロファイル結果をマイクロビーム径として扱う場合、それは半値幅の約2.6倍であることが分かった。以上の結果について実験方法及び測定結果等について報告を行う。
奥村 進; 福田 光宏; 横田 渉; 中村 義輝; 奈良 孝幸; 上松 敬; 石堀 郁夫; 荒川 和夫
Proc. of the 4th European Particle Accelerator Conf. Vol. 2; EPAC94, 0, p.1518 - 1520, 1994/00
原研AVFサイクロトロンのビーム診断システムはビームをターゲットポートまで効率良く輸送するためにビームをモニターするとともに、照射実験に必要とされるビームの諸特性を計測する。標準化されたビーム診断用チェンバーがビームラインに設置され、ファラディーカップ、ビームプロファイルモニター、アルミナモニター、ビームスリットが装備されている。これらを用いてビーム輸送を行うことができる。大面積照射やビームチョッパーを用いたパルスビーム照射等の特殊照射に対応するために、核物理実験で主に用いられてきた放射線検出器とビームアテネータを組み合わせたビーム計測を行っている。飛行時間法を用いた実験に対しては、マイクロチャンネルプレートを使ったビームトリガーカウンターを開発した。これはビームがワイヤーに衝突する際に放出する二次電子を集めて増幅し、パルスビームをトリガーとする信号を生成する。
岸本 牧; 坂佐井 馨; 荒 克之
MAG-93-167, p.17 - 34, 1993/09
磁界源電流分布推定を、空間的な電流最適配置化問題と考え、この最適化問題の解法として、多値化したホップフィールド型ニューラルネットワークを適用した。そしてこのホップフィールド型ニューラルネットワークを最適化問題に適用する際に問題となるネットワーク初期値問題を、遺伝的アルゴリズムを用いてネットワークが最適解に収束するようなネットワーク初期状態を検索することにより解決し、シミュレーション計算により、本手法の磁界逆問題における有効性を示した。また本手法の大強度加速器のビームプロファイル計測への応用についても提案した。
岸本 牧; 坂佐井 馨; 荒 克之
MAG-92-235, p.83 - 96, 1992/11
外部磁場より、その源である電流分布を推定する磁場逆問題を、空間への電流最適配置問題としてとらえ、その解法として遺伝的アルゴリズムを用いた。その結果、少ない磁場データからでも、非常に良く磁場源電流分布を推定することが出来ることが分った。また本手法の大電流加速器のビームプロファイル測定への応用についても提案を行った。
猿田 晃一; 直江 崇; 勅使河原 誠; 二川 正敏; 梁 輝
Erkan Nejdet*
【課題】加工により発生するヒュームの大気中への拡散防止およご前記ヒュームを回収可能な加工装置を提供すること。 【解決手段】 加工対象物10の局所部16を溶融するために、前記局所部16を加熱する加熱ヘッド122を備えた加熱装置120と、前記局所部16と前記加熱ヘッド122とを繋ぐ加熱エリア20の外側にミストカバー層40を形成するミスト層形成装置140と、液体からミスト41を生成して前記ミスト層形成装置140に供給するミスト生成装置130と、前記加熱ヘッド122により加熱されて溶融する前記局所部16を前記加工対象物10の加工場所12に沿って移動させる加工位置移動機構30と、を備え、前記ミスト層形成装置140から噴霧された前記ミスト41により、前記加熱エリア20の外周を覆う前記ミストカバー層40を形成した、ことを特徴とする加工装置。
