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山本 風海; 金正 倫計; 林 直樹; Saha, P. K.; 田村 文彦; 山本 昌亘; 谷 教夫; 高柳 智弘; 神谷 潤一郎; 菖蒲田 義博; et al.
Journal of Nuclear Science and Technology, 59(9), p.1174 - 1205, 2022/09
被引用回数：6 パーセンタイル：84.97(Nuclear Science & Technology)J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)は、最大1MWの大強度ビームを25Hzという早い繰り返しで中性子実験及び下流の主リングシンクロトロンに供給することを目的に設計された。2007年の加速器調整運転開始以降、RCSではビーム試験を通じて加速器の設計性能が満たされているかの確認を進め、必要に応じてより安定に運転するための改善を行ってきた。その結果として、近年RCSは1MWのビーム出力で連続運転を行うことが可能となり、共用運転に向けた最後の課題の抽出と対策の検討が進められている。本論文ではRCSの設計方針と実際の性能、および改善点について議論する。
林 直樹; 畠山 衆一郎; 福田 真平*
Proceedings of 18th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.679 - 682, 2021/10
ユーザー利用の加速器において、高い稼働率を実現するためには、原因の単純な電磁石や加速空洞電源のインターロック以外に、複合的な発報事象についても詳しく理解する必要がある。J-PARCでは、単に1次的なインターロック情報だけでなく、ビーム診断系で記録された発報事象以前を含むデータより、丁寧な事象再構成を行い、原因をより的確に、明らかにする取り組みを行っている。今回新たにRCSロスモニタのより詳しい波形情報、MLFとMRの同時運転時の状況などを踏まえた解析を進めた。同時運転時の特有のビーム行き先切り替え時の問題、イオン源放電時の影響、RCS出射キッカーに係る事象等を紹介する。
藤本 望*; 福田 航大*; 本多 友貴*; 栃尾 大輔; Ho, H. Q.; 長住 達; 石井 俊晃; 濱本 真平; 中野 優美*; 石塚 悦男
JAEA-Technology 2021-008, 23 Pages, 2021/06
JAEA-Technology-2021-008.pdf:2.62MB
SRACコードシステムを用いて可燃性毒物棒周辺のメッシュ分割がHTTR炉心の燃焼計算に与える影響を調べた。この結果、可燃性毒物棒内部のメッシュ分割は燃焼計算に大きな影響を与えないこと、実効増倍率は可燃性毒物棒周辺の黒鉛領域をメッシュ分割することで従来計算より測定値に近い値が得られることが明らかとなった。これにより、HTTR炉心の燃焼挙動をより適切に評価するには、可燃性毒物棒周辺黒鉛領域のメッシュ分割が重要になることが明らかとなった。
大井 元貴; 明午 伸一郎; 圷 敦*; 川崎 智之; 西川 雅章*; 福田 真平
Proceedings of 12th International Topical Meeting on Nuclear Applications of Accelerators (AccApp '15), p.89 - 96, 2016/00
J-PARCでは、3GeV, 1MWの陽子ビームを3GeV陽子ビーム輸送施設(3NBT)を経由して核破砕中性子源施設に輸送する。J-PARCのような大出力の加速器施設では、僅かなビームロスであっても、重大な故障に発展する可能性があるため、小さな異常の段階で迅速に検知するためのシステムが必要であり、EPICSとCSS(Control System Studio)を用いた監視制御システムを開発した。これにより、モニタデータを複合的に評価する環境を構築した。また、ビーム調整を効率よく行うためにSADコードを用いた制御システムを開発し、数ショットのビームで容易にビーム診断および調整を可能にし、ビーム電流密度の平坦化を目的として導入された8極電磁石に起因する非線形ビーム光学への対応も行った。これらのビーム輸送系の制御改良により、ビーム調整の手順が簡略化し数クリックで軌道調整が可能になり、また、習熟度の低いオペレータでも容易に軌道調整が可能になった。
明午 伸一郎; 大井 元貴; 池崎 清美*; 川崎 智之; 木下 秀孝; 圷 敦*; 西川 雅章*; 福田 真平
Proceedings of 12th International Topical Meeting on Nuclear Applications of Accelerators (AccApp '15), p.255 - 260, 2016/00
At the J-PARC, spallation neutron and muon sources has built at placed at the MLF by using 3-GeVproton beam. By the result of post irradiation examination of the mercury target vessel, damage was found on the surface of the vessel due to the pitting erosion caused by the proton beam. Since the pitting erosion is known to be proportional to the 4th power of the beam current density, peak current density should be kept as low as possible so that beam-flattening system by nonlinear beam optics using octupole magnets was developed. For efficiently beam tuning, a tool was developed by using SAD code system. By the result of the beam study, the peak current density at the target can be reduced by 30% with the present nonlinear optics.
近藤 恭弘; 森下 卓俊; 山崎 宰春; 堀 利彦; 澤邊 祐希; 千代 悦司; 福田 真平; 長谷川 和男; 平野 耕一郎; 菊澤 信宏; et al.
Physical Review Special Topics; Accelerators and Beams, 17(12), p.120101_1 - 120101_8, 2014/12
被引用回数：6 パーセンタイル：42.9(Physics, Nuclear)J-PARCのビーム電流増強用の新しいRFQ(RFQ III)のビーム試験を行った。まず、RFQ IIIのコンディショニングが行われ、20時間のコンディショニング後に、400kW、デューティーファクター1.5%の非常に安定なRF入力を達成した。次に、加速器トンネルに設置する前にオフラインのビームテストを行った。50mA負水素ビームの透過率、エミッタンス、エネルギー分散を測定し、シミュレーションと比較した。実験結果とシミュレーションは良い一致を示し、RFQ IIIが設計通りの性能を発揮していることが示された。
澤邊 祐希; 伊藤 雄一; 川瀬 雅人; 福田 真平; 鈴木 隆洋*; 菊澤 信宏; 大内 伸夫
Proceedings of 11th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.748 - 751, 2014/10
J-PARC LINACでは、大強度ビーム達成に向け、セシウム添加高周波駆動負水素イオン源(RFイオン源)、及び50mA対応RFQ III号機への換装が予定されている。そのため、RFイオン源、及びRFQ III号機の共同テストスタンドを構築し、ビーム加速試験を行った。換装を円滑に進めるため、現在のJ-PARC加速器と互換性を考慮した制御系が求められた。しかし、RFイオン源は、現在稼働中の負水素イオン源とはプラズマ点火方法が異なるため、従来とは異なるタイミングパラメータを持ったタイミング信号を準備する必要があった。このため、RFイオン源用に新たなタイミング信号を用いたタイミングシステムを製作し、テストスタンドでのビーム加速試験では、このシステムを用いた。本発表では、RFイオン源、及びRFQ III号機の共同テストスタンドで構成した制御系のうち、主にタイミングシステムについて報告する。
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。
川根 祐輔*; 三浦 昭彦; 宮尾 智章*; 平野 耕一郎; 杉村 高志*; 加藤 裕子; 澤邊 祐希; 福田 真平; 大内 伸夫
Proceedings of 11th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1288 - 1291, 2014/10
J-PARCリニアックでは、ピークビーム電流を50mAへ増強するため、RF駆動イオン源及び50mA用RFQ(RFQIII)の開発を進めており、2014年度夏に換装する予定である。J-PARCリニアック棟に設置したテストスタンドにおいて当該イオン源及びRFQの性能確認試験を実施した。一方、RFQとDTL間のビーム輸送系に関しては、50mA用チョッパ空洞及びスクレーパの開発を進めている。スクレーパ保護のため、スクレーパの温度の上限の監視、照射するビームの粒子数の総量に対するインターロックが必要となる。また、チョッパ空洞の動作監視のため、チョッパ空洞前後のビーム透過率を計測するモニタ及びインターロックを導入する予定である。テストスタンドにおいてスクレーパのビーム照射試験を実施するにあたり、これらのモニタ、インターロックシステムを構築し、動作確認を行った。本発表では、ビーム電流増強用の新しいビームライン用に構築したインターロックシステムについて紹介し、テストスタンドにて使用した結果について報告する。
山本 風海; 川瀬 雅人; 岩間 悠平; 福田 真平; 加藤 裕子; 大内 伸夫; 明午 伸一郎; 大井 元貴; 上窪田 紀彦*
Proceedings of 11th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.771 - 774, 2014/10
J-PARC(Japan Proton Accelerator Research Complex)では、2013年5月に50GeVメインリング(Main Ring, MR)で異常なビーム出力が発生し、ハドロン実験用の放射化した金ターゲットが昇華、施設外へ漏えいするという事故が発生した。この事故を受け、J-PARCの全施設で放射線漏えいの危険性を未然に検知、防ぐため機器異常状態の監視システムを増強した。J-PARC 3GeVシンクロトロン(Rapid Cycling Synchrotron, RCS)では、物質生命科学実験施設(Material and Life science Facility, MLF)水銀ターゲットへの出射ビームの状態異常やトンネル内ガスの放射能濃度を常時監視し検知する、ダンプ温度をインターロックに組み込みダンプ溶解を早期に発見する、リニアックからのビーム電流が設計値を超えた際に即座にビームを停止する、等の改造を行った。本発表ではその詳細について述べる。
福田 真平; 澤邊 祐希; 鈴木 隆洋*; 石山 達也*; 川瀬 雅人*; 伊藤 雄一; 加藤 裕子; 吉位 明伸; 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.1122 - 1125, 2014/06
J-PARC LINACは、2014年にセシウム添加高周波駆動負水素イオン源(RFイオン源)のインストールが予定されている。また、同じく2014年に現在のRFQに替えてRFQ IIIへの換装も予定されている。現在J-PARC LINAC棟にて、RFイオン源とRFQ IIIの共同のテストスタンドを組み、ビーム加速試験を行うべく準備を進めている。J-PARC制御グループでは、これらテストスタンドにもJ-PARC加速器と同等の加速器制御環境が必要であると考え、制御系をデザインした。具体的には、機器を保護するためのMPS(Machine Protection System)の導入や機器を遠隔制御するためのEPICS環境の実装、各加速器構成機器へタイミング信号を送るためのタイミングシステムの構築である。本発表では、テストスタンドにおける制御系の構築について報告する。
鈴木 隆洋; 伊藤 雄一; 石山 達也; 丸田 朋史; 加藤 裕子; 川瀬 雅人; 福田 真平; 澤邊 祐希*; 菊澤 信宏
Proceedings of 8th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.527 - 529, 2011/08
J-PARCのMPSはビーム衝突による放射化を可能な限り低減するために設置された。これにMPSサブシステムを組合せた統合システムにより、機器異常発生時の高速ビーム停止と安定したビームの運転再開を実現している。現在J-PARCではMLFとMRの各施設への共用運転を行っている。共用運転での重要な課題として、各施設の稼働率の向上がある。これまでは、ビーム共用運転中にMRの機器異常にてMPSが発報した場合、その影響がないMLFへのビーム供給も停止していた。そのためMLFへのビーム供給を再開するには、MRの障害が回復されるのを待つか、又は、ビーム行き先モードをMLFのみに変更する必要があった。施設の稼働率向上を考慮した場合、MLFのみに向けたビーム運転を迅速に再開できることが望ましい。そこでわれわれはこの課題に対応するためにMPSサブシステム2を開発した。この機器は、例えば、MRにてMPSが発報した場合、MR行きビームは出射せずに、MLF行きビームのみを出射させることができる。この機能を利用すれば、MLFのみのビーム運転を迅速に再開、又は中断せずに供給し続けることが可能となり、稼働率を向上できる。本発表ではMPSサブシステム2について報告する。
福田 真平; 渡邉 和彦*; 榊 泰直; 高橋 博樹; 川瀬 雅人; 菊澤 信宏
JAEA-Testing 2010-004, 34 Pages, 2011/02
JAEA-Testing-2010-004.pdf:0.81MB
J-PARCにおける加速器構成機器はEPICSを利用し制御される。EPICSは、EPICSレコードと呼ばれるユニークな名前を制御信号に付与し、この名前を使用してデータの収集や機器制御を実現する。EPICSレコード名に求められる条件は、(1)重複したEPICSレコード名ではないこと、(2)信号の内容が容易に想像できるEPICSレコード名であること、以上の2点である。また、J-PARCではEPICSレコードを機器情報管理用のリレーショナルデータベースにより管理するため、機械的な処理が容易に行えるような構造であることも要求される。これらの要件を実現させるため、レコード名称及びレコード構造を規格化することが必要となった。そこで、ユニークで規格化された名称を決定するためのEPICSレコード命名規則を策定した。
澤邊 祐希*; 鈴木 隆洋; 石山 達也; 福田 真平; 菊澤 信宏
Proceedings of 7th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (DVD-ROM), p.680 - 682, 2010/08
J-PARCリニアックは、181MeVの負水素イオンビームを3GeVシンクロトロンへ出射している。この負水素イオンビームを400MeVまで増強するため、平成22年度から平成24年度にかけて、既設のSDTL部の下流側にACSを増設する工事が行われている。それに伴い、J-PARC制御系も整備を進めている。現在は、ACS部制御機器の情報収集を行い、制御試験端末へのEPICS環境の設定、IOC上に実装するEPICSレコードの作成を行い、制御試験を進めている。また、タイミングシステムをACS部に対応させる作業を並行して行っている。本報告では、現状のACS部制御系の開発現状について報告する。
菊澤 信宏; 鈴木 隆洋; 伊藤 雄一; 三浦 昭彦; 福田 真平; 池上 雅紀*; 佐甲 博之; 小林 鉄也; 鈴木 浩幸; 長谷川 和男
Proceedings of 7th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (DVD-ROM), p.677 - 679, 2010/08
J-PARCでは大強度陽子ビームを加速するため、そのビームが加速器構成機器にダメージを与えないよう、MPSが設置されている。MPSは加速器構成機器の表面における熱衝撃を避けるために高速応答性が要求されており、高速かつ確実にビームを停止させる方法としてRFQのRFをOFFにしている。しかし、MPS発報時にRFQの停止/復帰を繰り返すことによってRFQにダメージを与えることが考えられるため、RFチョッパーによる高速ビーム遮断システムの開発を行った。本発表では、これらの結果について報告する。
吉川 博; 鈴木 隆洋; 榊 泰直; 伊藤 雄一; 加藤 裕子; 川瀬 雅人; 佐甲 博之; Shen, G.; 高橋 博樹; 福田 真平; et al.
Proceedings of 24th International Linear Accelerator Conference (LINAC 2008) (CD-ROM), p.52 - 54, 2009/00
J-PARCのLINACは2006年11月から順調に稼働し、2007年1月に所期性能を達成した。その後後段のRCSにビーム供給を開始し、非常に安定な運転を続けている。ここではLINACの制御系について、初期の設計と実際に実現された性能の比較評価を示す。そして大出力化に向けた第二段階に入りビームロスの極小化とLINAC全体としての応答解析やシステム同定を必要とされる時期にきた、高精度制御の開発段階開始の状況を報告する。
鈴木 隆洋; 吉川 博; 榊 泰直; 高橋 博樹; 伊藤 雄一; 加藤 裕子; 川瀬 雅人; 石山 達也; 福田 真平*; 渡邉 和彦*
Proceedings of 5th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 33rd Linear Accelerator Meeting in Japan (CD-ROM), p.84 - 86, 2008/00
J-PARCのMPSは、ビーム衝突による熱損傷と放射線損傷を極めて低減させるために設置された。実際、J-PARC Linacにおいては、運用されて1年半になるが、当初の仕様をほぼ満足する高速性(ビームロス検知からビーム完全停止まで5
秒程度:実測)と、高信頼性(原因がわからない誤動作率がほぼゼロ)を実現している。このように異常発生時に高速にビームを停止することには十分満足する性能が得られた。しかし、研究施設としての実際のビーム運転を考慮した場合、高速でビームを停止する以外にも満足しなければならない要求がある。そこで、これらの要求を満足させるために、新たにMPSサブシステムを用意し、MPSの性能向上を図ることにした。サブシステムとして、(1)MPS発報時やビームパラメータ調整時などのビーム運転停止状態から、安定したビーム運転再開が行えるよう、ビームストッパ等の停止機器の動作順序を制御するためのユニット。(2)マルチワイヤモニタの挿入状態と運転モードを監視し、誤挿入によるマルチワイヤの損傷を防止するためのユニット。(3)主要機器のタイミング信号を監視するユニット、等の機器を製作した。本発表では、MPSの性能向上を実現するMPSサブシステムについて報告する。
吉川 博; 榊 泰直; 佐甲 博之; 高橋 博樹; Shen, G.; 加藤 裕子; 伊藤 雄一; 池田 浩*; 石山 達也*; 土屋 仁*; et al.
Proceedings of International Conference on Accelerator and Large Experimental Physics Control Systems (ICALEPCS '07) (CD-ROM), p.62 - 64, 2007/10
J-PARCは多目的科学研究のために日本で建設されている大規模陽子加速器施設である。この施設は3つの加速器と3つの実験施設から成り、現在建設中である。リニアックは稼動開始して1年が経過し、3GeVシンクロトロンはこの10月1日に試験運転が開始されたところで、施設全体の完成は来年の夏の予定である。加速器の制御システムは、初期の試運転に必要な性能を実現させた。この制御システムに求められる最も重要な機能は加速器構成機器の放射化を最小限に食い止めることである。この論文では、調整運転の初期の段階において、制御システムの各部分が達成した性能を示す。
Al小澤 顕*; 松多 健策*; 長友 傑*; 三原 基嗣*; 山田 一成*; 山口 貴之*; 大坪 隆*; 百田 佐多夫*; 泉川 卓司*; 炭竃 聡之*; et al.
Physical Review C, 74(2), p.021301_1 - 021301_4, 2006/08
被引用回数：43 パーセンタイル：89.22(Physics, Nuclear)理化学研究所のリングサイクロトロンで、陽子過剰核Alの
因子を初めて測定した。実験的に測定された因子の絶対値は、1.557
0.088と決められた。この原子核は、鏡像核Neのエネルギー準位から見ると、基底状態は1/2
もしくは5/2と考えられる。決められた因子と殻模型計算による因子との比較から1/2は明らかに否定されるため、基底状態のスピンは5/2と与えられた。これまで、Alは陽子ハロー構造のため、1/2状態が基底状態になる可能性が議論されてきたが、この実験により少なくとも基底状態にハロー構造が存在しないことがはっきりした。また、Neの磁気モーメントの実験値から、Alの基底状態におけるアイソスカラー固有スピンの期待値が求められるが、その値は
Cのように異常な値を示さず、正常であることがわかった。
明午 伸一郎; 大井 元貴; 藤森 寛*; 川崎 智之; 西川 雅章; 福田 真平
no journal, ,
J-PARCでは速い繰り返し(25Hz)の3GeV陽子シンクロトロン加速器から出射する1MWの大強度陽子ビームを用いた核破砕中性子源(JSNS)の運転を目指している。中性子源の水銀容器ではビームに誘発されるピッティング損傷が重要な問題となっている。ピッティング損傷はピーク電流密度の4乗に比例するために、ピーク電流密度を低く抑えた運転が求められる。この実現のため、我々は八極電磁石を用いた非線形ビーム光学によるビーム平坦化技術の開発及び、RCSから出射される1MWのビームを用いたプロファイルの制御試験を行ってきた。八極電磁石におけるビームの
関数や、位相差が重要な鍵となるが、短時間のビーム調整時間内に効率的に試験・調整を行うことが可能なようにSAD(Strategic Accelerator Design)を用いたツールの開発を行った。その結果、わずか数ショットでビーム診断とビーム平坦化に必要な非線形ビーム光学の調整が可能になった。ツールによるビーム調整により、非線形ビーム光学によりピーク電流は約30%減少できる見込みを得た。
大井 元貴; 細川 英洸*; 西川 雅章*; 福田 真平; 勅使河原 誠; 明午 伸一郎; 高田 弘
no journal, ,
J-PARCの物質・生命科学実験施設(MLF)の核破砕中性子源では、中性子を発生させる中性子標的等をヘリウムベッセル内に設置している。一方、3GeVシンクロトロンからMLFの中性子源まで3GeV陽子ビームを輸送するビームラインは10
Pa以下の超高真空に保たれている。このビームラインとヘリウムベッセルを隔離するために陽子ビーム窓が設置されている。陽子ビーム窓は、窓材のアルミ合金の放射線損傷のため、1MW出力の運転において2
3年の周期で交換する計画である。2017年夏の保守期間において、2号機から3号機への交換を行った。放射化したビーム窓の移動には、遮へいキャスクを使用し、また、冷却水, 真空、およびピローシール加圧配管等の着脱は、遮へいプラグ上部でハンズオン作業で行った。冷却水中には、5
10
Bq/ccのトリチウムが含まれているため、交換前に配管内を乾燥させ、配管着脱時には、放射性物質の飛散防止対策として、作業エリアにグリーンハウスを設置し、局所排気を施した。本発表では、陽子ビーム窓交換作業とその安全対策について報告する。
