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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




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.


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.


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.


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.


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




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



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。



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。



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



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



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。



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



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)



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.



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。



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




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。


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


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.


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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