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論文

JAERI ERL-FEL; Status and future plans

羽島 良一; 沢村 勝; 永井 良治; 菊澤 信宏; 西森 信行; 峰原 英介

第14回加速器科学研究発表会報告集, p.696 - 698, 2003/11

原研FELグループでは、高出力FELのためのエネルギー回収型リニアック(ERL)の開発を行っている。これまでにエネルギー回収装置を完成し、エネルギー回収動作及びFEL発振に成功している。現在は、5-10kW出力のFELを目指した装置の改造として、入射器増強作業,RF制御システム更新作業を進めている。また、FEL利用研究としては、超短パルスFELによる金属材料の非熱加工と表面改質の試験研究を進めており、また、自己変調パルスを用いたレーザー量子制御の可能性も検討している。さらに、将来の展望として、ERL技術に基づく光量子源(大強度テラヘルツ,高輝度X線,大強度$$gamma$$線など)を目指した研究に着手している。本報では、これらの研究開発の状況を概括する。

論文

An Analysis of the coherent synchrotron radiation effect in an energy-recovery linac by first-order transfer matrix

羽島 良一

第14回加速器科学研究発表会報告集, p.401 - 403, 2003/11

エネルギー回収型リニアックを用いた高輝度光量子源の実現において、輝度を制限する重要な物理現象の一つとして、コヒーレント放射光効果によるビームエミッタンスの増大がある。本報では、ビーム輸送行列を用いたコヒーレント放射光効果の解析手法を提案しその有効性を検証する。例として3GeV-ERLの周回軌道におけるエミッタンス増大とその補償を示す。

論文

Analysis of an FEL oscillator at zero detuning length of an optical cavity in the early stage of the field evolution

西森 信行

第14回加速器科学研究発表会報告集, p.108 - 110, 2003/11

完全同期長における高強度極短パルスFEL生成のメカニズムについて理論解析を行う。共振器型FELの最初のパスで形成される電場はSelf Amplified Spontaneous Emission(SASE)と同じであり、FELパラメーターで特徴づけられる。完全同期長でnパス後に、このSASE電場と電子のFEL相互作用で得られる電場は、FELパラメーターとパス数nで特徴づけられるSASEとよく似た電場であることを示す。

論文

J-PARC 3GeV出射用キッカ電磁石

神谷 潤一郎; 高柳 智弘; 中村 英滋*; 島田 太平; 鈴木 寛光; 川久保 忠通*; 志垣 賢太*; 村杉 茂*; 田澤 七郎*

第14回加速器科学研究発表会報告集, p.84 - 86, 2003/11

大強度陽子加速器の3GeV陽子シンクロトロン出射用キッカ電磁石システムの先行機を製作し性能試験を行ったのでその結果を報告する。キッカ電磁石システムは電源と電磁石を別個に製造しているため、組合せ時の%オーダーの微調整が必要となる。ここでは励磁電源側での出力電流波形補正と、電磁石側での水平分布補正の施工結果について述べる。また電磁石の特性インピーダンス測定,分散曲線の測定を行ったので併せて報告する。

論文

J-PARCにおける測量&アライメントの検討

三島 研二*; 谷 教夫

第14回加速器科学研究発表会報告集, 3 Pages, 2003/11

現在、日本原子力研究所と高エネルギー加速器研究機構の統合計画として茨城県東海村に建設中のJ-PARCは、南北に約1000m,東西に約500mの敷地に建設され、3GeVシンクロトロンで周長約300m,50GeVのシンクロトロンで周長約1500mの大型加速器である。また、J-PARCからニュートリノ振動実験のために岐阜県のカミオカンデの施設を含めると約300kmの巨大加速器実験施設と考えられる。このような大型加速器を設計図から現地に建設する場合、地球の曲率を考慮しなければならない。本報告は、J-PARCが大型加速器であるための測量の問題点の検討結果と測量結果の報告である。

論文

Replacement of accelerator tubes of the JAERI tandem accelerator with tubes cleaned by a high-pressure water jet

竹内 末広; 仲野谷 孝充; 株本 裕史; 石崎 暢洋; 松田 誠; 月橋 芳廣; 神田 将; 田山 豪一; 阿部 信市; 吉田 忠

第14回加速器科学研究発表会報告集, p.308 - 310, 2003/00

原研タンデム加速器は端子電圧を改善するためコンプレスドジオメトリの加速管に更新した。更新にあたって加速管内を高圧純水洗浄するアイデアを検証するための種種の簡単な試験と1MV及び3MVの高電圧試験を行った。その結果加速管セラミック表面は剥がれやすい微粒子がかなり付着していて、高圧純水洗浄等で清浄化することで高電圧性能が飛躍的に改善されることがわかった。加速管更新については経過を述べる。

論文

マイクロスリットを用いたビームエネルギー幅測定技術の開発

奥村 進; 石堀 郁夫; 福田 光宏; 宮脇 信正; 倉島 俊; 上松 敬; 奈良 孝幸; 吉田 健一; 中村 義輝; 荒川 和夫

第14回加速器科学研究発表会報告集, p.518 - 520, 2003/00

原研AVFサイクロトロンでは、集束方式による直径1$$mu$$mのマイクロビーム形成を実現するために必要な、集束レンズでの色収差抑制のため、フラットトップ加速によるビームエネルギー幅縮小化技術の開発を進めている。既設分析電磁石を利用して、ビームエネルギー幅計測を行うために、マイクロスリットを用いたビームエネルギー幅計測システムの開発を行った。計測システム及び開発した計測用機器について述べる。

論文

高電圧端子内設置に向けたECRイオン源のビーム生成試験及び機器開発

松田 誠; 竹内 末広; 吉田 忠; 花島 進; 藤井 義雄*

第14回加速器科学研究発表会報告集, p.170 - 172, 2003/00

原研タンデム加速器では得られるビームのエネルギー,強度,イオン種の拡大を目的に高電圧端子内にECRイオン源を設置している。計画の第1段階で、基本的な技術の取得及び機器の開発のため、加速器本体に大きく手を加えることなく搭載することが可能な小型のイオン源を設置した。現在、高電圧端子内ECRイオン源により、ヘリウムを除く希ガス及び水素,窒素,酸素の加速が行われている。今回は計画の第2段階として14.5GHz, 200Wの永久磁石型ECRイオン源を設置する予定である。これによりさらに高多荷イオンの生成が可能となりビームエネルギー・強度ともに現状以上に増強することができる。これまでに試験台にてビーム生成試験及び動作特性の測定を行った。また特殊な環境下である端子内に設置される機器に対する新たな制御方式の開発を行っている。

論文

$$mu$$ITRONを用いたJAERI ERL-FEL制御系の開発

菊澤 信宏

第14回加速器科学研究発表会報告集, p.269 - 271, 2003/00

JAERI ERL-FELでは制御系におもにCAMACを用いているが、CAMACとのインターフェースに産業用に広く使われている$$mu$$ITRONを組み込んだコントローラを開発し、既存のPCと交換する予定である。また、これにあわせて制御用ソフトウェアをJava&CORBAなどで構築し、マルチプラットフォーム対応とする。これによって以前のPCを使った制御系に比べて安定性やリアルタイム制御性が向上することが期待される。新しい制御系の概要を報告する。

論文

JAERI ERL-FELのための高周波基準信号ケーブルの安定化

永井 良治; 沢村 勝; 菊澤 信宏; 羽島 良一; 西森 信行; 峰原 英介

第14回加速器科学研究発表会報告集, p.362 - 364, 2003/00

原研エネルギー回収型リニアック駆動自由電子レーザー(JAERI ERL-FEL)の安定性向上のために、高周波基準信号分配用ケーブルの電気長を室温及び大気圧の変動に対して安定化した。室温の変動に対しては、一般的に電気長温度安定性の高いことが知られている同軸ケーブル(絶縁体に高発泡ポリエチレンを使用したケーブル)に温調を施すことにより安定化を行った。大気圧の変動に対しては、温調の設定温度を適当に選ぶことで、その影響を小さくできることがわかった。その結果、当初の目標通りにすべての高周波回路間の位相の変化を$$pm$$0.1deg.以下にできることがわかった。

論文

原研AVFサイクロトロンにおけるフラットトップ加速システムの開発

倉島 俊; 福田 光宏; 宮脇 信正; 奥村 進; 奈良 孝幸; 上松 敬; 石堀 郁夫; 吉田 健一; 中村 義輝; 荒川 和夫

第14回加速器科学研究発表会報告集, p.359 - 361, 2003/00

原研AVFサイクロトロンは、材料科学・バイオ技術専用のサイクロトロンとして世界で初めて建設され、イオン種・エネルギーを短時間で切り替えるカクテルビーム加速技術,大面積均一照射技術,パルスビーム生成技術,イオン源技術などを開発し、イオンビーム利用研究を先導する最先端の加速器技術を生み出してきた。バイオ技術分野においては、微細孔(マイクロアパーチャ)を用いたコリメート方式により世界に先駆けて開発したビームスポット径約10$$mu$$mの数百MeV級重イオンマイクロビーム形成技術とシングルイオンヒット技術が生物細胞への局部照射など生体機能解明研究に応用されているが、さらにビームスポット径の高分解能化と照準位置の高精度化を図り、最先端のバイオ・材料研究に資するサブミクロンビーム形成を実現するため、サイクロトロン加速器技術の高度化を進めている。従来のサイクロトロンより加速電場及び磁場の安定性とビームのエネルギー分解能を1桁以上も向上させ、4連四重極レンズを用いたビーム集束方式により数百MeV級重イオンでは世界初となるビームスポット径1$$mu$$m以下のサブミクロンビーム形成の実現を目指している。

論文

原研超伝導AVFサイクロトロン建設・整備計画,2

福田 光宏; 奥村 進; 石井 保行; 齋藤 勇一; 宮脇 信正; 水橋 清; 上松 敬; 倉島 俊; 千葉 敦也; 酒井 卓郎; et al.

第14回加速器科学研究発表会報告集, p.302 - 304, 2003/00

原研高崎のTIARAにおいて、バイオ・材料科学分野でのイオンビーム利用研究の新たな展開を図ることを目的に、新加速器施設の建設・整備計画を提案している。これまでの研究から、100MeV/n以上のエネルギーの重イオンを用いることにより、突然変異誘発による植物育種や材料開発等で、非常に大きな成果が期待できることが明らかにされている。このため、偏向リミット(Kb)=900,集束リミット(Kf)=300の超伝導AVFサイクロトロンの検討を進めており、これまでに150MeV/n重イオンと300MeV陽子の加速が両立可能なサイクロトロン電磁石の解を求めるとともに、低エネルギー側の限界を評価し、バイオ・材料研究に必要とされる幅広い加速イオン種・エネルギー範囲をカバーできることを確認した。本報告では、建設・整備計画の概要と電磁石の検討状況について報告する。

論文

原研AVFサイクロトロンにおけるフラットトップ加速のための中心領域の設計

宮脇 信正; 福田 光宏; 倉島 俊; 奥村 進; 中村 義輝; 奈良 孝幸; 上松 敬; 石堀 郁夫; 吉田 健一; 荒川 和夫

第14回加速器科学研究発表会報告集, p.404 - 406, 2003/00

原研AVFサイクロトロンでは、バイオ研究に必要なビーム径1$$mu$$mのマイクロビームの形成を目標としている。マイクロビーム形成には集束レンズでの色収差の影響を抑えるため、ビームエネルギー幅|$$Delta$$E/E|$$leq$$2$$times$$10$$^{-4}$$を必要とすることから、フラットトップ加速でのビーム位相幅を高精度に制御できる中心領域電極の設計を行った。その結果、TOSCAコードによる3次元電場解析をもとに加速ハーモニックモードH=1, 2, 3のそれぞれについて軌道解析から電極形状及び配置の最適化を行い、いずれの加速ハーモニックモードに対してマイクロビーム形成に必要な|$$Delta$$$$phi$$|$$leq$$8$$^{circ}$$RFのビーム位相幅の達成を見いだした。

論文

J-PARC加速器

山崎 良成

第14回加速器科学研究発表会報告集, p.43 - 47, 2003/00

J-PARC計画は400MeVのリニアック,エネルギー3GeVでビーム出力1MWの速い繰り返しのシンクロトロン(rapid-cycling synchrotron, RCS),50GeV主リング(main ring, MR)の加速器群とそのビームを使う実験施設群からなっている。施設は、現在平成18年度完成を目指して建設中である。J-PARC加速器のために、その高いビーム出力を実現すべく、多くの新しい技術を考案した。例えば、磁性合金(magnetic alloy, MA)を装着した空洞を備える高周波加速系,パイモード安定化ループ(pi-mode stabilizing loops, PISL)を装着したRFQリニアック,高周波チョッパーなどである。これらの新技術の最近の開発状況及び加速器建設状況を報告した。

論文

J-PARC 3GeVシンクロトロン用荷電変換フォイル温度分布計算

倉持 勝也*; 金正 倫計; 入江 吉郎*; 菅井 勲*; 五十嵐 進*; 荒木田 是夫*; 武田 泰弘*

第14回加速器科学研究発表会報告集, p.637 - 639, 2003/00

J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)では、3種類の荷電変換フォイルを使用する。1つは、リニアックからのH$$^{-}$$ビームをH$$^{+}$$に変換し、RCSへのビーム入射に利用し、他の2つはH$$^{+}$$に変換されなかったビームをビームダンプへと導くために利用する。ACCSIMで計算された粒子分布をもとにANSYSにより荷電変換フォイルの温度分布を計算したので報告する。

論文

ACS型加速空洞の高周波測定の現状

青 寛幸; 秋川 藤志; 林崎 規託*

第14回加速器科学研究発表会報告集, p.365 - 367, 2003/00

J-PARC用ACS型加速空洞の製作に向けて、アルミ製セル,無酸素銅製セルの製作を行い、高周波測定を行ってきた。本論文ではこれまでの測定方法そのものの試験、及び測定結果,解析,今後の見通し等について報告する。

論文

A 400m-long superconducting RF linac cryostat design for an ERL light source

峰原 英介

第14回加速器科学研究発表会報告集, 247 Pages, 2003/00

エネルギー回収型リニアック放射光源の為の400m長単一超伝導高周波線型加速器冷凍装置を最適設計を行った。熱進入を最小にする為に、必要な400mの加速長を単一の400mの長さの冷凍装置を設計した。運転を容易に、かつ数十年以上に渡り安定で無故障とするために1台の冷凍装置とすることと連続無停止で冷却し、全計画全寿命に渡り、熱サイクルを半周期とすることはこのような装置にとって必要不可欠な設計概念である。関連するこれまでの原研FELの無蒸発自立式冷凍装置,超伝導線型加速器の運転実績や設計についても報告する。

論文

Application of an ECR ion source to the JAERI tandem accelerator

松田 誠; 竹内 末広; 小林 千明*

Proc. of 11th Symp. on Accelerator Sci. and Technol., p.165 - 167, 1997/00

原研タンデム加速器から得られるビーム強度の増強と加速イオン種の拡大の目的からターミナルイオン源として永久磁石で構成される小型の電子サイクロトロン共鳴(ECR)イオン源を設置する計画を進めている。ECRイオン源をターミナルイオン源として使用することでフォイルを使用せずに高多価、高強度のビームを得ようとするものである。また、これまでの負イオン源では不可能であった希ガスの加速が容易に行え加速イオン種の拡大が可能である。タンデム加速器内への設置には高電圧、高圧ガス中での放電及び圧力対策が必要となり、信頼性を上げるためにできる限り簡単なシステムとしたい。そのためにイオン源の運転パラメーターの最適化、簡略化も行った。特にRF源、冷却、ビームオプティクスについて新たに検討が必要となった。またECRイオン源から引き出されるビームには目的とするイオン以外に電荷、質量の異なるイオンが多数存在する。これらのイオンを加速管に入射する前にある程度の分離を行うために、限られたスペースの制約から45°電磁石を2つ組み合わせた入射系とし、加速管への負担を押さえる計画である。

論文

Intense coherent bremsstrahlung light source utilizing compact electron accelerators

峰原 英介; 田中 英一*

Proc. of 11th Symp. on Accelerator Sci. and Technol., P. 119, 1997/00

自由電子レーザーは、クライストロン等のマイクロ波の発振管の原理を可視光やもっと短波長の電磁波の発生に応用したものである。電子エネルギーは基本的には波長と直接的な電子ビームの関係式があり、厳しい制限を課しているが、アンジュレーター周期等を短くし、電子のバンチを波長程度に短くすれば小型の高出力電子加速器を自由電子レーザー駆動源として動作させることが可能である。発振させるためには、大電流が狭い空間に閉じ込められている必要があるが、これが満たされず、発振に必要な増幅率を確保できなくても有用な、強度の大きな、短波長の電磁波が利用できる。小型の高出力電子加速器を用いて、空間的または時間的に可干渉である遠赤外域から硬X線域までの広い範囲の電磁波を生成できることを議論し、この新しい光源を提案する。小型の高出力電子加速器は、電子ビームが高品質であることが必要であるので、具体的には20MeVから10MeV程度の超伝導リニアック及び静電加速器を想定している。アンジュレーターは、発生波長によって結晶格子、超格子及び通常型プレナーアンジュレーター等を利用することが可能である。

論文

A Compact closed loop 2K He3 refrigerator and zero-boil-off cryostat design for the JAERI superconducting RF linac-based FEL

峰原 英介; 杉本 昌義; 沢村 勝; 永井 良治; 菊澤 信宏; 西森 信行

Proc. of 11th Symp. on Accelerator Sci. and Technol., P. 236, 1997/00

原研自由電子レーザーは、現在原研独自の無蒸発型の4K冷凍機を組み込んだ超伝導リニアックを使用している。この世界最大の無蒸発型冷凍機システムは、(1)冷凍機の有害な振動、(2)冷却温度の下限(4K)、(3)冷凍能力の上限(20W)、(4)低い熱効率という4つの欠点を持っている。これらの欠点を以下の方策で解決を図ってきた。(1)は、無振動冷凍機の採用と防振の工夫による振動の低減を図っている。(2)は、He3ガスを動作流体として、超流動を発生させずに2K以下への冷却温度下限の延伸を図っている。(3)は、熱効率が極大となる単位冷凍機当たりの冷凍能力(4.2Kにて10W程度)を単位として冷凍能力の増加を図っている。(4)は、低温部での比熱の低下を補う磁性蓄冷材を用いて熱効率の改善を図った結果、大型液化器と同等の熱効率が達成された。

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