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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:7 パーセンタイル:41.96(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。

口頭

Operating status of the RF cavities in the J-PARC linac

森下 卓俊; 近藤 恭弘; 小栗 英知; 長谷川 和男; 田村 潤; 平野 耕一郎; 伊藤 崇; 南茂 今朝雄*; 杉村 高志*; 内藤 富士雄*

no journal, , 

J-PARC加速器はリニアック、3GeV-RCSおよび主リングで構成される。リニアックは、初段のイオン源で生成した負水素イオンを複数の高周波加速空洞を連携して加速し、RCSに入射している。高周波加速空洞は上流から高周波四重極空洞(RFQ), ドリフトチューブリニアック(DTL), 分離型DTL, 環結合空洞型結合(ACS)空洞からなる。リニアックでは2006年11月にビーム調整運転を開始し、2009年には実験施設へのビーム供給を開始した。2013年にはビームエネルギー増強のためACS加速空洞をインストールし、定格のビームエネルギーである400MeVに到達した。2014年には初段部(イオン源とRFQおよびビームチョッピングシステム)を一新し、ピーク電流50mAでの運転が可能になった。現在は中性子とミュオン実験に向けて0.27ms、ハドロン実験施設には0.1msのビームパルス幅で、ピーク電流50mAのビームをRCSに供給している。本ワークショップでは、高周波加速空洞の運転に関する進歩と動作安定性、および性能維持のためのメンテナンスについて報告する。

口頭

Long pulse arc-driven proton source for high intensity linac of iBNCT

柴田 崇統*; 杉村 高志*; 池上 清*; 高木 昭*; 佐藤 将春*; 内藤 富士雄*; 大越 清紀; 長谷川 和男

no journal, , 

As preparations for non-clinical studies in Ibaraki Boron Neutron Capture Therapy (iBNCT), physics and cell experiments have been started in 2018 by producing high intensity proton beam in the linac with beam energy up to 8 MeV and average current up to 2 mA. In order to satisfy original clinical trial conditions, higher beam intensity upgrade is required to obtain average 5 mA beam current with enough stability. For this purpose, an arc-driven proton source equipped with lanthanum hexaboride (LaB$$_{6}$$) filament is under development. A peak beam current of 53 mA is obtained in the off-line test-stand, which is equivalent to average 5 mA in the actual operation with beam pulse up to 1 ms and repetition up to 100 Hz. Generally, arc pulser power supply (PS) should be large size to satisfy high and stable arc voltage/current, while the space-saving is important for the medical application. In the present study, a new arc pulser PS is developed for these requirements. In the presentation, the arc pulser PS and brief status of the proton source development is reported.

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