原子力施設耐震設計における福島・茨城県境を震源とする長周期地震動評価の高度化研究

桐田 史生; 冨永 昌宏; 山崎 敏彦; 瀬下 和芳; 瓜生 満

JAEA-Research 2022-006, 61 Pages, 2023/02

JAEA-Research-2022-006.pdf:6.24MB

核燃料サイクル工学研究所(以下、サイクル研)では、1990年代より地震観測を行っている。内陸地殻内地震について、2011年3月11日に発生した東北地方太平洋沖地震(以下、3.11地震)までは、茨城県北部福島県において発生頻度が低い状況であったが、3.11地震後、この地域で余震が頻発するようになり、福島県浜通り付近で発生した地震(2011年4月11日福島県浜通りの地震等)では、サイクル研の地震観測記録に顕著な長周期成分が観測された。この地震の震源付近の観測地点の記録には長周期成分は含まれておらず、サイクル研までの伝搬過程で、長周期成分が生成されたものと考えられる。敷地周辺の地下構造探査結果から深部の地震基盤には、盆地状構造が確認されており、この基盤形状を起因とした長周期成分の生成と評価した。原子力施設の耐震設計に用いる地震動評価では、敷地で得られた観測記録を要素地震に用いた経験的グリーン関数法により評価を行っており、サイクル研の観測記録を要素地震に用いて地震動評価を行った場合、震源ではわずかな長周期成分を伝搬過程で増幅したものを震源に戻し波形合成することとなり、長周期成分が過度に増幅される結果となる。このため本検討では、地震動の長周期成分の評価を精緻化するために、震源及び敷地周辺を含む広域の深部地盤の形状を反映できる三次元地盤構造モデルによる地震動評価を実施した。モデルは、浜通り地震の震源域付近から茨城県北部沿岸域を範囲(幅約80km長さ約110km)とし、本研究における長周期地震動評価を適切に行えるよう2秒以上の周期帯の精度を担保するようなメッシュサイズを調整した。三次元地盤構造モデル構築にあたっては、複数の観測記録や震源モデルを用いて、最適な三次元地盤構造モデルを作成し、複数の地震のシミュレーション解析、分析等を行い、その適切性、有用性を確認した。これらの研究成果を実際の許認可業務の基礎資料として活用した。

Beam test of a new RFQ for the J-PARC linac

近藤 恭弘; 森下 卓俊; 山崎 宰春; 堀 利彦; 澤邊 祐希; 高木 昭*

Proceedings of 27th International Linear Accelerator Conference (LINAC 2014) (Internet), p.267 - 269, 2014/12

http://accelconf.web.cern.ch/AccelConf/LINAC2014/papers/MOPP091.pdf

J-PARCリニアックの運転に必要な新しい324MHz、3MeV H RFQ (RFQ III)のビーム試験を行った。RFQ IIIは、J-PARCの要求を満たすために設計された初めてのRFQである。ピークビーム電流は50mA、パルス幅は500micro-sec、繰り返しは25 Hzである。2014年夏の、加速器トンネルへのインストールに先立って、オフラインでのビーム試験を行った。透過率やエミッタンスといった基本的なビームパラメータの測定を行ないシミュレーションと比較した。透過率のヴェーン間電圧依存は、実験データとシミュレーションの間で良い一致がみられた。縦エミッタンスの測定値は、x 0.29 mm mrad、y 0.35 mm mradに対し、シミュレーションではx 0.27 mm mrad y 0.31 mm mradであり、よく一致した。この論文では、ビーム試験の結果について述べる。

J-PARCリニアック用クライストロン電源システムの現状2013

川村 真人*; 千代 悦司; 堀 利彦; 篠崎 信一; 佐藤 文明; 福井 佑治*; 二ツ川 健太*; 山崎 正義*; 佐川 隆*; 宮嶋 教至*; et al.

Proceedings of 10th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.605 - 607, 2014/06

http://www.pasj.jp/web_publish/pasj10/proceedings/PDF/SAP0/SAP061.pdf

J-PARCリニアック用クライストロン電源システムについて、過去1年間の運転状況等を報告する。181MeVリニアック運転対応として、2012年9月下旬より2013年5月下旬まで、年末年始の中断や、スケジュール化されたメンテナンス等を除き連続運転を行った。その間、AVR盤内制御線等のノイズ対策不備、アノード変調器内の電極部接触不良等の不具合による運転の中断があり、不具合の考察と対策などを行った。運転と並行して、2012年7月初めまで運転していたアノード変調器のうち、未改修分15台を改修して放電対策を施した。エネルギー増強対応として、震災により中断していた972MHzテストスタンドの再立上げ、HVDCPS#10とACS#16ステーション、HVDCPS#11とACS#17ステーションの立上げを行った。エネルギー増強対応の機器については、972MHzテストスタンドを6月18日に運転再開し、ACS#16, #17の両ステーションも近日運転を再開する予定である。

J-PARCリニアックLLRFの東日本大地震からの再スタート

二ツ川 健太*; 穴見 昌三*; 小林 鉄也*; Fang, Z.*; 福井 佑治*; 道園 真一郎*; 川村 真人*; 佐藤 文明; 篠崎 信一; 千代 悦司; et al.

Proceedings of 9th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.769 - 773, 2013/08

http://www.pasj.jp/web_publish/pasj9/proceedings/PDF/WEPS/WEPS124.pdf

2011年3月11日に発生した東日本大地震によって、J-PARCリニアックは、建屋,ユーティリティー設備,装置等に甚大な被害が生じた。高周波(RF)制御システムも立体回路の変形に伴い、2つの加速空洞に伝送しているRFの位相差を測定し、再調整を行った。また、各基準信号の伝送,制御機器,増幅機器の動作チェックを行い、2011年の末にビーム試験を迎えることができた。しかし、SDTL05の空洞が、震災で大気に晒されて空洞内の状態が悪化したこともあり、運転で使用するパワー領域で高周波が不安定になり、この領域での使用が困難になった。現在は、設計値より、高いパワー領域で運転している。その際に、高周波の波形を解析した結果、SDTL06にも相似た現象が確認できるが、SDTL07を境に大きく傾向が異なることがわかった。その結果、自由発振のときの波形から共振周波数を算出して、制御している自動チューナの設定値を最適化した。また、平成24年度に高圧のトラブルがあり、タイミングの関係でマクロパルスの途中でサグの傾きが変わるような設定になったが、現在はフィードバック制御により、空洞内の電場は一定に保たれている。本発表では、震災の復旧作業から夏季シャットダウンまでの運転対応について報告する。

J-PARCリニアック用クライストロン電源システムの現状2012; 震災復旧、高圧直流電源故障、エネルギー増強

川村 真人*; 千代 悦司; 堀 利彦; 篠崎 信一; 佐藤 文明; 福井 佑治*; 二ツ川 健太*; 山崎 正義*; 佐川 隆*; 雪竹 光輝*; et al.

Proceedings of 9th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1243 - 1247, 2013/08

http://www.pasj.jp/web_publish/pasj9/proceedings/PDF/THPS/THPS110.pdf

過去1年間のJ-PARCリニアック用クライストロン電源システムの運転状況について、東日本大震災による被災からの復旧、長期に渡る加速器運転停止を招いた高圧直流電源の故障を中心に述べる。また、エネルギー増強に向けた作業の状況を報告する。震災後、本電源システムは2011年10月中旬に試運転、11月上旬に181MeV用全機器の終夜連続運転の再開を果たし、2012年5月末までの当電源システムのHVオン時間は4,900時間である。2012年3月下旬、高圧直流電源(HVDCPS)1号機の変圧整流器が故障した。絶縁油タンクを開けて内部を確認した結果、整流用ダイオードスタックの破損が見られたので予備品と交換し、試運転を行ったところ再度故障し、別のダイオードスタックが破損した。結局当該変圧整流器は破棄し、代わりに予備機器を設置して運転を再開した。この影響で当電源システムは11日間停止、リニアックのビーム加速は15日間中断、ユーザーへの供給運転は18日間中断となった。

J-PARCリニアック972MHz立体回路の大電力試験

堀 利彦; 山崎 正義; 山口 誠哉*; 長谷川 和男; リニアック高周波源グループ

NIFS-MEMO-55, p.289 - 292, 2008/03

972MHz立体回路で使用される主要RFコンポーネントであるWR975規格の導波管と、J-PARCリニアック仕様サーキュレータの大電力下での位相変動を計測した。これはJ-PARCリニアックの400MeVエネルギー回復を実施するときの高周波源立体回路の機器仕様を決定するための一環として行ったものである。当面の運転条件である平均パワー45kW時での導波管とサーキュレータの位相変動(RFが供給され熱平衡に達したときとコールドな状態との差)は約6度と計測された。導波管におけるこの数値は、RFの安定化を図るための恒温化対策(導波管の水冷)を行うか否かを判断する重要な値であり、今回の検証実験と324MHzの位相制御システムでの実績から、実機の導波管は空冷でも十分な性能を有することが判明した。

J-PARCリニアックの第1ACSモジュールの大電力試験

平野 耕一郎; 青 寛幸; 森下 卓俊; 浅野 博之; 堀 利彦; 山崎 正義; 小林 鉄也; 久保田 親*; 山崎 良成

Proceedings of 5th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 33rd Linear Accelerator Meeting in Japan (CD-ROM), p.497 - 499, 2008/00

J-PARCリニアックでは、190MeVから400MeVまでの高エネルギー部にACS(Annular Coupled Structure)の加速空洞を用い、ビームエネルギーの増強を計画している。ビームラインには、2台のACSバンチャ空洞と21台のACSモジュールが設置される計画であり、現在、ACS空洞の開発を進めている。今回、高エネルギー加速部の最上流に設置される予定の第1番目のモジュール(=0.56)を試作した。ACS空洞の大電力試験を実施し、共振周波数972MHz,入力電力1.8MW,パルス幅600s,繰り返し50Hzで、定格以上の平均加速電界4.5MV/m(設計4.3MV/m)が得られた。

972MHz RFテストスタンドの活動状況2008

堀 利彦; 山崎 正義; 千代 悦司; 鈴木 浩幸; 青 寛幸; 平野 耕一郎; 長谷川 和男; 山口 誠哉*

Proceedings of 5th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 33rd Linear Accelerator Meeting in Japan (CD-ROM), p.482 - 484, 2008/00

原子力機構原子力科学研究所内の陽子加速器開発棟地下2階に設置されている972MHz RFテストスタンドは、J-PARCリニアックの高加速部(200MeV以上)で使用される972MHz RF機器の大電力試験が行える唯一の施設である。本年度(2007/82008/7)は400MeVアップグレード計画の第一歩が始まったこともあり、実機仕様を策定する各種試験が活動的に行われた。本論文では、機器製作時のコスト低減を目的に行った972MHz大電力立体回路の位相測定試験を中心に、2008年度の活動状況を報告する。

J-PARCリニアック棟の漏洩電波対策

千代 悦司; 小林 鉄也; 鈴木 浩幸; 山崎 正義; 堀 利彦; Fang, Z.*; 福井 佑治*; 川村 真人*; 山口 誠哉*; 穴見 昌三*

Proceedings of 4th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 32nd Linear Accelerator Meeting in Japan (CD-ROM), p.519 - 521, 2007/00

J-PARCセンターリニアック棟には、高周波源が24式設置され、これらの機器は電波法で定める高周波利用設備に該当し、設置には総務大臣の許可が必要である。このため、高周波源からの電波漏洩を法規に定める最大許容値以下に抑制しなければならない。高周波源からの電波漏洩箇所は、おもに(a)同軸管接続部,(b)同軸型ダミー負荷,(c)同軸型高調波フィルタ,(d)半導体増幅器からであった。(a)(c)の電波漏洩箇所は、外導体を確実に金属接触化することにより漏洩を低減した。一方、(d)からの電波漏洩を低減することは困難であった。これらの対策を施した結果、敷地境界での漏洩電波強度は、許容値以下であることを確認した。

J-PARCリニアック高周波源システムの性能

小林 鉄也; 千代 悦司; 堀 利彦; 鈴木 浩幸; 山崎 正義; 穴見 昌三*; Fang, Z.*; 福井 佑治*; 川村 真人*; 道園 真一郎*; et al.

Proceedings of 4th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 32nd Linear Accelerator Meeting in Japan (CD-ROM), p.510 - 512, 2007/00

J-PARCリニアックでは2006年10月からRFシステムすべての大電力運転が開始され、順調に空洞エージングが進み、2007年1月には目標の181MeV加速に成功した。ビームコミッショニングにおいて、これらRFシステムには大きなトラブルがなく、ほぼ順調に稼働し、要求される安定性を満たすことができた。ビームローディング補償についても、FB制御だけでは補償できないビーム立ち上がりのリップルをFF制御により完全に補償できることができた。その他、実際の運転におけるRF制御の性能について詳細を報告する。