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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。
菖蒲田 義博; Chin, Y. H.*; 林 直樹; 入江 吉郎*; 高柳 智弘; 富樫 智人; 外山 毅*; 山本 風海; 山本 昌亘
Physical Review Accelerators and Beams (Internet), 21(6), p.061003_1 - 161003_15, 2018/06
被引用回数：4 パーセンタイル：36.29(Physics, Nuclear)J-PARCの3GeVシンクロトロン(RCS)は、物質生命科学研究施設(MLF)と50GeVシンクロトン(MR)にビームを供給しているが、MRへは横方向のビームサイズを小さくする必要がある。一方、RCSのビームは横方向のビームサイズが小さくなるに従って、ビームが不安定になるが、原因は、キッカー電磁石由来のビームのインピーダンスが大きいためである。今回、我々はそのRCSのキッカー電磁石のビームのインピーダンスを下げるために、キッカー電磁石の端末をダイオードと抵抗で終端する手法を開発した。しかし、この手法では、非線形素子(ダイオード)を使うため、定量的にビームのインピーダンスを評価することが難しい。本論文では、シミュレーションと測定でそれを評価できる手法について議論した。両者の結果はよく一致し、これによってキッカー電磁石のビームのインピーダンスが確かに低減できていることが確認できた。
山本 圭一; 武内 伴照; 林 隆康*; 小菅 史明*; 土谷 邦彦
JAEA-Testing 2016-002, 25 Pages, 2016/11
JAEA-Testing-2016-002.pdf:4.97MB
原子炉出力変化時におけるチェレンコフ光の輝度などの変化を定量的に測定及び評価し、原子炉内の核的・熱的情報をリアルタイムで計測が可能なシステムを構築するための開発を行っている。本システムは、既存軽水炉における運転管理技術・炉心計画の高度化及びシビアアクシデント時にも対応できる監視システムへの適用を目指している。本報告書は、JAEA-Testing 2015-001で記載したチェレンコフ光評価システムを改良し、改良したシステムを用いて、発電用原子炉の使用済燃料要素についての検証を行った結果についてまとめたものである。
山本 圭一; 武内 伴照; 林 隆康*; 小菅 史明*; 佐野 忠史*; 土谷 邦彦
JAEA-Testing 2015-001, 25 Pages, 2015/11
JAEA-Testing-2015-001.pdf:3.52MB
既存軽水炉における運転管理技術・炉心計画の高度化及びシビアアクシデント時にも対応できる監視システムの開発の一環として、原子炉出力変化時におけるチェレンコフ光の輝度などの変化を定量的に測定及び評価し、原子炉内の核的・熱的情報をリアルタイムで計測が可能なシステムを構築するための開発を行っている。本報告書は、燃料要素から放出されるチェレンコフ光の観測画像から熱出力を推定するチェレンコフ光評価システムの設計・試作を行い、その動作検証をまとめたものである。本開発では、京都大学研究用原子炉の運転中におけるチェレンコフ光観測画像を用いて、開発したチェレンコフ光評価システムの検証を行った。その結果、観測方法の改良や画像解析時における輝度の補正方法について検討する必要があることがわかった。今後、軽水炉の使用済燃料集合体のチェレンコフ光観測画像による燃焼度を推定する評価システムにも適用していく。
高柳 智弘; 植野 智晶*; 堀野 光喜; 飛田 教光; 林 直樹; 金正 倫計; 入江 吉郎*; 岡部 晃大; 谷 教夫; 内藤 伸吾*; et al.
Proceedings of 12th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1169 - 1174, 2015/09
J-PARC 3GeV RCSのビーム入射システムにおける水平シフトバンプ電磁石用の新しい電源を開発し製作した。新しい電源は、LINACの入射ビームエネルギーが181MeVから400MeVへとアップグレードをするのに合わせ、現在の2倍以上の電源容量が必要になる。さらに、電磁石のセラミックダクトを覆うRFシールドのループコイルのインダクタンスと励磁場の共振によるビームロスを防ぐために、電流リップルノイズの低減が要求される。そこで、新しい電源の主回路方式に、これまでのIGBTの半導体スイッチを利用したチョッパ方式から、コンデンサの充放電を利用した転流方式を新たに採用することにした。コンデンサ転流方式は、台形波形(バンプ波形)を出力する際に常時スイッチングを行うチョッパ方式と異なり、原理的にはバンプ波形の分岐点での3回のスイッチ操作で形成が可能である。出力試験の結果、スイッチングに起因するリプル電流の発生が大幅に低減されたことを確認した。さらに、バンプ電磁石に起因するビームロスが低減し、RCSの所期性能である1MW相当のビーム加速に成功した。本論文では、転流方式を採用した新シフトバンプ電源の特性について述べる。
高柳 智弘; 林 直樹; 植野 智晶*; 堀野 光喜; 岡部 晃大; 金正 倫計; 入江 吉郎*
Proceedings of 6th International Particle Accelerator Conference (IPAC '15) (Internet), p.2908 - 2910, 2015/06
J-PARC 3GeV RCSのビーム入射システムにおけるシフトバンプ電磁石用の新しい電源を開発し製作した。新しい電源は、LINACの入射ビームエネルギーが181MeVから400MeVへとアップグレードをするのに合わせ、現在の2倍以上の電源容量が必要になる。さらに、電磁石のセラミックダクトを覆うRFシールドのループコイルのインダクタンスと励磁場の共振によるビームロスを防ぐために、電流リップルノイズの低減が要求される。そこで、新しい電源の主回路方式に、これまでのIGBTの半導体スイッチを利用したチョッパ方式から、コンデンサの充放電を利用した転流方式を新たに採用することにした。コンデンサ転流方式は、台形波形(バンプ波形)を出力する際に、常時スイッチングを行うチョッパ方式と異なり、原理的にはバンプ波形の分岐点での3回のスイッチ操作で形成が可能である。出力試験の結果、スイッチングに起因するリプル電流の発生が大幅に低減されたことを確認した。さらに、バンプ電磁石に起因するビームロスが低減し、RCSの所期性能である1MW相当のビーム加速に成功した。本論文では、転流方式を採用した新シフトバンプ電源の特性について述べる。
植野 智晶; 高柳 智弘; 堀野 光喜; 林 直樹; 金正 倫計
Proceedings of 11th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1135 - 1138, 2014/10
J-PARC RCSでは、2014年1月から、LINACからの400MeV入射エネルギーによるビーム試験及び運用を開始した。入射用水平ペイントバンプ電源は、400MeVビーム入射用に増強改造したため、電流値で約1.6倍、電圧で2倍の出力が可能になり、水平ペイントバンプ電源1では、最大で29kA/1.2kVの大電流・高電圧が出力可能な電源として運用を開始した。しかし、新水平シフトバンプ電源がトラブルにより所定の波形形状で出力できない問題が発生したため、RCSで横方向のペインティング入射を行う際には、当初の設計で想定していた水平ペイントバンプ電源の励磁波形とは異なる出力波形での対応が求められた。水平ペイントバンプ電源は、IGBTアセンブリを用いたチョッパ回路方式で構成されており、合成周波数648kHzでのスイッチングで、台形波形や減衰関数波形を任意に設定して出力することが可能である。本報告では、水平ペイントバンプ電源の増強内容及び任意の出力波形形成の内容について報告する。
堀野 光喜; 高柳 智弘; 植野 智晶; 林 直樹; 金正 倫計; 入江 吉郎*
Proceedings of 11th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1143 - 1147, 2014/10
J-PARC RCSでは、LINACの400MeVビームエネギーへのアップグレードに合わせて、電源容量を倍増した新水平シフトバンプ電源を開発した。2013年11月に製作及び工場試験が終了し、2014年1月から、予定通りJ-PARC RCSのビーム試験を開始した。しかし、台形型の出力電流波形(バンプ波形)のフラット部分を形成するFTユニット回路の充電器の故障が頻発した。そのため、現在のユーザー利用運転では、FTユニットを使用せず、立上がり部分を形成する上下ユニットのみで運用している。そして、この影響により、上下ユニットで見込んでいた回生量が減少することになり、上下ユニット回路の充電器の運転稼働時間が増えて負担が増加した。その結果、工場試験では発生しなかった上下ユニット回路の充電器が高温となる温度異常の問題が発生した。本報告では、新水平シフトバンプ電源の現状と温度問題が発生した原因とその対策方法について報告する。
高柳 智弘; 植野 智晶; 堀野 光喜; 林 直樹; 金正 倫計; 岡部 晃大; 入江 吉郎*
Proceedings of 11th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1139 - 1142, 2014/10
J-PARCの3-GeV RCSでは、アップグレードしたLINACからの400-MeV加速ビームをRCSに入射するため、電源容量を倍増した新水平シフトバンプ電源を開発し製作した。新水平シフトバンプ電源は、主回路に大容量電解コンデンサーを使用し、IGBTスイッチの切り替え操作による充放電によって台形型の出力電流波形(バンプ波形)を形成する転流方式を採用した。新水平シフトバンプ電源は、J-PARC RCSで2014年1月に試験運転を開始した。しかし、バンプ波形のフラットトップ部分を形成するFTユニット用充電器のダイオードに故障が頻発したため、2014年2月からのユーザー利用運転では、FTユニットを使用せず運用を開始した。FTユニットを使用しない場合、バンプ波形のフラットトップ部分は右肩下がりになるため、水平ペイントバンプ電磁石と可変偏向電磁石を使用して、RCSへの入射と周回ビームの軌道を固定するように補正した。本報告では、新シフトバンプ電源の特性、FTユニット充電器の故障内容及びユーザー利用運転対応への現状を報告する。
Saha, P. K.; 原田 寛之; 林 直樹; 發知 英明; 金正 倫計; 高柳 智弘; 谷 教夫; 入江 吉郎*; 加藤 新一*
Proceedings of 4th International Particle Accelerator Conference (IPAC '13) (Internet), p.518 - 520, 2014/07
The two horizontal pulse steering magnets are successfully commissioned and also used for one cycle trial operation. They are found to be work as designed. A change of the painting are between MLF and MR would really be necessary at 1 MW operation. The design principles as well as performance of the system is thus already been confirmed in well advanced. In order to meet multi user requirements in simultaneous operation, this might be the first example to introduce such a principle in recent high intensity accelerators.
林 直樹; 原田 寛之; 堀野 光喜; 發知 英明; 神谷 潤一郎; 金正 倫計; Saha, P. K.; 菖蒲田 義博; 高柳 智弘; 谷 教夫; et al.
Proceedings of 4th International Particle Accelerator Conference (IPAC '13) (Internet), p.3833 - 3835, 2014/07
J-PARC RCSの入射エネルギーの増強(181から400MeV)は、2014年初めに予定されており、これに向けて、進んでいる機器増強の状況を報告する。具体的には、水平ペイントバンプ電磁石電源の更新、増強は、2012年までに完了しており、既に通常運転に用いている。MR/MLF行きのペイントエリアを切替えること、400MeVでも、ペインティングしない調整用のビームを作ること、この2つに必須の可変偏向電磁石システム、電磁石及び電源の据付も2012年に完了した。そして、400MeVを想定したビーム試験も実施し良好な結果を得た。残る大きな増強機器は、新しいシフトバンプ電磁石電源である。現行電源と比較しスイッチングノイズの低減は、期待できるが、新たに発生したリンギングの要因解析、対策を行い製作中である。これは、2013年の長期メインテナンス期間中に据付けられる。
高柳 智弘; 林 直樹; 植野 智晶; 堀野 光喜; 富樫 智人; 金正 倫計; 渡辺 泰広; 入江 吉郎*
Proceedings of 4th International Particle Accelerator Conference (IPAC '13) (Internet), p.681 - 683, 2014/07
可変偏向電磁石用の電源を製作した。電源は、パルスと直流を、ビームユーザーズのためのペインティング入射とビームコミッショニングのためのセンター入射の二つのモードに対応して、パルスと直流を出力する機能を備えている。パルス電源は、設定値に対して
0.2%の偏差を、直流電源は、0.01%以下のリプル電流が要求され、これらの性能を満足することを確認した。電源の設計と測定結果を述べる。
谷 教夫; 高柳 智弘; 植野 智晶; 原田 寛之; Saha, P. K.; 富樫 智人; 堀野 光喜; 林 直樹
IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 24(3), p.0504004_1 - 0504004_4, 2014/06
被引用回数：5 パーセンタイル：31.61(Engineering, Electrical & Electronic)パルス補正電磁石は、MLFとMRへの各加速サイクルでペイントエリアの入射点を変えることで必要なサイズのビームを供給し、さらに将来、400MeVでの入射ビームを同じ位相空間に入射して軌道確認できる機能を持つように開発された電磁石である。前者はペイント入射として台形波の電流パターンでパルス励磁され、後者がセンター入射として直流で励磁される。パルス補正電磁石の直流磁場の測定では、おもに電磁石の励磁特性と磁場の均一性について確認し、設計値を十分に満たしていることがわかった。また、リング軌道への影響を評価する漏れ磁場測定では、漏れ磁場によりCODが2.7mmと大きい。しかし、実際には隣接するリング軌道上の電磁石によるシールド効果により、その影響は低減されることがわかった。パルス磁場の測定では、測定波形に渦電流の影響が見られた。磁場の主成分と渦電流成分を分離する解析手法やビームへの影響を評価した。パルス補正電磁石は、すでにビームラインに据え付けられ、ビームの振り分け電磁石として入射部でのロスを低減し、機能的な運転を実現させている。本発表では、パルス補正電磁石で行われたこれらの磁場測定結果について報告する。
高柳 智弘; 植野 智晶; 堀野 光喜; 富樫 智人; 林 直樹; 金正 倫計; 入江 吉郎*
IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 24(3), p.3800905_1 - 3800905_5, 2014/06
被引用回数：4 パーセンタイル：27.1(Engineering, Electrical & Electronic)J-PARC 3GeV RCSの入射エリアにあるペインティング入射用偏向電磁石のパルス電源を設計して製作した。シフトバンプ電磁石とパルス偏向電磁石は台形波形の出力電流を出力し、そのフラットトップ部分がビーム入射に使用される。水平と垂直のペイントバンプ電磁石は、減衰波形を使用して動的にビーム軌道を変更する。PFN方式はフラットトップ部に電流リプルを作らないが、IGBTチョッピング方式は、スイッチングによる電流リプルが生じてしまう。しかしながら、IGBTチョッピング方式は、要求された任意波形を形成することできる有利な点を持っている。回路構成,スイッチングノイズ,波形形成の制御における2つのシステムの比較について述べる。適材適所で電源を開発し運用することで、ビーム試験と運転を効率的に実施することが可能となり加速器施設の稼働率が上がる。これにより、J-PARC加速器の長期的な安定運転が可能となる。
高柳 智弘; 林 直樹; 金正 倫計; 植野 智晶; 富樫 智人; 堀野 光喜; 入江 吉郎*
IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 24(3), p.0503504_1 - 0503504_4, 2014/06
被引用回数：6 パーセンタイル：35.68(Engineering, Electrical & Electronic)リニアックの400MeVアップグレードに合わせて、J-PARC 3GeVシンクロトロンにおける入射用シフトバンプ電磁石の新しい電源を開発した。この電源は、現在の1.6倍になる最大で32kAの出力が要求されている。さらに、ビームロスの低減のために、10kAから32kAの出力範囲において、電流リプルと偏差をそれぞれ0.2%以下にしなければいけない。現在のIGBTチョッピングシステムによる電源は、スイッチングによって連続的にリプルを発生させてしまう。そのため、電源の回路方式を、IGBTチョッピングシステムから、コンデンサーのスイッチングによるPFN方式へと変更した。電源は16バンクで構成され、1バンクあたり最大2kAで14kVを出力できる。現在は4バンクまで製作され、工場で特性試験を実施している。この設計と試験結果について報告する。この電源が完成すると、余計なロスが低減され、3GeVシンクロトロンは安定して運転することが可能になる。
Saha, P. K.; 原田 寛之; 林 直樹; 堀野 光喜; 發知 英明; 金正 倫計; 高柳 智弘; 谷 教夫; 富樫 智人; 植野 智晶; et al.
Physical Review Special Topics; Accelerators and Beams, 16(12), p.120102_1 - 120102_11, 2013/12
被引用回数：4 パーセンタイル：33.02(Physics, Nuclear)In order to ensure desired extracted beam emittances in a multi user high intensity proton synchrotron, a pulse-to-pulse direct control of the transverse injection painting area is proposed and also been verified through experimental studies in the 3-GeV RCS of J-PARC. The RCS has to ensure two different transverse sizes of the RCS extracted beam for the MLF and MR for 1 MW operation. For that purpose, we have designed and installed two pulse steering magnets in the RCS injection beam transport line and are used for changing injected beam trajectory for a smaller painting area for the MR. The measured extracted beam profile for the MR is found to be narrower as compared to that for MLF and is also quite consistent with corresponding numerical simulations. It is thus confirmed that in a multi user machine beam parameters can be dynamically controlled and delivered as requested by the users even in simultaneous operation.
菖蒲田 義博; 林 直樹; 高柳 智弘; 外山 毅*; 入江 吉郎*
Proceedings of 4th International Particle Accelerator Conference (IPAC '13) (Internet), p.1742 - 1744, 2013/05
At the 3 GeV RCS in J-PARC, the kicker impedance has been theoretically considered to be the most dominant source to cause beam instabilities. Recently, experimental studies have demonstrated that reducing the kicker impedance can stabilize beams. In this report, the present status of a trial to reduce the kicker impedance is reported.
高柳 智弘; 林 直樹; 植野 智晶; 富樫 智人; 入江 吉郎*
IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 22(3), p.5400704_1 - 5400704_4, 2012/06
被引用回数：4 パーセンタイル：29.2(Engineering, Electrical & Electronic)J-PARC 3GeV RCSのバンプシステムの新しい電源開発用のシミュレーションモデルを構築した。これは、ビーム入射用パルス電源のこれまでのトラブル時の原因調査及び対策の経験をもとに、電源の改良点と保守時間の短縮を検討できるモデルである。そして、このモデルを使用したノイズを低減する電源の開発について報告する。
林 直樹; 原田 寛之; 發知 英明; 神谷 潤一郎; Saha, P. K.; 菖蒲田 義博; 高柳 智弘; 谷 教夫; 山本 風海; 山本 昌亘; et al.
Proceedings of 3rd International Particle Accelerator Conference (IPAC '12) (Internet), p.3921 - 3923, 2012/05
J-PARC RCSの入射エネルギーを181から400MeVに増強する計画は、2013年に予定されており、これに向けさまざまな準備を進めている。パルス電磁石電源の一部は、既に電流定格の大きな電源に置き換え、問題なく運転に使用している。他方、IGBTチョッパ方式からスイッチングノイズの小さいコンデンサバンク方式の新型電源の変更のため開発を行っている。追加の電磁石系は、入射エネルギー増強後もセンター入射と、ビーム行き先別にペイント領域の切り替えを可能にする。出射部の漏れ磁場追加対策は、ビーム輸送系電磁石からの影響の完全除去から始める。補正四極電磁石系は、まず入射バンプ電磁石による
関数補正のために設計製作する。リング中に2台あるプロファイルモニタは、位置の系統誤差を修正する改造を行うとともに色収差のない場所での測定のため、3台目を導入する。将来のビーム不安定性の要因となるキッカーのインピーダンス対策には、高逆耐電圧特性があり、かつ、低い順電圧でも機能するダイオード開発が必要である。それを使ったビーム試験でインピーダンス低減を示すデータを得た。
渡辺 真朗; 林 直樹; 菖蒲田 義博; 菅沼 和明; 高柳 智弘; 富樫 智人; 外山 毅*
Proceedings of 3rd International Particle Accelerator Conference (IPAC '12) (Internet), p.3629 - 3631, 2012/05
J-PARC 3GeV RCSは安定運転が要求されるが、繰り返し25ppsの24時間運転開始直後はキッカー電源のサイラトロンの不安定動作による多くのトラブルが生じた。だが、2010年10月には不具合が改善した。2011年3月11日の東日本大震災後に入出射電磁石・電源・ケーブル・バスダクトの健全性を確認した。測定・確認をした結果、特に不具合はなかった。今後RCSはビームパワー1MWを達成させる必要がある。キッカーのインピーダンスはその他のインピーダンス源のなかで一番大きい。われわれは電源に抵抗と新規開発したダイオードを接続することでインピーダンスを下げ、誘起電圧が減少することが確認できた。これにより、加速器を安定に運転することが可能となった。
