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沖田 英史; 守屋 克洋; 山田 逸平; 地村 幹; Saha, P. K.; 原田 寛之; 菖蒲田 義博; 吉本 政弘; 田村 文彦; 山本 昌亘; et al.
JPS Conference Proceedings (Internet), 45, p.011130_1 - 011130_8, 2026/06
J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)は、2015年に設計ビーム強度1MWでのビーム加速を初めて実証し、現在では、1MW定常運転を行っている。今後、高稼働率で安定な1MW定常運転を実現するために、J-PARCではさまざまな装置開発が進められている。その一環として、高周波加速(RF)電源にかかる負荷を40%削減可能なシングルエンド空胴を開発した。同時にRF電源自体の強化を目的とした大出力半導体増幅器も開発中である。また、大強度運転時のビーム運動の不安定性の原因となるキッカーのインピーダンスは、ダイオードユニットを電源に実装することで大幅な低減が可能となった。これらの技術開発により、運転の高稼働率化と安定性向上が見込めるとともに、将来必要な、1MW超のビーム加速が可能である見通しが得られた。本発表では、1MW高稼働率運転や1MW超ビームの実現に向けた取り組みの詳細について報告する。
Saha, P. K.; 原田 寛之; 田村 文彦; 菖蒲田 義博; 小島 邦洸; 吉本 政弘; 沖田 英史; 岡部 晃大; 畠山 衆一郎; 仲野谷 孝充; et al.
Proceedings of 22nd Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.549 - 553, 2026/03
The RCS (Rapid Cycling Synchrotron) of the J-PARC has already started 1 MW routine operation by minimizing the beam loss. However, to ensure always net 1 MW beam power at the present MLF targets, RCS has to achieve more than 1 MW beam power in a near future. This is needed to overcome the RCS duty to the MLF reduced by gradually getting faster operation cycle of the Main Ring. Achieving this goal strongly relies on the significant beam loss mitigation which increase nonlinearly due to the space charge effect (Coulomb repulsion) of beam particles being same charge. Recently we have performed systematic beam studies and detail numeral beam simulations by optimizing many parameters of the injection beam as well as RCS parameters in both transverse and longitudinal directions. We achieved a considerable beam loss mitigation at 1.5 MW resulting in a beam loss rate even lower than present operation at 1 MW. The beam loss occurs only at lower beam energies well controlling and perfectly localizing at the collimator section. The beam loss power is estimated to be only 70 W, sufficiently smaller than the collimator capacity of 4 kW, demonstrating RCS capability to operate at 1.5 MW with minimum machine activation.
田村 由起子*; 荒川 勝利*; 竹中 幹人*; 中西 洋平*; 藤波 想*; 柴田 基樹*; 山本 勝宏*; 宮田 登*; 山田 雅子*; 瀬戸 秀紀*; et al.
Polymer, 333, p.128662_1 - 128662_8, 2025/08
被引用回数：2 パーセンタイル：23.56(Polymer Science)To investigate the relationship between the mechanical properties of silica-filled styrene-butadiene rubber (SBR) and the amount of bound rubber at the filler/rubber interface, the polymer matrix was extracted from silica-filled SBR using toluene at room temperature. In this study, this extraction process was reproduced by leaching a thermally annealed SBR layer deposited on a Si substrate in toluene at room temperature, where the adsorption layer of the SBR was grown at the interface with the substrate by thermal annealing. The SBR adsorption layer on the Si substrate has two-layer structures consisting of an inner and outer adsorption layers, which correspond to the tightly and loosely bound rubbers on the filler surface of the silica-filled SBR, respectively. For the sample annealed for less than 6 h, the outer adsorption layer, loosely bound to the substrate, was easily leached in toluene for 5 min, leaving only the inner adsorption layer on the substrate. For the samples annealed for more than 24 h, a large portion of the outer adsorption layer remained on top of the inner adsorption layer as a terrace structure. However, even for the sample annealed for 24 h, treating with toluene for 24 h completely leached the outer adsorption layer from the inner adsorption layer, although the inner adsorption layer remained on the substrate. It was found that the loosely bound rubber in the silica-filled SBR could be easily extracted from the filler surface, along with the free polymer chains in the polymer matrix during extraction with toluene at room temperature. In contrast, the tightly bound rubber was not leached by toluene at room temperature. This may be because the interfacial polymer chains within approximately 1 nm of the substrate surface were strongly constrained to the substrate, and even toluene molecules were excluded.
Saha, P. K.; 原田 寛之; 田村 文彦; 岡部 晃大; 吉本 政弘; 菖蒲田 義博; 沖田 英史; 小島 邦洸; 仲野谷 孝充; 畠山 衆一郎; et al.
Physical Review Accelerators and Beams (Internet), 28(7), p.074201_1 - 074201_23, 2025/07
被引用回数：1 パーセンタイル：47.92(Physics, Nuclear)In this research, the beam loss in the J-PARC 3-GeV Rapid Cycling Synchrotron (RCS) has been significantly mitigated at the designed 1 MW beam power. It was possible by identifying all beam loss sources and implementing appropriate measures based on numerical simulations and systematic beam studies. The major one includes of using a smaller size charge-exchange foil and optimizing the injection beam to minimize foil scattering uncontrolled beam loss, modifications of the transverse and longitudinal beam painting parameters to mitigate the high-intensity effects. The beam loss as compared to 1 MW trial operation in 2020 was 80% reduced and perfectly localized at the designated collimator area. The beam loss power is only less than 0.1 kW as compared to the collimator limit of 4 kW. As a result. the residual radiation throughout the ring is substantially reduced for achieving a sustainable operation of the RCS with nearly 99% availability.
Labib, F.*; 杉本 貴則*; 高倉 洋礼*; 石川 明日香*; 田村 隆治*
Physical Review B, 111(17), p.174409_1 - 174409_9, 2025/05
被引用回数：8 パーセンタイル：85.98(Materials Science, Multidisciplinary)The structural and physical properties of two single-grain Au-Al-Gd 1/1 approximant crystals (ACs) with analyzed compositions Au
Al
Gd
and Au
Al
Gd
were thoroughly investigated. The two variants are isostructural, undergoing sharp antiferromagnetic (AFM) transitions at 
= 9.6 K and = 8.3 K, respectively. Specific-heat measurements in both samples evidenced sharp jump at , associated with the AFM transition, accompanied by broad Schottky-type anomalies at lower temperatures. Strikingly, the two 1/1 ACs exhibited markedly different responses to applied magnetic fields: one displayed a pronounced metamagnetic anomaly while the other did not. In this regard, variational calculations with adiabatic transformation of the magnetic field in realistic structural models identified the existence of two possible AFM phases: the cuboc phase with a metamagnetic anomaly and the cluster Neel phase without it, thereby clearly revealing the possible magnetic structures of the present AFM variants.
小島 邦洸; 原田 寛之; 田村 文彦; 沖田 英史; 地村 幹; Saha, P. K.
Progress of Theoretical and Experimental Physics (Internet), 2025(1), p.013G01_1 - 013G01_19, 2025/01
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Physics, Multidisciplinary)本研究は、3GeVシンクロトロン(Rapid cycling synchrotron: RCS)のビーム大強度・高品質化に貢献するものである。大強度の陽子シンクロトロンにおいて、ビーム損失は深刻な装置の放射化をもたらし、ビーム出力の制限に繋がる。そのため、RCSの大強度ビーム安定化には、ビーム損失の更なる低減が不可欠である。特に、加速器のビームを制御する電磁石の配置とビームが進行方向に垂直な方向に行う振動の周期が一定の関係(共鳴条件)を満たすとき、共鳴現象により多大なビーム損失が起きる。この共鳴の発生を避けるため、ビームの振動の周期は共鳴条件を避けるよう慎重に制御されている。一方で、ビーム大強度化に伴って粒子間のクーロン斥力の影響によって個々の粒子の振動数は個別の影響を受け変化するため、共鳴条件はビーム密度に依存した幅を持つようになる。これにより、ビームの振動の周期を制御することによる共鳴条件の回避が難しくなる。RCSではビーム強度が一定以上に達した場合に、半整数共鳴を避けることが困難となるため、これがRCSの最大出力を制限している。そこで、本研究では補正磁場の重畳による半整数共鳴の影響の低減(補正)を試みた。ビーム試験と数値計算の活用により、RCS設計出力と同等な強度を持つビーム条件において、半整数共鳴に起因するビーム損失を1/3にまで低減する補正状況を達成した。本論文では、一連のビーム試験結果に加えて、共鳴補正手法の詳細について報告する。
C
reaction at 1.8 GeV/
with the Superconducting Kaon spectrometer市川 裕大; 藤田 真奈美; 長谷川 勝一; 今井 憲一*; 七村 拓野; 成木 恵; 佐藤 進; 佐甲 博之; 田村 裕和; 谷田 聖; et al.
Progress of Theoretical and Experimental Physics (Internet), 2024(9), p.091D01_1 - 091D01_13, 2024/09
被引用回数：4 パーセンタイル：55.44(Physics, Multidisciplinary)We conducted a measurement of the inclusive missing-mass spectrum in the C
reaction at an incident beam momentum of 1.8 GeV/. This measurement was carried out utilizing the Superconducting Kaon Spectrometer (SKS) and the K1.8 beamline spectrometer at the Hadron Experimental Hall in J-PARC. Remarkably, our experimental setup yielded an exceptionaly good energy resolution of 8.2 MeV (FWHM), enabling us to observe significant enhancements in the vicinity of the 
Be threshold region. In order to estimate the spectrum information, we employed several fitting parameters assumptions. The best agreement with the spectrum shape was obtained with combining quasi-free (QF) component and two-Gaussian functions, with the experimental resolution 
being held constant. The peak positions were obtained to be 
(stat.) 
(syst.) MeV and 
(stat.) 
(syst.) MeV. Another model assumption, utilizing quasi-free (QF) and one Breit-Wigner function with 
(stat.) 
(syst.) MeV and 
(stat.) 
(syst.) MeV, also yielded a similar 
value.
Saha, P. K.; 原田 寛之; 菖蒲田 義博; 地村 幹; 岡部 晃大; 仲野谷 孝充; 守屋 克洋; 山本 風海; 田村 文彦; 沖田 英史; et al.
Proceedings of 15th International Particle Accelerator Conference (IPAC'24) (Internet), p.939 - 942, 2024/07
In the RCS not only the beam loss mitigation is highly essential to keep the machine activation lower for maintaining a stable operation with high availability, but it is also required to ensure a high-quality beam having a lower beam emittance and minimum beam halos for simultaneously beam operation to the MLF and the MR. Based on the detail numerical simulations and systematic beam studies during the past couple of years, the beam loss and the rms beam emittance for the MLF at the designed 1 MW beam power is reduced to be 80% and 30%, respectively, while those are nearly 40% and 20% reduced for the MR beam. These improvements in the RCS have also been well recognized at both MLF and the MR by reducing the beam losses at the beam transports as well as in each facility.
Saha, P. K.; 原田 寛之; 菖蒲田 義博; 田村 文彦; 沖田 英史; 岡部 晃大; 仲野谷 孝充; 畠山 衆一郎; 守屋 克洋; 高柳 智弘; et al.
Journal of Physics; Conference Series, 2687(5), p.052020_1 - 052020_7, 2024/01
被引用回数：1 パーセンタイル：75.39(Physics, Atomic, Molecular & Chemical)In this research, numerical simulation studies and beam tests were performed to minimize the beam loss at high intensity operation of J-PARC RCS. The beam loss usually increases non-linearly with respect to the beam power ramp up at high-intensity. The longitudinal and transverse injection painting used for space charge mitigation at a lower beam energy are optimized to produce a further uniform beam distribution to realize further space charge mitigation. The beam loss at the present operation at a net beam power of nearly 850 kW to the MLF has been kept to a minimum level to achieve a stable user operation. The beam loss at 1 MW beam power has also been sufficiently reduced to remain only 0.05% which is dominated by the unavoidable foil scattering beam loss.
小山 真一; 池内 宏知; 三次 岳志; 前田 宏治; 佐々木 新治; 大西 貴士; Tsai, T.-H.; 高野 公秀; 深谷 洋行; 中村 聡志; et al.
廃炉・汚染水・処理水対策事業事務局ホームページ(インターネット), 216 Pages, 2023/11
令和3年度及び4年度に原子力機構が補助事業者となって実施した令和3年度開始「廃炉・汚染水対策事業費補助金に係る補助事業(燃料デブリの性状把握のための分析・推定技術の開発(燃料デブリの分析精度の向上、熱挙動の推定及び簡易分析のための技術開発))」の成果概要を最終報告として取りまとめた。本報告資料は、廃炉・汚染水・処理水対策事業事務局ウェブサイトにて公開される。
菖蒲田 義博; 原田 寛之; Saha, P. K.; 高柳 智弘; 田村 文彦; 富樫 智人; 渡辺 泰広; 山本 風海; 山本 昌亘
Proceedings of 68th ICFA Advanced Beam Dynamics Workshop on High Intensity and High Brightness Hadron Beams (HB2023) (Internet), p.162 - 169, 2023/10
J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)では、キッカーインピーダンスによってビームが不安定になる。大きな横方向エミッタンスの場合、このビームの不安定性は抑制可能で、横方向のフィードバックシステムなしで、1MWビームを安定的に物質・生命科学実験施設に供給できる。しかし、Main Ringにビームを供給する場合には、より小さな横方向エミッタンスを持つ大強度ビームが必要である。そこで、ダイオードスタックと抵抗器を使用したキッカーインピーダンスを抑制するスキームの実用化をした。これにより、ビームの不安定性を低減しながら、RCSから正常にビームを出射することが可能になった。
Saha, P. K.; 原田 寛之; 岡部 晃大; 沖田 英史; 菖蒲田 義博; 田村 文彦; 山本 風海; 吉本 政弘; 發知 英明*
Proceedings of 68th ICFA Advanced Beam Dynamics Workshop on High Intensity and High Brightness Hadron Beams (HB2023) (Internet), p.147 - 152, 2023/10
In the 3-GeV RCS of J-PARC we have performed a systematic experimental studies and numerical beam simulations to minimize the beam loss at the designed 1 MW beam power. We have optimized and modified both longitudinal and transverse injection paintings and succeeded obtaining a significant beam loss mitigation throughout the RCS. The beam loss at the collimator and the 1st arc section is reduced to be as much as more than 60% as compared to that using original painting methods. The residual beam loss at 1 MW is estimated to be as low as well below than 0.1%, which is dominated by the beam loss caused by foil scattering of the circulating beam. As a result, we obtained a very stable user operation of the RCS with nearly 1 MW beam power to the MLF with low beam loss and less machine activation.
菖蒲田 義博; 原田 寛之; Saha, P. K.; 高柳 智弘; 田村 文彦; 富樫 智人; 渡辺 泰広; 山本 風海; 山本 昌亘
Physical Review Accelerators and Beams (Internet), 26(5), p.053501_1 - 053501_45, 2023/05
被引用回数：1 パーセンタイル：16.01(Physics, Nuclear)大強度陽子加速器施設(J-PARC)の3GeVシンクロトロン(RCS)では、ビームを出射させるキッカー電磁石のインピーダンスがビームの不安定性を励起することが理論的に予測されてきた。しかしながら、物質・生命科学実験施設に供給されるビームは大きいエミッタンスを持つので、1MWの大強度ビームであっても適切なマシーンパラメタを選べば、ビームの不安定化を抑制することができる。一方で、メインリングに供給されるビームは、小さいエミッタンスを持つので、キッカーのインピーダンスの低減が必須である。そこで、ダイオードと抵抗器を用いたデバイスを使うキッカーインピーダンスを抑制する方式を提案し、その抑制効果を実証した。しかし、J-PARC RCSは25Hzの繰り返し周波数で連続動作させる必要があり、実用化のためには、耐熱性の高い特殊なダイオードを開発する必要があった。この課題を解決するため、本研究において連続運転に耐えうる抵抗付きダイオードを開発した。これにより小さいエミッタンスを持つ大強度のビームの不安定性も抑制できることを実証することができた。またシミュレーションにより、この方式で少なくとも5MWのビーム運転にも利用できることを明らかにした。
神谷 潤一郎; 仁井 啓介*; 株本 裕史; 近藤 恭弘; 田村 潤; 原田 寛之; 松井 泰; 松田 誠; 守屋 克洋; 井田 義明*; et al.
e-Journal of Surface Science and Nanotechnology (Internet), 21(4), p.344 - 349, 2023/05
原子力機構東海タンデム加速器には、40台の超伝導Quarter Wave Resonator(QWR)によって重イオンを10MeV/uまで加速するブースターリニアックがあるが、2011年の震災以降、運転を停止している。近年ウラン等のより重い核種を加速するため、タンデム加速器のアップグレードが精力的に検討され、QWR再稼働の必要性が高まっている。現在、運転時に必要な加速電圧とQ値を得るため、QWR内面荒さを低減するための電解研磨条件を検証している。一方で電解研磨はNb中水素を増加させ、水素病と呼ばれるQ値の減少を引き起こす可能性がある。真空中高温焼鈍で水素を放出させることで水素病を抑えることができるが、QWRのクラッド材を構成するNbとCuの熱膨張差による空洞破損の危険性がある。そのため表面粗さの低減とNbバルク中の水素の増加を最小限に抑えるため、研磨条件を最適化する必要がある。我々はこれまで水素吸蔵量および脱離機構を昇温脱離分析(TDS)により検証できることに着目し、研究を行ってきた。発表では異なる条件で研磨したNb材料のTDS結果、表面観察結果、表面粗さの相関について得られた成果を発表する。
Saha, P. K.; 岡部 晃大; 仲野谷 孝充; 菖蒲田 義博; 原田 寛之; 田村 文彦; 沖田 英史; 吉本 政弘; 發知 英明*
Journal of Physics; Conference Series, 2420, p.012040_1 - 012040_7, 2023/01
To reduce high residual radiation at the RCS injection are caused by the foil scattering uncontrolled beam loss during injection period, a smaller size foil by minimizing the injection beam size has been successfully implemented at 700 kW operation. The new scheme also gives a significant beam loss mitigation at the collimator and 1st arc sections by reducing the beam halos. A beam loss mitigation of 30% has been achieved at the injection and 1st arc sections, while it is more than 50% at the collimator section. The residual radiation at 700 kW operation was thus measured to be significantly reduced, which at the injection and 1st arc sections are especially important due frequent access to these areas for regular maintenance works. The new scheme has also been successfully in service for 800 KW operation at present. It gives a very stable operation of the RCS and will also be tested for 1 MW operation in June 2022.
仁井 啓介*; 井田 義明*; 上田 英貴*; 山口 隆宣*; 株本 裕史; 神谷 潤一郎; 近藤 恭弘; 田村 潤; 原田 寛之; 松井 泰; et al.
Proceedings of 19th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.601 - 604, 2023/01
マルイ鍍金工業では、日本原子力研究開発機構(JAEA)と共同で東海タンデム加速器後段の超伝導ブースター用1/4波長型超伝導空洞(QWR)について再表面処理の検討を行っている。この空洞はニオブ-銅のクラッド板で製作されており、底部に大きな開口があるため、再度の電解研磨処理等が可能な構造になっている。再表面処理では、内面ニオブに電解研磨(EP)を施工して表面粗さを小さくし、高い加速電界(5MV/m以上)を発生できるようにすることを目標としている。2020年度には、マルイ鍍金工業がニオブ9セル空洞EPの経験で得た各種パラメータとJAEA所有の電極、治具等を組み合わせて、予備の空洞に対してEPを施工した。しかし、EP後のニオブ表面は光沢が増すものの表面粗さが良好な状態とはならず、加速電界もEP前よりは改善したが、目標値には達していなかった。2021年度には空洞のニオブ表面粗さと加速電界の改善を目指して、EPのパラメータ(電極面積,電圧,流量と揺動)を変えての実験を行い、設備,条件,表面粗さ等の評価を行った。また、今回はこれまでに観察してこなかった中心導体のドリフトチューブ部内面などについても広く観察を行ったので、そちらの結果も併せて報告する。
Saha, P. K.; 岡部 晃大; 仲野谷 孝充; 吉本 政弘; 菖蒲田 義博; 原田 寛之; 田村 文彦; 沖田 英史; 畠山 衆一郎; 守屋 克洋; et al.
Proceedings of 19th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1 - 5, 2023/01
The RCS beam power for operation to the MLF has been increased to 800 kW recently. The total beam loss even at the designed 1 MW beam power has been well controlled, but the uncontrolled beam losses, especially those caused by the foil scattering of the circulating beam during multi-turn injection are still high and causes extremely high residual radiation at the injection area. To further minimizing such a beam loss, we have implemented a new approach by minimizing the injection beam size and using a smaller size stripper foil. A smaller foil reduces foil hitting of the circulating beam and the corresponding foil scattering uncontrolled beam losses. In addition, an optimized transverse painting area matching with a smaller injection beam also gives a smaller circulating beam emittance to reduce beam loss at the collimator section and its downstream. The corresponding residual radiation for operation at 700 kW beam power was measured to be significantly reduced at the injection area, collimator section and it's downstream. A smaller injection beam size was also tested at 1MW beam power and the residual beam loss is minimized to 0.01%, which is nearly 1/4 reduction from the previous 1 MW test operation in 2020.
atomic X-ray spectroscopy using a counter-emulsion hybrid method藤田 真奈美; 長谷川 勝一; 細見 健二; 市川 真也; 市川 裕大; Kim, S.; 七村 拓野; 佐甲 博之; 田村 裕和; 山本 剛史; et al.
Progress of Theoretical and Experimental Physics (Internet), 2022(12), p.123D01_1 - 123D01_17, 2022/12
被引用回数：1 パーセンタイル：11.70(Physics, Multidisciplinary) atomic X-ray spectroscopy is one of the most useful methods for investigation of the 
-nucleus strong interaction. Since the X-ray energy is shifted and/or broadened due to the -nucleus strong interaction compared to those calculated from electromagnetic interaction alone, the measurement of the energy shift, 
E, and the width, 
, give us information on the -nucleus potential. A serious problem in the measurement is the significant background derived from in-flight decay. A novel method of identifying stopped events using the nuclear emulsion was developed to realize the first atomic X-ray spectroscopy experiment as the J-PARC E07 experiment, which also aimed at searching for 
and hypernuclei in the emulsion. The X-rays emitted from Br and Ag atoms were measured using germanium detectors. No clear peaks were observed in the obtained spectra. However, we succeeded in reducing the background to 1/170 by this method employing coincidence measurements using nuclear emulsion and X-ray detectors.
後神 利志*; 江端 健悟; 藤田 真奈美; 原田 健志; 長谷川 勝一; 細見 健二; 市川 裕大; 今井 憲一*; Kim, S.; 七村 拓野; et al.
EPJ Web of Conferences, 271, p.11002_1 - 11002_7, 2022/11
In the K1.8 beam-line at Hadron Experimental Facility of J-PARC, a new magnetic spectrometer S-2S is being installed. S-2S was designed to achieve a high momentum resolution of 
in FWHM. Several strangeness-physics programs which require the high resolution will be realized by S-2S. The present article introduces J-PARC E70 (missing-mass spectroscopy of 
Be) and E94 (missing-mass spectroscopy of 
Li, 
B, and 
C) experiments.
三輪 浩司*; 藤田 真奈美; 原田 健志; 長谷川 勝一; 細見 健二; 市川 真也; 今井 憲一*; 佐甲 博之; 佐藤 進; 田村 裕和; et al.
EPJ Web of Conferences, 271, p.04001_1 - 04001_7, 2022/11
A new hyperon-proton scattering experiment, dubbed J-PARC E40, was performed to measure differential cross sections of the 
, 
elastic scatterings and the 
scattering by identifying a lot of 
particles in the momentum ranging from 0.4 to 0.8 GeV/ produced by the 
reactions. We successfully measured the differential cross sections of these three channels with a drastically improved accuracy with a fine angular step. These new data will become important experimental constraints to improve the theories of the two-body baryon-baryon interactions. Following this success, we proposed a new experiment to measure the differential cross sections and spin observables by using a highly polarized 
beam for providing quantitative information on the 
interaction. The results of three 
channels and future prospects of the 
scattering experiment are described.
