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論文

J-PARC RCSエネルギー増強のための主電磁石の検討

谷 教夫; 渡辺 泰広; 發知 英明; 原田 寛之; 山本 昌亘; 金正 倫計; 五十嵐 進*; 佐藤 洋一*; 白形 政司*; 小関 忠*

Proceedings of 13th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.708 - 711, 2016/11

J-PARC加速器の大強度化を進めるために、3GeV RCSの加速エネルギーを現在の3GeVから3.4GeVに増強する案が検討されている。そのため、3.4GeVを目指したRCS電磁石の検討が行われた。空間電荷効果の影響でRCSからの3GeV 1MWビームでは、MRの入射部でのビームロスが5%と大きい。入射ビームを3.4GeVにすると、ビームロスが1%程度となり、MRで1MWビームの受け入れが可能となる。四極電磁石の検討では、磁場測定データを基に評価が行われた。四極電磁石は、3.4GeVでも電源の最大定格値を超えないことから、電磁石・電源共に対応可能であることがわかった。しかし、偏向電磁石は、3次元磁場解析データから、3.4GeVでは飽和特性が5%以上悪くなった。電源についても、直流及び交流電源の最大定格が現電源と比べて15%及び6.2%超えており、現システムでは難しいことがわかった。このため、偏向電磁石については、既存の建屋に収まることを前提として、電磁石の再設計を行った。その結果、電源は直流電源の改造と交流電源の交換で実現可能となることがわかった。本論文では、RCS電磁石の出射エネルギー増強における検討内容及びその結果見えてきた課題について報告する。

論文

Design of injection and extraction at an 8-GeV booster ring and the J-PARC Main Ring for Multi-MW output beam power

原田 寛之; 發知 英明; 五十嵐 進*; 佐藤 洋一*; 小関 忠

JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.012012_1 - 012012_6, 2015/09

J-PARC 50GeV MRでは、30GeVのビームエネルギー、繰り返し2.48秒サイクル、上段の加速器であるRCSから380kW相当の粒子数入射によって、240kWのビーム出力を達成している。繰り返しを速くし、RCSから600kW相当の粒子数を入射することによって、MRから750kWのビーム出力を目標としている。その目標に向けて、新タイプの電磁石電源や高いインピーダンス特性を持つコアの開発を進めている。RCSでは、2014年夏のメンテナンス作業後の10月より設計出力である1MWのビーム出力の調整を開始する。MRにおけるより高いビーム出力に向けて、現在いくつかの選択肢を検討している。その一つとして、RCSとMRの間に新たに8GeVシンクロトロンを設置する案である。8GeVシンクロトロンでさらに加速させ、MRへの入射エネルギーを増大させる。それにより、ビーム出力を制限するビームロスの低減へとつながる空間電荷効果の緩和や小ビームサイズ化を実現させる。本発表では、MRにおける数MWのさらに高いビーム出力を達成するために新たに設計された8GeVシンクロトロンのビーム入射・出射システムを報告する。

論文

Introducing an 8-GeV booster synchrotron between RCS and MR at J-PARC; One possible option toward a multi-MW output beam power from MR

發知 英明; 原田 寛之; 山本 昌亘; 五十嵐 進*; 小関 忠*; 佐藤 洋一*

JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.012008_1 - 012008_6, 2015/09

J-PARC加速器(Linac, 3GeV RCS, 50GeV MR)は、現在、ビーム増強の最終段階にある。RCSでは、2014年10月より、設計出力1MWのビーム調整を開始予定であり、また、MRも、主電磁石の繰り返しを速めることで今後3年以内に設計出力0.75MWの実現を目指している。こうしたJ-PARC加速器の現状を踏まえ、我々は、更なるJ-PARC加速器の出力増強(数MW)を目指した検討を始めたところである。本稿では、RCSの2MW出力の可能性を検討するとともに、RCSとMRの間に新たな8-GeVブースターシンクロトロンを導入し、後段のMRからの出力を数MW領域へ引き上げる可能性を検討する。

論文

Optics tuning for beam collimation in the J-PARC 3-50 beam transport line

原田 寛之; 明午 伸一郎; 白形 政司*; 佐藤 洋一*; 田村 文彦; 手島 昌己*; 橋本 義徳*; 五十嵐 進*; 小関 忠

JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.012010_1 - 012010_6, 2015/09

J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)は、1MWのビーム出力を目指している。ビームロスの起源となり得る空間電荷効果などは、ビーム出力が増大するにつれて増大する。それは、制御不能なビームサイズの増大を引き起こし、最終的に制御不能なビームロスへとつながる。3GeVシンクロトロンの下段の加速器である主リング(MR)へのビーム輸送ラインにおいて、ビームコリメータを設置して、それらを活用し、不要に増大したビームを排除することが、MRのビーム出力増強に向けて必須となる。そのコリメータの能力を十二分に発揮させるためには、コリメータが設置している領域において、ビーム光学系を測定し、高精度に調整することが求められる。特に、ビーム運動量の広がりに対してビームサイズが変化する分散関数やビーム巾を決めるベータ関数のような光学系の調整はとても重要である。本発表では、ビーム輸送ラインにおける光学測定の手法を紹介し、シミュレーションに基づく、ビーム光学系の測定ならびに調整結果を報告する。

論文

J-PARC 3-50BTラインにおける光学系の調整

原田 寛之; 明午 伸一郎; 白形 政司*; 佐藤 洋一*; 田村 文彦; 手島 昌己*; 橋本 義徳*; 五十嵐 進*; 小関 忠

Proceedings of 10th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.39 - 43, 2014/06

J-PARC 3-50BTは、速い繰り返しのシンクロトロン(3GeV RCS)から出射されたビームを遅い繰り返しのシンクロトロン(MR)に輸送するビームラインである。空間電荷効果などビームのエミッタンスやハローを増加させる複合的な要因は、大強度の陽子ビームでは強度が増加するにつれて、非線形に増加する。加えて、MRの物理アパーチャは81$$pi$$mm mradであり、RCSの486$$pi$$mm mradと比較して小さい。そのため、一般的なビーム輸送ラインの役割とは異なり、3-50BTではコリメータエリアを要し、ビームを所定のエミッタンスまで削る機能を有する。加速器を安定に運転するためには、3-50BTのコリメータ性能を十分に発揮に発揮させることが不可欠であり、そのためには3-50BTでの光学系を把握並びに調整する必要がある。本講演では、3-50BTにおける光学系の測定手法を紹介し、測定結果と計算モデルに基づいた調整結果を報告する。

論文

Beam diagnostics in the J-PARC linac for ACS upgrade

三浦 昭彦; 佐藤 進; 富澤 哲男; 五十嵐 前衛*; 宮尾 智章*; 池上 雅紀*; 外山 毅*

Proceedings of 10th European Workshop on Beam Diagnostics and Instrumentation for Particle Accelerators (DIPAC 2011) (Internet), p.50 - 52, 2011/08

J-PARCリニアックにおける加速ビームのエネルギー増強において、新規に21台のACS加速空洞が追加されるため、このACS加速空洞用のビームモニタの開発が必要になった。合わせて、ACS加速空洞を設置した下流側のビームトランスポートでは、ビームのパラメータが変わるためにこの部分に設置してあるモニタに関しても改良が必要になった。本論文では、本エネルギー増強に合わせて開発したビームモニタや新規に開発されたビームモニタについて、その概要及び開発の要点について説明する。

論文

Status of beam loss evaluation at J-PARC linac

三浦 昭彦; 佐甲 博之; 山本 風海; 菊澤 信宏; 丸田 朋史; 佐藤 進; 今井 憲一; 足立 智; 杉村 仁志; 五十嵐 前衛*; et al.

Proceedings of 25th International Linear Accelerator Conference (LINAC 2010) (CD-ROM), p.590 - 592, 2010/09

現在のリニアックにはガス比例計数管タイプのロスモニタのみが設置されている。空洞のないところでは、ビームロスを正確に測定できているが、SDTLセクションのような空洞のあるところでは、空洞からのノイズを拾ってしまい正確な測定ができていない。空洞のあるところでは、シンチレーションや中性子用の比例計数管などを組合せることで種々の線種のロスを弁別できることから、シンチレーションを用いた測定を試みた。この結果、シンチレーションでは空洞からのノイズの影響を受けず、その時間応答性も大きく、チョップしたパルスの1つ1つから発生するロスまで測定できることから、その有効性が確認できた。現在マルチチャンネルのシンチレーションビームトラッカーシステムを作成しており、これを用いた測定によりビームロスの原因等を把握するのに有効と考えられる。

論文

Ground-state properties of the one-dimensional attractive Hubbard model with confinement; A Comparative study

Hu, J.-H.*; Wang, J.-J.*; Xianlong, G.*; 奥村 雅彦*; 五十嵐 亮; 山田 進; 町田 昌彦

Physical Review B, 82(1), p.014202_1 - 014202_12, 2010/07

 被引用回数:16 パーセンタイル:59.78(Materials Science, Multidisciplinary)

強相関電子の最もシンプルかつ代表的な1次元引力ハバード模型をベーテ仮説に基づく密度汎関数理論とDMRG法で粒子密度・相互作用を変化させつつ詳細に調べた結果について報告する。詳細な計算の結果、一次元引力ハバードモデルの基底状態の性質は、相互作用が弱から中程度の領域では、計算量の少ないベーテ仮説法に基づく密度汎関数理論で十分に記述できることがわかった。

論文

量子多体系・高精度シミュレーションの研究開発; 密度行列繰り込み群法の超並列化と大規模計算

山田 進; 五十嵐 亮; 奥村 雅彦*; 今村 俊幸*; 町田 昌彦

応用数理, 20(2), p.132 - 147, 2010/06

本論文は、CREST及び科学研究費補助金の研究計画に従い、量子多体系のシミュレーション手法である密度行列繰り込み群(DMRG)法の並列化に関する研究成果の発表である。特筆すべき成果は、超並列計算機を想定し、問題の物理的性質を考慮した並列化手法を提案した点にあり、実際に東京大学のT2Kクラスタシステムを利用したシミュレーションにより1000を超えるコア数でも並列化の効果が得られることを確認した。この結果から、本成果は次世代計算機のような超並列計算機の性能を有効に利用するための、重要な1つの並列化の指針になることが期待される。

論文

Suppression scheme of COD variation caused by switching ripple in J-PARC 3GeV dipole magnet power supply

渡辺 泰広; 谷 教夫; 安達 利一*; 五十嵐 進*; 染谷 宏彦*

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.3242 - 3244, 2010/05

J-PARC 3GeVシンクロトロンでは、コミッショニング当初よりリング全周に渡り入射から数msの期間に振幅2,3mmの水平CODが観測されている。この水平CODは1kHzで約140秒の周期で位相変動が生じるため、ショットごとにビーム軌道が変動しCOD補正を困難にしている。本論文では、この水平CODは偏向電磁石交流電源のスイッチングに起因することを明らかにするとともに、偏向電磁石交流電源のスイッチングタイミングを加速器のタイミング系と同期化することにより、位相変動を抑制できることをビーム試験で実証する。

論文

Beam injection tuning of the J-PARC main ring

Wei, G.; 小関 忠*; 五十嵐 進*; 冨澤 正人*; 高野 淳平*; 石井 恒次*; 白形 政司*; Fan, K.*; 畠山 衆一郎; 魚田 雅彦*; et al.

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.3915 - 3917, 2010/05

The beam commissioning of J-PARC (Japan Proton Accelerator Research Complex) MR (Main Ring) was started from May 2008 and is in progress. As usual, injection tuning is in the first stage and strongly related to other tuning items. Starting with design schemes, making adjustment due to leakage field influence from injection septum, doing envelope matching considering dilution of beam profile in Main Ring are reported in this papers.

論文

Performance of the main ring BPM during the beam commissioning at J-PARC

外山 毅*; 荒川 大*; 平松 成範*; 五十嵐 進*; Lee, S.*; 松本 浩*; 小田切 淳一*; 手島 昌己*; 飛山 真理*; 橋本 義徳*; et al.

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.981 - 983, 2010/05

J-PARC MRのビームコミッショニング中のBPMの運用経験について報告する。サブジェクトは、(1)特にビームダクトの段差の影響,(2)1秒平均に対し30ミクロンの位置分解能,(3)ビームを使った位置校正である。

論文

Beam fast extraction tuning of the J-PARC main ring

Wei, G.; 小関 忠*; 冨澤 正人*; 五十嵐 進*; 石井 恒次*; 安東 愛之輔; 高野 淳平*; 魚田 雅彦*; Fan, K.*; 畠山 衆一郎; et al.

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.3918 - 3920, 2010/05

The beam commissioning of J-PARC/MR has been started from May 2008 and is in good progress. One key purpose of MR commissioning is the 30 GeV beam fast extraction to neutrino beam line, which reflect the overall commissioning result. In the MR, fast extraction system comprises 5 kickers and 8 septa which give a bipolar kick to neutrino beam line or abort dump. However before commissioning, the measured magnetic field distribution of each fast extraction septa shows non-linear profile along the horizontal direction. In order to find the influence, a beam simulation with the measured field distributions of septa has been performed. Depends on this study and some OPI (Operation Interface) made by code SAD for orbit modification online, fast extraction of 30 GeV beam to neutrino beam line has been achieved on April 23rd 2009. And so far, 100 kW continual operation to neutrino line have been achieved, too.

論文

Wire scannerモニターを用いたJ-PARC MEBTチョッパーの調整

佐藤 進; 三浦 昭彦; 五十嵐 前衛*; 池上 雅紀*; 上野 彰; 佐甲 博之; 森下 卓俊; 吉川 博; 長谷川 和男; 小林 鉄也

Proceedings of 6th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (CD-ROM), p.298 - 300, 2010/03

J-PARCでは、数百マイクロ秒の幅を持ったマクロパルスを、MEBTにおいて1MHz程度のRFチョッパーを用いることにより、中間バンチ構造を形成させて、下流のDTL加速空洞に入射する。ビームの蹴り残しは、チョッパーより下流に設置されたワイヤースキャナーからの信号を、直後におかれたプリアンプで増幅することにより、測定した。その結果を報告する。

論文

J-PARCリニアックACS加速空洞増強におけるモニターシステムの設計

三浦 昭彦; 佐藤 進; 佐甲 博之; 吉川 博; 長谷川 和男; 五十嵐 前衛*; 池上 雅紀*

Proceedings of 6th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (CD-ROM), p.733 - 735, 2010/03

J-PARC線形加速器(リニアック)は、現在181MeVのビームエネルギーにて運転を行っているが、より高エネルギーの粒子を下流のシンクロトロンに入射するため、平成20年度末より、ACS加速空洞の増強を行う計画が開始した。これに伴い、ACS加速空洞におけるビームコミッショニングを行うためのモニター類の設計を開始し、製作を進めている。本稿では、ビームコミッショニングに用いられるモニター類について紹介するとともに、ACS加速区間におけるモニターシステムの設計について言及する。また、縦方向のミスマッチを診断するための縦方向プロファイルモニターの導入について紹介する。

論文

Study of J-PARC linac beam position monitor as phase monitor

佐藤 進; 三浦 昭彦; 富澤 哲男; 佐甲 博之; 森下 卓俊; 上野 彰; 長谷川 和男; 吉川 博; 五十嵐 前衛*; 池上 雅紀*

Proceedings of 2009 Particle Accelerator Conference (PAC '09) (DVD-ROM), p.3591 - 3593, 2009/05

In J-PARC LINAC, about a hundred of beam position monitors (BPM's) with stripline electrodes are being operated. Signals from striplines would be useful also for beam phase measurement, for which we are currently using fast current transformer monitors (FCT's), and then we are taking a study for such usages. In this paper, current situation of our studies both with the test bench and with the negative H beam is presented.

論文

Analytical method for the evaluation of field modulation inside the rf-shielded chamber with a time-dependent dipole magnetic field

菖蒲田 義博; 入江 吉郎*; 五十嵐 進*

Physical Review Special Topics; Accelerators and Beams, 12(3), p.032401_1 - 032401_24, 2009/03

 被引用回数:5 パーセンタイル:40.77(Physics, Nuclear)

J-PARCの3GeVRCSでは、銅ストライプで覆われたセラミックチェンバーを真空チェンバーに用いている。これらの銅ストライプにはコンデンサーがついており、周回するビームに対しては低インピーダンスに外から誘起される場と同じ周波数を持つ電流に対しては高インピーダンスになるように選んである。このような銅ストライプで覆われたセラミックチェンバー内での場の揺らぎについて、ダイポール磁場が励起された場合について議論することは、ビームの品質を維持するうえで極めて重要なことである。ここでは、それを正確に早く評価できる理論について紹介する。

論文

Design and construction of septum magnets at 3-GeV RCS in J-PARC

吉本 政弘; 植野 智晶; 富樫 智人; 竹田 修; 金澤 謙一郎; 渡辺 真朗; 山崎 良雄; 神谷 潤一郎; 高柳 智弘; 倉持 勝也; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 18(2), p.297 - 300, 2008/06

 被引用回数:3 パーセンタイル:27.14(Engineering, Electrical & Electronic)

There are seven septum magnets for the beam injection and extraction at the RCS in J-PARC. In design of the septum magnets, the most important is that the magnetic leakage field outside the septum will disappear, but it is difficult in fact. In order to reduce the leakage field from the septum magnets at the beam orbit in the ring, the silicon steel sheets are set at the outside of the septum magnets as the magnetic shields. However sufficient spaces to set the thick magnetic shields are not securable at the divergent duct areas. Therefore the vacuum chambers are made by the magnetic stainless steel and the leakage fields in the chambers can be reduced. As results of the 3D field calculations by TOSCA, the magnetic leakage field can be suppressed to a few Gauss or less.

論文

J-PARCリニアックにおけるビームエネルギー測定

佐藤 進; 五十嵐 前衛*; 富澤 哲男; 三浦 昭彦; 上野 彰; 佐甲 博之; 森下 卓俊; 近藤 恭弘; Shen, G.; 秋川 藤志*; et al.

Proceedings of 5th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 33rd Linear Accelerator Meeting in Japan (CD-ROM), p.500 - 502, 2008/00

J-PARCリニアックにおいては、ファインメットコアを用いたFast Current Transformer(FCT)を用いてビームの位相を測定し、ペアとなるFCT間の位相差から、飛行時間(TOF)を求めて、ビームのエネルギーを測定している。このとき用いる、飛行距離については、FCTの位置を専用の測量台座を設けて、測定してある。今回の報告は、ビームのエネルギーを、飛行距離の異なる複数のTOF組合せ間で比較をするとともに、リニアックにある加速空洞(SDTLの後段)を用いてビームエネルギーを変化させ、考察を行う。また、リニアックの後段に続く、シンクロトロン(RCS)に入射したとき、ビーム捕獲用のRF源を用いて測定されている周回周波数を用いて、(周回軌道の長さを仮定したときの)導出したビームエネルギーと、比較を試みる。さらに、リニアックからRCSへの入射エネルギーを変化させたときに生じる、RCSにおける(dispersion項による)Closed Orbit Distortion(COD)の変化量を用いて、ビームエネルギーの変化量を推測し、リニアック側でFCTを用いて測定したビームエネルギーの変化量との対応関係について考察を行う。

論文

Profile measurement and transverse matching in J-PARC linac

秋川 藤志*; 五十嵐 前衛*; 池上 雅紀*; Lee, S.*; 佐藤 進; Shen, G.; 富澤 哲男; 上野 彰

Proceedings of 2007 Particle Accelerator Conference (PAC '07) (Internet), p.1472 - 1474, 2007/08

J-PARCリニアックのビームコミッショニングが2006年11月から実施されている。われわれは、ビームプロファイルと横方向のマッチングを測定するため、ワイヤースキャナーを製作した。各マッチングセクションに4台ずつワイヤースキャナーが設置されている。ビームプロファイルとマッチングの測定結果について報告する。

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