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論文

Upgrade of the 3-MeV linac for testing of accelerator components at J-PARC

近藤 恭弘; 平野 耕一郎; 伊藤 崇; 菊澤 信宏; 北村 遼; 森下 卓俊; 小栗 英知; 大越 清紀; 篠崎 信一; 神藤 勝啓; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 1350, p.012077_1 - 012077_7, 2019/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:100

J-PARC加速器の要素技術試験に必要な3MeV H$$^{-}$$リニアックを高度化した。イオン源にはJ-PARCリニアックと同じものを用い、RFQは、J-PARCリニアックで2014年まで使用した30mA RFQに代わり新たに製作した50mA RFQを設置した。したがって、このシステムはエネルギー3MeV、ビーム電流50mAとなる。このリニアックの本来の目的は、このRFQの試験であるが、J-PARC加速器の運転維持に必要な様々な機器の試験を行うことができる。加速器は既に試運転が終了しており、測定プログラムが開始されつつある。この論文では、この3MeV加速器の現状について報告する。

論文

The First replacement of the RF window of the ACS cavity

田村 潤; 近藤 恭弘; 森下 卓俊; 内藤 富士雄*; 大谷 将士*; 根本 康雄*

Journal of Physics; Conference Series, 1350, p.012079_1 - 012079_6, 2019/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:100

2013年に環結合型(ACS)空洞がJ-PARCリニアックに設置されて以降、これらACS空洞は順調に運転を継続している。これまでのところ、ACS空洞用高周波窓に起因する深刻な問題は発生していないが、25台あるACS空洞のうち1台についてその高周波窓を新規製作品と交換することにした。その大きな目的は、(1)5年近くビーム運転に使用されてきたACS用高周波窓の表面状態の確認、(2)新規に予備として製作した高周波窓が大電力運転に使用できるかどうかの確認、(3)未使用高周波窓の大電力コンディショニングにどれだけの時間を要するかの確認である。2018年の夏期メンテナンス期間を利用してACS用高周波窓の交換作業を行ったが、リニアックトンネルにて本交換作業を行うのは我々にとって初めての経験であった。取り外した高周波窓を確認したところ、目視ではまったく異常は見当たらなかった。このメンテナンス期間終了後の加速器立ち上げ時、新しく空洞に設置した高周波窓の大電力コンディショニングを行い、安定に必要な大電力を入力するのに約50時間を要することが分かった。新規製作のRF窓を設置した本ACS加速空洞は、現在でも安定に運転中である。

論文

VSWR adjustment for ACS cavity in J-PARC linac

田村 潤; 近藤 恭弘; 森下 卓俊; 内藤 富士雄*; 大谷 将士*; 根本 康雄*

Journal of Physics; Conference Series, 1350, p.012080_1 - 012080_6, 2019/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:100

J-PARCリニアックでは、環結合型(ACS)空洞によって負水素イオンビームを190MeVから400MeVまで加速している。そのACS空洞の中で最後段の加速空洞であるACS21空洞は、他の空洞に比べて大きなVSWR(空洞反射率)を持っている。この空洞反射率を目標値まで下げるために、専用の容量性アイリスを備えた矩形導波管を設計・製作した。2018年の夏期メンテナンス期間を利用し、製作した専用の矩形導波管をACS21空洞に設置した。これにより、ACS21加速空洞の反射率を目標値まで低減し、設計加速ビーム電流値である50mA加速時に極めて反射率の小さい運転を実現できるようになった。

論文

カーボン素材を用いた大強度3MeV H$$^{-}$$ビーム用バンチシェイプモニター

北村 遼; 二ツ川 健太*; 林 直樹; 平野 耕一郎; 小坂 知史*; 宮尾 智章*; 守屋 克洋; 根本 康雄*; 小栗 英知

Proceedings of 16th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.51 - 54, 2019/07

J-PARCリニアックにおいてピーク電流60mAを超える大強度H$$^{-}$$ビームを供給する場合、高周波四重極リニアック(RFQ)後のビーム輸送系における縦方向測定と調整はビームロスとエミッタンス増大の削減のために重要である。大強度3MeVのH$$^{-}$$ビームのバンチ幅測定にはエネルギー損失が小さくかつ高温耐性のあるカーボンナノチューブ(CNT)ワイヤーを用いた新しいバンチシェイプモニター(BSM)が必要である。しかし二次電子を引き出すためCNTワイヤーに高圧印加すると、放電が電圧印加の妨げとなる。それゆえ安定したバンチ幅測定のためには放電を抑制する必要がある。エミッタとしてのCNTの特性を考慮してワイヤー長を短くしたところ、-10kV高圧がワイヤーに印加できた。本講演ではこのBSMの最新の開発状況と将来の展望を報告する。

論文

Development of the bunch shape monitor using the carbon-nano tube wire

北村 遼; 林 直樹; 平野 耕一郎; 近藤 恭弘; 守屋 克洋; 小栗 英知; 二ツ川 健太*; 宮尾 智章*; 大谷 将士*; 小坂 知史*; et al.

Proceedings of 10th International Particle Accelerator Conference (IPAC '19) (Internet), p.2543 - 2546, 2019/06

バンチシェイプモニター(BSM)は縦方向位相空間分布を測定するための重要な装置の一つである。例えば、J-PARCリニアックではタングステンワイヤーを用いたBSMが加速空洞間のバンチ形状を測定するためACSセクションに3台導入されている。しかしながら、このBSMではRFQとDTLセクション間のビーム輸送系における3MeVのH$$^{-}$$ビームのバンチ形状を測定することは、ビーム中心部でワイヤーが断線してしまうために困難である。そこで3MeVのH$$^{-}$$ビームのバンチ形状を測定できるよう、カーボンナノチューブワイヤー(CNT)を用いた新たなBSMを開発している。CNTワイヤーに-10kVの高圧を印加するには細心の注意を要する。ワイヤーからの放電を抑制しつつBSMを運転するためにいくつかの対策を実施した。この講演ではCNT-BSMの最新の開発状況と将来の展望を報告する。

論文

Low-reflection RF window for ACS cavity in J-PARC linac

田村 潤; 近藤 恭弘; 森下 卓俊; 青 寛幸*; 内藤 富士雄*; 大谷 将士*; 根本 康雄*

Journal of Physics; Conference Series, 1067(5), p.052009_1 - 052009_6, 2018/09

 被引用回数:0 パーセンタイル:100

J-PARCリニアックの環結合型(Annular-ring Coupled Structure: ACS)空洞は、これまで安定に運転してきている。この高稼働率運転を継続するため、2015年度と2017年度に、このACS空洞用のピルボックス型高周波(RF)窓を製作した。次の二つの理由から、このRF窓における電磁波の反射を最小化する必要がある。一つ目は、このRF窓とACS空洞の間で励振する定在波の発生を防ぐためであり、二つ目は、ACS空洞と導波管の間の調整済結合度を大きく変化させないためである。このRF反射最小化を実現するため、RF窓用セラミックディスクを含んだピルボックス空洞の共振周波数を測定することにより、このセラミックディスクの比誘電率を見積もった。このようにして見積もったセラミックディスクの比誘電率を用いて、RF窓のピルボックス部寸法を決定した。この方法により製作したACS空洞用RF窓の電圧定在波比を測定したところ、3台とも1.08であり、実際の大電力運転に適用可能な低反射RF窓の開発に成功した。

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

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リニアックバンチシェイプモニタの真空圧力改善

宮尾 智章*; 三浦 昭彦; 川根 祐輔; 田村 潤; 根本 康雄; 青 寛幸*; 林 直樹; 小栗 英知; 大内 伸夫; 真山 実*; et al.

Proceedings of 12th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1338 - 1341, 2015/09

J-PARCリニアックでは、イオン源で生成した負水素イオンビームを324MHzの加速周波数をもつ加速空洞で191MeVまで加速し、ACS(Annular Coupled Structure)空洞に入射し、400MeVまで加速している。ACS空洞の加速周波数は972MHzであるため、位相方向の不安定性の原因になる。このため、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(BSM)を開発した。ACS空洞をインストールする前のビームラインにインストールし、動作確認を行ったところ、そのプロファイル測定に関する性能は十分であることが確認されたが、測定時に発生するアウトガスによりBSM近傍の真空圧力が10$$^{-4}$$Pa台まで上昇した。これは、加速空洞内で放電を起こす原因となることが考えられるため、真空試験、ベーキングを実施してきた。さらに、ビームライン設置後の真空圧力を低下を加速するために、ビームライン上でのベーキングを行うとともに、BSM本体及び周辺のビームダクトを改造して真空ポンプを増設した。その結果、測定時のBSM近傍の真空圧力が10$$^{-7}$$Paまで改善された。本発表では、これまでの真空試験の経緯をまとめるとともに、ビームライン上で実施したベーキングの結果について報告する。

論文

J-PARCリニアック製のバンチ・シェープ・モニタの開発

二ツ川 健太*; 川根 祐輔; 田村 潤; 根本 康雄; 林 直樹; 福岡 翔太*; 真山 実*; 三浦 昭彦; 宮尾 智章*

Proceedings of 12th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1246 - 1250, 2015/09

J-PARCリニアックでは、加速周波数が324MHzのRFQ, DTL, SDTL空洞と972MHzのACS空洞で負水素イオンビームを400MeVまで加速している。SDTLとACSの間にあるビーム輸送路(MEBT2)では、2式のバンチャー空洞で位相方向のマッチングを行う必要があるが、リニアックにはビーム位相方向の形状を測定するモニタがなかった。そこで、ロシア原子核研究所と共同でバンチ・シェープ・モニタ(BSM)を開発し、SDTLの下流に設置して試験を行った。しかし、このBSMは真空特性が悪かったため、ACS空洞をインストールするときにビームラインから取り外し、試験・ベーキングを実施したが、高い真空度を確保するために、ポンプの追加などの増強が不可欠であった。そこで、J-PARC独自でのBSMの開発を開始し、BSM本体の真空対策だけでなく、ビームライン上でベーキングが行えるように設置場所を変更した。また、二次電子の輸送に関してもシミュレーションを実施し、形状の最適化も実施した。本件では、新規に製作したJ-PARC製のBSMの真空特性とオフラインの試験結果を報告する。

論文

High-power test of annular-ring coupled structures for the J-PARC linac energy upgrade

田村 潤; 青 寛幸; 根本 康雄; 浅野 博之*; 鈴木 隆洋*

Journal of the Korean Physical Society, 66(3), p.399 - 404, 2015/02

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Physics, Multidisciplinary)

J-PARCリニアックでは、ACS加速空洞を用いることによって、そのエネルギーを181MeVから400MeVまで増強することを計画している。全25台の空洞全てについて大電力試験を行う予定であったが、2011年の東日本大震災により、約2年間大電力試験を中断した。震災復旧後、2台の空洞(M01およびM11)について大電力試験を行い、加速電場で定格の15-20%増しの電力を投入することができた。M01については、約6年前に大電力試験を行っていたため、コンディショニングに要した時間が大幅に短縮された。M11は、電力入力部における結合度調整のための容量性アイリスが設置された空洞であるが、このアイリス部における温度および放電発生頻度の上昇がないことを確認した。残留ガスによるビームロス低減という視点からも、十分低い圧力を達成することができた。ビームコミッショニング前の約一か月間にわたるコンディショニングによって、より安定した運転が可能になると期待できる。

論文

J-PARCリニアックの現状

小栗 英知; 長谷川 和男; 伊藤 崇; 千代 悦司; 平野 耕一郎; 森下 卓俊; 篠崎 信一; 青 寛幸; 大越 清紀; 近藤 恭弘; et al.

Proceedings of 11th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.389 - 393, 2014/10

J-PARCリニアックでは現在、ビームユーザに対する利用運転を行うとともに、リニアック後段の3GeVシンクロトロンにて1MWビームを加速するためのビーム増強計画を進めている。リニアックのビーム増強計画では、加速エネルギー及びビーム電流をそれぞれ増強する。エネルギーについては、181MeVから400MeVに増強するためにACS空洞及びこれを駆動する972MHzクライストロンの開発を行ってきた。これら400MeV機器は平成24年までに量産を終了し、平成25年夏に設置工事を行った。平成26年1月に400MeV加速に成功し、現在、ビーム利用運転に供している。ビーム電流増強では、初段加速部(イオン源及びRFQ)を更新する。イオン源はセシウム添加高周波放電型、RFQは真空特性に優れる真空ロー付け接合タイプ空洞をそれぞれ採用し、平成25年春に製作が完了した。完成後は専用のテストスタンドにて性能確認試験を行っており、平成26年2月にRFQにて目標の50mAビーム加速に成功した。新初段加速部は、平成26年夏にビームラインに設置する予定である。

論文

J-PARCリニアックのエネルギー増強に向けたACS空洞の大電力試験再開

田村 潤; 青 寛幸; 根本 康雄; 浅野 博之*; 鈴木 隆洋*

Proceedings of 10th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.437 - 439, 2014/06

J-PARCリニアックでは、そのビームエネルギーを181MeVから400MeVに増強することを計画している。これは、リニアック下流部にACS空洞を25台設置することにより行う。このエネルギー増強に向けてACS空洞の大電力試験を行っていたが、2011年3月11日の震災により中断することとなった。2012年度末に施設の主な復旧工事が完了し、中断していた大電力試験を再開した。これまで、2台の空洞について大電力試験を行い、コンディショニングには1台あたり約60時間かかった。これは震災前に行われた他の空洞と同程度であり、大きな問題なく定格以上の電力を投入することができた。コンディショニングが進むにつれ、空洞内での放電頻度及び圧力が低下することも確認できた。加速器トンネルに空洞を設置した後、400MeVビーム試験の前にさらにコンディショニングを行うことにより、より安定に電力を投入できることが期待できる。ここでは、再開したACS空洞の大電力試験及び設置計画等について報告する。

口頭

Sorption / diffusion data aquisition method development for high sorbing americium in compacted bentonite

石井 康雄; 高橋 宏明; 舘 幸男; 戸村 努*; 根本 一昭*; 岡崎 充宏*

no journal, , 

高収着性核種に対応した精密な内部プロファイル取得手法を開発し、圧縮ベントナイトの拡張RD法により0.1M, 0.5M NaCl / 0.05M NaHCO$$_{3}$$溶液中におけるベントナイト(クニピアF:クニミネ工業社製)に対するDe及びKdを求めた。Kdについてはバッチ収着試験法による測定も行い、比較を行った。

口頭

圧縮ベントナイト中の収着拡散データ取得評価手法の開発,2; Amの収着拡散の間隙水の炭酸と塩濃度依存性評価

石井 康雄; 戸村 努; 根本 一昭; 岡崎 充宏; 舘 幸男

no journal, , 

高収着性核種であるAmの圧縮ベントナイト中の核種の収着・拡散現象を評価するため開発した薄層削り出し法により、圧縮系収着・拡散データの信頼性の高い取得し、炭酸濃度依存性,塩濃度依存性について評価した。

口頭

カーボンナノチューブワイヤーを用いた3MeV H$$^{-}$$ビーム用バンチシェイプモニター

北村 遼; 二ツ川 健太*; 林 直樹; 平野 耕一郎; 宮尾 智章*; 守屋 克洋; 根本 康雄*; 小栗 英知

no journal, , 

J-PARCリニアックの安定運転を実現するための課題の一つとして、RFQ-DTL間での縦方向ミスマッチによるエミッタンス増大が挙げられる。リニアック下流のACSセクションではタングステンワイヤーを用いたバンチシェイプモニター(BSM)によりビーム縦方向を測定しているが、RFQ出射の大電流3MeV H$$^{-}$$ビームでは、ビームコアにおける縦方向測定は未だ実現していない。カーボンナノチューブ(CNT)ワイヤーはビームプロファイル測定用ワイヤスキャナーにおいてこの大電流3MeVビームでの使用実績があり、BSMへの応用が期待される。BSMではCNTワイヤーに最大10kVの高電圧を印加するため、特に放電への対策が重要となる。本講演では高電圧印加時のCNTワイヤーへの放電ダメージ調査結果と、BSM運転条件確立に向けた放電対策の現状について報告する。

口頭

カーボンナノチューブワイヤーを用いた大強度3MeV H$$^{-}$$ビーム用バンチシェイプモニター

北村 遼; 二ツ川 健太*; 林 直樹; 平野 耕一郎; 宮尾 智章*; 守屋 克洋; 根本 康雄*; 小栗 英知

no journal, , 

大強度陽子加速器施設J-PARCのリニアックでは、加速空洞間の縦方向ビームマッチング調整のためにバンチシェイプモニター(BSM)の開発、導入を進めている。既存BSMはビームをタングステンワイヤーに当てた際に生じる二次電子から縦方向のビーム情報を抽出している。しかしリニアック上流のRFQから出射された3MeV H$$^{-}$$ビームを測定する場合、タングステンワイヤーのビームに対する耐久性が問題となっていた。そこで、タングステンに代わるカーボンナノチューブ(CNT)ワイヤーを用いたBSM(CNT-BSM)の開発に着手した。だがCNTワイヤーを導入した場合、ワイヤーからの放電と放電時に放出された炭素等に起因する耐電圧の低下がCNT-BSM実現への課題であった。そのためベーキングなどによる真空対策を施すことにより、CNTワイヤーへ定格電圧(-10kV)を印加することに成功した。現在ワイヤーから生じた熱電子を用いた試験によりタングステンワイヤーとCNTワイヤーでのBSM信号応答の比較検証を進めている。本講演では、CNT-BSMの概要と最新の開発状況及び将来展望について報告する。

口頭

J-PARCリニアック中エネルギービーム輸送系におけるグラフェンを用いたバンチシェイプモニターの開発

北村 遼; 二ツ川 健太*; 林 直樹; 平野 耕一郎; 近藤 恭弘; 小坂 知史*; 宮尾 智章*; 根本 康雄*; 森下 卓俊; 小栗 英知

no journal, , 

J-PARCリニアックでは、バンチシェイプモニター(BSM)を用いた中エネルギービーム輸送系での縦方向マッチング最適化によるビーム品質向上に取り組んでいる。BSMでは負水素イオンビームから生成した二次電子ビームを用いて間接的にバンチ位相分布を測定する。しかし大強度かつ3MeVのビーム中心部を測定する場合、バンチ位相分布測定は二次電子標的の熱負荷制限により未達成であった。そのため熱負荷耐性の高いグラフェンを標的に採用して、ビームによる性能評価試験を実施した。ビーム中心部に設置したグラフェン標的で生成した二次電子信号の検出に成功し、グラフェンが大強度・低速ビーム用BSMの二次電子標的として有用であることが明らかとなった。

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