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論文

J-PARC 3GeVシンクロトロン用ターボ分子ポンプの磁場による過電流評価

荻原 徳男; 金澤 謙一郎

Journal of the Vacuum Society of Japan, 53(3), p.148 - 150, 2010/04

加速器及び核融合装置等で近年ターボ分子ポンプ(TMP)が多用されており、磁場中での使用の機会がふえている。TMPをこのような(静的)磁場中で使用する場合、渦電流によるローター部の温度上昇とそれに伴う熱伸びによる接触事故の危険性を評価しておく必要がある。今回、より一般性のある評価手順に基づき、J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)で使用しているTMPに対する検討を加えたので報告する。すなわち、小型TMPを用いた広範な実験から、渦電流損に対する知見を得、これを定式化した。これを半実験式として、RCS用TMPの渦電流損を磁場の関数として表す評価式を求めた。次いで、ローター温度の評価に対し、放射伝熱に対する無限平板近似式を半実験的に扱うことで定式化した。以上の定式化により、磁場をパラメータとしてローター温度及び熱伸びの評価が可能となった。評価の結果、ローターの温度上昇は、最大でも50$$^{circ}$$C程度であり、RCSにおいては問題を生じないことが明らかとなった。

論文

Influence of magnetic fields on turbo-molucular pumps

荻原 徳男; 金澤 謙一郎; 猪原 崇*; 和田 薫*

Vacuum, 84(5), p.718 - 722, 2009/12

 被引用回数:7 パーセンタイル:32.25(Materials Science, Multidisciplinary)

ターボ分子ポンプ(TMP)は、核融合及び加速器等の分野でも広く用いられている。ここで問題となるのは、準定常的にかかる磁場の影響である。そこで、最初に、この磁場のTMPに与える影響を、(1)ローター回転軸に平行な磁場の場合と、(2)直交する磁場の場合にわけて調べた。平行な磁場による影響はなく、磁場のない場合と変わらないのに対して、直交磁場の場合にはローター駆動電力の増大及びローター温度の上昇が観測された。これは、渦電流損によるもので、その磁場依存性は、以下のとおりである。(a)磁場強度の2乗に比例して渦電流損は増加する。(b)ローター回転数に対する依存性は、回転数が高くなると回転数の1/2乗に比例して渦電流損は増加する。これらの特性は、簡単な渦電流のモデルにより説明される。

論文

Vacuum system of the 3-GeV RCS in J-PARC

荻原 徳男; 金正 倫計; 神谷 潤一郎; 山本 風海; 吉本 政弘; 引地 裕輔; 金澤 謙一郎; 三尾 圭吾; 瀧山 陽一; 菅沼 和明; et al.

Vacuum, 84(5), p.723 - 728, 2009/12

 被引用回数:6 パーセンタイル:28.31(Materials Science, Multidisciplinary)

3GeV RCSの真空システムを設計するにあたっては、(1)保守時の放射線被爆を最小にすること、また、(2)圧力不安定性を引き起こさないように、ビーム運転中に超高真空を維持することが要求される。このため、イオン誘起脱離によるガス放出の抑制のみならず、ビーム運転中の効率良い排気を考慮したシステムの設計がなされた。具体的には、イオンポンプのみならずターボ分子ポンプを用いた排気を採用した。また、徹底したガス放出の低減対策を施した。さらに、3GeV RCSの特徴である25Hz, 1MW運転から要請される各種機器の開発を行った。その結果として、本真空システムは、現在、200kW運転に至るまで、良好な真空状態を維持している。

論文

Improvement of the shift bump magnetic field for a closed bump orbit of the 3-GeV RCS in J-PARC

高柳 智弘; 金澤 謙一郎; 植野 智晶; 染谷 宏彦*; 原田 寛之*; 入江 吉郎; 金正 倫計; 山崎 良成; 吉本 政弘; 神谷 潤一郎; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 18(2), p.306 - 309, 2008/06

 被引用回数:8 パーセンタイル:47.25(Engineering, Electrical & Electronic)

J-PARC 3GeV RCSにおけるシフトバンプ電磁石は、4台を組合せて「入射ビーム軌道」を生成し、周回ビームと入射ビームを合流する。4台の電磁石は直列に接続されているため安定した軌道を生成することができるが、各々の電磁石や近接するQ電磁石の磁場干渉を受けるため、4台の磁場を積分した値が理想とするゼロにはならない。そのため、シフトバンプ電磁石の上下鉄心コアの間に調整用の0.3mm厚の絶縁材のスペーサーを入れ、発生する磁場を調整した。これにより、2358Gauss-cmあった積分磁場を-71.6Gauss-cmまで減少させることができ、ビームの軌道からのズレを6mmから1mm以下にすることができた。

論文

Measurement of the paint magnets for the beam painting injection system in the J-PARC 3-GeV RCS

高柳 智弘; 金澤 謙一郎; 植野 智晶; 染谷 宏彦*; 原田 寛之*; 入江 吉郎; 金正 倫計; 山崎 良成; 吉本 政弘; 神谷 潤一郎; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 18(2), p.310 - 313, 2008/06

 被引用回数:1 パーセンタイル:13.42(Engineering, Electrical & Electronic)

J-PARC 3GeV RCSにおけるペイント入射システムは、水平ペイントバンプ電磁石4台と垂直ペイント電磁石2台で構成されている。各々のペイント電磁石の電源は、ペインティング入射期間である0.5msecの間に、高速、かつ高精度で電流パターンを制御する必要がある。水平ペイントバンプ電磁石1の電源に関しては、17.6kAからゼロまでに任意の波形で設定したパターンに対し、1%以下の高精度な制御を行う。その波形出力を可能とするため、素周波数が50kHzのIGBTを組合せ、運転周波数600kHzとしたチョッパ電源で制御を行った。ペイント電磁石の磁場測定と電源制御試験を行い、要求されている性能を満足していることを確認した。

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

Field measurement of DC magnets at 3-GeV RCS in J-PARC

吉本 政弘; 植野 智晶; 富樫 智人; 豊川 良治; 竹田 修; 渡辺 真朗; 山崎 良雄; 山本 風海; 神谷 潤一郎; 高柳 智弘; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 18(2), p.301 - 305, 2008/06

 被引用回数:1 パーセンタイル:13.42(Engineering, Electrical & Electronic)

DC magnets are installed for beam injection and extraction at the RCS ring in J-PARC. The four steering magnets and two septum magnets are installed at injection line in order to adjust the beam injection point. A quadratic magnet, two steering magnet and two septum magnets are installed at dump line for the part of the beam with their charge not changed from H$$^{-}$$ to H$$^{+}$$ at the charge stripping foil. Two deflecting magnets to kick out the beam without exciting the kicker magnets and three septum magnets are installed at the extraction line. Up to now, the development of the DC magnets has been finished and the field measurements are being carried out by using the 3 dimensional hole-probe with 3-axias stage and the harmonic rotating coil.

論文

磁場がTMPに与える影響

金澤 謙一郎; 荻原 徳男; 菅沼 和明; 猪原 崇*; 和田 薫*

Proceedings of 5th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 33rd Linear Accelerator Meeting in Japan (CD-ROM), p.391 - 393, 2008/00

TMPの磁場中の試験については2, 3の報告があるが、特定のTMPに対し使用環境下で使用可能か否かを判定することに限定されている。そこでわれわれは、TMPを均一な磁場中で試験できる磁場発生装置を準備し、評価法の標準化を図ろうと考えた。まず、TMPのロータに対する磁場の方向及び強さを精度よく制御し、垂直及び平行な磁場成分ごとに調査することとした。そのうえで、任意の方向の磁場に対し2方向の磁場成分ごとの影響を重ね合わせることで、全体の影響が論ずることが可能であるかを調べる。まず、はじめに、TMPのロータに垂直及び平行な2方向の磁場に対して、TMPの変化にどのような違いがあるか調べた。TMPにかかる磁場の方向を変えて実験した結果、ロータ軸に直交する磁場では、10Gauss程度からTMPの駆動電力,ロータ温度が増大するのが確認できた。また、ロータ軸に平行な磁場では、今回調べた範囲(max 70Gauss)ではTMPに検出しうる変化は見られなかった。このことからTMPにかかる磁場の方向によって違いがあることがわかった。本論文で実験結果の詳細を報告する。

論文

大強度陽子加速器施設3GeVシンクロトロンに用いるセラミックビームダクトの真円度・真直度計測

西澤 代治*; 金正 倫計; 金澤 謙一郎; 荻原 徳男; 齊藤 芳男*; 久保 富夫*; 佐藤 吉博*

真空, 47(4), p.339 - 343, 2004/05

大強度陽子加速器施設3GeVシンクロトロンでは磁場歪みと発熱の問題を避けるため、電磁石部主ビームダクトとして円筒状のアルミナセラミック製焼成ダクトを採用する。しかしコストダウン徹底,微細クラック防止を実現しつつ構造強度を保持するには、ダクトを成形・研磨加工することなく、ほぼ焼上がりのままで用いることが不可欠である。このためにはまず、ダクト断面の真円度及び円筒軸の真直度を把握し、ダクト同士の多段金属接合時の接合面積の極大化,軸ズレの極小化を計る必要がある。そこでわれわれは大口径セラミックダクトの真円度・真直度計測機を開発するとともに、その計測法,汎用アプリケーションExcelを用いた最小二乗中心法による真円度,最小領域法による真直度の算出法を確立した。今回はこれら真円度・真直度の算出法,3種類7本の供試体ダクトについて得た一連のデータ、及びその評価を報告する。

論文

大強度陽子加速器施設3GeVシンクロトロンに用いるセラミックビームダクトの真円度・真直度計測

西澤 代治*; 金正 倫計; 金澤 謙一郎; 荻原 徳男; 齊藤 芳男*; 久保 富夫*; 佐藤 吉博*

真空, 47(4), p.339 - 343, 2004/02

大強度陽子加速器施設3GeVシンクロトロンでは、主電磁石部ビームダクトとして、世界で初めて大口径の円筒状アルミナセラミック製ダクトを採用する。十分大きなビーム開口径を保ちかつ多段接合時の接合面積を確保するには、ダクト断面の真円度、円筒軸の真直度を把握することが不可欠である。われわれは大口径セラミックダクト用の真円度・真直度計測機を開発するとともに、その計測法及びデータ解析法を確立してセラミックビームダクトの真円度・真直度を始めとする製作精度の計測・評価を進めている。今般、3GeVシンクロトロンのビームダイナミクスからの要求に応じ、初めてBM(偏向電磁石)用楕円セラミックダクト(楕円円筒状セラミックダクト)を試作し、円筒状ダクト同様の製作精度評価を行った。本発表では、これら得られたデータ・知見について報告する。

論文

Design of a dipole magnet for the 3-GeV proton synchrotron of the JAERI/KEK joint project

谷 教夫; 金澤 謙一郎; 島田 太平; 鈴木 寛光; 渡辺 泰広; 安達 利一*; 染谷 宏彦*

Proceedings of 8th European Particle Accelerator Conference (EPAC 2002), p.2376 - 2378, 2002/00

JAERI/KEK統合計画大強度陽子加速器施設の3GeV陽子シンクロトロンは、25Hzの速い繰り返しで電磁石を励磁するシンクロトロンである。1MWの大強度ビームを達成するために大口径の電磁石が必要とされている。大口径の電磁石は、従来の電磁石と比べて電磁石端部で非常に大きな漏れ磁場が発生することが予想される。また、電磁石は速い繰り返しで励磁されるためコイルや端板における渦電流による発熱が問題となる。われわれはプロトタイプの偏向電磁石を製作し、電磁石端部での漏れ磁場と渦電流の評価を行うための試験を行った。本論文では、偏向電磁石における最初の試験結果について報告する。

報告書

3GeVシンクロトロン用セラミックビームダクトの真円度・真直度計測

西澤 代治*; 金正 倫計; 金澤 謙一郎; 久保 富夫*; 佐藤 吉博*; 齊藤 芳男*

JAERI-Tech 2001-081, 117 Pages, 2001/12

JAERI-Tech-2001-081.pdf:6.84MB

大強度陽子加速器施設3GeVシンクロトロンでは、大口径($$phi$$200~$$phi$$250)の円筒状セラミックビームダクトを採用する。特に偏向電磁石部には長尺(約3500mm)のダクトを必要とするが、これは長さ500mm程度のユニットダクトを金属接合して製作するため、真円度と真直度を把握して接合面積の確保,ダクトの軸ズレの極小化を計ることが非常に重要となる。われわれは大口径セラミックダクト用の真円度・真直度計測器を製作するとともに、その計測法,Excelを用いたデータ解析法を確立した。そして3種類7本の供試体を用い世界に先駆けて真円度・真直度データを取得し、真円度数百$$mu$$mかつ真直度0.2~1mm程度以内の精度でユニットダクトを製作できること、真直度はダクト長とともに悪化すること、真円度は扁平率に正比例して増大することなどを明らかにした。

口頭

Simulation of eddy current on the turbo-molecular pump in a magnetic field

荻原 徳男; 金澤 謙一郎; 柳橋 亨

no journal, , 

In order to use turbo-molecular pumps (TMPs) in the quasi-static magnetic field often employed in nuclear fusion devices and particle accelerators, we have attempted to establish a standard procedure for determining the influence of magnetic field on TMPs. This time, the computer simulation was carried out to compare with the experimental results reported elsewhere and revise more finely the semi-empirical (semi-infinite conductor) model for the eddy current. As a result, experimental results related to the dependence of the eddy current loss not only on the direction of the magnetic field but also on the revolution frequency of the rotor are confirmed with the simulation.

口頭

TIMSフィラメント上で溶解したプルトニウム粒子の$$alpha$$線測定

安田 健一郎; 鈴木 大輔; 金澤 和仁; 宮本 ユタカ; 江坂 文孝; 間柄 正明

no journal, , 

極微量の保障措置環境試料分析を目的として、TIMSによる核燃料物質を含む単一粒子の質量分析を目指している。この一環として粒子中のプルトニウムの有無を事前確認するため$$alpha$$線測定の適用を検討している。プルトニウム標準試料(SRM947)から作製した粒子を測定した結果、粒径が1$$mu$$mを超えると自己吸収の影響により、正確な(Pu-238+Am-241)/(Pu-239+Pu-240)放射能比測定が困難であった。そこで、TIMSフィラメント上でプルトニウム粒子を溶解し$$alpha$$線測定を試みた。溶解処理後、SEMで粒子の溶解を確認し$$alpha$$線測定を行った。本発表では、溶解条件と$$alpha$$スペクトルを例示し、より効果的な条件について検討したので報告する。

口頭

プルトニウム粒子を対象とした$$alpha$$線測定による粒子中アメリシウムの定量法検討

安田 健一郎; 鈴木 大輔; 金澤 和仁; 宮本 ユタカ; 江坂 文孝; 間柄 正明

no journal, , 

極微量の保障措置環境試料分析を目的として、TIMSによるパーティクル分析を目指している。これまでに、プルトニウム粒子をTIMSフィラメント上で溶解し、$$alpha$$線測定によって$$frac{^{238}Pu+^{241}Am}{^{(239+240)}Pu}$$放射能比を得たうえで、続くTIMS測定により、プルトニウム同位体比測定を試みた。フィラメント上で溶解した粒子をTIMS/連続昇温法で測定した場合、フィラメント加熱電流を利用したアメリシウム・プルトニウムの明確な分離が困難であった。そこで、粒子状であっても$$alpha$$線測定によって$$^{241}$$Amが定量可能であるか検討を行った。粒径3$$mu$$m以下の粒子であれば、$$alpha$$線測定により$$frac{^{238}Pu+^{241}Am}{^{(239+240)}Pu}$$放射能比が得られた。あらかじめプルトニウムの同位体組成が明らかであれば、引き算することにより、$$^{241}$$Am放射能の寄与分を見積もることが可能と考えられる。本発表では、プルトニウム標準試料由来の粒子を$$alpha$$線測定し、プルトニウム同位体組成の認証値と$$frac{^{238}Pu+^{241}Am}{^{(239+240)}Pu}$$放射能比から、$$^{241}$$Amの定量が可能であるか検討したので報告する。

口頭

粒子状プルトニウムの精製時期推定のためのアメリシウム$$alpha$$線測定法の検討

安田 健一郎; 鈴木 大輔; 金澤 和仁; 宮本 ユタカ; 江坂 文孝; 間柄 正明

no journal, , 

原子力機構では、原子力施設等における未申告活動を検知する手段の一つとして、保障措置環境試料分析手法を開発している。その一環として、TIMSに連続昇温法を適用し、粒子中核物質の同位体組成分析法を確立した。プルトニウム含有粒子をTIMS測定する際、事前の$$alpha$$線測定で$$^{241}$$Pu由来の$$^{241}$$Amを定量できれば、化学分離なしにプルトニウム精製時期の推定が可能となる。これまでに、直径1$$mu$$m未満の粒子について測定し良好な結果が得られているが、直径3$$mu$$mを超える粒子では$$alpha$$線スペクトルのエネルギー分解能が悪く、定量性に課題が残った。これまでの発表では、粒子を溶解することで解決したが、その後のTIMS測定時、連続昇温による元素弁別効果が低減するなど新たな問題が明らかとなった。今回、精製時期が既知のプルトニウム同位体標準物質の粒子を$$alpha$$線測定し、エネルギー分解能の悪化による精製時期推定への影響を評価した。

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