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論文

Development of next-generation timing system for the Japan Proton Accelerator Research Complex

田村 文彦; 高橋 博樹; 上窪田 紀彦*; 伊藤 雄一*; 林 直樹

IEEE Transactions on Nuclear Science, 68(8), p.2043 - 2050, 2021/08

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Engineering, Electrical & Electronic)

J-PARCのような大強度陽子加速器では、高精度で安定したタイミングシステムが必要である。J-PARCの建設中に開発された既存のタイミングシステムは、2006年の運転開始から大きな問題なく稼働している。しかし、10年以上の運転期間が経過し、信号伝達の主要なコンポーネントである光素子が製造中止となり、今後の長期にわたるシステムの維持が困難となったため、次世代タイミングシステムの開発を行った。新システムは、動作原理の点で既存システムとの互換性を考慮して設計されている。本発表では、次世代タイミングシステムのシステム構成と現状について報告を行う。

論文

Fundamental study on scheduling of inspection process for fast reactor plants

鈴木 正昭*; 伊藤 真理*; 橋立 竜太; 高橋 慧多; 矢田 浩基; 高屋 茂

2020 9th International Congress on Advanced Applied Informatics (IIAI-AAI 2020), p.797 - 801, 2021/07

To realize the reasonable and effective maintenance of nuclear power plants, it is essential to optimize the maintenance scheduling management from the viewpoints of both safety and efficiency. As a fundamental study, we propose an inspection-process-scheduling model that minimizes the total number of inspections in a fast reactor. In this study, we formulate the inspection-process-scheduling problem as an integer programming problem. Computing the inspection-process schedules for a simplified fast reactor plant model, we verified that the proposed model can provide the optimal schedule automatically.

論文

「もんじゅ」点検期間長期化の要因分析及び次世代高速炉の保全合理化案の提案,2; 低温停止期間における「もんじゅ」の保全計画分析

豊田 晃大; 橋立 竜太; 高橋 慧多; 矢田 浩基; 高屋 茂

保全学, 20(2), p.95 - 103, 2021/07

It is necessary to implement reasonable maintenance based on characteristics of a nuclear power plant to achieve both high safety and high economic efficiency of the power plant. The prototype fast breeder reactor "Monju" spent most of the year on maintenance. It is important to identify causes of the prolonged maintenance of "Monju" and consider countermeasures for subsequent fast reactors. In this study, we investigate causes of the prolonged maintenance by analyzing the Monju's maintenance plan. Further, we make proposals for optimizing the maintenance of next-generation fast reactors to address the identified issues.

論文

Polarization analysis for small-angle neutron scattering with a $$^{3}$$He spin filter at a pulsed neutron source

奥平 琢也; 上田 祐生; 廣井 孝介; 元川 竜平; 稲村 泰弘; 高田 慎一; 奥 隆之; 鈴木 淳市*; 高橋 慎吾*; 遠藤 仁*; et al.

Journal of Applied Crystallography, 54(2), p.548 - 556, 2021/04

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.02(Chemistry, Multidisciplinary)

$$^{3}$$Heスピンフィルタを中性子スピン解析子として使用することにより、パルス中性子源での中性子小角散乱実験において、偏極解析を行うことに成功した。本実験に使用した$$^{3}$$Heスピンフィルタは中性子小角散乱実験を行うために十分な立体角をカバーすることができ、$$^{3}$$He偏極緩和時間も数日と長く、これは実験を完遂するために十分な性能である。水素原子による非干渉性散乱は非常に大きく、試料の組成から計算によって非干渉性散乱量を見積もる試みが行われていたが、正確に非干渉性散乱量を決定することは難しかった。しかし本研究では試料内での中性子の多重散乱を考慮した偏極解析実験を行うことで、干渉性散乱と非干渉性散乱を正確に分離することが可能となった。現在までパルス中性子源での中性子小角散乱では、偏極解析の手法が確立されていなかったが、本成果によって、様々な種類の試料に対して干渉性散乱と非干渉性散乱を正確に分離することができるようになると予想される。

論文

Recent status & improvements of the RCS vacuum system

神谷 潤一郎; 古徳 博文; 引地 裕輔*; 高橋 博樹; 山本 風海; 金正 倫計; 和田 薫*

JPS Conference Proceedings (Internet), 33, p.011023_1 - 011023_6, 2021/03

J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)の真空システムは、出力強度1MWのビーム運転においても安定にビームラインの真空を維持するために、運転開始から現在に至るまで綿密な保守を行う一方で各種高度化を続けてきた。広範囲で排気速度を保つターボ分子ポンプの主排気系への採用、ターボ分子ポンプのタッチダウントラブルを防ぐための長尺ケーブル化実施、極高真空領域まで計測可能な高精度真空計の導入、磁場遮蔽を兼ねた磁性材料真空容器の設置等である。そして、2018年の1MW出力でのビーム運転時のガス放出問題を受けて真空ポンプの増強を行い、2019年の1MWの10.5時間運転ではビームラインの圧力上昇は微小となり、真空を原因とするダウンタイムをなくすことができた。現在、高強度材料で回転数を上げたターボ分子ポンプの設計検討を行うなど、より高いビーム強度での多量の放出ガスへの対応策を進めているところである。本発表では、RCSの真空システムの10年間にわたる運転実績を総括するとともに、将来のより高強度なビーム運転を見据えた真空機器の高度化について発表する。

論文

Origin of magnetovolume effect in a cobaltite

Miao, P.*; Tan, Z.*; Lee, S. H.*; 石川 喜久*; 鳥居 周輝*; 米村 雅雄*; 幸田 章宏*; 小松 一生*; 町田 真一*; 佐野 亜沙美; et al.

Physical Review B, 103(9), p.094302_1 - 094302_18, 2021/03

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Materials Science, Multidisciplinary)

層状ペロブスカイトPrBaCo$$_{2}$$O$$_{5.5}$$は、熱膨張のない複合材料を作るために必要な負の熱膨張(NTE)を示す。NTEは、自発的な磁気秩序と密接に関連していることがわかっていた(磁気体積効果: MVE)。今回、われわれは、PrBaCo$$_{2}$$O$$_{5.5}$$の連続的な磁気体積効果が、本質的には不連続であり、大きな体積を持つ反強磁性絶縁体(AFILV)から、小さな体積をもつ強磁性卑絶縁体(FLISV)への磁気電気的相転移に起因することを明らかにした。また、磁気電気効果(ME)は、温度,キャリアドーピング,静水圧,磁場などの複数の外部刺激に対して高い感度を示した。これは、これまでよく知られている対称性の破れを伴う巨大磁気抵抗やマルチフェロイック効果などのMEとは対照的であり、輝コバルト鉱のMEは同一の結晶構造で起こる。われわれの発見は、MEとNTEを実現するための新しい方法を示しており、それは新しい技術に応用されるかもしれない。

論文

「もんじゅ」点検期間長期化の要因分析及び次世代高速炉の保全合理化案の提案,1; 低温停止中の「もんじゅ」のプラント工程の分析

橋立 竜太; 豊田 晃大; 高橋 慧多; 矢田 浩基; 高屋 茂

保全学, 19(4), p.115 - 122, 2021/01

原子力発電所の安全性と経済性を両立させるためには、発電所の特性に基づく合理的な保全を実現させる必要がある。一方で高速増殖原型炉「もんじゅ」は、年間の大半をメンテナンスに費やしてきた。もんじゅの点検期間長期化の要因を明らかにし、次世代高速炉の合理的な保全を実現することは重要である。本研究では、低温停止中のもんじゅの点検長期化の要因について、もんじゅのプラント工程を基に分析した。また抽出された課題から、保全の合理化の観点を提案した。

論文

加速器におけるMTCA普及に向けて

田村 文彦; 吉井 正人*; 上窪田 紀彦*; 高橋 博樹

Proceedings of 17th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.68 - 72, 2020/09

MTCA(マイクロTCA)は加速器における高度な制御の次世代プラットフォームとして期待されている。現在広く用いられているVMEよりも高速、大容量のデータ転送が可能なバックプレーンや、用途に応じた各種モジュールがホットスワップ可能であることによる高い保守性を誇る点などが、MTCAの利点として挙げられる。高エネルギー加速器研究機構の加速器において低電力高周波(ローレベルRF)制御への適用がなされたのちに、世界の多くの加速器においてMTCAは採用されるようになった。日本国内の加速器でのMTCAの広がりには時間を要しているのが実情であるが、最近になりJ-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)のローレベルRF制御などの大規模な採用事例も増えてきた。本発表では、J-PARC RCSでのローレベルRFでの適用を中心としたMTCAの採用事例を報告し、また、今後のMTCA普及のための取り組みについて報告を行う。

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:0.07

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

J-PARC次世代タイミングシステム

田村 文彦; 高橋 博樹; 上窪田 紀彦*; 伊藤 雄一; 林 直樹

Proceedings of 16th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.149 - 152, 2019/07

J-PARCタイミングシステムは2006年のリニアックのビーム運転開始から現在に至るまで安定に動作しており、供給される正確なタイミング信号は大強度ビームの加速,供給に不可欠なものとなっている。一方、運用開始から10年以上が経過し、タイミング信号の伝送に使用されている光素子の生産中止など、現状のままでのタイミングシステムの維持は困難である。このため次世代タイミングシステムへの更新を検討している。現システムでは機器を動作させるためのタイミング信号を各装置に3本のケーブルで分配する必要があるが、次世代システムではこれらを高速シリアル通信技術を用いて1本の光ケーブルで伝送する。また、送信モジュールから受信モジュールに至るまで電気ケーブル配線を用いないことで、ノイズ環境の悪い電源室等での動作の一層の安定化が期待される。本発表では、J-PARC次世代タイミングシステムの詳細、開発および移行の方針について報告する。

論文

J-PARC LinacおよびRCSのMPSモジュールの更新

高橋 博樹; 林 直樹; 西山 幸一*; 鈴木 隆洋*; 石山 達也*

Proceedings of 16th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.271 - 274, 2019/07

J-PARCにおいては機械保護システム(MPS)は、ビームロスによる損傷と機器の放射化を最小限に抑えるために特に重要なシステムである。しかしながら、J-PARC稼働初期から使用されているMPSモジュールがあるため、これらの経年化対策が必要不可欠となっている。J-PARC LinacとRCSのMPSは5種類のモジュールで構成されるが、今回、機能が重要かつ使用数が多いMPSシャーシおよび標準モジュールについて設計を行った。そして、新MPSシャーシおよびモジュールについて性能試験から、信号の伝送速度などは既存MPSと同等の性能を有し、かつ、耐ノイズ性などの一部機能については性能向上に成功したことが確認された。本件では、新モジュールの設計・製作状況とMPSの更新計画について述べる。

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*

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

Reaction rate analyses of accelerator-driven system experiments with 100 MeV protons at Kyoto University Critical Assembly

Pyeon, C. H.*; Vu, T. M.*; 山中 正朗*; 菅原 隆徳; 岩元 大樹; 西原 健司; Kim, S. H.*; 高橋 佳之*; 中島 健*; 辻本 和文

Journal of Nuclear Science and Technology, 55(2), p.190 - 198, 2018/02

 被引用回数:13 パーセンタイル:92.61(Nuclear Science & Technology)

京都大学臨界集合体において、100MeV陽子と鉛ビスマスを組み合わせた核破砕中性子による加速器駆動システム(ADS)の反応率測定実験を行っている。反応率測定は、箔放射化法を用いた。解析にはMCNP6.1を用い、核データとして高エネルギー粒子輸送にはJENDL/HE-2007、中性子輸送にはJENDL-4.0、反応率にはJENDL/D-99を用いた。実験と解析の結果から、未臨界度に依存した反応率が明らかとなった。一方で、固定源計算における高エネルギー領域の反応率の精度については課題が残ることがわかった。

論文

J-PARC 3GeVシンクロトロンビームコリメータの故障原因究明作業

岡部 晃大; 山本 風海; 神谷 潤一郎; 高柳 智弘; 山本 昌亘; 吉本 政弘; 竹田 修*; 堀野 光喜*; 植野 智晶*; 柳橋 亨*; et al.

Proceedings of 14th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.853 - 857, 2017/12

J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)には、ビーム損失を局所化し、機器の放射化を抑制するためにビームコリメータが設置されている。RCSにて加速中に広がったビームハローは、すべてコリメータ散乱体によって散乱され、吸収体部にて回収される。2016年4月のコリメータ保守作業時に吸収体部の1つで大規模な真空漏れが発生したため、代替の真空ダクトを設置することで応急的な対処を行い、ビーム利用運転を継続した。取り外したコリメータの故障原因を特定するためには、遮蔽体を解体し、駆動部分をあらわにする必要がある。しかし、故障したコリメータ吸収体部は機能上非常に高く放射化しており、ビームが直接当たる真空ダクト内コリメータ本体では40mSv/hという非常に高い表面線量が測定された。したがって、作業員の被ばく線量管理、及び被ばく線量の低減措置をしながら解体作業を行い、故障したコリメータ吸収体の真空リーク箇所の特定に成功した。本発表では、今回の一連の作業及び、コリメータの故障原因について報告する。

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

Comparison of solid-water partitions of radiocesium in river waters in Fukushima and Chernobyl Areas

高橋 嘉夫*; Fan, Q.*; 菅 大暉*; 田中 万也; 坂口 綾*; 武市 泰男*; 小野 寛太*; 間瀬 一彦*; 加藤 憲二*; Kanivets, V. V.*

Scientific Reports (Internet), 7(1), p.12407_1 - 12407_11, 2017/09

 被引用回数:18 パーセンタイル:67.59(Multidisciplinary Sciences)

本研究では、河川における粒子状物質及び堆積物への放射性セシウムの分配挙動を支配する要因に関して、福島とチェルノブイリの違いに着目した。プリピァチ川(チェルノブイリ)では溶存態の放射性セシウムが主要であった。これは鉱物粒子表面を有機物がコーティングすることにより放射性セシウムの吸着を阻害しているためであると考えられる。一方、口太川(福島)ではこうした有機物による阻害効果は小さく鉱物粒子に強く吸着していることが明らかとなった。福島とチェルノブイリの河川におけるこうした対照的な放射性セシウムの挙動は、両者の地質や土壌タイプの違いを反映していると考えられる。

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。

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