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論文

Evaluation of mean time between accidental interruptions for accelerator klystron systems based on the reliability engineering method

武井 早憲; 古川 和朗*; 矢野 喜治*; 小川 雄二郎*

Journal of Nuclear Science and Technology, 55(9), p.996 - 1008, 2018/09

 パーセンタイル:100(Nuclear Science & Technology)

加速器駆動核変換システム(ADS)では、ビームトリップ事象が少ない、信頼性の高い加速器を開発しなければならないが、ビームトリップ事象がどの位の間隔で生じているか統一した手法で評価されていない。本研究では、統一した評価手法を得ることを目的として、高エネルギー加速器研究機構入射用加速器のクライストロン系の運転データを用いてクライストロン系が偶発的にトリップする平均時間間隔(MTBI)を信頼性工学に基づく手法で評価し、従来の結果と比較した。従来、クライストロン系のMTBIを評価する手法は少なくとも3種類あり、評価したMTBIは30.9時間, 32.0時間、そして50.4時間となった。一方、本研究では信頼性工学では一般的なノンパラメトリックな評価手法を用いてMTBIを評価したところ、57.3時間となり、従来の評価値と比較して1.14倍以上も長い時間となった。今後、本研究で述べた信頼性工学に基づく手法でビームトリップの平均時間間隔を評価することが望ましい。

論文

Recent progress in the energy recovery linac project in Japan

坂中 章悟*; 明本 光生*; 青戸 智浩*; 荒川 大*; 浅岡 聖二*; 榎本 収志*; 福田 茂樹*; 古川 和朗*; 古屋 貴章*; 芳賀 開一*; et al.

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.2338 - 2340, 2010/05

日本においてERL型放射光源を共同研究チームで提案している。電子銃,超伝導加速空洞などの要素技術開発を進めている。また、ERL技術の実証のためのコンパクトERLの建設も進めている。これら日本におけるERL技術開発の現状について報告する。

報告書

加速器駆動未臨界システム用加速器における許容ビームトリップ頻度の評価と現状との比較

武井 早憲; 西原 健司; 辻本 和文; 古川 和朗*; 矢野 喜治*; 小川 雄二郎*; 大井川 宏之

JAEA-Research 2009-023, 114 Pages, 2009/09

JAEA-Research-2009-023.pdf:8.86MB

大強度陽子ビームなどを加速する加速器では、経験的にビームトリップ事象が頻繁に発生することが知られており、加速器駆動未臨界システム(ADS)の構造物に熱疲労損傷を生じる可能性がある。このビームトリップ事象がADS未臨界炉部に与える影響を調べるため、熱過渡解析を実施した。その結果、許容ビームトリップ頻度はビームトリップ時間に依存し、年間$$50sim2times10^{4}$$回となった。次に、ADS用大強度加速器で生じるビームトリップ頻度を減らす方法を検討するため、許容ビームトリップ頻度と現状の加速器運転データから推定されるビームトリップ頻度を比較した。その結果、現状の加速器の技術レベルにおいても、既に停止時間が10秒以下のビームトリップ頻度は許容値を満足していた。また、停止時間が5分を超えるビームトリップ頻度は、熱応力条件を満足するために、30分の1程度に減少させれば良いことがわかった。

論文

Estimation of acceptable beam trip frequencies of accelerators for ADS and comparison with experimental data of accelerators

武井 早憲; 西原 健司; 辻本 和文; 古川 和朗*; 矢野 喜治*; 小川 雄二郎*; 大井川 宏之

Proceedings of International Topical Meeting on Nuclear Research Applications and Utilization of Accelerators (CD-ROM), 9 Pages, 2009/05

現存する大出力陽子加速器では経験上頻繁にビームトリップ事象が発生するため、加速器駆動核変換システム(ADS)の未臨界炉を構成する機器に対して熱疲労損傷を生じる可能性がある。このビームトリップがADSの未臨界炉を構成する4か所の部位(ビーム窓,燃料被覆管,内筒,原子炉容器)に与える影響を調べるため熱過渡解析を実施した。熱過渡解析では、燃料被覆管での許容ビームトリップ頻度の算出、プラントの稼働率の考察などに基づき、従来の解析結果に修正を加えた。その結果、許容ビームトリップ頻度はビームトリップ時間に依存して、年間$$43sim2.5times10^4$$回となった。この許容ビームトリップ頻度を現状の加速器の運転データから推測されるADS用陽子加速器のビームトリップ頻度と比較したところ、既にビームトリップ時間が10秒以下のビームトリップ頻度は許容値を満足していた。一方、ビームトリップ時間が5分を超えるビームトリップ頻度については、許容値を満足するためには約35分の1に減少させる必要があることがわかった。

論文

Progress in R&D efforts on the energy recovery linac in Japan

坂中 章悟*; 吾郷 智紀*; 榎本 収志*; 福田 茂樹*; 古川 和朗*; 古屋 貴章*; 芳賀 開一*; 原田 健太郎*; 平松 成範*; 本田 融*; et al.

Proceedings of 11th European Particle Accelerator Conference (EPAC '08) (CD-ROM), p.205 - 207, 2008/06

コヒーレントX線,フェムト秒X線の発生が可能な次世代放射光源としてエネルギー回収型リニアック(ERL)が提案されており、その実現に向けた要素技術の研究開発が日本国内の複数研究機関の協力のもと進められている。本稿では、ERL放射光源の研究開発の現状を報告する。

論文

Comparison of beam trip frequencies between estimation from current experimental data of accelerators and requirement from ADS transient analyses

武井 早憲; 辻本 和文; 大内 伸夫; 大井川 宏之; 水本 元治*; 古川 和朗*; 小川 雄二郎*; 矢野 喜治*

Proceedings of 5th International Workshop on the Utilisation and Reliability of High Power Proton Accelerators (HPPA-5), p.181 - 194, 2008/04

現存する高出力陽子加速器では経験上頻繁にビームトリップが起こるため、加速器駆動核変換システム(ADS)を構成する機器に対して熱疲労損傷を生じる可能性がある。このビームトリップが未臨界炉の各要素に与える影響を調べるため熱過渡解析を実施した。その結果、許容ビーム停止頻度はビームトリップ時間に依存して年間50$$sim$$25,000回の範囲となった。次に、ADS用高出力加速器のビームトリップを減少させる方法を探るため、許容ビーム停止頻度と現状の加速器運転データから求められるビーム停止頻度を比較した。その結果、ある条件の下ではビームトリップ時間が10秒以下の停止頻度は許容ビーム停止頻度を満足していることがわかった。一方、10秒を超えるビームトリップについては、熱応力条件を満足するには停止頻度を約30分の1に減少させる必要があることがわかった。

口頭

加速器駆動核変換システム用加速器の許容停止頻度と現状との比較

武井 早憲; 辻本 和文; 大井川 宏之; 水本 元治*; 小川 雄二郎*; 古川 和朗*; 矢野 喜治*

no journal, , 

本研究は、加速器駆動核変換システム(ADS)におけるビーム停止頻度を減少させる方法を探るため、停止時間が1分以下の停止事象を中心に、より詳細に許容ビーム停止頻度を評価し、加速器の運転実績に基づく停止頻度と比較した。その結果、高周波の反射が原因となる停止事象の停止時間が5秒以下に短縮された場合、停止時間が10秒以上のビーム停止頻度を現状の約10分の1程度に減少させれば良いことがわかった。

口頭

加速器駆動核変換システム用加速器の許容ビーム停止頻度の評価,3; 打切り事象を考慮したクライストロン系の平均トリップ間隔の算出

武井 早憲; 古川 和朗*; 矢野 喜治*; 小川 雄二郎*

no journal, , 

加速器駆動核変換システム(ADS)では、ビームトリップ事象が少ない、信頼性の高い加速器を開発しなければならない。このため、既存の加速器で発生しているビームトリップ頻度を評価する必要があるが、加速器の運転データからどのようにビームトリップ頻度を評価すべきか統一した見解が得られていない。例えば、大強度陽子加速器のビーム停止頻度を算出するために必要となるクライストロン系の平均トリップ間隔の評価では、従来、クライストロン系が偶発的に停止したトリップ事象のみを対象としてきた。しかし、一般に製品の寿命評価では、使用開始から製品が故障に至るまでの時間と使用開始からまだ故障に至らずに途中で観測が打切られた時間を含めて寿命を評価している。このため、本研究では高エネルギー加速器研究機構電子・陽電子線形加速器(KEK入射器)のクライストロン系における平均トリップ間隔を、従来の評価では含めていない打切り事象と呼ばれる停止事象を含めて評価したところ、従来の評価と比較して、クライストロン系の平均トリップ間隔が1.8倍長くなることがわかった。

口頭

加速器駆動核変換システム用加速器の許容ビーム停止頻度の評価,4; クライストロン系のトリップ事象が従う確率密度関数の考察

武井 早憲; 古川 和朗*; 矢野 喜治*; 小川 雄二郎*

no journal, , 

加速器駆動核変換システム(ADS)では、ビームトリップ事象が少ない、信頼性の高い加速器を開発しなければならず、既存の加速器で発生しているビームトリップ事象を統一した手法で評価する必要がある。しかしながら、加速器の運転データからどのようにビームトリップ事象を統一した手法で評価すべきか合意されていない。本研究では、統一した評価手法を得ることを目的として、高エネルギー加速器研究機構入射器クライストロン系の運転データを用いてビームトリップ事象が従う確率密度関数を信頼性工学に基づく手法で評価し、従来の結果と比較した。従来、トリップ事象が従う確率密度関数は暗黙のうちに指数関数と仮定し、平均トリップ間隔や平均トリップ頻度を算出していた。しかしながら、信頼性工学で広く使用されているノンパラメトリック手法を用いて確率密度関数を評価したところ、指数関数ではない可能性が判明し、その結果、従来の手法で求められた平均トリップ間隔は信頼性工学の観点から正しくないことがわかった。今後、ADS用加速器のビームトリップ事象を統一した手法で評価するためには、本研究で述べた信頼性工学に基づく手法で加速器の運転データを解析、評価する必要がある。

口頭

KEK低速陽電子ビームの高強度・高輝度化とその応用

和田 健*; 兵頭 俊夫*; 小菅 隆*; 斉藤 祐樹*; 柳下 明*; 池田 光男*; 大澤 哲*; 諏訪田 剛*; 古川 和朗*; 白川 明広*; et al.

no journal, , 

本講演では、高エネルギー加速器研究機構(KEK)低速陽電子実験施設の最近の進展について報告する。本施設では、2010年夏に、低速陽電子ビーム生成のためのコンバータ・モデレータユニットを改造し、ビーム強度が一桁増大した。増大したビーム強度を生かして、ポジトロニウム負イオンの分光実験、反射高速陽電子回折(RHEPD)実験、ポジトロニウム飛行時間測定実験を展開してきた。2012年春には、RHEPD実験用に新たにタングステンモデレータを用いた透過型輝度増強ユニットを導入し、質・強度ともに大幅に向上した平行ビームを生成することに成功した。この高強度・高輝度陽電子ビームを用いて、Si(111)-7$$times$$7表面からのRHEPDパターンを測定したところ、従来の$$^{22}$$Na線源を用いたビームでは捉えることができなかった、表面超構造に由来する高次の回折スポットを観測することに成功した。

口頭

KEK低速陽電子実験施設におけるビームライン整備と新しい測定装置

和田 健*; 望月 出海*; 兵頭 俊夫*; 小菅 隆*; 斉藤 裕樹*; 設楽 哲夫*; 大澤 哲*; 池田 光男*; 白川 明広*; 古川 和朗*; et al.

no journal, , 

高エネルギー加速器研究機構物質構造科学研究所の低速陽電子実験施設では、ライナックベースの低速陽電子ビームを共同利用に供している。近年成果が上がっている、反射高速陽電子回折(RHEPD)実験とポジトロニウム負イオン分光実験を次の段階に進めるために、多数のコイル用電源を移動して新しいビームラインの分岐を整備するとともに、装置の移動を行った。また、低速陽電子回折(LEPD)実験装置開発のための予備実験を行い、装置設計を進めている。平成24年度秋のビームタイムより共同利用が再開したポジトロニウム飛行時間測定装置における実験成果の紹介も行う予定である。

口頭

KEK低速陽電子実験施設のビームライン整備と最近の成果

和田 健*; 望月 出海*; 兵頭 俊夫*; 小菅 隆*; 斉藤 裕樹*; 設楽 哲夫*; 大澤 哲*; 池田 光男*; 白川 明広*; 古川 和朗*; et al.

no journal, , 

高エネルギー加速器研究機構物質構造科学研究所の低速陽電子実験施設では、ライナックベースの低速陽電子ビームを共同利用に供している。2012年度春に、日本原子力研究開発機構の河裾グループの協力を得て、反射高速陽電子回折用に透過型の輝度増強ユニットを導入した。磁場で輸送した15keVの低速陽電子ビームを非磁場領域に解放した後、10kVに印加した厚さ100nmのタングステン薄膜に磁気レンズを用いて収束し、数段からなる引き出し電極と磁気レンズを用いてアース電位の試料に導く。輝度増強ユニット導入前と比べて、ビームのエネルギー広がりが1桁以上狭くなるとともに、反射強度が約4倍向上した。また、これまで使用できなかったポジトロニウム飛行時間(Ps-TOF)測定装置を、東京理科大学長嶋グループの協力を得て再整備し、同装置を用いる共同利用の募集を開始した。2012年度秋より3課題のPs-TOF測定装置を用いた共同利用が開始された。2009年度まで行われていた透過型陽電子顕微鏡実験で用いた輝度増強チャンバーを生かし、東京大学物性研究所高橋グループ及び千葉大学藤浪グループの協力を得て、低速陽電子回折実験装置の開発を開始した。最近予備実験として、このビームライン分岐におけるビーム試験と、輝度増強ユニットの動作試験を行った。以上の施設の整備状況について報告するとともに、最近の共同利用の成果の紹介を行う。

口頭

KEK低速陽電子実験施設の現状; 新ビームライン分岐と実験ステーションの再配置

和田 健*; 望月 出海*; 兵頭 俊夫*; 小菅 隆*; 斉藤 裕樹*; 濁川 和幸*; 設楽 哲夫*; 大澤 哲*; 池田 光男*; 白川 明広*; et al.

no journal, , 

高エネルギー加速器研究機構(KEK)物質構造科学研究所の低速陽電子実験施設では、ライナックベースの大強度低速陽電子ビームを共同利用に供している。2012年春に、日本原子力研究開発機構の協力を得て、反射高速陽電子回折(RHEPD)用に透過型の輝度増強ユニットを導入した。これにより、$$^{22}$$Naベースの陽電子ビームと比較して、ビームの輝度が約3600倍上がり、ビーム強度は約60倍向上した。この輝度増強ビームを用いてSi(111)-7$$times$$7表面におけるRHEPD実験を行ない、全反射臨界角以下の領域で、最表面原子層からのみの明瞭な回折像を観測することに成功した。近年成果が上がっている上記RHEPD実験とポジトロニウム負イオン分光実験を次の段階に進めるために、地下1階部分の多数のコイル用電源を実験と干渉しないスペースへ移動して、より広い実験スペースを確保した。ロングパルスモードを使用するRHEPD実験は地下1階で、ショートパルスモードを使用するポジトロニウム負イオン実験とポジトロニウム飛行時間測定実験を地上1階で行うよう、ステーションの再配置を行った。

口頭

Recent developments and results of the KEK slow positron facility

和田 健*; 望月 出海*; 兵頭 俊夫*; 小菅 隆*; 斉藤 裕樹*; 濁川 和幸*; 設楽 哲夫*; 大澤 哲*; 池田 光男*; 白川 明広*; et al.

no journal, , 

高エネルギー加速器研究機構(KEK)物質構造科学研究所の低速陽電子実験施設で得られた最近の成果について報告する。本施設では、専用ライナック(55MeV)を有しており、高強度のパルス低速陽電子ビーム(5$$times$$10$$^{7}$$ e$$^{+}$$/s: ロングパルスモード)を共同利用に供している。低速陽電子ビームは、高圧(35kVまで)に印加された発生部で生成され、磁場を用いて接地されたビームラインを輸送され、各実験ホールに振り分けられる。現在、3つの実験(ポジトロニウム負イオン分光,ポジトロニウム飛行時間測定,反射高速陽電子回折(RHEPD))が進行中である。今回、RHEPDの最新の成果について取り上げる。陽電子における結晶ポテンシャルは、電子の場合とは逆のプラスであり、陽電子は、低視射角入射で全反射を起こす。最近、Si(111)-7$$times$$7表面におけるRHEPD実験を行い、全反射臨界角以下の領域で、最表面原子層からのみの明瞭な回折像を観測することに成功した。

口頭

Materials science at the KEK slow positron facility

和田 健*; 望月 出海*; 兵頭 俊夫*; 小菅 隆*; 斉藤 裕樹*; 濁川 和幸*; 設楽 哲夫*; 大澤 哲*; 池田 光男*; 白川 明広*; et al.

no journal, , 

高エネルギー加速器研究機構(KEK)物質構造科学研究所の低速陽電子実験施設では、専用電子線形加速器(linac)を用い、高強度のパルス低速陽電子ビームを提供している。低速陽電子の生成ユニットは35kVまで印加可能である。陽電子ビームは接地されたビームライン中を磁場輸送され、各実験ホールに振り分けられる。現在、3つの実験ステーションが稼働中である。ポジトロニウム負イオン(Ps$$^{-}$$)では、エネルギー可変(0.3-1.9keV)のポジトロニウム(Ps)ビームの発生に成功している。Psビームは、絶縁体の表面回折実験に利用される予定である。ポジトロニウム飛行時間(Ps-TOF)測定では、表面状態の情報を得ることができる。反射高速陽電子回折(RHEPD)は、最表面構造を決定することができる。RHEPDは、反射高速電子回折(RHEED)の陽電子版である。電子の場合とは対照的に、陽電子の結晶ポテンシャルは正であるため、ある臨界角以下の視射角で入射した場合、陽電子は物質表面で全反射される。最近、Si(111)-$$7times7$$表面からの全反射陽電子回折パターンが最表面原子のみの情報を含むことが分かった。

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