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論文

Evaluation of mean time between accidental interruptions for accelerator klystron systems based on the reliability engineering method

武井 早憲; 古川 和朗*; 矢野 喜治*; 小川 雄二郎*

Journal of Nuclear Science and Technology, 55(9), p.996 - 1008, 2018/09

 パーセンタイル:100(Nuclear Science & Technology)

加速器駆動核変換システム(ADS)では、ビームトリップ事象が少ない、信頼性の高い加速器を開発しなければならないが、ビームトリップ事象がどの位の間隔で生じているか統一した手法で評価されていない。本研究では、統一した評価手法を得ることを目的として、高エネルギー加速器研究機構入射用加速器のクライストロン系の運転データを用いてクライストロン系が偶発的にトリップする平均時間間隔(MTBI)を信頼性工学に基づく手法で評価し、従来の結果と比較した。従来、クライストロン系のMTBIを評価する手法は少なくとも3種類あり、評価したMTBIは30.9時間, 32.0時間、そして50.4時間となった。一方、本研究では信頼性工学では一般的なノンパラメトリックな評価手法を用いてMTBIを評価したところ、57.3時間となり、従来の評価値と比較して1.14倍以上も長い時間となった。今後、本研究で述べた信頼性工学に基づく手法でビームトリップの平均時間間隔を評価することが望ましい。

論文

Recent progress in the energy recovery linac project in Japan

坂中 章悟*; 明本 光生*; 青戸 智浩*; 荒川 大*; 浅岡 聖二*; 榎本 収志*; 福田 茂樹*; 古川 和朗*; 古屋 貴章*; 芳賀 開一*; et al.

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.2338 - 2340, 2010/05

日本においてERL型放射光源を共同研究チームで提案している。電子銃,超伝導加速空洞などの要素技術開発を進めている。また、ERL技術の実証のためのコンパクトERLの建設も進めている。これら日本におけるERL技術開発の現状について報告する。

報告書

加速器駆動未臨界システム用加速器における許容ビームトリップ頻度の評価と現状との比較

武井 早憲; 西原 健司; 辻本 和文; 古川 和朗*; 矢野 喜治*; 小川 雄二郎*; 大井川 宏之

JAEA-Research 2009-023, 114 Pages, 2009/09

JAEA-Research-2009-023.pdf:8.86MB

大強度陽子ビームなどを加速する加速器では、経験的にビームトリップ事象が頻繁に発生することが知られており、加速器駆動未臨界システム(ADS)の構造物に熱疲労損傷を生じる可能性がある。このビームトリップ事象がADS未臨界炉部に与える影響を調べるため、熱過渡解析を実施した。その結果、許容ビームトリップ頻度はビームトリップ時間に依存し、年間$$50sim2times10^{4}$$回となった。次に、ADS用大強度加速器で生じるビームトリップ頻度を減らす方法を検討するため、許容ビームトリップ頻度と現状の加速器運転データから推定されるビームトリップ頻度を比較した。その結果、現状の加速器の技術レベルにおいても、既に停止時間が10秒以下のビームトリップ頻度は許容値を満足していた。また、停止時間が5分を超えるビームトリップ頻度は、熱応力条件を満足するために、30分の1程度に減少させれば良いことがわかった。

論文

Estimation of acceptable beam trip frequencies of accelerators for ADS and comparison with experimental data of accelerators

武井 早憲; 西原 健司; 辻本 和文; 古川 和朗*; 矢野 喜治*; 小川 雄二郎*; 大井川 宏之

Proceedings of International Topical Meeting on Nuclear Research Applications and Utilization of Accelerators (CD-ROM), 9 Pages, 2009/05

現存する大出力陽子加速器では経験上頻繁にビームトリップ事象が発生するため、加速器駆動核変換システム(ADS)の未臨界炉を構成する機器に対して熱疲労損傷を生じる可能性がある。このビームトリップがADSの未臨界炉を構成する4か所の部位(ビーム窓,燃料被覆管,内筒,原子炉容器)に与える影響を調べるため熱過渡解析を実施した。熱過渡解析では、燃料被覆管での許容ビームトリップ頻度の算出、プラントの稼働率の考察などに基づき、従来の解析結果に修正を加えた。その結果、許容ビームトリップ頻度はビームトリップ時間に依存して、年間$$43sim2.5times10^4$$回となった。この許容ビームトリップ頻度を現状の加速器の運転データから推測されるADS用陽子加速器のビームトリップ頻度と比較したところ、既にビームトリップ時間が10秒以下のビームトリップ頻度は許容値を満足していた。一方、ビームトリップ時間が5分を超えるビームトリップ頻度については、許容値を満足するためには約35分の1に減少させる必要があることがわかった。

論文

デジタル低電力高周波系の開発

道園 真一郎*; 穴見 昌三*; 片桐 広明*; Fang, Z.*; 松本 利広*; 三浦 孝子*; 矢野 喜治*; 山口 誠哉*; 小林 鉄也

加速器, 5(2), p.127 - 136, 2008/07

低電力高周波(LLRF)制御をデジタルで処理する最大の利点の1つとして、その柔軟性があげられる。ここ10年くらいで加速器のLLRFシステムにデジタル処理系が加わってきたのは、携帯電話等のデジタル通信,医療系やコンピュータ用の高速処理技術の急速な発展の恩恵を受けているものである。J-PARCリニアックのLLRFシステムではcPCIクレートとFPGAによるデジタルフィードバックシステムを採用し、その運転に成功した。その成果をもとにSTF(ILC建設に向けたKEKの試験加速器施設)におけるLLRFの開発を進めている。本解説では、これまで著者が開発に携わったJ-PARCリニアック及びSTFのデジタルLLRF系を紹介し、今後のデジタル系が適用される将来計画(ILCやERL)についても述べる。

論文

Comparison of beam trip frequencies between estimation from current experimental data of accelerators and requirement from ADS transient analyses

武井 早憲; 辻本 和文; 大内 伸夫; 大井川 宏之; 水本 元治*; 古川 和朗*; 小川 雄二郎*; 矢野 喜治*

Proceedings of 5th International Workshop on the Utilisation and Reliability of High Power Proton Accelerators (HPPA-5), p.181 - 194, 2008/04

現存する高出力陽子加速器では経験上頻繁にビームトリップが起こるため、加速器駆動核変換システム(ADS)を構成する機器に対して熱疲労損傷を生じる可能性がある。このビームトリップが未臨界炉の各要素に与える影響を調べるため熱過渡解析を実施した。その結果、許容ビーム停止頻度はビームトリップ時間に依存して年間50$$sim$$25,000回の範囲となった。次に、ADS用高出力加速器のビームトリップを減少させる方法を探るため、許容ビーム停止頻度と現状の加速器運転データから求められるビーム停止頻度を比較した。その結果、ある条件の下ではビームトリップ時間が10秒以下の停止頻度は許容ビーム停止頻度を満足していることがわかった。一方、10秒を超えるビームトリップについては、熱応力条件を満足するには停止頻度を約30分の1に減少させる必要があることがわかった。

口頭

加速器駆動核変換システム用加速器の許容停止頻度と現状との比較

武井 早憲; 辻本 和文; 大井川 宏之; 水本 元治*; 小川 雄二郎*; 古川 和朗*; 矢野 喜治*

no journal, , 

本研究は、加速器駆動核変換システム(ADS)におけるビーム停止頻度を減少させる方法を探るため、停止時間が1分以下の停止事象を中心に、より詳細に許容ビーム停止頻度を評価し、加速器の運転実績に基づく停止頻度と比較した。その結果、高周波の反射が原因となる停止事象の停止時間が5秒以下に短縮された場合、停止時間が10秒以上のビーム停止頻度を現状の約10分の1程度に減少させれば良いことがわかった。

口頭

加速器駆動核変換システム用加速器の許容ビーム停止頻度の評価,3; 打切り事象を考慮したクライストロン系の平均トリップ間隔の算出

武井 早憲; 古川 和朗*; 矢野 喜治*; 小川 雄二郎*

no journal, , 

加速器駆動核変換システム(ADS)では、ビームトリップ事象が少ない、信頼性の高い加速器を開発しなければならない。このため、既存の加速器で発生しているビームトリップ頻度を評価する必要があるが、加速器の運転データからどのようにビームトリップ頻度を評価すべきか統一した見解が得られていない。例えば、大強度陽子加速器のビーム停止頻度を算出するために必要となるクライストロン系の平均トリップ間隔の評価では、従来、クライストロン系が偶発的に停止したトリップ事象のみを対象としてきた。しかし、一般に製品の寿命評価では、使用開始から製品が故障に至るまでの時間と使用開始からまだ故障に至らずに途中で観測が打切られた時間を含めて寿命を評価している。このため、本研究では高エネルギー加速器研究機構電子・陽電子線形加速器(KEK入射器)のクライストロン系における平均トリップ間隔を、従来の評価では含めていない打切り事象と呼ばれる停止事象を含めて評価したところ、従来の評価と比較して、クライストロン系の平均トリップ間隔が1.8倍長くなることがわかった。

口頭

加速器駆動核変換システム用加速器の許容ビーム停止頻度の評価,4; クライストロン系のトリップ事象が従う確率密度関数の考察

武井 早憲; 古川 和朗*; 矢野 喜治*; 小川 雄二郎*

no journal, , 

加速器駆動核変換システム(ADS)では、ビームトリップ事象が少ない、信頼性の高い加速器を開発しなければならず、既存の加速器で発生しているビームトリップ事象を統一した手法で評価する必要がある。しかしながら、加速器の運転データからどのようにビームトリップ事象を統一した手法で評価すべきか合意されていない。本研究では、統一した評価手法を得ることを目的として、高エネルギー加速器研究機構入射器クライストロン系の運転データを用いてビームトリップ事象が従う確率密度関数を信頼性工学に基づく手法で評価し、従来の結果と比較した。従来、トリップ事象が従う確率密度関数は暗黙のうちに指数関数と仮定し、平均トリップ間隔や平均トリップ頻度を算出していた。しかしながら、信頼性工学で広く使用されているノンパラメトリック手法を用いて確率密度関数を評価したところ、指数関数ではない可能性が判明し、その結果、従来の手法で求められた平均トリップ間隔は信頼性工学の観点から正しくないことがわかった。今後、ADS用加速器のビームトリップ事象を統一した手法で評価するためには、本研究で述べた信頼性工学に基づく手法で加速器の運転データを解析、評価する必要がある。

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