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論文

J-PARC 3GeVシンクロトロン用荷電変換フォイルの作製状況

仲野谷 孝充; 吉本 政弘; 山崎 良雄; 竹田 修*; 佐伯 理生二*; 武藤 正義*

Proceedings of 16th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.545 - 549, 2019/07

J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS: Rapid Cycling Synchrotron)では大強度陽子ビームを実現するために荷電変換フォイルを用いた荷電変換ビーム多重入射方式を採用している。RCSで使用している荷電変換フォイルは、少量のホウ素を炭素棒に添加し、これを電極としたアーク蒸着法により作製したフォイル(HBCフォイル: Hybrid Boron mixed Carbon stripper foil)である。このHBCフォイルはビーム照射による損傷に対して強い耐久性を持つことが大きな特徴である。これまでHBCフォイルの作製は、成膜工程(蒸着,アニール,剥離)を高エネルギー加速器研究機構(KEK)つくばで実施し、原子力機構(JAEA)東海でフォイルの調製工程(サイズ調整,フレームマウント,マガジンラックへの装填)を実施する分業体制で行ってきた。2017年より、フォイル蒸着装置をKEKつくばからJAEA東海に移設し、作製工程を統合した。移設後に新しく作製したHBCフォイルの健全性を評価するために、量子科学技術研究開発機構(QST)高崎研TIARAにおいて照射試験及び性能分析を実施し、実機でのビーム照射試験を経て、利用運転での使用を開始した。結果、新しく作成したHBCフォイルのみで1年間の利用運転を達成することができた。

論文

J-PARC RCS荷電変換装置におけるスロー排気・パージ系統の改修

飛田 教光; 吉本 政弘; 竹田 修; 佐伯 理生二; 山崎 良雄; 金正 倫計; 武藤 正義*

Proceedings of 12th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1350 - 1354, 2015/09

J-PARC RCSの荷電変換フォイルは、厚さ約1$$mu$$mの炭素製薄膜を使用している。フォイルは、ビームが照射され続けることで劣化が進み壊れやすくなる。フォイルを真空容器内から取り出す、新しいフォイルを再装填して使用する際には、Arパージ作業、真空排気作業が必要となる。フォイルは非常に薄いため気流による破損のリスクが高い。そのため、真空容器内の気流を抑制する目的で、スローパージ・スロー排気系統を採用している。これまでは、真空容器のビューポートからフォイルに破損等の有無が生じていないか直接監視しており、残留線量の高い主トンネル内で作業を行っていた。そのため、作業時には高い被ばく線量を作業員が浴びていた。そこでRCSでは、残留線量の高い主トンネル内での作業を避け、被ばくのリスクが低いサブトンネルへスローパージ・スロー排気系統を移設した。それに合わせて、ビューポートに新たにカメラを設置し、サブトンネルでフォイルの画像を確認しながら作業を行えるシステムを追加した。サブトンネルへの移設により作業員の放射線被ばくはほとんどなくなった。本発表ではスローパージ・スロー排気系統の移設とその効果について詳しく説明する。

論文

J-PARC RCSにおける荷電変換フォイルの回収

飛田 教光; 吉本 政弘; 山崎 良雄; 佐伯 理生二; 岡部 晃大; 金正 倫計; 竹田 修*; 武藤 正義*

Proceedings of 10th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.915 - 919, 2014/06

J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS: Rapid Cycling Synchrotron)で用いる荷電変換フォイルは、厚み約1$$mu$$mの炭素製薄膜であり、ビームが照射され続けることで放射化する。また一般的に、フォイル自体も劣化が進み壊れやすくなると考えられている。しかし、照射後のフォイルを取扱う際には、フォイルが飛散することによる汚染や体内被ばくといった危険性への対策が課題の一つである。そこでRCSでは、放射化したフォイルを安全かつ確実に回収するためのフォイル交換ブースを設置した。仮にフォイルを飛散させた場合でも、放射化したフォイルをブース内にだけ閉じ込め、作業員の被ばくや作業エリアの汚染を防ぐことができるようになった。また、フォイルの性能向上の観点から見ると、回収したフォイルの分析・観察は重要な課題の一つである。そこで、ビーム照射後の放射化したフォイルを観察するため、フォイルフレーム単体で密閉できる透明の保護ケースを開発した。本発表では、ビーム照射後の荷電変換フォイルを回収するために開発した装置や確立した手法について詳しく発表する。

論文

J-PARC RCSにおける荷電変換フォイルの調製

佐伯 理生二; 吉本 政弘; 山崎 良雄; 飛田 教光; 岡部 晃大; 金正 倫計; 竹田 修*; 武藤 正義*

Proceedings of 10th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.523 - 526, 2014/06

RCSは、ビーム運転期間中でもフォイルが破損したときに短時間で交換できるように、予備を含めて15枚のフォイルを装置内に装填している。フォイルは厚さ約1$$mu$$mの薄膜でできており、そのままでは扱うことが困難である。そこでSiCファイバーを張り付けたフレームにフォイルを固定して、フォイルに触れずフレームだけを掴んで操作できるようにした。新規フォイル入れ替え作業として次のような準備作業が必要となる。(1)ガラス基板に蒸着しているフォイルの剥離と回収。(2)剥離したフォイルの乾燥及び切り出し。(3)SiCワイヤの準備とフレームへの張り付け。(4)フォイルをフレームへ固定。(5)マガジンラックへの装填は、これまですべて手作業で行っていたが作業工数が多く、準備したフォイルの品質にばらつきがあった。そこで再現性を確保するために必要な装置の開発を行った。同時に作業を効率的に行うための手法を確立した。本発表ではこれまで確立した手法や、開発した治具について詳しく発表する。

論文

J-PARC 3GeVシンクロトロンのビームロスモニタシステム

山本 風海; 林 直樹; 畠山 衆一郎; 佐伯 理生二; 岩間 悠平

Proceedings of 10th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1060 - 1064, 2014/06

大強度陽子加速器施設(Japan Proton AcceleratoR Complex: J-PARC)の3GeVシンクロトロン(Rapid Cycling Synchrotron: RCS)では、300kW相当のビーム出力を物質科学生命実験施設(Material and Life Science Facility: MLF)及び主リング(Main Ring: MR)に供給している。このような大強度のビーム運転では、ほんの少しのビームロスが発生するだけで機器の放射化を引き起こし、安定運転や保守作業の妨げとなる。そこで、運転時のビームの状態を監視し、安定な運転を継続するためには、ビームロスモニタ(BLM)は非常に重要な機器である。また、BLMは設定をきちんとすれば全ビーム量に対して非常に微量の(10$$^{-6}$$以下の割合の)ロスも検知することができるため、ビーム調整時の目としても使いやすくパラメータ毎によるビーム状態の比較が容易である。RCSでは、比例計数管(Proportional counter type BLM: PBLM)及びプラスチックシンチレータ+光電子増倍管(Scintillator type BLM: SBLM)をBLMとして調整時及び供給運転に利用している。本発表では、これらBLMの使用状況について報告する。

論文

Advanced uses of a current transformer and a mult-wire profile monitor for online monitoring of the stripper foil degradation in the 3-GeV RCS of J-PARC

Saha, P. K.; 原田 寛之; 畠山 衆一郎; 林 直樹; 發知 英明; 金正 倫計; 岡部 晃大; 佐伯 理生二; 山本 風海; 山崎 良雄; et al.

Proceedings of 2nd International Beam Instrumentation Conference (IBIC 2013) (Internet), p.239 - 242, 2013/12

We have established an advanced and sophisticated uses of a current transformer and a multi-wire profile monitor for accurate measuring as well as online monitoring of the waste beam so as to know the stripper foil degradation during user operation of the J-PARC 3-GeV RCS. A sudden foil breaking is not only decreases accelerator availability but also raises maintenance issues. A proper monitoring system of the foil is thus important in order to avoid any such issues by replacing the foil with a new one in the scheduled maintenance day. A single foil was used for a continuous last 7 months operation of the RCS with an extracted beam power of 300 kW (18 kW injected beam). There were a total of 8$$times$$10E23 hit particles but there was no any degradation of the foil so far. Surprisingly an increase of the foil thickness of about 10% was observed.

論文

HBC foil beam study and long-term observation at the 3-GeV RCS in J-PARC

吉本 政弘; Saha, P. K.; 山崎 良雄; 川瀬 雅人; 佐伯 理生二; 林 直樹; 山本 風海; 發知 英明; 石山 達也; 金正 倫計; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 417, p.012073_1 - 012073_6, 2013/03

 被引用回数:4 パーセンタイル:79.92

J-PARC RCSでは荷電変換H$$^{-}$$ビーム入射方式のためにHBCフォイルを設置している。HBCフォイルの特性を調べるために、フォイルの寿命とフォイルによるビーム損失との観点から、HBCフォイルに関するビーム試験を実施した。荷電変換効率とフォイル散乱による損失との関係から、ユーザー運転に用いるフォイル厚さの最適化を行った。またユーザー運転中に合わせて、フォイルの寿命評価を兼ねた耐久試験を目的とした長期観測を実施した。1年以上経過してもフォイルに問題は見られなかった。

論文

J-PARC RCSにおけるバイブレーションワイヤーモニターの研究開発

岡部 晃大; 佐伯 理生二; 山本 風海; 吉本 政弘

Proceedings of 9th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.309 - 312, 2012/08

J-PARC 3-GeV RCSなどの大強度陽子加速器ではビームロスに伴う加速器の放射化によってビーム強度の上限が制限されている。そのため、将来のビーム強度増強に備えて、RCSではビームロスの要因の一つであるビームハローの測定、並びにその測定手法の開発が積極的に行われている。しかし、ビームハローの強度はコアに比べ非常に小さく、既設のモニターではノイズの影響からハローの詳細な評価をすることが困難である。そこでJ-PARC RCSモニターグループでは新たなビームハロー計測モニターとして、バイブレーションワイヤーモニター(VWM)に着目し、その研究開発が進められている。VWMはビーム電流値の分解能が数pAと非常に小さいこと、原理的にビーム電流を直接ピックアップしないため自由電子等によるノイズの影響を受けにくいことから将来のビームハロー用モニターとして期待されている。本発表ではVWMの性能評価実験結果を紹介し、大強度陽子加速器を安定に運転するうえでビームハローモニターとしての有効性について議論する。

論文

Beam position monitor system of J-PARC RCS

林 直樹; 川瀬 雅人; 畠山 衆一郎; 廣木 成治; 佐伯 理生二; 高橋 博樹; 照山 雄三*; 豊川 良治*; 荒川 大*; 平松 成範*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 677, p.94 - 106, 2012/06

 被引用回数:9 パーセンタイル:62.49(Instruments & Instrumentation)

本論文は、J-PARC RCSのビーム位置モニタ(BPM)システムについて述べる。RCSは、ビームパワー1MWの速い繰返しのシンクロトロンで、そのBPM検出器は、直径250mm以上あるが、ビーム位置を極めて正確に測定する必要がある。さらに、定格から低いビーム強度まで、幅広い範囲で動作することが必要である。リングには、54台のBPMがあり、限られたスペースのため、そのほとんどを補正電磁石の内側に収めた。検出器は、静電容量型で4電極あり、対角線カット形状で構成される電極対は、ビーム位置に対し非常に良い線形出力特性を持つように設計した。また、14bit 40MS/sのADCと600MHzのDSPを持つ信号処理回路を開発し、それらを、shared memoryを介し、EPICSによって制御できるようにした。この回路は、連続して平均ビーム位置を計算するモードでは、25Hzのパルスすべての記録が可能で、ほかに、周回ごとのビーム位置計算など、高度な解析のため、全波形データを残すモードも設定した。

論文

Comparison of the residual doses before and after resumption of user operation in J-PARC RCS

山本 風海; 林 直樹; 發知 英明; Saha, P. K.; 原田 寛之; 吉本 政弘; 金正 倫計; 佐伯 理生二; 畠山 衆一郎; 加藤 新一*

Proceedings of 3rd International Particle Accelerator Conference (IPAC '12) (Internet), p.3901 - 3903, 2012/05

J-PARCの加速器及び実験施設は、2011年3月11日の東日本大震災により大きな被害を受けた。しかしながら、施設の復旧を急ぎ2012年の12月からビーム運転を再開した。運転再開後のビーム試験の結果から、J-PARC RCS入射部付近における運転時のビームロスとそれにより発生する残留線量が震災前の10%程度まで低減できていることがわかった。これは復旧作業と並行して設計,製作し、新たに設置したコリメータがロスを局所化しているためである。また、入射部以外のロスと線量の分布は震災前と変わらず低く保たれていることもわかった。現在、J-PARC RCSは震災前と変わらないビーム強度で中性子ユーザー及び50GeVメインリングにビームを供給している。

論文

J-PARC RCS荷電変換フォイルのビーム照射による形状の変化と真空容器内の圧力推移

佐伯 理生二; 吉本 政弘; 山崎 良雄; 竹田 修; 金正 倫計

Proceedings of 7th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (DVD-ROM), p.1025 - 1028, 2010/08

大強度陽子加速器施設(J-PARC)の3GeV RCSの入射方式として、荷電変換による多重入射方式を採用しており、リニアックで加速されたH$$^{-}$$ビームに対し、荷電変換フォイルを用いてH$$^{+}$$に変換してRCSに入射している。2009年10月から現在までのビーム試験における真空容器内の圧力推移とフォイル形状の変化について報告する。

論文

Beam loss of J-PARC rapid cycling synchrotron at several hundred kW operation

山本 風海; 林 直樹; 發知 英明; Saha, P. K.; 原田 寛之; 吉本 政弘; 佐伯 理生二; 畠山 衆一郎

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.2842 - 2844, 2010/05

J-PARC施設中の早い取り出しの3GeVシンクロトロン(RCS)は、2009年10月から100kW以上の陽子ビームを中性子ターゲットに連続的に供給している。また、12月10日に1時間、300kWという大強度のビーム加速試験を行い成功させた。これらの経験を通して、大強度運転時の幾つかの問題が発覚したため、それらの問題と運転終了後の残留線量の状況を報告する。

論文

Beam study results with HBC stripping foils at the 3-GeV RCS in J-PARC

吉本 政弘; 山崎 良雄; 林 直樹; 山本 風海; 佐伯 理生二; 發知 英明; Saha, P. K.; 原田 寛之; 川瀬 雅人; 石山 達也; et al.

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.3927 - 3929, 2010/05

J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)ではボロンを含んだ炭素箔膜(HBCフォイル)を用いている。これまでRCSでの120kW定常運転及び300kWの試験運転での長期ビーム照射を経ても性能劣化は見られない。HBCフォイルの性能を確かめるためさまざまなビーム試験を行った。ビーム照射点を変えたり、膜厚の異なるフォイルを用いたりして、荷電変換効率の違いを測定した。また、フォイルを支持するSiCファイバーの影響も確認した。また、ビーム照射時のフォイルからのアウトガスの測定やビーム照射によるフォイル形状の変化についても報告する。

論文

Estimation of secondary electron effect in the J-PARC Rapid cycling synchrotron after first study

山本 風海; 神谷 潤一郎; 荻原 徳男; 金正 倫計; 林 直樹; 佐伯 理生二; 佐藤 健一郎*; 外山 毅*

Applied Surface Science, 256(4), p.958 - 961, 2009/11

 被引用回数:2 パーセンタイル:12.7(Chemistry, Physical)

J-PARC計画3GeVシンクロトロンは、1MWの大強度ビームを25Hzという早い繰り返しで50GeVシンクロトロンと物質生命科学実験施設に供給することを目的に建設され、ビーム試験が行われている。このような大強度の加速器では、ビームによって誘起された二次電子がビームに影響を与えることが想定される。本研究では、加速器に使用している真空容器内壁からの二次電子放出量を測定し、実際のビームロスの状況から加速器内における二次電子の影響の評価を行う。

論文

Beam instrumentations for the J-PARC RCS commissioning

林 直樹; 廣木 成治; 佐伯 理生二; 豊川 良治; 山本 風海; 吉本 政弘; 荒川 大*; 平松 成範*; Lee, S.*; 佐藤 健一郎*; et al.

Proceedings of 11th European Particle Accelerator Conference (EPAC '08) (CD-ROM), p.1125 - 1127, 2008/06

J-PARCの3-GeV Rapid-Cycling Synchrotron (RCS)は、最近コミッショニングを行った。コミッショニング中に、色々なビーム診断システムが使われた。マルチワイヤプロファイルモニタ(MWPM)は、入射軌道とH0ダンプラインの確立に使われた。エレクトロンキャッチャーは、ビームが荷電変換フォイルに当たっていることの確認に使われ、H0ダンプへの電流を制限する電流モニタも使われた。シングルパス用BPM, IPMは、1/3周モードでの軌道確認に使われた。全周のBPMは、COD測定及びターンごとの位置測定に使われた。チューンモニタは、コヒーレント振動を与えるエキサイターと専用のBPMよりなる。また、RFのfeedback, feedforward用に専用のBPM, FCT, WCMが用意された。論文では、各々の装置のパフォーマンスの紹介とどのように成功裏に終わったビームコミッショニングに使用されたかを報告する。

論文

The Beam position monitor system for the J-PARC RCS

林 直樹; 廣木 成治; 佐伯 理生二; 豊川 良治*; 山本 風海; 荒川 大*; 平松 成範*; Lee, S.*; 佐藤 健一郎*; 手島 昌己*; et al.

Proceedings of 11th European Particle Accelerator Conference (EPAC '08) (CD-ROM), p.1128 - 1130, 2008/06

J-PARC RCSのビーム位置モニタ(BPM)システムが、製作,インストールされ、ビームコミッショニングで成功裏に運用され始めた。リング全周で54台のBPMがあり、そのほとんどがステアリング電磁石の内側に入れられている。BPMは、静電誘導型で、4つの電極を持つ。電極対は、線形性のよい対角カット型で、インストール前に較正された。信号処理ユニットは、14bit, 40MHzサンプリングのADCを持ち、600MHzのDSPを内蔵するものを開発した。ビームコミッショニング初期は、小さな信号のため、信号線の取り回しも注意深く行った。論文では、さらに現在の運用状況について報告する。

論文

Radiation level in the J-PARC Rapid Cycling Synchrotron after first study

山本 風海; 林 直樹; 廣木 成治; 佐伯 理生二; 外山 毅*; 手島 昌己*; 佐藤 健一郎*

Proceedings of 11th European Particle Accelerator Conference (EPAC '08) (CD-ROM), p.382 - 384, 2008/06

The 3GeV RCS (Rapid-Cycling Synchrotron) in J-PARC has been commissioned in October of 2007. The most important issue in the beam study is to reduce unnecessary beam loss and to keep the beam line clean for the sake of maintenance and upgrade of the machines. In order to achieve this purpose, we observed the beam loss monitors located around the RCS beam line. We also investigated the residual dose of accelerator components during an interval of beam study. From these results, we found that beam loss points were the injection junction point, the branch of H0 dump and extraction line, transverse collimators, and dispersion maximum points in the arcs. Especially, the entrance of the primary collimator chamber was the most radio-activated points in the RCS. To make the best use of these results for beam commissioning, we managed to minimize the beam losses and succeeded in suppressing the residual dose to a level low enough to allows us to work close to those components.

論文

J-PARC RCSビームモニターシステムの現状

林 直樹; 廣木 成治; Saha, P. K.; 佐伯 理生二; 豊川 良治*; 山本 風海; 吉本 政弘; 荒川 大*; 平松 成範*; Lee, S.*; et al.

Proceedings of 5th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 33rd Linear Accelerator Meeting in Japan (CD-ROM), p.243 - 245, 2008/00

J-PARC RCSは、2007年秋よりビームコミッショニングを開始した。短期間の間に、入射軌道の確立,周回及び3GeVまでの加速,光学系の測定,(4$$times$$10$$^{12}$$ppbで)50kW相当のビームパワー出力を達成した。ビームモニターシステムは、このスムーズなビームコミッショニングに大変重要な役割を果たした。本報告は、このシステム、BPM,入射モニター,IPM,電流モニタ,チューンメータ,ロスモニタの現状報告を行う。

論文

J-PARC RCS入射部およびダンプラインのモニターシステム

佐藤 健一郎; 廣木 成治; Lee, S.*; 林 直樹; 山本 風海; 平松 成範*; 外山 毅*; 荒川 大*; 五十嵐 前衛*; 佐伯 理生二

Proceedings of 4th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 32nd Linear Accelerator Meeting in Japan (CD-ROM), p.297 - 299, 2007/00

RCS入射部, H0ダンプラインにはさまざまなビームモニターがインストールされている。入射部のモニターはビーム入射軌道調整に使われる。いうまでもなく、ビームを正確にリング内へ入射することは、リング内のビームロスを減らすために必要不可欠であり、そのためには正確なビームモニターリングが必要である。入射部モニターシステムはRCSの安定運転のために最も重要な機器群の一つであるといえる。H0ビームダンプには入射時に不要となる一部のビームを廃棄する。このビームダンプには4kW以下というビーム電力の制限があり、設置されるモニターには、廃棄ビーム軌道の調整とともにビーム量を正確に監視するという目的がある。本学会では、これらのビームモニターシステムについて概説する。

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