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論文

Progress of the general control system for the Materials and Life Science Experimental Facility in J-PARC

酒井 健二; 大井 元貴; 渡辺 聡彦; 甲斐 哲也; 加藤 裕子; 明午 伸一郎; 高田 弘

JAEA-Conf 2015-002, p.593 - 598, 2016/02

安全で安定なビーム運転のために、MLFでは、統括制御、インターロック、サーバ、ネットワーク、タイミング配信システムからなる全体制御システム(MLF-GCS)を稼働している。2008年の最初の陽子ビームの受け入れ以来、MLF-GCSは、ビームパワー増強に伴うターゲット機器のアップグレードや、ユーザー実験装置の毎年の増設に対応しながらも、大きなトラブルもなく安定した運転を実現してきた。しかしながら、近年は、長期に渡る継続的な施設運転の観点から、GCSの大掛かりな改造が進められている。例えば、メンテナンス時の柔軟性を高める目的で、基盤ソフトウェアを変更することで、GCSの監視操作システムがアップグレードされた。またJ-PARCの安全体制の再構築に従い、GCSのインターロックシステムも改良された。本論文では、MLF-GCSの近年の進捗状況について報告する。

論文

Upgrade of monitoring and operation systems for the MLF-GCS base on EPICS and CSS

大井 元貴; 酒井 健二; 渡辺 聡彦; 圷 敦; 明午 伸一郎; 高田 弘

JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.036007_1 - 036007_5, 2015/09

J-PARC物質生命科学実験施設(MLF)では、PLC,操作端末(OPI),インターロックシステム,サーバー等で構成されるMLF統括制御システム(MLF-GCS)によって、MLFを構成する様々な機器を統括制御しているが、OPIに使用しているSCADAソフト(iFiX)のOS依存性やバージョン互換性に欠点があった。そこで、これらの問題を解決するため、EPICSをベースに使用したシステムへ更新した。OPIにはControl System Studioを採用し、データベースにPostgreSQLを採用した。新システムは2014年1月から既存のMLF統括制御システムに接続し運用を開始した。7月まで施設運転に供しながら不具合の修正を行い、特に問題なく動作することを確認した。本件では、約7000点のデータと130画面を有する新システムおよびその性能について報告する。

論文

Operation status of interlock system of Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) in J-PARC

酒井 健二; 甲斐 哲也; 大井 元貴; 渡辺 聡彦; 中谷 健; 髭本 亘; 明午 伸一郎; 坂元 眞一; 高田 弘; 二川 正敏

Progress in Nuclear Science and Technology (Internet), 4, p.264 - 267, 2014/04

J-PARCの物質・生命科学実験施設(MLF)は、陽子ビームをターゲットに入射し、大強度の中性子・ミュオンビームを発生させ、実験装置に供給する施設である。MLFでは、ビーム運転の他、機器保守、実験装置増強などの作業に対して安全を確保するために、MPS, TPS, PPSという3種類のインターロックシステムを運用している。これらのインターロックシステムは、J-PARCの中央制御室を通じて加速器や他実験施設と連動して運用される。MPSは想定外のビーム照射から機器を保護し、TPSは中性子ターゲットに特化して重大なトラブルを防ぐ役割を果たす。PPSは運転員を高放射線による被曝から保護する。さらに、PPSは、線源保守エリアへの入退室を制限したり、利用者の実験装置室への安全な入退室を管理する役割も持つ。MLFインターロックシステムは、2008年の5月にビーム運転を開始した後、ターゲット関連機器の増強や段階的な実験装置の増設に応じて対象を拡大しているが、これまでトラブルなく安定に運用されてきた。本発表では、MLFインターロックシステムの設計概念,構成,運転状況及びアップグレードなどについて報告する。

報告書

J-PARC物質・生命科学実験施設の全体制御システムのアップグレード

渡辺 聡彦; 酒井 健二; 大井 元貴; 明午 伸一郎; 高田 弘

JAEA-Technology 2013-028, 21 Pages, 2013/11

JAEA-Technology-2013-028.pdf:2.46MB

物質・生命科学実験施設(MLF)の全体制御システムは、OSなどの選択の自由度が小さく、メンテナンスコストがかかる欠ける欠点があったため、この課題を解決する目的で全体制御システムの基盤ソフトウエア及び運転制御に用いる各種ソフトウエアの見直しを行った。この検討では、複数台の専用の監視操作用PCから多数の現場制御盤を制御できること、共有サーバーが7000以上の運転情報を収集・蓄積し、これをWEB画面などの形式に変換し配信するといった機能を維持できること、を前提条件とした。さらに、プロトタイプシステムを製作し、実際の運転で使われているデータを用いて、PLCとの通信速度、画面表示機能、DSサーバー取込速度・容量、長期運転時の安定性など、具体的に性能を評価し、その妥当性を確認した。この結果、次期の全体制御システムでは、EPICSを基盤ソフトウエアとし、根幹的な要素を成すデータ入出力モジュール、ユーザーインターフェース用画面作成ソフトウエア及びデータストレージサーバー用ソフトウエアに、各々Takebishi製のOPCサーバー、Control System Studio(CSS)及びPostgreSQLを採用するという結論を得た。

報告書

東日本大地震のJ-PARC中性子源ステーションに対する影響

酒井 健二; 坂元 眞一; 木下 秀孝; 関 正和; 羽賀 勝洋; 粉川 広行; 涌井 隆; 直江 崇; 春日井 好己; 達本 衡輝; et al.

JAEA-Technology 2011-039, 121 Pages, 2012/03

JAEA-Technology-2011-039.pdf:10.87MB

本報告では、東日本大震災の発生時におけるJ-PARC物質・生命科学実験施設(MLF)の中性子源ステーションの挙動,被害,復旧状況を調査し、本ステーションの緊急事態に対する安全設計について検証する。大震災発生時、MLFでは、幾つかの機器で大きな揺れを検知した後、外部電源が喪失し、全循環システムが自動停止した。水素は設計通り屋外に放出され、機器異常による水銀,水素,放射性ガスの漏えいも生じなかった。一方、激しい揺れは、遮蔽体ブロックのずれ、建屋周辺の地盤沈下による外部供給配管の破断を引き起こした。この配管破断による圧縮空気の圧力低下は、水銀ターゲット台車固定装置などに影響を及ぼしたが、主要機器の大きな破損までは至らなかった。これらの結果は、本ステーションの緊急事態に対する安全設計の妥当性を実証できたとともに、幾つかの改善点も見いだされた。

論文

Influence of Great East Japan Earthquake on neutron target station in J-PARC

酒井 健二; 二川 正敏; 高田 弘; 坂元 眞一; 前川 藤夫; 木下 秀孝; 関 正和; 羽賀 勝洋; 粉川 広行; 涌井 隆; et al.

Proceedings of 20th Meeting of the International Collaboration on Advanced Neutron Sources (ICANS-20) (USB Flash Drive), 6 Pages, 2012/03

本報告では、東日本大震災の発生時におけるJ-PARC物質・生命科学実験施設(MLF)の中性子源ステーションの挙動、被害状況を調査する。大震災発生時、MLFでは幾つかの機器で大きな揺れを検知した後、外部電源が喪失し、全循環システムが自動停止した。水素は設計通り屋外に放出され、機器異常による水銀, 水素, 放射性ガスの漏えいも生じなかった。一方、激しい揺れは遮蔽体ブロックのずれ、建屋周辺の地盤沈下による外部供給配管の破断を引き起こした。この配管破断による圧縮空気の喪失は、圧空シリンダーを用いた固定装置や空気操作弁などに影響を及ぼしたが、主要機器の大きな破損までは至らなかった。これらの結果は、本ステーションの緊急事態に対する安全設計の妥当性を実証した。

報告書

J-PARC/MLF運転制御コミッショニング

酒井 健二; 大井 元貴; 甲斐 哲也; 渡辺 聡彦

JAEA-Technology 2010-001, 35 Pages, 2010/02

JAEA-Technology-2010-001.pdf:12.39MB

J-PARC/物質・生命科学実験施設(MLF)の全体制御システム(MLF-GCS)は、統括制御・インターロック系,MLF-LAN,共有サーバー系,タイミング配信系,人的安全保護系(PPS)などの各サブシステムから構成される。MLF-GCSは、2008年の最初の陽子ビーム入射を目指して設計・構築が進められ、2007年中には、各サブシステム構築が終了し、MLF運転制御コミッショニングが開始され、最初のビーム受入前の限られた時間と厳しい制約の中で、MLF-GCSの各サブシステムの試運転・検査・改修作業が実施された。2008年5月の最初の陽子ビーム受入以降は、ビーム運転の経験に基づきMLF-GCSの各サブシステムを改造し、MLF運転シフト体制を確立し、MLF-GCSの安定で効率的な運用を実現していった。本報告書では、2007年4月から2009年3月までに実施したMLF運転制御コミッショニングについて報告する。

報告書

J-PARC/MLF全体制御システム(MLFG-CS)の設計・構築・運用

酒井 健二; 大井 元貴; 甲斐 哲也; 渡辺 聡彦; 中谷 健; 髭本 亘; 下村 浩一郎*; 木下 秀孝; 神永 雅紀

JAEA-Technology 2009-042, 44 Pages, 2009/08

JAEA-Technology-2009-042.pdf:35.33MB

J-PARC/物質・生命科学実験施設(MLF)の全体制御システム(MLF-GCS)は、大容量の水銀を循環する水銀ターゲット,3種類の超臨界水素モデレータ,放射化した水冷却システムなどを含む中性子ターゲットステーションのための進歩的で独立した制御システムである。MLF-GCSは独立した制御システムである一方で、J-PARCの加速器や他設備の制御システムとも密接に連動しながら運用される。MLFは、2008年5月に最初の陽子ビーム入射と中性子ビーム発生に、9月にはミュオンビーム発生に成功した。最初の陽子ビーム入射前にはMLF-GCSの設計と構築は終了しており、現時点は、オフ/オンビームコミッショニングを通じて、MLF-GCSの安定で効率的な運用がなされている。本報告書では、MLF-GCSの概要,構築、及び運用状況について記述する。

論文

Construction status of a general control system for the Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) at J-PARC

酒井 健二; 大井 元貴; 甲斐 哲也; 木下 秀孝; 川崎 進; 渡辺 聡彦; 神永 雅紀; 二川 正敏

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 600(1), p.75 - 77, 2009/02

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Instruments & Instrumentation)

物質・生命科学実験施設(MLF)の装置全体を安全かつ効率的に運転する目的で、MLF全体制御システム(MLF-GCS)は、ターゲットを中心とした計測制御システム,人的安全・機器・ターゲット保護のためのインターロックシステムなど、幾つかのサブシステムより設計されている。MLF-GCS自身は独立した制御システムである一方、中央制御棟から運用されるJ-PARC全体制御システムの一部としての役割も持つ。現在は、MLF-GCSの構築はほとんど終了し、MLF制御室からのリモート操作や総合インターロックの確認調整作業によるMLF-GCSの性能試験が進められている。本論文ではMLF-GCSの概要と構築状況について報告する。

報告書

大電流線形誘導加速器の開発研究

前原 直; Zheng, X.*; 渡辺 聡彦*; 木代 純逸*; 高山 健*; 堀岡 一彦*; 小川 雅生*; 川崎 温*; 志甫 諒

JAERI-Research 2004-007, 40 Pages, 2004/03

JAERI-Research-2004-007.pdf:4.48MB

大電流線形誘導加速器の開発として、1995年から2002年までの共同研究の成果と原研独自の研究成果を総括した。線形誘導加速器の要素開発として、東工大が行った強磁性体のファイメットコアについて、250kV-100nsの誘導電圧に対して1kHzの繰返し運転が可能であることが判明した。またKEKでは1MHzの高繰返パルスモジュレータの開発に成功した。電子ビーム加速実験では、原研が1MeV-1kAの低エミッタンス電子銃を設計し、2MeVまでの追加速に成功した。イオン加速では、東工大が120kV-200mAのCu$$^{+}$$イオンの引出しに成功した。また線形誘導加速器の応用として、原研が2MeVにおいてXバンドFELの設計を行い、200MWのBWOに成功に基づき、コンパクトな発振系であるBWO-FELの概念設計を提案し、Xバンドにおいて500MW-800MWの大出力発振系の開発に目処がついた。またその他の線形誘導加速器を使った実験や計画について、MTX実験や高勾配加速器,誘導型シンクロトン,ニュトリノファクトリ計画を解説し、全体を総括した。

論文

大出力ミリ波の応用研究; kA級電子ビームを用いたミリ波発振研究

前原 直; 森本 巌*; Zheng, X.*; 渡辺 聡彦*; 山本 昌則*; 坂本 慶司; 志甫 諒

信学技報, 101(415), p.61 - 66, 2001/11

原研では線形誘導加速器によるkA級電子ビームを用いたミリ波発振研究を行ってきた。1MeVの加速器では45GHz帯の自由電子レーザ(FEL)発振研究成果としてRF出力6MWまた世界最高利得の65dB/mを達成し、9.8GHz帯の後進波型発振(BWO)では国内最高RF出力210MWを達成した。また現在2MeVの加速器を用いた9.4GHz帯FEL発振研究を進めており、これまでの原研における大出力ミリ波の発振研究を総括するとともにその応用研究について講演する。

論文

A corrugated waveguide driven by the linac as a prebuncher and seed-power generator of mm-wave FEL

X.D.Zheng*; 志甫 諒; 前原 直; 中村 英滋*; 渡辺 聡彦; 小荒井 徹*; 高山 健*; 木代 純逸*; 南 一男*; 小川 雅生*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 407(1-3), p.198 - 202, 1998/00

 被引用回数:1 パーセンタイル:77.14(Instruments & Instrumentation)

ミリ波帯における自由電子レーザー(FEL)の研究を行っている。FELの発振効率を上げるためには、プレバンチングされた電子ビームは有効である。我々はコルゲート導波管による後進波発振器(BWO)を用いたプレバンチャーFELを提案している。本講演では、コルゲート導波管によるビームバンチングと発振特性に関するシミュレーション結果と1MeV、3kAのイングクショライナックLax-1を用いて実験結果について、詳細に報告する。

論文

Emittance diagram of electron beams generated by a field-emitter array

石塚 浩*; 川崎 温*; 久保 治也*; 渡辺 聡彦*; 志甫 諒

Japanese Journal of Applied Physics, 35(10), p.5471 - 5478, 1996/10

 被引用回数:4 パーセンタイル:73.01(Physics, Applied)

静電四重極レンズを使って、フィールドエミッターアレイより発生した電子ビームのエミッタンスを診断する新手法が得られた。

論文

Lightning control system using high power microwave FEL

志甫 諒; 渡辺 聡彦*; 川崎 温*; 石塚 浩*; 高山 健*; 木代 純逸*; 進藤 高俊*; 藤岡 知夫*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 375(1-3), p.396 - 400, 1996/00

 被引用回数:4 パーセンタイル:55.7(Instruments & Instrumentation)

原研の開発を進めている大電流加速器JLAによる、ミリ波自由電子レーザの、核融合加熱以外の応用として、人工的に雷を制御する技術の提案を行い、その有効性について議論を行った。

報告書

ラマン/コンプトン領域におけるテーパードFEL増幅に関する3次元数値解析

高橋 麻由子*; 川崎 温*; 坂本 慶司; 渡辺 聡彦*; 岸本 泰明; 志甫 諒

JAERI-M 94-048, 133 Pages, 1994/03

JAERI-M-94-048.pdf:4.47MB

ミリ波帯自由電子レーザー(FEL)においては、増幅されたRF電力が大きくなるにつれて電子ビームのエネルギーが減少し、そのため共鳴条件が満たされなくなり、出力が飽和する。このため、電子ビームエネルギーの変化に応じてウィグラー磁場を減少させる等の手段を用いると、共鳴が持続し、さらに大きな出力を得ることができる。本論文では、原研の1MeVインダクションライナックを用いたミリ波帯FELのパラメータにおいて、FEL非線型動作解析コードを用い、ウィグラーの磁場テーパの最適化計算を行った結果を述べた。また、計算に用いるための電子ビームのエネルギー広がりを、原研インダクションライナックを用いて調べた。その結果、原研FEL実験はビームの空間電荷効果が重要ないわゆるラマン領域で行われたと結論された。

報告書

超高輝度マイクロビームのエミッタンス測定

石塚 浩*; 中原 百合子*; 川崎 温*; Musyoki, S.*; 清水 宏*; 渡辺 聡彦*; 志甫 諒

JAERI-M 94-047, 19 Pages, 1994/03

JAERI-M-94-047.pdf:0.58MB

高輝度、低エミッタンスのマイクロエミッターからの電子ビームのエミッタンス測定法について考察し、新しいエミッタンス測定法を提案する。

論文

Millimeter wave amplification in a free electron laser with a focusing wiggler

坂本 慶司; 小林 孝幸*; 川崎 温*; 岸本 泰明; Musyoki, S.*; 渡辺 聡彦*; 高橋 麻由子*; 石塚 浩*; 佐藤 元泰*; 志甫 諒

Journal of Applied Physics, 75(1), p.36 - 42, 1994/01

 被引用回数:12 パーセンタイル:40.46(Physics, Applied)

1MeVクラスの相対論的電子ビームを用い、ミリ波帯自由電子レーザーの増幅実験を行った。ウィグラーには永久磁石列の平行ウィグラーを採用した。各磁石のポールピース面はハイパボリックコサイン状にカットしてあり、電子ビームの収束を計っている。ウィグラー磁場強度は1.8Kガウス、ウィグラーピッチは45mmであり合計33ピッチより構成されている。増幅実験の前に電子ビームの伝送実験を行い、約80%のビーム伝送効率を得た。引きつづき同じパラメータで45GHzにおいて増幅実験を行い、空間成長率56dB/m、ゲイン52dB、飽和出力6MWを得た。

論文

Study of waveguide mode identification in a FEL experiment

坂本 慶司; 志甫 諒; 渡辺 聡彦*; Musyoki, S.*; 岸本 泰明; 川崎 温*; 石塚 浩*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 341, p.101 - 104, 1994/00

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Instruments & Instrumentation)

波数計を用いて、ミリ波帯自由電子レーザーのRF増幅特性(空間成長率)を研究する。自由電子レーザー(FEL)の主要パラメータは、ビームエネルギーE$$_{b}$$~1MeV、電流I$$_{b}$$~300A、周波数45GHzであり、現在まで6MWの出力が得られている。一方、波数計は、各伝播モードを分離し、それぞれの電力成分を計測できるものである。会議では、各モードの電力分布、空間成長率の測定結果及び、3次元多モード解析コードとの比較等を発表する。

論文

Beam divergence with harmonic gyroresonance in focusing wiggler and axial field

坂本 慶司; 小林 孝幸*; 岸本 泰明; 川崎 温*; Musyoki, S.*; 渡辺 聡彦*; 高橋 麻由子*; 石塚 浩*; 志甫 諒

Physical Review Letters, 70(4), p.441 - 444, 1993/01

 被引用回数:11 パーセンタイル:35.07(Physics, Multidisciplinary)

自由電子レーザー(FEL)に用いる収束型ウィグラー磁場配位中の相対論的電子ビームの輸送を実験的及び理論的に研究した。その結果よく知られている$$Omega$$$$_{11}$$=kw$$upsilon$$$$_{I}$$Iの条件を満たす共鳴モードの他にn$$Omega$$$$_{11}$$=kw$$upsilon$$$$_{I}$$Iの共鳴モードが存在し、これがビーム伝送特性を著しく劣化させることが明らかとなった。ここで$$Omega$$$$_{11}$$は軸方向磁場によるサイクロトロン共鳴周波数、kwはウィグラー波数、$$upsilon$$$$_{I}$$Iは電子の軸方向速度、nは自然数である。またこの共鳴によるビーム拡散は、ヘリカル型ウィグラーでも同様に起こることをシミュレーションにより示した。

報告書

Design of a high power, 2.75GHz relativistic peniotron oscillator

Musyoki, S.*; 坂本 慶司; 渡辺 聡彦*; 横尾 邦義*; 小野 昭一*; 佐藤 信之*; 川崎 温*; 高橋 麻由子*; 清水 宏*; 大谷 俊介*; et al.

JAERI-M 92-153, 13 Pages, 1992/10

JAERI-M-92-153.pdf:0.63MB

ペニオトロン発振器では、相対論的電子ビームの運動エネルギーを高効率で電磁波に変換することができる。このためペニオトロンは核融合におけるプラズマ加熱や高エネルギー加速器に利用される大出力電磁波源として期待を集めている。本稿では出力周波数2.75GHz,出力30MW,変換効率60%の相対論的ペニオトロンの設計、ペニオトロンキャビティの特性実験の結果について報告する。

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