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荻原 徳男; 引地 裕輔; 滑川 裕矢; 神谷 潤一郎; 金正 倫計; 畑中 吉治*; 嶋 達志*; 福田 光宏*
Proceedings of 7th International Particle Accelerator Conference (IPAC '16) (Internet), p.2102 - 2104, 2016/06
We are developing a dense gas-sheet target to realize a non-destructive and fast-response beam profile monitor for 3 GeV rapid cycling synchrotron (RCS) in the J-PARC. This time, to demonstrate the function of the gas sheet for measuring the 2 dimensional profiles of the accelerated beams, the following experiments were carried out: (1) The gas sheet with a thickness of 1.5 mm and the density of 2
10
Pa was generated by the combination of the deep slit and the thin slit. Here, the gas sheet was produced by the deep slit, and the shape of the sheet was improved by the thin slit. (2) For the electron beam of 30 keV with a diameter greater than 0.35 mm, the position and the two-dimensional profiles were well measured using the gas sheet. (3) Then the profiles of the 400 MeV proton beam with a current of 1 
A was well measured, too.
宮脇 信正; 福田 光宏*; 倉島 俊; 柏木 啓次; 奥村 進
Proceedings of 12th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.706 - 708, 2015/09
サイクロトロンのビームエネルギー幅を狭くすることは、ビーム引出し効率の改善やマイクロビーム等のビーム応用に必要である。一般にサイクロトロンでは、ビームの位相幅を狭くすることでビームのエネルギー幅を狭くでき、そのためには位相制限スリットによるビーム位相幅の制限が有効である。そこで、幾何軌道解析モデルを構築してビーム位相幅の制限に必要な半径方向のビーム位置と位相の関係を定式化した。このモデルの正しさを実証するため、JAEA AVFサイクロトロンにおいて、位相制限スリットの半径方向の位置と通過したビームの位相分布の関係を測定し、モデル計算の結果と比較した結果、両者はほぼ一致した。これにより、加速ハーモニックス(
)1ではスリット位置に依存してビーム位相とその幅が変化するが、=2では最初の加速の位相差による電圧差でビーム位相幅が圧縮する位相バンチング効果が生じてスリット位置の変化に伴うビームの位相とその幅の変化が小さくなることが分かった。ビーム位相幅を狭くするためには、毎に位相制限スリットの半径方向の位置とビーム位相分布の関係に基づいてスリット位置を変更する必要があることが判明した。
倉島 俊; 宮脇 信正; 柏木 啓次; 福田 光宏*
Proceedings of 13th International Conference on Heavy Ion Accelerator Technology (HIAT 2015) (Internet), 3 Pages, 2015/09
TIARAサイクロトロンでは、イオン種の短時間切換を目的としてカクテルビーム加速技術を開発し、半導体の耐放射線評価試験などに利用している。この技術では、電荷質量比(M/Q)のほぼ等しい複数のイオン種を同時に入射し、サイクロトロンの高いM/Q分解能
(M/Q)/
(M/Q)を利用して単一のイオン種のみを取り出す。今回、カクテルビーム加速技術とビームチョピング技術を組み合わせM/Q分解能を向上させた。これまでサイクロトロンで分離できなかった複数のイオン種について、入射ビームラインのパルス電圧型ビームチョッパーを用いて約1RF周期のパルスビームを入射した場合、加速周波数と回転周波数が同期したイオン種がまず最初に取り出され、取り出し対象外の不純物イオン種はエネルギーゲインが低いために遅れて取り出される。サイクロトロン後段のビームチョッパーを高周波数の正弦波電圧型から低周波数のパルス電圧型に置換え、遅れて取り出される不純物イオンを取り除くことにより対象とするイオン種のみを分離することに成功した。現在までに
Ar
と
Ar
の分離に成功しており、M/Q分解能はこれまでの3,300から25,000へと大幅に向上した。
宮脇 信正; 倉島 俊; 柏木 啓次; 奥村 進; 福田 光宏*
Proceedings of 13th International Conference on Heavy Ion Accelerator Technology (HIAT 2015) (Internet), 3 Pages, 2015/09
Phase bunching in the central region of the JAEA AVF cyclotron for heavy ion acceleration in the third-harmonic mode (
= 3) was studied using both calculation with a simplified geometric trajectory model and measurement of an internal beam phase distribution. The phase bunching for = 3 was compared with that for = 2, where the geometric condition of the central region differs from that for the former. The result of measurement shows that the phase bunching for = 3 was equivalent to that for = 2 when a beam buncher was not used before the acceleration. When the beam buncher was active, however, the phase width for = 3 was larger than that for = 2. The analyses using both the calculation and the measurement indicates that, in order to enhance the phase bunching for = 3, it is necessary to modify the geometric condition of the central region and to increase the ratio of a peak dee-voltage to an extraction voltage of an ion source, which is one of the parameters determining the phase bunching performance.
倉島 俊; 宮脇 信正; 柏木 啓次; 奥村 進; 田口 光正; 福田 光宏*
Review of Scientific Instruments, 86(7), p.073311_1 - 073311_8, 2015/07
被引用回数：13 パーセンタイル：51.15(Instruments & Instrumentation)2台のビームチョッパーを用いた原子力機構TIARAのサイクロトロンのシングルパルスビーム形成技術について、ビームの高品位化や高強度化を目的とした改良を実施した。具体的には、マルチターン取り出しに起因する不要ビームパルスを減らすために、ビーム位相幅制御や加速位相を高精度に制御する技術を導入するとともに、正弦波電圧型と鋸歯状波電圧型のビームバンチャーを組み合わせて使用することで、シングルパルスビームの強度を2倍以上に増強することに成功した。その結果、高強度のメインビームパルス以外の不要ビームパルスの混入による質の低下は0.1%以下に抑制され、TIARAサイクロトロンの110
の非常に高い磁場安定度と相俟ってこれまでは実現できなかったユーザへの長時間のシングルパルスビーム提供が可能になった。このシングルパルスビームの実用化は、シンチレータの時間プロファイルの解明や中性子の飛行時間計測など、各種実験の精度を向上することに貢献している。
神谷 潤一郎; 引地 裕輔; 金正 倫計; 荻原 徳男; 福田 光宏*; 濱谷 紀彰*; 畑中 吉治*; 鎌倉 恵太*; 高久 圭二*
Journal of Vacuum Science and Technology A, 33(3), p.031605_1 - 031605_8, 2015/05
被引用回数：5 パーセンタイル：22.94(Materials Science, Coatings & Films)高エネルギー粒子加速器や核融合装置における真空装置の特徴の一つはそれらが放射線環境下におかれるということである。これまで低放射化材料として、アルミ合金、純チタン材等が用いられてきた。それらは低放射化材料であるとともに真空特性も良好である。しかし両者とも機械強度は一般のステンレス鋼に対して劣る。そのためより機械強度の高い材料について低放射化真空材料としての可能性を調査することは有意義である。我々は低放射化真空材料としてチタン合金Ti-6Al-4Vを調査することとした。Ti-6Al-4Vはすぐれた機械強度をもつ材料であり、純チタンの利点であった低放射能や低ガス放出率が期待できる。我々は低放射化材料をJ-PARC RCSの真空装置に適用することを想定していることから、中間エネルギー(400MeV)の陽子ビームを照射しその残留線量を測定した。結果、Ti-6Al-4Vは純チタンにと同等な低放射化特性を示していることが分かった。さらに放出ガス速度も十分低く、真空材料としても適していることが分かった。本発表においてはそれらの結果をまとめて報告する。
宮脇 信正; 福田 光宏*; 倉島 俊; 柏木 啓次; 奥村 進; 荒川 和夫*; 神谷 富裕
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 767, p.372 - 378, 2014/12
被引用回数：3 パーセンタイル：27.01(Instruments & Instrumentation)A new technique was developed for evaluating the phase bunching performance in the central region of a cyclotron. The performance in the JAEA AVF cyclotron was evaluated by measurements of the internal beam phase distribution with the beam buncher phase. The developed phase distribution measurement system for the internal beam comprised of a newly-developed radial probe with a plastic scintillator and the signal-processing modules. The small plastic scintillator with 6-mm width and 5-mm height had sufficiently high time resolution of 45 ps full-width at half-maximum for evaluating the phase bunching performance. The internal beam phase width was compressed to less than a half of the injected beam phase width in the acceleration harmonic number = 2 for a 260-MeV 
Ne
beam, and the phase bunching effect was observed. On the other hand, the internal beam phase width was larger than the injected beam phase width in = 1 for a 107-MeV 
He
beam and no evidence of the phase bunching effect was observed. These results were consistent with the calculation result of the theoretical geometric trajectory analysis.
宮脇 信正; 福田 光宏*; 倉島 俊; 柏木 啓次; 奥村 進; 荒川 和夫*; 神谷 富裕
Proceedings of 11th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1179 - 1181, 2014/10
JAEA AVFサイクロトロンの中心領域の位相バンチング効果(数RF度の加速位相幅内にビームを縮小する効果)の大きさを調べるために開発したビーム位相分布測定システムの性能評価を目的として、その時間分解能を調べた。本測定システムはイオンビームをプラスチックシンチレーターで検出して、その発光の時間分布からビーム位相を導出するため、分解能にはビームそのものの時間的空間的広がりの影響が含まれる。そこで、パルスレーザーを用いてビームによるシンチレーション光を模擬し、また、シンチレーター中の光路差による時間差を計算により求め、システム固有の分解能を求めた。具体的には、長さ6mmのシンチレーター先端の軸方向からレーザーを入射し、その出力信号とレーザーのトリガー信号の時間差を測定した。その結果、本システムの時間分解能は44.3psFWHM以下であった。これは、最高加速周波数22MHzの1RF度に相当する126psより小さいため、必要性能を満たすことを確認した。また、光ケーブル内の光路差による分解能への影響を評価するため、レーザーの入射角を軸に対して数度ずらした測定を行った。その結果、光路差によって時間差の幅が最大1.5倍になることから、光路差を減少させるため光ケーブルと同径のシンチレーターの使用が適切であることがわかった。
宮脇 信正; 福田 光宏*; 倉島 俊; 柏木 啓次; 奥村 進; 荒川 和夫*; 神谷 富裕
Proceedings of 10th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.500 - 502, 2014/06
サイクロトロンの初期ビーム加速における位相バンチングの発生条件を明らかにすることを目的に、一様磁場中の荷電粒子の軌道から生じる位相差を導出する計算手法を構築した。この手法を用いて位相バンチングについて解析した結果、位相バンチングの強弱は、ディー電極の開き角、第1加速ギャップから第2加速ギャップの間の開き角、加速ハーモニック数(H)、加速電圧のピーク値とイオン源の引出し電圧の比の4つのパラメーターの組合せで変化することを明らかにした。JAEA AVFサイクロトロンにおけるこれら4つのパラメーターを用いて位相バンチングの計算を行った結果、計算値と測定値がよく一致したことから、構築した手法の妥当性が裏付けられた。
宮脇 信正; 柏木 啓次; 倉島 俊; 奥村 進; 福田 光宏*
Proceedings of 20th International Conference on Cyclotrons and their Applications (CYCLOTRONS 2013) (Internet), p.350 - 352, 2014/03
Phase bunching generated in the central region of an AVF cyclotron was analysed by a simplified geometric trajectory model for particles travelling from the first to the second acceleration gap. At the JAEA AVF cyclotron, phase bunching was realized for the acceleration harmonic number (h) 2 and 3. The geometric conditions of phase bunching for h = 1 were unrealistic for the case of the JAEA AVF cyclotron with an 86 degree dee electrode. The phase difference at the second acceleration gap for an initial particle phase width of 40 RF degrees, estimated by the geometric trajectory analysis, was reduced to 8.9 RF degrees for h = 2 and 27.7 RF degrees for h = 3, but expanded to 43.7 RF degrees for h = 1. The reduction of the phase width was consistent with the results obtained by orbit simulations. The practical phase bunching was demonstrated by the phase width measurement for an internal beam of the JAEA AVF cyclotron.
宮脇 信正; 福田 光宏*; 倉島 俊; 柏木 啓次; 奥村 進; 荒川 和夫*; 神谷 富裕
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 715, p.126 - 131, 2013/07
被引用回数：2 パーセンタイル：19.73(Instruments & Instrumentation)一般的なサイクロトロン中心領域における第1から第2加速ギャップまでの単純化した荷電粒子の幾何軌道解析によって、位相バンチングが最も効果的に起きる条件を次の(1)から(4)のように定量的に明らかにし、この妥当性をJAEA AVFサイクロトロンの軌道シミュレーションによって評価した。(1)第1加速ギャップへの入射粒子の位相差が第2加速ギャップで縮小する位相バンチングは、加速ハーモニックス、ディー電極の開き角
、第1から第2加速ギャップまでの開き角
、サイクロトロンのピーク加速電圧とイオン源の引出し電圧の比
の4つのパラメーターの組合せに依存する。(2)位相バンチングに対するの最適値は、90
/+/2 
180/+/2とsin 
0であるとの間の関係によって制限される。(3)2 
4の場合に40RF度の初期位相差に対して、第2加速ギャップでの位相差を最小化できる。(4)サイクロトロン中心から粒子の入射位置を通る直線に対する第1加速ギャップの傾きは、第2加速ギャップに到達する粒子のRF位相に寄与するが、位相バンチングにほとんど影響しない。これらは、JAEA AVFサイクロトロンに対する軌道シミュレーションの結果と良く一致し、本解析の妥当性が確認できた。
倉島 俊; 奥村 進; 宮脇 信正; 柏木 啓次; 佐藤 隆博; 神谷 富裕; 福田 光宏*; 横田 渉
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 306, p.40 - 43, 2013/07
被引用回数：2 パーセンタイル：19.73(Instruments & Instrumentation)TIARAのサイクロトロンでは、重イオンを用いたマイクロビーム照射実験が行われる。マイクロビーム形成装置として、集束方式とコリメーション方式によるものが備わっており、調整が比較的容易な後者については、炭素,ネオンやアルゴンなど一連のイオンビームを用いた細胞照射実験が頻繁に行われている。サイクロトロンの調整には3時間を要するが、一回の照射実験は1.5から3時間程度と短い。スケジュール管理によりサイクロトロン調整時間を削減しているが、それにも限界がある。カクテルビーム加速により調整時間を減らすことに成功したが、同一の質量電荷比(M/Q)を持つイオン以外へは切換できない。そこで、マイクロビーム照射で使われる重イオンビームを短時間で切り換えるために、スケーリング手法を新たに導入した。この手法は、イオンのM/Qが異なる場合でもビームの磁気剛性が一定になるように調整することで同一のレンズパラメータによりビームの輸送を可能にする。サイクロトロン本体ではイオン種ごとに磁場分布の再形成が必要となるが、ビーム位相自動計測システムを開発して調整時間を短縮した。炭素220MeVを基準ビームとしてスケーリング法による加速実験を行い、ネオン255MeV, 335MeV及びアルゴン440MeVビームへそれぞれ20分程度の調整時間で切り換えることに成功した。
神谷 潤一郎; 荻原 徳男; 金正 倫計; 鎌倉 恵太*; 濱谷 紀彰*; 畑中 吉治*; 福田 光宏*; 高久 圭二*
Journal of the Vacuum Society of Japan, 56(5), p.167 - 171, 2013/05
高エネルギー粒子加速器や核融合装置における真空装置の特徴の一つはそれらが放射線環境下におかれるということである。これまで低放射化材料として、アルミ合金,純チタン材等が用いられてきた。それらは低放射材料であるとともに真空特性も良好である。しかし両者とも機械強度は一般のステンレス鋼に対して劣る。そのためより機械強度の高い材料について低放射化真空材料としての可能性を調査することは有意義である。われわれは低放射化真空材料としてチタン合金Ti-6Al-4Vを調査することとした。Ti-6Al-4Vは優れた機械強度を持つ材料であり、純チタンの利点であった低放射能や低ガス放出率が期待できる。われわれは低放射化材料をJ-PARC RCSの真空装置に適用することを想定していることから、中間エネルギー陽子ビームを照射しその残留線量を測定した。結果、Ti-6Al-4Vは純チタンと同等な放射化特性を示していることがわかった。本講演ではTi-6Al-4Vの真空特性も合わせて、低放射化真空材料としての可能性について述べる。
奥村 進; 宮脇 信正; 湯山 貴裕; 石坂 知久; 倉島 俊; 柏木 啓次; 吉田 健一; 石堀 郁夫; 百合 庸介; 奈良 孝幸; et al.
Proceedings of 8th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.374 - 376, 2011/12
原子力機構AVFサイクロトロンでは、材料・バイオ研究利用が主流のため、同じビームでの照射時間が数時間程度と短く、ビーム切換時間の占める割合が大きい。マシンの利用効率を向上するために、高頻度で実施されるビーム切換の時間短縮を目指している。ビーム切換では、毎回再立ち上げを行うサイクロトロン磁場形成に最も時間を費やしている。そこで、短時間でサイクロトロンの磁場形成を可能とする技術開発を行っている。磁場立ち上げ直後に発生する磁場の過渡的変動を抑制し、安定な磁場を迅速に形成するために、磁場補正システムの構築を行った。すなわち、主コイルの外周に沿って5ターン分巻いた補正コイルによって主磁場の微調整を行う。磁極間に設置されたNMR磁場計測プローブによって得られた磁場計測値に基づいて、PID制御による磁場制御を行い、短時間で設定磁場に収束できることを確認した。
神谷 富裕; 高野 勝昌; 佐藤 隆博; 石井 保行; 西川 宏之*; 関 修平*; 杉本 雅樹; 奥村 進; 福田 光宏*
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 269(20), p.2184 - 2188, 2011/10
被引用回数：15 パーセンタイル：73.97(Instruments & Instrumentation)In order to meet wide variety of ion beam applications, three different types of ion microbeam systems were developed. These systems have shown the spatial resolutions of less than 1 m and have made it possible to irradiate minute targets or areas with positioning accuracies of less than 1 m. For micro-analyses, an in-air micro-PIXE system was originally developed on the light ion microbeam system. For micro-fabrication, technique of mask-less ion beam lithography was developed on the light-ion microbeam and other systems. Single-ion-hit technique was also realized to study single-event phenomena in semiconductors or biological cells induced by high-energetic heavy particles. On the other hand, the qualities of the beam from accelerators were important, such as stability of the intensity and the energy of the beams. In this paper, the latest progress and a future prospect of them were discussed.
宮脇 信正; 福田 光宏*; 倉島 俊; 奥村 進; 柏木 啓次; 奈良 孝幸; 石堀 郁夫; 吉田 健一; 横田 渉; 中村 義輝*; et al.
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 636(1), p.41 - 47, 2011/04
被引用回数：5 パーセンタイル：38.65(Instruments & Instrumentation)原子力機構AVFサイクロトロンの新中心領域において、インフレクターのRFシールドカバーとプラーの間の第1加速ギャップで生じるディー電圧波形の上昇勾配を用いて位相バンチング効果を初めて達成した。3つの加速ハーモニックモードでスパン角86度の2ディーシステムに対する中心領域での位相バンチング効果の可能性を、粒子軌道の単純な幾何学的な解析と3次元ビーム軌道シミュレーションによって評価した。加速ハーモニックモード2で40RF度の初期位相幅が11RF度まで圧縮することをシミュレーションは示した。旧中心領域で加速ハーモニックモード2で加速された10MeV H
ビームの位相幅7.3RF度FWHMと比較して、同じ加速モードの260MeV Neビームに対して1.5RF度FWHMの位相幅は、バンチング効果によって減少した。
岩元 洋介; 福田 光宏*; 坂本 幸夫; 民井 淳*; 畑中 吉治*; 高久 圭二*; 永山 啓一*; 浅井 弘彰*; 杉本 憲治*; 梨山 勇*
Nuclear Technology, 173(2), p.210 - 217, 2011/02
被引用回数：30 パーセンタイル：89.69(Nuclear Science & Technology)大阪大学核物理研究センター(RCNP)の392MeV陽子による6.5cm厚さのタングステンターゲットでの核破砕反応を利用した30度白色中性子ビームラインが、1MeVから300MeVの中性子エネルギー領域における半導体シングルイベント効果(SEE)の試験を行う場として特徴づけられた。飛行時間法により得られた中性子スペクトルは、宇宙線起因の中性子の地表面におけるエネルギースペクトルとよく似ていること、RCNPの中性子強度は地表面の中性子強度の約1.510
倍であることがわかった。また、300MeV以下の中性子強度とスペクトルは、米国ロスアラモス国立研究所の武器中性子研究施設(WNR)におけるそれとほぼ同じであり、PHITSコードによる中性子強度に関する計算結果はファクター2以内で一致した。RCNPのパルスあたりの中性子密度は、WNRのそれの約500倍ほど小さいが、シングルイベントの一時電流のパイルアップ確率や多重ビット反転の失敗を減少させることができることから、RCNPの中性子ビームは、SEEテストに関して実用的な時間枠の中で意義のある結果を得るのに適している。
宮脇 信正; 奥村 進; 湯山 貴裕; 石坂 知久; 倉島 俊; 柏木 啓次; 吉田 健一; 石堀 郁夫; 百合 庸介; 奈良 孝幸; et al.
Proceedings of 7th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (DVD-ROM), p.975 - 978, 2010/08
原子力機構AVFサイクロトロンでは、材料・バイオ研究利用が主流であるため、同じビームでの照射時間が短く、ビーム切換が高頻度のため、ビーム切換時間、つまりサイクロトロンの運転条件変更時間の占める割合が大きい。マシンの利用効率を向上するために、このビーム切換時間の短縮を目指しているが、この時間の大半は、磁場の立ち上げに費やされている。減衰振動型励磁方法を用いた迅速な主磁場立ち上げを行うことで、従来よりも短時間で磁場を立ち上げることが可能となった。
石山 敦士*; 植田 浩史*; 福田 光宏*; 畑中 吉治*; 宮原 信幸*; 横田 渉; 鹿島 直二*; 長屋 重夫*
電気学会研究会資料,超電導応用電力機器研究会(ASC-10-33), p.83 - 88, 2010/06
陽子線や重粒子線(炭素線)によるがん治療は、高齢者や難治がんに有効であることがその実績から明らかになっている。このため粒子線によるがん治療のさらなる普及が望まれているが、主要装置である加速器が大型で建設費や運転費が高額であることが普及の障害となっている。本発表では、小型化,省電力化が可能なことから次世代型がん治療用加速器として有望な超電導サイクロトロンの開発の概要を報告する。
坂中 章悟*; 明本 光生*; 青戸 智浩*; 荒川 大*; 浅岡 聖二*; 榎本 収志*; 福田 茂樹*; 古川 和朗*; 古屋 貴章*; 芳賀 開一*; et al.
Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.2338 - 2340, 2010/05
日本においてERL型放射光源を共同研究チームで提案している。電子銃,超伝導加速空洞などの要素技術開発を進めている。また、ERL技術の実証のためのコンパクトERLの建設も進めている。これら日本におけるERL技術開発の現状について報告する。
