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論文

Beam-based compensation of extracted-beam displacement caused by field ringing of pulsed kicker magnets in the 3 GeV rapid cycling synchrotron of the Japan Proton Accelerator Research Complex

原田 寛之; Saha, P. K.; 田村 文彦; 明午 伸一郎; 發知 英明; 林 直樹; 金正 倫計; 長谷川 和男

Progress of Theoretical and Experimental Physics (Internet), 2017(9), p.093G01_1 - 093G01_16, 2017/09

AA2017-0286.pdf:4.64MB

J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)は、設計出力1MWの大強度陽子加速器である。このRCSで3GeVまで加速された陽子ビームは、リング内の8台のパルスキッカー電磁石で取り出しラインへ導き、物質生命科学実験施設や後段の加速器へ供給されている。しかしながら、この電磁石の電磁回路的なリンギングにより時間的な磁場変調を生じており、取り出しビームが大きく変動していた。この変動は、中性子源標的の故障リスクの増大や後段加速器のビーム損失の増大を生じ、大きな課題である。特別な短パルスビームと各電磁石のタイミングスキャンを行い、取り出しビームの位置変動を測定することで、この磁場変調を実測し把握した。それを用いて各電磁石の磁場変調を抑制する最適なタイミングを求め、適用することで装置の改造を行うことなく要求以上の精度のビーム取り出しを実現した。さらにタイミングのずれを自動で測定し補正するシステムを導入し、安定化も実現した。この論文では、手法や成果を報告する。

論文

Beam monitors for the commissioning of energy upgraded linac

三浦 昭彦; 丸田 朋史*; Liu, Y.*; 宮尾 智章*; 川根 祐輔; 大内 伸夫; 小栗 英知; 池上 雅紀*; 長谷川 和男

JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.011002_1 - 011002_6, 2015/09

BB2014-1017.pdf:0.51MB

J-PARCリニアックでは、2009年より新しく設置されたACS(Annular-ring Coupled Structure)空洞を用いて、ビームエネルギーを400MeVに増強するプロジェクトを進め、2013年度には、リニアックで400MeVの利用運転を開始した。ビームエネルギーの増加に伴い、新しい加速空洞を設置する部位に対し、リニアックのチューニングに使用するビームモニタを製作し、設置した。また、2013年12月より実施した加速器のチューニングにおいて、製作したビームモニタを用いてTOF(Time Of Flight)法などによるビームエネルギー測定、ビームを用いた位置モニタの設置位置校正などの性能確認を実施した。ここでは、ビームモニタの製作において得られた知見、ビームモニタを用いた加速器のチューニングの方法を説明するとともに、ビーム運転で得られた成果のうち、ビームモニタの性能を示す結果を紹介する。

論文

Bunch shape measurement of 181 MeV beam in J-PARC linac

三浦 昭彦; Feschenko, A. V.*; Mirzojan, A. N.*; 宮尾 智章*; 大内 伸夫; 丸田 朋史*; Liu, Y.*; 小栗 英知; 池上 雅紀*; 長谷川 和男

JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.011003_1 - 011003_6, 2015/09

BB2014-1018.pdf:0.45MB

J-PARCリニアックでは、2009年より新しく設置されたACS(Annular-ring Coupled Structure)空洞を用いて、ビームエネルギーを400MeVに増強するプロジェクトを進め、2013年度には、リニアックで400MeVの利用運転を開始した。J-PARCリニアックの加速空洞で使用する加速周波数は324MHzであるが、ACS加速空洞の加速周波数は972MHzであり、位相方向に3倍の力を受けるため、ACS空洞に入射する部分でのマッチングをとる必要がある。このため、縦方向のビーム長を観測するバンチシェイプモニタを製作し、181MeVに加速したビームのバンチ長の測定を行った。ここでは、製作したバンチシェイプモニタの測定原理、構造について報告する。合わせて、ビーム運転におけるバンチ長測定、および解析結果との比較について報告するとともに、運転の際に発生した真空の悪化現象とその対策について報告する。

論文

Simulation study of muon acceleration using RFQ for a new muon g-2 experiment at J-PARC

近藤 恭弘; 長谷川 和男; 大谷 将士*; 三部 勉*; 齊藤 直人; 北村 遼*

Proceedings of 6th International Particle Accelerator Conference (IPAC '15) (Internet), p.3801 - 3803, 2015/06

J-PARCにおいて、新しいミュオンg-2実験が計画されている。この実験では、超低温ミュオンを生成し、線形加速器によって再加速する。このミュオンリニアックの初段の加速構造として、RFQが用いられる。初期の加速試験において、J-PARCリニアックの予備機として製作されたRFQ(RFQ II)を用いる予定である。この論文では、RFQ IIを用いた、ミュオン加速のシミュレーション研究について述べる。シミュレーションによって得られた超低温ミュオンの分布を用いて、RFQ IIで加速した場合の透過率やエミッタンスについてシミュレーションを行った。また、初期の加速試験に用いる、アルミニウムのデグレーダからのミュオニウムを加速した場合のシミュレーションについても述べる。最後に、ミュオン専用のRFQの初期のデザインについて述べる。

論文

Design and delivery of beam monitors for the energy-upgraded linac in J-PARC

三浦 昭彦; 大内 伸夫; 小栗 英知; 長谷川 和男; 宮尾 智章*; 池上 雅紀*

Journal of the Korean Physical Society, 66(3), p.364 - 372, 2015/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:68.27(Physics, Multidisciplinary)

J-PARCリニアックでは、ビームエネルギー増強に関するプロジェクトが2009年度より進められている。このプロジェクトにより、リニアックの出力エネルギーが181MeVから400MeVへ変わる。これに対応するため、増強部のビームモニタを開発し、ビームコミッショニングに適した配置を検討した。本文では、エネルギー増強後のリニアックのチューニングに使用するビームモニタとそのレイアウト,チューニング方法を示し、ビームモニタの設計及び製作方法を紹介した。最後に、加速器のビームを用いたビームモニタの確認試験について言及する。

論文

Installation and performance check of beam monitors for energy upgraded J-PARC linac

三浦 昭彦; 大内 伸夫; 小栗 英知; 長谷川 和男; 丸田 朋史*; Liu, Y.*; 宮尾 智章*; 池上 雅紀*

Proceedings of 27th International Linear Accelerator Conference (LINAC 2014) (Internet), p.1059 - 1061, 2014/12

J-PARCリニアックでは、2009年度より製作を開始した21台のACS加速空洞を用いて、加速するビームのエネルギーを181MeVから400MeVにするエネルギー増強プロジェクトを開始した。加速したビームのエネルギー測定に使用する位相モニタや、加速空洞や電磁石類のチューニングに使用するビーム電流モニタ、位置モニタ、プロファイルモニタを設計・製作し、2013年11月までに新しいビームラインに設置した。同12月よりビームコミッショニングを開始し、チューニング、400MeVの達成の確認のため、設置したビームモニタを使用した。ここでは、ビームモニタの設置状況及びビームコミッショニングにおいて実施したビームモニタの性能確認の方法、結果について紹介する。

論文

J-PARCリニアックの現状

小栗 英知; 長谷川 和男; 伊藤 崇; 千代 悦司; 平野 耕一郎; 森下 卓俊; 篠崎 信一; 青 寛幸; 大越 清紀; 近藤 恭弘; et al.

Proceedings of 11th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.389 - 393, 2014/10

J-PARCリニアックでは現在、ビームユーザに対する利用運転を行うとともに、リニアック後段の3GeVシンクロトロンにて1MWビームを加速するためのビーム増強計画を進めている。リニアックのビーム増強計画では、加速エネルギー及びビーム電流をそれぞれ増強する。エネルギーについては、181MeVから400MeVに増強するためにACS空洞及びこれを駆動する972MHzクライストロンの開発を行ってきた。これら400MeV機器は平成24年までに量産を終了し、平成25年夏に設置工事を行った。平成26年1月に400MeV加速に成功し、現在、ビーム利用運転に供している。ビーム電流増強では、初段加速部(イオン源及びRFQ)を更新する。イオン源はセシウム添加高周波放電型、RFQは真空特性に優れる真空ロー付け接合タイプ空洞をそれぞれ採用し、平成25年春に製作が完了した。完成後は専用のテストスタンドにて性能確認試験を行っており、平成26年2月にRFQにて目標の50mAビーム加速に成功した。新初段加速部は、平成26年夏にビームラインに設置する予定である。

論文

Status of J-PARC accelerators

長谷川 和男; 金正 倫計; 小栗 英知; 小関 忠

Proceedings of 4th International Particle Accelerator Conference (IPAC '13) (Internet), p.3830 - 3832, 2014/07

J-PARC施設はリニアック、RCS (Rapid Cycling Synchrotron)、MR (Main Ring synchrotron)、RCSからの3GeVビームを利用する物質生命科学実験施設(MLF)、MRからの30GeVビームを利用するハドロン実験施設(HD)及びニュートリノ実験施設(NU)から構成される。2011年3月11日の地震で大きな被害を受けたが、12月から調整を始め2012年1月から利用運転を開始した。2012年度は大きな故障もなくユーザー利用運転を行い、夏季のメンテナンス期間を利用して加速空洞の真空改善、可変偏向電磁石やコリメータなど性能向上のための機器の据付なども行った。この結果、MLFに300kW、NUに230kW、HDに15kWと、震災前以上のビームパワーで利用運転に供するとともに、RCSでは500kW以上の大強度試験にも成功した。本発表では、こうした運転経験や性能向上に向けた状況について述べる。

論文

J-PARCリニアック用バンチ・シェイプ・モニタの開発

三浦 昭彦; Feschenko, A. V.*; Mirzojan, A. N.*; 宮尾 智章*; 大内 伸夫; 小栗 英知; 長谷川 和男; 池上 雅紀*

Proceedings of 10th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.705 - 708, 2014/06

J-PARCリニアックでは、ACS(Annular Coupled Structure)加速空洞を用いて、現在の181MeVから400MeVまでビームエネルギを増強するプロジェクトが進行している。現在、J-PARCリニアックで採用している加速空洞のRF周波数は324MHzであるのに対し、ACS加速空洞は972MHzである。このため、ACS加速空洞に入射する際には、位相(縦)方向のマッチングが重要である。そこで、ロシア原子力研究所(INR)と共同で、縦方向のビームプロファイルを測定するためのバンチ・シェイプ・モニタの開発を実施した。ここでは、開発したモニタの構造等を紹介するとともに、モニタの性能評価のために測定した結果の一部を紹介する。

論文

J-PARC加速器の現状

長谷川 和男

Proceedings of 9th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.339 - 343, 2013/08

J-PARC施設はリニアック、RCS(Rapid Cycling Synchrotron)、MR(Main Ring synchrotron)、RCSからの3GeVビームを利用する物質生命科学実験施設(MLF)、MRからの30GeVビームを利用するハドロン実験施設(HD)及びニュートリノ実験施設(NU)から構成される。2011年3月11日の地震でライフラインを含めて施設に大きな被害を受け、運転を休止せざるを得なくなったが、施設利用を再開するため、精力的な点検や復旧作業を実施した。その結果、J-PARCセンターが5月に策定した復旧計画通り12月からビーム調整運転を再開し、約2か月の利用運転を行った。平成24年度に入ってからは、大きな故障もなくユーザー利用運転を行い、MLFに100-200kW、NUに140-200kW、HDに3.3-6kWと、震災前と同等かそれ以上のビームパワーで供給を行っている。稼働率は、2011年はクライストロン電源の故障で73%に下がってしまったが、2012年度6月までの運転時点で90-94%に回復した。本発表では、こうした運転経験や性能向上に向けた状況について述べる。

論文

High-power test and thermal characteristics of a new radio-frequency quadrupole cavity for the Japan Proton Accelerator Research Complex linac

近藤 恭弘; 森下 卓俊; 長谷川 和男; 千代 悦司; 平野 耕一郎; 堀 利彦; 小栗 英知; 佐藤 文明; 篠崎 信一; 杉村 高志*; et al.

Physical Review Special Topics; Accelerators and Beams, 16(4), p.040102_1 - 040102_8, 2013/04

 被引用回数:7 パーセンタイル:41.96(Physics, Nuclear)

J-PARCリニアックのための新しいRFQ (RFQ II)の大電力試験を行った。RFQ IIは、運転中のRFQに放電問題が起きたため、予備のRFQとして開発された。まず、RFQ IIのコンディショニングが行われ、50時間のコンディショニング後に既定の330kW, 3%デューティで非常に安定になった。次に、RFQ IIは冷却水の温度を調整することで周波数を調整するので、熱的性質を測定した。周波数応答を測定し、FEMモデルと比較し、良い一致が得られた。時間応答もシミュレーションと実験で一致した。また、RF負荷を変えた時の電磁場の変化を調べ、問題ないことを確認した。

論文

Recent progress with the J-PARC RFQs

近藤 恭弘; 森下 卓俊; 長谷川 和男; 川又 弘史*; 杉村 高志*; 内藤 富士雄*

Proceedings of 26th International Linear Accelerator Conference (LINAC 2012) (Internet), p.972 - 974, 2012/09

J-PARC RFQの最近の進展について報告する。まず、運転中のRFQ(RFQ I)は、震災による長期シャットダウンから復帰した。このRFQは、2008年から放電問題に悩まされているため、バックアップ用のRFQ(RFQ II)を開発中である。このRFQの大電力試験を2012年の4月から行い、定格電力,デューティ(333kW, 3%)で安定に運転できることを確認した。最後に、ビーム電流増強のための新たなRFQ (RFQ III)を製作中である。ビームダイナミクス設計は終了し、60mA, 1.2$$pi$$mm mrad入射で98%の透過率と、最小限のエミッタンスグロースでビームが出射されることをシミュレーションで確認した。第1,第2ユニットまでは、加工が終了しており、最初のユニットのロー付けが9月に予定されている。最後の第3ユニットについては現在加工中である。この論文では、それぞれのRFQの現状について述べる。

論文

Beam dynamics design of a new radio frequency quadrupole for beam-current upgrade of the Japan Proton Accelerator Research Complex linac

近藤 恭弘; 長谷川 和男; 森下 卓俊; Jameson, R. A.*

Physical Review Special Topics; Accelerators and Beams, 15(8), p.080101_1 - 080101_6, 2012/08

 被引用回数:6 パーセンタイル:53.66(Physics, Nuclear)

J-PARCリニアックのビーム電流増強のためのH$$^{-}$$ RFQ(RFQ III)のビームダイナミクス設計を行った。ボア半径及びヴェーン間電圧一定なコンベンショナルな設計手法に対応するように設計コードLINACSrfqDESを改良し、ジェントルバンチャでは、等分配の法則を適用した。粒子シミュレーションには、LINACSrfqSIMを用た。60mA規格化rmsエミッタンス0.20$$pi$$mm mradの粒子を入射したときに得られた透過率は、98.5%、出口での横エミッタンスは0.21$$pi$$mm mrad、縦エミッタンスは0.11$$pi$$MeV degであった。この結果は、RFQ IIIの要求を満たす。

論文

On-machine non-contact dimension-measurement system with laser displacement sensor for vane-tip machining of RFQs

近藤 恭弘; 長谷川 和男; 川又 弘史*; 森下 卓俊; 内藤 富士男*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 667, p.5 - 10, 2012/03

 被引用回数:6 パーセンタイル:42.4(Instruments & Instrumentation)

レーザー変位計(LDS)を用いた、RFQのヴェーン加工のための、新しい機上非接触寸法測定システムを開発した。LDSをフライス盤に装着し、システムの性能を評価するために、ヴェーンモジュレーション加工が施されたテストピースの測定を行った。縦方向の形状を測定し、3次元測定器による測定と比較した。横方向の形状も測定した。寸法測定に要求される性能が、われわれのシステムによって、満たされることが確認された。

論文

Beam monitor deformation by Tohoku Earthquake and its recovery project

三浦 昭彦; 長谷川 和男; 小栗 英知; 大内 伸夫; 五十嵐 前衛*; 宮尾 智章*; 池上 雅紀*

Proceedings of 2nd International Particle Accelerator Conference (IPAC '11) (Internet), p.2328 - 2330, 2011/09

2011年3月11日東日本大震災が発生し、J-PARC加速器にも大きな被害をもたらした。J-PARCリニアックのビーム運転に必要なビームモニタについては、真空リークが発生するなどの被害が発生した。本稿では、震災により発生した被害の状況の詳細及び、これらの復興作業の状況について報告する。

論文

Beam loss detected by scintillation monitor

三浦 昭彦; 丸田 朋史; 佐甲 博之; 長谷川 和男; 大内 伸夫; 五十嵐 前衛*; 宮尾 智章*; 池上 雅紀*

Proceedings of 2nd International Particle Accelerator Conference (IPAC '11) (Internet), p.1257 - 1259, 2011/09

J-PARCリニアックのビームロスの測定には、Arガスを封入した比例計数管が採用されているが、加速空洞の近傍ではRFに起因するX線が発生し、これによるノイズが小さなビームロス検出を阻害している。このため、X線のノイズを低減し、より正確にビームロスを測定するシステムの検討を開始した。この結果、高エネルギーの部分ではX線のノイズに影響を受けないビームロスの検出に成功した。同時に高い時間分解能を示すことから他のモニタリングにも使用できる可能性が示された。また、低エネルギーの部位においても同様に、X線のノイズに影響が少ないビームロスの検出に成功した。

論文

Beam loss detected by scintillation monitor

三浦 昭彦; 丸田 朋史; 佐甲 博之; 長谷川 和男; 大内 伸夫; 五十嵐 前衛*; 宮尾 智章*; 池上 雅紀*

Proceedings of 10th European Workshop on Beam Diagnostics and Instrumentation for Particle Accelerators (DIPAC 2011) (Internet), p.149 - 151, 2011/08

現在のJ-PARCリニアックで使用されているAr-CO$$_{2}$$ガス比例計数管型のビームロスモニタは、空洞から放出されるX線にも感度があることから、新たに設置される加速空洞の近傍では、小さなビームロスを正確に測定することが難しくなることが考えられる。このため、計算機シミュレーションを用いて、ビームロスによって発生する放射線の線種を推定し、これに適した検出器を選定し、この検出器によるビームロスの測定を行った。その結果、空洞からのX線ノイズが抑制されたビームロスの信号を検出することができ、シミュレーションの検証も行うことができた。

論文

J-PARC linac ACS加速空洞

青 寛幸; 浅野 博之; 田村 潤; 大内 伸夫; 長谷川 和男; 森下 卓俊; 高田 耕治*; 内藤 富士雄*; 山崎 良成

Proceedings of 8th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), 3 Pages, 2011/08

Annular-ring Coupled Structure (ACS)型加速空洞は2009年から量産が始められた。本計画では加速モジュール18台、デバンチャーモジュール2台を3年間で製作する。現状、工程は順調に推移し、加速モジュール10台の製作が完了した。またデバンチャーを除く大半の加速モジュールの周波数調整は終了し、加速モジュールで14台分までのロウ付けが完了している。量産で製作したモジュールのうち1台については、1.6MWまでの大電力試験を完了した。この電力は加速電場の設計値4.2MV/mに比べて15%増しのマージンを持つ値に相当する。

論文

シンチレーションを用いたビームロス測定

三浦 昭彦; 丸田 朋史; 佐甲 博之; 長谷川 和男; 大内 伸夫; 五十嵐 前衛*; 宮尾 智章*; 池上 雅紀*

Proceedings of 8th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), 3 Pages, 2011/08

J-PARCリニアックのビームロスの測定には、Arガスを封入した比例計数管が採用されている。ロスモニタは加速空洞近傍のドリフトスペースに設置する必要があるが、空洞の近傍ではRFに起因するX線が発生し、これによるノイズが小さなビームロス検出を阻害している。このため、X線のノイズを低減し、より正確にビームロスを測定するシステムの検討を開始した。

論文

東日本大震災後のJ-PARC

小関 忠*; 長谷川 和男; 金正 倫計

加速器, 8(2), p.74 - 80, 2011/07

J-PARCは2011年3月11日に発生した東日本大震災で大きな被害を受けた。地震が発生したときは、リニアックのビーム調整運転を行っていたが、停電に伴って機器は自動的に停止した。リニアックのエントランス前では深さ1.5mほど、メイリングシンクロトロンでも約50cmなど、建物の多くの場所で沈下が見られ、地下水が加速器トンネル内に浸水した。特にリニアックでは、水深10cmくらいまでに達し、ディーゼル発電機を用いた揚水でさらなる浸水を食い止めることができた。3GeVシンクロトロンでは、周回道路が波打つくらいに沈降し、電源や冷却水装置などが設置されているヤードは大きく傾くなどの被害を受けた。現在、加速器施設の機器や建物について、被災度の調査や復旧作業を進めており、こうした現状とビーム運転再開の計画について報告する。

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