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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

J-PARC LINAC 3MeVビームスクレーパの現状

平野 耕一郎; 杉村 高志*; 栗原 俊一*

Proceedings of 15th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.324 - 328, 2018/08

2017年10月からのビーム利用運転において、3MeVビームスクレーパは1MWビーム利用運転のスクレーパ平均ビーム電流と同等または1.3倍の照射を行い、5ケ月間問題なく使用することができた。このときのスクレーパ表面温度は1800$$^{circ}$$Cであった。粒子数3E22個の3MeVビームによる照射損傷は、深さ700$$mu$$mであった。今後、加速器のビーム調整においてほとんど全てのビームがスクレーパに照射される可能性があるため、スクレーパに使われる炭素複合材より高い電流密度に耐えられるスクレーパ材料について検討しており、今回、熱伝導率の高いスクレーパ材料としてグラフェンとタングステンのビーム照射試験を行った。本稿では、3MeVビームスクレーパとスクレーパ材料のビーム照射試験について述べる。

論文

J-PARC 3MeV LINACを用いたビームスクレーパの負水素イオンビーム照射試験

平野 耕一郎; 石山 達也; 栗原 俊一*; 杉村 高志*; 丸田 朋史*

Proceedings of 14th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.847 - 852, 2017/12

J-PARCリニアックのRFQとDTLの間のMEBT1において、炭素複合材で作られたビームスクレーパが使用されている。今回、3MeVリニアックを用いてスクレーパ照射試験を実施した。本照射試験では、スクレーパの試験片にH$$^{-}$$ビームを1.2E20の粒子数まで照射し、高速放射温度計を用いて3000$$^{circ}$$C以上の表面温度を測定して、レーザー顕微鏡によるスクレーパの照射損傷を観察した。その結果、表面温度が2900$$^{circ}$$Cを超えると、炭素のイオン電流や試験片表面の照射損傷が急激に増加することが分かった。本稿では、スクレーパのビーム照射試験結果について述べる。

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リニアックMEBT1部垂直コリメーターの開発

杉村 高志*; 丸田 朋史*; 平野 耕一郎

Proceedings of 13th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.307 - 309, 2016/11

J-PARCリニアックでは、ビーム強度の増強が計画されており、現在運転しているパラメーター40mA, 25Hz, 500$$mu$$sを50mA, 50Hz, 500$$mu$$sに変更することを目指している。加速器で大強度ビームを得るためには、ビームロスを出来得る限り軽減しておくことが必須である。J-PARCリニアックでは、イオン源、RFQ(高周波四重極型リニアック)で加速されたビームをMEBT1(Medium Energy Beam Transport 1)でマッチング及びパルス成形を行いDTL(ドリフトチューブ型リニアック)に入射している。現在の運転において、DTLにおける局所的放射化が観測されたため、増強においては更なる対策が必須である。ビームシミュレーションの結果から、DTLにおけるビームロスは、MEBT1に新たに垂直方向のコリメーターを設置することで、軽減できることが分かった。本発表では、上記目的のため、MEBT1に設置する垂直方向コリメーターの製作設計の状況について報告する。

論文

照射損傷(ブリスタリング)の遠方からの顕微鏡観察; レーザー反射顕微鏡法

栗原 俊一*; 小林 仁*; 杉村 高志*; 平野 耕一郎

Proceedings of 13th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.814 - 816, 2016/11

照射損傷は加速器の構成要素の各部分に観察される問題である。加速管,スクレーパー,モニター、そして標的と特に陽子加速器,イオン加速器では憂慮される問題である。われわれは、実際の加速器でのその場観察を究極の目標として、加速器で使用される様々な物質の照射損傷、特にブリスタリングの観察を続け、光源としてレーザーを用い、その反射光からの情報により遠方で加速器の動作中のその場観察を行える方法を検討した。観察により得たブリスタリングの生成過程とともに、この観察方法の原理、ならびに適用限界を報告する。

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

J-PARCリニアックにおける大きい入射角を持つ新型スクレーパーの伝熱解析

杉村 高志*; 平野 耕一郎

Proceedings of 12th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.954 - 957, 2015/09

J-PARCでは、目標性能の一つである1MWのビームパワーを達成するべく準備を進めてきた。J-PARC加速器リニアックの運転には、ビーム電流50mAへのアップグレードは不可欠であり、2014年夏にイオン源, RFQリニアック及びチョッパーシステムの変更を行った。ビーム成形を行うため、不要なビームを負荷させるスクレーパをRFQ下流に設置している。スクレーパは、冷却水路を有する銅ブロックと炭素複合材の板で構成される。温度波形の継続的な測定から、スクレーパへのビーム照射による炭素複合材の熱伝導率の悪化が観測された。この対策として、スクレーパへの熱負荷を軽減させるため、ビームの入射角が67$$^{circ}$$のスクレーパを設計した。本件では、新しいスクレーパのシミュレーション結果と今後の計画について報告する。

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:54.9(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

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リニアックチョッパシステムの開発

平野 耕一郎; 伊藤 崇; 近藤 恭弘; 篠崎 信一; 千代 悦司; 三浦 昭彦; 森下 卓俊; 池上 雅紀*; 久保田 親*; 杉村 高志*; et al.

Proceedings of 10th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.858 - 861, 2014/06

J-PARCリニアックの運転パラメータは、ピーク電流17mA、マクロパルス幅500$$mu$$s、繰り返し25Hz、ビームエネルギー181MeVである。マクロパルスビームは、RFQ下流のMEBT領域にあるRFチョッパ空洞の電界によって、その一部が蹴りだされ、櫛形構造を持つビームに整形される。この整形されたビームは、パルス幅600nsの中間パルスが1066nsの間隔で並んだ構造である。一方、蹴りだされたビームは、RFチョッパ空洞から約70cm離れた場所にあるスクレーパに負荷される。今後、イオン源、及び、RFQの改造、並びに、加速管の増設を行い、ビーム電流を50mA、ビームエネルギーを400MeVに増強する計画である。ビーム電流を50mAに増加すると、ビームがチョッパ空洞の電極やビームパイプにあたるシミュレーション結果が得られている。また、スクレーパの損傷が懸念される。そこで、ビーム電流50mAに対応したMEBTビームラインに改造する計画である。今回は、チョッパ空洞やスクレーパ等に関するチョッパシステムの改造について報告する。

論文

J-PARC RFQテストスタンド用ビームモニタリングシステム

宮尾 智章*; 三浦 昭彦; 近藤 恭弘; 森下 卓俊; 杉村 高志*; 大内 伸夫; 小栗 英知; 丸田 朋史*; 内藤 富士雄

Proceedings of 10th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1049 - 1052, 2014/06

J-PARCリニアックでは、400MeVへのビームのエネルギーアップグレードと並行し、50mA対応のRFQ(Radio-Frequency-Quadrupole)を用いて、ピーク電流50mAでのビーム運転を目指している。このRFQの製作は平成24年度末に終了したため、性能評価を行う専用のRFQテストスタンドを整備している。このRFQテストスタンドにおいてビーム電流を測定するための電流モニタ、TOF(Time-of-Flight)法によるビームのエネルギー計算に使用する位相モニタなどのモニタリングシステムを構築し、各機器の性能を確認するための試運転を行った。本発表ではモニタリングシステムについての詳細を述べるとともに、本システムにて取得したビームエネルギー及びビーム透過率について説明する。また、新しいモニタテストなどの今後の展望について説明する。

論文

J-PARC LINAC 3MeVビームスクレーパの開発

杉村 高志*; 平野 耕一郎; 南茂 今朝雄*; 栗原 俊一*

Proceedings of 10th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.862 - 866, 2014/06

J-PARCでは利用運転のビーム強度の増強に取り組んでおり、LINACでは400MeV, 50mAへのビーム増強の実施を計画している。なかでも、電流の増強については、イオン源, RFQの換装の準備を進めており、まさにビームの最初の部分から増強することになる。本報告のビームスクレーパーはRFQの下流に設置するもので、そこよりさらに下流にあるDTL以降の加速器において加速すべきではないビームをストップさせるのに十分な性能を持たなくてはならない。現状では炭素複合材を用いたスクレーパーが設置されており、ビーム利用運転のために稼働中であるが、現在の20mA程度のビーム電流ですら、既に表面の損耗が観察されており、50mAのビーム電流での運転時に耐えられるスクレーパーの開発が必要である。このため、スクレーパー材料に関し、材料の検討を行うと共に、シミュレーションコードANSYSを用いた伝熱シミュレーションを実施している。今回は、ビームスクレーパーの熱伝導解析について報告する。

論文

J-PARC SDTL空洞内マルチパクタ対策

伊藤 崇; 平野 耕一郎; 杉村 高志*; 南茂 今朝雄*

Proceedings of 10th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.977 - 981, 2014/06

J-PARCリニアック部の加速空洞であるSDTLは、東日本大震災後の復旧作業の後、2011年12月からビーム加速を再開した。復旧後の運転において、SDTL05B空洞はおよそ300kW$$sim$$400kWの領域で空洞内に電力が投入できず反射のみが増加するという症状を呈した。これまでに行った原因調査及びシミュレーション結果から、この症状の原因は空洞内で発生しているマルチパクタである可能性が高いことが判明した。空洞内表面は震災後に高湿度の大気に長時間晒されたことからマルチパクタの症状が顕著に表れた可能性があり、この症状を改善させるため、2012年の夏季メンテナンス期間にSDTL05B空洞内表面の不純物の成分分析を行うとともに、温水ベーキング,真空ポンプの増強とオイルフリー化などの対策、及び運転前の空洞コンディショニングを慎重に行った。この結果、マルチパクタの症状が改善し空洞に電力が入らない不具合領域が縮小した。本学会では、SDTL05B空洞の調査結果、及び不具合対策の結果について報告する。

論文

J-PARCリニアックRFQ2号機大電力試験用テストスタンド

堀 利彦; 千代 悦司; 篠崎 信一; 佐藤 文明; 森下 卓俊; 近藤 恭弘; 二ツ川 健太*; 福井 佑治*; 川村 真人*; 杉村 高志*; et al.

Proceedings of 9th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1240 - 1242, 2013/08

J-PARCリニアックの運転当初から使用しているRFQは、2008年に放電が頻発し大出力ビームを長時間安定に加速することが困難な状況となったため、そのバックアップ機としてRFQ2号機を製作するに至った。RFQ2号機は2011年3月に製作を終え、早い時期に大電力試験を行う予定であったが、同年3月11日に発生した東日本大震災の影響で、試験スケジュールは白紙の状況となった。震災後の高周波源グループは機器の復旧とビーム運転の再開を最優先課題としたが、この大電力試験を早期に行えるよう本テストスタンドの整備を2012年1月より本格的に開始した。ハード機器の整備、低電力システムの構築、高圧電源の試運転、クライストロンから空洞までの導波管接続などの作業を4月下旬には完了した。空洞サイドからの主な要求としては、パルス繰り返し数: 50pps、RFパルス幅: 600$$mu$$s(連続可変)、最大供給電力: 400kWなどであったが、5月下旬までの実稼働日数で19日間、高圧印加時間で約150時間の大電力試験を大きなトラブルなく消化した。

論文

High-power test and thermal characteristics of a new radio-frequency quadrupole cavity for the Japan Proton Accelerator Research Complex linac

近藤 恭弘; 森下 卓俊; 長谷川 和男; 千代 悦司; 平野 耕一郎; 堀 利彦; 小栗 英知; 佐藤 文明; 篠崎 信一; 杉村 高志*; et al.

Physical Review Special Topics; Accelerators and Beams, 16(4), p.040102_1 - 040102_8, 2013/04

 被引用回数:11 パーセンタイル:33.76(Physics, Nuclear)

J-PARCリニアックのための新しいRFQ (RFQ II)の大電力試験を行った。RFQ IIは、運転中のRFQに放電問題が起きたため、予備のRFQとして開発された。まず、RFQ IIのコンディショニングが行われ、50時間のコンディショニング後に既定の330kW, 3%デューティで非常に安定になった。次に、RFQ IIは冷却水の温度を調整することで周波数を調整するので、熱的性質を測定した。周波数応答を測定し、FEMモデルと比較し、良い一致が得られた。時間応答もシミュレーションと実験で一致した。また、RF負荷を変えた時の電磁場の変化を調べ、問題ないことを確認した。

論文

Recent progress with the J-PARC RFQs

近藤 恭弘; 森下 卓俊; 長谷川 和男; 川又 弘史*; 杉村 高志*; 内藤 富士雄*

Proceedings of 26th International Linear Accelerator Conference (LINAC 2012) (Internet), p.972 - 974, 2012/09

J-PARC RFQの最近の進展について報告する。まず、運転中のRFQ(RFQ I)は、震災による長期シャットダウンから復帰した。このRFQは、2008年から放電問題に悩まされているため、バックアップ用のRFQ(RFQ II)を開発中である。このRFQの大電力試験を2012年の4月から行い、定格電力,デューティ(333kW, 3%)で安定に運転できることを確認した。最後に、ビーム電流増強のための新たなRFQ (RFQ III)を製作中である。ビームダイナミクス設計は終了し、60mA, 1.2$$pi$$mm mrad入射で98%の透過率と、最小限のエミッタンスグロースでビームが出射されることをシミュレーションで確認した。第1,第2ユニットまでは、加工が終了しており、最初のユニットのロー付けが9月に予定されている。最後の第3ユニットについては現在加工中である。この論文では、それぞれのRFQの現状について述べる。

口頭

Development of new RFQs for J-PARC

森下 卓俊; 近藤 恭弘; 長谷川 和男; 杉村 高志*; 川又 弘史*; 内藤 富士雄*

no journal, , 

J-PARCリニアックでは、1MW運転に向けて大電流(50mA)に対応したRFQを設計し、2011年から製作に着手した。およそ3.6mのRFQ加速空洞は長手方向に3分割し、それぞれ、4枚のベイン(電極)をろう付け接合して製作する。従来はベイン先端のモジュレーション部は専用切削刃物を開発して加工されていたが、NC加工機とボールエンドミルを用いた切削加工方式を採用し、特殊刃物の開発にかかる期間を短縮し、コストを削減した。運転時の安定性を向上(放電破壊の低減)するためには、このモジュレーション表面を滑らかにすることが有効である。ボールエンドミル加工を採用したことでも従来に比べ表面粗さは改善したが、さらに化学研磨工程を導入することで表面をより滑らかにすることができた。

口頭

Fabrication and operating stability of the RFQs in J-PARC

森下 卓俊; 近藤 恭弘; 小栗 英知; 長谷川 和男; 川又 弘史*; 内藤 富士雄*; 杉村 高志*

no journal, , 

J-PARCリニアックでは大強度化(RCSでの1MW運転)を目指し、ビームの大電流化のため、新たに設計、製作したRFQ加速空洞の運転を開始した。RFQ加速空洞は実用に先立って、2013年春にテストベンチにて大電力投入試験を実施した。大電力投入試験開始からおよそ24時間で、投入電力は定格の1.2倍まで到達し、大電力運転時の健全性を確認した。本試験後、RFQ加速空洞はビームラインにインストールされ、2014年10月から現在までビーム供用運転に寄与している。運転中、ビームパラメータに依存して大電力RFのトリップ頻度が変化する傾向が見られるが、それに起因する稼働率の低下は、定格運転時では概ね1%程度である。本発表では、J-PARCにおけるRFQ加速空洞の特徴と製作詳細および運転時の安定性について報告する。

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