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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

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.02(Nuclear Science & Technology)

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

レーザー荷電変換入射実現に向けた高出力レーザー蓄積リング

原田 寛之; 山根 功*; Saha, P. K.; 菅沼 和明; 金正 倫計; 入江 吉郎*; 加藤 新一

Proceedings of 14th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.684 - 688, 2017/12

大強度陽子加速器では、線形加速器で加速された負水素イオンの2つの電子を炭素膜にて剥ぎ取り、陽子へと変換しながら多周回にわたり円形加速器に入射し大強度陽子ビームを形成している。この手法は大強度ビームを形成できる反面、周回する陽子ビームが膜へ繰返し衝突し散乱され、ビーム損失が生じ残留線量となる。また、衝突時の熱付与や衝撃による膜の変形が生じている。これらは、大強度陽子ビームの出力や運転効率を制限する可能性がある。そのため、さらなる大強度出力には炭素膜に代わる新たな荷電変換入射が必要となる。J-PARC 3GeVシンクロトロンでの設計出力を超える大強度化に向けて、レーザーにて電子剥離を行う「レーザー荷電変換入射」を新たに考案し研究開発を進めている。この新たな入射方式の実現には、現存より2桁高い平均出力のレーザーが必要となるため、レーザーを再利用する形で連続的にビームへの照射を可能とする「高出力レーザー蓄積リング」の開発を目指している。本発表では、レーザー荷電変換入射の概要を紹介し、開発を行う高出力レーザー蓄積リングを説明する。加えて、現在の開発状況を報告する。

論文

Status of proof-of-principle experiment for 400 MeV H$$^{-}$$ stripping to protons by using only lasers in the 3-GeV RCS of J-PARC

Saha, P. K.; 原田 寛之; 山根 功*; 金正 倫計; 三浦 昭彦; 岡部 晃大; Liu, Y.*; 吉本 政弘; 加藤 新一; 入江 吉郎*

Proceedings of 14th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.866 - 870, 2017/12

The conventional H$$^{-}$$ stripping injection by using solid stripper foil has serious issues not only because of high residual radiation at injection area due to uncontrolled beam losses caused by the foil and beam interaction, but also for the short lifetime, especially in high intensity accelerators. In order to overcome those issues, we proposed an alternative method of H$$^{-}$$ stripping by using only lasers. Experimental study for a POP (proof-of-principle) demonstration of the present principle is under preparation for 400 MeV H$$^{-}$$ stripping in the 3-GeV RCS of J-PARC. The studies of laser beam itself and also the H$$^{-}$$ beam optimization studies to match with given laser pulses are in progress, where the first interaction of the H$$^{-}$$ beam and the laser is planned to perform in this fiscal year. The status and detail strategy of the present research are summarized in this work.

論文

レーザー荷電変換入射実現に向けた高出力レーザー蓄積リングの開発

原田 寛之; Saha, P. K.; 山根 功*; 加藤 新一; 金正 倫計; 入江 吉郎*

Proceedings of 13th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.983 - 986, 2016/11

大強度陽子加速器では、負水素イオンを炭素膜にて陽子へと変換しながら入射する荷電変換入射を適用している。この入射手法は、大強度の陽子ビームを生成できる反面、ビーム自身が膜で散乱され制御不能なビーム損失が原理的に発生する。また、衝突による膜の破損が生じる可能性がある。大強度陽子ビームの出力や運転効率は、このビーム損失による残留線量や膜の寿命によっても制限される。そのため、さらなる大強度出力には炭素膜を用いた荷電変換入射に代わる新たな入射手法が必須となる。J-PARC 3GeVシンクロトロンでの設計出力を超える大強度化に向けて、レーザーにて電子剥離を行う「レーザー荷電変換入射」を新たに考案し研究開発を進めている。この入射手法を実現するには、既存のレーザーの2桁以上の出力が必要となる。この大きな課題を克服すべく、レーザーを再利用する形で連続的にビームへの照射を可能とする「高出力レーザー蓄積リング」の開発を目指している。本発表では、レーザー荷電変換入射の概要を紹介し、開発を行う高出力レーザー蓄積リングを説明する。

論文

An Experimental plan for 400 MeV H$$^{-}$$ stripping to proton by using only lasers in the J-PARC RCS

Saha, P. K.; 原田 寛之; 加藤 新一; 金正 倫計; 入江 吉郎*; 山根 功*

Proceedings of 57th ICFA Advanced Beam Dynamics Workshop on High-Intensity and High-Brightness Hadron Beams (HB 2016) (Internet), p.310 - 314, 2016/08

In order to avoid two practical issues of short lifetime and residual radiation due to foil beam interaction during multi-turn H$$^{-}$$ (negative hydrogen) stripping injection in the recent and next generation multi-MW proton accelerators, we proposed a new method for such an H$$^{-}$$ stripping by using only lasers. The method, especially at lower H$$^{-}$$ energy aims to overcome the real difficulty involved mainly for the required extremely high magnetic fields with laser used so far for that purpose. The present work gives a detail of the present method including a strategy to carry out a proof-of-principle (POP) experiment the 400 MeV H$$^{-}$$ in the 3-GeV RCS of J-PARC. Based on the results obtained in the POP experiment, a realistic design for such a system including R&D of the high power lasers for the practical application can be determined.

論文

Beam commissioning of two horizontal pulse steering magnets for changing injection painting area from MLF to MR in the 3-GeV RCS of J-PARC

Saha, P. K.; 原田 寛之; 林 直樹; 發知 英明; 金正 倫計; 高柳 智弘; 谷 教夫; 入江 吉郎*; 加藤 新一*

Proceedings of 4th International Particle Accelerator Conference (IPAC '13) (Internet), p.518 - 520, 2014/07

The two horizontal pulse steering magnets are successfully commissioned and also used for one cycle trial operation. They are found to be work as designed. A change of the painting are between MLF and MR would really be necessary at 1 MW operation. The design principles as well as performance of the system is thus already been confirmed in well advanced. In order to meet multi user requirements in simultaneous operation, this might be the first example to introduce such a principle in recent high intensity accelerators.

論文

High intensity beam trial of up to 540 kW in J-PARC RCS

發知 英明; 原田 寛之; 林 直樹; 金正 倫計; Saha, P. K.; 菖蒲田 義博; 田村 文彦; 山本 風海; 山本 昌亘; 吉本 政弘; et al.

Proceedings of 4th International Particle Accelerator Conference (IPAC '13) (Internet), p.3836 - 3838, 2014/07

2012年11月、J-PARC RCSにおいて、540kW相当の大強度加速試験を実施した。RCSでは、入射エネルギー領域の空間電荷効果を緩和するためにペイント入射法を採用しているが、このペイント入射法により、540kW相当のビーム運転時に発生した30%という大きなビーム損失を2%(許容限界値の1/6以下)まで低減させることに成功した。また、残った2%のビーム損失についても、対応するビームシミュレーションを実施してその起源を明らかにすることができた。

論文

The Result of beam commissioning in J-PARC 3-GeV RCS

原田 寛之; 發知 英明; Saha, P. K.; 菖蒲田 義博; 林 直樹; 山本 風海; 吉本 政弘; 田村 文彦; 山本 昌亘; 金正 倫計; et al.

Proceedings of 52nd ICFA Advanced Beam Dynamics Workshop on High-Intensity and High-Brightness Hadron Beams (HB 2012) (Internet), p.339 - 343, 2012/09

J-PARC 3GeV RCSは2007年10月よりビーム調整を開始した。そのビーム調整では、基礎パラメータや大強度運転の調整が継続的に行われている。今回の発表では、ビーム試験を通じて設計のパラメータをどう変えたか、大強度運転時に増加するビーム損失をどのように減少並びに最小化したか、何がパラメータの調整や機器の追加として必要であったかを、世界の各加速器施設が経験や結果を報告し議論を行う。本発表でも、RCSの大強度運転におけるビーム損失の減少や最小化の結果を報告する。

論文

Beam commissioning and operation of the Japan Proton Accelerator Research Complex 3-GeV rapid cycling synchrotron

發知 英明; 原田 寛之; 林 直樹; 金正 倫計; Saha, P. K.; 菖蒲田 義博; 田村 文彦; 山本 風海; 山本 昌亘; 吉本 政弘; et al.

Progress of Theoretical and Experimental Physics (Internet), 2012(1), p.02B003_1 - 02B003_26, 2012/00

 被引用回数:15 パーセンタイル:66.5(Physics, Multidisciplinary)

J-PARC 3-GeV RCSは、1MWのビーム出力を目指す大強度陽子加速器である。RCSは、2007年10月にビーム試験を開始し、その後、2008年12月より4kWのビーム出力でユーザー運転を開始した。以来、ビームチューニングの進展やハードウェアの改良に従って、RCSの出力パワーは順調に増強されている。RCSは、これまでに、420kW出力までのビーム損失を1%以下に抑え込むことに成功し、また、210kWでのルーティンユーザー運転を実現させている。RCSのような大強度陽子加速器では、ビーム損失により生じる機器の放射化が出力強度を制限する最大の要因となるため、ビーム損失の低減が出力増強時に常に直面する重要なビーム物理学上の課題となる。本論文では、RCSのビーム増強に関する最近の進展、特に、ビーム増強とともに多様に出現するビーム損失に対するわれわれの取り組み(ビーム損失低減策)を紹介する。

報告書

北海道南部における広域地質環境評価のための断裂系調査

山井 忠世*; 加藤 芳郎*; 岡崎 彦哉*

PNC TJ1361 95-001, 196 Pages, 1995/03

PNC-TJ1361-95-001.pdf:20.45MB
PNC-TJ1361-95-001-attribute-list.pdf:13.11MB

属性一覧表は、活断層に区分されるリニアメントと、活断層・地質断層に区分されるリニアメントの2種を作成した。活断層に区分されるリニアメントの属性一覧表には、1/20万地勢図・1/5万地形図単位に、以下の(1)$$sim$$(13)の項目がとりまとめられている。活断層・地質断層に区分されるリニアメントの属性一覧表には、1/20万地勢図・1/5万地形図単位に、活断層に区分されたリニアメントの(7)、(8)、(10)の項目を除く項目についてとりまとめられている。以下に、その記入要領を示す。(1)位置・1/20万:建設省国土地理院発行の1/20万地勢図名・1/5万:建設省国土地理院発行の1/5万地形図の番号なお、本調査にかかわる1/20万地勢図及び1/5万地形図の範囲は、図-1に示している。(2)リニアメント番号1/5万地形図ごとに、活断層に区分されるリニアメントに付けられた番号である。番号は地質断層を含めた連続番号となっているため、序列しない。複数の地形図にまたがって連続する活断層については、主要部分の存在する地形図で表記している。図面上では、延長区間の地形図では、リニアメント番号の前に主要部分の地形図番号(1$$sim$$16)を付けて表示している。また、1本の活断層が途中で10°以上屈曲している場合は、屈曲地点で分け、コード番号に続いてアルファベット(a、b・・・)を追記している。(3)分類リニアメントを活断層・地質断層に分類しており、活断層を1、地質断層を2として表示している。

報告書

北海道北部における広域地質環境評価のための断裂系調査

山井 忠世*; 加藤 芳郎*; 小林 公一*

PNC TJ1361 94-001, 175 Pages, 1994/01

PNC-TJ1361-94-001.pdf:18.26MB
PNC-TJ1361-94-001-attribute-list.pdf:11.25MB

断層運動の長期的な活動性を明らかにするためには、断層活動の地域特性や活動様式を明らかにし、活動性を地体構造論から論じる必要がある。また、地下深部の水理地質特性は、岩体に発達する断裂に密接に関係するために、断裂系の分布とその特性を広く把握する必要がある。本調査は、地層科学研究の一環として既に実施されている断裂系の調査と同じく、上記諸特性を把握するために、統一した基準に基づいて空中写真判読により地表に分布する断裂系を抽出し、それらの分布や特性を把握することを目的としている。本年度の調査は、北海道北部を対象として、断裂系の抽出およびそれらの分布や特性の把握を行った。調査の結果、本調査地域では108本の活断層、1,035本の地質断層、多数の「その他のリニアメント」が抽出された。活断層は砂川低地帯や知床半島、富良野盆地などで帯状分布をなして集中する傾向があるものの、半数以上のものは山地などに単独で分布する。地質断層は、中央凹地帯の西側の先第三系・新第三系非グリーンタフが分布する天塩山地及びその周辺地域と、その東側で先第三系・新第三系グリーンタフからなる日高山地一帯とに大きく二分される。西側地域では、地質配列に比較的調和的な北北西-南南東$$sim$$北-南方向の長さ数km$$sim$$10数kmの地質断層が密に発達し、東側地域では先第三系分布地域に北東-南西方向などの地質断層が発達しているが、西側地域に比べれば少なく、特定域に集中して分布する。新第三系地域には地質断層は非常に少なく、また第四紀火山地域では、地質断層がまったく抽出されない地域もある。本報告書では、抽出した断裂系を1/50,000地形図に記載するとともに、「活断層」および「地質断層」の属性を一覧表にまとめた。また、断裂系の分布や特性の解析結果について述べる。

報告書

九州及び四国地方における広域地質環境評価のための断裂系調査

村田 正敏*; 加藤 芳郎*; 小林 公一*

PNC TJ7361 92-001, 165 Pages, 1992/02

PNC-TJ7361-92-001.pdf:8.22MB
PNC-TJ7361-92-001-attribute-list-A.pdf:25.4MB
PNC-TJ7361-92-001-attribute-list-A-G.pdf:86.0MB

空中写真から判読・抽出されたリニアメントのうち、活断層の属性を「活断層に区分されるリニアメント属性一覧表」にとりまとめている。以下に属性一覧表の記入要領を示す。活断層に区分されるリニアメントは、1/20万地勢図・1/5万地形図単位に、以下の(1)$$sim$$(13)の項目がとりまとめられている。(1)位置・1/20万:建設省国土地理院発行の1/20万地勢図名・1/5万:建設省国土地理院発行の1/5万地形図の番号(2)リニアメント番号1/5万地形図ごとに、活断層に区分されるリニアメントに付けられた番号である。番号は地質断層を含めた連続番号となっているため、本表では出現に規則性はない。複数の地形図にまたがって連続するリニアメントについては、主要部分の存在する地形図で表記している。また、1本のリニアメントが途中で10゜以上屈曲している場合は、屈曲地点でリニアメントを分け、コード番号に続いてアルファベットを追記している。(3)分類リニアメントを活断層と地質断層に分類し、その内の活断層のみを取り上げているため、すべて1となっている。(4)確実度分類された活断層を確実度の基準に基づいて、1または2に区分している。また、途中で確実度が変化する場合には、1-2と表示している。(5)長さリニアメントの起点から終点までの距離である。100m単位まで測定し、km表示としている。(6)走向リニアメントの起点から終点までの方向であり、北から東または西へ振った角度を1゜単位で計測し表示している。1本のリニアメントが途中で10゜以上屈曲している場合は、屈曲地点で挟まれる区間の方向である。(7)傾斜活断層のなす断層面の傾斜角度とその方向を既存文献からの引用で表示している。事例が多い場合には、備考欄にも記入している。既存文献に表記のないものは、「-」としている。(8)判読要素リニアメントを判読・抽出した根拠となる地形特徴であり、報告書・2章に示した判読基準に一致する。次に示す番号で表示している。1:横ずれ地形(単独) 2:横ずれ地形(連続)3:崖地形 4:三角末端面5:鞍部 6:地形急変部7:直線状の谷 8:凹地・陥没地9:凸地・地塁 10:崩壊、地すべり、湖沼等の連続11:植生(9)水平変位量活断層の活動に伴って形成された変位地形のうち、水平の変位量を計測して10m単位で表示している。ずれの量が小さいた

口頭

数MW級の大強度陽子加速器に必須なレーザー荷電変換入射に向けた高出力レーザー蓄積リングの開発

原田 寛之; Saha, P. K.; 加藤 新一; 金正 倫計; 菅沼 和明; 山根 功*; 入江 吉郎*

no journal, , 

大強度陽子加速器では、負水素イオンを炭素膜にて陽子へと変換しながら入射する荷電変換入射を適用している。この入射手法は、大強度の陽子ビームを生成できる反面、ビーム自身が膜で散乱され制御不能なビーム損失が原理的に発生する。また、衝突による膜の破損が生じる可能性がある。大強度陽子ビームの出力や運転効率は、このビーム損失による残留線量や膜の寿命によっても制限される。そのため、さらなる大強度出力には炭素膜を用いた荷電変換入射に代わる新たな入射手法が必須となる。J-PARC 3GeVシンクロトロンでの設計出力を超える大強度化に向けて、レーザーにて電子剥離を行う「レーザー荷電変換入射」を新たに考案し研究開発を進めている。この入射手法を実現するには、既存のレーザーの2桁以上の出力が必要となる。この大きな課題を克服すべく、レーザーを再利用する形で連続的にビームへの照射を可能とする「高出力レーザー蓄積リング」の開発を目指している。本発表では、レーザー荷電変換入射の概要を紹介し、開発を行う高出力レーザー蓄積リングを説明する。

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