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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:6 パーセンタイル:42.4(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

J-PARC RCSビームモニターシステムの現状

林 直樹; 廣木 成治; Saha, P. K.; 佐伯 理生二; 豊川 良治*; 山本 風海; 吉本 政弘; 荒川 大*; 平松 成範*; Lee, S.*; et al.

Proceedings of 5th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 33rd Linear Accelerator Meeting in Japan (CD-ROM), p.243 - 245, 2008/00

J-PARC RCSは、2007年秋よりビームコミッショニングを開始した。短期間の間に、入射軌道の確立,周回及び3GeVまでの加速,光学系の測定,(4$$times$$10$$^{12}$$ppbで)50kW相当のビームパワー出力を達成した。ビームモニターシステムは、このスムーズなビームコミッショニングに大変重要な役割を果たした。本報告は、このシステム、BPM,入射モニター,IPM,電流モニタ,チューンメータ,ロスモニタの現状報告を行う。

論文

Development of the beam diagnostics system for the J-PARC rapid-cycling synchrotron

林 直樹; 廣木 成治; 木代 純逸*; 照山 雄三*; 豊川 良治; 荒川 大*; Lee, S.*; 三浦 孝子*; 外山 毅*

Proceedings of 2005 Particle Accelerator Conference (PAC '05) (CD-ROM), p.299 - 301, 2005/00

J-PARC(Japan Proton Accelerator Research Complex)ラピッドサイクリングシンクロトロンのためのビーム診断システムの開発を報告する。システムは、ビーム位置モニター(BPM),ビーム損失モニター(BLM),電流モニター(DCCT, SCT, MCT, FCT, WCM),チューンメーターシステム,324MHz-BPM,プロファイルモニター,ハローモニターからなる。BPMの電極は、静電タイプで、信号処理回路は、COD測定も、1周ごとの測定も可能となるようデザインした。5つのビーム電流モニターは、異なった時定数を持ち、全体で幅広い周波数帯域をカバーする。チューンメーターは、RFKOと信号ピックアップ電極で構成される。2種類のプロファイルモニターは、低強度のチューニングのためのマルチワイヤーモニターと非破壊の残留ガスモニターがある。

論文

Present status of the negative ion based neutral beam injector for JT-60U

大賀 徳道; 梅田 尚孝; 秋野 昇; 海老沢 昇; Grisham, L. R.*; 疋田 繁紀*; 本田 敦; 伊藤 孝雄; 河合 視己人; 椛澤 稔; et al.

Review of Scientific Instruments, 73(2), p.1058 - 1060, 2002/02

 被引用回数:12 パーセンタイル:42.85(Instruments & Instrumentation)

JT-60U用N-NBI装置は、1996年に建設され、これまでにJT-60プラズマの中心加熱及び非誘導電流駆動実験に貢献してきた。現在、さらなるビームパワーの増大及びビーム入射持続時間の延伸を求めて開発研究を行っている。特に、イオン源におけるソースプラズマの非一様性改善は最も大きなテーマであり、これまでにいくつかの対策を講じてきた。例えば、アークチャンバー内のアーク放電電流分布を変化させることによる一様性の改善であり、フィラメントの温度制御によるアーク放電モードの改善等である。これらの対策は極めて効果的であり、最終的には、ビームエネルギー:400keVにて、5.8MWの重水素ビームをJT-60Uプラズマに入射することができた。

論文

Study of increasing the beam power on the negative ion based neutral beam injector for JT-60U

栗山 正明; 秋野 昇; 海老沢 昇; Grisham, L. R.*; 疋田 繁紀*; 本田 敦; 伊藤 孝雄; 河合 視己人; 椛澤 稔; 日下 誠*; et al.

Fusion Engineering and Design, 56-57(Part.A), p.523 - 527, 2001/10

 被引用回数:4 パーセンタイル:62.79

世界で最初の負イオン源を使ったJT-60用500keV負イオンNBI装置は、1996年の完成以来、負イオン生成部の改良や加速管の耐電圧向上対策、高電圧直流電源での制御や耐電圧向上等の対策を行いながらビームパワー増大、ビーム持続時間伸長のための開発が続けられてきた。これまでに最大350keV、5.2MWの高速中性ビームをJT-60プラズマに入射し、NBI電流駆動実験での高効率電流駆動の実証、プラズマ中心加熱による閉じ込め向上等、大きな成果を上げてきた。しかしながら、幾つかの技術的課題により入射パワー及びビームパルス幅の進展が頭打ちとなっている。これらの技術的課題のうち、大型負イオン源のソースプラズマ部に発生している不均一性が最も大きく影響していることがわかってきた。この対策として、(1)アーク電流分布を強制的に変化させる方法、(2)ソースプラズマでのアーク放電モードを変化させる方法、(3)ソースプラズマの不均一性が特に悪い部分を遮蔽して比較的良好なソースプラズマのみを引出・加速する方法、などを試みている。これらの対策により、これまでにイオン源でのビーム加速効率を従来より約30%以上改善させることができた。この結果、2秒以上の長パルスビームを安定にJT-60Uプラズマに入射できるようになった。

論文

Development of negative ion based NBI system for JT-60U

梅田 尚孝; 秋野 昇; 海老沢 昇; Grisham, L. R.*; 疋田 繁紀*; 本田 敦; 伊藤 孝雄; 河合 視己人; 椛澤 稔; 日下 誠*; et al.

Fusion Technology, 39(2-Part2), p.1135 - 1139, 2001/03

JT60用負イオンNBIは、これまでに最大で350kV,5.2MWのビーム入射を行ってきたが、さらなるビームパワー増大のためには、大型負イオン源ソースプラズマ非一様性の問題を解決する必要がある。この対策として、フィラメント温度変化によるアーク放電モードの変更、各フィラメント系統に接続しているアーク限流抵抗の調節、さらに一様性の悪い部分をマスクしてビームを引き出す方法などを試みている。これらによる変化をアーク放電電流分布、ラングミュアプローブ、加速電極の熱負荷やビームラインの熱負荷等で評価した。その結果、フィラメント温度を下げることによりアーク放電分布に改善の傾向が見られ、限流抵抗を調節することによって強制的に放電の分布を変えることができた。また、マスキングによりビームの加速特性が向上し、加速部での損失が減少して負イオン電流の割合が増加した。

論文

Operation of the positive-ion based NBI system for JT-60U

大原 比呂志; 秋野 昇; 海老沢 昇; 疋田 繁紀*; 本田 敦; 伊藤 孝雄; 河合 視己人; 椛澤 稔; 日下 誠*; 栗山 正明; et al.

Fusion Technology, 39(2-Part2), p.1140 - 1144, 2001/03

JT-60U用正イオンNBI装置(P-NBI)は1986年の運転開始から約14年間、高パワー中性粒子を入射しJT-60Uプラズマ高性能化実験に大きく貢献してきた。1987年には、水素ビームにおける定格中性子ビームピワー20MWの入射に成功した。その後、イオン源について引出電流を増大するための改善を行い、定格値より約30%高い27MWの入射パワーが得られた。1991年にはJT-60への入射を120keVの重水素ビーム入射ができるように改造し、1994年には95keV-40MWの重水素によるビームパワーが得られた。また、D-He$$^{3}$$における核融合反応及びヘリウム灰排気能力検証実験のためにHe$$^{3}$$,He$$^{4}$$ビームの入射を可能とする改造を行った。4基のビームラインを用いたHe$$^{3}$$ビームでは、80keV-4.8MW,3基のビームラインを用いた。He$$^{4}$$ビームでは60keV-2.8MWのビームパワーが得られた。2000年には、老朽化対策の一貫としてNBI計算機システムをミニコンピュータからワークステーションに改造し、操作性及び保守性の向上を図った。この改造ではデータ収集システムをCAMACシステムからVMEバスシステムに変更し、ワークステーションに一部の機能を持たせることにより、ワークステーションの負荷を軽減させた。計算機システムの改造後、NBI入射実験での信頼性は大いに増大した。本会議では、ビームパワーの増大を目指したイオン源及び電源装置の進展と計算機システムの改造について詳細に報告する。

論文

Beam performance of negative-ion based NBI system for JT-60

伊藤 孝雄; 秋野 昇; 海老沢 昇; Grisham, L. R.*; 本田 敦; Hu, L.*; 河合 視己人; 椛澤 稔; 栗山 正明; 日下 誠*; et al.

Fusion Engineering and Design, 51-52, p.1039 - 1047, 2000/11

 被引用回数:13 パーセンタイル:31.45

JT-60用負イオンNBI装置では高エネルギーの中性粒子ビーム入射運転を出力上昇運転と並行して行っている。ここでは、ビーム特性の評価がビームパワー増加及び最適化のために重要である。この評価のため、ビームラインからの中性子発生量、ビーム発散、ビームラインの熱負荷及び対向面上ビーム分布を使用した。中性子発生量は重水素ビームパワーに比例するので、重水素負イオン電流の状況を簡単に把握できる。NBIのドリフトダクトとイオンダンプで見積もられたビーム発散及び機器の熱負荷はイオン源の運転パラメータ最適化及び入射ビームパワー評価のため使った。ドリフトダクトで測定したビーム発散は設計値の5ミリラジアンにほぼ一致していた。対向面の熱負荷分布はビーム軸を求めるために使われる一方中性粒子ビームの分布を監視するうえでも有効であった。

論文

Power flow in the negative-ion based neutral beam injection for JT-60

栗山 正明; 秋野 昇; 海老沢 昇; Grisham, L. R.*; 疋田 繁紀*; 本田 敦; 伊藤 孝雄; 河合 視己人; 椛澤 稔; 日下 誠*; et al.

Review of Scientific Instruments, 71(2), p.751 - 754, 2000/02

 被引用回数:17 パーセンタイル:29.06(Instruments & Instrumentation)

500keVで10MW入射を目標とするJT-60用イオンNBIは、1996年以来約3年間運転している。このNBIでのイオン源当たりの出力としてこれまでは負イオン水素ビームで360kV,18.5Aの加速を行っており、またJT-60プラズマへの入射実験では、5.2MWの中性ビーム入射を果している。イオン源及びビームラインでのパワーフロー測定結果によると、加速ビームの30~40%が三段加速の電極で失われている。このロスの大部分はビーム自身の各電極への直接衝突によって生じている。アークチャンバー側壁のカスプ磁場による偏向の影響を最小にするため、引出し領域の両端(全引出し面積の約10%)をマスクしたところ、このロスは約30%減少した。このロスをさらに小さくするための原因究明の研究を続けている。

論文

IRTVを用いたPNBI及びNNBI突き抜け率の測定

豊川 良治; 椛澤 稔

KEK Proceedings 99-17 (CD-ROM), 4 Pages, 1999/00

JT-60Uにおける、NBIビームの突き抜け率測定は、従来対向面に埋め込んだ熱電対の温度を測定し算出していた。そのため温度変化を高速に測定することができず1ショットの平均突き抜け率を出力するのにとどまっていた。一方対向面のIRTV熱画像は瞬時のビーム突き抜けを表しているため、突き抜けの時間変化を正確に測定することができる。そこでIRTV熱画像をビデオレコーダで保存しオフライン処理により、突き抜け率の時間変化を算出していた。このため今回、IRTVの熱画像をパーソナルコンピュータに取り込み、温度変化を解析することにより実時間処理で突き抜けパワーを算出し突き抜け率の時間変化を高速に表示できるシステムを開発した。また本システムでは、簡易データベースを構築することにより、熱画像データや解析データをいつでも閲覧できるようにした。

論文

Increasing the beam power of the JT-60 negative ion based neutral beam system

栗山 正明; 秋野 昇; 海老沢 昇; Grisham, L. R.*; 疋田 繁紀*; 本田 敦; 伊藤 孝雄; 河合 視己人; 椛澤 稔; 日下 誠*; et al.

Proceedings of the 18th IEEE/NPSS Symposium on Fusion Engineering (SOFE '99), p.133 - 136, 1999/00

JT-60用負イオン源は、これまでイオン源などの運転パラメータの最適化を行いながらビームパワーを徐々に増大させてきた。しかし、さらにビームパワーを増大させるためにはイオン源や電源にかかわるいくつかの課題を解決しなければならない。イオン源での課題の一つは、加速電極への過大な熱負荷である。この加速電極でのビームロスは加速ビームの40%にも達する。この電極への高熱負荷の原因を、ソースプラズマの一様性を測定しながら、イオン源での磁場、ガス圧等を変化させながら調べた。この結果、熱負荷過大の大きな原因として、ソースプラズマの一様性が悪いことによるビーム発散の悪化にあることがわかってきた。この対策として、ソースプラズマ生成部のアーク電流分布の調整が有効であることも判明した。

論文

Operation of the negative-ion based NBI for JT-60U

栗山 正明; 秋野 昇; 磯崎 信光*; 伊藤 孝雄; 井上 多加志; 薄井 勝富; 海老沢 昇; 大島 克己*; 小原 祥裕; 大原 比呂志; et al.

Fusion Engineering and Design, 39-40, p.115 - 121, 1998/00

 被引用回数:32 パーセンタイル:7.97

JT-60用負イオンNBI装置によるプラズマへのビーム入射が1996年3月から開始された。本NBIによる最初のビーム入射(180keV,0.1MW/0.4秒)が1996年3月に成功して以来、負イオン源及び加速電源の運転パラメータを最適化することによりビーム出力の増大を図ってきた。同年9月には、重水素ビームにより、2.5MW/350keV/0.9秒/2台イオン源の中性ビーム入射を行った。同時に負イオンビームの中性化効率が250~370keVの範囲で60%であることを確認した。更に1997年1月~2月の運転では、イオン源1台により水素ビームで3.2MW/350keVのビーム入射を達成した。

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