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論文

J-PARC 3MeV LINACを用いたビームスクレーパの負水素イオンビーム照射試験

平野 耕一郎; 石山 達也; 栗原 俊一*; 杉村 高志*; 丸田 朋史*

Proceedings of 14th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.847 - 852, 2017/12

J-PARCリニアックのRFQとDTLの間のMEBT1において、炭素複合材で作られたビームスクレーパが使用されている。今回、3MeVリニアックを用いてスクレーパ照射試験を実施した。本照射試験では、スクレーパの試験片にH$$^{-}$$ビームを1.2E20の粒子数まで照射し、高速放射温度計を用いて3000$$^{circ}$$C以上の表面温度を測定して、レーザー顕微鏡によるスクレーパの照射損傷を観察した。その結果、表面温度が2900$$^{circ}$$Cを超えると、炭素のイオン電流や試験片表面の照射損傷が急激に増加することが分かった。本稿では、スクレーパのビーム照射試験結果について述べる。

論文

Observation of beam loss proton tracks at 400 MeV J-PARC Linac

佐甲 博之; 三浦 昭彦; 宮尾 智章*; 丸田 朋史*

Proceedings of 14th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.545 - 547, 2017/12

In J-PARC Linac, from ACS to L3BT sections, highest beam loss was observed. This beam loss is considered to be caused mainly by $$H^{0}$$ generated by ionization of $$H^{-}$$ by residual gas in the beam duct. The $$H^{0}$$ is further changed to $$H^{+}$$ when penetrating the beam duct. We have developed a detector system consisting of 8 planes of scintillating fiber horoscopes. The upstream detector is separated from the downstream detector by about 1.2 m to measure time-of-flight of charged particles. Each detector can move in horizontal and vertical directions with stepping motors. We observed proton tracks due to beam loss for the first time at 400 MeV from April to June of 2017.

論文

LEBT commissioning of the J-PARC LINAC

柴田 崇統*; 池上 清*; Liu, Y.*; 丸田 朋史*; 内藤 富士雄*; 高木 昭*; 浅野 博之; 近藤 恭弘; 三浦 昭彦; 小栗 英知; et al.

Proceedings of 28th International Linear Accelerator Conference (LINAC 2016) (Internet), p.251 - 253, 2017/05

J-PARCリニアックでは2014年の大強度化に向けた機器アップグレード後、低エネルギービーム輸送(LEBT)内のビームコミッショニングを実施した。コミッショニングでは、LEBT内に取り付けられた2機のソレノイドコイル電流値、2機のステアリングコイル電流値、およびイオン源加速部の引出し電圧・加速電圧の調整を行った。LEBT内のビームを調整し、RFQ入口でのマッチングを最適化した結果、H$$^{-}$$ビーム電流値50mAの運転時に、従来より高いRFQ透過率96%を達成した。透過率向上の原因を理解するため、LEBT内部のビーム輸送過程をPIC-MCシミュレーションにより解析し、測定結果の比較から、イオン源・LEBTのパラメータ調整とビーム輸送過程の関係を明らかにする。

論文

Detection of H$$^{0}$$ particles in MEBT2 chicane of J-PARC linac

田村 潤; 三浦 昭彦; 森下 卓俊; 岡部 晃大; 吉本 政弘; 青 寛幸*; 二ツ川 健太*; 丸田 朋史*; 宮尾 智章*; 根本 康雄*

Proceedings of 8th International Particle Accelerator Conference (IPAC '17) (Internet), p.2308 - 2310, 2017/05

J-PARCリニアックでは、加速負水素イオンビームと残留ガスの衝突により生ずるH$$^{0}$$粒子が、その高エネルギー加速部における残留線量の主要因の一つとして考えられている。このH$$^{0}$$粒子の分析・調査を行うため、機能分離型ドリフトチューブリニアックから環結合型リニアックへのビームマッチングセクションに新しいビーム診断系を設置した。このビーム診断系では、4つの偏向電磁石で加速負水素イオンビームにシケイン軌道を与えることにより、H$$^{0}$$粒子を分析する。ビームコミッショニングにてこのビーム診断系の炭素薄板とシンチレーション検出器を用いることにより、H$$^{0}$$粒子の信号を検出するとともに、これらが上流の真空圧力の変化に応じて変化することを実験で確認した。

論文

Beam tuning for longitudinal profile at J-PARC linac

三浦 昭彦; Liu, Y.*; 丸田 朋史*; 宮尾 智章*

Proceedings of 5th International Beam Instrumentation Conference (IBIC 2016) (Internet), p.150 - 153, 2017/03

J-PARCリニアックでは、バンチシェイプモニタ(BSM)をSDTL加速空洞とACS加速空洞の加速周波数が324MHzから972MHzへ変わるビームラインに設置し、ACS加速空洞へ入射するビームの位相幅を測定し、ACS加速空洞の直前に設置したバンチャー空洞の振幅の調整を行ってきた。リニアックのビーム輸送については、位相方向(縦)のエミッタンス、ビーム進行方向に鉛直な方向(横)のエミッタンスに基づく運動量の大きさを等しくするような、Equi-partitioningという概念に基づいた設計を行っている。ビームの縦、横方向の運動量のバランスを崩した場合、ビームの空間電荷効果による縦・横方向のエミッタンス交換が発生する共鳴領域に入り、ビーム不安定性の要因になる場合がある。また、負水素イオンビームのビームロスの要因となるイントラビームストリッピングは、単位体積当たりの粒子数密度に比例するため、これを低減するためには、横方向のビームサイズを大きくするのが良いと考えられる。このため、Equi-partitioningの横方向の拡がりをパラメータとした縦・横方向のエミッタンス測定を行ったところ、横方向の拡がりを1.1倍にした場合に、エミッタンス交換が行われるような共鳴領域に入ったことを見つけることができた。本発表では、この共鳴領域を探すエミッタンス測定について説明し、今後の大強度ビームの輸送設計にこの手法が有益であるという議論を行った。

論文

J-PARC3MeVリニアックを用いたビームスクレーパの開発

平野 耕一郎; 浅野 博之; 石山 達也; 伊藤 崇; 大越 清紀; 小栗 英知; 近藤 恭弘; 川根 祐輔; 菊澤 信宏; 佐藤 福克; et al.

Proceedings of 13th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.310 - 313, 2016/11

単位面積当たりの熱負荷を減らすため、67$$^{circ}$$のビーム入射角を有するビームスクレーパをJ-PARCリニアックのRFQとDTLの間のMEBTで使用している。67$$^{circ}$$ビームスクレーパは粒子数1.47E22個のH$$^{-}$$ビームによって照射された。レーザ顕微鏡を用いてスクレーパのビーム照射による損傷部を観察すると、高さ数百$$mu$$mの突起物が無数にあった。ビームスクレーパの耐電力を調べるため、3MeVリニアックを新たに構築した。2016年末にスクレーパ照射試験を実施する予定である。今回は、J-PARCリニアックのビームスクレーパの現状、及び、ビームスクレーパの照射試験に用いる3MeVリニアックについて報告する。

論文

J-PARCリニアックMEBT1部垂直コリメーターの開発

杉村 高志*; 丸田 朋史*; 平野 耕一郎

Proceedings of 13th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.307 - 309, 2016/11

J-PARCリニアックでは、ビーム強度の増強が計画されており、現在運転しているパラメーター40mA, 25Hz, 500$$mu$$sを50mA, 50Hz, 500$$mu$$sに変更することを目指している。加速器で大強度ビームを得るためには、ビームロスを出来得る限り軽減しておくことが必須である。J-PARCリニアックでは、イオン源、RFQ(高周波四重極型リニアック)で加速されたビームをMEBT1(Medium Energy Beam Transport 1)でマッチング及びパルス成形を行いDTL(ドリフトチューブ型リニアック)に入射している。現在の運転において、DTLにおける局所的放射化が観測されたため、増強においては更なる対策が必須である。ビームシミュレーションの結果から、DTLにおけるビームロスは、MEBT1に新たに垂直方向のコリメーターを設置することで、軽減できることが分かった。本発表では、上記目的のため、MEBT1に設置する垂直方向コリメーターの製作設計の状況について報告する。

論文

iBNCT用線形加速器のビームコミッショニング

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。

論文

J-PARCリニアックバンチシェイプモニタの位相分解能測定

宮尾 智章*; 丸田 朋史*; Liu, Y.*; 三浦 昭彦

Proceedings of 13th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1094 - 1096, 2016/11

J-PARCリニアックでは、ACS(Annular-ring Coupled Structure)加速空洞を2013年度から使用し、負水素イオンビームを400MeVまで加速している。このACS加速空洞にビームを入射する際、RF加速周波数が324MHzから972MHzにジャンプするため、バンチシェイプモニターを用いて位相方向のビーム位相の拡がりを測定し、加速空洞の調整を行っている。測定位置でのビーム位相の拡がりは、およそ4$$^{circ}$$と推定されているため、設計上の位相分解能を1$$^{circ}$$とした。ビームラインに設置後、実際のビームを用いてモニタの性能評価のための位相分解能の測定を行た結果、約1.8$$^{circ}$$であることが分かった。これを用いて、ACS加速空洞にビームを入射する際、ビーム位相幅を調整するためにバンチャー空洞のRFの振幅を調整した。測定した振幅と位相幅の関係を示し、ACS加速空洞の調整について説明する。

論文

Bunch length analysis of negative hydrogen ion beam in J-PARC linac

三浦 昭彦; 林 直樹; 丸田 朋史*; Liu, Y.*; 宮尾 智章*; 福岡 翔太*

Proceedings of 4th International Beam Instrumentation Conference (IBIC 2015) (Internet), p.386 - 389, 2016/02

J-PARCリニアックでは、新しく開発したACS加速空洞へ安定したビームを入射するため、ビーム位相方向のプロファイルを測定するバンチ・シェイプ・モニタを開発し、測定・チューニングを行ってきた。バンチ・シェイプ・モニタ設置場所でのビームエネルギー(191MeV)の負水素イオンビームについて、測定誤差などを議論するため、種々のビーム電流強度によるプロファイル幅を測定し、空間電荷効果によるビーム電流強度の依存性を確認した。また、ビーム強度の異なる位置での位相プロファイル幅の差異を議論するため、水平方向に測定個所をスキャンし、機械的構造に伴う差異を確認した。最後に、1台のバンチ・シェイプ・モニタを用いたリニアックのチューニング方法を紹介し、測定条件による計測結果の差異、チューニング方法に関する議論を行う。

論文

Beam monitors for the commissioning of energy upgraded linac

三浦 昭彦; 丸田 朋史*; Liu, Y.*; 宮尾 智章*; 川根 祐輔; 大内 伸夫; 小栗 英知; 池上 雅紀*; 長谷川 和男

JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.011002_1 - 011002_6, 2015/09

BB2014-1017.pdf:0.51MB

J-PARCリニアックでは、2009年より新しく設置されたACS(Annular-ring Coupled Structure)空洞を用いて、ビームエネルギーを400MeVに増強するプロジェクトを進め、2013年度には、リニアックで400MeVの利用運転を開始した。ビームエネルギーの増加に伴い、新しい加速空洞を設置する部位に対し、リニアックのチューニングに使用するビームモニタを製作し、設置した。また、2013年12月より実施した加速器のチューニングにおいて、製作したビームモニタを用いてTOF(Time Of Flight)法などによるビームエネルギー測定、ビームを用いた位置モニタの設置位置校正などの性能確認を実施した。ここでは、ビームモニタの製作において得られた知見、ビームモニタを用いた加速器のチューニングの方法を説明するとともに、ビーム運転で得られた成果のうち、ビームモニタの性能を示す結果を紹介する。

論文

Bunch shape measurement of 181 MeV beam in J-PARC linac

三浦 昭彦; Feschenko, A. V.*; Mirzojan, A. N.*; 宮尾 智章*; 大内 伸夫; 丸田 朋史*; Liu, Y.*; 小栗 英知; 池上 雅紀*; 長谷川 和男

JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.011003_1 - 011003_6, 2015/09

BB2014-1018.pdf:0.45MB

J-PARCリニアックでは、2009年より新しく設置されたACS(Annular-ring Coupled Structure)空洞を用いて、ビームエネルギーを400MeVに増強するプロジェクトを進め、2013年度には、リニアックで400MeVの利用運転を開始した。J-PARCリニアックの加速空洞で使用する加速周波数は324MHzであるが、ACS加速空洞の加速周波数は972MHzであり、位相方向に3倍の力を受けるため、ACS空洞に入射する部分でのマッチングをとる必要がある。このため、縦方向のビーム長を観測するバンチシェイプモニタを製作し、181MeVに加速したビームのバンチ長の測定を行った。ここでは、製作したバンチシェイプモニタの測定原理、構造について報告する。合わせて、ビーム運転におけるバンチ長測定、および解析結果との比較について報告するとともに、運転の際に発生した真空の悪化現象とその対策について報告する。

論文

J-PARC LINACにおけるビームパルス定義変更によるビームロス低減

澤邊 祐希; 丸田 朋史*; Liu, Y.*; 三浦 昭彦; 宮尾 智章*; 石山 達也; 菊澤 信宏; 林 直樹

Proceedings of 12th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1202 - 1205, 2015/09

J-PARC LINACでは、下流の3GeVシンクロトロン(RCS)にマクロパルス幅500usのビームを繰返し25Hzで供給している。フロントエンド部換装後のLINAC単独試験において、マクロパルスの終わりに有意なビームロスを発見した。試験の結果、このロスはRFQに印加しているRFが立ち下がる過渡的なタイミングで発生していることが判明した。過渡的なタイミングで加速されたビームは、下流の加速空洞のRFで加速されず、途中でロスしていると推測した。LINACではマクロパルスの終わりの定義を、RFQに印加するRFの立ち下がりとしているため、この定義のままでは、ロスを改善することが困難である。そこで現在、この代わりに、マクロパルスの定義をRFQ下流のビーム輸送系に設置されたチョッパー空洞に印加するRFを用いたものへ変更を検討している。過渡的なタイミングで加速されたビームをRFQのRFタイミング変更によって減らすとともに、チョッパー空洞のRFで偏向し、スクレーパで削り取る。このタイミングの定義を変更することで、ビームロスを完全に除去することに成功した。本発表では、マクロパルスの定義変更に伴うタイミングパラメータの変更、及び検証結果について報告する。

論文

J-PARCリニアックにおけるビーム調整試験の進捗

丸田 朋史*; Liu, Y.*; 二ツ川 健太*; 宮尾 智章*; 三浦 昭彦; 池上 雅紀*

Proceedings of 12th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.432 - 436, 2015/09

J-PARCリニアックは2013年と2014年の2年にわたり、ビームの大強度化のために加速器本体の増強を実施した。2013年には既設加速器の下流に25台のACS空洞を増設し、ビームエネルギーを181MeVから400MeVに増強した。2014年はフロントエンド部(イオン源とRFQ)を交換し、最大ピーク電流を30mAから50mAとした。フロントエンド交換後初となるリニアックの単独ビーム試験を2014年10月に実施し、約2週間の試験を経た10月15日に50mAビームの加速に成功した。設計ピーク電流50mAの加速に成功したことは、J-PARC加速器の1MW利用運転に向けた重要な一歩である。ビーム試験修了以降、現在まで30mAのビームを安定的に下流に供給している。本発表では、フロントエンド部交換後のリニアック単独のビーム試験結果、ビームプロファイル、ロスの状況について報告する。

論文

J-PARC RCSにおける入射ビームのtwiss parameterマッチング

岡部 晃大; 丸田 朋史*; 發知 英明; Saha, P. K.; 吉本 政弘; 三浦 昭彦; Liu, Y.*; 金正 倫計

Proceedings of 12th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.933 - 937, 2015/09

J-PARC 3GeV-RCSシンクロトロンでは、ビームハローのような極少量のビームロスでさえ加速器機器を甚大に放射化する要因となり、メンテナンス作業を困難なものにする。そのため、大強度ビームの安定的な利用運転を実現するに向けて、RCSではビームハローの抑制が大きな課題となっている。RCSではビーム入射方法として荷電変換による多重入射法を採用しており、入射ビームのtwissパラメータがRCSのオプティクスに整合していない場合、入射過程においてハローが生成される可能性が高い。ビーム損失の要因であるハローの生成を抑制するため、RCSでは入射ビームのtwissマッチング調整を行っている。マッチング調整では大強度ビームの挙動を正確に把握するため、空間電荷効果を考慮した3次元エンベロープ方程式を用いて入射点におけるビームのtwissパラメータを算出している。また、Linac-RCSビーム輸送ライン(L3BT)に設置されたワイヤスキャナモニタを用いてビームプロファイル測定を行い、算出したtwissパラメータと比較しつつ、入射ビーム調整を行っている。本発表ではJ-PARC RCSで行われている入射ビームマッチング調整の手法を紹介する。

論文

J-PARCリニアックチョッパシステムの開発,2

平野 耕一郎; 近藤 恭弘; 川根 祐輔; 篠崎 信一; 三浦 昭彦; 森下 卓俊; 澤邊 祐希; 杉村 高志*; 内藤 富士雄*; Fang, Z.*; et al.

Proceedings of 12th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.944 - 947, 2015/09

J-PARC加速器リニアックの運転には、ビーム電流を50mAに増強する必要があるため、2014年にJ-PARCリニアックのイオン源、RFQ、及び、MEBT1の改造を行った。RFチョパ空洞とビームスクレーパがRFQとDTLの間にあるMEBT1の領域に設置されている。50mAビーム運転においてビームロスが増加するため、電極の間隔やビームパイプの内径を拡げた新RFチョッパ空洞を製作して、置き換えを行った。また、RFチョッパによって蹴られた高負荷ビームを受けるため、2台の新しいスクレーパを設置した。本件では、RFチョッパシステムとスクレーパのビーム照射試験結果について報告する。

論文

Preliminary studies of laser-assisted H$$^{-}$$ stripping at 400 MeV

Saha, P. K.; 原田 寛之; 金正 倫計; 丸田 朋史*; 岡部 晃大; 吉本 政弘; 入江 吉郎*; Gorlov, T.*

Proceedings of 6th International Particle Accelerator Conference (IPAC '15) (Internet), p.3795 - 3797, 2015/06

Laser-assisted H$$^{-}$$ stripping at the RCS injection energy of 400 MeV is studied. RCS has a capability to achieve further more than the design beam power of 1 MW but lifetime of the stripper foil may be one of the most concerning issue for operation. The present work has been done in the same framework as in the ongoing project for 1 GeV beam at the Spallation neutron Source (SNS) in Oak Ridge and it gives a set of optimum parameters in order to carry out a proof-of-principle (POP) experiment first at 400 MeV. The simulated transverse and longitudinal beam parameters can be adjusted to fit with laser pulse but a laser of 1 MW peak power with wavelength of around 230 nm is required in order to obtain a stripping efficiency of about 95%. A high power laser system is thus a real challenge at this stage.

論文

Scintillating fiber detector for the beam loss proton measurements at J-PARC linac

Konstantinova, O.*; 佐甲 博之; 丸田 朋史*; 三浦 昭彦

Proceedings of Science (Internet), 8 Pages, 2015/05

J-PARCリニアックの直線部下流、ACS(Annular Coupled Structure)セクションでは、H$$^{0}$$によるビームロスが問題になり、強度を上げる上で障害となった。そのためJ-PARCリニアックにおいてビームロス陽子を測定するためのシンチレーティングファイバー検出器を開発した。検出器は上流4面、下流4面のファイバー面からなり、上流側、下流側は飛行時間測定のため1.6mの間隔をあけた。ファイバー8面を貫通した荷電粒子は陽子または電子であるが、これらは飛行時間で識別する。ビームレートの絶対値を測定し、ビームパルスあたり、1.8-3.2$$times$$10$$^{5}$$であった。またH$$^{+}$$/H$$^{-}$$比は0.7-1.8$$times$$10$$^{-8}$$となり、残留ガスの圧力からの見積もり2.7$$times$$10$$^{-8}$$に近い値となった。さらに陽子のエネルギーは80-120MeVと測定され、シミュレーションの平均値90MeVと無矛盾となった。

論文

Beam test of a new radio frequency quadrupole linac for the Japan Proton Accelerator Research Complex

近藤 恭弘; 森下 卓俊; 山崎 宰春; 堀 利彦; 澤邊 祐希; 千代 悦司; 福田 真平; 長谷川 和男; 平野 耕一郎; 菊澤 信宏; et al.

Physical Review Special Topics; Accelerators and Beams, 17(12), p.120101_1 - 120101_8, 2014/12

 被引用回数:5 パーセンタイル:54.22(Physics, Nuclear)

J-PARCのビーム電流増強用の新しいRFQ(RFQ III)のビーム試験を行った。まず、RFQ IIIのコンディショニングが行われ、20時間のコンディショニング後に、400kW、デューティーファクター1.5%の非常に安定なRF入力を達成した。次に、加速器トンネルに設置する前にオフラインのビームテストを行った。50mA負水素ビームの透過率、エミッタンス、エネルギー分散を測定し、シミュレーションと比較した。実験結果とシミュレーションは良い一致を示し、RFQ IIIが設計通りの性能を発揮していることが示された。

論文

Installation and performance check of beam monitors for energy upgraded J-PARC linac

三浦 昭彦; 大内 伸夫; 小栗 英知; 長谷川 和男; 丸田 朋史*; Liu, Y.*; 宮尾 智章*; 池上 雅紀*

Proceedings of 27th International Linear Accelerator Conference (LINAC 2014) (Internet), p.1059 - 1061, 2014/12

J-PARCリニアックでは、2009年度より製作を開始した21台のACS加速空洞を用いて、加速するビームのエネルギーを181MeVから400MeVにするエネルギー増強プロジェクトを開始した。加速したビームのエネルギー測定に使用する位相モニタや、加速空洞や電磁石類のチューニングに使用するビーム電流モニタ、位置モニタ、プロファイルモニタを設計・製作し、2013年11月までに新しいビームラインに設置した。同12月よりビームコミッショニングを開始し、チューニング、400MeVの達成の確認のため、設置したビームモニタを使用した。ここでは、ビームモニタの設置状況及びビームコミッショニングにおいて実施したビームモニタの性能確認の方法、結果について紹介する。

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