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報告書

TEF-T統括制御システムプロトタイプ機の開発

酒井 健二; 大林 寛生; 斎藤 滋; 佐々 敏信; 菅原 隆徳; 渡邊 聡彦*

JAEA-Technology 2019-009, 18 Pages, 2019/07

JAEA-Technology-2019-009.pdf:2.34MB

大強度陽子加速器施設(J-PARC)では、加速器駆動システム(ADS)による 核変換技術に関する基礎的な研究を行う核変換実験施設(TEF)の建設を計画している。その中のADSターゲット試験施設(TEF-T)では、鉛・ビスマス共晶(LBE)ターゲットに陽子ビームを照射することで、ADS独自の構成要素に関するシステム技術を研究開発する。TEF-Tでは、施設全体の安全かつ円滑な運転を実現するために全体制御システム(GCS)を構築する。GCSは、その役割に応じて、ネットワーク系(LAN), 統括制御系(ICS), インターロック系(ILS), タイミング配信系(TDS)など幾つかのサブシステムで構成される。特にICSは施設全体の包括的な運転制御から運転データの収集・蓄積・配信までGCSの中心的な役割を担う。我々はICSのプロトタイプ機を開発して、通信速度・容量、運転操作性・安定動作などの性能を具体的に評価し、ICSの実機設計に反映させることにした。本報ではICSプロトタイプ機の製作と、そのLBEターゲット技術開発装置への応用について報告する。

論文

$$^{125}$$Te-NMR study on a single crystal of heavy fermion superconductor UTe$$_2$$

徳永 陽; 酒井 宏典; 神戸 振作; 服部 泰佑; 比嘉 野乃花; 仲嶺 元輝*; 北川 俊作*; 石田 憲二*; 仲村 愛*; 清水 悠晴*; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 88(7), p.073701_1 - 073701_4, 2019/07

最近新たに発見された重い電子系超伝導体UTe$$_2$$$$^{125}$$Te-NMRによる研究について報告する。単結晶試料を用い$$^{125}$$Te-NMRのKnight shift $$K$$およびスピン-格子緩和率$$1/T_1$$の測定を行なった。その結果、20K以上の常磁性相において静的および動的帯磁率のどちらもが弱いIsing型の異方性を持つことを確認した。一方、20K以下の低温ではa軸方向に磁場をかけた場合にスピン-スピン緩和率$$1/T_2$$の強い発散が見られることがわかった。このことは低温でa軸方向に強い縦型のスピン揺らぎが発達していることを示唆している。

報告書

J-PARC物質・生命科学実験施設の全体制御システムの進捗状況

酒井 健二; 大井 元貴; 高田 弘; 甲斐 哲也; 中谷 健; 小林 庸男*; 渡邊 聡彦*

JAEA-Technology 2018-011, 57 Pages, 2019/01

JAEA-Technology-2018-011.pdf:4.98MB

核破砕中性子源やミュオン標的などを安全に効率よく運転するために、物質・生命科学実験施設(MLF)は、専用の全体制御システム(GCS)を持ち、運転状況に応じた機器の監視操作やインターロックを運用している。GCSは、その役割に応じて、ネットワーク系(LAN), 統括制御系(ICS), サーバー, インターロック系(ILS), タイミング配信系(TDS)など幾つかのサブシステムで構成される。GCSは、MLF内の機器を独自に運転制御する一方、J-PARCの加速器や他実験施設と連動しながらMLFの安定したビーム運転を実現している。2008年度のビーム運転開始以来、GCSは運転制御コミッショニングに基づく改修を経て、システム性能を継続的に維持する視点から、ICSの大幅なアップグレードやILSの機能拡張を実施してきた(2010年度-2015年度)。この様に運転開始から約10年間、GCSには全般に渡って数多くの追加・変更がなされてきた。したがってGCS高度化の今後の方向性を決めるために、これまでの高度化の履歴とGCSの現況を把握することが重要と考え、2017年度時のGCSの構成・機能・役割を整理して取り纏めた。

論文

Angular distribution of $$gamma$$ rays from neutron-induced compound states of $$^{140}$$La

奥平 琢也*; 高田 秀佐*; 広田 克也*; 木村 敦; 北口 雅暁*; 古賀 淳*; 長元 孝介*; 中尾 太郎*; 岡田 晏珠*; 酒井 健二; et al.

Physical Review C, 97(3), p.034622_1 - 034622_15, 2018/03

The angular distribution of individual $$gamma$$ rays, emitted from a neutron-induced compound-nuclear state via radiative capture reaction of $$^{139}$$La$$(n,gamma)$$ has been studied as a function of incident neutron energy in the epithermal region by using germanium detectors. An asymmetry $$A_{LH}$$ was defined as $$frac{N_{L}-N_{H}}{N_{L}+N_{H}}$$, where $$N_L$$ and $$N_H$$ are integrals of low- and high-energy region of a neutron resonance respectively, and we found that $$A_{LH}$$ has the angular dependence of $$(A cos theta_{gamma} + B)$$, where $$theta_{gamma}$$ is the emitted angle of $$gamma$$ rays, with $$A =- 0.3881 pm 0.0236$$ and $$B =- 0.0747 pm 0.0105$$ in 0.74-eV p-wave resonance. This angular distribution was analyzed within the framework of interference between s- and p-wave amplitudes in the entrance channel to the compound-nuclear state, and it is interpreted as the value of the partial p-wave neutron width corresponding to the total angular momentum of the incident neutron combined with the weak matrix element, in the context of the mechanism of enhanced parity-violating effects. Additionally, we use the result to quantify the possible enhancement of the breaking of time-reversal invariance in the vicinity of the p-wave resonance.

論文

Characterization of germanium detectors for the measurement of the angular distribution of prompt $$gamma$$-rays at the ANNRI in the MLF of the J-PARC

高田 秀佐*; 奥平 琢也*; 後藤 文也*; 広田 克也*; 木村 敦; 北口 雅暁*; 古賀 淳*; 中尾 太郎*; 酒井 健二; 清水 裕彦*; et al.

Journal of Instrumentation (Internet), 13(2), p.P02018_1 - P02018_21, 2018/02

In this study, the germanium detector assembly, installed at the Accurate Neutron Nuclear Reaction measurement Instruments (ANNRI) in the Material and Life Science Facility (MLF) operated by the Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC), has been characterized for extension to the measurement of the angular distribution of individual $$gamma$$-ray transitions from neutron-induced compound states. We have developed a Monte Carlo simulation code using the GEANT4 toolkit, which can reproduce the pulse-height spectra of $$gamma$$-rays from radioactive sources and (n,$$gamma$$) reactions. The simulation is applicable to the measurement of $$gamma$$-rays in the energy region of 0.5-11.0 MeV.

論文

Sample environment at the J-PARC MLF

河村 聖子; 奥 隆之; 渡辺 真朗; 高橋 竜太; 宗像 孝司*; 高田 慎一; 坂口 佳史*; 石角 元志*; 大内 啓一*; 服部 高典; et al.

Journal of Neutron Research, 19(1-2), p.15 - 22, 2017/11

J-PARC MLFにおける試料環境(SE)チームは、ユーザー実験のためのSE機器の運用や開発を行っている。メンバーは、低温マグネット、高温、高圧、ソフトマター、光照射、水素環境、$$^3$$He偏極フィルターといったサブチームに所属している。現在は、数台の冷凍機と、マグネット、高温炉、高圧実験用パリエジンバラプレス、偏極中性子実験のためのSEOPシステムが運用中で、ユーザー実験への提供、運転を行っているほか、パルス磁場システムの汎用化に向けた開発も行っている。またJ-PARC研究棟では、レオメーター、ガス蒸気吸着量測定装置などのソフトマター研究に必要な機器類も整備している。

論文

Materials and Life Science Experimental Facility at the Japan Proton Accelerator Research Complex, 3; Neutron devices and computational and sample environments

坂佐井 馨; 佐藤 節夫*; 瀬谷 智洋*; 中村 龍也; 藤 健太郎; 山岸 秀志*; 曽山 和彦; 山崎 大; 丸山 龍治; 奥 隆之; et al.

Quantum Beam Science (Internet), 1(2), p.10_1 - 10_35, 2017/09

J-PARC物質・生命科学実験施設では、中性子検出器、スーパーミラーや$$^{3}$$Heスピンフィルターなどの光学機器、及びチョッパー等の中性子デバイスが開発され、据え付けられている。また、計算環境として機器制御、データ取得、データ解析、及びデータベースの4つのコンポーネントが整備されている。また、物質・生命科学実験施設では実験に使用される様々な試料環境が利用可能である。本論文では、これらの現状について報告する。

報告書

Proceedings of the 21st Meeting of the International Collaboration on Advanced Neutron Sources (ICANS-XXI); Sep. 29 - Oct.3, 2014, Ibaraki Prefectural Center, Mito, Japan

奥 隆之; 中村 充孝; 酒井 健二; 勅使河原 誠; 達本 衡輝*; 米村 雅雄*; 鈴木 淳市*; 新井 正敏*

JAEA-Conf 2015-002, 660 Pages, 2016/02

JAEA-Conf-2015-002.pdf:168.34MB

第21回「先端的中性子源に関する国際協力」会議(ICANS-XXI)が2014年9月29日から10月3日に、茨城県立県民文化センター(水戸市)において開催された。この会議は日本原子力研究開発機構, 高エネルギー加速器研究機構, 総合科学研究機構により共催されたものである。会議では、大強度パルス中性子源を用いた新時代のサイエンスや応用研究の展開について、ワークショップ形式のセッションを主体として、ハードウェアからソフトウェア、そして放射線安全に至るまで、"インターフェイス"をキーワードに、さまざまな課題に関する活発な討論がなされた。本報文集はそれら72件の論文をまとめたものである。

論文

Progress of the general control system for the Materials and Life Science Experimental Facility in J-PARC

酒井 健二; 大井 元貴; 渡辺 聡彦; 甲斐 哲也; 加藤 裕子; 明午 伸一郎; 高田 弘

JAEA-Conf 2015-002, p.593 - 598, 2016/02

安全で安定なビーム運転のために、MLFでは、統括制御、インターロック、サーバ、ネットワーク、タイミング配信システムからなる全体制御システム(MLF-GCS)を稼働している。2008年の最初の陽子ビームの受け入れ以来、MLF-GCSは、ビームパワー増強に伴うターゲット機器のアップグレードや、ユーザー実験装置の毎年の増設に対応しながらも、大きなトラブルもなく安定した運転を実現してきた。しかしながら、近年は、長期に渡る継続的な施設運転の観点から、GCSの大掛かりな改造が進められている。例えば、メンテナンス時の柔軟性を高める目的で、基盤ソフトウェアを変更することで、GCSの監視操作システムがアップグレードされた。またJ-PARCの安全体制の再構築に従い、GCSのインターロックシステムも改良された。本論文では、MLF-GCSの近年の進捗状況について報告する。

論文

Operational experience of CW SRF injector and main linac cryomodules at the Compact ERL

阪井 寛志*; 江並 和宏*; 古屋 貴章*; 加古 永治*; 近藤 良也*; 道園 真一郎*; 三浦 孝子*; Qiu, F.*; 佐藤 昌人*; 篠江 憲治*; et al.

Proceedings of 56th ICFA Advanced Beam Dynamics Workshop on Energy Recovery Linacs (ERL 2015) (Internet), p.63 - 66, 2015/12

コンパクトERLとして入射器および主加速器モジュールの開発を行った。入射器モジュールは3台の2セル空洞で、主加速器モジュールは2台の9セル空洞で構成されている。建設後、20MeVのエネルギーで80$$mu$$A以上の電流でエネルギー回収に成功した。入射器、主加速器とも安定に運転されているが、主加速器については電界放出が、入射器についてはHOMカップラーの発熱が問題となっている。コンパクトERLの2台のクライオモジュールの長時間ビーム運転中の性能について発表する。

論文

Upgrade of monitoring and operation systems for the MLF-GCS base on EPICS and CSS

大井 元貴; 酒井 健二; 渡辺 聡彦; 圷 敦; 明午 伸一郎; 高田 弘

JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.036007_1 - 036007_5, 2015/09

J-PARC物質生命科学実験施設(MLF)では、PLC,操作端末(OPI),インターロックシステム,サーバー等で構成されるMLF統括制御システム(MLF-GCS)によって、MLFを構成する様々な機器を統括制御しているが、OPIに使用しているSCADAソフト(iFiX)のOS依存性やバージョン互換性に欠点があった。そこで、これらの問題を解決するため、EPICSをベースに使用したシステムへ更新した。OPIにはControl System Studioを採用し、データベースにPostgreSQLを採用した。新システムは2014年1月から既存のMLF統括制御システムに接続し運用を開始した。7月まで施設運転に供しながら不具合の修正を行い、特に問題なく動作することを確認した。本件では、約7000点のデータと130画面を有する新システムおよびその性能について報告する。

論文

Development status of the NMR system for the polarized $$^{3}$$He Neutron Spin Filter (NSF) in the MLF at J-PARC

酒井 健二; 奥 隆之; 林田 洋寿*; 吉良 弘*; 廣井 孝介; 猪野 隆*; 大山 研二*; 大河原 学*; 加倉井 和久; 篠原 武尚; et al.

JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.036015_1 - 036015_6, 2015/09

$$^{3}$$Heの中性子吸収断面積が強いスピン選択性を有することを利用した偏極$$^{3}$$Heフィルターは、ビーム調整が不要なため、ビームラインに設置すれば直ぐに使える簡便な中性子スピンフィルター(NSF)として利用できる。そのようなNSF実現のためには、NSFの$$^{3}$$He偏極度${it P}$を定常的にモニタするための核磁気共鳴(NMR)システムの開発が不可欠である。我々は断熱高速通過型(AFP)とパルス型NMRの特徴が相補的であることに着目して2つのシステムを併用した汎用性の高いNMRシステムを開発した。更に、J-PARCの中性子実験装置(BL10)での中性子透過率測定から得られた${it P}$で校正しながら、温度、パルスNMRの振動磁場の大きさや印可時間などの測定条件を変えて、AFPとパルスNMRの信号間の相関を測定した。例えば、パルスNMR測定に起因する減偏極率を0.1%以下になるまでパルスNMRの検出感度を小さくしても、2つのNMR信号間の線形性は確認できた。これらの結果から、我々は開発したNMRシステムが$$^{3}$$He偏極度モニタとして十分機能することを確認した。

論文

超伝導加速器用C形導波管型HOMカップラーの高周波特性

沢村 勝; 梅森 健成*; 阪井 寛志*; 篠江 憲治*; 古屋 貴章*; 江並 和宏*; 江木 昌人*

Proceedings of 12th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.579 - 582, 2015/09

超伝導加速器を用いたエネルギー回収型リニアック(ERL)では、高調波(HOM)対策が重要である。HOMカップラーは大電力の場合に内軸での発熱が問題となっている。そこで新たにC形導波管を考案した。このC形導波管は導波管を丸めることにより同軸管のような構造をしているが、内軸と外軸が仕切板で結合しているため、内軸を効率よく冷却することができる。このC形導波管を用いたHOMカップラーモデルの測定を行っているので、その結果を報告する。

論文

ヘリウムプロセスを用いたERL主加速超伝導空洞の性能回復試験

篠江 憲治*; 阪井 寛志*; 梅森 健成*; 江並 和宏*; 沢村 勝; 江木 昌人*; 古屋 貴章*

Proceedings of 12th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.548 - 552, 2015/09

エネルギー回収型リニアックで要求される性能を持つ超伝導加速器を製作したとき、縦測定では性能を満たしてもモジュール化しビームラインに組み込むと性能が劣化するということが起こる。そのような空洞の性能回復の手段としてヘリウムプロセスが有効であるとの報告がある。そこで我々の空洞についてヘリウムプロセスが可能かどうかを検証するために、モデル空洞を用いてヘリウムプロセスを行った。その結果、空洞性能回復が見られ、いくつかのエミッタを取り除くことができた。

論文

CERL主加速器クライオモジュール運転の現状; 大電流ビーム運転時における空洞内の現象理解に向けて

沼田 直人*; 浅川 智幸*; 阪井 寛志*; 梅森 健成*; 古屋 貴章*; 篠江 憲治*; 江並 和宏*; 江木 昌人*; 坂中 章悟*; 道園 真一郎*; et al.

Proceedings of 12th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.566 - 570, 2015/09

将来の大規模ERL型加速器実現のために、試験加速器であるコンパクトERL(cERL)が建設された。2013年度よりビームコミッショニングを行っており、2014年2月にはビームが周回するようになった。現在は目標のビーム性能を実証するための調整運転を行っている。cERLでは大電流かつ低エミッタンスのビームを高加速勾配の超伝導空洞で安定にエネルギー回収運転できるかの実証を目的としている。主加速器クライオモジュールの性能評価試験結果及びcERL運転時においてのモジュール内の現象を報告する。

論文

On-site background measurements for the J-PARC E56 experiment; A Search for the sterile neutrino at J-PARC MLF

味村 周平*; Bezerra, T. J. C.*; Chauveau, E.*; Enomoto, T.*; 古田 久敬*; 原田 正英; 長谷川 勝一; Hiraiwa, T.*; 五十嵐 洋一*; 岩井 瑛人*; et al.

Progress of Theoretical and Experimental Physics (Internet), 2015(6), p.063C01_1 - 063C01_19, 2015/06

 被引用回数:1 パーセンタイル:81.9(Physics, Multidisciplinary)

J-PARC E56実験は物質・生命科学実験施設においてステライルニュートリノを探索する実験である。実験の妥当性を検証するために、われわれはMLF 3Fにバックグランドイベント用検出器を設置し、測定を行った。この検出器は500Kgのプラスチックシンチレータから構成されている。陽子ビーム入射によって$$gamma$$線と中性子が生成され、宇宙線起源の$$gamma$$線なども検出された。これらの結果について報告する。

論文

Development of portable polarized $$^{3}$$He neutron spin filter and its application to magnetic field imaging at J-PARC

酒井 健二; 奥 隆之; 林田 洋寿; 吉良 弘*; 篠原 武尚; 及川 健一; 原田 正英; 加倉井 和久; 相澤 一也; 新井 正敏; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 528, p.012016_1 - 012016_7, 2014/07

 パーセンタイル:100

中性子偏極実験において測定領域を熱外中性子まで広げることは興味深い。その実現には、$$^{3}$$He自身の核スピンを反転することで、冷から熱外まで幅広いエネルギー領域の中性子のスピン偏極と反転が可能な偏極$$^{3}$$Heスピンフリッパー(PHSF)が重要な役割を果たす。現在、J-PARC/MLFでは「可搬型PHSF」の開発を進めている。この装置は、$$^{3}$$Heガスを封入したガラスセルを、$$^{3}$$Heスピン偏極を保持するための直径20cm,長さ30cmの小型ソレノイド内に設置する。さらに、ガラスセルをレーザー照射することで、光ポンピング法(SEOP)により$$^{3}$$Heを偏極した後に、ソレノイドごと中性子ビームラインに移動することで、可搬型PHSFとして利用する。われわれは、MLFの中性子ビームライン(BL10)で、PHSFの特性試験を行い、$$^{3}$$He核スピン反転前後の中性子透過率比の2次元分布測定から、本装置がPHSFとして十分機能することや、サンプルコイルの簡単な磁気イメージを測定できることを実証した。

論文

Improvement of the position monitor using white light interferometer for measuring precise movement of compact ERL superconducting cavities in cryomodule

阪井 寛志*; 江並 和宏*; 古屋 貴章*; 佐藤 昌人*; 篠江 憲治*; 梅森 健成*; 沢村 勝; Cenni, E.*; 青戸 智浩*; 林 恭平*; et al.

Proceedings of 5th International Particle Accelerator Conference (IPAC '14) (Internet), p.1787 - 1789, 2014/07

リニアコラーダーやERL、X-FELのような将来光源において超伝導空洞のアライメントは重要な項目の一つである。液体ヘリウム温度まで冷却するとき空洞の変位をより正確に測定するため、測定ターゲットと参照点との間の光の干渉を用いる位置モニターを新たに開発した。このモニターをコンパクトERLの主空洞に適用し、2K冷却における変位を10$$mu$$mの分解能で測定することに成功した。

論文

Mechanical vibration search of compact ERL main linac superconducting cavities in cryomodule

佐藤 昌人*; 江並 和宏*; 古屋 貴章*; 道園 真一郎*; 三浦 孝子*; Qiu, F.*; 阪井 寛志*; 篠江 憲治*; 梅森 健成*; 沢村 勝; et al.

Proceedings of 5th International Particle Accelerator Conference (IPAC '14) (Internet), p.2531 - 2533, 2014/07

ERLの主空洞においては、入力電力が減らせるため高いQ値での運転が望ましい。このような運転においては高周波の振幅、位相を安定させるためにマイクロフォニックスを抑えることが重要である。マイクロフォニックスの原因の1つが機械振動であり、これにより共振周波数が変化する。空洞、モジュールや床などの振動を調べ、コンパクトERLの運転データと比較を行った。

論文

Performance evaluation of ERL main linac tuner

江並 和宏*; 古屋 貴章*; 阪井 寛志*; 佐藤 昌人*; 篠江 憲治*; 梅森 健成*; 道園 真一郎*; 三浦 孝子*; Qiu, F.*; 荒川 大*; et al.

Proceedings of 5th International Particle Accelerator Conference (IPAC '14) (Internet), p.2534 - 2536, 2014/07

コンパクトERLの主加速器で採用したスライドジャックチューナの性能評価を行った。チューナーは空洞を引っ張ることで周波数を調整している。チューナとしてピエゾとスライドジャックの2つのチューナを用いた。スライドジャックチューナは大きな可変範囲を粗く動かし、ピエゾチューナは速く、細かく動かすことができる。これらのチューナの運転性能を試験した。

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