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論文

Condition of MA cut cores in the RF cavities of J-PARC main ring after several years of operation

野村 昌弘; Schnase, A.; 島田 太平; 田村 文彦; 山本 昌亘; 佐藤 智徳; 山本 正弘; 絵面 栄二*; 原 圭吾*; 長谷川 豪志*; et al.

Proceedings of 2nd International Particle Accelerator Conference (IPAC '11) (Internet), p.107 - 109, 2011/09

J-PARCの2つのシンクロトロンでは、金属磁性体コアを採用している。MR RF空胴でインピーダンスの低下が観測された。RF空胴を開け調査した結果、インピーダンスの低下はカットコアの切断面の腐食が原因であった。この腐食を促進した原因は、冷却水中に含まれる主電磁石ホロコンからの銅イオンと考えられる。

論文

Condition of MA cores in the RF cavities of J-PARC synchrotrons after several years of operation

野村 昌弘; Schnase, A.; 島田 太平; 鈴木 寛光; 田村 文彦; 山本 昌亘; 絵面 栄二*; 大森 千広*; 原 圭吾*; 長谷川 豪志*; et al.

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.3723 - 3725, 2010/05

J-PARCでは、金属磁性体コアを用いたRF空胴を2007年から運転を行ってきた。コアの状況を把握するために、メンテナンスのための加速器の停止期間ごとに空胴のインピーダンスの測定を行ってきた。その結果、2009年1月と6月に2度のインピーダンスの低下が観測された。空胴を解体し調査したところ多くのコアで座屈が観測された。会議では、座屈とインピーダンス低下の関係や座屈の状態について発表する。

論文

高周波加速空胴用金属磁性体コアの熱変形の測定

島田 太平; 山本 昌亘; 鈴木 寛光; 戸田 信*; 長谷川 豪志*; 大森 千広*; 田村 文彦; Schnase, A.; 原 圭吾*; 野村 昌弘; et al.

Proceedings of 6th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (CD-ROM), p.1080 - 1082, 2010/03

J-PARC 3GeVシンクロトロン高周波加速空胴において、長時間の運転後、金属磁性体を使用したコアの一部が座屈する現象が発生した。その過程と原因を調査するために、大気中においてコアを高周波電流によって励磁し、変形の過程を測定した。その結果とコアの製造過程の関係及びコアの耐久性向上についての考察を報告する。

論文

Acceleration voltage pattern for J-PARC RCS

山本 昌亘; 長谷川 豪志; 野村 昌弘; Schnase, A.; 田村 文彦; 穴見 昌三*; 絵面 栄二*; 原 圭吾*; 大森 千広*; 高木 昭*; et al.

Proceedings of 11th European Particle Accelerator Conference (EPAC '08) (CD-ROM), p.379 - 381, 2008/06

シンクロトロン加速器の加速電圧パターン計算コードは、大抵縦方向の運動力学に基づいた微分形式で書かれていることが多い。われわれは、前進差分法による加速電圧パターン計算コードを開発した。それは、偏向電磁石磁場と正確に同調する手法で、これまでの計算コードよりも正確な値を算出することができ、特にRCSのような速い繰り返しのシンクロトロンにおいて効果を発揮する。

論文

J-PARC RCS non-linear frequency sweep analysis

Schnase, A.; 穴見 昌三*; 絵面 栄二*; 芳賀 開一*; 原 圭吾*; 長谷川 豪志; 野村 昌弘; 大森 千広*; 高木 昭*; 田村 文彦; et al.

Proceedings of 11th European Particle Accelerator Conference (EPAC '08) (CD-ROM), p.346 - 348, 2008/06

A standard way to measure the transfer function of a system of amplifier and cavity uses a network analyzer and a linear frequency sweep. However, to check the transfer function of the broadband (Q=2) RCS RF system, we analyze several harmonics at same time under real high power ramp conditions. A pattern driven DDS generates frequency and amplitude like in accelerator operation. During the 20ms acceleration time, a large memory oscilloscope captures the RF-signals. The data are processed offline like down conversion in a multi-harmonic LLRF-system, giving multi-harmonic amplitude and phase information. With this setup we could find and cure resonances before installation to the tunnel. RCS is in the commissioning phase and has reached the milestone of acceleration to final energy and beam extraction. 10 RF systems are in operation. The LLRF-system controls fundamental h(2) and 2nd harmonic h(4). The multiharmonic analysis allows to check the RF system behavior also at other harmonics.

論文

Cavity voltage calibration for J-PARC Ring RF

Schnase, A.; 絵面 栄二*; 原 圭吾*; 長谷川 豪志; 野村 昌弘; 大森 千広*; 島田 太平; 鈴木 寛光; 高木 昭*; 田村 文彦; et al.

Proceedings of 5th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 33rd Linear Accelerator Meeting in Japan (CD-ROM), p.340 - 342, 2008/00

J-PARC RCS (Rapid Cycling Synchrotron) is under commissioning and reached the milestones of acceleration to 3 GeV and extracting the beam to MLF and MR (Main-Ring). We found a discrepancy between expected synchrotron frequency as function of voltage seen by the beam and measured value at injection energy. Also we saw a difference between expected and measured synchronous phase during acceleration. The voltage seen by the beam seemed to be lower than the voltage by the acceleration cavities. We found that the High Voltage probes used at calibration gave a too high value due to unwanted capacitive coupling. We reduced the coupling by probe tip extension and calibrated all 10 RCS cavities again. In RCS beam operation we confirmed that the discrepancy was resolved, so that the beam sees the expected voltage. This knowledge was used in MR calibration. We confirmed that expected and measured synchrotron frequency match very well. Expected and voltage seen by the beam are within $$pm$$2%.

論文

J-PARCリングにおける高周波加速調整

田村 文彦; Schnase, A.; 野村 昌弘; 山本 昌亘; 鈴木 寛光; 島田 太平; 長谷川 豪志; 吉井 正人*; 大森 千広*; 戸田 信*; et al.

Proceedings of 5th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 33rd Linear Accelerator Meeting in Japan (CD-ROM), p.337 - 339, 2008/00

J-PARC RCSのビームコミッショニングは2007年10月に開始され、同月に3GeVまでの加速に成功し、2008年2月には$$1.07times10^{13}$$個の陽子の加速に成功した。現在はMLF及びMRにビームを供給しながら、ビームパワーの増強のためのコミッショニングを行っている。MRのコミッショニングは2008年5月から開始され、入射エネルギー3GeVにおけるRFによる捕獲,1秒のビーム保持及び取り出しに成功している。現在、RCSには10台、MRには4台のMA(magnetic alloy)空胴がインストールされている。MA空胴により、大強度の陽子の加速に必要な高い加速電圧を発生させることができる。これらのハイパワーシステムを制御するために、RCS, MRともにフルデジタルのLLRF制御システムを採用した。フルデジタルのシステムを採用したことで、非常に高精度かつ再現性の高い周波数,電圧及び位相の制御を行うことができる。この発表では、ビーム電流,軌道等の例を示しながら、RCS及びMRのビームコミッショニングにおけるRFの調整の現状及び今後の見通しについて述べる。

論文

J-PARCシンクロトロンRF空胴のためのMAコアの開発

野村 昌弘; 田村 文彦; Schnase, A.; 山本 昌亘; 長谷川 豪志; 島田 太平; 鈴木 寛光; 絵面 栄二*; 原 圭吾*; 戸田 信*; et al.

Proceedings of 5th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 33rd Linear Accelerator Meeting in Japan (CD-ROM), p.246 - 248, 2008/00

J-PARCでは、RCS及びMRの両シンクロトロンに、金属磁性体コアを装填した加速空胴を採用している。これらの加速空胴は、6個の水タンクからなり、計18枚の金属磁性体コアが装填されている。コアの冷却方式は水による直接冷却方式であり、加速ギャップは3か所である。この加速空胴の特長は、高い加速電圧(45kV/Cavity)を達成するために金属磁性体コアを採用している点である。RCSへは去年の夏に10台の据付けを完了し、約一年間のビームコミッショニングを行った。また、MRに関しては、今年の春に4台の据付けを完了し、約2か月間のビームコミッショニングを行った。本発表では、この金属磁性体コアの据付け前に行った300時間から1000時間以上の長期連続通電試験の結果、ビームコミッショニング中の運転状況、これらから得られた金属磁性体コアに対する知見について述べる。

論文

J-PARC RCS縦方向シミュレーション

山本 昌亘; 穴見 昌三*; 絵面 栄二*; 長谷川 豪志; 原 圭吾*; 堀野 光喜*; 野村 昌弘; 大森 千広*; Schnase, A.; 島田 太平; et al.

Proceedings of 5th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 33rd Linear Accelerator Meeting in Japan (CD-ROM), p.358 - 360, 2008/00

J-PARC Rapid Cycling Synchrotron(RCS)は2007年9月にビームコミッショニングを開始し、所定の3GeVまでの加速及び取り出しに成功した。ビーム強度を上げるための試験も行われており、大強度ビームを加速する際の入射時の空間電荷効果を抑えることもその一つである。RCSでは、マルチターン入射の手法を用いて入射を行っているが、その際通常の基本波RFのみを用いた手法ではバケツ中心の電荷密度が高くなってしまうため、2倍高調波,運動量オフセット,2倍高調波位相オフセットの各手法を組合せて、入射時のバンチングファクターを小さく抑える手法をシミュレーションにより検討した。ビーム試験の結果とシミュレーションとの比較について述べる。

論文

MA cavities for J-PARC with controlled Q-value by external inductor

Schnase, A.; 長谷川 豪志; 野村 昌弘; 田村 文彦; 山本 昌亘; 穴見 昌三*; 絵面 栄二*; 原 圭吾*; 大森 千広*; 高木 昭*; et al.

Proceedings of 2007 Particle Accelerator Conference (PAC '07) (Internet), p.2131 - 2133, 2007/08

The original J-PARC RCS cavity design used cut-cores to control the Q-value. Adjusting the distance between the C-shaped core parts the optimum Q=2 is reached. Because of problems related to the cut-core surfaces, the "hybrid cavity" was introduced, using tanks with uncut cores (Q=0.6) in parallel to tanks with cut cores with a wider gap (Q=4), resulting in total Q=2. This was successfully tested. The manufacturing procedure for cut-cores involves more steps than for uncut cores. To reduce long-term operation risks, the RCS cavities are loaded with uncut cores for day-1 operation. With uncut cores (Q=0.6) the maximum beam power is limited. Therefore we introduce a parallel inductor, placed in the push-pull tube amplifier driving the cavity, to adjust the Q-value to 2. Parallel vacuum capacitors shift the resonance to 1.7 MHz. Each of the 10 RCS cavity systems necessary for day-1 is tested for at least 300 hours to detect initial problems before installation into RCS. We report the results of cavity performance tests with external inductor, which simulate 25 Hz operation and the optimization of the combined system of cavity and amplifier.

論文

Status of J-PARC ring RF systems

Schnase, A.; 野村 昌弘; 田村 文彦; 山本 昌亘; 芳賀 浩一; 長谷川 豪志; 吉井 正人*; 大森 千広*; 原 圭吾*; 戸田 信*; et al.

Proceedings of 4th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 32nd Linear Accelerator Meeting in Japan (CD-ROM), p.212 - 214, 2007/00

We present the Status of the J-PARC RF systems of the Rapid Cycling Synchrotron (RCS) and the 50 GeV Main-ring (MR). The RCS RF systems are prepared for beam commissioning scheduled in September 2007. The 10 cavities, amplifiers and power supplies are installed in the RCS tunnel. The cavities are loaded with improved uncut cores. The parallel inductor for Q=2 was successfully tested and installed in all systems. The long-term performance and reliability of each of the 180 cores was checked for at least 300 hours. One set of cores performed a 1000-hour power test. We operate the cavities in the tunnel together with the LLRF system to check the interoperability and prepare for 25 Hz RCS operation. Some issue related to noise and grounding was solved. Unwanted resonances of the tube amplifier in the RCS frequency range were analyzed and removed. For the MR RF systems, we have decided to employ the diamond polishing technique for cut-core production. The long run high power tests with cut-core loaded cavities are ongoing. We prepare for installation start to MR in September 2007.

論文

Development of the feedforward system for beam loading compensation in the J-PARC RCS

田村 文彦; Schnase, A.; 野村 昌弘; 山本 昌亘; 吉井 正人*; 穴見 昌三*; 絵面 栄二*; 原 圭吾*; 大森 千広*; 高木 昭*

Proceedings of 10th European Particle Accelerator Conference (EPAC '06) (CD-ROM), p.1319 - 1321, 2006/00

J-PARCの速い繰り返しのシンクロトロン(RCS)においては、大電流の陽子ビームを加速するために、ビームローディング補償が必須である。J-PARC RCSでは、ビームフィードフォワードによるビームローディング補償が採用される。この発表では、フィードフォワードシステムの開発について述べる。今回、フルデジタルのシステムを開発したが、これは効率的なローディング補償のために必要である。RF空胴はQ=2でありワイドバンドであるため、ウェーク電圧には高調波成分も含まれるため、これも補償しなければならない。システムはマルチハーモニクスで動作する。システムの前半では、ビーム電流信号からI/Q検波により選択したハーモニクスの信号のみを取り出す。後段では、適切なゲインと位相でもって、RF空胴にウェーク電圧をキャンセルする電流を流すようなRF信号を生成する。開発中のモジュールのテスト結果についても述べる。

論文

J-PARC RCSのシンクロナイゼーションシステム

田村 文彦; Schnase, A.; 野村 昌弘; 山本 昌亘; 長谷川 豪志; 吉井 正人*; 大森 千広*; 原 圭吾*; 戸田 信*; 高木 昭*; et al.

Proceedings of 3rd Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 31st Linear Accelerator Meeting in Japan (CD-ROM), p.460 - 462, 2006/00

J-PARCのRCSのビームは、適切なタイミング,位相で取り出され、中性子ターゲット、及びMRに入射されなければならない。中性子ターゲットで発生した中性子はフェルミチョッパーを中心とする分光器に入射されるが、エネルギーの分解能精度を上げるために、チョッパーの開口部とビームの位相は非常に高精度で制御される必要がある。また、MR入射に際しては、適切な空きバケツに入射するだけでなく、不要なダイポール振動を避けるためには、RFバケツの中心に入射しなければならない。この発表では、RCSのビームシンクロナイゼーションに関する要求,その動作原理,製作中のモジュールについて述べる。

論文

J-PARC RF空胴用金属磁性体カットコアのダイヤモンド研磨

長谷川 豪志; 野村 昌弘; Schnase, A.; 田村 文彦; 山本 昌亘; 吉井 正人*; 大森 千広*; 原 圭吾*; 戸田 信*; 高木 昭*; et al.

Proceedings of 3rd Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 31st Linear Accelerator Meeting in Japan (CD-ROM), p.457 - 459, 2006/00

J-PARC RF空胴では、高電圧運転のため従来のフェライト磁性体コアから金属磁性体(MA)コアの空胴を採用している。また、空胴のQ値を自由に調整する手法としてカットコアの技術を用いている。コアのカット法としてこれまでは、高圧力水を用いたWater Jet(WJ)法,砥石を用いた切断法を行ってきた。しかし、WJ法では切断面の粗さや切断面の層間短絡が原因でRFを印可したときにギャップ近傍に局所的な発熱が観測された。また、砥石切断では、切断面の表面処理にエッチング工程が含まれるために、そこに残留する酸が表面酸化の問題になっていた。そこで、新しい手法として導入したのが、細かなダイヤモンド粉末を用いた研磨法である。この手法の利点は、製造過程でオイルや酸を用いないため残留物によるリスクがないことである。この手法は、WJで切断した切断面を研磨する手法であるが、MAコアの層間絶縁の善し悪しは、研磨量と仕上げ面の状態に因っている。現在、ダイヤモンド研磨したコアは空胴に組み込み、長時間の検証試験を開始した。

論文

Uncut core loaded cavity with parallel inductor to reach Q=2 for J-PARC RCS

Schnase, A.; 長谷川 豪志; 野村 昌弘; 田村 文彦; 山本 昌亘; 穴見 昌三*; 絵面 栄二*; 原 圭吾*; 橋本 義徳*; 大森 千広*; et al.

Proceedings of 3rd Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 31st Linear Accelerator Meeting in Japan (CD-ROM), p.145 - 147, 2006/00

J-PARC RCSの加速空胴の最適なQ値はQ=2である。まずカットコアを用いる構成を検討した。カットコア空胴の場合、タンクの中の半割りのコア間距離を適切にすることにより、要求されるQ値を実現する一方、インピーダンスは保たれる。しかし、間隔の狭いカットコア空胴の実現には困難が伴うことがわかった。次に、Q=2のハイブリッド空胴を検討した。6個のタンクのうち4個はアンカットコア(Q=0.6)で満たされ、2個はより広い距離(Q=4)のカットコアで満たされる。Q=4のカットコアは、Q=2の場合より間隔が広く、より製作がしやすい。しかし、カットコアの製造には未だ問題が残っていたため、day-1オペレーションはアンカットコア空胴で開始される予定となった。しかし、Q=0.6の場合、最大ビームパワーに制限がある。この発表では、ハイブリッド空胴に基づき、アンカットコア空胴に高いQ値のインダクタとコンデンサーの平行な回路を加えることで、共振周波数をアンカットコア空胴の場合の1から1.7MHzに変えるとともに、Q値を0.6から2に変えるための実現方法を示す。その結果アンカットコアで満たされた空胴により、ほぼ完全なビームパワーでのオペレーションが可能となる。

論文

J-PARCシンクロトロンRF空胴の開発

野村 昌弘; 田村 文彦; Schnase, A.; 山本 昌亘; 長谷川 豪志; 穴見 昌三*; 絵面 栄二*; 原 圭吾*; 戸田 信*; 大森 千広*; et al.

Proceedings of 3rd Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 31st Linear Accelerator Meeting in Japan (CD-ROM), p.454 - 456, 2006/00

J-PARCシンクロトロンの加速空胴は、6個の水タンクからなり、各水タンクには3枚の金属磁性体コアが装填されている。冷却方式は水による直接冷却方式を採用し、加速ギャップは3か所である。この加速空胴の特長は、高い加速電圧(45kV/Cavity)を達成するために金属磁性体コアを採用している点である。このような高加速電圧の条件で金属磁性体コアを用いた例はないため、300時間の連続通電試験等を行い金属磁性体コアの開発を進めている。本発表では、この金属磁性体コアの開発状況について述べる。

論文

J-PARC RCSのローレベルRFシステム

田村 文彦; Schnase, A.; 野村 昌弘; 山本 昌亘; 吉井 正人*; 穴見 昌三*; 絵面 栄二*; 原 圭吾*; 大森 千広*; 高木 昭*

Proceedings of 2nd Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 30th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.690 - 692, 2005/07

J-PARC速い繰り返しのシンクロトロン(RCS)のローレベルRF制御(LLRF)システムについて述べる。大電流の陽子ビームを加速するために、LLRFシステムは非常に高精度かつ安定でなければならない。システムは、マルチハーモニックRF信号生成,フィードバック,ビームローディング補償システム及びその他の機能から構成される。フルデジタルLLRFシステムが製作中であり、基礎的な試験の結果についても述べる。

論文

Longitudinal beam dynamincs on 3 GeV PS in JAERI-KEK joint project

山本 昌亘; 田村 文彦; 絵面 栄二*; 橋本 義徳*; 森 義治*; 大森 千広*; Schnase, A.*; 高木 昭*; 上杉 智教*; 吉井 正人*

Proceedings of 8th European Particle Accelerator Conference (EPAC 2002), p.1073 - 1075, 2002/00

JAERI-KEK統合計画大強度陽子加速器施設の3GeV陽子シンクロトロンにおいては、大強度養子ビームを加速するため、ビーム損失を押さえる方策が必要となる。縦方向ビーム運動については、空間電荷効果を提言するため高周波加速電圧に2倍高調波を重畳し、なおかつ運動量オフセットを持たせた入射ペインティング方式を採用することで、バンチングファクターを0.4まで改善できることを粒子追跡計算コードによって確認した。また、高周波加速システムに与えるビーム負荷の影響が強く、特に入射と取りだしの付近ではその影響が非常に大きくなるため、ビーム負荷補償システムを高周波加速システムに導入することを考えており、ビーム負荷補償が効果的に働くことを粒子追跡計算コードによって確認した。

論文

RF acceleration system for 3GeV proton synchrotron in JAERI-KEK joint project

山本 昌亘; 絵面 栄二*; 橋本 義徳*; 森 義治*; 大森 千広*; 高木 昭*; 吉井 正人*; Joint Project Team

JAERI-Conf 2001-002, p.285 - 289, 2001/03

原研-KEK統合大強度陽子加速器計画における3GeVシンクロトロンの高周波加速システムについて、現段階でのR&Dの結果と実機の概念設計について述べる。この3GeVシンクロトロンは大強度でしかも速い繰り返しが要求されるため、高いビーム負荷に耐えしかも限られた直線部で高電圧を安定化して発生させることのできる高周波加速システムが求められる。ここ数年間の研究開発の結果金属磁性対合金を装荷した高周波加速空胴を1MWクラスの4極真空管で励振することで所定の性能を達成できる見通しがついたので、その結果を元に3GeVシンクロトロン用に最適化した設計について述べる。

口頭

Development of LLRF control system for J-PARC RCS

田村 文彦; Schnase, A.; 山本 昌亘; 野村 昌弘; 吉井 正人*; 大森 千広*; 高木 昭*; 原 圭吾*; 穴見 昌三*; 絵面 栄二*

no journal, , 

J-PARCの速い繰り返しのシンクロトロン(RCS)は大強度陽子ビーム電流を扱うために、非常に安定で正確なローレベルRF制御(LLRF)システムを必要とする。MA装荷の低いQ値の空胴が用いられ、2つのハーモニックの重畳のRF信号で空胴がドライブされる。ハーモニックは、加速及びバンチの整形に用いられる。DDSを基本としたフルデジタルのシステムが用いられ、DDSによって生成される各ハーモニック信号の同期は容易である。LLRFシステムのデザイン及び構成について述べる。ビームの安定化のためのフィードバック、ビームローディング補償などから構成される。製作中のモジュール群についても述べる。

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