ウラン濃縮研究棟の廃止措置

石仙 順也; 赤坂 伸吾*; 清水 修; 金沢 浩之; 本田 順一; 原田 克也; 岡本 久人

JAEA-Technology 2020-011, 70 Pages, 2020/10

JAEA-Technology-2020-011.pdf:3.37MB

日本原子力研究開発機構原子力科学研究所のウラン濃縮研究棟は、昭和47年に建設され、ウラン濃縮技術開発に関する研究等に用いられてきた。本施設では、平成元年度に発煙事象、平成9年度に火災事故が発生している。本施設は、平成10年度にウラン濃縮に関する研究は終了し、平成24年度に核燃料物質の搬出等を行い廃止措置に着手した。令和元年度、フード等の設備及び火災等による汚染が残存している管理区域の壁, 天井等の解体撤去を行い、管理区域内に汚染が残存していないことを確認して管理区域を解除し、廃止措置を完了した。解体撤去作業において発生した放射性廃棄物は、可燃性廃棄物が約1.7t、不燃性廃棄物が約69.5tである。今後は一般施設として、コールド実験等に利用される。

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.

J-PARC RCSビームコミッショニングの進捗報告; 1MW以上のビーム出力の実現に向けた取り組み

發知 英明; 原田 寛之; 林 直樹; 金正 倫計; 岡部 晃大; Saha, P. K.; 菖蒲田 義博; 田村 文彦; 山本 風海; 山本 昌亘; et al.

Proceedings of 16th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.574 - 578, 2019/07

https://www.pasj.jp/web_publish/pasj2019/proceedings/index.html

J-PARC RCSは、2018年の7月に、設計出力1MWの試験運転に成功したところである。高出力かつ安定な利用運転を実現するためには、さらに高いビーム強度でのビームの振る舞いを調査することが必要となるため、RCSでは、2018年10月と12月に、1.2MW相当の大強度試験を実施した。当初、1程度の有意なビーム損失が出現したが、ベアチューンや横方向ペイント範囲を最適化することで、そのビーム損失を10レベルにまで低減することに成功した。本発表では、上述の大強度試験結果、特に、その際に出現したビーム損失の発生メカニズムやその低減のために行った一連の取り組みに焦点を当てて報告する。

J-PARCにおける重イオン加速の検討

原田 寛之; Saha, P. K.; 金正 倫計

Proceedings of 16th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.179 - 182, 2019/07

https://www.pasj.jp/web_publish/pasj2019/proceedings/index.html

宇宙最高密度の巨大な原子核である「中性子星」に関して、中性子星同士の合体で発生した重力波の観測に、2017年人類で初めて成功した。その重力波観測によって、人類が未解明である中性子星内部の構造情報の取得が可能になった。そして、ミニ中性子星合体と相似のGeV級の高エネルギー重イオン衝突実験による宇宙最高密度物質やハイパー核の研究が世界中で加熱しており、米国RHIC加速器BES-IIプログラム,ドイツFAIR計画,ロシアNICA計画などの大型研究計画が進められている。大強度陽子加速器施設J-PARCは、MW級の大強度陽子ビームを多くの最先端実験施設に供給している。このJ-PARCを最大限活用するために、重イオンビームの加速に関して検討・設計し、世界最高強度の重イオンを供給可能な加速器施設を提案している。本講演では、J-PARCにおける陽子ビームの現状を報告し、提案している重イオン加速に関して紹介する。

大強度線形加速器における非線形空間電荷力によるビーム損失の抑制手法の評価

地村 幹*; 原田 寛之; 守屋 克洋; 岡部 晃大; 金正 倫計

Proceedings of 16th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.728 - 732, 2019/07

https://www.pasj.jp/web_publish/pasj2019/proceedings/index.html

大強度ビームにおける空間電荷効果の増大は、ビーム損失の増大を引き起こす。そのビーム損失は、装置の放射の観点からビーム強度を制限してしまう。そのため、その空間電荷効果によるビーム広がりを抑制することが非常に重要である。本研究では、その効果が特に顕著になるリニアックの低エネルギー領域に着目した。その効果によるビーム広がりの起源を同定するために、空間電荷力を考慮したシミュレーションを実施した。そして、J-PARCリニアックの低エネルギー部(MEBT1)における空間電荷効果が顕著に影響を及ぼしていることが判明した。その要因が空間電荷力の非線形力であることを突き止め、八極電磁石による非線形磁場にてその効果を緩和する手法を新たに考案した。シミュレーション上でその手法を検証した結果、ビーム広がり抑制が可能であるという結果を得た。本発表では、考案した手法やその検証結果について報告する。

Dynamic variation of chromaticity for beam instability mitigation in the 3-GeV RCS of J-PARC

Saha, P. K.; 發知 英明; 菖蒲田 義博; 原田 寛之; 田村 文彦; 渡辺 泰広; 高柳 智弘

Proceedings of 10th International Particle Accelerator Conference (IPAC '19) (Internet), p.171 - 173, 2019/06

https://doi.org/10.18429/JACoW-IPAC2019-MOPGW037

In order to mitigate beam instability in the RCS caused by the impedances of the extraction kicker magnets, an application of dynamic variation of the chromaticity has been studied. The beam instability, especially for a high intensity beam delivered to the MR is one of the main issues in the RCS because of maintaining a smaller beam emittance as compared to that for the MLF beam. In this research, such a beam instability has been successfully mitigated by introducing dynamic variation of the chromaticity by using bipolar Sextupole magnetic fields. The method includes a partial chromaticity correction at lower beam energy to reduce the chromatic tune spread required to minimize the beam loss and the beam emittance, while introducing an excess of chromaticity at higher beam energy to utilize larger chromatic tune spread to enhance the Landau damping for beam instability mitigation. The method has been established based on detail numerical simulations by using ORBIT code and the corresponding experimental studies. The method has already been successfully implemented for the RCS beam operation to the MR.

Cavitation damage in double-walled mercury target vessel

直江 崇; 涌井 隆; 木下 秀孝; 粉川 広行; 羽賀 勝洋; 原田 正英; 高田 弘; 二川 正敏

Journal of Nuclear Materials, 506, p.35 - 42, 2018/08

https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2017.10.044

J-APRCの核破砕中性子源の水銀ターゲット容器(SUS316L製)は、ビーム窓と呼ばれる厚さ3mmの先端部分が、陽子線励起圧力波よるキャビテーションにより壊食損傷する。この損傷は容器の構造健全性を低下させ、容器の寿命の決定因子となっている。我々は、2014年からキャビテーション損傷及びそれを誘発する圧力波を低減するために、気泡注入に加えて狭隘流路を設置することで、ビーム窓の水銀流速を速める2重壁構造を採用し、300500kWの強度で運転を行った。使用済みの容器を切断し、内壁を観察した結果、狭隘流路の内側で最大深さ約25mの帯状の損傷が観測された。この原因を調べるために、負圧の持続時間に着目した圧力波伝ぱ解析を実施した結果、ビーム入射直後から1msまでに生じる負圧の持続する時間をマッピングした結果と、形成された損傷の分布がよく対応しており、比較的短時間の負圧によって生じるキャビテーションが損傷形成に寄与していることを示唆した。

Progress status of proof-of-principle demonstration of 400 MeV H laser stripping at J-PARC 3-GeV RCS

Saha, P. K.; 原田 寛之; 金正 倫計; 三浦 昭彦; 吉本 政弘; 岡部 晃大; 菅沼 和明; 山根 功*; 入江 吉郎*; Liu, Y.*; et al.

Proceedings of 15th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.806 - 810, 2018/08

https://www.pasj.jp/web_publish/pasj2018/proceedings/PDF/THP0/THP016.pdf

To ensure stable operation of J-PARC RCS at 1 MW beam power and beyond, an alternative H stripping injection method other than using stripper foil has to be implemented. A short life time of the foil due to foil degradation caused by high intensity beam irradiation as well as an extremely high residual radiation at the injection area caused by the foil beam scattering beam loss are two serious issues not only to maintain a long-term stable operation, but also for the facility maintenance. The laser stripping of H holds the promise of overcoming and eliminating the above issues, as it has no lifetime issue as well as completely nondestructive. To establish and develop the new method for the RCS operation, a POP (proof-of-principle) demonstration of 400 MeV H stripping by using only laser has to be carried out first. The progress status of the POP experiment, which includes recent beam study and simulation results for the H beam manipulations to reduce the laser power is presented.

Status of proof-of-principle demonstration of 400 MeV H- stripping to proton by using only lasers at J-PARC

Saha, P. K.; 原田 寛之; 金正 倫計; 三浦 昭彦; 吉本 政弘; 入江 吉郎*; 山根 功*; 米田 仁紀*; 道根 百合奈*

Proceedings of 61st ICFA Advanced Beam Dynamics Workshop on High-Intensity and High-Brightness Hadron Beams (HB 2018) (Internet), p.422 - 427, 2018/07

https://doi.org/10.18429/JACoW-HB2018-THP1WC02

The laser stripping of H is the most advanced application of the laser manipulations of H beams, especially at high intensity accelerators like J-PARC. The first stage of the present research includes non-destructive beam measuring as well as online morning by using lasers, which is highly essential at J-PARC as the beam power is approaching to 1 MW and beyond. In addition, it is also highly required to replace the stripper foil by lasers used for multi-turn H charge exchange injection in RCS. Extremely high residual radiation due to beam losses caused by the foil-beam interaction and short lifetime of the foil are serious issues for facility maintenance and stable operation. To overcome the issues and limitations associated with foil, in the present research we will perform a proof-of-principle demonstration of H stripping to protons by using lasers, which is essential not only at J-PARC, but also for similar existing and proposing high intensity proton accelerators worldwide.

Pulse-by-pulse switching of operational parameters in J-PARC 3-GeV RCS

發知 英明; 渡辺 泰広; 原田 寛之; 岡部 晃大; Saha, P. K.; 菖蒲田 義博; 田村 文彦; 吉本 政弘

Proceedings of 9th International Particle Accelerator Conference (IPAC '18) (Internet), p.1041 - 1044, 2018/06

https://doi.org/10.18429/JACoW-IPAC2018-TUPAL018

The J-PARC 3-GeV RCS (rapid cycling synchrotron) provides a high-power beam to both the MLF (materials and life science experimental facility) and the MR (main ring synchrotron) by switching the beam destination pulse by pulse. The beam properties required from the MLF and the MR are different; the MLF needs a wide-emittance beam with less charge density, while the MR requires a low-emittance beam with less beam halo. To meet such conflicting requirements while keeping beam loss within acceptable levels, the RCS has recently introduced a pulse-by-pulse switching of the operational parameters (injection painting emittance, chromaticity and betatron tune.) This paper reports such recent efforts toward the performance upgrade of the RCS including the successful beam tuning results for the parameter switching.