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論文

Upgrade of the 3-MeV linac for testing of accelerator components at J-PARC

近藤 恭弘; 平野 耕一郎; 伊藤 崇; 菊澤 信宏; 北村 遼; 森下 卓俊; 小栗 英知; 大越 清紀; 篠崎 信一; 神藤 勝啓; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 1350, p.012077_1 - 012077_7, 2019/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:100

J-PARC加速器の要素技術試験に必要な3MeV H$$^{-}$$リニアックを高度化した。イオン源にはJ-PARCリニアックと同じものを用い、RFQは、J-PARCリニアックで2014年まで使用した30mA RFQに代わり新たに製作した50mA RFQを設置した。したがって、このシステムはエネルギー3MeV、ビーム電流50mAとなる。このリニアックの本来の目的は、このRFQの試験であるが、J-PARC加速器の運転維持に必要な様々な機器の試験を行うことができる。加速器は既に試運転が終了しており、測定プログラムが開始されつつある。この論文では、この3MeV加速器の現状について報告する。

論文

Development of a beam window protection system for the J-PARC Linac

高橋 博樹; 畠山 衆一郎; 澤邊 祐希; 宮尾 智章*; 石山 達也*; 鈴木 隆洋*

Journal of Physics; Conference Series, 1350, p.012142_1 - 012142_5, 2019/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:100

J-PARC Linacのビーム調整およびスタディーにおいて使用されるビームダンプ上流には、高真空部との仕切りとなるビーム窓(材質Ni、厚さ0.38mm、鏡板状)が設置されている。ビーム窓が許容できるビームは定格の約1/50以下であり、この許容値を超えないようにする必要がある。しかしながら、2018年のビームスタディーにおいて、人為的なミスにより許容値を超えるビームとなったため、0度ダンプのビーム窓が破損してしまった。これにより、ビーム窓を機械的に保護することの必要性が明らかとなった。そこで、既存の1時間当たりのビーム量を監視するシステムをベースとして、新たに1ショットのビームおよび1秒間のビーム量を監視しするシステムを開発した。そして、短時間(1ショットおよび1秒間)のビームを監視し、ビーム窓を保護するシステムの実装に短期間で成功した。また、実ビームを用いた試験により、開発した保護システムが十分な要求性能を有していることを確認した。

論文

Development of a beam window protection system for the J-PARC Linac

高橋 博樹; 畠山 衆一郎; 澤邊 祐希; 宮尾 智章*; 石山 達也*; 鈴木 隆洋*

Proceedings of 10th International Particle Accelerator Conference (IPAC '19) (Internet), p.3886 - 3889, 2019/06

J-PARC Linacのビーム調整およびスタディーにおいて使用されるビームダンプ上流には、高真空部との仕切りとなるビーム窓(材質Ni,厚さ0.38mm,鏡板状)が設置されている。ビーム窓が許容できるビームは定格の約1/50以下であり、この許容値を超えないようにする必要がある。しかしながら、2018年のビームスタディーにおいて、人為的なミスにより許容値を超えるビームとなったため、0度ダンプのビーム窓が破損してしまった。これにより、ビーム窓を機械的に保護することの必要性が明らかとなった。そこで、既存の1時間当たりのビーム量を監視するシステムをベースとして、新たに1ショットのビームおよび1秒間のビーム量を監視しするシステムを開発した。そして、短時間(1ショットおよび1秒間)のビームを監視し、ビーム窓を保護するシステムの実装に短期間で成功した。また、実ビームを用いた試験により、開発した保護システムが十分な要求性能を有していることを確認した。

論文

LinacおよびRCSにおけるステッピングモータ制御系の標準化

高橋 博樹; 澤邊 祐希; 鈴木 康夫*; 鈴木 隆洋*; 川瀬 雅人*

Proceedings of 15th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1105 - 1108, 2018/08

J-PARC LinacおよびRCSのプロファイルモニタ(ワイヤスキャナ)、RCSのコリメータなどは、筐体部(プロファイルモニタのワイヤ、コリメータの吸収体・散乱体)と駆動部からなる機器である。これらの機器は、駆動部が各筐体を制御し、ビームに当てることにより、ビーム形状の計測、ビームロスの低減を行う。よって、筐体を損傷させることなく適切な位置まで移動させるためには、駆動部のステッピングモータ制御が重要である。これらの制御系ハードウェアは、J-PARC運転初期から使用されているものが多く、経年化による誤動作が懸念されている。また、制御器としてはVMEおよびPLCなどが使用されており、予備品を機器毎に用意する必要があるなど、メンテナンス性の面で問題があった。そこで、制御系ハードウェアおよびソフトウェアを標準化(共通化)した制御系の更新を進めることとした。本件では、LinacおよびRCSにおける標準化したステッピングモータ制御系について報告する。

論文

Improvement of motor control system in J-PARC linac and RCS

高橋 博樹; 三浦 昭彦; 澤邊 祐希; 吉本 政弘; 鈴木 隆洋*; 川瀬 雅人*

Proceedings of 9th International Particle Accelerator Conference (IPAC '18) (Internet), p.2180 - 2182, 2018/06

J-PARCのワイヤスキャナーおよびRCSのコリメータにおいて使用されているステッピングモータの制御系は、VMEをベースとして構成されている。これらの制御系を構成するほとんどの機器は、使用から10年以上が経っている。そのため、装置の経年変化に対する対策が必要となっている。さらに、放射線に起因すると考えられる制御系の誤動作対策も必要となっている。そのよう状況において、2016年に、RCSコリメータのモータ制御システムに不具合が発生した。そのため、これを機として、誤動作が発生しても機器の安全性を確保するモータ制御システムの製作を進めることとなった。本稿では、不具合の原因推定と、その結果より安全かつ安定的な利用運転のために製作した、高い安全性を持つモータ制御システムの詳細を示す。

論文

J-PARC LinacおよびRCSにおける監視・警報システムの製作

高橋 博樹; 澤邊 祐希; 渡邉 和彦*; 川瀬 雅人*

Proceedings of 14th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1151 - 1154, 2017/12

加速器構成機器の増加(Linac ACSなど)や安全・安定な加速器運転実現のために、運転員や研究者が運転時に監視すべきパラメータ(情報量)が年々増加する傾向にある。そして、監視画面に表示される情報が膨大になったことにより、運転員の警報やパラメータ値の見落としなどによる誤操作が起こるときがある。現時点で、PPSやMPSの安全システムが堅固であるので大事に至ったことはないが、計画されているビームパワー増強などを考慮した場合、このような誤操作は憂慮すべきことである。そこで、加速器の状態を監視し、運転員に異常を早期に知らせるシステムの製作を開始した。初期システムとしてLinacのDTQ電磁石電源等の状態監視を目的としたシステムの構築を進めた。そして、電流設定値を基準として正常範囲(上下限値)を設定し、正常範囲を逸脱した場合に警報状態を運転員に通知する機能を実現し、本システム製作の見通しを得ることができた。

論文

J-PARC LINAC/RCSタイミングシステム安定運用に向けた改良

澤邊 祐希*; 高橋 博樹; 伊藤 雄一*; 川瀬 雅人*

Proceedings of 14th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1133 - 1136, 2017/12

J-PARC加速器は、400MeVリニアック(LINAC)、3GeVシンクロトロン(RCS)、50GeVシンクロトロン(MR)で構成されている。J-PARCのタイミングシステムは各加速器の同期をとり、最大25Hz周期のビーム供給を実現している。LINAC及びRCSのタイミングシステムでは、タイプ列、Look Up Table(LUT)、ビームタグ等のデータ転送にリング型のリフレクティブメモリ(RFM)ネットワークを採用している。2016年6月、このRFMネットワーク内の通信異常により、データ転送不具合が発生した。当時の環境では、原因箇所の特定に難航し、復旧まで長時間を要した。この経験から、RFMネットワークの状態監視環境を整備するとともに、RFMネットワークのデータ転送を統括する計算機の二重化を行った。また、RFMネットワークを介すことなく、各RFMの状態監視を可能とするsyslogサーバの整備を行った。この結果、本改良後にRFMネットワーク内のタイミング用VMEで動作不良が発生したが、即座に対象機器が特定でき、早期復旧を実現することができた。本発表では安定運用を目的としてJ-PARC LINAC/RCSのタイミングシステムに行った改良の詳細について報告する。

論文

Stabilization of timing system operation of J-PARC Linac and RCS

高橋 博樹; 林 直樹; 伊藤 雄一*; 川瀬 雅人*; 澤邊 祐希*

Proceedings of 8th International Particle Accelerator Conference (IPAC '17) (Internet), p.4000 - 4002, 2017/06

J-PARC LinacおよびRCSのタイミングシステムデータ(遅延値、ステータスなど)は、統括計算機によって監視、制御される。この統括計算機ハードウェアを更新後に、タイミングシステムにおいてデータ破損(誤データの伝送)が発生するようになった。そこで、タイミングシステムVMEのソフトウェアに新たな機能を追加し、データ破損の原因調査を行った。調査によりPCI-Expressリフレクティブメモリが接続された場合に発生すること、および、約25枚のリフレクティブメモリが接続されるとデータ破損が発生することが明らかとなった。本報告では、調査の詳細と、調査結果に基づいて実施したタイミングシステムの運用安定化について報告する。

論文

J-PARC 3MeVリニアック用制御システム開発

澤邊 祐希*; 石山 達也; 高橋 大輔; 加藤 裕子; 鈴木 隆洋*; 平野 耕一郎; 武井 早憲; 明午 伸一郎; 菊澤 信宏; 林 直樹

Proceedings of 13th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.647 - 651, 2016/11

J-PARCでは実機の安定運転に必要なビームスクレーパ照射試験およびレーザ荷電変換試験を実施するために3MeVリニアックを再構築した。3MeVリニアックは、セシウム添加高周波駆動負水素イオン源(RFイオン源)から負水素イオンビームを取り出し、高周波四重極型リニアック(RFQ)で3MeVまでビームを加速する。3MeVリニアックを制御するには、加速器およびレーザから人への安全を確保する人的保護システム(PPS)、加速器構成機器を保護するための機器保護システム(MPS)、各機器の同期をとるタイミングステム、およびEPICSを用いた遠隔制御システムが重要となる。本発表では、これらの3MeVリニアック用制御システムについて報告する。

論文

J-PARC3MeVリニアックを用いたビームスクレーパの開発

平野 耕一郎; 浅野 博之; 石山 達也; 伊藤 崇; 大越 清紀; 小栗 英知; 近藤 恭弘; 川根 祐輔; 菊澤 信宏; 佐藤 福克; et al.

Proceedings of 13th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.310 - 313, 2016/11

単位面積当たりの熱負荷を減らすため、67$$^{circ}$$のビーム入射角を有するビームスクレーパをJ-PARCリニアックのRFQとDTLの間のMEBTで使用している。67$$^{circ}$$ビームスクレーパは粒子数1.47E22個のH$$^{-}$$ビームによって照射された。レーザ顕微鏡を用いてスクレーパのビーム照射による損傷部を観察すると、高さ数百$$mu$$mの突起物が無数にあった。ビームスクレーパの耐電力を調べるため、3MeVリニアックを新たに構築した。2016年末にスクレーパ照射試験を実施する予定である。今回は、J-PARCリニアックのビームスクレーパの現状、及び、ビームスクレーパの照射試験に用いる3MeVリニアックについて報告する。

論文

J-PARC LINACにおけるビームパルス定義変更によるビームロス低減

澤邊 祐希; 丸田 朋史*; Liu, Y.*; 三浦 昭彦; 宮尾 智章*; 石山 達也; 菊澤 信宏; 林 直樹

Proceedings of 12th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1202 - 1205, 2015/09

J-PARC LINACでは、下流の3GeVシンクロトロン(RCS)にマクロパルス幅500usのビームを繰返し25Hzで供給している。フロントエンド部換装後のLINAC単独試験において、マクロパルスの終わりに有意なビームロスを発見した。試験の結果、このロスはRFQに印加しているRFが立ち下がる過渡的なタイミングで発生していることが判明した。過渡的なタイミングで加速されたビームは、下流の加速空洞のRFで加速されず、途中でロスしていると推測した。LINACではマクロパルスの終わりの定義を、RFQに印加するRFの立ち下がりとしているため、この定義のままでは、ロスを改善することが困難である。そこで現在、この代わりに、マクロパルスの定義をRFQ下流のビーム輸送系に設置されたチョッパー空洞に印加するRFを用いたものへ変更を検討している。過渡的なタイミングで加速されたビームをRFQのRFタイミング変更によって減らすとともに、チョッパー空洞のRFで偏向し、スクレーパで削り取る。このタイミングの定義を変更することで、ビームロスを完全に除去することに成功した。本発表では、マクロパルスの定義変更に伴うタイミングパラメータの変更、及び検証結果について報告する。

論文

J-PARCリニアックチョッパシステムの開発,2

平野 耕一郎; 近藤 恭弘; 川根 祐輔; 篠崎 信一; 三浦 昭彦; 森下 卓俊; 澤邊 祐希; 杉村 高志*; 内藤 富士雄*; Fang, Z.*; et al.

Proceedings of 12th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.944 - 947, 2015/09

J-PARC加速器リニアックの運転には、ビーム電流を50mAに増強する必要があるため、2014年にJ-PARCリニアックのイオン源、RFQ、及び、MEBT1の改造を行った。RFチョパ空洞とビームスクレーパがRFQとDTLの間にあるMEBT1の領域に設置されている。50mAビーム運転においてビームロスが増加するため、電極の間隔やビームパイプの内径を拡げた新RFチョッパ空洞を製作して、置き換えを行った。また、RFチョッパによって蹴られた高負荷ビームを受けるため、2台の新しいスクレーパを設置した。本件では、RFチョッパシステムとスクレーパのビーム照射試験結果について報告する。

論文

Beam test of a new radio frequency quadrupole linac for the Japan Proton Accelerator Research Complex

近藤 恭弘; 森下 卓俊; 山崎 宰春; 堀 利彦; 澤邊 祐希; 千代 悦司; 福田 真平; 長谷川 和男; 平野 耕一郎; 菊澤 信宏; et al.

Physical Review Special Topics; Accelerators and Beams, 17(12), p.120101_1 - 120101_8, 2014/12

 被引用回数:5 パーセンタイル:54.45(Physics, Nuclear)

J-PARCのビーム電流増強用の新しいRFQ(RFQ III)のビーム試験を行った。まず、RFQ IIIのコンディショニングが行われ、20時間のコンディショニング後に、400kW、デューティーファクター1.5%の非常に安定なRF入力を達成した。次に、加速器トンネルに設置する前にオフラインのビームテストを行った。50mA負水素ビームの透過率、エミッタンス、エネルギー分散を測定し、シミュレーションと比較した。実験結果とシミュレーションは良い一致を示し、RFQ IIIが設計通りの性能を発揮していることが示された。

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

RFイオン源&RFQ III共同テストスタンドタイミングシステムの製作

澤邊 祐希; 伊藤 雄一; 川瀬 雅人; 福田 真平; 鈴木 隆洋*; 菊澤 信宏; 大内 伸夫

Proceedings of 11th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.748 - 751, 2014/10

J-PARC LINACでは、大強度ビーム達成に向け、セシウム添加高周波駆動負水素イオン源(RFイオン源)、及び50mA対応RFQ III号機への換装が予定されている。そのため、RFイオン源、及びRFQ III号機の共同テストスタンドを構築し、ビーム加速試験を行った。換装を円滑に進めるため、現在のJ-PARC加速器と互換性を考慮した制御系が求められた。しかし、RFイオン源は、現在稼働中の負水素イオン源とはプラズマ点火方法が異なるため、従来とは異なるタイミングパラメータを持ったタイミング信号を準備する必要があった。このため、RFイオン源用に新たなタイミング信号を用いたタイミングシステムを製作し、テストスタンドでのビーム加速試験では、このシステムを用いた。本発表では、RFイオン源、及びRFQ III号機の共同テストスタンドで構成した制御系のうち、主にタイミングシステムについて報告する。

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

ビーム電流増強用ビームラインのインターロックシステム

川根 祐輔*; 三浦 昭彦; 宮尾 智章*; 平野 耕一郎; 杉村 高志*; 加藤 裕子; 澤邊 祐希; 福田 真平; 大内 伸夫

Proceedings of 11th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1288 - 1291, 2014/10

J-PARCリニアックでは、ピークビーム電流を50mAへ増強するため、RF駆動イオン源及び50mA用RFQ(RFQIII)の開発を進めており、2014年度夏に換装する予定である。J-PARCリニアック棟に設置したテストスタンドにおいて当該イオン源及びRFQの性能確認試験を実施した。一方、RFQとDTL間のビーム輸送系に関しては、50mA用チョッパ空洞及びスクレーパの開発を進めている。スクレーパ保護のため、スクレーパの温度の上限の監視、照射するビームの粒子数の総量に対するインターロックが必要となる。また、チョッパ空洞の動作監視のため、チョッパ空洞前後のビーム透過率を計測するモニタ及びインターロックを導入する予定である。テストスタンドにおいてスクレーパのビーム照射試験を実施するにあたり、これらのモニタ、インターロックシステムを構築し、動作確認を行った。本発表では、ビーム電流増強用の新しいビームライン用に構築したインターロックシステムについて紹介し、テストスタンドにて使用した結果について報告する。

論文

J-PARC RFイオン源&RFQ IIIテストスタンドの制御系の構築

福田 真平; 澤邊 祐希; 鈴木 隆洋*; 石山 達也*; 川瀬 雅人*; 伊藤 雄一; 加藤 裕子; 吉位 明伸; 菊澤 信宏; 大内 伸夫

Proceedings of 10th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1122 - 1125, 2014/06

J-PARC LINACは、2014年にセシウム添加高周波駆動負水素イオン源(RFイオン源)のインストールが予定されている。また、同じく2014年に現在のRFQに替えてRFQ IIIへの換装も予定されている。現在J-PARC LINAC棟にて、RFイオン源とRFQ IIIの共同のテストスタンドを組み、ビーム加速試験を行うべく準備を進めている。J-PARC制御グループでは、これらテストスタンドにもJ-PARC加速器と同等の加速器制御環境が必要であると考え、制御系をデザインした。具体的には、機器を保護するためのMPS(Machine Protection System)の導入や機器を遠隔制御するためのEPICS環境の実装、各加速器構成機器へタイミング信号を送るためのタイミングシステムの構築である。本発表では、テストスタンドにおける制御系の構築について報告する。

論文

Electronic stopping power dependence of ion-track size in UO$$_{2}$$ irradiated with heavy ions in the energy range of $$sim$$1MeV/u

石川 法人; 園田 健*; 澤部 孝史*; 須貝 宏行*; 左高 正雄*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 314, p.180 - 184, 2013/11

 被引用回数:14 パーセンタイル:18.35(Instruments & Instrumentation)

UO$$_{2}$$中の高エネルギー核分裂片の通過に伴う照射損傷形態を予測するために、イオン加速器を利用した照射実験及び損傷寸法解析を行った。具体的には、イオントラックと呼ばれるイオンの軌跡に沿って形成される柱状の欠陥領域の寸法が、電子的阻止能(入射イオンからターゲットの電子系に伝達されるエネルギー密度)に対してどのように依存するかを解析した。これまで、10MeV/u程度の高いエネルギー領域のイオンが形成するイオントラックの寸法データは存在したが、核分裂片エネルギーに相当する約1MeV/uのエネルギー領域でのイオントラック寸法のデータは存在しなかった。そこで、本研究では、約1MeV/uのエネルギー領域で系統的なイオン照射実験を行い、透過型電子顕微鏡観察によって数nmオーダーのイオントラック寸法のデータを取得することができた。また、既存の理論モデルである熱スパイクモデル(イオンの通過による融解を想定したモデル)から予測される寸法より、明らかに小さいことがわかった。従来のモデルで想定してこなかった(融解直後の)再結晶化プロセスを考慮することで、従来モデルをUO$$_{2}$$にも拡張できる可能性を指摘した。

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。

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