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沖田 英史; 田村 文彦; 山本 昌亘; 宮越 亮輔*; 野村 昌弘; 島田 太平; 吉井 正人*; 大森 千広*; 清矢 紀世美*; 原 圭吾*; et al.
Proceedings of 21st Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.765 - 769, 2024/10
J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)の高周波加速システムは、金属磁性体コアを装填した加速空胴と真空管増幅器を含む高周波電源で構成される。1MW級の大強度陽子ビームを加速するRCSでは、ビームが高周波加速システムに与える負荷(ビームローディング)により高周波電源に大きな負荷がかかる。安定した大強度ビーム運転や、更なるビーム強度増強に向けた検討には、ビームローディングを考慮した高周波電源の挙動評価が重要である。本研究では、回路シミュレータLTSPICEを用いて実際に使用している金属磁性体コアや真空管の特性を考慮可能な独自の回路シミュレーションモデルを構築した。構築した回路シミュレーションモデルはRCSの大強度運転時の高周波電源の挙動を評価するのに十分な性能を有していることを確認した。本発表では、構築した回路シミュレーションモデルの詳細と大強度運転時の高周波電源の挙動を計算し実測と比較した結果等について報告する。
北村 遼; 不破 康裕; 栗山 靖敏*; 宮尾 智章*
Proceedings of 21st Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.233 - 234, 2024/10
The source of the leakage beam from the RF chopper in the MEBT1 of the J-PARC linac should be identified to reduce the beam loss towards the upgrade of the beam power of the J-PARC accelerators. The investigation of the leakage beam was carried out using the bunch-shape monitor in the MEBT1. As for the longitudinal measurement, the sensitivity of the beam monitor is important. As for the horizontal measurement using the BSM, it is an useful method to identify the source of the leakage beam. Some findings show the complexed beam behavior in the MEBT1.
野村 昌弘; 島田 太平; 田村 文彦; 沖田 英史; 宮越 亮輔*; 清矢 紀世美*; 吉井 正人*; 大森 千広*; 原 圭吾*; 長谷川 豪志*; et al.
Proceedings of 21st Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.85 - 88, 2024/10
J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)では、Linacからの入射ビームに関する情報をビームモニタで得た強度分布の情報をマウンテンプロットと呼ばれる画像にすることにより、入射ビームの運動量や入射タイミングのオフセットが視覚的に分かる様にしている。最近話題となっている深層生成モデルの一つにCVAE(Conditional Variational Auto Encoder)がある。CVAEでは、なんらかの条件を与える事により、元の画像から与えられた条件に沿った画像が生成されることが示されている。今回このCVAEの特性を活かして、測定したマウンテンプロットの画像に新たなRCSへの入射の条件を与える事により、入射ビームの運動量分布や時間幅の情報も視覚的に分かる様にすることができた。このことは、今後の加速器の調整に有効であると考えられる。
田村 文彦; 杉山 泰之*; 沖田 英史; 山本 昌亘; 吉井 正人*; 大森 千広*; 清矢 紀世美*; 野村 昌弘; 島田 太平; 長谷川 豪志*; et al.
Proceedings of 21st Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.774 - 776, 2024/10
大強度陽子加速器J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)は金属磁性体(MA)空胴の特長を生かしビーム出力1MWでの陽子ビーム加速を行っている。ビームはキッカー電磁石により1周で取り出されるが、ビームの取り出し直後、空胴に短時間電圧の跳ね上がりが発生する。これは電圧制御フィードバックに遅延があり、1ターン取り出し時のステップ状のビーム電流の減少に対する応答には一定の時間がかかることが理由であり、広帯域(Q=2)MA空胴ではこの応答の遅れは電圧の跳ね上がりとして観測される。跳ね上がりは取り出し時の電圧が高い場合には空胴機器の損傷の原因となりうるものである。電圧制御フィードバックのゲインパターンを用いて取り出しと同時に出力を抑止すればこの跳ね上がりを抑制できるが、RCSのようなマルチハーモニック運転の場合、パターン設定が煩雑である。このため、低電力高周波(LLRF)制御システムの機能としてビーム取り出しに同期し出力を抑止する仕組みを用意した。機能の詳細、試験結果、活用方法について報告する。
足立 恭介; 田村 文彦; 野村 昌弘; 島田 太平; 宮越 亮輔*; 沖田 英史; 吉井 正人*; 大森 千広*; 清矢 紀世美*; 原 圭吾*; et al.
Proceedings of 21st Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.543 - 546, 2024/10
欧州原子核研究機構(CERN)により開発が進められているシミュレーションコードBLonDは、ビーム進行方向(縦方向)の運動を正確に計算する能力と優れた拡張性を有している。先行研究により、J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)における縦方向のビーム挙動をよく再現するモデルを構築することができることが確かめられ、現在は安定したビーム運転のために活用されている。近年、J-PARCではビームのさらなる大強度化に向けた検討を進めている。大強度ビームにおいては、空間電荷効果といったビーム粒子間の相互作用を考慮したビーム挙動の評価が重要となるが、BLonDでは特に空間電荷効果を含めたシミュレーションに計算時間が長くかかることが課題となっていた。最新のBLonDではGPUバックエンドによるシミュレーションの高速化が可能となった。本発表では、RCSの縦方向シミュレーションを主な題材として、BLonD GPUバックエンドの評価を行った結果について報告する。
伊藤 耕太郎*; 田村 和久; 清水 啓佑*; 山田 悟史*; 渡邊 健太*; 鈴木 耕太*; 菅野 了次*; 平山 雅章*
RSC Applied Interfaces (Internet), 1(4), p.790 - 799, 2024/04
LiCoO
はリチウムイオン電池の正極材料として広く使われている材料である。しかしながら、電解質の酸化分解により、高電圧領域での可逆容量はよくわかっていない。本研究では、LiCoOとLi
PO
をエピタキシャル成長させて作成した高電圧(4.6V)で動作する薄膜全固体電池の作成に成功した。一方で、4.7V以上では、充放電容量は減少した。放射光を用いたX線回折実験を行い、LiCoOの結晶構造がO1型に変化することで不活性化することがわかった。O1型構造では、層間距離が短くなっており、Liイオンのインターカレーションが阻害されている可能性が示唆された。
吉本 将隆*; 田村 和久; 渡邊 健太*; 清水 啓佑*; 堀澤 侑平*; Kobayashi, Takeshi*; Tsurita, Hanae*; 鈴木 耕太*; 菅野 了次*; 平山 雅章*
Sustainable Energy & Fuels (Internet), 8(6), p.1236 - 1244, 2024/03
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Chemistry, Physical)1つのデバイスで、効率的に太陽光エネルギーを化学エネルギーに変換可能である光再充電システムは、太陽光を効率的に使用するのに重要である。光-(デ)インターカレーションは、光再充電システムの機能において重要な役割を果たしている。しかしながら、光-(デ)インターカレーション過程は、電解液の分解や電極材料の溶出などの副反応などのため、いまだ十分に理解されていない。本研究では、エピタキシャル成長させて作成したNbドープのアナターゼTiO薄膜から構成される薄膜全固体電池を用いて光応答Li
デインターカレーションに成功したことを示す。光照射下、放電時は、Liのデインターカレーションが起き、引き続いて、可逆的にTiOにインターカレーションする。さらに、光照射下では、充電容量の一部はキャパシタと同様、インターカレーションに寄らない電子移動に基づいていることがわかった。
渡邊 健太*; 堀澤 侑平*; 吉本 将隆*; 田村 和久; 鈴木 耕太*; 菅野 了次*; 平山 雅章*
Nano Letters, 24(6), p.1916 - 1922, 2024/02
被引用回数：3 パーセンタイル：70.50(Chemistry, Multidisciplinary)電気化学反応の固液界面から固固界面への拡張が進んでいる。本研究では、酸化チタン/リン酸リチウム/リチウムから構成される全固体電池で安定的に光電気化学反応を起こすことに成功した。酸化チタンの電位をフラットポテンシャルより正側にして光照射すると酸化電流が増加した。固固界面における光電気化学反応の原理は、固液界面の場合と同じであると考えられ、光電気化学反応が全固体電池でも起こせることを示した。
北村 遼; 林 直樹; 平野 耕一郎; 小坂 知史*; 宮尾 智章*; 森下 卓俊; 根本 康雄*
Journal of Physics; Conference Series, 2687(7), p.072006_1 - 072006_6, 2024/01
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Physics, Atomic, Molecular & Chemical)大強度陽子ビームを計測するビームモニタにおいて熱負荷の緩和は重要な課題の一つである。近年、大強度陽子加速器施設(J-PARC)のフロントエンドでは、バンチシェイプモニタの標的プローブに高配向熱分解グラファイト(HOPG)材料が使用した。HOPGは熱伝導率が高いため、高熱負荷条件下でのビームプロファイルの測定に適している。HOPGの応用として、例えば、ワイヤスキャナモニタなどの横方向プロファイルモニタのターゲットワイヤの代替材料として、薄いHOPGを使用することが考えられる。ビームプロファイルモニタ用HOPGターゲットの可能性についてテストスタンドでの3MeV負水素イオンビームを用いた実験結果の一部から考察する。
北村 遼; 不破 康裕; 伊藤 大登*
Proceedings of 20th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.280 - 281, 2023/11
大強度陽子加速器施設J-PARCリニアックでは、3GeVシンクロトロンへの入射に際しRFチョッパーでビームバンチの時間構造を形成する。チョッパー立ち上がり等の過渡応答では不完全なチョップビームが発生してビームロスの原因になる。Particle-In-Cellコードを用いた軌道計算による検討とビームロス低減に向けた対策方針について紹介する。
田村 文彦; 沖田 英史; 發知 英明*; Saha, P. K.; 明午 伸一郎; 吉井 正人*; 大森 千広*; 山本 昌亘; 清矢 紀世美*; 杉山 泰之*; et al.
Proceedings of 20th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.64 - 68, 2023/11
J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)は物質・生命科学実験施設(MLF)およびメインリング(MR)に大強度陽子ビーム供給を行っている。RCSのハーモニック数hは2で、通常は2つのバンチを加速している。MLFのいくつかの実験では1バンチでのビーム供給が好ましいが、この場合1つのRFバケツを空きバケツとして加速を行うため、ビーム強度は半分となってしまう。RCSのハーモニック数を1として加速できれば、1バンチあたりの強度は2倍となり、最大強度での1バンチビーム供が可能となる。一方MRは、バンチあたりの粒子数を設計より上げることができるならば、1バンチずつ8回の入射を行うことで現在の設計ビームパワー1.3MWを超える運転ができる可能性がある。本発表では、主にRCSでの縦方向シミュレーションによるh=1加速の検討について報告する。
不破 康裕; 北村 遼
Proceedings of 20th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.531 - 534, 2023/11
J-PARCリニアックでは、次世代に向けたビーム出力の大強度化をめざしビーム電流及びビームパルス幅の増強が検討されている。MEBT1 (Medium Energy Beam Transport 1)はRFQとDTLの間に位置し、ビームの横方向と縦方向のマッチング、及び後段の高繰り返しシンクロトロンへの入射のための中間バンチ構造を形成するための区間である。この区間でのビームエネルギーは3MeVと低く、空間電荷効果の影響も大きくビームの大強度化に伴いその影響も大きくなると予測される。そこで本研究ではJ-PARCリニアックの大強度化に向けて、空間電荷効果に起因するビームロス等を抑制するための新しい磁石を設計製作している。当該磁石は集束機能と空間電荷効果補正機能を省スペースで両立のために多重極成分を重畳して発生可能な機能結合型とし、消費電力の低減及び機器の小型化のために永久磁石を用いている。本発表では、当該磁石の設計およびビーム力学的な効果を議論する。
田村 文彦; 山本 昌亘; 吉井 正人*; 大森 千広*; 杉山 泰之*; 沖田 英史; 清矢 紀世美*; 野村 昌弘; 島田 太平; 長谷川 豪志*; et al.
Proceedings of 68th ICFA Advanced Beam Dynamics Workshop on High Intensity and High Brightness Hadron Beams (HB2023) (Internet), p.305 - 311, 2023/10
大強度陽子シンクロトロンの加速空胴に金属磁性体(MA)コアを適用することは、J-PARCの2つのシンクロトロン(RCS、MR)で先駆的に行われた。MA空胴は高い加速電圧を発生させることができ、MA空胴の広帯域周波数特性は、加速中における空胴の共振周波数調整なしで陽子の速度変化に追従した周波数掃引を可能にする。加速に使用する基本波とその二倍高調波の高周波電圧の重畳によって1つの空胴を駆動するデュアルハーモニック運転は、RCSにおける空間電荷果を緩和するためのビーム進行方向のビーム形状制御に不可欠である。MA空胴のこれらの利点は、見方を変えれば欠点でもある。ビームに起因する空胴誘起電圧は複数の高調波(マルチハーモニック)から構成され、高周波バケツ歪みや結合バンチ不安定性を引き起こしビームの運動を不安定にする可能性があるため、それら複数の高調波を同時に補償しなければならない。空胴を駆動するアンプも出力電流が大きく、陽極電圧もマルチハーモニックである。10年以上にわたるRCSとMRの運転におけるこれらの問題に対する我々の取り組みをまとめる。
新井 宇宙; 小坂 知史*; 根本 康雄*; 北村 遼
JAEA-Technology 2023-009, 18 Pages, 2023/05
JAEA-Technology-2023-009.pdf:1.89MB
J-PARC加速器群の初段に位置するリニアックでは、安定かつ高品質のビーム供給をすることが求められている。リニアックを構成する加速空洞の一つに機能分離型ドリフトチューブリニアック(SDTL)が設置されている。安定したビーム加速をするためには、SDTL空洞へ324MHzの高周波電力を安定に投入できることが重要となる。しかし、2011年の東日本大震災の復旧以降、複数のSDTL空洞にて、設計時の定格運転電力付近で電圧定在波比が増加して、空洞内へ安定に電力を投入できない不具合が発生した。調査の結果、震災後に空洞内表面が長時間にわたり高湿度の大気にさらされたことや、当時まで粗引き用ポンプとして使用していたロータリーポンプからのオイルの逆流などで、空洞内表面に汚れが付着したことが不具合の原因である可能性が示唆された。有機溶剤や酸を用いた空洞内表面の洗浄を行った結果、この不具合は解消された。本報告書では、2021年にSDTL空洞に対して行った希塩酸洗浄の手法と結果について報告する。
小坂 知史*; 新井 宇宙; 根本 康雄*; 北村 遼
JAEA-Technology 2023-003, 34 Pages, 2023/05
JAEA-Technology-2023-003.pdf:3.79MB
大強度陽子加速器施設J-PARCリニアックでは、ピーク電流50mAの負水素イオンビームを400MeVまで加速する。リニアックは主にトンネル内に設置された負水素イオン源及び4種類の加速空洞で構成される。これらの加速空洞はビーム速度の低い領域から順に高周波四重極線型加速器(RFQ)、ドリフトチューブ型線型加速器(DTL)、機能分離型DTL(SDTL)、環状結合型線形加速器(ACS)を採用している。DTLではタンクと呼ばれる円筒の空洞の中に、ドリフトチューブと呼ばれる構造を配置して加速電場を発生させる。ドリフトチューブの中にはビーム収束用の四重極磁石(DTQ)が設置されている。J-PARCのDTQは電磁石を採用しており、リニアックのビーム調整には、DTQの磁場極性を正しく設定することが重要である。本稿では、電源側でのクランプメーターを使用した直流電流測定及び電磁石側でのケーブル配線接続を外観により確認を行い、DTQの磁場極性即ち電流配線極性を確認する方法を報告する。
北村 遼; 河村 成肇; 柴田 崇統*
Proceedings of 14th International Particle Accelerator Conference (IPAC 23) (Internet), p.1432 - 1433, 2023/05
ミュオニウムは正のミュオンと電子の結合状態である。ミュオニウムは専用のレーザーでイオン化することにより超低速ミュオンビームを生成できる。一つの提案として、高密度な電子をミュオニウムのイオン化レーザーの代替として使用することが考えられる。電子を用いたミュオニウムのイオン化について、予備的な研究を報告する。
北村 遼; 二ツ川 健太*; 林 直樹; 平野 耕一郎; 近藤 恭弘; 小坂 知史*; 宮尾 智章*; 森下 卓俊; 根本 康雄*; 小栗 英知
Physical Review Accelerators and Beams (Internet), 26(3), p.032802_1 - 032802_12, 2023/03
被引用回数：3 パーセンタイル：57.48(Physics, Nuclear)バンチシェイプモニター(BSM)はビーム輸送中にある地点での縦方向位相分布を測定して、縦方向ビームチューニングを行う際に有用な装置である。低エネルギー負水素(H
)イオンビームの縦方向位相分布を測定するために、大強度ビーム負荷による熱負荷を軽減できるよう2次電子を放出する標的に高配向性グラファイト(HOPG)が採用した。このHOPGターゲットにより、50mA程度の高いピーク電流を持つ3MeV Hイオンビームの中心部で縦方向位相分布の測定が可能となった。テストスタンドでHOPG-BSMを用いて縦方向のバンチ幅を測定したところ、ビームシミュレーションと一致した。HOPG-BSMを用いて、ビーム横方向と縦方向の相関測定を実証した。HOPG-BSMを用いて、縦方向Qスキャン法により縦方向Twissとエミッタンスを測定した。
Sc
)
O
determined by single-crystal neutron diffraction田中 誠也*; 鬼柳 亮嗣; 石川 喜久*; 天児 寧*; 飯山 拓*; 二村 竜祐*; 丸山 建一*; 内海 重宣*
Physical Review Materials (Internet), 7(1), p.014403_1 - 014403_11, 2023/01
被引用回数：1 パーセンタイル：9.61(Materials Science, Multidisciplinary)Sc-substituted hexagonal ferrite Ba(FeSc)O has an incommensurate helimagnetic structure. However, the incommensurate helimagnetic structure has not been sufficiently determined, and the mechanism via which the helimagnetism develops has not been studied. Time-of-flight single-crystal neutron diffraction measurements were performed on single-crystal samples of Ba(FeSc)O with Sc concentrations of x = 0, 0.128, 0.153, and 0.193. The magnetic structure analyses revealed that the helimagnetic structure of Ba(FeSc)O is a cone type whose base is in the ab plane and height is in the c-axis direction. The magnetic moments of Fe2(4
), Fe4(4
), and Fe5(12
) are aligned with distinct angles, leading to the helimagnetic structure of Ba(FeSc)O, and can be explained by assuming that there is an antiferromagnetic superexchange interaction 
between Fe2(4) and Fe5(12) that is negligible in the x = 0 crystal. The shorter bond distance of Fe2-O1 in Sc-rich crystals revealed by the crystal structure analyses enhances the superexchange interaction . The relatively strong leads to competition among the three superexchange interactions, 
, 
, and , resulting in the development of the helimagnetic structure. These findings facilitate the understanding of the essentials of the basic magnetic material BaFeO.
ビーム用バンチシェイプモニタを用いたビーム計測手法に関する研究北村 遼; 林 直樹; 平野 耕一郎; 小坂 知史*; 宮尾 智章*; 根本 康雄*; 森下 卓俊
Proceedings of 19th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.330 - 332, 2023/01
大強度陽子加速器施設J-PARCリニアックでは、フロントエンドの大強度・低速Hビームを測定するためにビーム熱負荷への耐久性を向上させた改良型バンチシェイプモニタ(BSM)を開発している。ビームと相互作用させるプローブに新素材であるグラファイト製標的を導入することで、これまで不可能であった大強度ビーム中心領域でのプロファイル測定を実現した。改良型BSMではビーム全体のプロファイルが測定可能になったため、BSMの特徴を生かした応用的なビーム診断手法を提案する。本講演では、二次電子計測による横プロファイル測定、横プロファイルからのビーム電流測定等、BSM本来の目的である縦方向測定の枠組みを超えてBSMの多様な運用可能性について議論する。
北村 遼; 林 直樹; 平野 耕一郎; 宮尾 智章*; 三浦 昭彦; 森下 卓俊
Proceedings of 19th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.212 - 214, 2023/01
大強度陽子加速器施設J-PARCリニアックでは出射ビームの横エミッタンス低減等ビーム品質の向上に向けて、フロントエンドでの縦方向分布を精度良くかつ迅速に測定するためのバンチシェイプモニタ(BSM)を開発している。大強度ビームからの熱負荷を克服するため、熱耐久性の高いグラファイト製標的を導入したことに伴い、BSM分解能への影響を評価した。BSMによる縦方向測定結果からエミッタンスを評価するためには、空間電荷効果の影響を考慮できる3D PICコードであるIMPACTを用いた。ビーム試験を通して評価したBSMの不確かさを計算に考慮することで、より厳密にエミッタンスを評価する手法を開発した。本講演では一連の測定結果、開発したビーム評価手法、及びビームシミュレーションとの比較検討結果について報告する。
