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論文

Radiocesium-bearing microparticles cause a large variation in $$^{137}$$Cs activity concentration in the aquatic insect ${it Stenopsyche marmorata}$ (Tricoptera: Stenopsychidae) in the Ota River, Fukushima, Japan

石井 弓美子*; 三浦 輝*; Jo, J.*; 辻 英樹*; 斎藤 梨絵; 小荒井 一真; 萩原 大樹; 漆館 理之*; 錦織 達啓*; 和田 敏裕*; et al.

PLOS ONE (Internet), 17(5), p.e0268629_1 - e0268629_17, 2022/05

本研究では、福島県太田川で採集した解虫性トビケラ(Stenopsyche marmorata)および肉食性ヘビトンボ(Protohermes grandis)幼虫の水生昆虫個体における$$^{137}$$Cs放射能濃度のばらつきを調査した。トビケラ幼虫は散発的に高い放射能を示したが、ヘビトンボ幼虫ではばらつきは見られなかった。オートラジオグラフィーと走査型電子顕微鏡による分析から、これらのトビケラ幼虫試料には、不溶性のCs含有ケイ酸塩ガラス粒子である放射性Cs含有微粒子(CsMPs)が含まれていることが確認された。また、CsMPsはトビケラ幼虫の餌となりうるペリフィトンや漂流粒子状有機物にも含まれており、幼虫はCsMPsを同サイズの餌粒子とともに摂取している可能性が示唆された。淡水生態系におけるCsMPsの分布や生物による取り込みは比較的知られていないが、本研究はCsMPsが水生昆虫に取り込まれることを実証している。

論文

Design and actual performance of J-PARC 3 GeV rapid cycling synchrotron for high-intensity operation

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, 32 Pages, 2022/02

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。

論文

Reliability of J-PARC accelerator system over the past decade

山本 風海; 長谷川 和男; 金正 倫計; 小栗 英知; 林 直樹; 山崎 良雄; 内藤 富士雄*; 吉井 正人*; 外山 毅*

JPS Conference Proceedings (Internet), 33, p.011016_1 - 011016_7, 2021/03

J-PARC施設は量子ビームを用いた様々な科学実験を行うために建設された。施設はリニアック, 3GeVシンクロトロン(RCS),主リング(MR)の3つの加速器とRCSおよびMRからビームを受ける実験施設群で構成される。J-PARCは、物質生命科学実験施設(MLF)において中性子を用いたユーザー利用運転を2008年12月より開始し、東日本大震災やハドロン実験施設における放射能の管理区域外へのリーク、中性子ターゲットの破損などによる比較的長期の中断を挟みながらも現在まで10年以上運転を継続してきた。これまでの加速器の運転統計データから、特に大きなトラブルが無ければ、MLFの運転稼働率は90%程度、MRがビームを供給するハドロン実験およびニュートリノ実験は85%程度の稼働率が確保できていることを確認した。また、近年ではイオン源の寿命が延びたことでその保守日数が低減され、その分運転日数に余裕を持つことができるようになった。そのため、トラブル発生時にその予備日を運転に回すことができ、稼働率はさらに改善している。運転中の停止頻度も、2018年夏にリニアックのビームロスモニタの設定を見直すことで劇的に低減することができた。

論文

J-PARC加速器の現状

長谷川 和男; 金正 倫計; 小栗 英知; 山本 風海; 林 直樹; 山崎 良雄; 内藤 富士雄*; 吉井 正人*; 外山 毅*; 山本 昇*; et al.

Proceedings of 16th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1235 - 1239, 2019/07

J-PARCでは2018年の夏季メンテナンス終了後、3GeVシンクロトロン(RCS)からビームを供給する物質・生命科学実験施設(MLF)での利用運転を10月下旬から再開した。出力は夏前の500kWと同じであるが、リニアックのピークビーム電流値を、夏前の40mAから定格の50mAに上げた。一方、スーパーカミオカンデの改修やハドロン実験施設の保守や整備などもあり、30GeVのメインリング(MR)のビーム運転は休止したが、利用運転は2月中旬からハドロン実験施設向けに51kWで再開した。しかし3月18日、MRへの入射ビームラインでの偏向電磁石1台に不具合が発生し、仮復旧で4月5日に利用運転を再開したが、再度不具合が発生し4月24日に夏前の利用運転を終了した。2018年度の稼働率は、リニアック, RCSともに安定でMLF向けは94%、ニュートリノとハドロン実験施設向けは86%、74%であった。ここでは、こうした1年間の運転経験を報告する。

論文

J-PARC加速器の現状

長谷川 和男; 金正 倫計; 小栗 英知; 山本 風海; 林 直樹; 山崎 良雄; 内藤 富士雄*; 吉井 正人*; 山本 昇*; 小関 忠*

Proceedings of 15th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1317 - 1321, 2018/08

J-PARCでは2017年の夏季メンテナンス終了後、10月下旬から利用運転を再開した。3GeVシンクロトロンからビームを供給する物質・生命科学実験施設(MLF)では、予備の標的を使ってきたため出力は150-200kWであったが、夏季メンテナンス中に新しい設計で製作した標的に交換した。この結果、11月に300kW、1月から400kW、4月下旬から500kWと徐々に利用運転の出力を向上した。また、2018年の7月に1MWの1時間の連続試験に成功した。30GeVのメインリングでは、ニュートリノ実験施設(NU)への供給を10月下旬から開始し、440kWから出力を上げ12月には470kWで終了した。2018年1月から2月はハドロン実験施設(HD)に供給した。繰り返しを5.52から5.20秒に速め、調整を進めた結果、出力は44kWから50kWに向上した。3月からNUへの供給を再開し、調整の結果490kWを安定に供給できるようになった。稼働率は、2017年度はリニアック、RCSともに安定で、MLF向けは93%であった。MRでは、NU向けは比較的安定で89%、HD向けは66%(2017年4月に発生したESS不具合の影響が大きい)であった。

論文

Performance and status of the J-PARC accelerators

長谷川 和男; 林 直樹; 小栗 英知; 山本 風海; 金正 倫計; 山崎 良雄; 内藤 富士雄; 小関 忠; 山本 昇; 吉井 正人

Proceedings of 9th International Particle Accelerator Conference (IPAC '18) (Internet), p.1038 - 1040, 2018/06

The J-PARC is a high intensity proton facility and the accelerator consists of a 400 MeV linac, a 3 GeV Rapid Cycling Synchrotron (RCS) and a 30 GeV Main Ring Synchrotron (MR). Regarding 3 GeV beam from the RCS, we delivered it at 150 kW in June 2017 to the materials and life science experimental facility (MLF), for the neutron and muon users. After the replacement of a target, we increased a power up to 500 kW. The beam powers for the neutrino experiment at 30 GeV was 420 kW in May 2016, but increased to 490 kW in April 2018. For the hadron experimental facility which uses a slow beam extraction mode at 30 GeV, we delivered beam at a power of 37 kW, after the recovery from a trouble at an electro static septum in June 2017. But we increased a power to 50 kW in January 2018. We have experienced many failures and troubles to impede full potential and high availability. In this report, operational performance and status of the J-PARC accelerators are presented.

論文

J-PARC加速器の現状

長谷川 和男; 金正 倫計; 小栗 英知; 山本 風海; 林 直樹; 山崎 良雄; 内藤 富士雄*; 堀 洋一郎*; 山本 昇*; 小関 忠*

Proceedings of 14th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1317 - 1321, 2017/12

J-PARCでは2016年の夏季メンテナンス終了後、加速器の立ち上げや調整を経て、10月下旬からニュートリノ実験施設(NU)、11月上旬から物質・生命科学実験施設(MLF)の利用運転を再開した。NUでは、前回の利用の終了時点(2016年5月)で420kWの出力であったが、チューンの変更や多くのパラメータの最適化調整により、2017年1月には450kW、2月に470kWまで向上した。一方ハドロン実験施設(HD)に向けて2017年4月に調整運転を開始したが、静電セプタムの不具合により停止し、復旧作業により再開し37kWで供給した。MLFでは、2016年度の2回の中性子標的の不具合を受け、新しい設計で標的を製作中であり、それが納入される2017年夏までは150kWのシングルバンチで供給した。2016年度全体では、リニアック、3GeVシンクロトロン(RCS)、MLFともに安定に運転ができ、稼働率は93%であった。一方メインリング(MR)では、小動物のトランスへの侵入や、性能向上に向けた新しい電源の使用開始に伴うノイズによる不具合などがあり、NU向けで約77%、ハドロン向けで約84%の稼働率であった。本発表では、こうしたJ-PARC加速器の運転状況について報告する。

論文

Performance and status of the J-PARC accelerators

長谷川 和男; 林 直樹; 小栗 英知; 山本 風海; 金正 倫計; 山崎 良雄; 内藤 富士雄*; 小関 忠*; 山本 昇*; 堀 洋一郎*

Proceedings of 8th International Particle Accelerator Conference (IPAC '17) (Internet), p.2290 - 2293, 2017/06

J-PARC加速器は400MeVリニアック、3GeVシンクロトロン(RCS)、30GeVメインリングシンクロトロン(MR)から構成される。リニアックでは入射部の交換やエネルギーの増強、シンクロトロンでは真空の向上やコリメータの能力増強など、多くのハードウェアの性能向上を行ってきた。MRからニュートリノ実験やハドロン実験向けのビーム出力は、加速器調整やビームロス低減によって着実に向上してきた。RCSからは設計値である1MW相当のビーム加速に成功し、中性子やミュオン向けには500kWで利用運転に提供した。一方で、多くの故障や不具合もあり、これらを解決して高い稼働率を目指している。ここでは、こうしたJ-PARC加速器の性能や状況について報告する。

論文

Elaboration of the system based code concept; Activities in JSME and ASME, 1; Overview

浅山 泰; 宮川 高行*; 堂崎 浩二*; 神島 吉郎*; 林 正明*; 町田 秀夫*

Proceedings of 22nd International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-22) (DVD-ROM), 7 Pages, 2014/07

本論文は、原子力プラントの構造規格基準への適用を目指して開発が進められているシステム化規格に関する日本機械学会(JSME)および米国機械学会(ASME)における活動について述べた4件のシリーズ発表の第1報である。まず、システム化規格概念について簡潔に示した後、荷重・耐力係数設計法に基づく信頼性評価法およびJSMEで開発中の高速炉の静的機器用信頼性評価ガイドラインなど、同概念に適合するように構築されつつある構造健全性評価法について述べる。さらに、ASMEボイラーおよび圧力容器規格委員会に設置されたJSME/ASME Joint Task Group for System Based Codeにて開発中の液体金属冷却炉用の供用期間中検査規格についても述べる。本規格は、ASME規格Section XI Division 3の代替規定を定めるものである。

論文

Progress of injection energy upgrade project for J-PARC RCS

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。

論文

Performance of the beam collimation system in the J-PARC RCS

山本 風海; 加藤 新一*; 原田 寛之; 吉本 政弘; 山崎 良雄; 林 直樹; Saha, P. K.; 發知 英明; 金正 倫計

Progress in Nuclear Science and Technology (Internet), 4, p.243 - 246, 2014/04

J-PARC施設の3GeVシンクロトロンは、1MWという大強度ビームを中性子ターゲットに供給することを目的に設計,建設された。このような大強度加速器の設計で最も重要なのは、想定外のビームロスを低減しトンネル内での保守作業時の被ばく量を可能な限り低く抑えることである。3GeVシンクロトロンでは、ビームロスの対策としてビームコリメータシステムを設計し、導入している。これまでの試験結果、運転経験よりこのコリメータは設計性能を満たしていることがわかった。一方で、入射フォイルで散乱されたビームがコリメータに到達する前にロスし、これは既設のコリメータでは低減できないことが判明した。そこで、追加のコリメータをロス発生個所周辺に配置することで対策を行った。

論文

Quantitative monitoring of the stripper foil degradation in the 3-GeV rapid cycling synchrotron of the Japan proton accelerator research complex

Saha, P. K.; 吉本 政弘; 山崎 良雄; 發知 英明; 原田 寛之; 林 直樹; 山本 風海; 金正 倫計; 入江 吉郎*

Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 299(2), p.1041 - 1046, 2014/02

 被引用回数:3 パーセンタイル:28.59(Chemistry, Analytical)

The 3-GeV RCS of the J-PARC requires a long lifetime stripper foil in order to ensure a stable operation. A sudden failure of the foil breaks the accelerator availability as well as raised maintenance issues. A foil degradation (such as foil thinning, pinhole formation) could be a signal of the foil breaking. An efficient monitoring system is needed in order to determine a proper lifetime of a foil for the RCS 1 MW operation so as to avoid any sudden foil failure. During the past 4 months operation of the RCS with about 200 kW beam power to the MLF and nearly 300 kW equivalent beam power to the MR, a single foil was used but there was no observable degradation so far.

論文

Beam emittance control by changing injection painting area in a pulse-to-pulse mode in the 3-GeV rapid cycling synchrotron of Japan Proton Accelerator Research Complex

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:36.33(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.

論文

Advanced uses of a current transformer and a mult-wire profile monitor for online monitoring of the stripper foil degradation in the 3-GeV RCS of J-PARC

Saha, P. K.; 原田 寛之; 畠山 衆一郎; 林 直樹; 發知 英明; 金正 倫計; 岡部 晃大; 佐伯 理生二; 山本 風海; 山崎 良雄; et al.

Proceedings of 2nd International Beam Instrumentation Conference (IBIC 2013) (Internet), p.239 - 242, 2013/12

We have established an advanced and sophisticated uses of a current transformer and a multi-wire profile monitor for accurate measuring as well as online monitoring of the waste beam so as to know the stripper foil degradation during user operation of the J-PARC 3-GeV RCS. A sudden foil breaking is not only decreases accelerator availability but also raises maintenance issues. A proper monitoring system of the foil is thus important in order to avoid any such issues by replacing the foil with a new one in the scheduled maintenance day. A single foil was used for a continuous last 7 months operation of the RCS with an extracted beam power of 300 kW (18 kW injected beam). There were a total of 8$$times$$10E23 hit particles but there was no any degradation of the foil so far. Surprisingly an increase of the foil thickness of about 10% was observed.

論文

Characteristics of tungsten and carbon dusts in JT-60U and evaluation of hydrogen isotope retention

芦川 直子*; 朝倉 伸幸; 福本 正勝; 林 孝夫; 上田 良夫*; 室賀 健夫*

Journal of Nuclear Materials, 438, p.S664 - S667, 2013/07

 被引用回数:5 パーセンタイル:43.78(Materials Science, Multidisciplinary)

JT-60Uで採取されたダストに対し、炭素主成分中のタングステン(W)含有量及びダストに含まれる水素同位体保持量の分析結果を発表する。Wタイルが設置されたダイバータ周辺で収集したダスト中のW含有量を評価した結果、ドーム下の3か所にてW含有ダストが検出された。微量であるダスト粒子の成分(さらにW含有量は1%以下)を分析するため、インジウムペーストにダストを固定し真空中でX線光電子分光法により分析する手法を確立した。ダストはプラズマ対向面で成長・生成したと考えられ、その場所はIMPGYROコードによる蓄積位置と比較するとよく一致しており、Wダイバータ配位時の堆積層からダストが生成されたと考えられる。さらに、ダストの水素同位体保持量については昇温脱離法で分析した。バルクタイルにおける蓄積量と比較すると単位質量あたりの保持量は1桁多く、1000K以上の高い温度にてピークを持つ特徴があり、これはダスト中の炭素構造に起因していると考えられる。

論文

HBC foil beam study and long-term observation at the 3-GeV RCS in J-PARC

吉本 政弘; Saha, P. K.; 山崎 良雄; 川瀬 雅人; 佐伯 理生二; 林 直樹; 山本 風海; 發知 英明; 石山 達也; 金正 倫計; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 417, p.012073_1 - 012073_6, 2013/03

 被引用回数:4 パーセンタイル:79.92

J-PARC RCSでは荷電変換H$$^{-}$$ビーム入射方式のためにHBCフォイルを設置している。HBCフォイルの特性を調べるために、フォイルの寿命とフォイルによるビーム損失との観点から、HBCフォイルに関するビーム試験を実施した。荷電変換効率とフォイル散乱による損失との関係から、ユーザー運転に用いるフォイル厚さの最適化を行った。またユーザー運転中に合わせて、フォイルの寿命評価を兼ねた耐久試験を目的とした長期観測を実施した。1年以上経過してもフォイルに問題は見られなかった。

論文

Splash plasma channels produced by picosecond laser pulses in argon gas for laser wakefield acceleration

水田 好雄*; 細貝 知直*; 益田 伸一*; Zhidkov, A.*; 牧戸 啓悟*; 中新 信彦*; 梶野 祥平*; 西田 明憲*; 神門 正城; 森 道昭; et al.

Physical Review Special Topics; Accelerators and Beams, 15(12), p.121301_1 - 121301_10, 2012/12

 被引用回数:18 パーセンタイル:71.87(Physics, Nuclear)

Laser wakefield acceleration is capable of generating electron bunches with high quality: quasi-monoenergetic, low in emittance, and a very short duration of the order of ten femto-seconds. Such femtosecond bunches can be used to measure ultrafast phenomena. We conducted experiments for controllable electron bunch generation. Short-lived, $$sim$$10 ps, deep plasma channels, with their lengths of $$sim$$1 mm and diameters of $$sim$$20 $$mu$$m, are observed and characterized in Ar gas jets irradiated by moderate intensity, $$sim$$10$$^{15-16}$$ W/cm$$^2$$, laser pulses with a duration from subpicosecond to several picoseconds. The channels, upon 2D particle-in-cell simulations including ionization, fit well in the guiding of high intensity femtosecond laser pulses and, therefore, in laser wakefield acceleration with a controllable electron self-injection.

論文

Status of injection energy upgrade for J-PARC RCS

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$$beta$$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。

論文

Spatio-temporal mapping; A Technique for overview visualization of time-series datasets

宮村 浩子; 林 幸子*; 鈴木 喜雄; 武宮 博

Progress in Nuclear Science and Technology (Internet), 2, p.603 - 608, 2011/10

近年、数値シミュレーションはスケール規模が増大しており、高次元の結果が得られている。そのため、物理的現象を理解することは困難な作業となっている。この問題に対して、われわれは情報可視化技術を用いて空間と時間に沿った情報提示技術,時空間マップを提案することで解決を図る。時空間マップは、空間・時間の軸を備えた2次元空間に、3次元空間に分布する時系物理情報を写像して高次元データの特徴を示す。ここで、3次元空間情報はoctreeによる空間分割によって1次元へ写像することとした。この時空間マップを用いることで、ユーザは高次元データから興味ある時空間領域を迅速に発見できる。さらに、ユーザは、対話式に時空間マップの詳細度やカラーマッピングを変更することができる。最後に、原子力施設の耐震解析に提案手法を用いて、迅速に特徴領域を発見できることを確認した。

論文

Injection energy recovery of J-PARC RCS

林 直樹; 發知 英明; 神谷 潤一郎; Saha, P. K.; 高柳 智弘; 山本 風海; 山本 昌亘; 山崎 良雄

Proceedings of 2nd International Particle Accelerator Conference (IPAC 2011) (Internet), p.2730 - 2732, 2011/09

J-PARC RCSの初期設計時の入射エネルギーは、400MeVであるが、現在は、181MeVで入射を行っており、ビームパワーは0.6MWに制限されている。J-PARC Linacのエネルギーは初期設計に戻す努力が行われており、RCSの入射機器のupgrade, 2種類のバンプ電磁石電源の増強とビーム行き先別にビームサイズを可変にできる電磁石システムも必要となる。ビームパワー1MWのためには、他にも新しい機器,補正四極電磁石やビーム不安定性の要因のキッカーインピーダンスの低減などが必要である。これら、入射エネルギーの回復に伴うJ-PARC RCSでの活動について報告する。

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