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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, 59(9), p.1174 - 1205, 2022/09

 被引用回数:6 パーセンタイル:84.97(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

Development of timing read-back system for stable operation of J-PARC

Yang, M.*; 上窪田 紀彦*; 佐藤 健一*; 菊澤 信宏; 田島 裕斗*

Proceedings of 18th International Conference on Accelerator and Large Experimental Physics Control Systems (ICALEPCS 2021) (Internet), p.927 - 930, 2022/02

J-PARC加速器では独自にタイミングシステムを開発し2006年から運用してきた。その間、機器の故障により25Hzのトリガが抜けが疑われる事例が発生したが、頻度が数日に1回程度であったため数多くの疑わしい機器の中から原因となった機器を見つけるのは困難だった。このようなトリガ異常を監視する目的でTriggered Scalerモジュールを開発した。本報告では、本モジュールで検知したJ-PARC MRで発生したトリガ障害イベントの1つを紹介し、Triggered Scalerモジュールの導入,作業原理,性能,ファームウェアのアップグレードについて述べ、将来の計画について報告する。

論文

Applications of triggered scaler module for accelerator timing

Yang, M.*; 上窪田 紀彦*; 田島 裕斗*; 佐藤 健一*; 菊澤 信宏

Proceedings of 22nd Virtual IEEE Real Time Conference (Internet), 5 Pages, 2020/10

J-PARC加速器では独自にタイミングシステムを開発し2006年から運用してきた。その中で機器の故障により25Hzのトリガが抜けが疑われる事例が発生したが、頻度が数日に1回程度であったため数多くの疑わしい機器の中から原因となった機器を見つけるのは困難だった。このようなトリガ異常を監視する目的でFPGAを利用したPLCのカスタムモジュールとしてTriggered Scalerモジュールを開発した。さらに、モジュールにJ-PARCメインリング(MR)の遅い繰り返し(2.48s/5.2s)でのMR用トリガを監視する機能を追加した。モジュール内のスケーラーはMRサイクル内のトリガパルスの数をカウントすることで、トリガ抜けやノイズ混入などのトリガ異常を検出する。このモジュールをJ-PARC制御系に組み入れてテストを行い、トリガ異常を検出することに成功した。これらの成果に関して報告する。

論文

Upgrade of the 3-MeV linac for testing of accelerator components at J-PARC

近藤 恭弘; 平野 耕一郎; 伊藤 崇; 菊澤 信宏; 北村 遼; 森下 卓俊; 小栗 英知; 大越 清紀; 篠崎 信一; 神藤 勝啓; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 1350, p.012077_1 - 012077_7, 2019/12

 被引用回数:1 パーセンタイル:52.28(Physics, Particles & Fields)

J-PARC加速器の要素技術試験に必要な3MeV H$$^{-}$$リニアックを高度化した。イオン源にはJ-PARCリニアックと同じものを用い、RFQは、J-PARCリニアックで2014年まで使用した30mA RFQに代わり新たに製作した50mA RFQを設置した。したがって、このシステムはエネルギー3MeV、ビーム電流50mAとなる。このリニアックの本来の目的は、このRFQの試験であるが、J-PARC加速器の運転維持に必要な様々な機器の試験を行うことができる。加速器は既に試運転が終了しており、測定プログラムが開始されつつある。この論文では、この3MeV加速器の現状について報告する。

論文

J-PARCにおける人的保護システムの現状

菊澤 信宏; 仁木 和昭*; 山本 昇*; 林 直樹; 足立 昌俊*; 渡邉 和彦*

Proceedings of 16th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.877 - 880, 2019/07

J-PARCのインターロックシステムは、人の安全のための人的保護システム(Personnel Protection System: PPS)および機器を保護するための機器保護システム(Machine Protection System: MPS)に大別される。J-PARCのPPSは2006年のLinacでの部分運用から始まり2009年のハドロン実験施設およびニュートリノ実験施設の稼働で完成した。その後の10年でビデオ監視システムの更新や新しいインターロックの新設などの改善や改良が行われてきた。本報告ではこれらを含めた最近の運用について述べるとともに、信頼性を維持・向上させるために実施している検査やメンテナンスについての現状を報告する。

論文

Network system operation for J-PARC accelerators

上窪田 紀彦*; 山田 秀衛*; 佐藤 健一郎*; 菊澤 信宏; 山本 昇*; 吉田 奨*; 根本 弘幸*

Proceedings of 16th International Conference on Accelerator and Large Experimental Physics Control Systems (ICALEPCS 2017) (Internet), p.1470 - 1473, 2018/01

J-PARC加速器制御用のネットワークシステムは、2005年以来10年以上運用されてきた。加速器制御ネットワークは、J-PARCの3加速器(リニアック, 3Gevシンクロトロン, MR)と3実験施設(物質・生命科学実験施設,ニュートリノ実験施設,ハドロン実験施設)をカバーし、エッジスイッチの総数は約250である。その全体構成(光ネットワーク網)、冗長機能、VLAN構成、について現状を説明する。次に、オフィスネットワーク(JLAN)と加速器制御ネットワークとの関係について説明する。2つのネットワークの間にFirewallを導入して直接通信を禁止する一方で、双方から制限付きで通信できる別ネットワークを設定した。この手法で、アクセス制限(セキュリティ)と接続性(利便性)の両立を図っている。また、J-PARC加速器制御システムのセキュリティ運用について説明する。オフィスネットワークからのウィルス感染を防ぐための複数のアクセス制限や、アンチウィルスソフトの端末への適用状況について解説する。

論文

J-PARCリニアックのビームロスモニタによるインターロックイベント

林 直樹; 菊澤 信宏; 三浦 昭彦; 二ツ川 健太*; 宮尾 智章*

Proceedings of 14th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.540 - 544, 2017/12

J-PARCリニアックは、安定な利用運転を行っているが、最近は、リニアック・ロスモニタ単独1台のみによるインターロック事象が増加している。その回数は、RFQトリップ回数に迫るほどであり、運転効率の改善に向けて、対策が必要となってきた。そこで、各事象毎のデータを詳しく解析し、事象を3つに分類、それぞれに特徴的な、ロスモニタの分布・パターンを見出した。リニアックのロスモニタは、一般的なものではあるが、時間分解能重視のため、J-PARCの他のリングシンクロトロンとは異なった設定、プリアンプの入力インピーダンスは50$$Omega$$、生信号での閾値・幅をインターロック条件としている点についても改善のための検討・試行を実施した。

論文

A 3 MeV linac for development of accelerator components at J-PARC

近藤 恭弘; 浅野 博之*; 千代 悦司; 平野 耕一郎; 石山 達也; 伊藤 崇; 川根 祐輔; 菊澤 信宏; 明午 伸一郎; 三浦 昭彦; et al.

Proceedings of 28th International Linear Accelerator Conference (LINAC 2016) (Internet), p.298 - 300, 2017/05

J-PARC加速器の要素技術開発に必要な3MeV H$$^{-}$$リニアックを構築した。イオン源にはJ-PARCリニアックと同じものを用い、RFQは、J-PARCリニアックで2014年まで使用したものを再利用している。設置作業の後、2016年6月からRFQのコンディショニングを開始した。このRFQは様々な問題を克服し、なんとか安定運転に達していたが、2年間運転できなかったので再度コンディショニングが必要であった。現状定格のデューティーファクタでは運転できてはいないが、短パルスならばビーム運転可能となっている。この論文では、この3MeV加速器のコミッショニングと最初の応用例であるレーザー荷電変換試験の現状について述べる。

論文

J-PARC運転データアーカイバにおけるHBase/Hadoopのバージョンアップ対応及びZooKeeperを使ったデータ収集ツールの冗長化

池田 浩; 菊澤 信宏; 吉位 明伸*; 加藤 裕子

Proceedings of 13th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.637 - 640, 2016/11

J-PARCのLINAC, RCSから得られる制御に必要な大量なデータは、現在PostgreSQLに格納しているが、これをHBaseに格納する計画を進めている。HBaseはいわゆるNoSQLと呼ばれるデータストアで、大量のデータをスケーラブルに扱うことが可能である。HBaseはHadoop上で構築され、両者ともZooKeeperを利用した冗長性の管理が行われている。本格的な運用に先立って、我々のクラスタのHBase/Hadoopのバージョンアップを再度行った。これは、旧バージョンが既にサポート外であること、HBaseのAPIに関する後方互換性の明示的表明、運用開始後はバージョンアップが困難になることが理由として挙げられる。これに伴い、キックスタートや監視スクリプトの修正、これまで作成したツールのアップデートを行った。一方、HBase/Hadoopはデータを堅固に保護するが、そもそもデータを格納できなければこの堅固性は意味を失う。このため、HBase等と同様にZooKeeperを用いてデータ収集ツールを冗長化し、複数ノードに配備することで障害発生時に自動的に対応できるようにした。本発表では、バージョンアップの対応の内容、及び、データ収集ツールの冗長化とその過程で判明した問題について報告する。

論文

J-PARC 3MeVリニアック用制御システム開発

澤邊 祐希*; 石山 達也; 高橋 大輔; 加藤 裕子; 鈴木 隆洋*; 平野 耕一郎; 武井 早憲; 明午 伸一郎; 菊澤 信宏; 林 直樹

Proceedings of 13th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.647 - 651, 2016/11

J-PARCでは実機の安定運転に必要なビームスクレーパ照射試験およびレーザ荷電変換試験を実施するために3MeVリニアックを再構築した。3MeVリニアックは、セシウム添加高周波駆動負水素イオン源(RFイオン源)から負水素イオンビームを取り出し、高周波四重極型リニアック(RFQ)で3MeVまでビームを加速する。3MeVリニアックを制御するには、加速器およびレーザから人への安全を確保する人的保護システム(PPS)、加速器構成機器を保護するための機器保護システム(MPS)、各機器の同期をとるタイミングステム、およびEPICSを用いた遠隔制御システムが重要となる。本発表では、これらの3MeVリニアック用制御システムについて報告する。

論文

J-PARC3MeVリニアックを用いたビームスクレーパの開発

平野 耕一郎; 浅野 博之; 石山 達也; 伊藤 崇; 大越 清紀; 小栗 英知; 近藤 恭弘; 川根 祐輔; 菊澤 信宏; 佐藤 福克; et al.

Proceedings of 13th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.310 - 313, 2016/11

単位面積当たりの熱負荷を減らすため、67$$^{circ}$$のビーム入射角を有するビームスクレーパをJ-PARCリニアックのRFQとDTLの間のMEBTで使用している。67$$^{circ}$$ビームスクレーパは粒子数1.47E22個のH$$^{-}$$ビームによって照射された。レーザ顕微鏡を用いてスクレーパのビーム照射による損傷部を観察すると、高さ数百$$mu$$mの突起物が無数にあった。ビームスクレーパの耐電力を調べるため、3MeVリニアックを新たに構築した。2016年末にスクレーパ照射試験を実施する予定である。今回は、J-PARCリニアックのビームスクレーパの現状、及び、ビームスクレーパの照射試験に用いる3MeVリニアックについて報告する。

論文

Operation status of J-PARC timing system and future plan

上窪田 紀彦*; 菊澤 信宏; 田村 文彦; 山本 昇*

Proceedings of 15th International Conference on Accelerator and Large Experimental Physics Control Systems (ICALEPCS 2015) (Internet), p.988 - 991, 2016/01

J-PARCのビームコミッショニングが2006年に開始されて以降、タイミングシステムはJ-PARC加速器の安定運転に貢献してきた。タイミングシステムはリニアックおよびRCSの25HzとMRの2.48-6.00秒の2つの異なる周期を統括している。加えて、MLF実験施設とニュートリノ実験施設もしくはMLFとハドロン実験施設の2つの実験施設にビームを供給することが可能である。近年、新しく核変換実験施設の建設が計画されており、主要繰り返しが25Hzから50Hzへと上がり、ビームの供給施設も3施設へと増えることになるため、タイミングシステムのアップグレードも議論されている。8年間の運転実績から得られた知見とアップグレードに関する現在の状況を報告する。

論文

Development of the J-PARC time-series data archiver using a distributed database system, 2

菊澤 信宏; 池田 浩; 加藤 裕子; 吉位 明伸*

Proceedings of 15th International Conference on Accelerator and Large Experimental Physics Control Systems (ICALEPCS 2015) (Internet), p.818 - 821, 2016/00

J-PARCのLINAC, RCSから得られる制御に必要な大量な運転データは現在PostgreSQLに格納しているが、データ量は日々増え続けており、2020年には30TBから100TBに増えると予想されている。これらを安定的に保存・管理する課題に直面していため、HadoopおよびHBaseを利用したデータアーカイビングシステムの開発を進めている。現在までに基本的なシステムの構築を終え、過去データの移行および長期運用を始めているが、Hadoop/HBaseのバージョンが上がったことに伴って新しい機能が追加され、システムの構成の見直しを行った。これまで単一障害点であったマスターノードがHadoopの標準機能として冗長化されたが、これまでのハードウェアでは能力不足ということが明らかになったのでハードウェアを更新した。また、データを保存するテーブルの圧縮方式が新たに追加されたので、それについていくつかの種類の組み合わせでベンチマークテストを行った。これらの結果について報告する。

論文

J-PARC LINACにおけるビームパルス定義変更によるビームロス低減

澤邊 祐希; 丸田 朋史*; Liu, Y.*; 三浦 昭彦; 宮尾 智章*; 石山 達也; 菊澤 信宏; 林 直樹

Proceedings of 12th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1202 - 1205, 2015/09

J-PARC LINACでは、下流の3GeVシンクロトロン(RCS)にマクロパルス幅500usのビームを繰返し25Hzで供給している。フロントエンド部換装後のLINAC単独試験において、マクロパルスの終わりに有意なビームロスを発見した。試験の結果、このロスはRFQに印加しているRFが立ち下がる過渡的なタイミングで発生していることが判明した。過渡的なタイミングで加速されたビームは、下流の加速空洞のRFで加速されず、途中でロスしていると推測した。LINACではマクロパルスの終わりの定義を、RFQに印加するRFの立ち下がりとしているため、この定義のままでは、ロスを改善することが困難である。そこで現在、この代わりに、マクロパルスの定義をRFQ下流のビーム輸送系に設置されたチョッパー空洞に印加するRFを用いたものへ変更を検討している。過渡的なタイミングで加速されたビームをRFQのRFタイミング変更によって減らすとともに、チョッパー空洞のRFで偏向し、スクレーパで削り取る。このタイミングの定義を変更することで、ビームロスを完全に除去することに成功した。本発表では、マクロパルスの定義変更に伴うタイミングパラメータの変更、及び検証結果について報告する。

論文

HBase/Hadoopを利用したJ-PARC運転データアーカイバの改良

池田 浩; 菊澤 信宏; 吉位 明伸*; 加藤 裕子

Proceedings of 12th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1312 - 1316, 2015/09

J-PARCのLINAC, RCSから得られる制御に必要な大量なデータは、現在PostgreSQLに格納しているが、これをHBaseに格納する計画を進めている。HBaseはいわゆるNoSQLと呼ばれるデータストアで、大量のデータをスケーラブルに扱うことが可能である。HBaseはHadoopの分散ファイルシステム上で構築され、複数のマシンで構成するクラスタを使用し、障害時の自動復旧や容量増設の容易性が利点として挙げられる。前回の発表では、Hadoopのバージョンアップによって単一障害点であったマスタノードを冗長化し、この新しいバージョンに対する我々のツールの対応と課題について述べたが、同時に、クラスタの構成そのものに対しても幾つかの問題点も述べた。今回の発表では、この問題への対応を含みクラスタの再構築で行ったことについて述べる。具体的には、マスタノード用ハードウェアの強化やノード構築の自動化スクリプトの作成、ノードのモニタリングの導入が挙げられる。また、新規ハードウェアや構成の変更から必要に応じてHadoop/HBaseの設定を調整し、システムのパフォーマンスの測定を行い、その結果と検討を報告する。

論文

Reaction-yield dependence of the ($$gamma$$, $$gamma$$') reaction of $$^{238}$$U on the target thickness

Negm, H.*; 大垣 英明*; 大東 出*; 早川 岳人; Zen, H.*; 紀井 俊輝*; 増田 開*; 堀 利匡*; 羽島 良一; 静間 俊行; et al.

Journal of Nuclear Science and Technology, 52(6), p.811 - 820, 2015/06

 被引用回数:4 パーセンタイル:33.25(Nuclear Science & Technology)

レーザーコンプトン散乱と原子核共鳴蛍光散乱に基づく、核種の非破壊検知、測定において、試料の厚みと測定精度の関係を調べるため、$$^{238}$$Uを試料とした実験を行った。

論文

Status of operation data archiving system using Hadoop/HBase for J-PARC

菊澤 信宏; 池田 浩; 加藤 裕子; 大内 伸夫; 吉位 明伸*

Proceedings of 10th International Workshop on Personal Computers and Particle Accelerator Controls (PCaPAC 2014) (Internet), p.193 - 195, 2015/02

J-PARCのLINAC, RCSから得られる制御に必要な大量なデータは現在PostgreSQLに格納しているが、データ量が日々増え続ける運転データベースの容量は10TBを超え、2020年には30TBから100TBに増えると予想されており、これらを安定的に管理する問題に直面している。これを解決するため、HadoopおよびHBaseを利用したデータアーカイビングシステムの開発を進めている。HBaseはHadoopの分散ファイルシステム上で構築され、複数のマシンで構成するクラスタを使用し、障害時の自動復旧や容量増設の容易性が利点として挙げられる。現在までに基本的なシステムの構築を終え、過去データの移行および長期運用を始めているが、Hadoop/HBaseのバージョンが上がることにともなってシステムの構成の見直しを行う必要が生じた。このデータアーカイビングシステムの現状について報告する。

論文

Beam test of a new radio frequency quadrupole linac for the Japan Proton Accelerator Research Complex

近藤 恭弘; 森下 卓俊; 山崎 宰春; 堀 利彦; 澤邊 祐希; 千代 悦司; 福田 真平; 長谷川 和男; 平野 耕一郎; 菊澤 信宏; et al.

Physical Review Special Topics; Accelerators and Beams, 17(12), p.120101_1 - 120101_8, 2014/12

 被引用回数:6 パーセンタイル:42.9(Physics, Nuclear)

J-PARCのビーム電流増強用の新しいRFQ(RFQ III)のビーム試験を行った。まず、RFQ IIIのコンディショニングが行われ、20時間のコンディショニング後に、400kW、デューティーファクター1.5%の非常に安定なRF入力を達成した。次に、加速器トンネルに設置する前にオフラインのビームテストを行った。50mA負水素ビームの透過率、エミッタンス、エネルギー分散を測定し、シミュレーションと比較した。実験結果とシミュレーションは良い一致を示し、RFQ IIIが設計通りの性能を発揮していることが示された。

論文

HBase/Hadoopを利用したJ-PARC運転データアーカイビング用ツールの開発

菊澤 信宏; 池田 浩; 吉位 明伸*; 加藤 裕子; 大内 伸夫

Proceedings of 11th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.794 - 798, 2014/10

J-PARCのLINAC, RCSから得られる制御に必要な大量なデータは現在PostgreSQLに格納しているが、データ量が日々増え続ける運転データベースの容量は10TBを超え、2020年には30TBから100TBに増えると予想されており、これらを安定的に管理する問題に直面している。これを解決するため、HadoopおよびHBaseを利用したデータアーカイビングシステムの開発を進めている。HBaseはHadoopの分散ファイルシステム上で構築され、複数のマシンで構成するクラスタを使用し、障害時の自動復旧や容量増設の容易性が利点として挙げられる。また、検索時間は旧システムと比較して最大で1/5程度まで短縮化された。現在までに基本的なシステムの構築を終え、過去データの移行および長期運用を始めている。本件は、これらのデータベースシステム用ツールの作成上の問題点、および、新しいHBase/Hadoopのバージョンへの対応に関する問題点と、その検討・解決方法について報告するものである。

論文

RFイオン源&RFQ III共同テストスタンドタイミングシステムの製作

澤邊 祐希; 伊藤 雄一; 川瀬 雅人; 福田 真平; 鈴木 隆洋*; 菊澤 信宏; 大内 伸夫

Proceedings of 11th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.748 - 751, 2014/10

J-PARC LINACでは、大強度ビーム達成に向け、セシウム添加高周波駆動負水素イオン源(RFイオン源)、及び50mA対応RFQ III号機への換装が予定されている。そのため、RFイオン源、及びRFQ III号機の共同テストスタンドを構築し、ビーム加速試験を行った。換装を円滑に進めるため、現在のJ-PARC加速器と互換性を考慮した制御系が求められた。しかし、RFイオン源は、現在稼働中の負水素イオン源とはプラズマ点火方法が異なるため、従来とは異なるタイミングパラメータを持ったタイミング信号を準備する必要があった。このため、RFイオン源用に新たなタイミング信号を用いたタイミングシステムを製作し、テストスタンドでのビーム加速試験では、このシステムを用いた。本発表では、RFイオン源、及びRFQ III号機の共同テストスタンドで構成した制御系のうち、主にタイミングシステムについて報告する。

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