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松田 誠; 仲野谷 孝充; 花島 進; 竹内 末広
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 654(1), p.45 - 51, 2011/10
被引用回数：7 パーセンタイル：44.28(Instruments & Instrumentation)原子力機構-東海タンデム加速器において、高強度の希ガスイオンビームを加速するためタンデム加速器の高電圧端子内に小型のECRイオン源を用いた重イオン入射器を開発した。高圧のSF
ガス雰囲気中の20URペレトロンタンデム加速器の高電圧端子でイオン源を運転するために行った多くの開発について記述した。窒素,酸素,ネオン,アルゴン,クリプトン及びキセノンの高多価イオンの加速に成功した。数年に渡るビーム加速の結果についてまとめている。
株本 裕史; 竹内 末広; 石崎 暢洋; 吉田 崇宏*; 石黒 貴之*; 山口 和司*
Proceedings of 6th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (CD-ROM), p.1120 - 1122, 2010/03
原子力機構東海の20MVタンデム加速器には重イオンのエネルギーを増強するための超伝導ブースターが設置されている。このブースターは40個の1/4波長型超伝導加速空洞で構成されるリニアックである。建設当時は1空洞あたりに4WのRF電力を入力した時の加速電界が5.0MV/m程度であったが、現在では約4.0MV/mまで低下してきている。超伝導加速空洞では表面のクリーンさが非常に重要であり、内部のニオブ表面へチリや金属粉が付着すると、高電界を発生させた時にトンネル効果で電子の電界放出現象(フィールドエミッション)が起こる。電子は高周波電場により加速されてニオブ表面に衝突し、制動X線発生や発熱、2次電子放出を引き起こすため加速電界が著しく制限される。われわれは高圧純水洗浄の技術を用いて性能の回復を試みることにした。高圧純水洗浄装置を製作して試験を行ったところ、洗浄によりフィールドエミッションの発生を抑えて加速電界を回復させることが確認できた。オンラインの20空洞に対しても洗浄処理を適用し、洗浄前には4.4MV/m(RF4W入力時)であった加速電界が洗浄直後には5.7MV/mまで回復した。
松田 誠; 遊津 拓洋; 沓掛 健一; 仲野谷 孝充; 花島 進; 竹内 末広
Proceedings of 6th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (CD-ROM), p.827 - 829, 2010/03
ECRイオン源は高多価・高強度の重イオンビームを生成することが可能であり、その電荷数はタンデム加速器の高電圧端子でのカーボンフォイルによる荷電変換よりも高くなっている。したがってECRイオン源をタンデム加速器の高電圧端子に搭載することにより、ビーム強度・ビームエネルギーを増強することが可能である。また加速不可能であった希ガスイオンの利用も可能となる。われわれは永久磁石型ECRイオン源を原子力機構-東海タンデム加速器の高電圧端子に搭載した。高電圧端子は絶縁高圧ガス中でかつ高電圧放電による電気的サージに晒される特殊な環境であるが、機器の開発・改良を重ねた結果、安定加速を実現し、期待通りの性能を発揮している。Xeイオンでは5+から30+までの多価イオンの加速に成功し、広範なエネルギーに渡るビームを得られ、最高エネルギーは480MeVとなった。学会では入射装置の開発と加速試験の詳細について発表する。
株本 裕史; 竹内 末広; 石崎 暢洋; 吉田 崇宏*; 石黒 貴之*; 山口 和司*
第22回タンデム加速器及びその周辺技術の研究会報告集, p.129 - 132, 2010/01
原子力機構東海タンデム加速器の後段には重イオンのエネルギーを増強するための超伝導ブースターが設置されており、1994年の運転開始以来、毎年40日程度のマシンタイムを提供している。建設当初は1空洞あたりに4WのRF電力を入力したときの加速電界が5.0MV/m前後であったが、現在では4.0MV/m付近まで低下してきている。超伝導加速空洞では表面のクリーンさが非常に重要であり、内部のニオブ表面へ金属粉やゴミ等が蓄積すると、高電界を発生させた時にトンネル効果で電子の電界放出現象(フィールドエミッション)が起こる。電子は高周波電場により加速されてニオブ表面に衝突し、発熱や2次電子放出を引き起こすため加速電界が著しく制限される。われわれは高圧純水洗浄の技術を用いて性能の回復を試みることにした。洗浄装置を製作して試験を行ったところ良好な結果が得られており、オンラインの空洞に対しても適用する予定である。
株本 裕史; 竹内 末広; 松田 誠; 石崎 暢洋; 乙川 義憲
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 612(2), p.221 - 224, 2010/01
被引用回数：1 パーセンタイル：13.85(Instruments & Instrumentation)タンデム加速器及びTRIAC施設からの低速度重イオンを加速するために、超伝導2芯1/4波長型空洞共振器(Twin-QWR)のプロトタイプを製作した。加速空洞は中心導体が2本入る3ギャップの構造となっており、共振周波数は129.8MHz、最適ビーム速度は光速の6%に設計されている。中心導体は超伝導体のニオブでできており、外部胴体はニオブと銅を爆発圧着して製作したクラッド板でできている。中心導体と外部胴体はニオブ製のコンタクトリングで接続される構造になっており、中心導体のみを取り出して表面処理や熱処理を施すことができる。空洞の試験を行いRF電力で4Wを入力したときの加速電界が5.8MV/mを確認しており、所期の性能を達成した。
株本 裕史; 竹内 末広; 松田 誠; 石崎 暢洋; 乙川 義憲
Proceedings of 14th International Conference on RF Superconductivity (SRF 2009) (Internet), p.849 - 853, 2009/11
原子力機構東海20MVタンデム型静電加速器の後段には重イオンのエネルギーを増強するために超伝導ブースターが設置されている。ブースターは40個の超伝導加速空洞で構成されるリニアックで、共振周波数は129.8MHz、最適ビーム速度は光速の10%に設計されている。超伝導ブースターでTRIAC施設からの短寿命核・安定核ビーム及びタンデムからの低速度重イオンビームを加速する構想があり、そのためにはより低速度のビーム加速に適した空洞が必要となる。そのプロトタイプとしてLow
超伝導加速空洞の開発を行った。空洞は3ギャップの2芯1/4波長型空洞共振器(Twin-Quarter Wave Resonator)であり、最適ビーム速度は光速の6%となっている。中心導体が2本入るタイプの空洞は実用例がほとんどない。また、中心導体と外部胴体の間に流れる超伝導電流をニオビウム製のコンタクトリングで確保するユニークな構造となっている。空洞の試作機を製作し、オフライン性能試験においてQ
値9
10
,加速電界5.8MV/m(RF入力4W時)を確認しており、十分、実用に耐えうる性能を確保した。
松田 誠; 遊津 拓洋; 仲野谷 孝充; 沓掛 健一; 花島 進; 竹内 末広
Journal of Physics; Conference Series, 163, p.012112_1 - 012112_4, 2009/06
被引用回数：3 パーセンタイル：75.18(Physics, Multidisciplinary)Electron cyclotron resonance ion sources (ECRIS) are able to produce intense beams of highly charged positive ions. It is possible to increase beam intensity, beam energy and beam species by utilizing an ECRIS in the tandem accelerator. A 14.5 GHz all permanent magnet ECRIS has been installed in the high voltage terminal of the tandem accelerator at Japan Atomic Energy Agency at Tokai. The high voltage terminal is in a severe environment, i.e. it is filled with the pressurized insulation gas of 5.5 atm and itself is held at a voltage of 20 MV at maximum. The components of the injector have been confirmed to be pressure-resistant. A control system and circuits were designed to prevent damages from electrical discharges, and these electrical devices were heavily shielded. For the reason that ion pumps do not work for inert rare gases, a turbo molecular pump and a rotary pump were newly developed for the use in the high pressure gas. As a result of their developments, highly charged ions of Ne, Ar, Kr and Xe have been accelerated from the new injector. The rare gas ions have been available, and the intensities have been ten times higher than those before. Xe ion can be accelerated up to 400 MeV.
竹内 末広; 千葉 敏; 永目 諭一郎
核データニュース(インターネット), (93), p.42 - 45, 2009/06
原子力機構-東海には加速電圧20MVの大型タンデム加速器があり、1982年以来原子力の基礎研究のため陽子ビームをはじめ各種重イオンを安定に加速し、また加速器開発により性能向上を図りつつ、国内外に開かれた利用を進め、先端基礎研究を支えてきた。このような由来が評価され、当タンデム加速器は標記の標題で日本原子力学会の原子力歴史構築賞を受賞した。本発表は核データセンターの発行する核データニュースに核データの整備に歴史的に貢献してきた一つの施設として解説記事を掲載するものである。本文第1節は、旧日本原子力研究所における静電加速器の草分けから始まり、タンデム加速器施設の紹介と今日に至るまでの継続的な加速器開発と利用状況を述べ、いかに原子力の先端基礎研究に先導的貢献をしてきたかを示した。第2節以降は利用成果の紹介であり、核融合炉開発に有用な中性子断面積の測定などを中性子散乱スペクトロメータを用いて行い、一連の成果がJENDL-3, -4の核データ評価に貢献したこと、希土類あるいはアクチノイド領域における17の新核種発見、重イオン照射における電子励起効果などについて述べている。
超伝導加速空洞の開発株本 裕史; 竹内 末広; 石崎 暢洋; 松田 誠; 乙川 義憲
JAEA-Conf 2008-005, p.137 - 140, 2008/03
原子力機構東海タンデム加速器ではJAEA
KEK共同研究施設(TRIAC)からの安定核・短寿命核ビーム及びタンデムからの低速度ビームを超伝導ブースターで再加速する計画を立案している。低速度重イオンビームを超伝導ブースターで効率よく加速するためには前段加速器が必要であり、Low超伝導加速空洞の開発を進めている。モデル空洞による電磁界分布の測定と電磁界解析ソフトMAFIAによる解析を行って空洞の形状を決定し、2006年度にはプロトタイプ空洞の製作を完了した。液体ヘリウム温度4.2Kにおいて試験を行いQ値: 910,加速電界: 5.8MV/m(RF入力4W時)の性能を確認し、目標の5.0MV/mを超える性能に到達した。また、周波数安定性の試験も合わせて行った。ヘリウム圧力に対する共振周波数変化は0.71kHz/(kgf/cm
)であり、既存の超伝導ブースターと比べて2.6倍大きい値であった。
松田 誠; 左高 正雄; 竹内 末広; 月橋 芳廣; 花島 進; 阿部 信市; 長 明彦; 石崎 暢洋; 田山 豪一; 仲野谷 孝充; et al.
JAEA-Conf 2008-005, p.42 - 45, 2008/03
2006年度のタンデム加速器の利用運転日数は201日であった。最高加速電圧は18MVを維持し、利用されたイオン種は19元素(26核種)であった。昨年度、発生した故障事例として、加速器の入射ビームラインでビーム形状が変動する現象が発生した。原因は静電四重極レンズの電極コネクタの接触不良であった。一般に開放端の電極の接続状況を確認することは難しいが、われわれは静電容量結合法による診断で接続異常箇所の特定を行った。この手法はほかの静電光学要素に適用できる技術である。ほかにターミナル電圧が不安定となる事象が発生した。チャージング電流が通常の6割程度しか流れていないため、タンクを開放してチャージング系の総点検を行った。その結果、抵抗の破損とケーブルの製作及び取付不良が確認され、修理を行った。研究会では昨年度の加速器の運転・利用状況及び整備・開発状況について発表する。
松田 誠; 竹内 末広; 月橋 芳廣; 花島 進; 阿部 信市; 長 明彦; 石崎 暢洋; 田山 豪一; 仲野谷 孝充; 株本 裕史; et al.
第19回タンデム加速器及びその周辺技術の研究会報告集, p.9 - 12, 2007/01
2005年度のタンデム加速器の運転日数は182日であった。最高端子電圧は19.1MVを記録し、18MVで計8日間の実験利用が行われた。利用されたイオン種は21元素であり、
Oの利用が全体の約2割で、
H, 
Li, 
Xeの利用はそれぞれ約1割を占め、H, Liはおもに短寿命核加速実験での一次ビームに利用された。加速器の定期整備では通常の整備項目以外に、高電圧端子内イオン源を高電圧端子の180
偏向電磁石の上流側に移設する作業を行った。この配置により質量電荷比の近いビームを精度よく分離し加速管へ入射できるようになった。また負イオンビーム入射ラインのミスアライメントの修正を行った結果ビーム通過率が改善した。昨年度はタンク開放を必要とする故障が2件発生し、どちらも高電圧端子内の180電磁石電源に起因するものであった。高エネルギー加速器研究機構と共同で進めている短寿命核加速実験施設の実験利用が開始され、Liを用いた実験が行われた。今後、年間50日の短寿命核ビームを用いた実験が行われる予定である。
超伝導加速空洞の性能試験株本 裕史; 竹内 末広; 石崎 暢洋; 松田 誠; 乙川 義憲
Proceedings of 4th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 32nd Linear Accelerator Meeting in Japan (CD-ROM), p.469 - 471, 2007/00
原子力機構東海タンデム加速器では安定核・短寿命核ビームを発生するJAEA・KEK共同研究施設(TRIAC)の建設を終了し、2004年度からウラン標的による短寿命核の加速を開始した。当初はイオンのエネルギー1.1MeV/uで運転を行うが、将来的にはイオンを超伝導ブースターで再加速しクーロン障壁を越える約5
8MeV/uのビームを得る計画を進めている。イオンを超伝導ブースターで効率よく加速するためには1.1MeV/uのビームを2.0MeV/uまで加速する前段加速器が必要である。その候補として低速度重イオンを効率よく加速できるLow超伝導加速空洞(Twin-QWR)の開発を進めており、2005年度にプロトタイプの空洞を製作した。2006年度には空洞の性能試験を行ったのでその結果を報告する。
松田 誠; 仲野谷 孝充; 沓掛 健一; 花島 進; 竹内 末広
Proceedings of 4th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 32nd Linear Accelerator Meeting in Japan (CD-ROM), p.736 - 738, 2007/00
原子力機構タンデム加速器では高電圧端子内の入射装置に10GHzの永久磁石型電子サイクロトロン共鳴イオン源(ECRIS)が設置され、イオンビームの強度及びエネルギーの増強が行われている。このイオン源から引き出されるイオンビームを有効に利用するため、高電圧端子の低エネルギー側に設置する新たな入射装置を開発した。この配置では十分な磁場強度と分解能を有する180偏向電磁石をビーム分析に使用するので、質量電荷比の大きなイオンが利用でき、かつ加速管へ入射するビームの精度よい分離が可能である。新入射装置では質量電荷比の大きなXe
(A/q
20)イオンなども利用可能になったことで50MeVの低エネルギービームの加速が可能となり、50MeV300MeVの広範なエネルギー領域のビームが利用できる唯一の加速器となった。新たな入射装置の開発とその利用状況について報告する。
松田 誠; 竹内 末広; 月橋 芳廣; 花島 進; 阿部 信市; 長 明彦; 石崎 暢洋; 田山 豪一; 仲野谷 孝充; 株本 裕史; et al.
Proceedings of 3rd Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 31st Linear Accelerator Meeting in Japan, p.275 - 277, 2006/00
2005年度のタンデム加速器の運転日数は182日であった。加速管の更新により最高端子電圧は19.1MVに達し18MVでの実験利用が開始された。利用イオン種は21元素(28核種)であり、Oの利用が全体の約2割で、おもに核化学実験に利用された。p, Li, Xeの利用はそれぞれ約1割を占め、p, LiはおもにTRIACの一次ビームに利用された。超伝導ブースターの運転日数は34日で、昨年度から始まったTRIACの実験利用は12日であった。開発事項としては、タンデム加速器では加速管を更新し最高電圧が19MVに達した。また高電圧端子内イオン源の14.5GHzECRイオン源への更新計画が進行している。超伝導ブースターは1994年以来高エネルギービームの加速に利用されてきたが、近年になりインジウムガスケットに起因する真空リークが発生している。空洞のQ値も下がってきており、対策として空洞に高圧超純水洗浄を施し性能を復活させる試験を進めている。KEKと共同で進めてきたTRIACは2005年3月に完成し、10月から利用が開始された。TRIACからのビームを超伝導ブースターにて58MeV/uのエネルギーまで加速する計画を進めており、TRIACからの1.1MeV/uのビームを効率よく加速するため、low空洞の開発を行っている。
株本 裕史; 竹内 末広; 松田 誠; 飯島 明彦*; 吉田 崇宏*; 宇佐見 孝弘*; 飛田 哲史*
Proceedings of 3rd Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 31st Linear Accelerator Meeting in Japan (CD-ROM), p.819 - 821, 2006/00
原子力機構東海タンデム加速器では安定核・短寿命核ビームを発生するJAEAKEK共同研究施設の建設を進めており、昨年度より運転を開始した。当初はエネルギー1.1MeV/核子で運転を行うが、将来的にはイオンを超伝導ブースターで再加速し約58MeV/核子のビームを得る計画を進めている。イオンを超伝導ブースターで効率よく再加速するためには1.1MeV/核子のビームを2.0MeV/核子まで加速する前段加速器が必要であり、低速度重イオン加速用超伝導空洞共振器の開発を進めている。
松田 誠; 竹内 末広; 月橋 芳廣; 堀江 活三*; 大内 勲*; 花島 進; 阿部 信市; 石崎 暢洋; 田山 豪一; 仲野谷 孝充; et al.
第18回タンデム加速器及びその周辺技術の研究会報告集, p.11 - 14, 2005/11
2004年度の原研タンデム加速器の運転日数は、7月に高電圧端子との通信トラブルが発生したが、例年並の214日(約5000時間)を維持できた。そのうちブースターの利用運転は42日であった。最高端子電圧は高圧超純水洗浄を施したコンプレスドジオメトリ型加速管の更新により、約1年余りでビーム無しで18.7MV、ビーム有りで18.0MVを記録し建設以来の最高となった。KEKと共同で進めてきた短寿命核加速実験施設(TRIAC)の設置に伴い、新たなインターロックシステムを構築した。一方TRIACは3月に施設検査を終了し、ウランの陽子誘起核分裂反応で生成された
Xe(T
=14min)ビームの加速に初めて成功した。本研究会では、2004年度における運転,整備及び利用状況について報告する。
超伝導加速空洞の開発株本 裕史; 竹内 末広; 松田 誠; 仲野谷 孝充
第17回タンデム加速器及びその周辺技術の研究会報告集, p.135 - 137, 2004/06
原研タンデム加速器では短寿命核,安定核ビームを発生するKEK・原研共同研究施設を建設している。2004年度中にエネルギー1.0MeV/核子で運転を開始する予定であるが、将来的にはイオンをブースターで再加速し約7.0MeV/核子のビームを得る計画を立案している。イオンをブースターで再加速するためには2.0MeV/核子まで加速する必要があり、前段加速器としてLow超伝導加速空洞の開発を進めている。ブースターは共振周波数129.8MHzの超伝導リニアックで、40個の空洞から構成されている。空洞は2ギャップの同軸1/4波長型共振器で、最適ビーム速度optは光速の10%に設計されている。このopt=10%空洞の前段から8個を開発中の3ギャップ同軸2芯1/4波長型共振器(opt=約6%)に置き換え、1.0MeV/核子のイオンを2.0MeV/核子まで加速する。さらにopt=10%空洞を後段に4個追加し、合計36個のopt=10%空洞で再加速すればクーロン障壁を越えるエネルギー約7.0MeV/核子の短寿命核,安定核ビームを得ることができる。現在、モデル空洞で設計の検討を行っており、年度内にニオビウムでプロトタイプを製作する予定である。
松田 誠; 竹内 末広; 月橋 芳廣; 堀江 活三; 大内 勲; 花島 進; 阿部 信市; 石崎 暢洋; 田山 豪一; 仲野谷 孝充; et al.
第17回タンデム加速器及びその周辺技術の研究会報告集, p.1 - 4, 2004/00
原研タンデム加速器では昨年度、加速管をコンプレスドジオメトリ型の加速管へ更新した。加速管内の超音波及び高圧純水洗浄の効果により、わずか1週間程のコンディショニングで更新前の約16MVの端子電圧を達成することができた。充分なコンディショニング時間を確保できなかったが、1MV及び2MVユニットでは平均で110%の電圧を達成し、フルカラムによる電圧上昇試験で18.2MVを達成した。そのほか強力なターミナルイオン源への更新のために入射系の改造を行うべく準備を進めており、昨年度ガスストリッパー装置の撤去を行った。短寿命核加速施設は昨年度までの3年間で施設の建設及び装置の設置はほぼ終了し、今年度中の短寿命核の加速実験を目指して装置全体の立ち上げ及びインターロックなどの安全装置の製作を現在行っている。また短寿命核加速施設からの1MeV/uのビームを既存の超電導ブースターで加速できるように現在のブースターの前段部に
=6%のlow空洞を設置し最大57MeV/uまで加速する計画を進めている。研究会ではこのほかに昨年度のタンデム加速器施設の運転、整備の状況について報告する。
仲野谷 孝充; 阿部 信市; 松田 誠; 西尾 勝久; 花島 進; 市川 進一; 月橋 芳廣; 竹内 末広; 石山 博恒*; Jeong, S.-C.*; et al.
第17回タンデム加速器及びその周辺技術の研究会報告集, p.123 - 126, 2004/00
現在、原研タンデム加速器施設では、短寿命核ビームによる新たな研究の展開を目指し、高エネルギー加速器研究機構(KEK)と共同で短寿命核加速実験装置(TRIAC: Tokai Radioactive Ion Accelerator Complex)の設置を進めている。この計画では、ウラン標的装着型イオン源,同位体分離器の開発・整備を原研が行い、チャージブリーダー及び2台の直線加速器(SCRFQ直線加速器,IH直線加速器)の開発をKEKが担当してきた。平成15年度までに加速器及びチャージブリーダーのKEKからの移設が完了した。今年度は、装置全体の立ち上げを行い、年内に短寿命核の加速を予定している。ここでは、TRIAC利用時における安全対策と新しく構築したインターロックについて報告する。
竹内 末広; 仲野谷 孝充; 株本 裕史; 吉田 忠
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 513(3), p.429 - 438, 2003/11
被引用回数：3 パーセンタイル：27.69(Instruments & Instrumentation)原研(東海)タンデム加速器では加速電圧を18-20MVに改善するため加速管をコンプレスドジオメトリー型の新加速管に更新する計画をすすめている。新加速管に交換することで加速ギャッブ数が増え加速電圧を改善できる可能性がある。しかし、大型加速器では一般に交換後のコンディショニングには1-2か月の長い期間を要する。そこで、加速管内面をあらかじめ高圧純水洗浄により洗浄し、放電の源となる、あるいは放電を助長する絶縁体表面の汚れや微粒子を除去することにより、放電活動を抑制し短期間で期待する電圧にすることを考えた。高圧純粋洗浄した従来の加速管1MV分6本をタンデム加速器で高電圧試験を行い、また新加速管3MV分6本を高圧純粋洗浄し加速管メーカーのNEC社の3MV試験装置で高電圧試験を行った。結果は、どちらも定格電圧を短時間で越え、かつ放電は従来の加速管と比べ極めて少なかった。新加速管3MVの試験ではコンディショニングは加速管が安定に近い状態で進み24時間内に高度に安定な状態に達した。これで加速電圧の改善計画に明るい展望が開けた。本文では洗浄効果,セラミックスの表面などについての研究成果を述べており、放電活動は絶縁体表面の汚れや微粒子が主な原因であったことを明らかにしている。
