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論文

Present status of the laser charge exchange test using the 3-MeV linac in J-PARC

武井 早憲; 千代 悦司; 平野 耕一郎; 近藤 恭弘; 明午 伸一郎; 三浦 昭彦; 森下 卓俊; 小栗 英知; 堤 和昌

Proceedings of 5th International Beam Instrumentation Conference (IBIC 2016) (Internet), p.736 - 739, 2017/03

加速器駆動システム(ADS)は、原子炉で発生するマイナーアクチニド(MA)などの長寿命放射性核種を核変換する一つの候補である。このMAを効率良く核変換するためには、ADS炉心における中性子分布を精度よく予想することが必要不可欠である。ADS用の未臨界体系における中性子工学の特性評価のため、J-PARCでは核変換物理実験施設(TEF-P)の建設を計画している。TEF-Pは、安定な陽子ビーム(最大10W)を必要としており、大強度負水素イオン(H$$^{-}$$)ビーム(エネルギー400MeV、出力250kW)から微弱なビームを安定かつ精度よく取り出す方法が必要となる。この要求のため当セクションでは、レーザー荷電変換技術(LCE)を開発している。候補となるLCEでは、陽子ビーム輸送系の偏向電磁石中においてレーザー光によりH$$^{-}$$ビームの電子を剥ぎ取り、中性陽子(H$$^{0}$$)ビームを分離する。候補となるLCEの性能評価のため、J-PARC LINACのテストスタンドにおけるRFQ加速器から出射される3MeVのH$$^{-}$$ビームを用いてLCEによる取り出し実験を実施した。その結果、荷電変換した陽子ビームを14時間程度安定に取り出すことに成功した。また、TEF-Pに入射するビーム相当(400MeV)に換算し約5Wの荷電変換した陽子ビームが得られ、TEF-Pの要求出力を概ね満足した。

論文

J-PARC 3MeVリニアックにおけるレーザ荷電変換試験の結果(速報)

武井 早憲; 平野 耕一郎; 堤 和昌; 千代 悦司; 三浦 昭彦; 近藤 恭弘; 森下 卓俊; 小栗 英知; 明午 伸一郎

Proceedings of 13th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.987 - 991, 2016/11

加速器駆動システム(ADS)は、原子炉で発生するマイナーアクチノイド(MA)などの長寿命放射性核種を核変換する一つの候補である。このMAを効率よく核変換するためには、ADS炉心における中性子分布を精度よく予想することが必要不可欠である。ADS用の中性子データを収集するために、J-PARCでは核変換物理実験施設(TEF-P)の建設を計画している。TEF-Pは、未臨界炉の熱出力が500W以上にならないように、安定な陽子ビーム(最大10W)を必要とする。このため、大強度負水素イオン(H$$^{-}$$)ビーム(エネルギー400MeV、出力250kW)から微弱なビームを安定かつ精度よく切り出す方法を開発しなければならない。この要求を満たすために、レーザー荷電変換技術(LCE)を開発している。開発しているLCE装置は、1パルス当たり1.6J、繰り返し数25HzのYAGレーザー、及びレーザー光の位置を精度良く制御する制御系から構成されている。そして、陽子ビーム輸送系の偏向電磁石中で、レーザー光によってH$$^{-}$$ビームの電子を剥ぎ取り、H$$^{0}$$を分離している。現在、レーザー光を用いてH$$^{-}$$ビームの荷電を変換することを確認するため、J-PARCのRFQテストスタンドでエネルギー3MeVのH$$^{-}$$ビームを用いてLCE試験を実施している。本論文では、LCE試験の現状について報告する。

論文

Comparative study of beam dynamics in the RFQ for J-PARC linac

Artikova, S.; 近藤 恭弘; 森下 卓俊

Proceedings of 12th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1004 - 1007, 2015/09

A new linac front-end had been installed for intensity upgrade of J-PARC in 2014, July - September. It consists of a 50 keV Ion Source (IS), a two-magnetic solenoid based Low Energy Beam Transport (LEBT) and 324 MHz RFQ accelerating 50 mA H$$^{-}$$ beam to 3 MeV. In the linac, there are three beam transport sections were implemented to match the beam between the different accelerator elements. This paper presents the simulation study of high intensity beam dynamics in the RFQ and beam transport using Mathematica and General Particle Tracer code. Comparison of studies of a uniformly generated particle distribution and a more realistic beam, the distribution re-constructed from Test Stand emittance measurement has been made. Emittance and twiss parameters at the exit of RFQ are determined and can be used for beam matching optimization in the Medium Energy Beam Transport (MEBT1) section.

論文

Space charge simulation and matching at low energy section of J-PARC LINAC

Artikova, S.; 近藤 恭弘; 森下 卓俊

Proceedings of 6th International Particle Accelerator Conference (IPAC '15) (Internet), p.251 - 254, 2015/06

An intensity upgrade of J-PARC included the installation of a new IS and a RFQ which to be used at first stage of acceleration. The linac is divided into 2 sections on the basis of operating frequencies and 3 sections on the basis of family of RF cavities to be used for the acceleration of 50 mA H$$^{-}$$ beam from 50 keV to 400 MeV. Low energy part of linac consists of an IS, a 2-solenoid beam transport and RFQ. The transition from one section to another can limit the acceptance of the linac if these are not matched properly in both longitudinal and transverse plane. We have calculated the acceptance of the RFQ at zero current, then a particle tracking technique is employed to study the space charge effects in LEBT of the J-PARC linac after the intensity upgrade in order to match the beam to the RFQ. Also, RFQ tank level and intervene voltage calibration factor is determined by comparing the simulation results of the beam transmission with the test measurement of tank level vs. transmission.

論文

Beam test of a new RFQ for the J-PARC linac

近藤 恭弘; 森下 卓俊; 山崎 宰春; 堀 利彦; 澤邊 祐希; 高木 昭*

Proceedings of 27th International Linear Accelerator Conference (LINAC 2014) (Internet), p.267 - 269, 2014/12

J-PARCリニアックの運転に必要な新しい324MHz、3MeV H$$^{-}$$ RFQ (RFQ III)のビーム試験を行った。RFQ IIIは、J-PARCの要求を満たすために設計された初めてのRFQである。ピークビーム電流は50mA、パルス幅は500micro-sec、繰り返しは25 Hzである。2014年夏の、加速器トンネルへのインストールに先立って、オフラインでのビーム試験を行った。透過率やエミッタンスといった基本的なビームパラメータの測定を行ないシミュレーションと比較した。透過率のヴェーン間電圧依存は、実験データとシミュレーションの間で良い一致がみられた。縦エミッタンスの測定値は、x 0.29$$pi$$ mm mrad、y 0.35$$pi$$ mm mradに対し、シミュレーションではx 0.27$$pi$$ mm mrad y 0.31$$pi$$ mm mradであり、よく一致した。この論文では、ビーム試験の結果について述べる。

論文

J-PARCリニアックの現状

小栗 英知; 長谷川 和男; 伊藤 崇; 千代 悦司; 平野 耕一郎; 森下 卓俊; 篠崎 信一; 青 寛幸; 大越 清紀; 近藤 恭弘; et al.

Proceedings of 11th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.389 - 393, 2014/10

J-PARCリニアックでは現在、ビームユーザに対する利用運転を行うとともに、リニアック後段の3GeVシンクロトロンにて1MWビームを加速するためのビーム増強計画を進めている。リニアックのビーム増強計画では、加速エネルギー及びビーム電流をそれぞれ増強する。エネルギーについては、181MeVから400MeVに増強するためにACS空洞及びこれを駆動する972MHzクライストロンの開発を行ってきた。これら400MeV機器は平成24年までに量産を終了し、平成25年夏に設置工事を行った。平成26年1月に400MeV加速に成功し、現在、ビーム利用運転に供している。ビーム電流増強では、初段加速部(イオン源及びRFQ)を更新する。イオン源はセシウム添加高周波放電型、RFQは真空特性に優れる真空ロー付け接合タイプ空洞をそれぞれ採用し、平成25年春に製作が完了した。完成後は専用のテストスタンドにて性能確認試験を行っており、平成26年2月にRFQにて目標の50mAビーム加速に成功した。新初段加速部は、平成26年夏にビームラインに設置する予定である。

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 RFQテストスタンド用ビームモニタリングシステム

宮尾 智章*; 三浦 昭彦; 近藤 恭弘; 森下 卓俊; 杉村 高志*; 大内 伸夫; 小栗 英知; 丸田 朋史*; 内藤 富士雄

Proceedings of 10th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1049 - 1052, 2014/06

J-PARCリニアックでは、400MeVへのビームのエネルギーアップグレードと並行し、50mA対応のRFQ(Radio-Frequency-Quadrupole)を用いて、ピーク電流50mAでのビーム運転を目指している。このRFQの製作は平成24年度末に終了したため、性能評価を行う専用のRFQテストスタンドを整備している。このRFQテストスタンドにおいてビーム電流を測定するための電流モニタ、TOF(Time-of-Flight)法によるビームのエネルギー計算に使用する位相モニタなどのモニタリングシステムを構築し、各機器の性能を確認するための試運転を行った。本発表ではモニタリングシステムについての詳細を述べるとともに、本システムにて取得したビームエネルギー及びビーム透過率について説明する。また、新しいモニタテストなどの今後の展望について説明する。

論文

J-PARCリニアックRFQ2号機大電力試験用テストスタンド

堀 利彦; 千代 悦司; 篠崎 信一; 佐藤 文明; 森下 卓俊; 近藤 恭弘; 二ツ川 健太*; 福井 佑治*; 川村 真人*; 杉村 高志*; et al.

Proceedings of 9th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1240 - 1242, 2013/08

J-PARCリニアックの運転当初から使用しているRFQは、2008年に放電が頻発し大出力ビームを長時間安定に加速することが困難な状況となったため、そのバックアップ機としてRFQ2号機を製作するに至った。RFQ2号機は2011年3月に製作を終え、早い時期に大電力試験を行う予定であったが、同年3月11日に発生した東日本大震災の影響で、試験スケジュールは白紙の状況となった。震災後の高周波源グループは機器の復旧とビーム運転の再開を最優先課題としたが、この大電力試験を早期に行えるよう本テストスタンドの整備を2012年1月より本格的に開始した。ハード機器の整備、低電力システムの構築、高圧電源の試運転、クライストロンから空洞までの導波管接続などの作業を4月下旬には完了した。空洞サイドからの主な要求としては、パルス繰り返し数: 50pps、RFパルス幅: 600$$mu$$s(連続可変)、最大供給電力: 400kWなどであったが、5月下旬までの実稼働日数で19日間、高圧印加時間で約150時間の大電力試験を大きなトラブルなく消化した。

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

High-power test and thermal characteristics of a new radio-frequency quadrupole cavity for the Japan Proton Accelerator Research Complex linac

近藤 恭弘; 森下 卓俊; 長谷川 和男; 千代 悦司; 平野 耕一郎; 堀 利彦; 小栗 英知; 佐藤 文明; 篠崎 信一; 杉村 高志*; et al.

Physical Review Special Topics; Accelerators and Beams, 16(4), p.040102_1 - 040102_8, 2013/04

 被引用回数:7 パーセンタイル:41.96(Physics, Nuclear)

J-PARCリニアックのための新しいRFQ (RFQ II)の大電力試験を行った。RFQ IIは、運転中のRFQに放電問題が起きたため、予備のRFQとして開発された。まず、RFQ IIのコンディショニングが行われ、50時間のコンディショニング後に既定の330kW, 3%デューティで非常に安定になった。次に、RFQ IIは冷却水の温度を調整することで周波数を調整するので、熱的性質を測定した。周波数応答を測定し、FEMモデルと比較し、良い一致が得られた。時間応答もシミュレーションと実験で一致した。また、RF負荷を変えた時の電磁場の変化を調べ、問題ないことを確認した。

論文

Recent progress with the J-PARC RFQs

近藤 恭弘; 森下 卓俊; 長谷川 和男; 川又 弘史*; 杉村 高志*; 内藤 富士雄*

Proceedings of 26th International Linear Accelerator Conference (LINAC 2012) (Internet), p.972 - 974, 2012/09

J-PARC RFQの最近の進展について報告する。まず、運転中のRFQ(RFQ I)は、震災による長期シャットダウンから復帰した。このRFQは、2008年から放電問題に悩まされているため、バックアップ用のRFQ(RFQ II)を開発中である。このRFQの大電力試験を2012年の4月から行い、定格電力,デューティ(333kW, 3%)で安定に運転できることを確認した。最後に、ビーム電流増強のための新たなRFQ (RFQ III)を製作中である。ビームダイナミクス設計は終了し、60mA, 1.2$$pi$$mm mrad入射で98%の透過率と、最小限のエミッタンスグロースでビームが出射されることをシミュレーションで確認した。第1,第2ユニットまでは、加工が終了しており、最初のユニットのロー付けが9月に予定されている。最後の第3ユニットについては現在加工中である。この論文では、それぞれのRFQの現状について述べる。

論文

Beam dynamics design of a new radio frequency quadrupole for beam-current upgrade of the Japan Proton Accelerator Research Complex linac

近藤 恭弘; 長谷川 和男; 森下 卓俊; Jameson, R. A.*

Physical Review Special Topics; Accelerators and Beams, 15(8), p.080101_1 - 080101_6, 2012/08

 被引用回数:6 パーセンタイル:53.66(Physics, Nuclear)

J-PARCリニアックのビーム電流増強のためのH$$^{-}$$ RFQ(RFQ III)のビームダイナミクス設計を行った。ボア半径及びヴェーン間電圧一定なコンベンショナルな設計手法に対応するように設計コードLINACSrfqDESを改良し、ジェントルバンチャでは、等分配の法則を適用した。粒子シミュレーションには、LINACSrfqSIMを用た。60mA規格化rmsエミッタンス0.20$$pi$$mm mradの粒子を入射したときに得られた透過率は、98.5%、出口での横エミッタンスは0.21$$pi$$mm mrad、縦エミッタンスは0.11$$pi$$MeV degであった。この結果は、RFQ IIIの要求を満たす。

論文

On-machine non-contact dimension-measurement system with laser displacement sensor for vane-tip machining of RFQs

近藤 恭弘; 長谷川 和男; 川又 弘史*; 森下 卓俊; 内藤 富士男*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 667, p.5 - 10, 2012/03

 被引用回数:6 パーセンタイル:42.4(Instruments & Instrumentation)

レーザー変位計(LDS)を用いた、RFQのヴェーン加工のための、新しい機上非接触寸法測定システムを開発した。LDSをフライス盤に装着し、システムの性能を評価するために、ヴェーンモジュレーション加工が施されたテストピースの測定を行った。縦方向の形状を測定し、3次元測定器による測定と比較した。横方向の形状も測定した。寸法測定に要求される性能が、われわれのシステムによって、満たされることが確認された。

論文

Floor deformation of J-PARC linac after the Tohoku Earthquake in Japan

森下 卓俊; 浅野 博之; 池上 雅紀*

Proceedings of 2nd International Particle Accelerator Conference (IPAC '11) (Internet), p.2601 - 2603, 2011/09

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リニアック加速器トンネルでは高さ方向40mm以上、水平方向25mmにおよぶ変形が発生した。地震後においても部分的な沈下傾向がおよそ2か月間継続した。また、リニアックは建家連結部を2か所有しており、ここでも数ミリの段差状の変動が起こっている。現在、リニアックアライメント復旧に向け、再アライメントに着手した。

論文

J-PARC linac ACS加速空洞

青 寛幸; 浅野 博之; 田村 潤; 大内 伸夫; 長谷川 和男; 森下 卓俊; 高田 耕治*; 内藤 富士雄*; 山崎 良成

Proceedings of 8th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), 3 Pages, 2011/08

Annular-ring Coupled Structure (ACS)型加速空洞は2009年から量産が始められた。本計画では加速モジュール18台、デバンチャーモジュール2台を3年間で製作する。現状、工程は順調に推移し、加速モジュール10台の製作が完了した。またデバンチャーを除く大半の加速モジュールの周波数調整は終了し、加速モジュールで14台分までのロウ付けが完了している。量産で製作したモジュールのうち1台については、1.6MWまでの大電力試験を完了した。この電力は加速電場の設計値4.2MV/mに比べて15%増しのマージンを持つ値に相当する。

論文

地震によるJ-PARCリニアックアライメントへの影響

森下 卓俊; 浅野 博之; 池上 雅紀*

Proceedings of 8th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), 3 Pages, 2011/08

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施設全域において建家,ユーティリティー設備,装置等に被害が生じ、現在、ビーム運転再開に向けて復旧作業を継続している。J-PARCリニアックは2006年夏に精密アライメントを完了し、2007年9月より下段の加速器(3GeV-RCS)にビーム供給を開始した。以後、加速器トンネルの変形は軽微であり、アライメントの悪化に起因するビーム品質の低下は見られず、再アライメントを実施することなく4年以上ビーム供給を継続してきた。しかしながら、地震後に実施した加速器トンネルの測量においては深刻な変形が明らかとなり、ビーム加速のためにはほぼ全数の加速空洞並びに電磁石の再調整が必要となった。リニアック直線部においては垂直方向には40mm以上の不等沈下、水平方向にはおよそ25mmの折れ曲がりが発生している。その後も定期的なトンネル変形観測を実施しており、終息傾向は見られるものの、地震発生後1か月を経ても変形が継続している。本発表では、J-PARCリニアックにおける地震による加速器アライメントへの影響、並びにその後の変動観測結果を報告する。

論文

Vacuum brazing of the new RFQ for the J-PARC linac

森下 卓俊; 近藤 恭弘; 長谷川 和男; 内藤 富士雄*; 吉岡 正和*; 松本 浩*; 堀 洋一郎*; 川又 弘史*; 齊藤 芳男*; 馬場 斉*

Proceedings of 25th International Linear Accelerator Conference (LINAC 2010) (CD-ROM), p.521 - 523, 2010/09

J-PARCリニアックでは、新たにRFQの製作を開始した。RFQ空洞を長手方向に3分割して製作し、架台上で連結する構造としている。一つの空洞は主ベインと副ベインの2種のベインを真空ロー付け接合により製作することとした。従来はベインの接合と各種ポートの接合は2回の真空ロー付けに分けて行われていたが、本件では1度のロー付けによる製作を試みた。初号機では真空リークなどの不具合に見舞われたが、その原因は加熱時の温度不均一によるものと思われた。初号機の不具合を修復したのちに、2号機では温度制御を改善し、良好な結果が得られた。

論文

Vane machining by the ball-end-mill for the new RFQ in the J-PARC linac

森下 卓俊; 近藤 恭弘; 長谷川 和男; 川又 弘史*; 内藤 富士雄*; 吉岡 正和*; 松本 浩*; 堀 洋一郎*; 齊藤 芳男*; 馬場 斉*

Proceedings of 25th International Linear Accelerator Conference (LINAC 2010) (CD-ROM), p.518 - 520, 2010/09

J-PARCリニアックでは、新たにRFQの製作を開始した。およそ3mのRFQ空洞を長手方向に3分割して製作し、架台上で連結する構造としている。一つの空洞は主ベインと副ベインの2種のベインを真空ロー付けにより接合される。従来はベイン先端のモジュレーション部は専用切削刃物を開発して加工されていたが、コスト削減と特殊刃物の開発期間の短縮のため、現在主流のNC加工機とボールエンドミルを用いた切削加工方式を採用した。試験加工において良好な結果を確認し、ボールエンドミルによるRFQ製作を開始した。ボールエンドミルを使用したベイン精密加工結果に関して報告する。

論文

J-PARC LINAC ACS加速空洞

青 寛幸; 浅野 博之; 大内 伸夫; 坪田 直明; 長谷川 和男; 平野 耕一郎; 森下 卓俊; 高田 耕治*; 内藤 富士雄*; 山崎 良成

Proceedings of 7th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (DVD-ROM), p.552 - 554, 2010/08

平成20年3月よりJ-PARC LINACのエネルギー増強が始まり、本計画ではAnnular Coupled Structure(ACS)空洞20台を製作する。ACS空洞では組立前に機械加工により共振周波数を調整する。この調整のためのデータ取得を目的として、試作セル(寸法決定用セル)を製作した。この結果をもとに量産寸法の決定,周波数調整を行い、完了した5台分については目標値(971.93$$pm$$0.05MHz)の範囲内に調整することができた。現在、ロウ付け、全体組立を進めており、平成22年秋には量産の1号機が完成する予定である。

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