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論文

Development of a beam window protection system for the J-PARC Linac

高橋 博樹; 畠山 衆一郎; 澤邊 祐希; 宮尾 智章*; 石山 達也*; 鈴木 隆洋*

Journal of Physics; Conference Series, 1350, p.012142_1 - 012142_5, 2019/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:100

J-PARC Linacのビーム調整およびスタディーにおいて使用されるビームダンプ上流には、高真空部との仕切りとなるビーム窓(材質Ni、厚さ0.38mm、鏡板状)が設置されている。ビーム窓が許容できるビームは定格の約1/50以下であり、この許容値を超えないようにする必要がある。しかしながら、2018年のビームスタディーにおいて、人為的なミスにより許容値を超えるビームとなったため、0度ダンプのビーム窓が破損してしまった。これにより、ビーム窓を機械的に保護することの必要性が明らかとなった。そこで、既存の1時間当たりのビーム量を監視するシステムをベースとして、新たに1ショットのビームおよび1秒間のビーム量を監視しするシステムを開発した。そして、短時間(1ショットおよび1秒間)のビームを監視し、ビーム窓を保護するシステムの実装に短期間で成功した。また、実ビームを用いた試験により、開発した保護システムが十分な要求性能を有していることを確認した。

論文

J-PARC RCSのインターロック発報時のビームモニタデータ解析

林 直樹; 吉本 政弘; 守屋 克洋; 畠山 衆一郎*

Proceedings of 16th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1096 - 1100, 2019/07

ビームロス、及びその要因を詳しく理解することは、加速器の安定運転のため必要である。繰返し25Hzで運転するJ-PARC RCSは、これまでも全パルスについて、10ms間隔でビーム強度、ビームロスについて記録してきた。加えてインターロック発報時に、より詳細な波形やバンチ毎のビーム位置を記録するシステムを整備した。これらの成果の一例として、RCS単独のビームロスモニタによるインターロック事象でも、実はリニアック・イオン源に関連があることが分かってきた。本報告では、この例を初め、その他のインターロック発報時のビームモニタデータを紹介し、一層の安定運転に向け、今後の取り得る対応について述べる。

論文

Development of a beam window protection system for the J-PARC Linac

高橋 博樹; 畠山 衆一郎; 澤邊 祐希; 宮尾 智章*; 石山 達也*; 鈴木 隆洋*

Proceedings of 10th International Particle Accelerator Conference (IPAC '19) (Internet), p.3886 - 3889, 2019/06

J-PARC Linacのビーム調整およびスタディーにおいて使用されるビームダンプ上流には、高真空部との仕切りとなるビーム窓(材質Ni,厚さ0.38mm,鏡板状)が設置されている。ビーム窓が許容できるビームは定格の約1/50以下であり、この許容値を超えないようにする必要がある。しかしながら、2018年のビームスタディーにおいて、人為的なミスにより許容値を超えるビームとなったため、0度ダンプのビーム窓が破損してしまった。これにより、ビーム窓を機械的に保護することの必要性が明らかとなった。そこで、既存の1時間当たりのビーム量を監視するシステムをベースとして、新たに1ショットのビームおよび1秒間のビーム量を監視しするシステムを開発した。そして、短時間(1ショットおよび1秒間)のビームを監視し、ビーム窓を保護するシステムの実装に短期間で成功した。また、実ビームを用いた試験により、開発した保護システムが十分な要求性能を有していることを確認した。

論文

Analysis of interlocked events based on beam instrumentation data at J-PARC Linac and RCS

林 直樹; 畠山 衆一郎; 三浦 昭彦; 吉本 政弘; 二ツ川 健太*; 宮尾 智章*

Proceedings of 7th International Beam Instrumentation Conference (IBIC 2018) (Internet), p.219 - 223, 2019/01

J-PARCは、多目的なユーザー実験施設であり、加速器の安定性は、重要な課題の一つである。安定的な運転を実現するには、インターロックが起こった事象を集め、解析し、その本質的な要因を調べる必要がある。J-PARCリニアックでは、ビームロスモニタ,電流モニタの波形が記録から事象の分類を行った。リニアックでは、ロスモニタ一台のみの発報事象が非常に多くなっており、その解析を行った。その結果、多くはビーム停止が不要であることが判明し、ロスモニタの新しい運転条件を決めて発報頻度が低減するか、確認を始めたところである。また、J-PARC RCSでは、インターロック時の詳しいビーム位置を記録するための新しい機器を導入し、事象の解析を進めている。本論文では、現在の状況と今後について報告する。

論文

J-PARC RCSへの入射ビームの監視とH0ダンプラインBPMの設計

林 直樹; Saha, P. K.; 吉本 政弘; 畠山 衆一郎

Proceedings of 15th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1055 - 1059, 2018/08

J-PARC RCSは、設計ビームパワー1MWの速い繰返しのシンクロトロンである。2007年のファーストビームより運転を開始し、途中2014年にリニアックの入射エネルギー増強、イオン源方式の変更を経て、性能を向上し、MLF, MRへ安定的なビーム供給を続けている。入射されるH$$^{-}$$ビームは、入射点にある荷電変換フォイルで、H$$^{+}$$に変換され、多重周回入射される。わずかに変換されなかったビームは、放射化防止のため、H0ダンプラインを経由しビームダンプへ導かれる。ダンプ容量は、4kWと定格入射ビームパワー133kWの約3%しかなく、荷電変換フォイル破損時などは、即時に停止する必要がある。現状の電流モニタでは、メインビームの20%を超える突発的なビーム強度上昇は、即検知できるが、通常の0.3%程の弱いビームに対しては、時間平均処理する必要がある。今回、さらなる監視強化のため、H0ダンプラインにBPMの設置を検討した。ビーム強度は、メインビームの0.3%、リニアック周波数324MHzで検波する方針で検討した。本報告では、現状の入射ビーム監視について触れた後、BPMの設計の課題について述べる。

論文

Beam instrumentation at the 1 MW Proton beam of J-PARC RCS

山本 風海; 林 直樹; 岡部 晃大; 原田 寛之; Saha, P. K.; 吉本 政弘; 畠山 衆一郎; 發知 英明; 橋本 義徳*; 外山 毅*

Proceedings of 54th ICFA Advanced Beam Dynamics Workshop on High-Intensity, High Brightness and High Power Hadron Beams (HB 2014) (Internet), p.278 - 282, 2015/03

J-PARCの3GeVシンクロトロン(Rapid Cycling Synchrotron, RCS)では300kWの出力で物質生命科学実験施設(MLF)およびメインリングへビームを供給してきた。2014年の夏季シャットダウン時に、1MW出力を目指してリニアックでイオン源およびRFQの入れ替えを行った。1MWで信頼性の高いビーム運転を行うためには、さらなるビームロスの低減が必要となる。また、ユーザにとってはビーム出力が上がった際のビームのクオリティも重要である。そのために、入射および出射ビームのハローの測定精度が上がるようモニタの開発を進めた。具体的には、入射ビームのハロー測定用にはバイブレーションワイヤモニタ(VWM)とリニアック-3GeVシンクロトロン輸送ライン上のスクレーパを利用するモニタ二種類の開発を行い、VWMに関しては原理実証を終え、スクレーパを利用するモニタに関しては既存のモニタと比較して一桁以上感度を向上することに成功した。出射ビームのハロー測定では、OTRモニタを用いてビーム中心部と比較して$$10^{-6}$$の量のハローまで測定できるようになった。また、RCSからのビーム取り出し後に遅れて出る陽子がわずかでも存在すると、MLFで計画されているミュオン-電子転換過程探索試験DeeMeにおいてバックグラウンドの元となり、実験の精度が大きく低下する。このような陽子を測定する手法を開発し、予備試験によってその存在比がコアビームの$$10^{-18}$$程度であり要求を満たすことを確認した。

論文

J-PARC RCS MWPM信号処理系

畠山 衆一郎; 吉本 政弘

Proceedings of 11th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.703 - 705, 2014/10

J-PARCではLINACでACS空洞が導入され400MeVのビーム出力が可能となった。RCS (Rapid Cycling Synchrotron)においても、入射電磁石機器の電源を400MeV対応のものに入れ換えてビーム調整が行われた。当初より装置の不具合が多発するなどで、調整運転のスケジュールは非常に厳しいものとなり、ビームモニタを用いた各種パラメータの測定に要する時間の短縮が強く望まれた。本報告では、入射ビームのプロファイル測定に用いられるMWPM(Multi-Wire Profile Monitor)について、測定精度の向上、データ取得時間の短縮を目的とした信号処理系について述べる。

論文

Pulse based data archive system and analysis for current and beam loss monitors in the J-PARC RCS

林 直樹; 畠山 衆一郎; 山本 風海

Proceedings of 5th International Particle Accelerator Conference (IPAC '14) (Internet), p.3800 - 3802, 2014/07

J-PARCの速い繰返しのシンクロトロンRCSのデータアーカイブシステムは、25Hzの全てのパルスのビーム強度、ビームロスモニタを記録する。このシステムは、リフレクトメモリを使った共有メモリ空間を使い、さらにJ-PARC全体のタイミングシステムと密接に連携することで実現している。これは、高時間分解能の記録は難しいが、まれにしか起きない事象、高繰返しのみで発生する現象を捉えるのに有効である。これらのデータを使い、ビーム強度、特にイオン源の安定度、ビームロスの分布パターンと原因の関係を個々のパルス毎で調べることにより、将来の改善に役立てることができる。

論文

多チャンネルデジタイザを用いたJ-PARC RCSマルチワイヤプロファイルモニタのデータ取得系の開発

畠山 衆一郎; 吉本 政弘

Proceedings of 10th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1082 - 1084, 2014/06

J-PARC RCS(Rapid Cycling Synchrotron)では、入射ビームの軸合わせを行うためにL3BTラインに2台、周回リングの荷電変換フォイルの前後に3台、H0ダンプラインに2台の計7台のマルチワイヤプロファイルモニタ(MWPM)が設置されている。平成25年度にはLINACからのビームパワーが増強される予定で、入射機器付近のロスがより深刻になると考えられる。加速器を安定に運転するためには、入射部近傍のビームロス低減が不可欠であるため、入射軌道をより詳細に測定するために新たに1台のMWPMをH0ダンプラインに設置する。そのデータ処理系として今回新しく多チャンネルのデジタイザーを用いたシステムを開発した。特徴として以前のマルチプレクサを用いた方法と比較してS/N比を改善したこと、導入コストを抑えられることを述べる。また既存のMWPM2を用いたビーム試験の結果も述べる。

論文

J-PARC 3GeVシンクロトロンのビームロスモニタシステム

山本 風海; 林 直樹; 畠山 衆一郎; 佐伯 理生二; 岩間 悠平

Proceedings of 10th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1060 - 1064, 2014/06

大強度陽子加速器施設(Japan Proton AcceleratoR Complex: J-PARC)の3GeVシンクロトロン(Rapid Cycling Synchrotron: RCS)では、300kW相当のビーム出力を物質科学生命実験施設(Material and Life Science Facility: MLF)及び主リング(Main Ring: MR)に供給している。このような大強度のビーム運転では、ほんの少しのビームロスが発生するだけで機器の放射化を引き起こし、安定運転や保守作業の妨げとなる。そこで、運転時のビームの状態を監視し、安定な運転を継続するためには、ビームロスモニタ(BLM)は非常に重要な機器である。また、BLMは設定をきちんとすれば全ビーム量に対して非常に微量の(10$$^{-6}$$以下の割合の)ロスも検知することができるため、ビーム調整時の目としても使いやすくパラメータ毎によるビーム状態の比較が容易である。RCSでは、比例計数管(Proportional counter type BLM: PBLM)及びプラスチックシンチレータ+光電子増倍管(Scintillator type BLM: SBLM)をBLMとして調整時及び供給運転に利用している。本発表では、これらBLMの使用状況について報告する。

論文

Advanced uses of a current transformer and a mult-wire profile monitor for online monitoring of the stripper foil degradation in the 3-GeV RCS of J-PARC

Saha, P. K.; 原田 寛之; 畠山 衆一郎; 林 直樹; 發知 英明; 金正 倫計; 岡部 晃大; 佐伯 理生二; 山本 風海; 山崎 良雄; et al.

Proceedings of 2nd International Beam Instrumentation Conference (IBIC 2013) (Internet), p.239 - 242, 2013/12

We have established an advanced and sophisticated uses of a current transformer and a multi-wire profile monitor for accurate measuring as well as online monitoring of the waste beam so as to know the stripper foil degradation during user operation of the J-PARC 3-GeV RCS. A sudden foil breaking is not only decreases accelerator availability but also raises maintenance issues. A proper monitoring system of the foil is thus important in order to avoid any such issues by replacing the foil with a new one in the scheduled maintenance day. A single foil was used for a continuous last 7 months operation of the RCS with an extracted beam power of 300 kW (18 kW injected beam). There were a total of 8$$times$$10E23 hit particles but there was no any degradation of the foil so far. Surprisingly an increase of the foil thickness of about 10% was observed.

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:7 パーセンタイル:43.25(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

Various methods to measure the betatron tune of the synchrotron

畠山 衆一郎

Proceedings of 3rd International Particle Accelerator Conference (IPAC '12) (Internet), p.843 - 845, 2012/05

一般的にシンクロトロンではバンチしたビームがリングを一周する間の横方向の振動数(通常ベータトロンチューン又は単にチューンと呼ばれる)は、加速器の不安定性を避けるための基本的な制御項目の一つである。このレポートではビームの不安定性への影響について言及されないが、バンチごとの横方向のビーム位置からベータトロンチューンを測定するためのさまざまな方法に焦点を当てる。以下の項目が提示される、(1)特定の場所での時間領域のビームの位置の最小二乗フィッティング。(2)特定の場所におけるビーム位置を周波数領域に変換しその分布のピークサーチを行う。(3)特定の場所におけるビーム位置の位相空間解析を行う。(4)リングの軌道上の多くの場所のビーム位置を正規化座標にして周波数ドメインの解析を行う。実際の加速器への適用については、J- PARC(大強度陽子加速器施設)のデータを示す。

論文

Comparison of the residual doses before and after resumption of user operation in J-PARC RCS

山本 風海; 林 直樹; 發知 英明; Saha, P. K.; 原田 寛之; 吉本 政弘; 金正 倫計; 佐伯 理生二; 畠山 衆一郎; 加藤 新一*

Proceedings of 3rd International Particle Accelerator Conference (IPAC '12) (Internet), p.3901 - 3903, 2012/05

J-PARCの加速器及び実験施設は、2011年3月11日の東日本大震災により大きな被害を受けた。しかしながら、施設の復旧を急ぎ2012年の12月からビーム運転を再開した。運転再開後のビーム試験の結果から、J-PARC RCS入射部付近における運転時のビームロスとそれにより発生する残留線量が震災前の10%程度まで低減できていることがわかった。これは復旧作業と並行して設計,製作し、新たに設置したコリメータがロスを局所化しているためである。また、入射部以外のロスと線量の分布は震災前と変わらず低く保たれていることもわかった。現在、J-PARC RCSは震災前と変わらないビーム強度で中性子ユーザー及び50GeVメインリングにビームを供給している。

論文

Beam based alignment of synchrotron under coupled quadrupole magnet environment

林 直樹; 畠山 衆一郎; 原田 寛之; 發知 英明; 高野 淳平*; 手島 昌己*; 外山 毅*

Proceedings of 46th ICFA Advanced Beam Dynamics Workshop on High-Intensity and High-Brightness Hadron Beams (HB 2010) (Internet), p.57 - 61, 2010/09

ビーム位置モニタ(BPM)のビームベースドアライメント(BBA)は、正確かつ絶対位置測定のために必要不可欠である。検出器をどんなに注意深い製作,据付を行ってもビームによる校正は必要である。普通は、独立制御可能な四極電磁石系を必要とするが、そのような条件でない場合もあるし、全BPMについての実施には、時間がかかる。四極電磁石が非独立制御系であっても適用可能なBBAは、時間の節約にもなる。本論文では、この方法を一般的に導き、J-PARC RCSでの測定、J-PARC MRで、従来方法との比較について発表する。

論文

J-PARC RCS供用運転時のH0ダンプビーム電流のオンラインモニター

畠山 衆一郎; Saha, P. K.; 吉本 政弘; 山本 風海; 林 直樹; 佐藤 健一郎*

Proceedings of 7th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (DVD-ROM), p.1013 - 1015, 2010/08

J-PARC(Japan Proton Accelerator Research Complex)ではLINACで加速された負水素イオン(H-)は、RCS(Rapid Cycling Synchrotron)に入射する前に荷電変換フォイルによって陽子(H$$^{+}$$)に変換される。約99.7%のH-が第1荷電変換フォイルで2つの電子を剥ぎ取られる。残りのH0とH$$^{-}$$は第2,第3荷電変換フォイルでH$$^{+}$$に変換されH0ダンプに捨てられる。H0ダンプに流れ込むビーム電流をモニターすることで加速器の供用運転中の安定したビーム供給のために有益な情報を得ることができる。本稿ではH0ダンプビームラインのビーム電流を見積もるためのオンラインモニターの方法を述べる。

論文

J-PARC MR横方向の入射エラー及びベータトロンチューンモニターシステム

畠山 衆一郎; 外山 毅*; 手島 昌己*

Proceedings of 7th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (DVD-ROM), p.631 - 633, 2010/08

J-PARCのMR(Main Ring)は2008年からビームコミッショニングが始まり、現在第1期の設計目標の約1/10の40kW-70kWで定常運転を行っている。ビーム強度増大のハードルの一つは、入射直後のビームロスである。その原因の一つはRCSの出射機器及びMR入射機器の偏向角度の誤差で、それを監視するために横方向の入射エラーを常時モニターすることが要求された。横方向の入射エラーは入射直後のビームバンチの位置情報から計算される。この目的のためにBPMの波形測定のための専用のデジタイザーを新たに用意した。このデジタイザーを用いて入射時のベータトロンチューンの常時モニターも行った。ベータトロンチューンは入射から93ターンまでの短いレンジのバンチ位置を求め高速フーリエ変換を行うことにより3.52秒周期の定常運転でのモニターを可能にした。バンチ位置を求める際、波形に乗るノイズを取り除くためにデジタルハイパスフィルタを使うなどの工夫を行った。

論文

The Data acquisition system of beam position monitors in J-PARC main ring

畠山 衆一郎; 林 直樹; 荒川 大*; 橋本 義徳*; 平松 成範*; 小田切 淳一*; 佐藤 健一郎*; 手島 昌己*; 飛山 真理*; 外山 毅*; et al.

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.2698 - 2700, 2010/05

J-PARC主リングのビーム位置モニタのデータ処理システムは186台のLINUXベースのデータ処理回路(BPMC)と12台のEPICSの入出力コントローラ(IOC)から構成されている。これらはビームの閉軌道の歪み(COD)や1周ごとのビームのバンチの位置を測定するために重要なツールである。このレポートではさまざまな校正係数がどのようにあてはめられているかも含めてデータから位置情報への再構成の方法を述べる。

論文

Beam loss of J-PARC rapid cycling synchrotron at several hundred kW operation

山本 風海; 林 直樹; 發知 英明; Saha, P. K.; 原田 寛之; 吉本 政弘; 佐伯 理生二; 畠山 衆一郎

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.2842 - 2844, 2010/05

J-PARC施設中の早い取り出しの3GeVシンクロトロン(RCS)は、2009年10月から100kW以上の陽子ビームを中性子ターゲットに連続的に供給している。また、12月10日に1時間、300kWという大強度のビーム加速試験を行い成功させた。これらの経験を通して、大強度運転時の幾つかの問題が発覚したため、それらの問題と運転終了後の残留線量の状況を報告する。

論文

Beam injection tuning of the J-PARC main ring

Wei, G.; 小関 忠*; 五十嵐 進*; 冨澤 正人*; 高野 淳平*; 石井 恒次*; 白形 政司*; Fan, K.*; 畠山 衆一郎; 魚田 雅彦*; et al.

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.3915 - 3917, 2010/05

The beam commissioning of J-PARC (Japan Proton Accelerator Research Complex) MR (Main Ring) was started from May 2008 and is in progress. As usual, injection tuning is in the first stage and strongly related to other tuning items. Starting with design schemes, making adjustment due to leakage field influence from injection septum, doing envelope matching considering dilution of beam profile in Main Ring are reported in this papers.

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