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論文

iBNCT用LaB$$_6$$フィラメント・マルチカスプイオン源の開発状況

柴田 崇統*; 高木 昭*; 池上 清*; 杉村 高志*; 南茂 今朝雄*; 内藤 富士雄*; 小林 仁*; 栗原 俊一*; 本田 洋介*; 佐藤 将春*; et al.

Proceedings of 15th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.385 - 387, 2018/10

In order to satisfy the second term clinical trial condition of iBNCT, which requires 5 mA proton beam extraction from linac, beam operation of Lanthanum Hexaboride (LaB$$_6$$) filament has been started from Oct. 2017. In the test stand, plasma arc discharge properties and beam current measurement via Faraday-cup (FC) has been done under several ion source conditions. By Mar. 2018, 45 mA of beam current has been achieved at FC. Although the pulse width of arc discharge is limited to 200 $$mu$$s by the capacitor bank in arc pulser power supply, still the wave form of the arc discharge current/voltage and the resultant beam current at FC have shown very stable flat top (beam current fluctuation below 0.5 %) after 50 $$mu$$s. Further increase of beam current is required by optimization of AMFC (Axial Magnetic Field correction) field and filament emission which will be done in 2018.

論文

コンパクトERL電子銃の現状とアップグレード計画

西森 信行; 永井 良治; 森 道昭; 羽島 良一; 山本 将博*; 本田 洋介*; 宮島 司*; 内山 隆司*; Jin, X.*; 帯名 崇*; et al.

Proceedings of 12th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.511 - 515, 2015/09

コンパクトERLは2013年4月の運転開始以降、順調にコミッショニングを進めている。2014年度までに0.1mAのエネルギー回収試験を終え、レーザーコンプトンX線発生試験も行った。その間、cERL電子銃はトラブル無く、安定なビーム供給に貢献している。ただし、分割セラミック管の不具合のため、運転電圧が390kVに留まっている。2015年度は、セラミック管増設により500kV化を目指す。また、FELへの利用を視野に入れ、高電荷ビーム生成用電子銃駆動レーザーの開発にも着手している。本発表では、cERL電子銃運転の現状と、アップグレード計画について報告する。

論文

コンパクトERLでのレーザーコンプトン散乱光源実証実験

永井 良治; 羽島 良一; 静間 俊行; 森 道昭; 赤木 智哉*; 小菅 淳*; 本田 洋介*; 荒木 栄*; 照沼 信浩*; 浦川 順治*

Proceedings of 12th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1328 - 1330, 2015/09

コンパクトERL(cERL)においてエネルギー回収型リニアックを基盤とするレーザーコンプトン散乱(LCS)光源のために必要な加速器およびレーザーについての技術開発を行った。ERL-LCS光源のような高強度,エネルギー可変,単色光源は非破壊核種分析に必要な光源である。ERL-LCS光源による光子生成実証のために、cERLの回収ループにレーザーエンハンスメント共振器を設置した。電子ビームエネルギー,レーザー波長,衝突角はそれぞれ、20MeV, 1064nm, 18$$^{circ}$$である。LCS光子の最大エネルギーは約7keVである。感度領域17mm$$^{2}$$のシリコンドリフト検出器を衝突点から16.6mの位置でのLCS光子の観測に用いた。その計測の結果、検出器での強度、中心エネルギー、エネルギー広がりはそれぞれ、1200/s, 6.91keV, 81eVであった。

論文

Demonstration of high-flux photon generation from an ERL-based laser Compton photon source

永井 良治; 羽島 良一; 森 道昭; 静間 俊行; 赤木 智哉*; 荒木 栄*; 本田 洋介*; 小菅 淳*; 照沼 信浩*; 浦川 順治*

Proceedings of 6th International Particle Accelerator Conference (IPAC '15) (Internet), p.1607 - 1609, 2015/06

コンパクトERL(cERL)においてエネルギー回収型リニアックを基盤とするレーザーコンプトン散乱(LCS)光源のために必要な加速器およびレーザーについての技術開発を行った。ERL-LCS光源のような高強度、エネルギー可変、単色光源は非破壊核種分析に必要な光源である。ERL-LCS光源による光子生成実証のために、cERL回収ループにレーザーエンハンスメント共振器を設置した。電子ビームエネルギー、レーザー波長、衝突角はそれぞれ、20MeV, 1064nm, 18deg.である。LCS光子の最大エネルギーは約7keVである。感度領域17mm$$^{2}$$のシリコンドリフト検出器を衝突点から16.6mの位置でのLCS光子の観測に用いた。その計測の結果、検出器での強度、中心エネルギー、エネルギー広がりはそれぞれ、1200/s, 6.91keV, 81eVであった。

論文

Development of a high-brightness and high-current electron gun for high-flux $$gamma$$-ray generation

西森 信行; 永井 良治; 松葉 俊哉; 羽島 良一; 山本 将博*; 本田 洋介*; 宮島 司*; 内山 隆司*; 栗木 雅夫*

Nuclear Physics and $$gamma$$-ray sources for Nuclear Security and Nonproliferation, p.321 - 326, 2014/12

The quantification of fissile materials such as uranium-235 and plutonium-239 in spent fuel assemblies requires isotope-specific identification. We propose the use of nuclear resonance fluorescence (NRF) to identify the isotopic composition of sample materials nondestructively. The proposed nondestructive isotope identification system requires a high-intensity mono-energetic $$gamma$$-ray beam. Although a mono-energetic $$gamma$$-ray beam can be generated using a conventional laser Compton scattering technique, the generation of a high-intensity $$gamma$$-ray beam requires an electron beam of unprecedentedly high brightness, which can be generated with an advanced accelerator system known as the energy recovery linac (ERL). A technological challenge of the ERL system, which we have addressed, is the development of a high-brightness, high-current electron gun. Our current status of development and operational experience of our gun is presented.

論文

コンパクトERLでのレーザーコンプトン散乱光源実証実験用装置の建設

永井 良治; 羽島 良一; 森 道昭; 静間 俊行; 赤木 智哉*; 小菅 淳*; 本田 洋介*; 浦川 順治*

Proceedings of 11th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1328 - 1331, 2014/10

エネルギー回収型リニアック(ERL)により生成された電子ビームを用いた高強度レーザーコンプトン散乱(LCS)$$gamma$$線源は非破壊核種分析システム実現のカギとなる技術である。LCS-$$gamma$$線源実現のために必要な加速器とレーザーを組み合わせた総合的な性能の実証のために、LCS光源とその周辺機器を、ERLを基盤とした光源のための試験加速器、コンパクトERL(cERL)に建設している。そのLCS光源はモードロックファイバレーザー、レーザーエンハンスメント共振器から構成され、ビームラインと実験ハッチについても建設中である。LSC光源のコミッショニングは2015年2月に開始され、3月にLCS光の発生を計画している。

論文

レーザーコンプトン散乱光源用ビームラインモニタの開発

永井 良治; 羽島 良一; 森 道昭; 静間 俊行; 赤木 智哉*; 小菅 淳*; 本田 洋介*; 浦川 順治*

Proceedings of 11th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.839 - 842, 2014/10

レーザーコンプトン散乱(LCS)光源実現のために必要な加速器とレーザーを組み合わせた総合的な性能の実証のために、LCS光源とその周辺機器を、ERLを基盤とした光源のための試験加速器、cERLに建設している。LCS光源の調整用のフラックスモニタとして、LCSビームライン中に設置するモニタの検討を行った。薄いシンチレータ検出器とシリコンドリフト検出器の2種類の検出器を採用し、LCSビームラインの上流部に設置する計画である。フラックスモニタを設置する位置での電子ビームの制動放射によるバックグランドの計測を行い、バックグランドは許容できる範囲であり、フラックスモニタが十分に機能する範囲であることを確認した。

論文

Analysis on effects of transverse electric field in an injector cavity of compact-ERL at KEK

Hwang, J.-G.*; Kim, E.-S.*; 宮島 司*; 本田 洋介*; 原田 健太郎*; 島田 美帆*; 高井 良太*; 久米 達哉*; 長橋 進也*; 帯名 崇*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 753, p.97 - 104, 2014/07

 被引用回数:3 パーセンタイル:61.51(Instruments & Instrumentation)

For a future synchrotron light source based on a linac, e.g. an X-ray free electron laser and an energy recovery linac (ERL), an injector is a key component to generate a high brightness electron beam. For the acceleration and transportation of the electron beam in the injector, the adjustment of beam orbit inside the cavity is important to avoid the deterioration of the beam quality due to the transverse electric field of it, which causes the transverse emittance growth. To adjust the beam orbit, an investigation of the electromagnetic center of the cavity is required in the beam operation. This paper shows a new method for measuring the electromagnetic center of the cavity, and describes an analytical model of emittance growth due to a combination of transverse electric field and orbit offset. The validation of the method was confirmed by the emittance measurement in the compact ERL (cERL) injector at KEK.

論文

Construction of a laser Compton scattered photon source at cERL

永井 良治; 羽島 良一; 森 道昭; 静間 俊行; 赤木 智哉*; 本田 洋介*; 小菅 淳*; 浦川 順治*

Proceedings of 5th International Particle Accelerator Conference (IPAC '14) (Internet), p.1940 - 1942, 2014/07

レーザーコンプトン散乱(LCS)による高強度$$gamma$$線源のために必要とされる加速器技術およびレーザー技術の実証のために、LCS光源とその周辺装置を高エネルギー加速器研究機構のコンパクトERL(cERL)に建設中である。エネルギー回収方リニアック(ERL)の電子ビームによるLCS光源は核種を同定するための非破壊検査システムのキーテクノロジーである。LCS光源とその周辺装置はモードロックファイバーレーザー、レーザー増倍共振器、ビームライン、実験室から成る。そのLCS光源の調整運転は2015年2月に開始される予定である。

論文

光陰極直流電子銃から500keV-mA電子ビームの生成

西森 信行; 永井 良治; 松葉 俊哉; 羽島 良一; 山本 将博*; 宮島 司*; 本田 洋介*; 内山 隆司*; 飯島 北斗*; 栗木 雅夫*; et al.

Proceedings of 10th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.174 - 178, 2014/06

次世代ERL放射光源の電子源に対する要求は、エミッタンス0.1$$sim$$1mm-mrad電流10$$sim$$100mAの電子ビーム生成である。この低エミッタンスビーム生成には、空間電荷力抑制のため、電子銃の出射ビームエネルギー500keV以上が要求される。500kV光陰極DC電子銃が提案されて20年、運転電圧は放電問題のため350kVに留まってきた。われわれは、高電圧化を目標に掲げて電子銃開発に取り組んだ。まずガードリング付き分割型セラミック管を採用し、サポートロッドからの電界放出電子に起因する放電問題を解決した。次に、電子銃真空容器と陰極間の放電により、容器面上の残留微細粉塵が帯電し、陰極に付着した後に暗電流源となる現象が問題となった。これを解決するため、陰極-陽極のギャップ間隔を最適化し、特に真空容器表面の電界を下げる改造を行った。これにより電子ビーム生成条件下での550kV印加に初めて成功した。500keV電子ビーム生成試験を行った。波長530nmDCレーザー光をGaAs光陰極に照射し電子ビームを生成した。レーザー径0.1mm$$sigma$$、パワー1.5W、GaAs量子効率0.28%で最大1.8mAのビーム生成に成功した。

論文

Experimental investigation of an optimum configuration for a high-voltage photoemission gun for operation at $$geq$$ 500 kV

西森 信行; 永井 良治; 松葉 俊哉; 羽島 良一; 山本 将博*; 本田 洋介*; 宮島 司*; 飯島 北斗*; 栗木 雅夫*; 桑原 真人*

Physical Review Special Topics; Accelerators and Beams, 17(5), p.053401_1 - 053401_17, 2014/05

 被引用回数:12 パーセンタイル:23.42(Physics, Nuclear)

We have demonstrated generation of a 500-keV electron beam from a high DC voltage photoemission gun for an energy recovery linac light source. This demonstration was achieved by addressing two discharge problems that lead to vacuum breakdown of the DC gun. One is field emission generated from a central stem electrode. The other is microdischarge at an anode electrode or a vacuum chamber, which is triggered by microparticle transfer or field emission from a cathode electrode. An experimental investigation has revealed that larger acceleration gap optimized to mainly reduce surface electric field of anode electrode results in suppression of the microdischarge events which accompany gas desorption. It has also been found that non evaporable getter pumps placed around the acceleration gap greatly help suppress those microdischarge events. The applied voltage as a function of the total gas desorption is shown to be a good measure to find the optimum DC gun configuration.

論文

Progress in a photocathode DC gun at the compact ERL

西森 信行; 永井 良治; 松葉 俊哉; 羽島 良一; 山本 将博*; 本田 洋介*; 宮島 司*; 飯島 北斗*; 栗木 雅夫*; 桑原 真人*

Proceedings of 35th International Free-Electron Laser Conference (FEL 2013) (Internet), p.184 - 188, 2013/08

Photocathode DC gun to produce a train of electron bunch at high-average current and small emittance is a key component of advanced accelerators for high-power beams. However, DC guns operated at a voltage above 350 kV have suffered from field emitted electrons from a support rod since the development of Lasertron in 1980's. This critical issue has been resolved by a novel configuration, segmented insulator and guard rings, adopted in a DC gun at JAEA and stable application of high voltage at 550 kV has been demonstrated. The gun has been installed at the Compact ERL at KEK and ready for the beam generation. Similar type of DC guns are under development at KEK, Cornell, JLAB and IHEP. In this talk, we present progress in photocathode DC gun for high voltage and small emittance.

論文

JAEAにおける500-kV光陰極DC電子銃の開発

西森 信行; 永井 良治; 松葉 俊哉; 羽島 良一; 山本 将博*; 宮島 司*; 本田 洋介*; 飯島 北斗*; 栗木 雅夫*; 桑原 真人*; et al.

Proceedings of 9th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.255 - 259, 2013/08

次世代ERL放射光源の電子源に対する要求は、エミッタンス0.1$$sim$$1mm-mrad電流10$$sim$$100mAの高輝度大電流電子ビームの生成である。このような低エミッタンスビームを生成するには、空間電荷力抑制のため、電子銃の出射ビームエネルギー500keV以上が要求される。われわれは平成20年度より500kV光陰極DC電子銃の開発に着手し、世界に先駆けて550kVのDC印加と500kVでの8時間連続高電圧印加に成功した。この後、ビーム生成のためにカソード・アノード電極と非蒸発型ゲッターポンプを電子銃真空容器にインストールし、526kVの高電圧印加に成功した。当面の課題は電子ビーム生成条件下での550kV印加であるが、高電圧印加試験中にカソード電極から暗電流が突然発生するという新しい問題に直面している。この原因を、電子銃真空容器内の微細粉塵が、高電圧印加試験中の放電で帯電してカソード電極に付着し暗電流が発生すると推定した。電子銃真空容器内面の低電界化により暗電流問題の解決を図るべく、電極の改造に着手している。平成24年度10月には高エネルギー加速器研究機構で建設中のコンパクトERLに本電子銃を移設する予定であり、400keV以上でのビーム生成と大電流試験にも取り組みつつある。

論文

Generation of a 500-keV electron beam from a high voltage photoemission gun

西森 信行; 永井 良治; 松葉 俊哉; 羽島 良一; 山本 将博*; 宮島 司*; 本田 洋介*; 飯島 北斗*; 栗木 雅夫*; 桑原 真人*

Applied Physics Letters, 102(23), p.234103_1 - 234103_4, 2013/06

 被引用回数:12 パーセンタイル:41.64(Physics, Applied)

High-brightness and high-current electron guns for the future light sources such as energy recovery linac light sources and high repetition rate X-ray free electron lasers require exit beam energy of 500 keV or more to reduce space charge induced emittance growth in a drift space from the gun exit to the following superconducting accelerator entrance. At Japan Atomic Energy Agency, we have developed a DC photoemission gun employing a segmented insulator to mitigate the field emission problem, that is a major obstacle for the DC gun from being operated at 500 kV or more. Recent results of generating 500 keV electron beam with current up to 1.8 mA is presented.

論文

Beam generation from a 500 kV DC photoemission electron gun

西森 信行; 永井 良治; 松葉 俊哉; 羽島 良一; 山本 将博*; 本田 洋介*; 宮島 司*; 飯島 北斗*; 栗木 雅夫*; 桑原 真人*

Proceedings of 4th International Particle Accelerator Conference (IPAC '13) (Internet), p.321 - 323, 2013/05

The next generation light sources such as energy recovery linac (ERL) light sources and X-ray FEL oscillator requires high brightness electron gun with megahertz repetition rate. We have developed a DC photoemission electron gun at JAEA for the Japanese ERL light source project. This DC gun employs a segmented insulator with guard rings to protect the insulator from field emission generated from central stem electrode. We have successfully applied 500 kV on the ceramics with a cathode electrode in place and generated beam from the 500 kV DC photoemission gun in October 2012. Details of the beam generation test at 440 kV as well as 500 kV are presented.

論文

Development of a photoemission DC Gun at JAEA

西森 信行; 永井 良治; 松葉 俊哉; 羽島 良一; 山本 将博*; 本田 洋介*; 宮島 司*; 飯島 北斗*; 栗木 雅夫*; 桑原 真人*; et al.

Proceedings of 34th International Free Electron Laser Conference (FEL 2012) (Internet), p.161 - 164, 2012/08

The next generation light source such as X-ray FEL oscillator requires high brightness electron gun with megahertz repetition rate. We have developed a photoemission DC gun at JAEA. By employing a segmented insulator with rings which guard the ceramics from field emission, we successfully applied 500-kV on the ceramics with a center stem electrode for eight hours without any discharge in 2009. This high voltage testing was performed with a simple configuration without NEG pumps and electrodes. In 2011 we reached 526-kV with NEG pumps and electrodes, before suffering another field emission problem from the cathode electrode. The problem may be attributed to small dust inside our gun chamber. We found wiping the cathode electrode with a lint free tissue could remove the field emission site effectively. Noble gas conditioning is also planned to remove the emission site without air exposure of the gun chamber.

報告書

TRU廃棄物の処理・処分技術に関する研究開発; 平成22年度報告

亀井 玄人; 本田 明; 小田 治恵; 平野 史生; 市毛 悟; 栗本 宜孝; 星野 清一; 赤木 洋介; 佐藤 信之; 高橋 邦明; et al.

JAEA-Research 2012-010, 80 Pages, 2012/06

JAEA-Research-2012-010.pdf:7.45MB

TRU廃棄物の地層処分研究開発については国の全体計画に基づき、併置処分の評価にかかわる信頼性向上、ジェネリックな評価基盤の拡充及び幅広い地質環境に柔軟に対応するための代替技術開発が進められている。原子力機構においても処理,処分の両面で全体基本計画のなかの分担課題に取り組んでいる。本年報は平成22年度のそれらの進捗と、平成18年度以降過去5か年の成果の要点を記すもので、具体的課題としては、(1)ニアフィールドの構造力学評価(構造力学評価モデルの開発・整備、岩盤クリープモデルの導入及び検証計算、処分施設の長期的な変形挙動解析)、(2)性能評価(セメント変質、高アルカリ性環境における緩衝材及び岩盤の長期化学挙動、硝酸塩影響)及び(3)代替技術(硝酸塩分解技術)である。

論文

500-kV光陰極DC電子銃の開発

西森 信行; 永井 良治; 羽島 良一; 山本 将博*; 宮島 司*; 本田 洋介*; 飯島 北斗*; 栗木 雅夫*; 桑原 真人*; 奥見 正治*; et al.

Proceedings of 8th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.20 - 23, 2011/08

次世代ERL放射光源の電子源に対する要求は、エミッタンス0.1$$sim$$1mm-mrad電流10$$sim$$100mAの高輝度大電流電子ビームの生成である。われわれは平成20年度より500kV光陰極DC電子銃の開発に着手し、21年度世界に先駆けて500kVのDC印加試験に成功した。高電圧印加試験に成功後、ビーム生成のために次の3つの技術課題に取り組んでいる。(1)カソード・アノード電極をインストールした状態での500kV高電圧印加、(2)ガリウム砒素光陰極の長寿命化のための1$$times$$10$$^{-9}$$Pa以下の極高真空の実現、(3)静的寿命の長いガリウム砒素光陰極の準備。(1)については、これまで466kVまでの高電圧印加に成功した。放電後、300kV前後でカソード電極から電界放出電子が発生するようになったため、原因を調査中である。(2)については、合計18,000l/sのNEGポンプ、200L/sのイオンポンプをインストールし、目標である6$$times$$10$$^{-10}$$Paの極高真空を実現した。(3)については、水素洗浄装置を導入することで、活性化前のガリウム砒素光陰極表面の清浄化に成功し、静的1/e寿命1000時間を達成した。下流ビームラインを接続して300kV,最大5.7microAのビーム生成にも成功している。上記開発の現状について報告する。

論文

Development of a 500-kV photocathode DC gun for ERLs

西森 信行; 永井 良治; 山本 将博*; 本田 洋介*; 宮島 司*; 飯島 北斗*; 栗木 雅夫*; 桑原 真人*; 奥見 正治*; 中西 彊*; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 298, p.012005_1 - 012005_6, 2011/06

An electron gun capable of delivering high current and high brightness electron beam is indispensable for ERL light sources. A high voltage photocathode DC gun is a promising gun for such new light sources. It is however difficult to apply DC high voltage on a ceramic insulator with a rod supporting cathode electrode because of field emission from the rod. In order to mitigate the problem, we have employed a segmented insulator with rings which guard the ceramics from the field emission. We have recently succeeded in applying 500-kV on the ceramics for eight hours without any discharge. Our recent development will be presented at the workshop.

報告書

TRU廃棄物の処理・処分技術に関する研究開発; 平成21年度報告

亀井 玄人; 本田 明; 三原 守弘; 小田 治恵; 市毛 悟; 栗本 宜孝; 星野 清一; 赤木 洋介; 佐藤 信之; 村上 裕*; et al.

JAEA-Research 2011-002, 82 Pages, 2011/03

JAEA-Research-2011-002.pdf:5.64MB

TRU廃棄物の地層処分研究開発については国の全体基本計画に基づき、併置処分の評価にかかわる信頼性向上,ジェネリックな評価基盤の拡充及び幅広い地質環境に柔軟に対応するための代替技術開発が進められている。原子力機構においても処理,処分の両面で全体基本計画のなかの分担課題に取り組んでいる。本年報は平成21年度のそれらの進捗を記すもので、具体的課題としては、(1)ニアフィールドの構造力学評価(構造力学評価モデルの開発・整備,岩盤クリープモデルの導入及び検証計算,処分施設の長期的な変形挙動解析),(2)性能評価(核種移行データ取得・整備,セメント変質,高アルカリ性環境における緩衝材及び岩盤の長期化学挙動,硝酸塩影響)及び(3)代替技術(硝酸塩分解技術)である。

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