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論文

Half-integer Shapiro steps in strong ferromagnetic Josephson junctions

Yao, Y.*; Cai, R.*; Yang, S.-H.*; Xing, W.*; Ma, Y.*; 森 道康; Ji, Y.*; 前川 禎通; Xie, X.-C.*; Han, W.*

Physical Review B, 104(10), p.104414_1 - 104414_6, 2021/09

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

We report the experimental observation of half-integer Shapiro steps in the strong ferromagnetic Josephson junction (Nb-NiFe-Nb) by investigating the current-phase relation under radio-frequency microwave excitation. The half-integer Shapiro steps are robust in a wide temperature range from T = 4 to 7 K. The half-integer Shapiro steps could be attributed to co-existence of 0- and $$pi$$-states in the strong ferromagnetic NiFe Josephson junctions with the spatial variation of the NiFe thickness. This scenario is also supported by the high-resolution transmission electron microscopy characterization of the Nb/NiFe/Nb junction.

論文

Longitudinal measurements and beam tuning in the J-PARC linac MEBT1

大谷 将士*; 二ツ川 健太*; 宮尾 智章*; Liu, Y.*; 平野 耕一郎; 近藤 恭弘; 三浦 昭彦; 小栗 英知

Journal of Physics; Conference Series, 1350, p.012078_1 - 012078_5, 2019/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.07

J-PARCリニアックは2018年から設計ピーク電流である50mAでの運転を行っている。このような大電流においては、とくに低エネルギー領域での縦横両方向のビームの特性を理解することが重要である。3MeV RFQと50MeV DTLの間の長さ3mのMEBTは、RFQ-DTL間のビーム整合やRCS入射ビームの中間構造を作る非常に重要なセクションである。この論文では、MEBTの最近の測定とビーム調整について報告する。

論文

Dirac surface state-modulated spin dynamics in a ferrimagnetic insulator at room temperature

Tang, C.*; Song, Q.*; Chang, C.-Z.*; Xu, Y.*; 大沼 悠一; 松尾 衛*; Liu, Y.*; Yuan, W.*; Yao, Y.*; Moodera, J. S.*; et al.

Science Advances (Internet), 4(6), p.eaas8660_1 - eaas8660_6, 2018/06

 被引用回数:22 パーセンタイル:87.84(Multidisciplinary Sciences)

This work demonstrates markedly modified spin dynamics of magnetic insulator (MI) by the spin momentum-locked Dirac surface states of the adjacent topological insulator (TI). As the Bi concentration $$x$$ is systematically tuned in 5-nm-thick (Bi$$_{x}$$Sb$$_{1-x}$$)$$_{2}$$Te$$_{3}$$ TI films, the weight of the surface relative to bulk states peaks at $$x$$ = 0.32 when the chemical potential approaches the Dirac point. At this concentration, the Gilbert damping constant of the precessing magnetization in 10-nm-thick Y$$_{3}$$Fe$$_{5}$$O$$_{12}$$ MI films in the MI/TI heterostructures is enhanced by an order of magnitude, the largest among all concentrations. In addition, the MI acquires additional strong magnetic anisotropy that favors the in-plane orientation with similar Bi concentration dependence. These extraordinary effects of the Dirac surface states distinguish TI from other materials such as heavy metals in modulating spin dynamics of the neighboring magnetic layer.

論文

Beam tuning for longitudinal profile at J-PARC linac

三浦 昭彦; Liu, Y.*; 丸田 朋史*; 宮尾 智章*

Proceedings of 5th International Beam Instrumentation Conference (IBIC 2016) (Internet), p.150 - 153, 2017/03

J-PARCリニアックでは、バンチシェイプモニタ(BSM)をSDTL加速空洞とACS加速空洞の加速周波数が324MHzから972MHzへ変わるビームラインに設置し、ACS加速空洞へ入射するビームの位相幅を測定し、ACS加速空洞の直前に設置したバンチャー空洞の振幅の調整を行ってきた。リニアックのビーム輸送については、位相方向(縦)のエミッタンス、ビーム進行方向に鉛直な方向(横)のエミッタンスに基づく運動量の大きさを等しくするような、Equi-partitioningという概念に基づいた設計を行っている。ビームの縦、横方向の運動量のバランスを崩した場合、ビームの空間電荷効果による縦・横方向のエミッタンス交換が発生する共鳴領域に入り、ビーム不安定性の要因になる場合がある。また、負水素イオンビームのビームロスの要因となるイントラビームストリッピングは、単位体積当たりの粒子数密度に比例するため、これを低減するためには、横方向のビームサイズを大きくするのが良いと考えられる。このため、Equi-partitioningの横方向の拡がりをパラメータとした縦・横方向のエミッタンス測定を行ったところ、横方向の拡がりを1.1倍にした場合に、エミッタンス交換が行われるような共鳴領域に入ったことを見つけることができた。本発表では、この共鳴領域を探すエミッタンス測定について説明し、今後の大強度ビームの輸送設計にこの手法が有益であるという議論を行った。

論文

J-PARCリニアックバンチシェイプモニタの位相分解能測定

宮尾 智章*; 丸田 朋史*; Liu, Y.*; 三浦 昭彦

Proceedings of 13th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1094 - 1096, 2016/11

J-PARCリニアックでは、ACS(Annular-ring Coupled Structure)加速空洞を2013年度から使用し、負水素イオンビームを400MeVまで加速している。このACS加速空洞にビームを入射する際、RF加速周波数が324MHzから972MHzにジャンプするため、バンチシェイプモニターを用いて位相方向のビーム位相の拡がりを測定し、加速空洞の調整を行っている。測定位置でのビーム位相の拡がりは、およそ4$$^{circ}$$と推定されているため、設計上の位相分解能を1$$^{circ}$$とした。ビームラインに設置後、実際のビームを用いてモニタの性能評価のための位相分解能の測定を行た結果、約1.8$$^{circ}$$であることが分かった。これを用いて、ACS加速空洞にビームを入射する際、ビーム位相幅を調整するためにバンチャー空洞のRFの振幅を調整した。測定した振幅と位相幅の関係を示し、ACS加速空洞の調整について説明する。

論文

Bunch length analysis of negative hydrogen ion beam in J-PARC linac

三浦 昭彦; 林 直樹; 丸田 朋史*; Liu, Y.*; 宮尾 智章*; 福岡 翔太*

Proceedings of 4th International Beam Instrumentation Conference (IBIC 2015) (Internet), p.386 - 389, 2016/02

J-PARCリニアックでは、新しく開発したACS加速空洞へ安定したビームを入射するため、ビーム位相方向のプロファイルを測定するバンチ・シェイプ・モニタを開発し、測定・チューニングを行ってきた。バンチ・シェイプ・モニタ設置場所でのビームエネルギー(191MeV)の負水素イオンビームについて、測定誤差などを議論するため、種々のビーム電流強度によるプロファイル幅を測定し、空間電荷効果によるビーム電流強度の依存性を確認した。また、ビーム強度の異なる位置での位相プロファイル幅の差異を議論するため、水平方向に測定個所をスキャンし、機械的構造に伴う差異を確認した。最後に、1台のバンチ・シェイプ・モニタを用いたリニアックのチューニング方法を紹介し、測定条件による計測結果の差異、チューニング方法に関する議論を行う。

論文

Beam monitors for the commissioning of energy upgraded linac

三浦 昭彦; 丸田 朋史*; Liu, Y.*; 宮尾 智章*; 川根 祐輔; 大内 伸夫; 小栗 英知; 池上 雅紀*; 長谷川 和男

JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.011002_1 - 011002_6, 2015/09

BB2014-1017.pdf:0.51MB

J-PARCリニアックでは、2009年より新しく設置されたACS(Annular-ring Coupled Structure)空洞を用いて、ビームエネルギーを400MeVに増強するプロジェクトを進め、2013年度には、リニアックで400MeVの利用運転を開始した。ビームエネルギーの増加に伴い、新しい加速空洞を設置する部位に対し、リニアックのチューニングに使用するビームモニタを製作し、設置した。また、2013年12月より実施した加速器のチューニングにおいて、製作したビームモニタを用いてTOF(Time Of Flight)法などによるビームエネルギー測定、ビームを用いた位置モニタの設置位置校正などの性能確認を実施した。ここでは、ビームモニタの製作において得られた知見、ビームモニタを用いた加速器のチューニングの方法を説明するとともに、ビーム運転で得られた成果のうち、ビームモニタの性能を示す結果を紹介する。

論文

Bunch shape measurement of 181 MeV beam in J-PARC linac

三浦 昭彦; Feschenko, A. V.*; Mirzojan, A. N.*; 宮尾 智章*; 大内 伸夫; 丸田 朋史*; Liu, Y.*; 小栗 英知; 池上 雅紀*; 長谷川 和男

JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.011003_1 - 011003_6, 2015/09

BB2014-1018.pdf:0.45MB

J-PARCリニアックでは、2009年より新しく設置されたACS(Annular-ring Coupled Structure)空洞を用いて、ビームエネルギーを400MeVに増強するプロジェクトを進め、2013年度には、リニアックで400MeVの利用運転を開始した。J-PARCリニアックの加速空洞で使用する加速周波数は324MHzであるが、ACS加速空洞の加速周波数は972MHzであり、位相方向に3倍の力を受けるため、ACS空洞に入射する部分でのマッチングをとる必要がある。このため、縦方向のビーム長を観測するバンチシェイプモニタを製作し、181MeVに加速したビームのバンチ長の測定を行った。ここでは、製作したバンチシェイプモニタの測定原理、構造について報告する。合わせて、ビーム運転におけるバンチ長測定、および解析結果との比較について報告するとともに、運転の際に発生した真空の悪化現象とその対策について報告する。

論文

J-PARC LINACにおけるビームパルス定義変更によるビームロス低減

澤邊 祐希; 丸田 朋史*; Liu, Y.*; 三浦 昭彦; 宮尾 智章*; 石山 達也; 菊澤 信宏; 林 直樹

Proceedings of 12th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1202 - 1205, 2015/09

J-PARC LINACでは、下流の3GeVシンクロトロン(RCS)にマクロパルス幅500usのビームを繰返し25Hzで供給している。フロントエンド部換装後のLINAC単独試験において、マクロパルスの終わりに有意なビームロスを発見した。試験の結果、このロスはRFQに印加しているRFが立ち下がる過渡的なタイミングで発生していることが判明した。過渡的なタイミングで加速されたビームは、下流の加速空洞のRFで加速されず、途中でロスしていると推測した。LINACではマクロパルスの終わりの定義を、RFQに印加するRFの立ち下がりとしているため、この定義のままでは、ロスを改善することが困難である。そこで現在、この代わりに、マクロパルスの定義をRFQ下流のビーム輸送系に設置されたチョッパー空洞に印加するRFを用いたものへ変更を検討している。過渡的なタイミングで加速されたビームをRFQのRFタイミング変更によって減らすとともに、チョッパー空洞のRFで偏向し、スクレーパで削り取る。このタイミングの定義を変更することで、ビームロスを完全に除去することに成功した。本発表では、マクロパルスの定義変更に伴うタイミングパラメータの変更、及び検証結果について報告する。

論文

J-PARCリニアックにおけるビーム調整試験の進捗

丸田 朋史*; Liu, Y.*; 二ツ川 健太*; 宮尾 智章*; 三浦 昭彦; 池上 雅紀*

Proceedings of 12th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.432 - 436, 2015/09

J-PARCリニアックは2013年と2014年の2年にわたり、ビームの大強度化のために加速器本体の増強を実施した。2013年には既設加速器の下流に25台のACS空洞を増設し、ビームエネルギーを181MeVから400MeVに増強した。2014年はフロントエンド部(イオン源とRFQ)を交換し、最大ピーク電流を30mAから50mAとした。フロントエンド交換後初となるリニアックの単独ビーム試験を2014年10月に実施し、約2週間の試験を経た10月15日に50mAビームの加速に成功した。設計ピーク電流50mAの加速に成功したことは、J-PARC加速器の1MW利用運転に向けた重要な一歩である。ビーム試験修了以降、現在まで30mAのビームを安定的に下流に供給している。本発表では、フロントエンド部交換後のリニアック単独のビーム試験結果、ビームプロファイル、ロスの状況について報告する。

論文

Installation and performance check of beam monitors for energy upgraded J-PARC linac

三浦 昭彦; 大内 伸夫; 小栗 英知; 長谷川 和男; 丸田 朋史*; Liu, Y.*; 宮尾 智章*; 池上 雅紀*

Proceedings of 27th International Linear Accelerator Conference (LINAC 2014) (Internet), p.1059 - 1061, 2014/12

J-PARCリニアックでは、2009年度より製作を開始した21台のACS加速空洞を用いて、加速するビームのエネルギーを181MeVから400MeVにするエネルギー増強プロジェクトを開始した。加速したビームのエネルギー測定に使用する位相モニタや、加速空洞や電磁石類のチューニングに使用するビーム電流モニタ、位置モニタ、プロファイルモニタを設計・製作し、2013年11月までに新しいビームラインに設置した。同12月よりビームコミッショニングを開始し、チューニング、400MeVの達成の確認のため、設置したビームモニタを使用した。ここでは、ビームモニタの設置状況及びビームコミッショニングにおいて実施したビームモニタの性能確認の方法、結果について紹介する。

論文

J-PARCリニアックの現状

小栗 英知; 長谷川 和男; 伊藤 崇; 千代 悦司; 平野 耕一郎; 森下 卓俊; 篠崎 信一; 青 寛幸; 大越 清紀; 近藤 恭弘; et al.

Proceedings of 11th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.389 - 393, 2014/10

J-PARCリニアックでは現在、ビームユーザに対する利用運転を行うとともに、リニアック後段の3GeVシンクロトロンにて1MWビームを加速するためのビーム増強計画を進めている。リニアックのビーム増強計画では、加速エネルギー及びビーム電流をそれぞれ増強する。エネルギーについては、181MeVから400MeVに増強するためにACS空洞及びこれを駆動する972MHzクライストロンの開発を行ってきた。これら400MeV機器は平成24年までに量産を終了し、平成25年夏に設置工事を行った。平成26年1月に400MeV加速に成功し、現在、ビーム利用運転に供している。ビーム電流増強では、初段加速部(イオン源及びRFQ)を更新する。イオン源はセシウム添加高周波放電型、RFQは真空特性に優れる真空ロー付け接合タイプ空洞をそれぞれ採用し、平成25年春に製作が完了した。完成後は専用のテストスタンドにて性能確認試験を行っており、平成26年2月にRFQにて目標の50mAビーム加速に成功した。新初段加速部は、平成26年夏にビームラインに設置する予定である。

論文

J-PARCリニアックRFチョッパ用の高周波源システムの改造

二ツ川 健太*; 池上 雅紀*; 伊藤 雄一; 菊澤 信宏; 佐藤 文明; 篠崎 信一; 鈴木 隆洋*; 千代 悦司; 平野 耕一郎; Fang, Z.*; et al.

Proceedings of 10th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1149 - 1153, 2014/06

J-PARCリニアックでは、MEBT部に2つの空胴で構成されたRFチョッパを導入し、不要なビームをRFで蹴り出すことにより櫛形構造を持つ中間パルスを生成して、RCSへ入射している。RFチョッパの高周波の立上り・立下り時の過渡領域のビームは、半端に蹴り 出されるために下流でのビーム損失の原因となり得る。そこで、RFチョッパには、素早い応答性が要求され、Q値の低い空胴と帯域の広い半導体アンプが採用されている。しかし、以前のシステムでは2つのチョッパ空胴をU字型の同軸管で直列に接続し、1つの高周波源で運用していたこともあり、高周波の立下り時に大きなリンギングが見られた。そこで、2012年の夏季シャットダウン中に、新たに半導体アンプを追加し高周波源を2台体制にして、各空胴を独立にドライブするシステムに改造した。その結果、立下り時のリンギングは小さくなり、ビーム電流15mAの条件下で立上り・立下り時間が約20nsecを達成した。現在は、半導体アンプが故障したために、以前の直列接続のシステムに戻っているが、本講演では2台体制の並列接続システムの成果について発表を行う。

論文

Progress of beam commissioning and beam loss mitigation in the J-PARC linac after the Tohoku earthquake

丸田 朋史; 三浦 昭彦; 佐甲 博之; 田村 潤; 池上 雅紀*; 二ツ川 健太*; Fang, Z.*; 宮尾 智章*; Liu, Y.*

Journal of the Korean Physical Society, 63(7), p.1274 - 1279, 2013/10

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

The Tohoku earthquake in March 2011 caused a significant damage to the J-PARC linac and forced us to shutdown the accelerator for nearly nine month. After significant effort for its restoration, we have resumed the beam operation of the J-PARC linac in December 2011. After the resumption of beam operation, we have been suffering from beam losses which were not observed before the earthquake. Tackling with the beam loss issues, we have been reached the same beam power for user operation as before the earthquake. In this paper, we present the experience in the beam start-up tuning after the earthquake with emphasis on the beam loss mitigation efforts.

論文

Beam commissioning of J-PARC linac after Tohoku Earthquake and its beam loss mitigation

池上 雅紀*; Fang, Z.*; 二ツ川 健太*; 宮尾 智章*; Liu, Y.*; 丸田 朋史; 佐甲 博之; 三浦 昭彦; 田村 潤; Wei, G.

Proceedings of 9th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.64 - 67, 2013/08

The beam operation of J-PARC linac was interrupted by the Tohoku earthquake in March 2011. After significant effort for its restoration, we have resumed the beam operation of J-PARC linac in December 2011. After resumption of beam operation, we have been suffering from beam losses which were not observed before the earthquake. Tackling with the beam loss issues, we have been reached the same beam power for user operation as before the earthquake. In this paper, we present the experience in the beam start-up tuning after the earthquake with emphasis on the beam loss mitigation efforts.

口頭

Frictional properties of Main Fault Gouge of Mont Terri, Switzerland

青木 和弘; 瀬下 和芳; Guglielmi, Y.*; Nussbaum, C.*; 嶋本 利彦*; Ma, S.*; Yao, L.*; 亀高 正男*; 酒井 亨*

no journal, , 

JAEA participated in the Fault Slip Experiment of Mont Terri Project which aims at understanding (1) the conditions for slip activation and stability of clay faults, and (2) the evolution of the coupling between fault slip, pore pressure and fluids migration. The experiment uses SIMFIP probe to estimate (1) the hydraulic and elastic properties of fault zone elements, (2) the state of stresses across the fault zone and (3) the fault zone apparent strength properties (friction coefficient and cohesion). To elaborate on the Fault Slip Experiment, JAEA performed friction experiment of borehole cores of depths 47.2m and 37.3m using a rotary-shear low to high-velocity friction apparatus at Institute of Geology, China Earthquake Administration.

口頭

スイスモンテリ地下研究施設における断層スリップ試験と摩擦特性

青木 和弘; 瀬下 和芳; Nussbaum, C.*; Guglielmi, Y.*; 嶋本 利彦*; 酒井 亨*; 亀高 正男*; Ma, S.*; Yao, L.*

no journal, , 

スイスMont Terri地下研究施設の主断層を対象としたSIMFIPプローブを用いた断層スリップ試験(注水実験)の解析に資することを目的に、試験区間のコアの摩擦試験を行った。試験機は、中国地震局地質研究所が所有する回転剪断式低速・高速摩擦試験機を用い、試験条件は室温下で無水及び含水条件下で、垂直応力は1.4および4.0MPa、ホスト試料として岩石に近い挙動を示すTiAlV合金製ピストンを用い、すべり速度は0.2microns/s$$sim$$2.1mm/sとし、低速・中速摩擦試験を実施して摩擦の速度依存性などを求めた。

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