核破砕中性子源使用済み機器の保守; モデレータ・反射体,陽子ビーム窓

勅使河原 誠; 木下 秀孝; 涌井 隆; 明午 伸一郎; 関 正和; 原田 正英; 伊藤 学; 鈴木 徹; 池崎 清美; 前川 藤夫; et al.

JAEA-Technology 2012-024, 303 Pages, 2012/07

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J-PARC構成施設のひとつ核破砕中性子源である物質・生命科学実験施設(MLF)では、中性子を発生するため3GeVまで加速された陽子ビームが、水銀ターゲットに入射する。高エネルギーの陽子や中性子に晒された機器(ターゲット容器,モデレータ,反射体及び陽子ビーム窓)は、照射損傷を受けるため、定期的な交換保守を必要とする。使用済み機器は高度に放射化され、遠隔による交換保守が必要となる。使用済みの機器の交換保守が行える保守シナリオを構築し、必要な設備をホットセル内及びMLF内に導入した。保守シナリオの整合性を確認するため実機を用いて予備試験を行った。本報告書では、使用済み機器(モデレータ・反射体,陽子ビーム窓を対象)について、予備試験を通して得られた知見をもとに、使用済み機器の取り扱いに反映することを目的とし、交換保守に関する問題点と解決策等を報告する。

Influence of Great East Japan Earthquake on neutron target station in J-PARC

酒井 健二; 二川 正敏; 高田 弘; 坂元 眞一; 前川 藤夫; 木下 秀孝; 関 正和; 羽賀 勝洋; 粉川 広行; 涌井 隆; et al.

Proceedings of 20th Meeting of the International Collaboration on Advanced Neutron Sources (ICANS-20) (USB Flash Drive), 6 Pages, 2012/03

本報告では、東日本大震災の発生時におけるJ-PARC物質・生命科学実験施設(MLF)の中性子源ステーションの挙動、被害状況を調査する。大震災発生時、MLFでは幾つかの機器で大きな揺れを検知した後、外部電源が喪失し、全循環システムが自動停止した。水素は設計通り屋外に放出され、機器異常による水銀, 水素, 放射性ガスの漏えいも生じなかった。一方、激しい揺れは遮蔽体ブロックのずれ、建屋周辺の地盤沈下による外部供給配管の破断を引き起こした。この配管破断による圧縮空気の喪失は、圧空シリンダーを用いた固定装置や空気操作弁などに影響を及ぼしたが、主要機器の大きな破損までは至らなかった。これらの結果は、本ステーションの緊急事態に対する安全設計の妥当性を実証した。

J-PARC 3GeV陽子ビーム輸送施設における陽子ビームダンプまでの輸送

大井 元貴; 甲斐 哲也; 小野 武博; 池崎 清美; 原口 哲也; 藤森 寛*; 坂元 眞一; 明午 伸一郎

no journal, , 

J-PARC RCSシンクロトロンから3GeV陽子ビームを取り出し、ビームダンプに入射することを成功した。陽子ビームモニターの概要,輸送ラインのビームオプティクス及びビームロスの現状について報告する。また、本年5月に予定されている陽子ビームの中性子源に受入れ計画について報告する。

J-PARC核破砕中性子源(JSNS)のビームコミッショニング

明午 伸一郎; 大井 元貴; 甲斐 哲也; 小野 武博; 池崎 清美; 原口 哲也; 圷 敦; 坂元 眞一; 藤森 寛*

no journal, , 

J-PARCの核破砕中性子源(JSNS)のビームコミッショニングが開始された。2008年5月30日10時15分に、わずかの1ショットのビームで中性子ターゲットまでビームを輸送することに成功した。その後に19ショットで陽子ビームの軌道調整を行った後に、わずか1ショットのビームで中性子ビームの生成を確認できた(14時25分)。中性子ターゲットにおける陽子ビームのプロファイルを得るために、アルミフォイルを水銀ターゲット上に設置し、放射化法により測定を行った。アルミフォイルは人が直接取り外すために、2000ショットに制限を行った。放射化法を行うためには、ビームの安定性が重要な鍵となるが、加速器からのビームは非常によく安定しており、ビームのふらつきの問題がないことが確認された。測定で得られたビームの広がりは、上流側のプロファイルモニターの結果から予想される値とよい一致を示した。これにより、陽子ビーム輸送系は、ほぼ設計通りとなっていることが確認された。現在までは4kWの運転を行っているが、将来のコミッショニング計画に関しても簡単に報告する予定である。

J-PARC MLFのビームコミッショニング

明午 伸一郎; 大井 元貴; 甲斐 哲也; 池崎 清美; 原口 哲也; 圷 敦; 藤森 寛*; 坂元 眞一; 伊藤 学; 二川 正敏

no journal, , 

J-PARCの物質・生命科学実験施設(MLF)ではシンクロトロン(3GeV)から出射した1MWの大強度の陽子ビームを水銀ターゲットやその上流に設置した薄い炭素ターゲット(厚さ20mm)に入射し中性子やミュオンを利用したさまざまな実験を行う。去年5月に陽子ビームを水銀ターゲットに入射し中性子ビームの生成に成功し、9月にミュオンビームの生成に成功した。ビーム運転を安定して行うためには長期的なビーム特性を取得することが重要である。そこで陽子ビーム窓におけるビーム中心軌道の時間的な振る舞いを測定した。運転を開始してから10日付近でビーム中心が徐々にドリフトし-10mmになったことを観測した。この原因は、RCSのキッカー電磁石電源の励磁タイミングのドリフトによることがわかった。運転を開始して16日目より励磁タイミングを自動的に補正する制御を行い、ビーム軌道は非常に安定になることが確認できた。また運転終了後のビームラインの線量を測定した結果、線量は低くバックグランド程度となることがわかった。以上より100kWの運転も問題なく行える見通しを得ることができた。

MLFの200kWビームコミッショニング

明午 伸一郎; 大井 元貴; 甲斐 哲也; 池崎 清美; 原口 哲也; 圷 敦; 藤森 寛*; 坂元 眞一; 伊藤 学; 二川 正敏

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J-PARCの物質・生命科学実験施設(MLF)では平成22年の11月から約200kWの連続運転を開始した。パルス陽子ビームに起因する水銀ターゲット容器の損傷は陽子ビームのピーク密度の4乗に比例するためにターゲット上でのビームのピーク密度を減少させることが重要な鍵となりビームプロファイルの測定が不可欠である。そこでビーム運転終了後にイメージングプレート(IP)をターゲットに密着させ放射化法によるプロファイルの測定法の開発を行った。ピーク密度は、単純に四極電磁石の励磁を変化させターゲットでビームを広げることにより下げることが可能であるが、ターゲット周辺の構造体の発熱が大きくなるために周辺部の発熱を確認しながらプロファイルの調整をすることが重要となる。そこで、実際の運転において周辺部発熱密度を熱電対で測定する方法を開発し、これを用いてビーム運転を行った。この結果、200kW運転時のターゲットにおけるピーク発熱密度は1.7J/cc/pulse程度と十分に抑えることができ、またターゲット周辺部の発熱密度は0.3W/ccであり許容値(1W/cc)を十分に下回っていることが確認できた。以上より平成23年の夏季シャットダウンまで問題なく運転できる目処を得た。

Proton beam monitors at JSNS of J-PARC

明午 伸一郎; 大井 元貴; 圷 敦; 池崎 清美*

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J-PARCの核破砕中性子源(JSNS)では高い信頼性を持ち、更に十分な寿命を有するSiCワイヤを用いたマルチワイヤプロファイルモニタ(MWPM)の開発を行ってきた。また、核破砕中性子源の水銀ターゲットにおける二次元のビームプロファイルを得るために、ビーム照射後に遠隔操作にてイメージングプレート(IP)をターゲット容器のビーム入射面に設置し放射化法によるビームプロファイルモニタの開発を行った。MWPMで得たビームの幅はIPで得た結果と良い一致を示すことが示され、高い信頼性で大強度のビームが測定されていることが示された。ターゲット周辺部においてビームハローを制御し発熱密度を設計許容値(1W/cc)以下に抑えるために、水銀ターゲットの上流にハローモニターを設置した。このモニターにより、ビームハローの強度が許容される1W/ccの発熱密度よりも小さいことが確認された。以上のビームモニターの情報により大強度の核破砕中性子源の運転が可能となった。