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論文

J-PARC 3GeVシンクロトロンビームコリメータの故障原因究明作業

岡部 晃大; 山本 風海; 神谷 潤一郎; 高柳 智弘; 山本 昌亘; 吉本 政弘; 竹田 修*; 堀野 光喜*; 植野 智晶*; 柳橋 亨*; et al.

Proceedings of 14th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.853 - 857, 2017/12

J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)には、ビーム損失を局所化し、機器の放射化を抑制するためにビームコリメータが設置されている。RCSにて加速中に広がったビームハローは、すべてコリメータ散乱体によって散乱され、吸収体部にて回収される。2016年4月のコリメータ保守作業時に吸収体部の1つで大規模な真空漏れが発生したため、代替の真空ダクトを設置することで応急的な対処を行い、ビーム利用運転を継続した。取り外したコリメータの故障原因を特定するためには、遮蔽体を解体し、駆動部分をあらわにする必要がある。しかし、故障したコリメータ吸収体部は機能上非常に高く放射化しており、ビームが直接当たる真空ダクト内コリメータ本体では40mSv/hという非常に高い表面線量が測定された。したがって、作業員の被ばく線量管理、及び被ばく線量の低減措置をしながら解体作業を行い、故障したコリメータ吸収体の真空リーク箇所の特定に成功した。本発表では、今回の一連の作業及び、コリメータの故障原因について報告する。

論文

J-PARC LinacおよびRCSにおける監視・警報システムの製作

高橋 博樹; 澤邊 祐希; 渡邉 和彦*; 川瀬 雅人*

Proceedings of 14th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1151 - 1154, 2017/12

加速器構成機器の増加(Linac ACSなど)や安全・安定な加速器運転実現のために、運転員や研究者が運転時に監視すべきパラメータ(情報量)が年々増加する傾向にある。そして、監視画面に表示される情報が膨大になったことにより、運転員の警報やパラメータ値の見落としなどによる誤操作が起こるときがある。現時点で、PPSやMPSの安全システムが堅固であるので大事に至ったことはないが、計画されているビームパワー増強などを考慮した場合、このような誤操作は憂慮すべきことである。そこで、加速器の状態を監視し、運転員に異常を早期に知らせるシステムの製作を開始した。初期システムとしてLinacのDTQ電磁石電源等の状態監視を目的としたシステムの構築を進めた。そして、電流設定値を基準として正常範囲(上下限値)を設定し、正常範囲を逸脱した場合に警報状態を運転員に通知する機能を実現し、本システム製作の見通しを得ることができた。

論文

J-PARC LINAC/RCSタイミングシステム安定運用に向けた改良

澤邊 祐希*; 高橋 博樹; 伊藤 雄一*; 川瀬 雅人*

Proceedings of 14th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1133 - 1136, 2017/12

J-PARC加速器は、400MeVリニアック(LINAC)、3GeVシンクロトロン(RCS)、50GeVシンクロトロン(MR)で構成されている。J-PARCのタイミングシステムは各加速器の同期をとり、最大25Hz周期のビーム供給を実現している。LINAC及びRCSのタイミングシステムでは、タイプ列、Look Up Table(LUT)、ビームタグ等のデータ転送にリング型のリフレクティブメモリ(RFM)ネットワークを採用している。2016年6月、このRFMネットワーク内の通信異常により、データ転送不具合が発生した。当時の環境では、原因箇所の特定に難航し、復旧まで長時間を要した。この経験から、RFMネットワークの状態監視環境を整備するとともに、RFMネットワークのデータ転送を統括する計算機の二重化を行った。また、RFMネットワークを介すことなく、各RFMの状態監視を可能とするsyslogサーバの整備を行った。この結果、本改良後にRFMネットワーク内のタイミング用VMEで動作不良が発生したが、即座に対象機器が特定でき、早期復旧を実現することができた。本発表では安定運用を目的としてJ-PARC LINAC/RCSのタイミングシステムに行った改良の詳細について報告する。

論文

Stabilization of timing system operation of J-PARC Linac and RCS

高橋 博樹; 林 直樹; 伊藤 雄一*; 川瀬 雅人*; 澤邊 祐希*

Proceedings of 8th International Particle Accelerator Conference (IPAC '17) (Internet), p.4000 - 4002, 2017/06

J-PARC LinacおよびRCSのタイミングシステムデータ(遅延値、ステータスなど)は、統括計算機によって監視、制御される。この統括計算機ハードウェアを更新後に、タイミングシステムにおいてデータ破損(誤データの伝送)が発生するようになった。そこで、タイミングシステムVMEのソフトウェアに新たな機能を追加し、データ破損の原因調査を行った。調査によりPCI-Expressリフレクティブメモリが接続された場合に発生すること、および、約25枚のリフレクティブメモリが接続されるとデータ破損が発生することが明らかとなった。本報告では、調査の詳細と、調査結果に基づいて実施したタイミングシステムの運用安定化について報告する。

論文

Operation and commissioning of IFMIF (International Fusion Materials Irradiation Facility) LIPAc injector

奥村 義和; Gobin, R.*; Knaster, J.*; Heidinger, R.*; Ayala, J.-M.*; Bolzon, B.*; Cara, P.*; Chauvin, N.*; Chel, S.*; Gex, D.*; et al.

Review of Scientific Instruments, 87(2), p.02A739_1 - 02A739_3, 2016/02

 被引用回数:4 パーセンタイル:51.49(Instruments & Instrumentation)

IFMIFは40MeV/125mAの重水素ビームを発生する2基の線形加速器を用いた核融合材料照射施設である。日欧の幅広いアプローチ活動のもとで、原型加速器(LIPAc)を用いた実証試験が開始されており、その目標は9MeV/125mAの連続重水素ビームを発生することである。フランスで開発された入射器は、既に日本の六ヶ所の国際核融合研究開発センターに搬入され、2014年から運転と試験が開始されている。これまでに、100keV/120mAの連続水素ビームを0.2$$pi$$.mm.mradのエミッタンスのもとで生成することに成功している。

論文

Measurement of ion species in high current ECR H$$^+$$/D$$^+$$ ion source for IFMIF (International Fusion Materials Irradiation Facility)

神藤 勝啓; Sen$'e$e, F.*; Ayala, J.-M.*; Bolzon, B.*; Chauvin, N.*; Gobin, R.*; 一宮 亮; 伊原 彰; 池田 幸治; 春日井 敦; et al.

Review of Scientific Instruments, 87(2), p.02A727_1 - 02A727_3, 2016/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:73.23(Instruments & Instrumentation)

A high current ECR ion source producing 140 mA/100 keV D$$^+$$ ion beams for IFMIF accelerator is now under commissioning at Rokkasho in Japan, under the framework of ITER Broader Approach (BA) activities. The ion source for IFMIF is required to produce positive deuterium ion beams with a high D$$^+$$ ratio. After the mass separation in LEBT consisting of two solenoids, the D$$^+$$ ratio should be higher than 95 % with less molecular ions and impurity ions at the entrance of RFQ linac to be installed downstream. The ion species have been measured by Doppler shift spectroscopy between the two solenoids. With hydrogen operation in pulsed and CW modes, the H$$^+$$ ratio increases with RF power or plasma density and reached 80% at 160 mA/100 keV. The value was compared with that derived from the emittance diagram for each ion species measured by an Alison scanner installed nearby the viewport for the spectroscopy in the LEBT. It was found that the spectroscopy gives lower H$$^+$$ ratio than the emittance measurement.

論文

IFMIF原型加速器(LIPAc)入射器の現状

神藤 勝啓; 市川 雅浩; 高橋 博樹; 近藤 恵太郎; 春日井 敦; Gobin, R.*; Sen$'e$e, F.*; Chauvin, N.*; Ayala, J.-M.*; Marqueta, A.*; et al.

Proceedings of 12th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.493 - 495, 2015/09

日本原子力研究開発機構核融合研究開発部門では、加速器駆動型中性子源を用いた核融合炉材料開発施設である国際核融合炉材料照射施設(IFMIF)の工学実証のための原型加速器の開発を青森県六ケ所村で進めている。この加速器は入射器、RFQ及び超伝導リナックで構成された重陽子線形加速器であり、9MeV/125mAの連続ビーム生成を目指している。入射器はフランス原子力庁サクレー研究所(CEA Saclay)で開発され、2012年秋まで100keV/140mAの陽子及び重陽子の連続ビーム試験を行った。この入射器を青森県六ケ所村の国際核融合エネルギー研究センター(IFERC)に搬送し、2013年末より入射器の据付作業の開始、2014年11月に陽子ビームの生成に成功した。その後、イオン源のコンディショニングを行いながらビーム試験を実施してきた。本発表では六ヶ所サイトで実施してきたビーム試験の結果など入射器の現状について報告する。

論文

IFMIF/EVEDA加速器の入射器試験におけるPulse Duty管理システムの開発

高橋 博樹; 成田 隆宏; 宇佐美 潤紀; 榊 泰直; 小島 敏行*

Proceedings of 12th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.756 - 759, 2015/09

IFMIF/EVEDA加速器(LIPAc)制御系の人員保護システム(PPS)では、人員の加速器室への入退出を管理するだけなく、ビーム運転時に発生する放射線により運転員などが不要に被ばくすることがないよう、許認可に基づいてビーム発生量の管理を行う必要がある。そのため、入射器のコミッショニングにおいては、入射器からのビーム発生量を、ビーム発生時間を計測することで管理することとなった。そこでビーム発生時間を管理するために、PPSのサブシステムとしてPulse Duty管理システム(PDMS)を設計し開発し、その機能試験を入射器のコミッショニング試験においてH$$^{+}$$ビームを用いて実施した。その結果、開発したPDMSが、PPSが入射器のビーム運転許可信号をキャンセルした後、入射器のビームが実際に停止するまでの遅れ時間をも十分考慮した機能を有しており、安全を十分考慮したPulse Duty管理が実現できることを確認した。本件では、PDMSの概要を説明するとともに、入射器のコミッショニングにおける試験結果を示し、本システムの開発状況について報告する。

論文

マシンモデルを利用した加速器制御系の構築

川瀬 雅人; 高橋 博樹

Proceedings of 12th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.764 - 766, 2015/09

従来の制御システムの設計及び開発では、機器製作終了後から機器仕様を確認することが多く、制御系設計が後回しになることがあった。また、各機器独自の制御プロセスが構築されるため種類も多様になってしまい、メンテナンス性、拡張性及び柔軟性が欠けた制御システムになっていた。これらの課題を克服するため、すべての機器制御を統一化できる制御系の構築が必須と考え、加速器構成機器制御にマシンモデルという抽象化した状態を定義し、機器制御を共通化した。各機器に共通する情報を抽出し、それらの情報から十分な時間をかけてモデリングを行い、マシンモデルと呼ぶ抽象化クラスを構築した。マシンモデルを導入し、アプリケーションレベルの簡略化も実現した。各機器固有の手続き型制御を上位アプリケーションではなく機器側制御系でのみ処理するインターフェースにすることにより、機器改造や拡張時に必要となる上位アプリケーションの修正の手間を大幅に低減できる。本報告では、J-PARC RCSにおける機器の状態定義と、状態遷移を用いた制御系の開発について報告する。

論文

IFMIF/EVEDA加速器制御系データ収集系の開発状況

宇佐美 潤紀; 高橋 博樹; 小向 聡*

Proceedings of 12th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.760 - 763, 2015/09

IFMIF/EVEDA加速器(LIPAc)制御系の開発は、EUと原子力機構(JAEA)が共同で進めているが、全体監視などを行う中央制御システム(CCS)についてはJAEAが主体となって行っている。また、EUが開発した機器制御系とCCS間はEPICSを介してデータ授受が行われる。JAEAでは、CCSにおける開発要素の1つとしてPostgreSQLを用いたLIPAcの全EPICSデータの保管と参照を行うシステム(データ収集系)の開発を進めている。一方、欧州では機器単体試験においてBEAUTY (Best Ever Archive Toolset, yet)を用いてデータ収集を行うため、CCSのデータ収集系においては、「BEAUTYとのデータの互換性確保」、「複数のサーバ機による収集データを一括で画面参照」、「データ収集とバックアップ作業の平行化」を考慮する必要があり、現在は前者2つについて対応を進めている。そして、入射器のコミッショニングにおいて、開発したデータ収集系の実証試験を行っている。データ収集系は、入射器,放射線モニタ等のデータを収集しており、CSS(Control System Studio)を用いたGUIによるデータ参照も可能である。本件では、入射器のコミッショニングにおける実証試験の結果をもとに、データ収集系開発の現状について報告する。

論文

IFMIF/EVEDA用大電流加速器の進捗

奥村 義和; Ayala, J.-M.*; Bolzon, B.*; Cara, P.*; Chauvin, N.*; Chel, S.*; Gex, D.*; Gobin, R.*; Harrault, F.*; Heidinger, R.*; et al.

Proceedings of 12th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.203 - 205, 2015/09

日欧協力のもと、国際核融合中性子照射施設(IFMIF)の工学設計工学実証活動(EVEDA)が2007年から開始されている。IFMIFにおける最大の開発課題は、40MeV/250mA/CWの重水素イオンビームを発生できる大電流加速器であり、現在、その原型加速器(9MeV/125mA/CW)の試験を六ヶ所村の国際核融合研究センターにおいて段階的に実施している。試験は日欧の事業チームメンバーと、入射器を担当したフランスサクレー研究所などの欧州ホームチーム,日本ホームチームのメンバーから構成される原型加速器統合チームが担当している。入射器については、2014年から試験を開始し、現在までに100keV/120mA/CWの水素イオンビームを0.3$$pi$$mm.mrad以下のエミッタンスで生成することに成功している。2015年には、高周波四重極加速器(RFQ)用高周波電源の搬入据付が開始され、入射器の試験の終了とともにRFQ本体の据付も開始される予定である。本稿では、入射器の実証試験の結果とともに、RFQ,超伝導リニアック,高周波電源,ビームダンプ等の現状について報告する。

論文

Safety managements of the linear IFMIF/EVEDA prototype accelerator

高橋 博樹; 前原 直; 小島 敏行; 成田 隆宏; 堤 和昌; 榊 泰直; 鈴木 寛光; 杉本 昌義

Fusion Engineering and Design, 89(9-10), p.2066 - 2070, 2014/10

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

On the Linear IFMIF/EVEDA Prototype Accelerator (LIPAc), the engineering validation up to 9MeV by employing the deuteron beam of 125mA are planning at the BA site in Rokkasho, Aomori, Japan. Since the deuteron beam-power is achieved to a 1 MW level, and $$gamma$$-ray and neutron is a critical issue. An establishment for safety management is indispensable to reduce radiation exposure for personnel and radio-activation for accelerator components. For this purpose, Personnel Protection System (PPS) of LIPAc control system, which works together with the radiation monitoring system and the access control system and etc., are applied. In this article, three function of personnel access control, radiation monitoring and operation control of the LIPAc for safety management will be presented in details.

論文

IFMIF/EVEDA加速器制御系の開発状況

高橋 博樹; 成田 隆宏; 西山 幸一; 宇佐美 潤紀; 榊 泰直; 春日井 敦; 小島 敏行*

Proceedings of 11th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.799 - 802, 2014/10

IFMIF/EVEDA加速器の制御システムは、CCS(Central Control System), LAN(Local Area Network) PPS(Personnel Protection System), MPS(Machine Protection System), TS(Timing System), LCS(Local Control System)の6サブシステムで構成されており、日本の実施機関である原子力機構はCCS, LAN, PPS, MPSおよびTSの5システムの設計・開発を進めてきた。そして特にハードワイヤで機器と接続されるPPS, MPS, TSにおいては、テストベンチを開発し、欧州において入射器との接続試験を実施し、その性能・機能の確認を行ってきた。現在、日本で実施される加速器のコミッショニング試験の最初として、入射器の据付および調整運転が進められており、制御系においては欧州でのテストベンチの試験結果をもとに、調整試験後に行われる入射器コミッショニング試験開始に向け、制御系各システムの開発、整備を進めている。本件では、PPSの入射器コミッショニング試験に特化した追加機能および各システムの開発、整備状況を報告する。

論文

IFMIF/EVEDA原型RFQ加速器のRFカプラー開発

前原 直; Antonio, P.*; 市川 雅浩; 高橋 博樹; 鈴木 寛光; 杉本 昌義

Proceedings of 10th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.561 - 563, 2014/06

IFMIF/EVEDAの原型加速器では、共振周波数175MHzを採用したRFQ線形加速器(0.1-5.0MeV-130mA)の開発を進めている。このRFQでは、8つのRFインプットカプラーを用いてトータル1.38MWの高周波電力入力が要求され、6 1/8インチ同軸導波管をベースにループアンテナを採用した定常化(CW)運転RFインプットカプラーの開発を行っている。ループアンテナの大きさは、実機モデルを模擬した長軸アルミRFQ(L=9.8m)を用いたカップリングファクターの測定により決定した。またCW運転での高周波損失による発熱を除去するためにループアンテナ内部に冷却チャンネルを設けて、ループアンテナでの300Wレベルの熱負荷に対して水冷方式にて数kWレベルの十分な熱除去を可能とした。さらにループアンテナ構造を持つRFインプットカプラーの高周波伝送試験のために、新たにカップリングキャビティを設計し、カップリングキャビティに2つのRFカプラーを接続してRF伝送試験を開始した。本講演では、IFMIF/EVEDA原型加速器のRFQ線型加速器のRFインプットカプラーとカップリングキャビティの工学設計について発表する。

論文

J-PARC LINAC/RCSにおける波形データ同期システムの構築

川瀬 雅人*; 高橋 博樹; 加藤 裕子; 菊澤 信宏; 大内 伸夫

Proceedings of 10th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.731 - 734, 2014/06

J-PARC LINAC/RCSでのデータ収集は、EPICS Channel Accessで得た時系列データの収集と、ビームに同期した波形データ収集の2種類ある。時系列データはIOCから得たデータ収集時刻をタイムスタンプとしてPostgreSQLによるデータベースに格納している。一方、ビームに同期した波形データは、Wave Endless Recorder (WER)によって収集している。WERでは入力されるトリガをカウントし、上位層でこのトリガ番号を管理するトリガカウンタを開発し、LAN経由で複数台のWERのトリガ番号を同期することが可能となっている。現在、この波形データ同期システムを本格導入するために、テストベンチによる検証を進めている。本発表では、波形データ同期システムの検証結果と将来の収集システムの構成などについて報告する。

論文

IFMIF/EVEDA加速器制御系と入射器とのインターフェース試験

高橋 博樹; 小島 敏行; 成田 隆宏; 前原 直; 榊 泰直; 鈴木 寛光

Proceedings of 10th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.724 - 727, 2014/06

国際核融合材料照射施設(IFMIF)に関する工学実証及び工学設計活動(EVEDA)におけるプロトタイプ加速器(Linear IFMIF Prototype Accelerator: LIPAc)は、定常運転モードで9MeV/125mAの重陽子イオンビームを加速する。LIPAc制御システムの人員保護システム(PPS), 機器保護システム(MPS)及びタイミングシステム(TS)は、安全上及び機器動作上重要なシステムであり、ハードワイヤにより加速器サブシステム(入射器, RFQなど)と信号の授受を行うことから、インターフェース及び信号授受後の動作シーケンスの調整が重要である。また、不具合が見つかった場合の対応に時間がかかることから、EUから日本に輸入される前にEU側所掌の機器との組合せ試験の実施が必須である。そこで、これら確実な動作を実現するために加速器制御系開発当初から実機に用いるPLC, MPSユニット, TSモジュールを使ったテストベンチの開発に着手した。そしてEUで行われた入射器の動作試験において、開発したテストベンチを入射器と接続し、インターフェースの確認試験、並びに、信号授受後の動作確認試験を実施した。本件ではEUにて実施した入射器とPPS, MPS, TSのインターフェース試験について報告する。

論文

Activation analyses of air by deuteron beam at 5-9 MeV

高橋 博樹; 前原 直; 榊 泰直; 市川 雅浩; 鈴木 寛光; 杉本 昌義

Progress in Nuclear Science and Technology (Internet), 4, p.261 - 263, 2014/04

デモ核融合炉の材料開発のために、加速器を用いた中性子照射施設が必要とされている。そして、D-Liストリッピング反応による中性子生成により14MeVの中性子束を得るために、40MeVの重陽子ビームが液体リチウムに入射されることがIFMIFの設計方針となっている。重陽子の加速器においては、ビームロスによる放射化の評価が重要である。本件では、5MeVと9MeVの実験データを用いて、ビームロスにより生成される空気中の放射化をPHITSコード、及び、DCHAINコードを用いて評価した。

論文

$$gamma$$-ray and neutron area monitoring system of linear IFMIF prototype accelerator building

高橋 博樹; 小島 敏行; 成田 隆宏; 堤 和昌; 前原 直; 榊 泰直; 西山 幸一

Fusion Engineering and Design, 88(9-10), p.2736 - 2739, 2013/10

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

IFMIFプロトタイプ加速器の放射線安全のために、$$gamma$$線と中性子線のエリアモニタリングシステムを設計した。これらの測定データは、システムの監視盤と加速器制御系の両方で監視とデータ収集が行われる。一方で、積算線量が閾値を越えた場合インターロック信号は加速器制御系の人員保護システム(PPS)と機器保護システム(MPS)に出力される。この信号受信後、PPSとMPSは素早くビームを停止して、放射線にかかる安全を確保する。このようにして本システムは、ハードワイヤのインターロック信号伝送による高い信頼性の確保と、エリアモニタリングシステムと加速器制御系間のデータ共有性能の両立を実現している。

論文

Engineering design of the RF input coupler for the IFMIF prototype RFQ linac

前原 直; Palmieri, A.*; Mereu, P.*; 市川 雅浩; 高橋 博樹; Comunian, M.*; 鈴木 寛光; Pisent, A.*; 杉本 昌義

Fusion Engineering and Design, 88(9-10), p.2740 - 2743, 2013/10

 被引用回数:2 パーセンタイル:72.96(Nuclear Science & Technology)

For the IFMIF/EVEDA RFQ linac, engineering design of the RF input coupler is carried out. The RF input coupler with a cooling port ($$L$$ = $$lambda$$/4), based on a 6 1/8 inch co-axial waveguide, is designed for the CW operation, and cooling channels are installed into the inside of loop antenna, the outer-conductor and the inner-conductor around RF window. For the loop size, RF coupling factors on beam loading are evaluated with based on the measured S$$_{11}$$ parameter and Q value on Aluminum RFQ module. In order to fulfill the acceptance Q$$_{0}$$ value of 9000 for the RFQ, the insertion depth of L = 45 mm is chosen. For this loop antenna size, magnetic field strength around the loop and surface loss density on the loop are evaluated, it is found to satisfy with the RF coupler acceptance values.

論文

Activation analyses of air in the accelerator vault of LIPAc building by deuteron beam at 5 MeV and 9 MeV

高橋 博樹; 前原 直; 榊 泰直; 鈴木 寛光; 杉本 昌義

JAEA-Conf 2013-002, p.109 - 112, 2013/10

In the IFMIF/EVEDA prototype accelerator, the engineering validation up to 9 MeV is planned by employing the deuteron beam of 125 mA at the BA site in Rokkasho. In the acceleration of deuteron beam, the activation is critical issues, and the analyses as for isotope productions in the air are indispensable for safety assessment. In the air activation, the $$^{41}$$Ar is the most important for maintenance works in accelerator vault, and the exhaust management has to be established. For this analysis, the experimental data are used as a source term in neutron transportation and the activation analyses for the air in an accelerator vault are performed by PHITS code and DCHAIN code. The neutron flux around the BD due to the deuteron beam of 5 MeV and 9 MeV are evaluated for the current IFMIF/EVEDA Accelerator design, and it is found that maintenance works cannot be started immediately after deuteron beam operation.

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