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神藤 勝啓; 柴田 崇統*; 和田 元*
Proceedings of 14th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.648 - 650, 2017/12
J-PARCでは、セシウムを導入した水素プラズマ生成に2MHzの高周波をイオン源よりピーク電流が数10mAのH
ビームを引き出している。このような大強度RF Hイオン源では、イオン源内のイオン密度が高いためビーム引出領域近傍のイオンシースがRF振動に追随する。J-PARCの大強度RF Hイオン源より引き出されたHビーム電流をファラデーカップで測定すると、44mAの平均ピーク電流に対して1mA程度のビーム電流の揺らぎが観測された。ビームはその進行方向だけでなく、それに垂直な方向にも振動していると考えられる。ビーム引き出し領域のシースの高周波振動をより明らかにするために、位相空間内での実時間でのビームの揺動を観測できるような高時間分解能で高感度のエミッタンスモニターを備えた実験系を提案する。
原田 寛之; 山根 功*; Saha, P. K.; 菅沼 和明; 金正 倫計; 入江 吉郎*; 加藤 新一
Proceedings of 14th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.684 - 688, 2017/12
大強度陽子加速器では、線形加速器で加速された負水素イオンの2つの電子を炭素膜にて剥ぎ取り、陽子へと変換しながら多周回にわたり円形加速器に入射し大強度陽子ビームを形成している。この手法は大強度ビームを形成できる反面、周回する陽子ビームが膜へ繰返し衝突し散乱され、ビーム損失が生じ残留線量となる。また、衝突時の熱付与や衝撃による膜の変形が生じている。これらは、大強度陽子ビームの出力や運転効率を制限する可能性がある。そのため、さらなる大強度出力には炭素膜に代わる新たな荷電変換入射が必要となる。J-PARC 3GeVシンクロトロンでの設計出力を超える大強度化に向けて、レーザーにて電子剥離を行う「レーザー荷電変換入射」を新たに考案し研究開発を進めている。この新たな入射方式の実現には、現存より2桁高い平均出力のレーザーが必要となるため、レーザーを再利用する形で連続的にビームへの照射を可能とする「高出力レーザー蓄積リング」の開発を目指している。本発表では、レーザー荷電変換入射の概要を紹介し、開発を行う高出力レーザー蓄積リングを説明する。加えて、現在の開発状況を報告する。
田村 文彦; 杉山 泰之*; 吉井 正人*; 大森 千広*; 山本 昌亘; 島田 太平; 長谷川 豪志*; 原 圭吾*; 古澤 将司*
Proceedings of 14th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.241 - 245, 2017/12
J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)では、大強度の陽子ビームを加速する際に金属磁性体(MA)空胴に生じるビームローディングを補償することが必須である。RCSで用いられるMA空胴は広帯域の周波数特性を持つために、ウェーク電圧も高調波を含み、マルチハーモニックのビームローディング補償が必要である。RCSでは、マルチハーモニックフィードフォワードシステムによるビームローディング補償で、設計ビームパワー1MWまでのビーム加速試験を成功裏に遂行してきたが、その過程で、フィードフォワード法が持つオープンループ系であることに起因する弱点もわかってきた。J-PARCシンクロトロンの次世代LLRF制御システムでは、フィードフォワードに加え、ベクトルrf電圧制御によるビームローディング補償の採用を検討している。本発表では、2016年度に製作したベクトルrf電圧制御システムのプロトタイプについて、概要、調整手法および試験結果について報告する。
株本 裕史; 長 明彦; 石崎 暢洋; 田山 豪一; 松田 誠; 仲野谷 孝充; 中村 暢彦; 沓掛 健一; 乙川 義憲; 遊津 拓洋
Proceedings of 14th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1404 - 1408, 2017/12
原子力機構-東海タンデム加速器施設は最高運転電圧が約18MVの大型静電加速器で、核物理,核化学,原子物理,材料照射などの各分野に利用されている。当施設では2015年度中に起きた運転中の放電等により一部の加速管に不調が生じたため、しばらく加速電圧を低く抑えて運転を継続していたが、2016年度に加速管8本の交換作業を実施し、加速電圧は約17MVまで回復した。しかし、12月に起きた真空トラブルのため、再び加速管に不調が発生し、加速電圧を低く抑えての運転を余儀なくされた。現在、加速管を全て分解し、クリーニング等による電圧性能の回復を図っている。本発表では加速器の運転・整備状況およびビーム利用開発等について報告する。
發知 英明; 原田 寛之; 加藤 新一; 岡部 晃大; Saha, P. K.; 菖蒲田 義博; 田村 文彦; 谷 教夫; 渡辺 泰広; 吉本 政弘
Proceedings of 14th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.95 - 99, 2017/12
この一年、J-PARC RCSでは、大強度かつ低エミッタンスのビームを実現するためのビーム調整を精力的に展開してきた。RCSの動作点は、2Qx-2Qy=0共鳴の近傍に設定されている。この共鳴はエミッタンス交換を引き起こすため、ビームの電荷密度分布を大きく変調してしまう。RCSでは、ペイント入射と呼ばれる手法でビーム粒子の分布をコントロールして入射中のエミッタンス増大の抑制を図っているが、エミッタンス交換の影響を考慮してその手法を最適化した結果、電荷密度分布の一様化に成功し、入射中のエミッタンス増大を最小化することができた。本発表では、ペイント入射中の特徴的なビーム粒子の挙動やエミッタンス増大の発生機構を議論すると共に、エミッタンス低減のために行った一連の取り組みを紹介する。
林 直樹; 菊澤 信宏; 三浦 昭彦; 二ツ川 健太*; 宮尾 智章*
Proceedings of 14th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.540 - 544, 2017/12
J-PARCリニアックは、安定な利用運転を行っているが、最近は、リニアック・ロスモニタ単独1台のみによるインターロック事象が増加している。その回数は、RFQトリップ回数に迫るほどであり、運転効率の改善に向けて、対策が必要となってきた。そこで、各事象毎のデータを詳しく解析し、事象を3つに分類、それぞれに特徴的な、ロスモニタの分布・パターンを見出した。リニアックのロスモニタは、一般的なものではあるが、時間分解能重視のため、J-PARCの他のリングシンクロトロンとは異なった設定、プリアンプの入力インピーダンスは50
、生信号での閾値・幅をインターロック条件としている点についても改善のための検討・試行を実施した。
吉本 政弘; 加藤 新一; 岡部 晃大; 原田 寛之; 金正 倫計
Proceedings of 14th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.877 - 881, 2017/12
MW級の大強度陽子ビームの利用運転を実現するためには、機器の放射化の抑制が重要な課題となる。J-PARC 3GeVシンクロトロン加速器(RCS)では、入射直線部にコリメータシステムを導入しビーム損失を局所化することでそれ以外の機器の放射化を抑制する思想で設計されている。しかし、コリメータ部の他に荷電変換薄膜の周辺部においてきわめて高い残留線量が観測されている。これまでの詳細な残留線量分布測定とPHITSを用いたシミュレーション結果から、この放射化の原因はビーム入射期間中に入射ビーム及び周回ビームの荷電変換薄膜への衝突による核反応によって生成された2次粒子(陽子及び中性子)であると強く示唆されてきた。入射部機器の放射化抑制を実現するために、周回ビームの薄膜への衝突回数を減らすことで2次粒子の発生を抑制する努力を続けてきた。同時に衝突回数を計測するための新たなビーム損失モニタの開発も行った。本発表では2次粒子検出と薄膜への衝突回数の評価について報告する。合わせて放射化抑制について議論する。
stripping to protons by using only lasers in the 3-GeV RCS of J-PARCSaha, P. K.; 原田 寛之; 山根 功*; 金正 倫計; 三浦 昭彦; 岡部 晃大; Liu, Y.*; 吉本 政弘; 加藤 新一; 入江 吉郎*
Proceedings of 14th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.866 - 870, 2017/12
The conventional H stripping injection by using solid stripper foil has serious issues not only because of high residual radiation at injection area due to uncontrolled beam losses caused by the foil and beam interaction, but also for the short lifetime, especially in high intensity accelerators. In order to overcome those issues, we proposed an alternative method of H stripping by using only lasers. Experimental study for a POP (proof-of-principle) demonstration of the present principle is under preparation for 400 MeV H stripping in the 3-GeV RCS of J-PARC. The studies of laser beam itself and also the H beam optimization studies to match with given laser pulses are in progress, where the first interaction of the H beam and the laser is planned to perform in this fiscal year. The status and detail strategy of the present research are summarized in this work.
山本 風海; 神谷 潤一郎; Saha, P. K.; 高柳 智弘; 吉本 政弘; 發知 英明; 原田 寛之; 竹田 修*; 三木 信晴*
Proceedings of 14th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.374 - 378, 2017/12
J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)は、最大1MWの大強度陽子ビームを物質生命科学実験施設および主リングシンクロトロンに供給するために設計され、運転を行っている。現在のところ、RCSでは設計値の半分である500kWの出力での連続運転に成功しているが、今後さらにビーム出力を向上し、安定な運転を達成するためには、入射点付近の残留放射能による被ばくへの対策が重要となってくる。これまでのビーム試験やシミュレーション、残留線量の測定結果等から、入射点周辺の残留放射能は、入射で使用する荷電変換用カーボンフォイルに入射及び周回ビームが当たった際に発生する二次粒子(散乱陽子や中性子)が原因であることがわかった。現状では、RCSの入射にはフォイルが必須であり、これらの二次粒子を完全になくすことはできない。そこで、これら二次粒子によって放射化された機器の周辺に遮蔽体を置けるように、より大きなスペースが確保できる新しい入射システムの検討を開始した。予備検討の結果、機器配置は成立するが、入射用バンプ電磁石磁場が作る渦電流による発熱が問題となることがわかり、その対策の検討を進めることとなった。
大越 清紀; 神藤 勝啓; 池上 清*; 柴田 崇統*; 高木 昭*; 南茂 今朝雄*; 上野 彰; 小栗 英知
Proceedings of 14th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.651 - 654, 2017/12
J-PARCリニアックのセシウム添加高周波駆動型(RF)負水素イオン源は、リニアックビーム増強のアップグレードのために2014年9月からビーム供給運転を開始した。2017年4月から7月までのビーム運転(RUN75)では、ピーク電流47mA条件下でこれまでの最長時間になる約1,845時間のビーム供給を達成した。本学会では、1年間のイオン源の運転実績及び保守等について報告する。
高柳 智弘; 金正 倫計; 山本 風海; 植野 智晶*; 堀野 光喜*; 徳地 明*; 虫邊 陽一*
Proceedings of 14th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.45 - 49, 2017/12
J-PARC RCSは、運転開始から10年が経過し機器の更新が必要となっている。そこで、スイッチング損失が小さく高耐圧の次世代パワー半導体(SiC-MOSFET)を適用したパルス電源の検討を行っている。このパルス電源は、複数の半導体と大容量コンデンサを1枚の基板上で直並列に多重化した回路基板(LTD)で構築する。出力800V/2kAのLTDを主基板とし、並列多段済みにした階層構造とすることで、RCSキッカー電源として必要な電圧40kV、電流4kA、矩形波のパルス幅1500nsの仕様を満足することができる。また、出力電圧が40Vの補基板を複数枚追加し、かつ、その補基板回路の動作トリガの入力タイミングを各々任意に設定することで、矩形波の平坦度補正調整も可能となる。主基板5枚と補基板4枚による最大出力4kV/2kAの予備試験の結果において、RCSの大強度ビーム出力の安定運転の維持に有効であることが確認できた。発表では、回路設計の構造と予備試験結果について報告する。
守屋 克洋; 岡部 晃大; Liu, Y.*; 三浦 昭彦; 二ツ川 健太*
Proceedings of 14th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1081 - 1083, 2017/12
J-PARCでは、ビームの位相幅(縦方向プロファイル)を測定するためのバンチシェイプモニタ(BSM)の高度化を進めている。リニアックと後段シンクロトロン(RCS)を結ぶビーム輸送ライン(L3BT)でビーム位相幅の測定が可能になれば、縦方向マッチング、ビームローディング観測、横方向モニタと組み合わせた縦横結合共鳴観測などが実施できる。それにより、現状に比べてより精細な線形加速器のビーム加速調整、及び、空間電荷効果を考慮したビーム力学理論の検証が可能になり、ビームロスの低減と運転安定化が期待できる。そこで、L3BT用BSMの設計に際し、L3BTを通過するビームを数値計算上で再現し、BSMの本体設計や設置位置等の検討を開始した。BSM1台でビーム縦方向のパラメータを求めるために、上流の空洞電圧を変えてBSMでビーム位相幅への影響を測定(以下,縦方向Q-scan)すればよいが、空洞の収束力やBSMとの位置関係によっては、必要な精度が得られない可能性がある。そこで数値計算を行い、必要な精度を得るための条件を求めBSMの設計を行った。また既存のモニタを用いて縦方向Q-scan時のビーム位相幅の変化を観測した結果、数値計算と同様の結果が得られた。これは、J-PARC L3BTにBSMを導入することでビーム縦方向のパラメータを新たに観測できることを意味する。
荻原 徳男; 引地 裕輔*; 神谷 潤一郎; 山本 風海; 金正 倫計
Proceedings of 14th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.563 - 567, 2017/12
In order to realize a non-destructive and fast-response beam profile monitor for stable operation of the accelerators in the J-PARC, we have been developing a dense gas-sheet target with the aid of vacuum science and technology. After the study with the Monte Carlo simulations of transported molecules through some kinds of tubes, the deep slit is found to be effectual to make a gas sheet. In this report, the outline of the simulations will be shown, and the performances of the proto-type gas sheet generator will be presented through the demonstration experiments for the electron beam detection.
長谷川 和男; 金正 倫計; 小栗 英知; 山本 風海; 林 直樹; 山崎 良雄; 内藤 富士雄*; 堀 洋一郎*; 山本 昇*; 小関 忠*
Proceedings of 14th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1317 - 1321, 2017/12
J-PARCでは2016年の夏季メンテナンス終了後、加速器の立ち上げや調整を経て、10月下旬からニュートリノ実験施設(NU)、11月上旬から物質・生命科学実験施設(MLF)の利用運転を再開した。NUでは、前回の利用の終了時点(2016年5月)で420kWの出力であったが、チューンの変更や多くのパラメータの最適化調整により、2017年1月には450kW、2月に470kWまで向上した。一方ハドロン実験施設(HD)に向けて2017年4月に調整運転を開始したが、静電セプタムの不具合により停止し、復旧作業により再開し37kWで供給した。MLFでは、2016年度の2回の中性子標的の不具合を受け、新しい設計で標的を製作中であり、それが納入される2017年夏までは150kWのシングルバンチで供給した。2016年度全体では、リニアック、3GeVシンクロトロン(RCS)、MLFともに安定に運転ができ、稼働率は93%であった。一方メインリング(MR)では、小動物のトランスへの侵入や、性能向上に向けた新しい電源の使用開始に伴うノイズによる不具合などがあり、NU向けで約77%、ハドロン向けで約84%の稼働率であった。本発表では、こうしたJ-PARC加速器の運転状況について報告する。
岡部 晃大; 山本 風海; 神谷 潤一郎; 高柳 智弘; 山本 昌亘; 吉本 政弘; 竹田 修*; 堀野 光喜*; 植野 智晶*; 柳橋 亨*; et al.
Proceedings of 14th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.853 - 857, 2017/12
J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)には、ビーム損失を局所化し、機器の放射化を抑制するためにビームコリメータが設置されている。RCSにて加速中に広がったビームハローは、すべてコリメータ散乱体によって散乱され、吸収体部にて回収される。2016年4月のコリメータ保守作業時に吸収体部の1つで大規模な真空漏れが発生したため、代替の真空ダクトを設置することで応急的な対処を行い、ビーム利用運転を継続した。取り外したコリメータの故障原因を特定するためには、遮蔽体を解体し、駆動部分をあらわにする必要がある。しかし、故障したコリメータ吸収体部は機能上非常に高く放射化しており、ビームが直接当たる真空ダクト内コリメータ本体では40mSv/hという非常に高い表面線量が測定された。したがって、作業員の被ばく線量管理、及び被ばく線量の低減措置をしながら解体作業を行い、故障したコリメータ吸収体の真空リーク箇所の特定に成功した。本発表では、今回の一連の作業及び、コリメータの故障原因について報告する。
藤来 洸裕; 菅沼 和明; 山崎 良雄
Proceedings of 14th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.874 - 876, 2017/12
J-PARC 3GeVシンクロトロン加速器(RCS)は、RF装置、電磁石および電源などの装置が数多くある。これらの装置は運転時に17MWの電力を使い、そのうち多くは熱エネルギーとなっている。よって加速器の運転には、冷却水設備が必要不可欠であり、その安定性は、加速器の稼働率を左右する。最近、冷却水設備の重要な部品である冷却塔ファンのベアリングユニットが故障した。今回の事象は、J-PARC全体の運転停止につながる。今回故障の原因を調べるために、ベアリングユニットの振動測定及びベアリングを切断し観察した。振動測定の結果、ベアリングの傷の有無で振動周波数に違いがあることが分かった。またベアリングを分解した際、外輪に傷がついていた。この傷はフレーキング痕という傷であることが分かった。
神谷 潤一郎; 金正 倫計; 阿部 和彦*; 比嘉 究作*; 小泉 歐兒*
Proceedings of 14th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1222 - 1225, 2017/12
J-PARC RCSのビーム入射部は、入射および周回ビームをロスなく受け入れるために、大口径かつビームの形状に合わせた特殊断面形状のビームパイプを用いている。このビームパイプはパルス電磁による誘導連流による発熱と磁場の乱れを回避するためにアルミナセラミックスを材料としている。現状、入射部では四極電磁石用とシフトバンプ用のセラミックス製ビームパイプが、空間の制限からベローズを介さずに直接フランジ接続させている状態である。この状態の解決はメンテナンス性を向上させ、作業者の被ばくを低減するため、加速器の安定運転に必須である。我々は、大口径ながら短ピッチの超低反力ベローズの開発と、特殊形状の大口径アルミナセラミックスの加工技術の向上を行なってきた。これらの技術を組み合わせて、入射四極電磁石用アルミナセラミックス製ビームパイプについて、セラミックスの加工技術の向上により端部の構造を簡素化し、空いた空間に短ピッチのベローズを設けるという設計を行った。本発表では、この入射四極電磁石用アルミナセラミックスビームパイプの設計思想、ロウ付け試験結果、およびベローズの性能評価結果を報告する。
二ツ川 健太*; Fang, Z.*; 福井 佑治*; 篠崎 信一; 溝端 仁志; 佐藤 福克*
Proceedings of 14th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.486 - 489, 2017/12
J-PARCリニアックのLLRFは、周波数324MHzのシステムと972MHzのシステムに大別される。周波数324MHzのシステムは、J-PARCリニアックの建設当初から使用されており、その開発から10年以上が経過している。そのため、経年劣化での故障頻度が増加してくることが予想され、実際に予備交換などの対策を検討し始めている。また、フィードバック(FB)やフィードフォワード(FF)を担っているcPCIのボードの一部が製造中止になり、更に開発環境をインストールできるOSを維持することが厳しくなってきている。そこで、次世代のFB&FFシステムへの移行の検討している。現在のシステムは50式近くあり全式を一遍に交換することは厳しいため、新システムと現在のシステムとの両立できる必要がある。開発のための制約が厳しい中でも、現在のシステムの改善点を洗い出して検討を進めている。本件では、現在検討を進めているシステムと現状のシステムを比較するかたちで紹介する予定である。
近藤 恭弘; 長谷川 和男; 大谷 将士*; 三部 勉*; 吉田 光宏*; 北村 遼*
Proceedings of 14th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.398 - 400, 2017/12
J-PARCにおいて、新たなg-2実験のためのミューオンリニアックを開発中である。J-PARC MLFのミューオンビームライン(H-line)からのミューオンビームはエアロジェルターゲット中で室温のミューオニウムを生成する。このミューオニウムをレーザー電離した超低速ミューオン(USM)をミューオンリニアックによって212MeVまで加速する。40MeV以降の加速構造には、円盤装荷型進行波加速管を用いる。このエネルギーの
は0.7であり、電子リニアックと同様の技術を利用できる。しかしながら、ミューオンではセル長がエネルギーの増加によって長くなっていくので、これに同調した設計が必要となる。本論文では、このミューオン加速用の加速構造のビーム力学設計について述べる。
大谷 将士*; 二ツ川 健太*; 長谷川 和男; 近藤 恭弘; 北村 遼*; Kurennoy, S.*
Proceedings of 14th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.364 - 366, 2017/12
J-PARCにおけるミューオン異常磁気モーメント及び電気双極子モーメント測定実験のための、アルバレ型ドリフトチューブリニアック(DTL)の設計を行った。DTLはミューオンを光速の0.08倍から0.28倍まで加速し、共振周波数は324MHzである。PARMILAコードを用いてDTLのビーム力学設計を行い、空洞設計はSUPERFISH及びCST micro wave studioを用いた。本論文では、このDTLの設計に関して述べる。
