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山本 風海; 荻原 徳男*; 倉持 勝也*
e-Journal of Surface Science and Nanotechnology (Internet), 21(4), p.359 - 364, 2023/07
イオン加速器では、ビームの加速効率の向上、ビーム電流の蓄積等を目的に、イオンの価数を変換する手法(荷電変換手法)が良く用いられる。荷電変換はイオンビームと薄膜等の物質との相互作用で行うが、加速器の大強度化に伴い、ビーム負荷に耐えるターゲットの開発が必要となっている。真空中で破損しない薄膜として、エタノールおよび水銀の流体を検討した。これら二種の液体を真空中で流し、安定に膜を形成することを確認した。成膜中の圧力は、各液体の蒸気圧に近い値となった。エタノールに関しては、さらに良い圧力を得るために、低温下での蒸気圧の評価を行った。水銀に関しては、水銀蒸気を拡散させないトラップを開発し、98%以上の捕集効率を得られることを確認した。
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：3 パーセンタイル：82.33(Physics, Particles & Fields)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。
神谷 潤一郎; 金正 倫計; 荻原 徳男*; 桜井 充*; 馬渕 拓也*; 和田 薫*
Vacuum and Surface Science, 62(8), p.476 - 485, 2019/08
J-PARC 3GeVシンクロトロン(Rapid Cycling Synchrotron: RCS)は1MW出力の陽子ビームの安定供給を目標とした加速器である。RCSではビームが残留ガスにより散乱されてロスをすることを防ぐために、ビームラインを超高真空に維持することが必要であるが、各種原因による多量の放出ガスのため超高真空達成は困難な課題である。これらの対策として、我々はターボ分子ポンプが低真空領域から超高真空領域まで大きな排気速度を維持できることに着目しRCSの主排気ポンプとして選定した。本発表ではこれまで約10年間の加速器運転で得たターボ分子ポンプの運転実績およびトラブルと解決策について総括的に発表する。また、さらなる安定化とビームロス低減のために極高真空領域に及ぶより低い圧力を達成する必要があるが、そのために現在行っているターボ分子ポンプとNEGポンプの組み合わせの評価試験結果、ならびに超高強度材ローターの採用により実現した形状を変えずに排気速度を向上できるターボ分子ポンプの高度化について述べる。
山田 逸平; 荻原 徳男*; 引地 裕輔*; 神谷 潤一郎; 金正 倫計
Vacuum and Surface Science, 62(7), p.400 - 405, 2019/07
J-PARCの陽子加速器は世界最大級である1MWの大強度ビームの出力を目指している。このような強度のビームはわずかな損失でも機器を放射化し、安定かつ安全な加速器運転に支障をきたす。これを防ぐためにはビームを適切に制御する必要があるため、ビームをモニタリングすることが必須である。特にビームプロファイル測定では、ビームの大強度化に向けて非破壊型モニタの実用化が求められている。一つの案としてシート状のガスを用いた非破壊プロファイルモニタが考案されている。しかし、ビーム検出の媒体であるシート状のガスは必ずしも一様に分布するわけではないため、測定されたデータを正確なプロファイルに換算しモニタを実用化するためにはガス分布の情報が必要である。そこで、電子ビームを用いてガスをイオン化し、そのイオンを検出することでガス分布を測定する手法を考案した。本会議では、実現可能性・測定範囲のシミュレーション検討したこと、およびその計算結果を検証する実験を行ったことを報告し、真空科学分野の専門家と議論することで新たなモニタの実用化を目指すことを目的とする。
山田 逸平; 荻原 徳男*; 引地 裕輔*; 神谷 潤一郎; 金正 倫計
Proceedings of 10th International Particle Accelerator Conference (IPAC '19) (Internet), p.2567 - 2570, 2019/06
J-PARCのような大強度陽子加速器ではわずかなビーム損失でも周辺機器の放射化を引き起こし、安全かつ安定な加速器運転に支障をきたす。放射化を防ぐためには、様々なモニタを用いてビーム損失の原因を特定する必要がある。現在、加速器の大強度化に伴いビームモニタの非破壊化が求められている。本研究ではビームのプロファイルを非破壊的に測定する新たなモニタとして、ガスシートビームプロファイルモニタの開発を行っている。本モニタの研究課題は主に、ガスシート生成器の開発、ガスシートの評価、および信号校正からなり、本件では特にガスシート評価装置の開発の進捗を報告する。本モニタはガスシートとビームの相互作用を利用するため、得られる信号はビームの分布のみならずガスの密度分布にも依存する。そのため、正確なビームプロファイルを得るためにはガス密度分布の情報を取得する必要がある。本報告ではイオン軌道シミュレーションに基づきガスシート評価装置の設計を行い、検証実験を行った結果を述べる。
神谷 潤一郎; 荻原 徳男*; 三浦 昭彦; 金正 倫計; 引地 裕輔*
Journal of Physics; Conference Series, 1067, p.072006_1 - 072006_6, 2018/09
被引用回数：2 パーセンタイル：68.25(Physics, Particles & Fields)J-PARCにおいて大強度ビームの断面形状すなわちビームプロファイルを精度よく測定することは、ビームロスを減らし安定した加速器の運転維持を行うために必須である。既存のワイヤーを用いたビームプロファイルの測定は、ビーム強度が増した場合、ワイヤーの切断やワイヤーによるビーム散乱での装置の放射化の問題が懸念される。今回我々は真空中にシート状のガスを発生させ、ビームとガスの相互採用で発生するイオンもしくは光等を検出することでビームのプロファイルを得る非破壊のビームプロファイルモニターの開発を行った。リニアックのビーム輸送ラインにガスシートビームモニターを設置した際、導入ガスに対して近傍の空洞への圧力上昇が起きないための排気系の設計および実際の圧力分布測定を行い、空洞に対して悪影響を及ぼさずに十分な量のガス導入が可能であることを示した。発生イオンを電場により検出器に導きビーム像を蛍光板に投影することでビームプロファイルを得る手法で、リニアックの加速ビームのプロファイル測定に成功した。
山田 逸平; 荻原 徳男*; 引地 裕輔*; 神谷 潤一郎; 金正 倫計
Proceedings of 15th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.88 - 92, 2018/08
J-PARCの陽子加速器は世界最大級である1MWの大強度ビームの出力を目指している。このような強度のビームはわずかな損失でも機器を放射化し、安定かつ安全な加速器運転に支障をきたす。これを防ぐためにはビームを適切に制御する必要があるため、ビームをモニタリングすることが必須である。特にビームプロファイル測定において、現在主流の金属ワイヤを用いたモニタは大強度ビームの測定で破損の可能性が考えられる。この解決策の一つとして、シート状のガスを用いた非破壊プロファイルモニタが考案されている。しかし、ビーム検出の媒体であるシート状のガスは必ずしも一様に分布するわけではないため、測定されたデータを正確なプロファイルに換算しモニタを実用化するためにはガス分布の情報が必要である。そこで、電子ビームを用いてガスをイオン化し、そのイオンを検出することでガス分布を測定する手法を考案した。本会議では、シミュレーションにて本手法の実現可能性,測定有効範囲、および測定分解能について検討したことを報告し、様々な分野の専門家と議論することで新たなモニタの実用化、およびそれに伴う加速器の安定な運転に役立てることを目的とする。
荻原 徳男; 引地 裕輔*; 神谷 潤一郎; 金正 倫計; 吉田 肇*; 新井 健太*
Journal of the Vacuum Society of Japan, 60(12), p.475 - 480, 2017/12
In order to achieve stable operation of J-PARC accelerator, we studied the conductance of a slit used for a gas sheet monitor. The flow rate of a rarefied gas through a long rectangular channel with a very small height (H) to width (W) ratio was experimentally investigated using N
and Ar for the wide range of the Knudsen number Kn, which is defined as a ratio of H to the mean free path. Here the dimensions of the channel are as follows: H=0.1 mm, W=50 mm, and the length L=100 mm. The conductance, which is proportional to the dimensionless flow rate, decreases from the value in free-molecular regime and reaches the Knudsen minimum at Kn 
1.2, as the inlet gas pressure increases. Then, assuming fully developed gas flow, the reduced flow rate G has been estimated as a function of the local rarefaction parameter using the experimental data.
荻原 徳男; 引地 裕輔*; 神谷 潤一郎; 山本 風海; 金正 倫計
Proceedings of 14th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.563 - 567, 2017/12
In order to realize a non-destructive and fast-response beam profile monitor for stable operation of the accelerators in the J-PARC, we have been developing a dense gas-sheet target with the aid of vacuum science and technology. After the study with the Monte Carlo simulations of transported molecules through some kinds of tubes, the deep slit is found to be effectual to make a gas sheet. In this report, the outline of the simulations will be shown, and the performances of the proto-type gas sheet generator will be presented through the demonstration experiments for the electron beam detection.
神谷 潤一郎; 柳橋 亨; 荻原 徳男; 金正 倫計
Proceedings of 13th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1193 - 1196, 2016/11
J-PARC 3GeVシンクロトロンにおいて最も放出ガスの大きい装置であるキッカー電磁石をビームラインに設置した状態で脱ガスするためには、真空容器の温度上昇を抑えて熱膨張を最小限にし、容器内のキッカー電磁石だけを昇温する必要がある。そのために、熱源及び熱遮蔽板を真空容器内に導入する手法を考案し実証試験を行った。結果、真空容器の温度上昇を20度以下に抑えた上で、キッカー電磁石の放出ガス速度を脱ガスをしない場合の1/10まで低減できることを実証した。発表では実証試験の結果及び実機に適用するヒーター及び反射板の設計について述べる。さらに加速器のキッカー電磁石エリアに対し本脱ガス系の適用と排気速度増加を行うことで、同エリアの圧力を1/15程度まで低減できる見通しが立ったので併せて報告する。
荻原 徳男; 引地 裕輔; 滑川 裕矢; 神谷 潤一郎; 金正 倫計; 畑中 吉治*; 嶋 達志*; 福田 光宏*
Proceedings of 7th International Particle Accelerator Conference (IPAC '16) (Internet), p.2102 - 2104, 2016/06
We are developing a dense gas-sheet target to realize a non-destructive and fast-response beam profile monitor for 3 GeV rapid cycling synchrotron (RCS) in the J-PARC. This time, to demonstrate the function of the gas sheet for measuring the 2 dimensional profiles of the accelerated beams, the following experiments were carried out: (1) The gas sheet with a thickness of 1.5 mm and the density of 2
10
Pa was generated by the combination of the deep slit and the thin slit. Here, the gas sheet was produced by the deep slit, and the shape of the sheet was improved by the thin slit. (2) For the electron beam of 30 keV with a diameter greater than 0.35 mm, the position and the two-dimensional profiles were well measured using the gas sheet. (3) Then the profiles of the 400 MeV proton beam with a current of 1 
A was well measured, too.
荻原 徳男; 引地 裕輔; 神谷 潤一郎; 金正 倫計
Journal of the Vacuum Society of Japan, 59(4), p.79 - 82, 2016/04
In order to demonstrate the function of the gas sheet for measuring the 2 dimensional profiles of the accelerated beams, the following experiments were carried out: (1) The gas sheet with a thickness of 1.5 mm and the density of 210 Pa was generated by the combination of the deep slit and the thin slit. Here, the gas sheet was produced by the deep slit, and the shape of the sheet was improved by the thin slit. (2) For the electron beam of 30 keV with a diameter greater than 0.35 mm, the position and the two-dimensional profiles were well measured using the gas sheet.
baking method for degassing of a kicker magnet in accelerator beam line神谷 潤一郎; 荻原 徳男; 柳橋 亨*; 金正 倫計; 安田 裕一*
Journal of Vacuum Science and Technology A, 34(2), p.021604_1 - 021604_10, 2016/03
被引用回数：3 パーセンタイル：14.94(Materials Science, Coatings & Films)J-PARC RCSビーム出射用キッカー電磁石の脱ガスを加速器のビームライン上で、すなわち
で行うため手法を開発した。その手法とはヒーターと熱輻射遮蔽板をキッカー電磁石と真空容器間に設置し、熱束の多くをキッカー電磁石へ向けることで、真空容器の熱膨張を発生させずにキッカー電磁石を昇温、脱ガスする手法である。フェライトを120
C以上へ昇温すること、及び真空容器の温度上昇を30C以下へ抑えることを目標としてヒーター導入式の脱ガス手法の開発を行った。まず、原理実験を行い、本手法で真空内のキッカー電磁石を昇温できることを確認した。その後、実機への適応を見据え、ヒーターの選択、昇温試験を行い良好な結果を得た。
神谷 潤一郎; 荻原 徳男; 引地 裕輔; 金正 倫計; 三木 信晴*; 柳橋 亨*
Proceedings of 6th International Particle Accelerator Conference (IPAC '15) (Internet), p.2911 - 2913, 2015/06
RCSキッカー電磁石はフェライト及びアルミ電極板等で構成されている。フェライトは多孔質の材料であり放出ガスが多く、アルミ電極板は超高真空対応の表面処理を行っているが、表面積が大きいので全放出ガス量が無視できない。このようなキッカー電磁石からの放出ガスはビームライン圧力の悪化に直結する。よって加速器を安定に運転するためには、キッカー電磁石の脱ガスを行うことが必須である。これまでわれわれは真空容器中の構造物を脱ガスする新しい方法として、ヒーターを真空容器内部へ導入し、熱源と真空容器の間を熱遮蔽することで、熱流量を構造物へ向けて構造物を昇温するという手法の研究開発を行ってきた。この手法を用いれば、真空容器を熱膨張させずに内部構造物を脱ガスできるため、キッカー電磁石をビームラインに設置された状態で(すなわちin-situで)昇温し、放出ガスを低減することが可能である。課題は保守性の良いヒーターの設計であった。今回、グラファイトをヒーター材料に選定することで、ポートから脱着できるようヒーターを小型化した。発表において、本ヒーターの設計思想について報告する。また、本ヒーターを用いて昇温試験及び脱ガス試験を行い、良好な温度分布を得、結果として放出ガスの低減に成功したので報告する。
神谷 潤一郎; 引地 裕輔; 金正 倫計; 荻原 徳男; 福田 光宏*; 濱谷 紀彰*; 畑中 吉治*; 鎌倉 恵太*; 高久 圭二*
Journal of Vacuum Science and Technology A, 33(3), p.031605_1 - 031605_8, 2015/05
被引用回数：5 パーセンタイル：22.94(Materials Science, Coatings & Films)高エネルギー粒子加速器や核融合装置における真空装置の特徴の一つはそれらが放射線環境下におかれるということである。これまで低放射化材料として、アルミ合金、純チタン材等が用いられてきた。それらは低放射化材料であるとともに真空特性も良好である。しかし両者とも機械強度は一般のステンレス鋼に対して劣る。そのためより機械強度の高い材料について低放射化真空材料としての可能性を調査することは有意義である。我々は低放射化真空材料としてチタン合金Ti-6Al-4Vを調査することとした。Ti-6Al-4Vはすぐれた機械強度をもつ材料であり、純チタンの利点であった低放射能や低ガス放出率が期待できる。我々は低放射化材料をJ-PARC RCSの真空装置に適用することを想定していることから、中間エネルギー(400MeV)の陽子ビームを照射しその残留線量を測定した。結果、Ti-6Al-4Vは純チタンにと同等な低放射化特性を示していることが分かった。さらに放出ガス速度も十分低く、真空材料としても適していることが分かった。本発表においてはそれらの結果をまとめて報告する。
荻原 徳男
Journal of the Vacuum Society of Japan, 58(5), p.168 - 172, 2015/05
ギャップの十分狭い円板型スリットにおいて、気体分子を内側から外側に通過させるとき、円板に回転を与えることにより気体分子の放出特性が静止している場合と比較して、どのように変わるかを調べた。(1)両円板に回転を与えると、気体分子が回転円板から速度を付加される効果により、より円板の接線方向に放出されるようになる。速度比
(回転により獲得しうる最大速度と分子速度の比)が3.8では、接線と0.4rad以内に放出される割合は75%を超える。規定平面となす角度に関する分布については、ピーク位置を変えずに、山高さが高く、半値幅が小さくなっていく。(2)片面のみを回転させると、回転円板を最終衝突面とするものが、放出される気体分子の大半を占めるようになる。この分子群に対する角度分布の形状は、規定平面および接線方向のどちらに対しても、両面回転時に得られたものと、ほぼ同一の回転依存性を有する。一方、規定平面近傍に等方的に放出される(主として静止円板由来)成分は、回転数に伴う増加率は大きくない。この特性を利用することにより、両面回転を用いるよりも規定平面への平行度が高いガスシートを生成することが可能となる。
神谷 潤一郎; 荻原 徳男; 引地 裕輔; 柳橋 亨; 金正 倫計
Journal of the Vacuum Society of Japan, 58(4), p.134 - 139, 2015/04
真空容器中の構造物を脱ガスする際は、真空容器の大気側に設置したヒーターで真空容器を加熱し、容器からの輻射や伝導で構造物を昇温する手法が一般的である。しかしこの手法では真空容器の熱伸びが発生するため、適用できる環境が制限される。特に加速器では、真空容器が隣のビームラインと締結されているため、この手法がとれない場合がある。真空容器を加熱することなく、内部構造物のみを昇温することができれば、そのような問題は解決できる。そのためには、ヒーターを真空容器内部へ導入し、熱源と真空容器の間を熱遮蔽し、熱流量を構造物へ向ければよい。われわれはこのヒーター導入式の手法を、J-PARC RCSビーム出射用キッカー電磁石の脱ガスに適用した。キッカー電磁石はフェライトをコアとして用いている。フェライトは多孔質であり気孔に水が吸着するため放出ガスが多い。キッカー電磁石をビームラインに設置した状態で(すなわちin-situで)昇温し、フェライトや他の構成部品からの放出ガスを低減することが目的である。フェライトを100C以上へ昇温すること、及び真空容器の温度上昇を30C以下へ抑えることを目標としてヒーター導入式の脱ガス手法の開発を行った。まず、原理実験を行い、本手法で真空内のキッカー電磁石を昇温できることを確認した。その後、実機への適応を見据え、ヒーターの選択、昇温試験を行ったので報告する。
神谷 潤一郎; 荻原 徳男; 發知 英明; 林 直樹; 金正 倫計
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 763, p.329 - 339, 2014/11
被引用回数：5 パーセンタイル：38.03(Instruments & Instrumentation)加速器において真空容器外部からの不要な磁場をいかにして遮蔽するかは、安定なビーム軌道をつくる上で大きな課題である。J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)ではビーム出射部に隣接する電磁石からの漏洩磁場によりビーム重心軌道が10mm程度ずれるという事象が生じていた。我々はビームから最も近い場所で、周りを高い透磁率を持った磁性材料で完全に覆うこと、すなわち真空容器を磁性材料化することが、最善の磁場遮蔽であるとの着想の下、磁気遮蔽性能及び高真空性能を兼ね備えた真空容器の開発を行った。熱処理を高真空中で行うことで、優れた磁気遮蔽性能と超高真空性能をもつ真空容器(ビープパイプ及びベローズ)を製作することができた。これらの真空容器をビームラインへ設置し、ビーム軌道を確認したところ目標どおりビーム軌道のずれを低減でき、結果、ビームロスを抑えることに成功した。
荻原 徳男; 神谷 潤一郎; 菖蒲田 義博; 金正 倫計; 小泉 欧児*
Proceedings of 4th International Particle Accelerator Conference (IPAC '13) (Internet), p.3321 - 3323, 2014/07
In the 3 GeV-RCS (Rapid Cycling Synchrotron) in J-PARC (Japan Accelerator Research Complex) project, large-scale hydro-formed bellows were developed to adjust the gap between the ceramic ducts and/or between the ceramic ducts and the transport ducts. They have been equipped with a newly developed RF shield, because the usual beryllium-copper spring finger contacts were found to be very hard (roughly 1000 N/mm) owing to the large size. The newly developed RF shield is made of metal braid, which consists of wires with a diameter of 0.3-0.5 mm. Because of the spring effect, the contact can change shape easily. In addition, the shield can easily connect the different cross sections in a smooth fashion. Furthermore, this structure is almost free from the dust generation, which is one of the most troublesome problems for the usual spring finger contacts.
神谷 潤一郎; 金正 倫計; 林 直樹; 發知 英明; 荻原 徳男; 谷 教夫; 渡辺 泰広
Journal of the Vacuum Society of Japan, 57(4), p.131 - 135, 2014/04
J-PARC RCSにおいて、ビーム軌道を不安定にする要素として、入射バンプ電磁石の入口/出口でのエッジフォーカスと、加速途中のベータトロン振動数の変化が挙げられる。それらの補正のため、直線部の両端に計六台の補正用四極電磁石を設置することとした。本電磁石に設置する真空ダクトは以下のように設計検討を進めた。(1)金属製ダクトの場合、渦電流による影響を検証する。(2)(1)で問題がある場合は、発熱・ダクト内部磁場の乱れの恐れがないセラミックスダクトを採用する。(3)(2)でセラミックスダクトを採用した際、大気圧によるダクトの変位及びダクトへかかる応力に問題がないかの検証をする。本講演では上記設計検討結果及びダクトの性能について詳細を示す予定である。
