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論文

Progress of the J-PARC cesiated rf-driven negative hydrogen ion source

神藤 勝啓; 大越 清紀; 柴田 崇統*; 南茂 今朝雄*; 池上 清*; 高木 昭*; 滑川 裕矢*; 上野 彰; 小栗 英知

AIP Conference Proceedings 2052, p.050002_1 - 050002_7, 2018/12

J-PARCセシウム添加型高周波駆動負水素イオン源は、大きなトラブルを起こすことなく、2017/2018年の運転期間に3回の2000時間以上の連続運転を達成した。本期間の最終日には、リニアックコミッショニングGrがリニアック出口でビーム電流60mA引き出しをしめすために、イオン源より72mAの負水素イオンビームを生成した。J-PARC製の高周波用内部アンテナの開発も進めており、これまでに1400時間の運転を行った。

論文

iBNCT用LaB$$_6$$フィラメント・マルチカスプイオン源の開発状況

柴田 崇統*; 高木 昭*; 池上 清*; 杉村 高志*; 南茂 今朝雄*; 内藤 富士雄*; 小林 仁*; 栗原 俊一*; 本田 洋介*; 佐藤 将春*; et al.

Proceedings of 15th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.385 - 387, 2018/10

In order to satisfy the second term clinical trial condition of iBNCT, which requires 5 mA proton beam extraction from linac, beam operation of Lanthanum Hexaboride (LaB$$_6$$) filament has been started from Oct. 2017. In the test stand, plasma arc discharge properties and beam current measurement via Faraday-cup (FC) has been done under several ion source conditions. By Mar. 2018, 45 mA of beam current has been achieved at FC. Although the pulse width of arc discharge is limited to 200 $$mu$$s by the capacitor bank in arc pulser power supply, still the wave form of the arc discharge current/voltage and the resultant beam current at FC have shown very stable flat top (beam current fluctuation below 0.5 %) after 50 $$mu$$s. Further increase of beam current is required by optimization of AMFC (Axial Magnetic Field correction) field and filament emission which will be done in 2018.

論文

Present status of the J-PARC cesiated rf-driven H$$^-$$ ion source

神藤 勝啓; 大越 清紀; 池上 清*; 高木 昭*; 柴田 崇統*; 南茂 今朝雄*; 滑川 裕矢*; 上野 彰; 小栗 英知

AIP Conference Proceedings 2011, p.050018_1 - 050018_3, 2018/09

Operation of a cesiated RF-driven negative hydrogen ion source was initiated in September 2014 in response to the requirements of beam current upgrade in J-PARC linac. Delivery of the required beam current from the ion source to the J-PARC accelerators has been successfully performed. In 2016-2017 campaign, continuous operation of the ion source for approximately 1,840 hours (RUN#75 from April to July 2017) was achieved with beam current, macro pulse width and repetition of 45 mA, 500 $$mu$$s and 25 Hz, respectively. We present the operation status of the ion source and a high current H$$^-$$ beam with 70 mA extracted from the ion source for the further high-power upgrade in J-PARC accelerators.

論文

Observation of beam current fluctuation extracted from an RF-driven H$$^-$$ ion source

神藤 勝啓; 柴田 崇統*; 三浦 昭彦; 宮尾 智章*; 和田 元*

AIP Conference Proceedings 2011, p.080016_1 - 080016_3, 2018/09

In J-PARC, peak H$$^-$$ current of several tens mA is produced from a cesiated hydrogen plasma generated by a solid-state RF amplifier with the frequency of 2 MHz. In case of the high-intensity H$$^-$$ beam extracted from the ion source, the plasma density in the source chamber is so high that the ion sheath around the beam extraction area follows the RF oscillation. Because the ion plasma frequency defined by the ion density is much higher than the driving frequency. The potential fluctuation of the plasma is combined with the driving RF electric field and causes motion of charged particles in the plasma some changes. As a result, the H$$^-$$ beam extracted from the source plasma also fluctuates. The beam current signal from a Faraday cup was measured by a spectrum analyzer. A powerful frequency component at 2 MHz which is as same as that of the RF amplifier was also observed after the acceleration of RFQ linac located at the downstream of the ion source.

論文

Observation of plasma density oscillation with doubled value of RF frequency in J-PARC RF ion source

柴田 崇統*; 神藤 勝啓; 高木 昭*; 小栗 英知; 池上 清*; 大越 清紀; 南茂 今朝雄*; 内藤 富士雄*

AIP Conference Proceedings 2011, p.020008_1 - 020008_3, 2018/09

Balmer alpha line intensity in J-PARC Radio Frequency (RF) negative hydrogen ion source has been measured by photometry measurement. The line intensity shows several interesting time characteristics in different phases; (1) 2 MHz (RF frequency) oscillation just after plasma ignition and (2) 4 MHz (doubled RF frequency) and 2 MHz coupled oscillation in the steady-state. From the comparison between numerical analysis, it has been explained that electron acceleration in inductively coupled electromagnetic field takes place with 4 MHz frequency which results in the 4 MHz line intensity oscillation. From the understandings of the background physics, we can conclude that this fast photometry measurement is a good diagnosis tool to understand whether RF plasma is in E-mode or H-mode in general RF ion sources.

論文

Numerical and experimental study of H$$^{-}$$ beam dynamics in J-PARC LEBT

柴田 崇統*; 池上 清*; Liu, Y.*; 三浦 昭彦; 内藤 富士雄*; 南茂 今朝雄*; 小栗 英知; 大越 清紀; 大谷 将士*; 神藤 勝啓; et al.

Proceedings of 29th International Linear Accelerator Conference (LINAC 2018) (Internet), p.519 - 521, 2018/09

実験結果と数値計算結果の比較によって低エネルギービーム輸送系(LEBT)での負水素イオン(H$$^{-}$$)ビームの輸送過程を調査している。これまで、(i)J-PARCのLEBTの2つのソレノイド電磁石による軸方向磁場と、(ii)空間電荷効果による径方向電場の2つを考慮するために、3次元のParticle-In-Cell(PIC)粒子輸送モデルを開発してきた。2つのソレノイド電磁石電流が変化したときの高周波四重極リニアック(RFQ)入口での全H$$^-$$ビーム粒子数に対するRFQのアクセプタンス内のH$$^{-}$$ビーム粒子数の比を計算した。この計算結果をJ-PARCリニアックのコミッショニングで得たRFQの透過率測定の実験結果と比較したところ、実験で見られたソレノイド電磁石への印加電流に対するRFQの透過率の2つのピークが現れることが、計算結果からも確認できた。計算結果では、LEBT内で作動排気のために設置しているオリフィスがRFQ入口のエミッタンスを削ってしまうコリメータのような役割をしていることが示された。

論文

J-PARC負水素イオン源の運転状況

大越 清紀; 神藤 勝啓; 南茂 今朝雄*; 柴田 崇統*; 池上 清*; 高木 昭*; 上野 彰; 滑川 裕矢*; 小栗 英知

Proceedings of 15th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.889 - 892, 2018/08

大強度陽子加速器施設(J-PARC)のセシウム添加高周波駆動型負水素イオン源は、2017年夏期メンテナンス後の一年間のユーザ運転では、ビーム電流値約47mAで運転を行っている。RUN#75(平成29年4月-7月)で初めて約3ヵ月間の連続運転を試行し、寿命や安定性に問題が無いことが証明されたため、J-PARCではRUN#76からイオン源のメンテナンスを3ヵ月毎に行う方針とした。現在まで3回の3ヵ月連続運転を行い、RUN#79(平成30年4月-7月)ではこれまでの最長時間となる2,201時間を達成した。RUN#79終盤(89日目)には加速器スタディのために、ビーム電流を58mAに増加した。また、RUN最終日(93日目)には、J-PARCの更なる高度化を目指したリニアックの加速器スタディのためにこれまでのイオン源の最大ビーム電流となる72mAに増加し、ビーム強度がRFQ出口で66mA、リニアック出口で60mAを確認した。2018年3月からJ-PARC製高周波アンテナの耐久性を確認するための長時間運転試験も開始し、6月末時点で1,410時間の運転時間を達成している。

論文

会議報告; 第17回イオン源国際会議(ICIS 2017)

神藤 勝啓

加速器, 14(4), p.248 - 250, 2018/01

2017年10月15日から20日までスイス連邦ジュネーブ市で開かれた第17回イオン源国際会議(ICIS 2017)の会議報告を行う。イオン源国際会議は2年に1度開催され、世界中のイオン源研究者が一堂に集まり、J-PARCなどの粒子加速器や核融合プラズマ加熱で用いられる負水素イオン源、重粒子イオンビーム生成のためのECRイオン源などのイオン源の研究・開発の成果について報告される。

論文

大強度負水素イオン源の高周波放電による引き出されたビームへの影響

神藤 勝啓; 柴田 崇統*; 和田 元*

Proceedings of 14th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.648 - 650, 2017/12

J-PARCでは、セシウムを導入した水素プラズマ生成に2MHzの高周波をイオン源よりピーク電流が数10mAのH$$^-$$ビームを引き出している。このような大強度RF H$$^-$$イオン源では、イオン源内のイオン密度が高いためビーム引出領域近傍のイオンシースがRF振動に追随する。J-PARCの大強度RF H$$^-$$イオン源より引き出されたH$$^-$$ビーム電流をファラデーカップで測定すると、44mAの平均ピーク電流に対して1mA程度のビーム電流の揺らぎが観測された。ビームはその進行方向だけでなく、それに垂直な方向にも振動していると考えられる。ビーム引き出し領域のシースの高周波振動をより明らかにするために、位相空間内での実時間でのビームの揺動を観測できるような高時間分解能で高感度のエミッタンスモニターを備えた実験系を提案する。

論文

J-PARC負水素イオン源の運転状況

大越 清紀; 神藤 勝啓; 池上 清*; 柴田 崇統*; 高木 昭*; 南茂 今朝雄*; 上野 彰; 小栗 英知

Proceedings of 14th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.651 - 654, 2017/12

J-PARCリニアックのセシウム添加高周波駆動型(RF)負水素イオン源は、リニアックビーム増強のアップグレードのために2014年9月からビーム供給運転を開始した。2017年4月から7月までのビーム運転(RUN75)では、ピーク電流47mA条件下でこれまでの最長時間になる約1,845時間のビーム供給を達成した。本学会では、1年間のイオン源の運転実績及び保守等について報告する。

論文

Operation status of the J-PARC RF-driven H$$^{-}$$ ion source

小栗 英知; 大越 清紀; 池上 清*; 高木 昭*; 浅野 博之; 柴田 崇統*; 南茂 今朝雄*; 上野 彰; 神藤 勝啓

AIP Conference Proceedings 1869, p.030053_1 - 030053_7, 2017/08

J-PARCリニアックのビーム増強を行うために、セシウム添加型高周波負水素イオン源の運転を2014年9月から開始した。本イオン源は、ステンレス製プラズマ生成室、ビーム引出系及び差動真空排気用大型真空チェンバで主に構成されている。本イオン源は、2014年10月の運転中にアンテナが故障したが、それ以降、現在に至るまで重大なトラブルは発生していない。現状、ビーム電流45mA、デューティーファクタ1.25%(ビーム幅0.5msec、パルス繰り返し率25Hz)にて1,000時間以上の連続運転を達成している。本発表では、本イオン源の長時間運転における運転パラメータや安定性について報告する。

論文

High density plasma calculation of J-PARC RF negative ion source

柴田 崇統*; 浅野 博之; 池上 清*; 内藤 富士雄*; 南茂 今朝雄*; 小栗 英知; 大越 清紀; 神藤 勝啓; 高木 昭*; 上野 彰

AIP Conference Proceedings 1869, p.030017_1 - 030017_11, 2017/08

J-PARCでは2014年9月より、セシウム(Cs)添加型・マルチカスプ・高周波放電型(RF)負水素(H$$^{-}$$)イオン源の利用運転が開始され、電流値45mA、繰返し1.25%(0.5ms, 25Hz)のH-ビームを1000時間連続で引き出すことに成功している。本研究では、J-PARCイオン源内のRFプラズマに対する数値計算モデルを構築することで、プラズマの点火過程と定常状態におけるH$$^{-}$$生成・輸送に関わる物理過程を解明する。シミュレーションモデルでは、(1)荷電粒子(電子,水素陽イオン, Csイオン)、(2)イオン源内に形成される誘導性・容量性電磁場の時間変化、および(3)荷電粒子と水素原子・分子間の衝突過程を同時に計算する。また、同モデルを高エネルギー加速器研究機構並列計算機システムA(32ノード・256GBメモリ)に適用することで、10$$^{18}$$m$$^{-3}$$以上の高密度となるRFプラズマの挙動を十分な統計性を以て計算することが可能である。発表では、RFプラズマの成長過程に重要なプラズマパラメータを、プラズマ温度・密度、および電磁場分布の時間発展とともに示す。

論文

J-PARCイオン源の現状

大越 清紀; 池上 清*; 高木 昭*; 浅野 博之; 上野 彰; 柴田 崇統*; 南茂 今朝雄*; 神藤 勝啓; 小栗 英知

Proceedings of 13th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.940 - 943, 2016/11

J-PARCリニアックのセシウム添加高周波駆動型(RF)負水素イオン源は、2014年10月から運転を行っている。2015年、本学会で報告した良質アンテナの選別やアンテナダメージを軽減する立上げ方法に効果があり、ここ一年間はアンテナ破損によるビーム停止は発生していない。利用運転では、ピーク電流を33mAから45mAに増加させたが、特に故障もなく1,350時間の連続運転に成功している。ビーム電流値の安定度は、フィードバックシステムにより、低エネルギービーム輸送系(LEBT)にて$$pm$$2%以内に維持できている。本発表では、RF負水素イオン源の最近1年間の運転実績及びトラブルの報告の他、イオン源テストスタンドの整備状況についても報告する。

論文

Operation and commissioning of IFMIF (International Fusion Materials Irradiation Facility) LIPAc injector

奥村 義和*; Gobin, R.*; Knaster, J.*; Heidinger, R.*; Ayala, J.-M.*; Bolzon, B.*; Cara, P.*; Chauvin, N.*; Chel, S.*; Gex, D.*; et al.

Review of Scientific Instruments, 87(2), p.02A739_1 - 02A739_3, 2016/02

 被引用回数:4 パーセンタイル:51.49(Instruments & Instrumentation)

IFMIFは40MeV/125mAの重水素ビームを発生する2基の線形加速器を用いた核融合材料照射施設である。日欧の幅広いアプローチ活動のもとで、原型加速器(LIPAc)を用いた実証試験が開始されており、その目標は9MeV/125mAの連続重水素ビームを発生することである。フランスで開発された入射器は、既に日本の六ヶ所の国際核融合研究開発センターに搬入され、2014年から運転と試験が開始されている。これまでに、100keV/120mAの連続水素ビームを0.2$$pi$$.mm.mradのエミッタンスのもとで生成することに成功している。

論文

Measurement of ion species in high current ECR H$$^+$$/D$$^+$$ ion source for IFMIF (International Fusion Materials Irradiation Facility)

神藤 勝啓; Sen$'e$e, F.*; Ayala, J.-M.*; Bolzon, B.*; Chauvin, N.*; Gobin, R.*; 一宮 亮; 伊原 彰; 池田 幸治; 春日井 敦; et al.

Review of Scientific Instruments, 87(2), p.02A727_1 - 02A727_3, 2016/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:73.23(Instruments & Instrumentation)

A high current ECR ion source producing 140 mA/100 keV D$$^+$$ ion beams for IFMIF accelerator is now under commissioning at Rokkasho in Japan, under the framework of ITER Broader Approach (BA) activities. The ion source for IFMIF is required to produce positive deuterium ion beams with a high D$$^+$$ ratio. After the mass separation in LEBT consisting of two solenoids, the D$$^+$$ ratio should be higher than 95 % with less molecular ions and impurity ions at the entrance of RFQ linac to be installed downstream. The ion species have been measured by Doppler shift spectroscopy between the two solenoids. With hydrogen operation in pulsed and CW modes, the H$$^+$$ ratio increases with RF power or plasma density and reached 80% at 160 mA/100 keV. The value was compared with that derived from the emittance diagram for each ion species measured by an Alison scanner installed nearby the viewport for the spectroscopy in the LEBT. It was found that the spectroscopy gives lower H$$^+$$ ratio than the emittance measurement.

論文

IFMIF原型加速器(LIPAc)入射器の現状

神藤 勝啓; 市川 雅浩; 高橋 博樹; 近藤 恵太郎; 春日井 敦; Gobin, R.*; Sen$'e$e, F.*; Chauvin, N.*; Ayala, J.-M.*; Marqueta, A.*; et al.

Proceedings of 12th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.493 - 495, 2015/09

日本原子力研究開発機構核融合研究開発部門では、加速器駆動型中性子源を用いた核融合炉材料開発施設である国際核融合炉材料照射施設(IFMIF)の工学実証のための原型加速器の開発を青森県六ケ所村で進めている。この加速器は入射器、RFQ及び超伝導リナックで構成された重陽子線形加速器であり、9MeV/125mAの連続ビーム生成を目指している。入射器はフランス原子力庁サクレー研究所(CEA Saclay)で開発され、2012年秋まで100keV/140mAの陽子及び重陽子の連続ビーム試験を行った。この入射器を青森県六ケ所村の国際核融合エネルギー研究センター(IFERC)に搬送し、2013年末より入射器の据付作業の開始、2014年11月に陽子ビームの生成に成功した。その後、イオン源のコンディショニングを行いながらビーム試験を実施してきた。本発表では六ヶ所サイトで実施してきたビーム試験の結果など入射器の現状について報告する。

論文

IFMIF/EVEDA用大電流加速器の進捗

奥村 義和*; Ayala, J.-M.*; Bolzon, B.*; Cara, P.*; Chauvin, N.*; Chel, S.*; Gex, D.*; Gobin, R.*; Harrault, F.*; Heidinger, R.*; et al.

Proceedings of 12th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.203 - 205, 2015/09

日欧協力のもと、国際核融合中性子照射施設(IFMIF)の工学設計工学実証活動(EVEDA)が2007年から開始されている。IFMIFにおける最大の開発課題は、40MeV/250mA/CWの重水素イオンビームを発生できる大電流加速器であり、現在、その原型加速器(9MeV/125mA/CW)の試験を六ヶ所村の国際核融合研究センターにおいて段階的に実施している。試験は日欧の事業チームメンバーと、入射器を担当したフランスサクレー研究所などの欧州ホームチーム,日本ホームチームのメンバーから構成される原型加速器統合チームが担当している。入射器については、2014年から試験を開始し、現在までに100keV/120mA/CWの水素イオンビームを0.3$$pi$$mm.mrad以下のエミッタンスで生成することに成功している。2015年には、高周波四重極加速器(RFQ)用高周波電源の搬入据付が開始され、入射器の試験の終了とともにRFQ本体の据付も開始される予定である。本稿では、入射器の実証試験の結果とともに、RFQ,超伝導リニアック,高周波電源,ビームダンプ等の現状について報告する。

論文

IFMIF/EVEDA原型加速器用入射器の現状

神藤 勝啓; 市川 雅浩; 高橋 康之*; 久保 隆司*; 堤 和昌; 菊地 孝行; 春日井 敦; 杉本 昌義; Gobin, R.*; Girardot, P.*; et al.

Proceedings of 11th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1009 - 1012, 2014/10

加速器駆動型中性子源を用いた核融合炉材料開発施設である国際核融合炉材料照射施設(IFMIF)の工学実証のための原型加速器の開発が進められている。この加速器は入射器、RFQ及び超伝導リナックで構成された重陽子線形加速器であり、9MeV/125mAの連続ビーム生成を目指している。入射器はフランス原子力庁サクレー研究所(CEA Saclay)で2012年秋まで100keV/140mAの陽子及び重陽子の連続ビーム試験を行った。ビーム試験終了後、この入射器は青森県六ケ所村の国際核融合エネルギー研究センター(IFERC)に搬送された。IFERCでIFMIF/EVEDA原型加速器として駆動するための第一段階として、2014年夏より更なる品質向上を目指した入射器のビーム試験を行うために2013年末より入射器の据付作業を開始した。本発表ではCEA Saclayでのビーム試験の結果、IFERCでの入射器の据付状況について報告する。

論文

Development of a negative hydrogen ion source for spatial beam profile measurement of a high intensity positive ion beam

神藤 勝啓; 和田 元*; 西田 睦聡*; 出村 康拡*; 佐々木 大地*; 津守 克嘉*; 西浦 正樹*; 金子 修*; 木崎 雅志*; 笹尾 眞實子*

AIP Conference Proceedings 1390, p.675 - 683, 2011/09

 パーセンタイル:100

A negative ion beam probe system has been proposed as a new tool to diagnose beam profiles of high intensity positive ion beams such as the high intensity continuous-wave (CW) D$$^+$$ beam for the International Fusion Materials Irradiation Facility (IFMIF). To monitor beam profile of the positive ion beam from a remote position, a negative ion beam is injected into the positive ion beam perpendicularly, and the negative-ion-beam attenuation due to the beam-beam interaction is measured at each point. In a low barycentral energy region, the additional electrons of the negative ions with the small electron affinity are easily detached by collisions with the positive ions. To validate the system capability, an experimental study with a low-energy intense He$$^+$$ beam system has been started for the proof-of-principle (PoP) experiment. For the probe beam source, an H$$^-$$ ion source to produce the H$$^-$$ beam with a rectangular shape of 70 mm $$times$$ 2 mm has been designed and assembled. The long side of the rectangle can cover the entire cross section of the He$$^+$$ beam around the focal point, while the short side should be thin not to disturb the target beam. It is installed on a small test stand to measure the beam quality of the H$$^-$$ beam. Experimental results of the H$$^-$$ beam extracted from the small source will be presented.

論文

Present status of the accelerator system in the IFMIF/EVEDA project

神藤 勝啓; Vermare, C.*

Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.9, p.174 - 179, 2010/08

国際核融合材料照射施設(IFMIF)は核融合材料開発のための重要な施設であり、その工学実証及び工学設計活動(EVEDA)が2007年7月から開始されている。IFMIFは三つの主要なシステムから構成されているが、そのうちの一つである加速器系の主な目的は、下流の液体リチウムターゲットシステムに安定に供給して10$$^{18}$$個/m$$^2$$/sの中性子束を発生させるために、2機の線形加速器で40MeV/250mAの重水素正イオン(D$$^+$$)の連続ビームを生成することである。EVEDAにおける加速器系の主な活動は、IFMIF加速器実機の低エネルギー部にあたる入射器,RFQリナック,超伝導リナックの初段で構成される原型加速器による工学実証と、その成果を含めたIFMIF加速器の工学設計である。この論文では、日本と欧州の各実施機関で設計,製作及び個別試験をして、六ヶ所村の国際核融合エネルギー研究センター内IFMIF/EVEDA開発試験棟で統合試験をする9MeV/125mA D$$^+$$ビームの原型加速器の各構成機器の事業開始から2年間に行った設計及びその基礎となるビーム力学研究の成果について、事業チームの観点から報告する。

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