Achievement of low beam loss at high-intensity operation of J-PARC 3 GeV RCS

Saha, P. K.; 岡部 晃大; 仲野谷 孝充; 吉本 政弘; 菖蒲田 義博; 原田 寛之; 田村 文彦; 沖田 英史; 畠山 衆一郎; 守屋 克洋; et al.

Proceedings of 19th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1 - 5, 2023/01

https://www.pasj.jp/web_publish/pasj2022/proceedings/PDF/TUOP/TUOPA03.pdf

The RCS beam power for operation to the MLF has been increased to 800 kW recently. The total beam loss even at the designed 1 MW beam power has been well controlled, but the uncontrolled beam losses, especially those caused by the foil scattering of the circulating beam during multi-turn injection are still high and causes extremely high residual radiation at the injection area. To further minimizing such a beam loss, we have implemented a new approach by minimizing the injection beam size and using a smaller size stripper foil. A smaller foil reduces foil hitting of the circulating beam and the corresponding foil scattering uncontrolled beam losses. In addition, an optimized transverse painting area matching with a smaller injection beam also gives a smaller circulating beam emittance to reduce beam loss at the collimator section and its downstream. The corresponding residual radiation for operation at 700 kW beam power was measured to be significantly reduced at the injection area, collimator section and it's downstream. A smaller injection beam size was also tested at 1MW beam power and the residual beam loss is minimized to 0.01%, which is nearly 1/4 reduction from the previous 1 MW test operation in 2020.

Energy measurement and correction for stable operation in J-PARC

守屋 克洋; 原田 寛之; Liu, Y.*; 大谷 将士*

Journal of Physics; Conference Series, 1350, p.012140_1 - 012140_5, 2019/11

https://doi.org/10.1088/1742-6596/1350/1/012140

In Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC), the beam accelerated up to 400 MeV in the Linac is injected to 3 GeV rapid cycling synchrotron (RCS), and we realize the high intensity beam by using multi-turn injection. During user operation, we rarely detected the beam loss at the high dispersion area in the RCS or the beam collimator section in the extraction beam transport line. These incidents indicate that the beam loss is caused by the momentum shift of RCS injection beam according to the experimental and simulation results. In the beam commissioning, we check the Linac beam momentum just before the user operation of the RCS. However, we could not previously measure the Linac beam momentum during the user operation because we adopt the multi-turn injection and the injected beam momentum was changed by the synchrotron oscillation in longitudinal plane. Therefore, we measured the beam momentum at the beam injection line of the RCS. Because the Linac-to-3-GeV-RCS Beam Transport line (L3BT) has the high dispersion areas, we estimated the injection beam momentum from the beam orbit data by the Beam Position Monitors (BPMs). We measured the beam position data and estimated the momentum shift by using the data and beam simulation. As a result, we found the momentum fluctuation during the user operation and the fluctuation width was up to 0.1%. To suppress the beam loss induced by the momentum fluctuation, we developed the momentum correction system. The fluctuation was suppressed less than 0.02% with this system. Finally, the beam loss incidents induced by the beam momentum shift no longer occur, and we successfully achieved the more stable user operation in J-PARC.

Probing carbon edge exposure of iron phthalocyanine-based oxygen reduction catalysts by soft X-ray absorption spectroscopy

丹羽 秀治*; 斎藤 信*; 小林 正起*; 原田 慈久*; 尾嶋 正治*; 守屋 彰悟*; 松林 克征*; 難波江 裕太*; 黒木 重樹*; 池田 隆司; et al.

Journal of Power Sources, 223, p.30 - 35, 2013/02

https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2012.09.031

固体高分子形燃料電池用の非白金で、安価で、高性能の炭素正極触媒をデザインするには、酸素還元反応の活性点を明らかにすることが重要である。しかしながら、このような複雑な系においては通常用いられる原子・電子構造プローブにより活性点を直接特定するのは困難である。本研究では、炭素1X線吸収分光を用いて鉄フタロシアニンをもとにした触媒の炭素構造を観察し、吸収端以下に炭素端の露出を意味する構造を見いだした。またその強度は酸素還元活性とよく相関することがわかった。これらの結果は、炭素1X線吸収分光を用いることにより炭素正極触媒における酸素還元活性の評価が端の露出の観点から可能であることを示している。

Self-leveling onset criteria in debris beds

Zhang, B.*; 原田 哲志*; 平原 大輔*; 松元 達也*; 守田 幸路*; 福田 研二*; 山野 秀将; 鈴木 徹; 飛田 吉春

Journal of Nuclear Science and Technology, 47(4), p.384 - 395, 2010/04

https://doi.org/10.3327/jnst.47.384

We develop criteria establishing the onset of self-leveling behavior of core debris in a core-disruptive accident of a sodium-cooled fast breeder reactor. We base the criteria on a force balance model assuming a debris bed with a single-sized spherical particle. The model considers drag, buoyancy, and gravity acting on each particle. A series of experiments verified the applicability of this description of self-leveling. Particle size, shape, density, along with boiling intensity, bed volume, and even experimental methods were taken into consideration to obtain general characteristics of the self-leveling process. We used depressurization boiling to simulate an axially increasing void distribution in the debris bed. We also used bottom heating to validate the use of the depressurization method. We obtained good agreement between model predictions for the self-leveling onset and experimental results. Extrapolation of our model to actual reactor conditions is discussed.

Experimental study of self-leveling behavior in debris bed

Zhang, B.*; 原田 哲志*; 平原 大輔*; 松元 達也*; 守田 幸路*; 福田 研二*; 山野 秀将; 鈴木 徹; 飛田 吉春

Proceedings of 6th Japan-Korea Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS-6) (USB Flash Drive), 8 Pages, 2008/11

本研究では、セルフレベリング挙動特性を模擬物質を用いて実験的に調べた。本実験では、異なる密度で構成されるアルミナあるいは鉛の固体球で構成されるデブリベッドでのボイド率が軸方向に増加することを減圧沸騰を用いて模擬した。粒子サイズ(直径0.5mmから6mm)と形状(球形あるいは非球形粒子)もまた実験パラメータとした。セルレベリング発生クライテリアを提案して、それを実験結果と比較した。

「常陽」サーベイランスバックアップ試験; 第4報 炉容器材の熱履歴試験

蟹川 昌也*; 榊原 瑞夫*; 谷 賢*; 阿部 康弘*; 佐々木 澄男*; 原田 守*; 鈴木 和久*

PNC TN941 80-169, 71 Pages, 1980/10

PNC-TN941-80-169.pdf:4.59MB

高速実験炉「常陽」の安全性を確認するため,サーベィランス試験が義務づけられているが,サーベィランス試験結果を正しく評価するためには一連のバックアップ試験が必要である。本試験はその一環として「常陽」炉容器相当材を用いて,熱履歴が引張特性及びクリープ特性に及ぼす影響を検討した。熱履歴は400550で最長10,000時間与えた。又一部の試験片は一定応力をかけた状態で400,500で最長5,000時間の熱履歴を与えた。本報はそれらの引張試験及びクリープ破断試験結果をまとめたものである。試験結果は以下の通りであった。1.引張試験結果1)母材及び溶接継手とも500以上の長時間加熱により耐力は増加し,引張強さ,一様伸び,破断伸び及び破断絞りは減少することが明らかになった。2)応力負荷状態で熱履歴を受けた母材及び溶接継手は,上記傾向が加速されるようであった。2.クリープ破断試験結果 1)母材は熱履歴により,クリープ破断強度が短時間側で若干低下する傾向にあったが,長時間側でははとんどその影響が認められなかった。2)溶接継手では熱履歴の影響が認められなかった。3)母材及び溶接継手のクリープ破断強度は長時間熱履歴後も,ASMEの設計曲線及び「常陽」ナトリウム構造設計指針の基準値を上回っていることが明らかになった。

照射材料試験室顕微鏡セル及び試験セル除染・整備作業報告

鈴木 和久*; 戸田 重行*; 関 成一*; 原田 守*; 谷 賢*

PNC TN944 79-02, 42 Pages, 1979/02

PNC-TN944-79-02.pdf:1.41MB

照射材料試験室の顕微鏡セルに対する第5次除染,整備作業(53年2月3日4月17日)及び試験セルに対する第2次除染,整備作業(52年9月5日10月5日)を実施した。▲本報は今後の除染,整備作柴に対する参考に資するため,これらの除染整備作業の記録を取まとめたものである。その概要は次のとおりである。▲顕微鏡セルの金属顕微鏡が故障したので,顕微鏡セルを除染し顕微鏡の修理を行った。▲除染作柴により顕微鏡セル及び機器の汚染度はトングマニプレータ及び標準試料を除いて目標値の200dpm/100cm2以下となった。作業者の被曝線量は全身,局部とも検出限界の10mrem以下であった。また,作業場の空気汚染を測定したが,検出限界値以下であった。▲試験セルを除染し疲れ試験機の修理,室温引張試験機への電気炉の取付等を行った。▲除染作業により両試験機の大部分が200dpm/100cm2以下(目標値)に下ったが,コンベア逆路,室温引張試験機前作業台床面は目標値を下らなかったので,ビニールをはり200dpm/100cm2以下にした。また,搬出物品は表面線量率が0.040.35mR/hであったが,念のためビニールで包んで一時保管した。作業者の全身被曝線量は最高2mR,局部被曝線量は最高41nRであったし,セル内の空気汚染は検出されなかった。▲

スミヤ法によるトリチウム表面汚染レベルの評価

北野 匡四郎; 池沢 芳夫; 原田 康典; 国分 守信; 梶本 与一

保健物理, 8(2), p.67 - 71, 1973/02

https://doi.org/10.5453/jhps.8.67

トリチウム表面汚染を評価するためスミヤ法が多く採用されているが、本実験では、25w/oグリセリン含浸スミヤ濾紙を用いてトリチウム表面汚染を評価する上で問題となる種々の因子について実験的検討を行なった。その結果、主として次のようなことがわかった。(1)スミヤ濾紙によるトリチウム表面汚染の採取効率は、非浸透性表面汚染材に対しては約10%、浸透性表面汚染材に対しては約1%である。(2)2ガスフローカウンタに対する計数効率は約10%であったが、トリチウウム表面汚染の全量を評価する場合、総合効率(計数効率に採取効率を乗じたもの)を用いるのが実用的で、その値は、非浸透性の表面汚染材については約1%、浸透性の表面汚染材については約0.1%である。(3)トリチウムスミヤ試料からのトリチウムの離脱する割合は、採取後40分以内であれば20%以下におさまり、管理上は補正する必要はない。

大強度線形加速器の縦方向観測に向けた非破壊型ビームプロファイルモニタの検討

守屋 克洋; 原田 寛之; 三浦 昭彦; 二ツ川 健太*

no journal, , 

大強度線形加速器では、ビーム位相幅(縦方向分布)を測定するためにバンチシェイプモニタ(BSM)を用いる。BSMはビーム通過位置にワイヤを挿入することでビームと同じ時間構造を持つ2次電子を生成し、高周波電場を用いて2次電子の縦方向分布を横方向分布に移すことでビーム位相幅を検出する。しかし、大強度ビームを測定する際、ワイヤがビームの熱負荷に耐え切れず断線する。そこでワイヤの代わりに、ビーム構造を持つ電子を非破壊に生成する残留ガスプロファイルモニタ(IPM)の技術に着目し、BSMとIPMを組み合わせた非破壊型縦方向ビームプロファイルモニタを考案した。

J-PARCリニアックにおける空間電荷効果によるエミッタンス増大の抑制手法の評価

地村 幹; 原田 寛之; 守屋 克洋; 岡部 晃大; 金正 倫計

no journal, , 

大強度陽子加速器におけるビーム強度は、最先端実験の効率や稀な事象の探索の精度を決定する重要なパラメータである。大強度ビームでは、空間電荷効果によるエミッタンスの増大および、それに伴うビーム損失による機器の放射化の増加がビーム強度を制限してしまう。その効果によるエミッタンスの増大の起源を同定するため、J-PARCリニアックをモデルとしたビームシミュレーションを実行した。その結果、空間電荷力の非線形力がビーム分布の歪みとエミッタンスの増大を引き起こしていることを確認した。そこで、空間電荷力の非線形成分と同様にビームに非線形力を与える多極電磁石を用いることによってエミッタンスの増大を抑制する手法を新たに考案し、シミュレーション上でその手法を検証した。J-PARCリニアック上流部のビーム輸送ラインに八極電磁石を導入した場合、エミッタンスの増大を2割程度抑制可能であることを示した。本発表では、多極電磁石を用いた空間電荷効果によるエミッタンス増大の新たな抑制手法について報告する。