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論文

Beam monitors for the commissioning of energy upgraded linac

三浦 昭彦; 丸田 朋史*; Liu, Y.*; 宮尾 智章*; 川根 祐輔; 大内 伸夫; 小栗 英知; 池上 雅紀*; 長谷川 和男

JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.011002_1 - 011002_6, 2015/09

BB2014-1017.pdf:0.51MB

J-PARCリニアックでは、2009年より新しく設置されたACS(Annular-ring Coupled Structure)空洞を用いて、ビームエネルギーを400MeVに増強するプロジェクトを進め、2013年度には、リニアックで400MeVの利用運転を開始した。ビームエネルギーの増加に伴い、新しい加速空洞を設置する部位に対し、リニアックのチューニングに使用するビームモニタを製作し、設置した。また、2013年12月より実施した加速器のチューニングにおいて、製作したビームモニタを用いてTOF(Time Of Flight)法などによるビームエネルギー測定、ビームを用いた位置モニタの設置位置校正などの性能確認を実施した。ここでは、ビームモニタの製作において得られた知見、ビームモニタを用いた加速器のチューニングの方法を説明するとともに、ビーム運転で得られた成果のうち、ビームモニタの性能を示す結果を紹介する。

論文

Bunch shape measurement of 181 MeV beam in J-PARC linac

三浦 昭彦; Feschenko, A. V.*; Mirzojan, A. N.*; 宮尾 智章*; 大内 伸夫; 丸田 朋史*; Liu, Y.*; 小栗 英知; 池上 雅紀*; 長谷川 和男

JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.011003_1 - 011003_6, 2015/09

BB2014-1018.pdf:0.45MB

J-PARCリニアックでは、2009年より新しく設置されたACS(Annular-ring Coupled Structure)空洞を用いて、ビームエネルギーを400MeVに増強するプロジェクトを進め、2013年度には、リニアックで400MeVの利用運転を開始した。J-PARCリニアックの加速空洞で使用する加速周波数は324MHzであるが、ACS加速空洞の加速周波数は972MHzであり、位相方向に3倍の力を受けるため、ACS空洞に入射する部分でのマッチングをとる必要がある。このため、縦方向のビーム長を観測するバンチシェイプモニタを製作し、181MeVに加速したビームのバンチ長の測定を行った。ここでは、製作したバンチシェイプモニタの測定原理、構造について報告する。合わせて、ビーム運転におけるバンチ長測定、および解析結果との比較について報告するとともに、運転の際に発生した真空の悪化現象とその対策について報告する。

論文

J-PARCリニアックにおけるビーム調整試験の進捗

丸田 朋史*; Liu, Y.*; 二ツ川 健太*; 宮尾 智章*; 三浦 昭彦; 池上 雅紀*

Proceedings of 12th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.432 - 436, 2015/09

J-PARCリニアックは2013年と2014年の2年にわたり、ビームの大強度化のために加速器本体の増強を実施した。2013年には既設加速器の下流に25台のACS空洞を増設し、ビームエネルギーを181MeVから400MeVに増強した。2014年はフロントエンド部(イオン源とRFQ)を交換し、最大ピーク電流を30mAから50mAとした。フロントエンド交換後初となるリニアックの単独ビーム試験を2014年10月に実施し、約2週間の試験を経た10月15日に50mAビームの加速に成功した。設計ピーク電流50mAの加速に成功したことは、J-PARC加速器の1MW利用運転に向けた重要な一歩である。ビーム試験修了以降、現在まで30mAのビームを安定的に下流に供給している。本発表では、フロントエンド部交換後のリニアック単独のビーム試験結果、ビームプロファイル、ロスの状況について報告する。

論文

Design and delivery of beam monitors for the energy-upgraded linac in J-PARC

三浦 昭彦; 大内 伸夫; 小栗 英知; 長谷川 和男; 宮尾 智章*; 池上 雅紀*

Journal of the Korean Physical Society, 66(3), p.364 - 372, 2015/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:73.27(Physics, Multidisciplinary)

J-PARCリニアックでは、ビームエネルギー増強に関するプロジェクトが2009年度より進められている。このプロジェクトにより、リニアックの出力エネルギーが181MeVから400MeVへ変わる。これに対応するため、増強部のビームモニタを開発し、ビームコミッショニングに適した配置を検討した。本文では、エネルギー増強後のリニアックのチューニングに使用するビームモニタとそのレイアウト,チューニング方法を示し、ビームモニタの設計及び製作方法を紹介した。最後に、加速器のビームを用いたビームモニタの確認試験について言及する。

論文

Installation and performance check of beam monitors for energy upgraded J-PARC linac

三浦 昭彦; 大内 伸夫; 小栗 英知; 長谷川 和男; 丸田 朋史*; Liu, Y.*; 宮尾 智章*; 池上 雅紀*

Proceedings of 27th International Linear Accelerator Conference (LINAC 2014) (Internet), p.1059 - 1061, 2014/12

J-PARCリニアックでは、2009年度より製作を開始した21台のACS加速空洞を用いて、加速するビームのエネルギーを181MeVから400MeVにするエネルギー増強プロジェクトを開始した。加速したビームのエネルギー測定に使用する位相モニタや、加速空洞や電磁石類のチューニングに使用するビーム電流モニタ、位置モニタ、プロファイルモニタを設計・製作し、2013年11月までに新しいビームラインに設置した。同12月よりビームコミッショニングを開始し、チューニング、400MeVの達成の確認のため、設置したビームモニタを使用した。ここでは、ビームモニタの設置状況及びビームコミッショニングにおいて実施したビームモニタの性能確認の方法、結果について紹介する。

論文

J-PARCリニアックチョッパシステムの開発

平野 耕一郎; 伊藤 崇; 近藤 恭弘; 篠崎 信一; 千代 悦司; 三浦 昭彦; 森下 卓俊; 池上 雅紀*; 久保田 親*; 杉村 高志*; et al.

Proceedings of 10th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.858 - 861, 2014/06

J-PARCリニアックの運転パラメータは、ピーク電流17mA、マクロパルス幅500$$mu$$s、繰り返し25Hz、ビームエネルギー181MeVである。マクロパルスビームは、RFQ下流のMEBT領域にあるRFチョッパ空洞の電界によって、その一部が蹴りだされ、櫛形構造を持つビームに整形される。この整形されたビームは、パルス幅600nsの中間パルスが1066nsの間隔で並んだ構造である。一方、蹴りだされたビームは、RFチョッパ空洞から約70cm離れた場所にあるスクレーパに負荷される。今後、イオン源、及び、RFQの改造、並びに、加速管の増設を行い、ビーム電流を50mA、ビームエネルギーを400MeVに増強する計画である。ビーム電流を50mAに増加すると、ビームがチョッパ空洞の電極やビームパイプにあたるシミュレーション結果が得られている。また、スクレーパの損傷が懸念される。そこで、ビーム電流50mAに対応したMEBTビームラインに改造する計画である。今回は、チョッパ空洞やスクレーパ等に関するチョッパシステムの改造について報告する。

論文

J-PARCリニアック用バンチ・シェイプ・モニタの開発

三浦 昭彦; Feschenko, A. V.*; Mirzojan, A. N.*; 宮尾 智章*; 大内 伸夫; 小栗 英知; 長谷川 和男; 池上 雅紀*

Proceedings of 10th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.705 - 708, 2014/06

J-PARCリニアックでは、ACS(Annular Coupled Structure)加速空洞を用いて、現在の181MeVから400MeVまでビームエネルギを増強するプロジェクトが進行している。現在、J-PARCリニアックで採用している加速空洞のRF周波数は324MHzであるのに対し、ACS加速空洞は972MHzである。このため、ACS加速空洞に入射する際には、位相(縦)方向のマッチングが重要である。そこで、ロシア原子力研究所(INR)と共同で、縦方向のビームプロファイルを測定するためのバンチ・シェイプ・モニタの開発を実施した。ここでは、開発したモニタの構造等を紹介するとともに、モニタの性能評価のために測定した結果の一部を紹介する。

論文

J-PARCリニアックRFチョッパ用の高周波源システムの改造

二ツ川 健太*; 池上 雅紀*; 伊藤 雄一; 菊澤 信宏; 佐藤 文明; 篠崎 信一; 鈴木 隆洋*; 千代 悦司; 平野 耕一郎; Fang, Z.*; et al.

Proceedings of 10th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1149 - 1153, 2014/06

J-PARCリニアックでは、MEBT部に2つの空胴で構成されたRFチョッパを導入し、不要なビームをRFで蹴り出すことにより櫛形構造を持つ中間パルスを生成して、RCSへ入射している。RFチョッパの高周波の立上り・立下り時の過渡領域のビームは、半端に蹴り 出されるために下流でのビーム損失の原因となり得る。そこで、RFチョッパには、素早い応答性が要求され、Q値の低い空胴と帯域の広い半導体アンプが採用されている。しかし、以前のシステムでは2つのチョッパ空胴をU字型の同軸管で直列に接続し、1つの高周波源で運用していたこともあり、高周波の立下り時に大きなリンギングが見られた。そこで、2012年の夏季シャットダウン中に、新たに半導体アンプを追加し高周波源を2台体制にして、各空胴を独立にドライブするシステムに改造した。その結果、立下り時のリンギングは小さくなり、ビーム電流15mAの条件下で立上り・立下り時間が約20nsecを達成した。現在は、半導体アンプが故障したために、以前の直列接続のシステムに戻っているが、本講演では2台体制の並列接続システムの成果について発表を行う。

論文

Progress of beam commissioning and beam loss mitigation in the J-PARC linac after the Tohoku earthquake

丸田 朋史; 三浦 昭彦; 佐甲 博之; 田村 潤; 池上 雅紀*; 二ツ川 健太*; Fang, Z.*; 宮尾 智章*; Liu, Y.*

Journal of the Korean Physical Society, 63(7), p.1274 - 1279, 2013/10

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Physics, Multidisciplinary)

The Tohoku earthquake in March 2011 caused a significant damage to the J-PARC linac and forced us to shutdown the accelerator for nearly nine month. After significant effort for its restoration, we have resumed the beam operation of the J-PARC linac in December 2011. After the resumption of beam operation, we have been suffering from beam losses which were not observed before the earthquake. Tackling with the beam loss issues, we have been reached the same beam power for user operation as before the earthquake. In this paper, we present the experience in the beam start-up tuning after the earthquake with emphasis on the beam loss mitigation efforts.

論文

J-PARCリニアックDTL部で発生したビームロスの計測

三浦 昭彦; 宮尾 智章*; 伊藤 崇; 平野 耕一郎; 南茂 今朝雄*; 丸田 朋史; 田村 潤; 池上 雅紀*; 内藤 富士雄*

Proceedings of 9th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.653 - 655, 2013/08

2011年3月の東北地方太平洋沖地震により、J-PARCでは大きな被害が発生した。震災前の運転に比べ、アライメントが異なることなどから、ビームロスの発生状況の変化が見られると同時に、部分的に非常に大きなビームロスが発生し、運転後のサーベイにおいて、ドリフトチューブリニアック(DTL)空洞の表面に、残留放射線が認められる箇所が見つかった。このため、シンチレーションビームロスモニタを追加し、DTL部でのビームロス挙動の観測を開始した。ビーム軌道をパラメータとした測定の結果、ビームロスイベントが軌道に伴って変化する様子が観測された。

論文

J-PARCリニアックにおけるRFチョッパーを使用した縦方向ビームプロファイル測定の検討

丸田 朋史; 池上 雅紀*

Proceedings of 9th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.420 - 423, 2013/08

J-PARCリニアックの3MeVビーム輸送区間に設置された機器を用いて、縦方向ビームプロファイルの測定方法を考案した。この区間には、ビームの時間構造を下流の3GeV Rapid Cycling Synchrotron(RCS)のRF構造に合わせて櫛形に整形するため、RFチョッパーシステムが設置してある。このシステムは高周波でビームに水平方向の偏向を与えるRFチョッパー空洞とスクレーパから構成される。測定ではチョッパー空洞の同期位相を、ビーム重心からの位相差に比例して偏向量が増加するように変更する。偏向後の分布をワイヤースキャナーで測定し、偏向有・無の分布の比較から、位相方向ビーム幅(RMS)を求める。また、上流にあるバンチャーの振幅を変えて、位相方向ビーム幅を測定することにより、エミッタンスとtwissパラメータを求めることができる。本論文では、測定方法とシミュレーションの結果について報告する。

論文

Beam commissioning of J-PARC linac after Tohoku Earthquake and its beam loss mitigation

池上 雅紀*; Fang, Z.*; 二ツ川 健太*; 宮尾 智章*; Liu, Y.*; 丸田 朋史; 佐甲 博之; 三浦 昭彦; 田村 潤; Wei, G.

Proceedings of 9th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.64 - 67, 2013/08

The beam operation of J-PARC linac was interrupted by the Tohoku earthquake in March 2011. After significant effort for its restoration, we have resumed the beam operation of J-PARC linac in December 2011. After resumption of beam operation, we have been suffering from beam losses which were not observed before the earthquake. Tackling with the beam loss issues, we have been reached the same beam power for user operation as before the earthquake. In this paper, we present the experience in the beam start-up tuning after the earthquake with emphasis on the beam loss mitigation efforts.

論文

J-PARCリニアックビームトランスポートにおけるダクトアライメントとビームロス

田村 潤; 青 寛幸; 浅野 博之; 池上 雅紀*; 丸田 朋史; 三浦 昭彦; 森下 卓俊; 小栗 英知; 大内 伸夫; 澤邊 祐希*; et al.

Proceedings of 9th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.377 - 380, 2013/08

2011年3月11日に発生した東北地方太平洋沖地震によって、J-PARCリニアックでは加速器トンネルに深刻な変形が生じたため、ほぼ全数の加速空洞及び電磁石の精密アライメントが行われた。ドリフトチューブリニアック下流のビームトランスポート(MEBT2及びA0BT)については、精密アライメント後の電磁石に合わせてビームダクトを粗くアライメントした。ビーム運転再開後、MEBT2及びA0BTにおいて、震災前には見られなかったビームロスと残留放射線が確認された。ダクト位置を測量した結果、ロス発生箇所で10mmを超えるビーム軸中心からのずれがあることがわかった。ずれの大きい箇所を再アライメントすることによって、ビームロス及び残留線量が低下した。ここでは、ダクトのアライメント法による誤差及びミスアライメントによるビームロスについて報告する。

論文

Simulation study on the longitudinal bunch shape measurement by RF chopper at J-PARC linac

丸田 朋史; 池上 雅紀*

Proceedings of 26th International Linear Accelerator Conference (LINAC 2012) (Internet), p.395 - 397, 2012/09

J-PARCリニアックの3MeVビーム輸送区間には、ビームパルスを下流の3GeV Rapid Cycline Synchrotron(RCS)のRF周期に一致した構造に整形するため、RFチョッパーシステムが設置されている。このシステムはRFチョッパー空洞とスクレーパーから構成される。不要なビームはチョッパー空洞により水平方向に偏向を与え、スクレーパーにより除去する。このRFチョッパー空洞を使用し、位相方向ビーム幅の測定手法を考案した。またこのビーム幅測定に、チョッパー上流に設置されたバンチャー空洞の自由度を組合せることにより、縦方向エミッタンス及びTwissパラメータの測定法も考案した。これらの測定方法を3次元particle-in-cellコードによりシミュレーションにより検証した。本論文では測定方法及びシミュレーション結果について説明する。

論文

Longitudinal beam diagnosis with RF chopper system

丸田 朋史; 池上 雅紀*

Proceedings of 52nd ICFA Advanced Beam Dynamics Workshop on High-Intensity and High-Brightness Hadron Beams (HB 2012) (Internet), p.591 - 595, 2012/09

J-PARCリニアックではビームのパルス構造を3GeV RCSのRF周期に一致させるため、3MeVビーム輸送系に高周波(RF)チョッパーシステムを設置している。このシステムではRF deflectatorを2台接続した空洞を使用する。不要なビームは高周波電極間に発生した電場によって水平方向に偏向された後、下流のスクレーパーで除去される。位相方向ビーム分布が高周波と比較して広い場合、その一部は十分に偏向されず、ビームラインに留まる可能性がある。その場合蹴り残したビームは181MeVまで加速された後RCSに輸送されるが、RFバケツの外側に位置するため、最終的にビームロスになる。そこで今回、チョッパー空洞の高周波設定(振幅と同期位相)を変化させてRCSのロスを測定し、ロスが発生しない高周波設定範囲を導出。その範囲に見合う位相方向ビーム全幅を計算により導出した。本発表では、この測定方法と結果について報告する。

論文

Beam start-up of J-PARC linac after the Tohoku Earthquake

池上 雅紀*; Fang, Z.*; 二ツ川 健太*; 宮尾 智章*; 丸田 朋史; 佐甲 博之; 三浦 昭彦; Wei, G.; 田村 潤

Proceedings of 3rd International Particle Accelerator Conference (IPAC '12) (Internet), p.3293 - 3295, 2012/05

J-PARCは2011年3月に発生した東北大震災によって甚大な被害を被り、長期間の停止を余儀なくされた。復興作業後、加速器運転を再開したのは2011年12月である。本論文では、ビーム運転再開後のリニアックの運転状況について報告する。12月のビーム運転再開後、1月上旬にかけて実施した計14日間のビーム調整により、1月下旬には震災以前の強度には及ばないものの、利用運転に耐える状況を構築した。また利用運転再開後も、継続的にビームロスの低減に取り組み、原因をひとつひとつ取り除いた。本論文では、特にマクロパルス先頭の顕著なロス、地震の揺れによるビームダクト歪みに起因したロスの詳細について報告している。これらの取り組みにより、最終的に残留放射線レベルをビーム運転再開当初から1桁改善させることに成功した。この結果、3月から震災以前と同じ強度で安定的な運転を達成している。しかしながら、依然としてビームロスは震災以前よりも高く、さらにビームロス低減に取り組む必要がある。また震災後に加速空洞1台が不調となっており、設計値からずれた設定で運転する等、懸念事項も存在する。今後もこれらの事柄について取り組んでいく。

論文

Longitudinal beam profile measurement at J-PARC separated drift tube linac

丸田 朋史; 三浦 昭彦; 佐甲 博之; Wei, G.; 池上 雅紀*

Proceedings of 2nd International Particle Accelerator Conference (IPAC '11) (Internet), p.1245 - 1247, 2011/09

J-PARCリニアックでは、加速後のビームを3GeV RCSに送る、ビームトランスポートセクションでロスが発生している。このロスの原因の一つとして、ロス発生部上流にあるSDTLでビームが縦方向アクセプタンスより広がっており、ビームがアクセプタンスからこぼれ、ロスに繋がっている可能性がある。そこでわれわれはビームのプロファイルが縦方向アクセプタンスに対して、どの程度余裕があるのか、実験的に検証した。実験では2種類の測定を実施した。一つは位相スキャンで、SDTLへのビームの入射位相を振ることにより、位相方向のアクセプタンスの余裕を調べた。もう一つはタンクレベルスキャンで、SDTLの全空洞のタンクレベルを一定の割合で減少させることにより、アクセプタンスを収縮させ、特にエネルギー方向にどの程度余裕があるか調べた。本プロシーディングでは測定方法と結果について報告する。

論文

Longitudinal beam acceptance of J-PARC drift tube linac

丸田 朋史; 三浦 昭彦; 佐甲 博之; Wei, G.; 池上 雅紀*

Proceedings of 2nd International Particle Accelerator Conference (IPAC '11) (Internet), p.2592 - 2594, 2011/09

J-PARCリニアックの3MeV RFQと50MeV DTLの間には、ビームのパラメータをDTLのアクセプタンスに合うように調整するMEBT1と呼ばれるセクションがあり、8台のQ磁石と2台のバンチャーが設置されている。加えてMEBT1には、ビームをパルス上に成形するために、チョッパー空洞とスクレーパーが設置されている。しかしながらこのようなビームを調整するセクションでありながら、MEBT1にはビームの縦方向を調べるためのツールがない。一方実験グループから、ビーム強度に対する残留ビームの割合を今より4桁向上させて欲しいという要望があり、このようなビームの調整には縦方向の測定が必須である。このような状況を踏まえ、われわれはDTLの縦方向のアクセプタンスを使用して、縦方向の情報を求める方法を検討している。その第一ステップとして、われわれは位相スキャン法による位相方向のアクセプタンスの導出、及び、DTLの1番目の空洞のタンクレベルを減らした場合にアクセプタンスがどの程度収縮するか測定した。本発表ではこれらの測定結果について報告する。

論文

Beam monitor deformation by Tohoku Earthquake and its recovery project

三浦 昭彦; 長谷川 和男; 小栗 英知; 大内 伸夫; 五十嵐 前衛*; 宮尾 智章*; 池上 雅紀*

Proceedings of 2nd International Particle Accelerator Conference (IPAC '11) (Internet), p.2328 - 2330, 2011/09

2011年3月11日東日本大震災が発生し、J-PARC加速器にも大きな被害をもたらした。J-PARCリニアックのビーム運転に必要なビームモニタについては、真空リークが発生するなどの被害が発生した。本稿では、震災により発生した被害の状況の詳細及び、これらの復興作業の状況について報告する。

論文

Beam loss detected by scintillation monitor

三浦 昭彦; 丸田 朋史; 佐甲 博之; 長谷川 和男; 大内 伸夫; 五十嵐 前衛*; 宮尾 智章*; 池上 雅紀*

Proceedings of 2nd International Particle Accelerator Conference (IPAC '11) (Internet), p.1257 - 1259, 2011/09

J-PARCリニアックのビームロスの測定には、Arガスを封入した比例計数管が採用されているが、加速空洞の近傍ではRFに起因するX線が発生し、これによるノイズが小さなビームロス検出を阻害している。このため、X線のノイズを低減し、より正確にビームロスを測定するシステムの検討を開始した。この結果、高エネルギーの部分ではX線のノイズに影響を受けないビームロスの検出に成功した。同時に高い時間分解能を示すことから他のモニタリングにも使用できる可能性が示された。また、低エネルギーの部位においても同様に、X線のノイズに影響が少ないビームロスの検出に成功した。

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