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山本 風海; 畠山 衆一郎; Saha, P. K.; 守屋 克洋; 岡部 晃大; 吉本 政弘; 仲野谷 孝充; 藤来 洸裕; 山崎 良雄; 菅沼 和明
EPJ Techniques and Instrumentation (Internet), 8(1), p.9_1 - 9_9, 2021/07
J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)は最大1MWの高出力陽子ビームを中性子ターゲットに供給している。稼働率を向上し実験成果の最大化を図るために、RCSではさまざま運転パラメータの履歴を記録しているが、そのデータのうち入射効率と入射ビームラインの磁石を冷却している冷却水温度が同期していることを発見した。RCS入射時に、入射負水素(H
)ビームは炭素薄膜を通過し陽子に変換されるので、入射効率が変動しているという事は陽子への変換効率が冷却水温度に依存していることを示している。ビーム形状,薄膜の条件等から、入射ビームのフォイルへの入射位置が0.072mm程度振動していて、それが磁石磁場の変動に換算して1.63
10
となることを求めた。この値は、単純に磁石が冷却水の温度変動に従って伸び縮みするとして評価した結果とファクタ程度で一致し、変換効率の変動の主要因は磁場変動であることが確認できた。
神谷 潤一郎; 岡部 晃大; 金正 倫計; 守屋 克洋; 山田 逸平; 荻原 徳男*; 引地 裕輔*; Wada, K.*
Journal of Physics; Conference Series, 1350, p.012149_1 - 012149_6, 2019/12
被引用回数：2 パーセンタイル：85.77チタン製真空ダクト表面にゲッター作用を持たせるため、導入したガスをイオン化させスパッタリングによりチタン表面の酸化膜を除去する手法の開発を行っている。本手法では、スリットからガスを導入することで、少ないガス量で局所的に均一かつ高いガス密度のシート状の分布を生成ができ、周辺の圧力上昇を抑えたうえで効率の良いスパッタリングを行うことができる。今回、スリットによって生成されたガス密度分布をモンテカルロシミュレーションコードによって計算し、評価した。その結果、ガス密度分布の三次元的な分布の情報を得ることができ、両方向からのガス導入がガス密度分布の均一化に対して有効であることが定量的にわかった。さらに本手法をシート状ガスとビームとの相互作用により発生するイオンを検出する非破壊型ビームプロファイルモニターに適用した。本モニターにおいて、ビームプロファイルの注入ガス量に対する依存性を調査し、少量の注入ガス量での測定が不飽和かつS/N比が高い状況でビームプロファイル測定するために重要であることが分かった。
菖蒲田 義博; 岡部 晃大; 神谷 潤一郎; 守屋 克洋
Journal of Physics; Conference Series, 1350, p.012113_1 - 012113_7, 2019/12
被引用回数：0 パーセンタイル：0.07大強度を目指す加速器では、電子雲と電磁場によるビームの不安定化を防ぐことが重要である。そのため、加速器の真空容器の表面にある穴はすべてTiNの薄膜を付着させたRFシールドで塞ぐのが一般的である。TiNは電子雲を抑制するために、RFシールドは電磁場を抑えるため利用される。しかし、真空中でコリメータの穴をTiNの薄膜を付着させたRFシールドで塞ぐと、RFシールドそのものが機械的に壊れてしまうことがわかった。それは、真空中でTiNの摩擦係数が増大するためである。そこで、我々はコリメータの穴がビーム長に比べて十分短いことに注目し、RFシールドをコリメータから外すことにした。そして、シミュレーションによる計算とネットワークアナライザーによるS行列の測定で、新たに誘起される電磁場の影響を確かめることにした。結果、電磁場のビームに与える影響が無視できることがわかり、実際の運転でそれが可能であることが確認された。
守屋 克洋; 原田 寛之; Liu, Y.*; 大谷 将士*
Journal of Physics; Conference Series, 1350, p.012140_1 - 012140_5, 2019/11
被引用回数：0 パーセンタイル：0.07In Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC), the beam accelerated up to 400 MeV in the Linac is injected to 3 GeV rapid cycling synchrotron (RCS), and we realize the high intensity beam by using multi-turn injection. During user operation, we rarely detected the beam loss at the high dispersion area in the RCS or the beam collimator section in the extraction beam transport line. These incidents indicate that the beam loss is caused by the momentum shift of RCS injection beam according to the experimental and simulation results. In the beam commissioning, we check the Linac beam momentum just before the user operation of the RCS. However, we could not previously measure the Linac beam momentum during the user operation because we adopt the multi-turn injection and the injected beam momentum was changed by the synchrotron oscillation in longitudinal plane. Therefore, we measured the beam momentum at the beam injection line of the RCS. Because the Linac-to-3-GeV-RCS Beam Transport line (L3BT) has the high dispersion areas, we estimated the injection beam momentum from the beam orbit data by the Beam Position Monitors (BPMs). We measured the beam position data and estimated the momentum shift by using the data and beam simulation. As a result, we found the momentum fluctuation during the user operation and the fluctuation width was up to 0.1%. To suppress the beam loss induced by the momentum fluctuation, we developed the momentum correction system. The fluctuation was suppressed less than 
0.02% with this system. Finally, the beam loss incidents induced by the beam momentum shift no longer occur, and we successfully achieved the more stable user operation in J-PARC.
林 直樹; 吉本 政弘; 守屋 克洋; 畠山 衆一郎*
Proceedings of 16th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1096 - 1100, 2019/07
ビームロス、及びその要因を詳しく理解することは、加速器の安定運転のため必要である。繰返し25Hzで運転するJ-PARC RCSは、これまでも全パルスについて、10ms間隔でビーム強度、ビームロスについて記録してきた。加えてインターロック発報時に、より詳細な波形やバンチ毎のビーム位置を記録するシステムを整備した。これらの成果の一例として、RCS単独のビームロスモニタによるインターロック事象でも、実はリニアック・イオン源に関連があることが分かってきた。本報告では、この例を初め、その他のインターロック発報時のビームモニタデータを紹介し、一層の安定運転に向け、今後の取り得る対応について述べる。
ビーム用バンチシェイプモニター北村 遼; 二ツ川 健太*; 林 直樹; 平野 耕一郎; 小坂 知史*; 宮尾 智章*; 守屋 克洋; 根本 康雄*; 小栗 英知
Proceedings of 16th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.51 - 54, 2019/07
J-PARCリニアックにおいてピーク電流60mAを超える大強度Hビームを供給する場合、高周波四重極リニアック(RFQ)後のビーム輸送系における縦方向測定と調整はビームロスとエミッタンス増大の削減のために重要である。大強度3MeVのHビームのバンチ幅測定にはエネルギー損失が小さくかつ高温耐性のあるカーボンナノチューブ(CNT)ワイヤーを用いた新しいバンチシェイプモニター(BSM)が必要である。しかし二次電子を引き出すためCNTワイヤーに高圧印加すると、放電が電圧印加の妨げとなる。それゆえ安定したバンチ幅測定のためには放電を抑制する必要がある。エミッタとしてのCNTの特性を考慮してワイヤー長を短くしたところ、-10kV高圧がワイヤーに印加できた。本講演ではこのBSMの最新の開発状況と将来の展望を報告する。
地村 幹*; 原田 寛之; 守屋 克洋; 岡部 晃大; 金正 倫計
Proceedings of 16th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.728 - 732, 2019/07
大強度ビームにおける空間電荷効果の増大は、ビーム損失の増大を引き起こす。そのビーム損失は、装置の放射の観点からビーム強度を制限してしまう。そのため、その空間電荷効果によるビーム広がりを抑制することが非常に重要である。本研究では、その効果が特に顕著になるリニアックの低エネルギー領域に着目した。その効果によるビーム広がりの起源を同定するために、空間電荷力を考慮したシミュレーションを実施した。そして、J-PARCリニアックの低エネルギー部(MEBT1)における空間電荷効果が顕著に影響を及ぼしていることが判明した。その要因が空間電荷力の非線形力であることを突き止め、八極電磁石による非線形磁場にてその効果を緩和する手法を新たに考案した。シミュレーション上でその手法を検証した結果、ビーム広がり抑制が可能であるという結果を得た。本発表では、考案した手法やその検証結果について報告する。
北村 遼; 林 直樹; 平野 耕一郎; 近藤 恭弘; 守屋 克洋; 小栗 英知; 二ツ川 健太*; 宮尾 智章*; 大谷 将士*; 小坂 知史*; et al.
Proceedings of 10th International Particle Accelerator Conference (IPAC '19) (Internet), p.2543 - 2546, 2019/06
バンチシェイプモニター(BSM)は縦方向位相空間分布を測定するための重要な装置の一つである。例えば、J-PARCリニアックではタングステンワイヤーを用いたBSMが加速空洞間のバンチ形状を測定するためACSセクションに3台導入されている。しかしながら、このBSMではRFQとDTLセクション間のビーム輸送系における3MeVのHビームのバンチ形状を測定することは、ビーム中心部でワイヤーが断線してしまうために困難である。そこで3MeVのHビームのバンチ形状を測定できるよう、カーボンナノチューブワイヤー(CNT)を用いた新たなBSMを開発している。CNTワイヤーに-10kVの高圧を印加するには細心の注意を要する。ワイヤーからの放電を抑制しつつBSMを運転するためにいくつかの対策を実施した。この講演ではCNT-BSMの最新の開発状況と将来の展望を報告する。
菖蒲田 義博; 岡部 晃大; 神谷 潤一郎; 守屋 克洋
Proceedings of 10th International Particle Accelerator Conference (IPAC '19) (Internet), p.163 - 166, 2019/06
大強度を目指す加速器では、電子雲と電磁場によるビームの不安定化を防ぐことが重要である。そのため、加速器の真空容器の表面にある穴はすべてTiNの薄膜を付着させたRFシールドで塞ぐのが一般的である。TiNは電子雲を抑制するために、RFシールドは電磁場を抑えるため利用される。しかし、真空中でコリメータの穴をTiNの薄膜を付着させたRFシールドで塞ぐと、RFシールドそのものが機械的に壊れてしまうことがわかった。それは、真空中でTiNの摩擦係数が増大するためである。そこで、我々はコリメータの穴がビーム長に比べて十分短いことに注目し、RFシールドをコリメータから外すことにした。そして、シミュレーションによる計算とネットワークアナライザーによるS行列の測定で、新たに誘起される電磁場の影響を確かめることにした。結果、電磁場のビームに与える影響が無視できることがわかり、実際の運転でそれが可能であることが確認された。
守屋 克洋; 川根 祐輔*; 三浦 昭彦; 二ツ川 健太*; 宮尾 智章*
Journal of Physics; Conference Series, 1067, p.072009_1 - 072009_3, 2018/09
被引用回数：0 パーセンタイル：0.11J-PARCリニアックでは、ビーム縦方向分布を観測するバンチシェイプモニタ(BSM)の高精度化を行っている。ビームをワイヤに当てることで、ビームと同じ時間(縦方向)構造を持つ2次電子をワイヤから生成する。この電子を高周波電場を用いて縦方向の情報を横方向に移すことで縦方向分布を観測する。このとき高周波電場の周波数は加速周波数と同期させる必要がある。BSMのRFディフレクタは2本の電極から構成され、目的の周波数が共振周波数となるように電極長を変えることで実現する。しかし電極長の製作精度は0.5mmであるため、従来の調整方法では周波数設定精度は390kHzであった。今回新たにチューナとして円柱ブロックを挿入することで、共振周波数を高精度に調節できることが数値シミュレーション(CST Studio)の結果から判明した。具体的には円柱挿入量0.1mmに対してを25kHzまで調節可能となる。これにより、共振周波数の粗い調節を電極長を変えることで、細かい調節を円柱ブロックを挿入することで共振周波数を極めて高い精度で調節できるようになる。現在、このチューナ付きBSMの製作を行っている。今回の発表では数値計算結果について報告する。
三浦 昭彦; 守屋 克洋; 宮尾 智章*
Proceedings of 9th International Particle Accelerator Conference (IPAC '18) (Internet), p.5022 - 5025, 2018/06
J-PARCリニアックでは、ビーム輸送中のビームロスを抑制し、安定で効率的な運転を実施するため、ワイヤを用いたプロファイルモニタ(WSM)を用いて、4極電磁石の調整を実施している。WSMはビームの進行方向に対し、鉛直な方向のプロファイルを測定する計測器であり、ビームが直接衝突するワイヤにはタングステンなどの金属や、ポリアクリロニトリルから生成した炭素繊維線を使用している。ビーム出力増強に伴い、ワイヤの熱的負荷も増加する。そこで、無酸素状態で3000
Cまで耐え、鋼鉄の100倍以上の引張強度を持ち、銅, 銀より高い電気伝導度を有するカーボンナノチューブ(CNT)に注目し、ビーム照射試験を実施した。直径50, 100
mのCNT製ワイヤに、3MeVの負水素イオンビーム, ビーム電流30mA,パルス幅100s, 1Hzで照射したところ、炭素繊維線と同等以上の信号電流が得られた。さらに、幅200s, 25Hzという100倍のビーム量でも4分間のビーム照射に耐え、顕微鏡観察でも、顕著なワイヤ損傷は見られなかった。加えて、ワイヤが破断するまで、幅400sのビームにおいたところ、破断直前に大量の熱電子が放出される現象を確認した。本発表では、ビーム測定時の信号波形、ワイヤ破断時の兆候について発表する。
守屋 克洋; 岡部 晃大; Liu, Y.*; 三浦 昭彦; 二ツ川 健太*
Proceedings of 14th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1081 - 1083, 2017/12
J-PARCでは、ビームの位相幅(縦方向プロファイル)を測定するためのバンチシェイプモニタ(BSM)の高度化を進めている。リニアックと後段シンクロトロン(RCS)を結ぶビーム輸送ライン(L3BT)でビーム位相幅の測定が可能になれば、縦方向マッチング、ビームローディング観測、横方向モニタと組み合わせた縦横結合共鳴観測などが実施できる。それにより、現状に比べてより精細な線形加速器のビーム加速調整、及び、空間電荷効果を考慮したビーム力学理論の検証が可能になり、ビームロスの低減と運転安定化が期待できる。そこで、L3BT用BSMの設計に際し、L3BTを通過するビームを数値計算上で再現し、BSMの本体設計や設置位置等の検討を開始した。BSM1台でビーム縦方向のパラメータを求めるために、上流の空洞電圧を変えてBSMでビーム位相幅への影響を測定(以下,縦方向Q-scan)すればよいが、空洞の収束力やBSMとの位置関係によっては、必要な精度が得られない可能性がある。そこで数値計算を行い、必要な精度を得るための条件を求めBSMの設計を行った。また既存のモニタを用いて縦方向Q-scan時のビーム位相幅の変化を観測した結果、数値計算と同様の結果が得られた。これは、J-PARC L3BTにBSMを導入することでビーム縦方向のパラメータを新たに観測できることを意味する。
守屋 克洋
no journal, ,
J-PARCでは、ビーム位相幅(縦方向分布)を測定するためのバンチシェイプモニタ(BSM)の導入・高度化を進めている。縦方向分布の測定が可能になれば、縦方向ビームの更なる安定化が実現できる。しかし、J-PARCのような大強度ビームの場合、ビームの熱負荷等にBSMのワイヤが耐え切れず断線し、ビーム測定ができない場合がある。そこで、BSMのワイヤの代わりに残留ガスイオン化プロファイルモニタ(IPM)の技術を導入し、新規ビームモニタの検討を行った。数値計算上でIPMの電場分布を計算し、ワイヤが無くてもビームの信号が検出器まで届くことを確認した。本発表では、BSMの問題点と検討中の新規ビームモニタの数値計算結果について報告する。
守屋 克洋; 原田 寛之; 三浦 昭彦; 二ツ川 健太*
no journal, ,
大強度線形加速器では、ビーム位相幅(縦方向分布)を測定するためにバンチシェイプモニタ(BSM)を用いる。BSMはビーム通過位置にワイヤを挿入することでビームと同じ時間構造を持つ2次電子を生成し、高周波電場を用いて2次電子の縦方向分布を横方向分布に移すことでビーム位相幅を検出する。しかし、大強度ビームを測定する際、ワイヤがビームの熱負荷に耐え切れず断線する。そこでワイヤの代わりに、ビーム構造を持つ電子を非破壊に生成する残留ガスプロファイルモニタ(IPM)の技術に着目し、BSMとIPMを組み合わせた非破壊型縦方向ビームプロファイルモニタを考案した。
守屋 克洋
no journal, ,
J-PARCではユーザーへ大強度ビームを安定供給するために、ビームモニタを用いてビーム損失の少ない運転条件を決めている。しかし、3GeVシンクロトロン(RCS)のビームモニタのデータ解析により、線形加速器からの入射ビームのエネルギーが利用運転中に変動していることが判明した。そこで、これまで線形加速器で常時監視出来ていなかったビームのエネルギー変動を観測するために、ビーム輸送ライン上のビームの運動量により軌道が変動する箇所に設置されたビーム位置モニタを複数台組み合わせた、エネルギー変動監視システムを構築した。それを用いて得られたエネルギー変動量を基に、RCS入射直前に設置された加速空洞を用いてエネルギー補正を行い、エネルギー変動をdp/p=0.015%以内に抑えることに成功した。
ビーム用バンチシェイプモニター北村 遼; 二ツ川 健太*; 林 直樹; 平野 耕一郎; 宮尾 智章*; 守屋 克洋; 根本 康雄*; 小栗 英知
no journal, ,
J-PARCリニアックの安定運転を実現するための課題の一つとして、RFQ-DTL間での縦方向ミスマッチによるエミッタンス増大が挙げられる。リニアック下流のACSセクションではタングステンワイヤーを用いたバンチシェイプモニター(BSM)によりビーム縦方向を測定しているが、RFQ出射の大電流3MeV Hビームでは、ビームコアにおける縦方向測定は未だ実現していない。カーボンナノチューブ(CNT)ワイヤーはビームプロファイル測定用ワイヤスキャナーにおいてこの大電流3MeVビームでの使用実績があり、BSMへの応用が期待される。BSMではCNTワイヤーに最大10kVの高電圧を印加するため、特に放電への対策が重要となる。本講演では高電圧印加時のCNTワイヤーへの放電ダメージ調査結果と、BSM運転条件確立に向けた放電対策の現状について報告する。
守屋 克洋; 原田 寛之
no journal, ,
J-PARCリニアックで400MeVまで加速された負水素イオンを、3GeV rapid cycling synchrotron (RCS)に多重入射し、大強度陽子ビームを蓄積している。利用運転中にRCSの曲線部でビーム損失が検出され、運転の一時停止が稀に生じた。この原因は、シミュレーション結果と運動量をずらした実験から、運転中にリニアックから入射したビームの運動量が変動したことであると予想した。しかし、多重入射をしている都合により、運転中の運動量変動をRCSで直接観測することはこれまで出来なかった。本研究ではリニアックとRCSを結ぶ輸送ライン(L3BT)に着目し、入射直前の輸送ラインで運動量測定を試みた。L3BTに設置されている複数台のビーム位置モニタを使用することで、RCS入射直前の運動量変動を測定することに成功し、利用運転中に許容値0.02%に対して最大0.14%まで運動量が変動していたことが今回の測定により判明した。さらに、RCS曲線部のビーム損失量の増減と入射ビームの運動量変動に相関があることを初めて観測し、不要なビーム損失の起源を同定した。ビーム損失起源となっている入射ビームの運動量変動を許容値まで抑制するために、運動量補正システムを開発し、変動を0.02%以下まで低減させることで、利用運転の安定化を実現した。
ビーム用バンチシェイプモニター北村 遼; 二ツ川 健太*; 林 直樹; 平野 耕一郎; 宮尾 智章*; 守屋 克洋; 根本 康雄*; 小栗 英知
no journal, ,
大強度陽子加速器施設J-PARCのリニアックでは、加速空洞間の縦方向ビームマッチング調整のためにバンチシェイプモニター(BSM)の開発、導入を進めている。既存BSMはビームをタングステンワイヤーに当てた際に生じる二次電子から縦方向のビーム情報を抽出している。しかしリニアック上流のRFQから出射された3MeV Hビームを測定する場合、タングステンワイヤーのビームに対する耐久性が問題となっていた。そこで、タングステンに代わるカーボンナノチューブ(CNT)ワイヤーを用いたBSM(CNT-BSM)の開発に着手した。だがCNTワイヤーを導入した場合、ワイヤーからの放電と放電時に放出された炭素等に起因する耐電圧の低下がCNT-BSM実現への課題であった。そのためベーキングなどによる真空対策を施すことにより、CNTワイヤーへ定格電圧(-10kV)を印加することに成功した。現在ワイヤーから生じた熱電子を用いた試験によりタングステンワイヤーとCNTワイヤーでのBSM信号応答の比較検証を進めている。本講演では、CNT-BSMの概要と最新の開発状況及び将来展望について報告する。
観測とビーム高品質化への展望守屋 克洋; 宮尾 智章*
no journal, ,
J-PARCリニアックでは、大強度負水素(H)ビームを加速し、3GeVシンクロトロン(RCS)へ入射している。大強度ビームの安定供給を実現するためには、ビーム損失の低減とビーム品質の維持が重要になる。ビーム電流を設計値に向けて増やしていた際に、リニアックとRCSを繋ぐ輸送ライン(L3BT)の偏向電磁石周辺で陽子(H)と思われるビーム損失を観測した。対策として、リニアック上流部の中間エネルギービーム輸送系1(MEBT1)にシケイン軌道を作り、Hを逆に曲げることで除去した。これによりL3BTにおけるH由来のビーム損失は激減したが、Hの電流値やエネルギー、大強度Hビームへの影響等の詳細調査は行われてこなかった。そこで、Hを調べるために、シケインで分離させたHの重心位置や分布、信号強度を測定した。結果として、HとHの重心の距離は14mmであった。数値計算結果では12mmであり、測定結果と数値計算結果のずれは初期条件の違いと考えられる。また、Hの信号強度はHに比べ約300分の1であった。信号強度は電流値にそのまま対応しないので、Hの電流値については今後詳細な調査を継続する。一方で、リニアック上流部で生成されるHがHビームに混じることで空間電荷効果が抑制され、Hビームを高品質化させる効果があることが知られている。今後はビームの高品質化も念頭に置いて、Hの定量評価を行っていく。
地村 幹; 原田 寛之; 守屋 克洋; 岡部 晃大; 金正 倫計
no journal, ,
大強度陽子加速器におけるビーム強度は、最先端実験の効率や稀な事象の探索の精度を決定する重要なパラメータである。大強度ビームでは、空間電荷効果によるエミッタンスの増大および、それに伴うビーム損失による機器の放射化の増加がビーム強度を制限してしまう。その効果によるエミッタンスの増大の起源を同定するため、J-PARCリニアックをモデルとしたビームシミュレーションを実行した。その結果、空間電荷力の非線形力がビーム分布の歪みとエミッタンスの増大を引き起こしていることを確認した。そこで、空間電荷力の非線形成分と同様にビームに非線形力を与える多極電磁石を用いることによってエミッタンスの増大を抑制する手法を新たに考案し、シミュレーション上でその手法を検証した。J-PARCリニアック上流部のビーム輸送ラインに八極電磁石を導入した場合、エミッタンスの増大を2割程度抑制可能であることを示した。本発表では、多極電磁石を用いた空間電荷効果によるエミッタンス増大の新たな抑制手法について報告する。
