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山口 雄司; 近藤 恭弘; 明午 伸一郎; 高柳 智弘; 藤森 寛*; 篠崎 信一
Proceedings of 22nd Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.655 - 660, 2026/03
J-PARC 3GeV陽子ビーム輸送施設(3NBT)では、パルス偏向電磁石やセプタム電磁石等を用いて3GeVシンクロトロンからの陽子ビームを下流の施設へ供給する。3NBTの電磁石には供給先の施設の運転条件に適した性能が求められるため、要求される運転条件に応じて電磁石性能の高度化が必要となる。高度化における設計条件を明確にするために、既存の偏向電磁石等の仕様と運転条件からの要求仕様を比較し、高度化により得られる性能を見積もった結果、パルス偏向電磁石の動作の高速化とセプタム電磁石の磁極の拡張により要求される性能を達成でき、安定なビーム供給が可能であることがわかった。
大谷 将士*; 恵郷 博文*; 近藤 恭弘
Proceedings of 16th International Particle Accelerator Conference (IPAC25) (Internet), p.1534 - 1537, 2025/11
ミューオンリニアックはJ-PARCで開発され、ミューオンを熱エネルギー(25meV)から212MeVまで加速するために、静電引き出しと4つの異なるタイプの高周波空洞、すなわち静電加、RFQ、IH-DTL、DAW-CCL、ディスクロード構造を使用している。採用された技術のいくつかは比較的新しいものであったが、ほとんどの原理実証はプロトタイプ試験と実機製作によって成功裏に完了した。これらの経験に基づき、現在の設計から発展した、よりコンパクトで、コストエフェクティブな設計を提案することが可能となった。本ポスターでは、新しい概略設計を紹介する。
山口 雄司; 近藤 恭弘; 明午 伸一郎; 篠崎 信一; 高柳 智弘; 藤森 寛*; 河村 成肇*
Journal of Physics; Conference Series, 3094(1), p.012023_1 - 012023_5, 2025/09
J-PARCでは、3GeV陽子ビーム輸送施設によって3GeVシンクロトロンから物質・生命科学実験施設(MLF)へ大強度陽子ビームを輸送している。陽子ビーム輸送施設のビームライン最下流部には、ミュオンビーム輸送用の偏向電磁石とソレノイドがあるため、これらの磁場による3GeV陽子ビームへの影響を補正する必要がある。シミュレーションにより偏向電磁石による軌道のずれとソレノイドによるプロファイルの回転に伴う垂直方向ビームサイズの増大を模擬し、それぞれの影響を補正する方法を検討した結果、追加の偏向電磁石とソレノイドを用いることで補正でき、安定なビーム輸送が可能であることがわかった。
近藤 彩夏*; 飯嶋 徹*; 鷲見 一路*; 竹内 佑甫*; Cicek, E.*; 恵郷 博文*; 大谷 将士*; 中沢 雄河*; 二ツ川 健太*; 三部 勉*; et al.
Journal of Physics; Conference Series, 3094(1), p.012025_1 - 012025_6, 2025/09
J-PARCでは、ミューオンの異常磁気モーメント(g-2)と電気双極子モーメント(EDM)を精密に測定するためのミューオン線形加速器を開発中である。ディスクアンドワッシャー(DAW)構造を採用し、加速周波数1296MHzでミューオンを光速の30%(運動エネルギー4MeV)から70%(40MeV)まで加速する。ミューオンDAWは、ミューオンを加速するタンクと、タンクを結合し内蔵される四重極ダブレット磁石を用いてビームを集束するブリッジカプラから構成される。ブリッジカプラのプロトタイプが製作され、低電力試験を行い、1295.4
0.3MHzという誤差の範囲内で要求を満たす共振周波数の測定値が得られた。本論文では、ブリッジカプラープロトタイプの設計と性能評価について述べる。
Yee-Rendon, B.; 近藤 恭弘; 田村 潤; 前川 藤夫; 明午 伸一郎
Proceedings of 21st Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.205 - 209, 2024/10
高レベル放射性廃棄物の有害度低減化を目的とし、日本原子力研究開発機構(JAEA)は、加速器駆動未臨界システム(ADS)の主要コンポーネントとして、30MW CW陽子線形加速器(リニアック)を設計を進めている。大強度加速器におけるビーム損失の主な原因である空間電荷効果の最小化のため、JAEA-ADSの低エネルギービーム輸送(LEBT)は陽子ビームおよび負水素ビームによる電荷中和を積極的に用いる。機器保護などのためADSでは徐々にビーム出力を上昇させる必要があるため、LEBTに設置したビームチョッパーによりデューティを徐々に上昇させることを検討している。チョッパーは電荷中和に影響を与え、ビーム過渡現象によりビーム損失を発生させる可能性がある。チョッパーのビーム光学モデルを作成し、チョッパーの電圧や寸法などの必要な特性を解析した。さらにチョッパーが空間電荷補償に与える影響を解析し、LEBTにおけるビーム過渡現象を評価した。本研究では、JAEA-ADS LEBTにおけるチョッパーの設計とビーム性能への影響について報告する。
田村 潤; 近藤 恭弘; Yee-Rendon, B.; 明午 伸一郎; 前川 藤夫; 加古 永治*; 梅森 健成*; 阪井 寛志*; 道前 武*
Proceedings of 32nd Linear Accelerator Conference (LINAC 2024) (Internet), p.496 - 498, 2024/10
The Japan Atomic Energy Agency (JAEA) has been proposing an accelerator-driven nuclear transmutation system (ADS) as a future nuclear power system. Toward the actual design of the CW proton linac for the JAEA-ADS, we are currently prototyping a low-
(
0.2) single-spoke cavity. The cavity fabrication began in 2020. Most of the cavity parts were shaped in fiscal year 2020 by press-forming and machining. In 2021, we started welding the shaped cavity parts together. Each cavity part was joined together by preliminarily examining the optimum welding conditions using mock-up test pieces. We have fabricated the body and two lid sections, and have confirmed that there were no significant problems with the cavity fabrication according to the frequency measurement of the temporarily assembled spoke cavity.
Yee-Rendon, B.; 近藤 恭弘; 田村 潤; 前川 藤夫; 明午 伸一郎
Proceedings of 32nd Linear Accelerator Conference (LINAC 2024) (Internet), p.488 - 491, 2024/10
日本原子力研究開発機構(JAEA)は、放射性廃棄物核変換のための30MW CW陽子線形加速器(リニアック)を設計している。高出力加速器の低損失と高ビーム品質を達成する上で、特に空間電荷力が大きくなる低エネルギー部において空間電荷の緩和が主な課題である。空間電荷の影響を打ち消すために、低エネルギービーム輸送(LEBT)は、ビーム電荷の中和により空間電荷補償を可能にする静磁場設計を用いており、主ビームと対向する電離粒子との間の電荷平衡に達する蓄積プロセスにより中和する。しかし、ADSのビーム出力上昇時に用いられるチョッパーにより平衡状態は逸脱する。このため、ビーム出力の過渡状態においてビーム光学系は最適とならず、加速器に深刻な劣化をもたらす可能性がある。従って、これらのビーム出力上昇時におけるビーム挙動の解析は、リニアックのロバストな設計と効率的な運転を開発するために不可欠でとなる。本研究では、JAEA-ADS LEBTの中性化ビルドアップとチョッパー運転時のビームダイナミクスの検討を行った。
田村 潤; 近藤 恭弘; Yee-Rendon, B.; 明午 伸一郎; 前川 藤夫; 加古 永治*; 梅森 健成*; 阪井 寛志*; 道前 武*
Journal of Physics; Conference Series, 2687(5), p.052008_1 - 052008_6, 2024/01
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Physics, Atomic, Molecular & Chemical)The Japan Atomic Energy Agency (JAEA) has been proposing an accelerator-driven system (ADS) as a future nuclear system to efficiently reduce high-level radioactive waste generated in nuclear power plants. As a first step toward the full-scale design of the CW proton linac for the JAEA-ADS, we are now prototyping a low- (
) single-spoke cavity. The actual cavity fabrication started in 2020. Most of the cavity parts were shaped in fiscal year 2020 by press-forming and machining. In 2021, we started welding the shaped cavity parts together. By preliminarily investigating the optimum welding conditions using mock-up test pieces, each cavity part was joined with a smooth welding bead. So far, we have fabricated the body section and the beam port section of the cavity. By measuring the resonant frequency of the temporarily assembled cavity, we have confirmed that there is no significant problem with the cavity fabrication.
Yee-Rendon, B.; 近藤 恭弘; 田村 潤; 前川 藤夫; 明午 伸一郎
Proceedings of 20th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.545 - 549, 2023/11
日本原子力研究開発機構(JAEA)は、放射性廃棄物の有害度低減のため加速器駆動未臨界システム(ADS)の開発を行っている。JAEAのADS(JAEA-ADS)では、ビーム出力30MWを有する陽子線形加速器(リニアック)を提案している。JAEA-ADSリニアックの大きな課題は、イオン源から高周波四重極までの35keV陽子ビームの効率的な輸送である。この目標の達成のため、様々な空間電荷の補償シナリオを考慮しつつ、ビームロスの要因となる高電荷状態のイオンビームの透過を低減し、陽子エミッタンスの増大を最小化するために、2つのソレノイドから構成される静磁場低エネルギービーム輸送(LEBT)を最適化した。本報告では、JAEA-ADS LEBTの光学設計を紹介し、多粒子を用いたトラッキングの結果について述べる。
近藤 恭弘; 田村 潤; Yee-Rendon, B.; 明午 伸一郎; 前川 藤夫; 加古 永治*; 梅森 健成*; 阪井 寛志*; 道前 武*
Proceedings of 21st International Conference on Radio-Frequency Superconductivity (SRF 2023), p.947 - 951, 2023/07
日本原子力研究開発機構(JAEA)は、原子力発電で発生する高レベル放射性廃棄物を効率的に削減するため、将来の原子力システムとして加速器駆動システム(ADS)を提唱している。このJAEA-ADSのCW陽子リニアック実現に向けた第一歩として、低ベータ(0.2程度)のシングルスポーク空洞の試作を開始した。日本では超伝導スポーク空洞の製作実績がないため、JAEA-ADSの実現性を確保するためには、空洞の試作と性能試験が不可欠である。試作スポーク空洞のパラメータは、より高い空洞性能を得るために最適化した。実際の空洞製作は2020年に開始された。2020年度はプレス成形と機械加工により、空洞部品のほとんどを製作した。2021年には、空洞の溶接加工を開始した。テストピースを用いて最適な溶接条件を決定し、各空洞部品を滑らかな溶接ビードで接合した。現在、空洞の胴体部分とビームポート部分の組み立てが完了した。本論文では、JAEA-ADSと空洞試作の現状を紹介する。
Yee-Rendon, B.; 近藤 恭弘; 田村 潤; 前川 藤夫; 明午 伸一郎
Proceedings of 14th International Particle Accelerator Conference (IPAC 23) (Internet), p.1591 - 1593, 2023/05
日本原子力研究開発機構(JAEA)は、加速器駆動システム(ADS)の開発のため、ビーム出力が30MWとなる連続波(cw)超伝導陽子線形加速器(リニアック)を設計している。JAEA-ADSリニアックのイオン源は、エネルギーが35keV、正規化されたrmsエミッタンスが0.1
mm mrad未満で、20mAを超える陽子ビームを提供する必要がある。イオン源におけるビーム引出し部がビーム特性と品質を決定するため、目標の達成のためAXCEL-INP 2-Dシミュレーションプログラムを使用して、引き出し部の設計における幾何形状に関して最適化した。本報告は、イオン源引き出し部の設計について説明し、JAEA-ADSリニアックの陽子イオン源に関するビームダイナミクスを最初の結果として報告する。
Yee-Rendon, B.; 近藤 恭弘; 田村 潤; 中野 敬太; 前川 藤夫; 明午 伸一郎
Proceedings of 19th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.179 - 183, 2023/01
日本原子力研究開発機構(JAEA)では、マイナーアクチニドなど有害度低減のため、加速器駆動未臨界システム(ADS)の開発を進めている。JAEA提案型のADS(JAEA-ADS)では、30MWの陽子ビームを鉛ビスマス共晶(LBE)核破砕ターゲットに導入し、未臨界炉体系の炉心において中性子を生成する。未臨界体系に陽子を導入するビーム輸送系(BT)は、ビーム窓などの機器に高い熱応力がかからないよう、適切なビーム形状と安定なビームパワーを供給する必要がある。ビーム輸送系は、ビーム損失を軽減し、誤差があっても高い安定性を保ち、かつ輸送系の長さの要求を満たすために、多数のマクロ粒子を追跡して最適化した。本研究では、JAEA-ADSのビーム輸送系の設計とそのビームダイナミクス研究に関して紹介する。
Yee-Rendon, B.; 近藤 恭弘; 田村 潤; 中野 敬太; 前川 藤夫; 明午 伸一郎
Proceedings of 19th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.286 - 290, 2023/01
日本原子力研究開発機構(JAEA)は、加速器駆動未臨界システム(ADS)を提案している。この基本コンポーネントの1つとして、30MWの陽子線形加速器(リニアック)を設計している。ADSの加速器には、未臨界原子炉構造の停止に伴う熱応力回避のために、非常に高い信頼性と可用性が要求される。加速器の信頼性および駆動率評価では、設計におけるラティスの脆弱性を見出し、要求される運転を満足できる冗長構成を持つことと、これらの評価が必須となる。本研究では、信頼性ブロック図(RBD)法を適用し、候補となる様々なリニアック構成における平均故障間隔(MTBF)を計算で評価した。対象とする構成は、全リニアック直列構成、低エネルギー部のホットスタンバイ構成、及び高エネルギー部のk-out-nの冗長性を持つ構成とした。本検討では、リニアックのラティスを構成する空洞と磁石の詳細な配置を考慮した。本報告では、高い信頼性を得るリニアックの構成モデルおよびそのMTBFの結果に関し報告するとともに、必要な稼働率に向けた運転方法に関して議論する。
Yee-Rendon, B.; 近藤 恭弘; 田村 潤; 中野 敬太; 前川 藤夫; 明午 伸一郎; Jameson, R. A.*
Proceedings of 19th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.499 - 502, 2023/01
日本原子力研究開発機構(JAEA)は、放射性廃棄物の有害度低減のため、30MWの陽子線形加速器(linac)を用いた加速器駆動未臨界システム(ADS)を検討している。ADSの大強度陽子加速器の開発おいて、極めて高い信頼性を有する高周波四重極加速器(RFQ)の開発が重要となる。本RFQは、20mAの陽子ビームを取り込み、空間電荷効果の厳しい35keVから2.5MeVのエネルギーまで加速させる。RFQの設計では、エミッタンスの増大とコンパクト化するために、等分割(EP)ビームスキームを採用した。その結果、ビームハローの発生を最小限に抑え、超伝導リニアック下流部の最適化を可能にした。低いKilpatrickファクター(1.2)の採用により、本RFQはベーン上における表面放電の可能性を抑え、高い安定性を達成した。本発表では、RFQの設計とその結果に関して議論する。
Yee-Rendon, B.; 明午 伸一郎; 近藤 恭弘; 田村 潤; 中野 敬太; 前川 藤夫; 岩元 大樹; 菅原 隆徳; 西原 健司
Journal of Instrumentation (Internet), 17(10), p.P10005_1 - P10005_21, 2022/10
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Instruments & Instrumentation)日本原子力研究開発機構では、放射性廃棄物の有害度低減のため、超電導線形加速器(リニアック)による陽子ビーム(出力30MW)を未臨界炉中の標的に入射する加速器駆動核変換システムを開発している。本システムでは熱出力800MWとなる未臨界炉を陽子リニアックで駆動するため、炉内の核破砕中性子ターゲットにビームを供給する。ターゲットへのビーム輸送系には、ビーム窓の健全性を確保するために、高出力ビームにおける安定性と電流密度の低減化が要求される。さらに、燃料やビーム窓の保守・交換のために、原子炉の設計と互換性のある設計が必要である。非常に多くの粒子シミュレーションにより、堅牢でコンパクトなターゲットへのビーム輸送系を開発した。ビーム光学系を最適化により、必要となる0.3
A/mm
以下のビーム窓における電流密度を実現し、ビーム窓の実現可能性を保証した。リニアックに入力するビームの誤差と加速器要素の誤差に起因する、炉内に入射するビームの誤差評価を行うとともに、改善策を考案した。さらに、加速器の信頼性向上のため、リニアックの故障時における高速補償を適用し、この補償による炉内入射ビームの誤差の影響も評価した。この結果、本研究によるターゲットへのビーム輸送系は、JAEA-ADSの要求を満足することが示された。
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：9 パーセンタイル：69.86(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。
近藤 恭弘; 北村 遼; 不破 康裕; 森下 卓俊; 守屋 克洋; 高柳 智弘; 大谷 将士*; Cicek, E.*; 恵郷 博文*; 深尾 祥紀*; et al.
Proceedings of 31st International Linear Accelerator Conference (LINAC 2022) (Internet), p.636 - 641, 2022/09
J-PARCにおいて、現代の素粒子物理学で最も重要な課題の一つである、ミューオン異常磁気モーメント、電気双極子モーメントを精密測定する実験のためのミューオンリニアック計画が進行中である。J-PARCミューオン施設からのミューオンはいったん室温まで冷却され、212MeVまで加速される。横エミッタンスは1.5mm mradであり、運動量分散は1%である。高速で規格化した粒子の速度で0.01から0.94におよぶ広い範囲で効率よく加速するため、4種類の加速構造が用いられる。計画は建設段階に移行しつつあり、初段の高周波四重極リニアックによるミューオン再加速はすでに2017年に実証済である。次段の交差櫛形Hモードドリフトチューブリニアックのプロトタイプによる大電力試験が完了し、ディスクアンドワッシャ型結合セルリニアックの第一モジュールの製作が進行中である。さらに円盤装荷型加速管の設計もほぼ終了した。本論文ではこれらミューオンリニアックの最近の進捗について述べる。
竹内 佑甫*; 東城 順治*; Yamanaka, T.*; 中沢 雄河*; 飯沼 裕美*; 近藤 恭弘; 北村 遼; 森下 卓俊; Cicek, E.*; 恵郷 博文*; et al.
Proceedings of 31st International Linear Accelerator Conference (LINAC 2022) (Internet), p.562 - 564, 2022/09
J-PARCにおけるミューオンg-2/EDM実験のためのミューオンリニアックを開発中である。ミューオンリニアックは核磁気共鳴型電磁石を用いた小型ストレージリングに212MeVのミューオンビームを供給する。メッシュと円筒電極で構成される初段加速の後、ミューオンは4種類の高周波加速構造で加速される。ミューオンリニアックの設計を総合的に評価するために、General Particle Trackerコードを用いた全体シミュレーションを行った。さらに、加速器部品の様々な誤差を考慮したエラースタディーも行った。この論文ではこの全体シミュレーションの結果を述べる。
中沢 雄河*; 飯沼 裕美*; 岩田 佳之*; Cicek, E.*; 恵郷 博文*; 二ツ川 健太*; 河村 成肇*; 三部 勉*; 溝端 仁志*; 大谷 将士*; et al.
Proceedings of 31st International Linear Accelerator Conference (LINAC 2022) (Internet), p.275 - 278, 2022/09
J-PARCにおけるミューオンg-2/EDM実験のための324MHz交差櫛形Hモードドリフトチューブリニアック(IH-DTL)試作機の大電力試験を行った。この試作機は一体型ドリフトチューブ構造を持つ実機IH-DTLの製作方法を検証するために作られた。40時間のコンディショニング後、88kWの電力を安定に投入できることを確認した。これは設計加速電圧3.0MV/mの10%増しに相当する電力である。さらに、3次元シミュレーションモデルの妥当性を検証するために、熱特性と周波数応答を測定した。この論文では、このIH-DTL試作機の大電力試験の詳細について述べる。
田村 潤; 近藤 恭弘; Yee-Rendon, B.; 明午 伸一郎; 前川 藤夫; 加古 永治*; 梅森 健成*; 阪井 寛志*; 道前 武*
Proceedings of 31st International Linear Accelerator Conference (LINAC 2022) (Internet), p.180 - 183, 2022/09
日本原子力研究開発機構(JAEA)では、原子力発電所で発生する高レベル放射性廃棄物を効率的に低減するために、加速器駆動未臨界システム(ADS)を提案している。ADSの課題の1つが、加速器の信頼性である。JAEA-ADSのCW陽子ライナックの本格的な設計に向けて、現在、低ベータ(約0.2)のシングルスポーク空洞の試作を行っている。日本では超電導スポーク空洞の製造経験がないため、JAEA-ADSライナックの実現可能性を確認するには、空洞の試作と性能試験が不可欠である。そこで2021年度にキャビティ部品の溶接を開始した。電子ビーム溶接条件を事前検討することにより、プレス成形されたニオブ部品は滑らかな溶接ビードで接合された。現在、空洞の本体部分を製作中である。
