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論文

J-PARC LinacおよびRCSにおける監視・警報システムの製作

高橋 博樹; 澤邊 祐希; 渡邉 和彦*; 川瀬 雅人*

Proceedings of 14th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1151 - 1154, 2017/12

加速器構成機器の増加(Linac ACSなど)や安全・安定な加速器運転実現のために、運転員や研究者が運転時に監視すべきパラメータ(情報量)が年々増加する傾向にある。そして、監視画面に表示される情報が膨大になったことにより、運転員の警報やパラメータ値の見落としなどによる誤操作が起こるときがある。現時点で、PPSやMPSの安全システムが堅固であるので大事に至ったことはないが、計画されているビームパワー増強などを考慮した場合、このような誤操作は憂慮すべきことである。そこで、加速器の状態を監視し、運転員に異常を早期に知らせるシステムの製作を開始した。初期システムとしてLinacのDTQ電磁石電源等の状態監視を目的としたシステムの構築を進めた。そして、電流設定値を基準として正常範囲(上下限値)を設定し、正常範囲を逸脱した場合に警報状態を運転員に通知する機能を実現し、本システム製作の見通しを得ることができた。

論文

J-PARC LINAC/RCSタイミングシステム安定運用に向けた改良

澤邊 祐希*; 高橋 博樹; 伊藤 雄一*; 川瀬 雅人*

Proceedings of 14th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1133 - 1136, 2017/12

J-PARC加速器は、400MeVリニアック(LINAC)、3GeVシンクロトロン(RCS)、50GeVシンクロトロン(MR)で構成されている。J-PARCのタイミングシステムは各加速器の同期をとり、最大25Hz周期のビーム供給を実現している。LINAC及びRCSのタイミングシステムでは、タイプ列、Look Up Table(LUT)、ビームタグ等のデータ転送にリング型のリフレクティブメモリ(RFM)ネットワークを採用している。2016年6月、このRFMネットワーク内の通信異常により、データ転送不具合が発生した。当時の環境では、原因箇所の特定に難航し、復旧まで長時間を要した。この経験から、RFMネットワークの状態監視環境を整備するとともに、RFMネットワークのデータ転送を統括する計算機の二重化を行った。また、RFMネットワークを介すことなく、各RFMの状態監視を可能とするsyslogサーバの整備を行った。この結果、本改良後にRFMネットワーク内のタイミング用VMEで動作不良が発生したが、即座に対象機器が特定でき、早期復旧を実現することができた。本発表では安定運用を目的としてJ-PARC LINAC/RCSのタイミングシステムに行った改良の詳細について報告する。

論文

Stabilization of timing system operation of J-PARC Linac and RCS

高橋 博樹; 林 直樹; 伊藤 雄一*; 川瀬 雅人*; 澤邊 祐希*

Proceedings of 8th International Particle Accelerator Conference (IPAC '17) (Internet), p.4000 - 4002, 2017/06

J-PARC LinacおよびRCSのタイミングシステムデータ(遅延値、ステータスなど)は、統括計算機によって監視、制御される。この統括計算機ハードウェアを更新後に、タイミングシステムにおいてデータ破損(誤データの伝送)が発生するようになった。そこで、タイミングシステムVMEのソフトウェアに新たな機能を追加し、データ破損の原因調査を行った。調査によりPCI-Expressリフレクティブメモリが接続された場合に発生すること、および、約25枚のリフレクティブメモリが接続されるとデータ破損が発生することが明らかとなった。本報告では、調査の詳細と、調査結果に基づいて実施したタイミングシステムの運用安定化について報告する。

論文

マシンモデルを利用した加速器制御系の構築

川瀬 雅人; 高橋 博樹

Proceedings of 12th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.764 - 766, 2015/09

従来の制御システムの設計及び開発では、機器製作終了後から機器仕様を確認することが多く、制御系設計が後回しになることがあった。また、各機器独自の制御プロセスが構築されるため種類も多様になってしまい、メンテナンス性、拡張性及び柔軟性が欠けた制御システムになっていた。これらの課題を克服するため、すべての機器制御を統一化できる制御系の構築が必須と考え、加速器構成機器制御にマシンモデルという抽象化した状態を定義し、機器制御を共通化した。各機器に共通する情報を抽出し、それらの情報から十分な時間をかけてモデリングを行い、マシンモデルと呼ぶ抽象化クラスを構築した。マシンモデルを導入し、アプリケーションレベルの簡略化も実現した。各機器固有の手続き型制御を上位アプリケーションではなく機器側制御系でのみ処理するインターフェースにすることにより、機器改造や拡張時に必要となる上位アプリケーションの修正の手間を大幅に低減できる。本報告では、J-PARC RCSにおける機器の状態定義と、状態遷移を用いた制御系の開発について報告する。

論文

RFイオン源&RFQ III共同テストスタンドタイミングシステムの製作

澤邊 祐希; 伊藤 雄一; 川瀬 雅人; 福田 真平; 鈴木 隆洋*; 菊澤 信宏; 大内 伸夫

Proceedings of 11th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.748 - 751, 2014/10

J-PARC LINACでは、大強度ビーム達成に向け、セシウム添加高周波駆動負水素イオン源(RFイオン源)、及び50mA対応RFQ III号機への換装が予定されている。そのため、RFイオン源、及びRFQ III号機の共同テストスタンドを構築し、ビーム加速試験を行った。換装を円滑に進めるため、現在のJ-PARC加速器と互換性を考慮した制御系が求められた。しかし、RFイオン源は、現在稼働中の負水素イオン源とはプラズマ点火方法が異なるため、従来とは異なるタイミングパラメータを持ったタイミング信号を準備する必要があった。このため、RFイオン源用に新たなタイミング信号を用いたタイミングシステムを製作し、テストスタンドでのビーム加速試験では、このシステムを用いた。本発表では、RFイオン源、及びRFQ III号機の共同テストスタンドで構成した制御系のうち、主にタイミングシステムについて報告する。

論文

J-PARC 3GeVシンクロトロン機器保護システムの増強

山本 風海; 川瀬 雅人; 岩間 悠平; 福田 真平; 加藤 裕子; 大内 伸夫; 明午 伸一郎; 大井 元貴; 上窪田 紀彦*

Proceedings of 11th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.771 - 774, 2014/10

J-PARC(Japan Proton Accelerator Research Complex)では、2013年5月に50GeVメインリング(Main Ring, MR)で異常なビーム出力が発生し、ハドロン実験用の放射化した金ターゲットが昇華、施設外へ漏えいするという事故が発生した。この事故を受け、J-PARCの全施設で放射線漏えいの危険性を未然に検知、防ぐため機器異常状態の監視システムを増強した。J-PARC 3GeVシンクロトロン(Rapid Cycling Synchrotron, RCS)では、物質生命科学実験施設(Material and Life science Facility, MLF)水銀ターゲットへの出射ビームの状態異常やトンネル内ガスの放射能濃度を常時監視し検知する、ダンプ温度をインターロックに組み込みダンプ溶解を早期に発見する、リニアックからのビーム電流が設計値を超えた際に即座にビームを停止する、等の改造を行った。本発表ではその詳細について述べる。

論文

J-PARC LINAC/RCSにおける波形データ同期システムの構築

川瀬 雅人*; 高橋 博樹; 加藤 裕子; 菊澤 信宏; 大内 伸夫

Proceedings of 10th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.731 - 734, 2014/06

J-PARC LINAC/RCSでのデータ収集は、EPICS Channel Accessで得た時系列データの収集と、ビームに同期した波形データ収集の2種類ある。時系列データはIOCから得たデータ収集時刻をタイムスタンプとしてPostgreSQLによるデータベースに格納している。一方、ビームに同期した波形データは、Wave Endless Recorder (WER)によって収集している。WERでは入力されるトリガをカウントし、上位層でこのトリガ番号を管理するトリガカウンタを開発し、LAN経由で複数台のWERのトリガ番号を同期することが可能となっている。現在、この波形データ同期システムを本格導入するために、テストベンチによる検証を進めている。本発表では、波形データ同期システムの検証結果と将来の収集システムの構成などについて報告する。

論文

J-PARC RFイオン源&RFQ IIIテストスタンドの制御系の構築

福田 真平; 澤邊 祐希; 鈴木 隆洋*; 石山 達也*; 川瀬 雅人*; 伊藤 雄一; 加藤 裕子; 吉位 明伸; 菊澤 信宏; 大内 伸夫

Proceedings of 10th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1122 - 1125, 2014/06

J-PARC LINACは、2014年にセシウム添加高周波駆動負水素イオン源(RFイオン源)のインストールが予定されている。また、同じく2014年に現在のRFQに替えてRFQ IIIへの換装も予定されている。現在J-PARC LINAC棟にて、RFイオン源とRFQ IIIの共同のテストスタンドを組み、ビーム加速試験を行うべく準備を進めている。J-PARC制御グループでは、これらテストスタンドにもJ-PARC加速器と同等の加速器制御環境が必要であると考え、制御系をデザインした。具体的には、機器を保護するためのMPS(Machine Protection System)の導入や機器を遠隔制御するためのEPICS環境の実装、各加速器構成機器へタイミング信号を送るためのタイミングシステムの構築である。本発表では、テストスタンドにおける制御系の構築について報告する。

論文

J-PARC 3GeV RCS第2, 3荷電変換装置制御システム設計

川瀬 雅人; 吉本 政弘; 山崎 良雄; 竹田 修

Proceedings of 9th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.734 - 737, 2013/08

J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)は3枚の炭素薄膜を用いた荷電変換入射方式を採用している。本装置のメンテナンス性向上と真空排気能力の強化を目的とした第2, 3荷電変換装置の高機能化を進めており、これに合わせて制御システムの見直しを行っている。制御システム見直しの基本方針は、3つの装置を一元管理している制御システムから切り離し、独立した制御システムとして再構築する。そのうえで第2, 3荷電変換装置の高機能化に対応させることとした。各々の装置を独立に制御することから、特に安全面に関するインターロック機構の見直しが必須となる。これまで荷電変換装置の異常信号は3台分として集約しMPSを作動させていた。そのため、異常時の原因追究等に時間を要していたが、独立した異常信号でMPSを作動させることで、緊急時の個別対応が容易になるという効果が期待できる。第2, 3荷電変換装置の制御は横河電機製PLC FA-M3のみ用いたシンプルなシステムを採用し、軸駆動系及び真空排気系を融合し、かつ同期性のある制御アルゴリズム設計を進めている。本報告では、この再構築した第2、3荷電変換装置制御システム設計について報告するものである。

論文

核変換実験施設のためのJ-PARCタイミングシステムの設計検討

伊藤 雄一; 川瀬 雅人; 菊澤 信宏; 大内 伸夫

Proceedings of 9th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.738 - 740, 2013/08

J-PARCでは第二期計画として加速器駆動システム(ADS)による核変換実験施設(TEF)の建設が検討されている。TEFで利用する予定の陽子ビームは400MeV, 250kWであり、LINACから分岐して供給される。LINACは既存のJ-PARC各実験施設に向けて繰り返し25Hzで運転しているが、これらへのビームパワーを維持するためには、倍の50Hzで運転しなければならない。したがって、J-PARCタイミングシステムも50Hzとしなければならないが、特にRCS以降ではDAQシステムなどが25Hzで最適化されているなどの理由により、全体を50Hz化するのは困難であることが予想される。本稿ではこれらの現状を踏まえてTEF対応のタイミングシステムについて検討する。

論文

Beam position monitor system of J-PARC RCS

林 直樹; 川瀬 雅人; 畠山 衆一郎; 廣木 成治; 佐伯 理生二; 高橋 博樹; 照山 雄三*; 豊川 良治*; 荒川 大*; 平松 成範*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 677, p.94 - 106, 2012/06

 被引用回数:6 パーセンタイル:42.4(Instruments & Instrumentation)

本論文は、J-PARC RCSのビーム位置モニタ(BPM)システムについて述べる。RCSは、ビームパワー1MWの速い繰返しのシンクロトロンで、そのBPM検出器は、直径250mm以上あるが、ビーム位置を極めて正確に測定する必要がある。さらに、定格から低いビーム強度まで、幅広い範囲で動作することが必要である。リングには、54台のBPMがあり、限られたスペースのため、そのほとんどを補正電磁石の内側に収めた。検出器は、静電容量型で4電極あり、対角線カット形状で構成される電極対は、ビーム位置に対し非常に良い線形出力特性を持つように設計した。また、14bit 40MS/sのADCと600MHzのDSPを持つ信号処理回路を開発し、それらを、shared memoryを介し、EPICSによって制御できるようにした。この回路は、連続して平均ビーム位置を計算するモードでは、25Hzのパルスすべての記録が可能で、ほかに、周回ごとのビーム位置計算など、高度な解析のため、全波形データを残すモードも設定した。

論文

J-PARC LINAC/RCSにおけるMPSサブシステムの開発,2

鈴木 隆洋; 伊藤 雄一; 石山 達也; 丸田 朋史; 加藤 裕子; 川瀬 雅人; 福田 真平; 澤邊 祐希*; 菊澤 信宏

Proceedings of 8th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.527 - 529, 2011/08

J-PARCのMPSはビーム衝突による放射化を可能な限り低減するために設置された。これにMPSサブシステムを組合せた統合システムにより、機器異常発生時の高速ビーム停止と安定したビームの運転再開を実現している。現在J-PARCではMLFとMRの各施設への共用運転を行っている。共用運転での重要な課題として、各施設の稼働率の向上がある。これまでは、ビーム共用運転中にMRの機器異常にてMPSが発報した場合、その影響がないMLFへのビーム供給も停止していた。そのためMLFへのビーム供給を再開するには、MRの障害が回復されるのを待つか、又は、ビーム行き先モードをMLFのみに変更する必要があった。施設の稼働率向上を考慮した場合、MLFのみに向けたビーム運転を迅速に再開できることが望ましい。そこでわれわれはこの課題に対応するためにMPSサブシステム2を開発した。この機器は、例えば、MRにてMPSが発報した場合、MR行きビームは出射せずに、MLF行きビームのみを出射させることができる。この機能を利用すれば、MLFのみのビーム運転を迅速に再開、又は中断せずに供給し続けることが可能となり、稼働率を向上できる。本発表ではMPSサブシステム2について報告する。

論文

3GeVシンクロトロン加速器統合制御システム開発プラン

川瀬 雅人; 菊澤 信宏; 高柳 智弘; 上窪田 紀彦*; 山本 昇

Proceedings of 8th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.574 - 578, 2011/08

J-PARCは実験施設への安定的なビーム供給期に移行し、3GeVシンクロトロン加速器(RCS)では、次年度以降に計画されている線形加速器(LINAC)の400MeV増強に対応したビームコミッショニングを行う予定である。今後、さらに安定かつ安全なビーム供給を実現するためには、J-PARCの稼働当初から計画されていたマシンインターフェースを考慮した効果的な操作・監視の実現や人的ミスをなくすことが必要である。以上のことから、大強度ビームに対応したビームコミッショニングに使用される理想的なアプリケーションには、どのような機能が必要なのか、基本的な部分から設計し、それらを開発する必要がある。また、より高性能のデータ収集システムも構築し、ビームコミッショニングに有用なデータ収集システムを実現しなくてはならない。RCS統合制御システムの実現を目標にした既存システムの問題点や要求される性能について検討した結果を報告する。

報告書

J-PARC Linac, RCSにおけるEPICSレコード命名規則の策定; ユニークで規格化された名前の構築手順

福田 真平; 渡邉 和彦*; 榊 泰直; 高橋 博樹; 川瀬 雅人; 菊澤 信宏

JAEA-Testing 2010-004, 34 Pages, 2011/02

JAEA-Testing-2010-004.pdf:0.81MB

J-PARCにおける加速器構成機器はEPICSを利用し制御される。EPICSは、EPICSレコードと呼ばれるユニークな名前を制御信号に付与し、この名前を使用してデータの収集や機器制御を実現する。EPICSレコード名に求められる条件は、(1)重複したEPICSレコード名ではないこと、(2)信号の内容が容易に想像できるEPICSレコード名であること、以上の2点である。また、J-PARCではEPICSレコードを機器情報管理用のリレーショナルデータベースにより管理するため、機械的な処理が容易に行えるような構造であることも要求される。これらの要件を実現させるため、レコード名称及びレコード構造を規格化することが必要となった。そこで、ユニークで規格化された名称を決定するためのEPICSレコード命名規則を策定した。

論文

J-PARC 3GeV RCS荷電変換制御システム再構築

川瀬 雅人; 吉本 政弘; 竹田 修; 金正 倫計

Proceedings of 7th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (DVD-ROM), p.1065 - 1067, 2010/08

RCS荷電変換装置は、荷電変換膜の交換,入射位置移動等の処理を自動・遠隔操作で行う装置である。本装置は、真空システムと駆動システムを組合せたシステムであり、両システムを一元管理しかつ安全性及び安定性が担保された総合制御システムが必要となる。ハードウェア及びソフトウェアの両面で制御系全体の見直しが必要となった。本装置は、真空システムはPLCで、駆動システムはMCUで制御している。各々のシステムはそれぞれ独立のシーケンスで動作しており同時に両システムを管理するためのWorkstationを別途設置しているが、装置の構成上Workstationの管理アルゴリズムは非常に複雑になる。リミットスイッチの増強によるハードウェアの改造を行うと同時に、各々のシーケンスを適切に管理し、同期のあるシーケンス処理ができるようWorkstation内のアルゴリズムを全面的に見直しを行いPLCとMCUの全情報を管理し、操作性,安全性,安定性を向上させたソフトウェアを新たに開発した。本報告は、本装置の制御システムの見直しとソフトウェアの再設計について述べる。

論文

The EPICS-based remote control system for muon beam line devices J-PARC MUSE

伊藤 孝; 中原 一隆*; 川瀬 雅人; 藤森 寛*; 小林 庸男*; 髭本 亘; 三宅 康博*

Journal of Physics; Conference Series, 225, p.012022_1 - 012022_5, 2010/06

 被引用回数:1 パーセンタイル:40.37

The Experimental Physics and Industrial Control System(EPICS)は分散制御システム構築のためのフレームワークを提供するソフトウェアであり、ビームラインの制御等に広く用いられている。EPICSによる分散制御システムは世界の多くの加速器施設において採用され、優れた信頼性,保守性,拡張性が実証されており、J-PARCの陽電子加速器の制御にも採用されている。本研究発表ではJ-PARCの崩壊ミュオンビームラインに関する装置群(電磁石及びスリット)のEPICSベース遠隔制御システムの現状について報告する。崩壊ミュオンビームラインの電磁石電源及びスリットの主要な機能はイーサネット越しに制御することができ、Motif Editor and Display Manager(MEDM)によるグラフィカルなユーザーインターフェイスが利用可能である。

論文

Improvements of the charge exchange system at the 3GeV RCS in J-PARC

吉本 政弘; 竹田 修; 川瀬 雅人; 山崎 良雄; 金正 倫計; 斉藤 義男*; 壁谷 善三郎*

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.3930 - 3932, 2010/05

J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)では、フォイルを用いたH$$^{-}$$の荷電変換方式を採用している。そのため荷電変換装置は遠隔自動フォイル交換機能付きを含む3つのフォイルを駆動する装置から成り立つ。RCSのビームコミッショニングの開始直前であった2007年の夏にこの荷電変換装置に駆動部のトランスファーロッドに用いる磁気結合部が外れゲートバルブに挟まって壊れるという、重大な問題が生じた。われわれはこの問題の原因を追究し、材料選定を含む構造設計からやり直し、試験片を用いた耐久試験を行った。その結果をうけて、2008年に改良した荷電変換装置を再設置した。

論文

Beam study results with HBC stripping foils at the 3-GeV RCS in J-PARC

吉本 政弘; 山崎 良雄; 林 直樹; 山本 風海; 佐伯 理生二; 發知 英明; Saha, P. K.; 原田 寛之; 川瀬 雅人; 石山 達也; et al.

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.3927 - 3929, 2010/05

J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)ではボロンを含んだ炭素箔膜(HBCフォイル)を用いている。これまでRCSでの120kW定常運転及び300kWの試験運転での長期ビーム照射を経ても性能劣化は見られない。HBCフォイルの性能を確かめるためさまざまなビーム試験を行った。ビーム照射点を変えたり、膜厚の異なるフォイルを用いたりして、荷電変換効率の違いを測定した。また、フォイルを支持するSiCファイバーの影響も確認した。また、ビーム照射時のフォイルからのアウトガスの測定やビーム照射によるフォイル形状の変化についても報告する。

論文

Reconstructions of the control system for the charge exchange system at the 3GeV RCS in J-PARC

川瀬 雅人; 吉本 政弘; 竹田 修; 山崎 良雄; 金正 倫計

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.214 - 216, 2010/05

J-PARC 3GeVシンクロトロンの荷電変換膜は、真空状態で交換しなくてはならない。荷電変換装置は、荷電変換膜交換,入射位置への移動などのすべての処理を、真空中で行うことができる。荷電変換装置は、真空系と駆動系から構成されている。そのため、真空系,駆動系を一元管理し、制御できなければならない。真空系と駆動系を一元管理できていない装置の場合、駆動軸がリングに挿入中でもゲートバルブが閉になるような、重大事故につながる。そのため、真空系と駆動系を一元管理できる制御システムが必要になった。われわれは、本装置を一元管理する制御システムを開発した。荷電変換装置は、真空系ではPLC(Programmable Logic Controller)で、駆動系ではMCUと別々なコントローラで制御している。これらを一元管理するためにWorkStationを設置した。WorkStationからPLCとMCUを制御できるようになった。J-PARCは、EPICSを使用し加速器構成機器を遠隔制御している。本装置も、EPICS対応にしなければならない。本報告では、この荷電変換装置制御系について報告するものである。

論文

Performance of the control system for the J-PARC LINAC

吉川 博; 鈴木 隆洋; 榊 泰直; 伊藤 雄一; 加藤 裕子; 川瀬 雅人; 佐甲 博之; Shen, G.; 高橋 博樹; 福田 真平; et al.

Proceedings of 24th International Linear Accelerator Conference (LINAC 2008) (CD-ROM), p.52 - 54, 2009/00

J-PARCのLINACは2006年11月から順調に稼働し、2007年1月に所期性能を達成した。その後後段のRCSにビーム供給を開始し、非常に安定な運転を続けている。ここではLINACの制御系について、初期の設計と実際に実現された性能の比較評価を示す。そして大出力化に向けた第二段階に入りビームロスの極小化とLINAC全体としての応答解析やシステム同定を必要とされる時期にきた、高精度制御の開発段階開始の状況を報告する。

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