量子工学試験施設 加速器設備 設計根拠書

武井 早憲; 江本 隆; 檜山 徹*; 小又 智輝*; 加藤 裕子*; 久保田 昌宏*

JNC TN9410 99-012, 191 Pages, 1999/07

JNC-TN9410-99-012.pdf:4.15MB

量子工学試験施設に設置された電子線加速器では、核分裂生成物を線により核変換させるのに必要な大電流電子ビームを効率良く安定に加速するための要素技術を開発している。本加速器は、昭和63年の概念設計から始まり、数多くのR&Dを経て、平成11年1月より最大許可出力2kWで運転を開始した。今後は、定格出力200kWを目指して性能確認試験を行う予定であるが、試験を進めるに当たり、量子工学試験施設及び加速器を構成する、基本となる条件を整理し、理解することは重要となる。このため、本報告書はその設計根拠を示したものである。本報告書は、以下の設備について、設計の前提条件及び設計で決められた事項を表形式でまとめた。(1)電子銃、加速系、ビームダンプ、クライストロン、クライストロン電源、計測・制御系(2)冷却設備、空気処理設備、放射線管理設備(3)建家設備なお、本報告書は設備が完成した平成9年3月における設計根拠を記載したものであるが、冷却設備など一部の設備については最新のものを記載した。

大電力クライストロンの開発,2; パルスモードの開発

平野 耕一郎; 江本 隆; 王 元林; 佐藤 勇

PNC TN9410 98-068, 38 Pages, 1998/06

PNC-TN9410-98-068.pdf:0.92MB

開発中の大電流CW電子線形加速器では、10MeVの電子線を加速するために周波数1.249135(GHz)、強度1.2(MW)、出力電力効率65%の大電力RF(Radio Frequency:高周波)を連続波(以下、「CW」と言う。)で発生させることが必要とされている。そのため、平成8年度までにCWクライストロンを製作し、最大出力1040kWを連続的に発生できるクライストロンの開発に成功した。将来的にビームエネルギーを30MeVに増強すれば、加速器を利用した試験研究の適用範囲を広げることが可能であるが、そのためには、クライストロンの出力電力を現状の約4倍に高める必要がある。本報告書では、CWモードにおける性能を損なわせることなく、パルスモード(ビーム電圧147kV、ピーク電力4.2MW、パルス幅100sec、繰り返し50pps)で動作できるクライソトロンを開発するための評価・検討を行った。その結果、電子銃部の開発、ピーク電力4.2MWに耐える出力窓の開発及び反射体を利用した出力空洞Q・値を変化させる方法の開発を行うとともに、高周波出力試験(ビーム電圧147kV、カソード電流56.5A)において最大出力電力3.55MW、出力電力効率42%が得られた。また、この試験条件で、反射体を置いた設計位置で最大出力電力が得られ、逆行電子による出力電力の不安定現象は観測されなかった。今後は、出力効率の向上を図るため反射体を用いた出力空洞のQl値の最適化を行う予定である。

大強度陽電子源の開発(II) - 収束系への超伝導コイルの適応性評価 -

武井 早憲; 谷本 育律*; 大沢 哲*; 細山 謙二*; 江本 隆; 榎本 収志*; 紙谷 拓哉*

PNC TN9410 98-053, 43 Pages, 1998/04

PNC-TN9410-98-053.pdf:3.62MB

事業団では、大電流電子線形加速器の利用技術の一環として、単色ガンマ線源、自由電子レーザー、大強度陽電子源などを検討している。本報告書は、大強度陽電子線源を開発するために、陽電子ビームを効率良く収束する装置への超伝導コイルの適応性を評価した。超伝導コイルを用いた場合の陽電子強度を常伝導コイルの場合と比較したところ、強度が2倍以上になることがわかった。さらに、ソレノイドコイルとして超伝導コイルの特性を調べるため、小型コイルを製作し、定格電流まで励磁する試験を実施した。中心軸上の最大磁場強度を測定した結果、設計値である5.6Tを達成した。従って、陽電子ビームを収束する装置に超伝導コイルを用いた場合、収束コイルとして機能することを確認した。

Injector commissioning of the PNC high power CW electron Linac

江本 隆; 中山 元林; 遠山 伸一; 野村 昌弘; 武井 早憲; 平野 耕一郎

Journal of Pressure Vessel Technology, -(-), - Pages, 1998/00

動燃事業団では、核種分離・消滅処理研究の一環として、大電流電子加速器を用いて高レベル放射性廃棄物中に含まれる長寿命核分裂生成物を消滅する可能性を研究している。電子加速器を用いて発生させたガンマ線による消滅処理は、廃棄物の二次的な放射化が少ないこと、広範な加速器技術を利用できることという利点がある。以上のことを念頭に置いて、将来の消滅処理システムで必要となる加速器の大電流化技術を開発することを目的として、当面の目標をエネルギー10MeV,最大電流100mA、パレス幅4ms、繰り返し50Hzに設定し大電流電子線形加速器の開発を推進している。大電流電子線形加速器の前段部分となる、入射部の試験では、進行波加速管にビーム電流100mAのビーム負荷を加えることができた。またパルス幅が3msという長い電子ビームを安定に加速することに成功した。平成9年3月に、残りの設備を設置し、各設備の調整を経て平成9年度末から

大電流電子線形加速器の開発;設計概要・入射部試験

江本 隆; 王 元林; 遠山 伸一; 野村 昌弘; 武井 早憲; 平野 耕一郎; 山崎 良雄; 大村 明子; 谷本 育律*; 谷 賢

PNC TN9410 98-010, 51 Pages, 1997/12

PNC-TN9410-98-010.pdf:1.42MB

動力炉・核燃料開発事業団では、核種分離・消滅処理研究の一環として、大電流電子加速器を用いて高レベル放射性廃棄物中に含まれる長寿命核分裂生成物を消滅する可能性を研究している。電子加速器を用いて発生させた線による消滅処理は、廃棄物の二次的な放射化が少ないこと、広範な加速器技術を利用できることという利点がある。以上のことを念頭に置いて、将来の消滅処理システムで必要となる加速器の大電流化技術を開発することを目的として、当面の目標をエネルギー10MeV、最大電流100mA、パルス幅4ms、繰り返し50Hzに設定し大電流電子線形加速器の開発を推進している。大電流電子線形加速器の前段部分となる、入射部の試験では、進行波加速管にビーム電流100mAのビーム負荷を加えることができた。またパルス幅が3msという長い電子ビームを安定に加速することに成功した。平成9年3月に、残りの設備を設置し、各設備の調整を経て平成9年度末から全加速器の運転試験を実施する予定である。

大電力クライストロンの開発,1; 試作クライストロンの改造

平野 耕一郎; 江本 隆; 王 元林; 榎本 收志; 佐藤 勇

PNC TN9410 96-071, 32 Pages, 1996/03

PNC-TN9410-96-071.pdf:1.11MB

[目的] 開発中の大電力CW電子線形加速器では、電子線加速のための周波数1.249135(GHz)、強度1.2(MW)の大電力RF(Radio Frequency:高周波)が必要となり、これを発生させるためのクライストロンの開発も進めている。この開発では、平成3年度にCWモードにおいて出力電力330kW、パルスモード(パルス幅50msec、繰り返し1sec)においてピーク出力電力780kWで動作するクライストロンの開発を行った。平成4年度にロング窓の設計及び製作を行い、この窓の耐電力試験を実施し、1.7MW(CW)に耐えることを確認した。今回はこれに続いて、試作クライストロンの出力窓をロング窓と交換し、高出力試験を実施して窓の耐電力を再度確認し、今後の大電力化に向けた設計方針を検討する目的で試験を行った。[方法] 耐電力試験を実施したロング窓と試作クライストロンの出力窓とを交換し、改造したクライストロンの高周波出力試験を実施した。改造クライストロンの出力効率とロング窓上昇温度を測定した。[結果] 改造クライストロンはビーム電圧85kV、出力効率46%で最大出力電力885KW(CW)が得られた。また、この時のロング窓上昇温度は36Cであった。出力効率の向上を図るため、高周波相互作用部及び電子軌道の再検討を行った。検討結果を反映した条件で出力効率の計算を精度の高いコードを使用して行った結果、出力効率70%が得られることが分かった。[結論-改造クライストロンのロング窓は目標出力電力に充分耐えられることがわかった。現状の出力効率は低いが出力効率の向上を図ることによって、目標とする大電力を達成する見通しが得られた。今後は、再検討結果を反映したクライストロンを製作し出力試験を行う予定である。

Status of the PNC high power electron accelerator

江本 隆; 中山 元林; 遠山 伸一; 野村 昌弘; 武井 早憲; 平野 耕一郎

NEA P&T国際会議, 0 Pages, 1996/00

動燃事業団では、将来、放射性廃棄物の消減処理を行う可能性を探る研究を行っている。消減処理に対していくつかの方法が提案されているが、電子線加速器を用いると、二次的な放射化が少ないことや、広範な加速器技術を利用することができる。現在開発中のエネルギー10MeV進行波還流型大電子線形加速器の前段部分を設置し、入射部試験を実施している。これまでに、進行波還流型加速管にビーム電流100mAのビーム負荷を加えることができた。またパルス幅が1msecという長い電子ビームを安定に加速することができた。今後、残りの加速管6本を平成8年度までに設置し、平成9年度から全加速器の運転試験を開始する予定である。

加速器利用検討会報告書

江本 隆; 鳥居 建男; 武井 早憲

PNC TN9420 95-004, 181 Pages, 1994/12

PNC-TN9420-95-004.pdf:6.06MB

原子炉の使用済燃料を再処理する際に発生する高レベル放射性廃棄物の中には、長寿命の放射性物質が含まれている。長寿命の放射性廃棄物はTRUとFPに大別されるが、この中でもFPは比較的生成量が多いにもかかわらず、中性子の断面積が小さい核種が含まれるため、原子炉単独で消滅処理を行うことが困難である。このため、原子炉以外の核変換装置として加速器の利用が考えられている。加速器を用いて消滅処理を行うためには、従来の研究用・工業用加速器に比べて、はるかに大出力かつ連続的なビームが必要となる。そこで、動燃事業団では、大強度ビーム加速を目的とした要素開発試験として、10MeV-20mAの大強度CW(連続波)電子線形加速器の開発を行っている。この加速器(以下、PNC加速器という)は、世界でも類例を見ないビーム強度等の特徴を有しているため、本来の研究目的の他にも、様々な利用が考えられる。本来目的以外の利用法について、その可能性を検討するため、大洗工学センター内に「加速器利用検討会」を設け、調査を行った。本報告書は、種々の報告と議論などの概要を取りまとめたものである。

The Concept of Parallel Input/Output Processing for an Electron Linac

江本 隆

PNC TN9410 93-148, 21 Pages, 1993/06

PNC-TN9410-93-148.pdf:0.6MB

動力炉・核燃料開発事業団の10MeVCW電子線形加速器に関する計測系及び制御系について述べる。電子線形加速器に関する新しい概念である並列入出力処理計算機について紹介する。それは数多くの入出力処理計算機(Input Output Processor)を用いて電子ビームの制御と診断を行うものである。このような手法を用いることにより,ハードウエア/ソフトウエアの簡略化と柔軟性が大きな利点となる。

大電流CW電子線形加速器の要素開発(IV) -加速管クライストロン窓大電力RF試験速報-

遠山 伸一; 江本 隆; 平野 耕一郎; 尾下 博教; 野村 昌弘; 武井 早憲; 高橋 伸友

PNC TN9430 93-002, 43 Pages, 1993/01

PNC-TN9430-93-002.pdf:1.44MB

標記加速器の開発のための主要機器の加速管、クライストロンなどの設計研究及び試作を行い、これら試作機器の大電力RFでの性能評価試験を行った。すでに試作したクライストロンを大電力RF源として、クライストロン、加速管及びクライストロン用RF出力窓の試験体系を構築し、評価試験を行った。1)加速管では、目標の800kWまでのRF電力を安定に印加することができ、ビーム無負荷での目的をほぼ達成した、2)クライストロン出力窓では、目標以上の最大1.7MW、Lバンドでは世界最大級の大電力に耐える窓の開発に成功した、などを報告した。