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論文

iBNCT用LaB$$_6$$フィラメント・マルチカスプイオン源の開発状況

柴田 崇統*; 高木 昭*; 池上 清*; 杉村 高志*; 南茂 今朝雄*; 内藤 富士雄*; 小林 仁*; 栗原 俊一*; 本田 洋介*; 佐藤 将春*; et al.

Proceedings of 15th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.385 - 387, 2018/10

In order to satisfy the second term clinical trial condition of iBNCT, which requires 5 mA proton beam extraction from linac, beam operation of Lanthanum Hexaboride (LaB$$_6$$) filament has been started from Oct. 2017. In the test stand, plasma arc discharge properties and beam current measurement via Faraday-cup (FC) has been done under several ion source conditions. By Mar. 2018, 45 mA of beam current has been achieved at FC. Although the pulse width of arc discharge is limited to 200 $$mu$$s by the capacitor bank in arc pulser power supply, still the wave form of the arc discharge current/voltage and the resultant beam current at FC have shown very stable flat top (beam current fluctuation below 0.5 %) after 50 $$mu$$s. Further increase of beam current is required by optimization of AMFC (Axial Magnetic Field correction) field and filament emission which will be done in 2018.

論文

J-PARC RCSへの入射ビームの監視とH0ダンプラインBPMの設計

林 直樹; Saha, P. K.; 吉本 政弘; 畠山 衆一郎

Proceedings of 15th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1055 - 1059, 2018/08

J-PARC RCSは、設計ビームパワー1MWの速い繰返しのシンクロトロンである。2007年のファーストビームより運転を開始し、途中2014年にリニアックの入射エネルギー増強、イオン源方式の変更を経て、性能を向上し、MLF, MRへ安定的なビーム供給を続けている。入射されるH$$^{-}$$ビームは、入射点にある荷電変換フォイルで、H$$^{+}$$に変換され、多重周回入射される。わずかに変換されなかったビームは、放射化防止のため、H0ダンプラインを経由しビームダンプへ導かれる。ダンプ容量は、4kWと定格入射ビームパワー133kWの約3%しかなく、荷電変換フォイル破損時などは、即時に停止する必要がある。現状の電流モニタでは、メインビームの20%を超える突発的なビーム強度上昇は、即検知できるが、通常の0.3%程の弱いビームに対しては、時間平均処理する必要がある。今回、さらなる監視強化のため、H0ダンプラインにBPMの設置を検討した。ビーム強度は、メインビームの0.3%、リニアック周波数324MHzで検波する方針で検討した。本報告では、現状の入射ビーム監視について触れた後、BPMの設計の課題について述べる。

論文

原子力機構-東海タンデム加速器の現状

松田 誠; 株本 裕史; 田山 豪一; 仲野谷 孝充; 中村 暢彦; 沓掛 健一; 乙川 義憲; 遊津 拓洋; 松井 泰; 石崎 暢洋; et al.

Proceedings of 15th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1271 - 1275, 2018/08

原子力機構-東海タンデム加速器は最高加速電圧が約18MVの大型静電加速器であり、核物理,核化学,原子物理,材料照射などの分野に利用されている。2016年12月に発生した真空事故以降加速電圧が12MVまで低下した。加速管内に混入した塵や荷電変換用の炭素薄膜を除去すべく80本の全加速管を取り外し再洗浄を実施した。洗浄に4か月、再組立てに2か月を要した。このため2017年2月から約10か月が加速器の整備期間となった。加速管の再構築に伴い加速管と圧力タンク外の機器との再アライメントを実施した。運転再開は2017年12月となり、利用運転期間中に定期的なコンディショニングを行うことで16.5MVの運転電圧まで回復させることができた。2017年度の加速器の運転・整備状況およびビーム利用開発等について報告する。

論文

J-PARC RCS次世代LLRF制御システム

田村 文彦; 杉山 泰之*; 吉井 正人*; 大森 千広*; 山本 昌亘; 野村 昌弘; 島田 太平; 長谷川 豪志*; 原 圭吾*; 古澤 将司*

Proceedings of 15th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1131 - 1135, 2018/08

J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)の デジタルLLRF制御システムは、デュアルハーモニック電圧制御やrfフィードフォワードによるマルチハーモニックビームローディング補償などの機能により、大強度陽子ビーム加速において重要な役割を果たしてきた。一方、RCSの運転開始から10年以上が経過し、使用されているFPGAが現在の開発環境ではサポート外となったことなどから、現システムは今後維持していくことが困難になることが予想されている。このため、次世代LLRF制御システムを製作中である。現システムはVMEモジュールとして構成されているが、次世代システムではフォームファクターとしてmTCA.4を採用し、モジュール間の信号のやりとりにバックプレーンを介した高速シリアル通信を活用する。本発表では、次世代LLRF制御システムの構成および機能の概要、現状について報告する。

論文

大強度陽子加速器のための標的上のプロファイルモニタの開発

明午 伸一郎; 武井 早憲; 松田 洋樹; 百合 庸介*; 湯山 貴裕*

Proceedings of 15th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1035 - 1039, 2018/08

大強度陽子加速器を用いた加速器駆動型核変換システム(ADS)が原子力機構(JAEA)及び中国等で提案され、ADSにおいて標的に適切なビームが入射されていることを確認するプロファイルモニタの開発が重要となる。J-PARCの核破砕中性子源では炭化ケイ素(SiC)のマルチワイヤからなるプロファイルモニタを用いており、これまでの0.5MW運転では問題ないものの、今後の定常的な大強度運転ではワイヤの損傷劣化が進むことが予想されるため、ワイヤの損傷評価を定量的に行う事が重要となる。このため、量子科学技術研究開発機構(QST)のTIARAにおいて運動エネルギ105MeVのアルゴンビームを用い、プロファイルモニタのビーム試験を実施した。この結果、1MWの強度の半年間のビーム運転に対し、SiCワイヤによる測定信号は劣化を生じないことがわかった。マルチワイヤによる測定ではビームの二次元のプロファイルを得ることができないため、蛍光現象を用いたプロファイルモニタの開発を行った。一般的な蛍光体を用いる場合にはビームに起因する蛍光劣化が著しいものの、酸化クロムの含有量を抑えたアルミナを蛍光体として用い、更に短波長領域の光の観測により、蛍光劣化を大幅に改善できることが判明した。

論文

ガスシートを用いた二次元ビームプロファイルモニタのためのガス分布測定装置の開発

山田 逸平; 荻原 徳男*; 引地 裕輔*; 神谷 潤一郎; 金正 倫計

Proceedings of 15th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.88 - 92, 2018/08

J-PARCの陽子加速器は世界最大級である1MWの大強度ビームの出力を目指している。このような強度のビームはわずかな損失でも機器を放射化し、安定かつ安全な加速器運転に支障をきたす。これを防ぐためにはビームを適切に制御する必要があるため、ビームをモニタリングすることが必須である。特にビームプロファイル測定において、現在主流の金属ワイヤを用いたモニタは大強度ビームの測定で破損の可能性が考えられる。この解決策の一つとして、シート状のガスを用いた非破壊プロファイルモニタが考案されている。しかし、ビーム検出の媒体であるシート状のガスは必ずしも一様に分布するわけではないため、測定されたデータを正確なプロファイルに換算しモニタを実用化するためにはガス分布の情報が必要である。そこで、電子ビームを用いてガスをイオン化し、そのイオンを検出することでガス分布を測定する手法を考案した。本会議では、シミュレーションにて本手法の実現可能性,測定有効範囲、および測定分解能について検討したことを報告し、様々な分野の専門家と議論することで新たなモニタの実用化、およびそれに伴う加速器の安定な運転に役立てることを目的とする。

論文

J-PARC RCS; 入射バンプ電磁石に内在する非線形磁場成分が周回ビームに与える影響

發知 英明; 原田 寛之

Proceedings of 15th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.371 - 375, 2018/08

J-PARC 3GeV陽子シンクロトロン(RCS)では、4台のバンプ電磁石(2極電磁石)を用いてビーム入射を行っているが、それらは大口径であるがゆえに有意な非線形磁場成分を含む。この局所的に存在する非線形磁場成分は高次の非構造共鳴を通してビームに有意な影響をもたらす。本発表では、磁場測定で評価した非線形磁場成分を導入して行った数値シミュレーション結果やビーム試験結果を用いて、その非線形磁場成分が引き起こすエミッタンス増大やビーム損失の発生メカニズムを議論すると共に今後の補正シナリオを紹介する。

論文

J-PARC負水素イオン源の運転状況

大越 清紀; 神藤 勝啓; 南茂 今朝雄*; 柴田 崇統*; 池上 清*; 高木 昭*; 上野 彰; 滑川 裕矢*; 小栗 英知

Proceedings of 15th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.889 - 892, 2018/08

大強度陽子加速器施設(J-PARC)のセシウム添加高周波駆動型負水素イオン源は、2017年夏期メンテナンス後の一年間のユーザ運転では、ビーム電流値約47mAで運転を行っている。RUN#75(平成29年4月-7月)で初めて約3ヵ月間の連続運転を試行し、寿命や安定性に問題が無いことが証明されたため、J-PARCではRUN#76からイオン源のメンテナンスを3ヵ月毎に行う方針とした。現在まで3回の3ヵ月連続運転を行い、RUN#79(平成30年4月-7月)ではこれまでの最長時間となる2,201時間を達成した。RUN#79終盤(89日目)には加速器スタディのために、ビーム電流を58mAに増加した。また、RUN最終日(93日目)には、J-PARCの更なる高度化を目指したリニアックの加速器スタディのためにこれまでのイオン源の最大ビーム電流となる72mAに増加し、ビーム強度がRFQ出口で66mA、リニアック出口で60mAを確認した。2018年3月からJ-PARC製高周波アンテナの耐久性を確認するための長時間運転試験も開始し、6月末時点で1,410時間の運転時間を達成している。

論文

Progress status of proof-of-principle demonstration of 400 MeV H$$^{-}$$ laser stripping at J-PARC 3-GeV RCS

Saha, P. K.; 原田 寛之; 金正 倫計; 三浦 昭彦; 吉本 政弘; 岡部 晃大; 菅沼 和明; 山根 功*; 入江 吉郎*; Liu, Y.*; et al.

Proceedings of 15th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.806 - 810, 2018/08

To ensure stable operation of J-PARC RCS at 1 MW beam power and beyond, an alternative H$$^{-}$$ stripping injection method other than using stripper foil has to be implemented. A short life time of the foil due to foil degradation caused by high intensity beam irradiation as well as an extremely high residual radiation at the injection area caused by the foil beam scattering beam loss are two serious issues not only to maintain a long-term stable operation, but also for the facility maintenance. The laser stripping of H$$^{-}$$ holds the promise of overcoming and eliminating the above issues, as it has no lifetime issue as well as completely nondestructive. To establish and develop the new method for the RCS operation, a POP (proof-of-principle) demonstration of 400 MeV H$$^{-}$$ stripping by using only laser has to be carried out first. The progress status of the POP experiment, which includes recent beam study and simulation results for the H$$^{-}$$ beam manipulations to reduce the laser power is presented.

論文

RCSビーム入射部における低放射化・保守性向上のための真空容器のアップグレード

神谷 潤一郎; 山本 風海; 柳橋 亨*; 佐藤 篤*; 三木 信晴*

Proceedings of 15th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.645 - 648, 2018/08

J-PARC 3GeVシンクロトロン(Rapid Cycling Synchrotron: RCS)のビーム入射部は、リニアックからの負水素イオンを陽子へ荷電変換する薄膜によるビーム散乱のため、真空ダクト等が放射化し残留放射線量が高いエリアである。加えて、パルス電磁石であるシフトバンプ電磁石の漏洩磁場で真空ダクトのフランジ温度が100度近くになるため、熱膨張により真空リークが発生しやすい箇所である。今後1MWのビーム出力に向けて安定運転をしていくうえで、このような状況の改善は、保守時の被ばくを低減するという観点で必須である。残留放射線量低減を目的として遮蔽体を常設するために、入射点の真空容器の構造を改良する。フランジの発熱によるリークの問題は、フランジ材料を現在の純チタン2種(耐力:約220MPa)から高強度材料であるTi-6Al-4V(耐力:約920MPa)に変更することで、高トルクでの締め付けにも耐えうるようにする。本会では、これらのアップグレードの状況について報告する。

論文

J-PARCリニアック加速空洞用冷却水設備の現状2018

菅沼 和明; 廣木 文雄; 伊藤 崇; 山崎 良雄

Proceedings of 15th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.309 - 311, 2018/08

本件は、2017年夏に完全解決した冷却水設備における流量低下問題の改善報告である。J-PARCリニアックの前段空洞であるDTL及びSDTL用の循環冷却水の流量が、1週間かけて3%程度低下する現象が長年続いていた。この冷却水の流量低下によって、空洞に取り付けた流量計の低流量接点を動作させ、加速器の運転のみならずJ-PARC全体の運転を停止させていた。この流量低下の現象は発現から約9年が経過しており、抜本的な対策が望まれていた。本発表では、流量低下の解決の糸口となった着目点を整理し述べる。2017年夏にポンプの仕様変更を決断し、ポンプの入れ替えを行い冷却水流量の低下は皆無となった。J-PARC加速器のみならず、J-PARC全体の安定運転に絶大な貢献を果たした。

論文

回転機器グリス補給周期及び振動測定の考察

藤来 洸裕; 菅沼 和明; 山崎 良雄

Proceedings of 15th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.816 - 818, 2018/08

J-PARC 3GeVシンクロトロン冷却水設備では、冷却水循環ポンプなどの回転機器の保守管理を行っている。保守管理の一部であるグリス補給は、メーカーの推奨の周期でグリスを補給していたが、補給を行う時期より早いタイミングでベアリング部から異音が聞こえることがあった。異音が発生してからでは、ベアリングに損傷を与えてしまうためグリスの補給周期を変える必要がある。そこで、グリスの減りで発生する異音がどのタイミングで起きるのか、振動センサーが取り付けてある一次系循環ポンプ(ビームライン電磁石等冷却系)の値を詳細に調査することにした。本発表では、測定した振動データとグリスの補給周期について報告する。

論文

理研超伝導加速空洞用ビームエネルギー・位置モニターの開発

渡邉 環*; 今尾 浩士*; 上垣外 修一*; 坂本 成彦*; 福西 暢尚*; 藤巻 正樹*; 山田 一成*; 渡邉 裕*; 小山 亮*; 外山 毅*; et al.

Proceedings of 15th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.49 - 54, 2018/08

現在、仁科加速器研究センターにおいて、超伝導加速空洞を建設中である。超伝導加速空洞の性能を示すQ値や表面抵抗値を維持するためには、脱ガスを発生するビーム診断装置は使用できず、非破壊型のビーム診断装置による測定が必須となる。そこで、斜めに四分割した静電型ピックアップを用いたビーム位置モニターシステムの開発を行ってきた。このシステムは、モニター間の距離を正確に測定した2台のモニターを用いて、ビームの飛行時間(TOF)を測定し、ビームの位置情報と同時に、ビームエネルギー値も得ることができるという特色を持つ。平成29年度は、このプロトタイプを完成させ、仁科センターのビーム輸送系に設置した。信号処理系やLabVIEWによるソフトウエアの開発も同時に進め、RIBFにおけるウランビーム加速時に試験を行ってきた。その結果、常時リアルタイムによる測定や測定結果の表示・保存が可能となった。今回の学会では、超伝導加速空洞用に開発を進めているビームエネルギー・位置モニターシステムについて発表をする。

論文

レーザーラマン法による炭素薄膜の評価

金正 倫計; 神谷 潤一郎; 小泉 欧児*; 那須 昌吾*

Proceedings of 15th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.668 - 670, 2018/08

J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)では、リニアックで加速された負水素イオン(H$$^{-}$$イオン)を薄膜で陽子に変換する荷電変換入射方式を採用している。この薄膜の寿命が加速器の運転時間を決めるため、荷電変換膜のビームに対する破壊機構を知ることは、加速器を安定に運転する上で重要である。本研究では、荷電変換膜のビームによる破壊機構を解明することを目的として、ラマン分光法により、薄膜の結晶性, 膜組成, 応力等を評価した。RCSで使用しているフォイルは、レーザーによる入熱に対して、大きな応力が発生することが分かった。

論文

アルミナセラミックスと純チタンのろう付け

金正 倫計; 神谷 潤一郎; 阿部 和彦*; 中村 止*

Proceedings of 15th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1177 - 1179, 2018/08

J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)では、真空チャンバーの約半数にセラミックス製のチャンバーを使用している。これらのチャンバーはアルミナセラミックス本体、その両端の純チタン製フランジ、及びその間の純チタン製の薄肉(約1mm程度)スリーブで構成されている。本真空チャンバーの製作工程で、アルミナセラミックスとチタンスリーブをろう付けする際に、チタンスリーブの前処理として、硝弗酸処理を行う。本件は、この硝弗酸処理がチタン材料にどのような影響を与えているかを明らかにすることを目的とした。実験結果から、硝弗酸処理により、純チタン表面があらされ、さらに、純チタン表面の酸化被膜が除去されることが分かった。また、ろう付け時には、純チタン内に銀ろう材を拡散させず、さらに、チタン-銅リッチ層の厚さを制御することが重要であり、これらのためには、ろう付け時に使用する真空炉の圧力、特にベース圧力と昇温条件の制御が重要であることが分かった。

論文

カーボンナノチューブワイヤーを用いたビームプロファイル測定試験,3; リニアック高エネルギー部におけるプロファイル測定

宮尾 智章*; 三浦 昭彦

Proceedings of 15th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1031 - 1034, 2018/08

J-PARCリニアックでは、ビームロスが少なく、安定したビーム運転を実現するため、ビームプロファイルモニタを用い、ビーム進行方向に対して鉛直な断面のプロファイルを測定して、4極電磁石の調整を行っている。ビームプロファイルの測定には、ワイヤスキャナモニタ(WSM)を使用しており、リニアックの高エネルギー部では、センサ部にタングステンワイヤーを使用している。このワイヤーは、加速したビームと直接相互作用するため、ビーム出力向上する際、より高い耐久性のあるワイヤー材料が必要である。そこで、高い引張強度、電気伝導度を有し、熱的に無酸素状態で3000$$^{circ}$$Cまで耐えられるカーボンナノチューブ(CNT)に着目し、ビーム阻止能が高い3MeVの負水素イオンビームでビームプロファイル測定試験を実施した。この結果、ピークビーム電流30mAにおいて、高い耐久性を持ち、従来の炭素繊維と比較して、より広いダイナミックレンジがあることが確認できた。さらに、ビーム阻止能が低い高エネルギー部にCNT製ワイヤーが適用できるか確認するため、191MeV調整部のWSMにCNT製ワイヤーを適用し、ピークビーム電流40mAでプロファイル測定試験を実施した。本発表では、191MeVにおけるプロファイル測定について、3MeVでの測定結果及びタングステンワイヤーでの測定結果と比較して報告する。

論文

レーザー荷電変換入射の原理実証実験に向けたレーザーシステムの開発

原田 寛之; Saha, P. K.; 米田 仁紀*; 道根 百合奈*; 井上 峻介*; 佐藤 篤*; 菅沼 和明; 山根 功*; 金正 倫計; 入江 吉郎*

Proceedings of 15th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.811 - 815, 2018/08

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つの電子を円形加速器の入射点に設置された荷電変換用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入射することで、大強度陽子ビームを形成している。この入射手法は、大強度の陽子ビームを生成できる反面、周回する陽子ビームが膜への衝突を繰り返すことで、ビーム自身が散乱され制御不能なビーム損失が原理的に発生する。加えて、大強度出力ではビームの衝突時の熱や衝撃による膜の破壊が生じる。大強度陽子ビームの出力や運転効率は、このビーム損失による残留線量や膜の寿命による制限が懸念される。そのため、さらなる大強度出力には炭素膜を用いた荷電変換入射に代わる新たな入射手法が必要となる。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」を新たに考案した。その原理実証実験に向けて、レーザーシステムの開発を進めている。本発表では、レーザー荷電変換入射の概要を紹介し、レーザーシステムの開発状況を報告する。

論文

J-PARC LINAC 3MeVビームスクレーパの現状

平野 耕一郎; 杉村 高志*; 栗原 俊一*

Proceedings of 15th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.324 - 328, 2018/08

2017年10月からのビーム利用運転において、3MeVビームスクレーパは1MWビーム利用運転のスクレーパ平均ビーム電流と同等または1.3倍の照射を行い、5ケ月間問題なく使用することができた。このときのスクレーパ表面温度は1800$$^{circ}$$Cであった。粒子数3E22個の3MeVビームによる照射損傷は、深さ700$$mu$$mであった。今後、加速器のビーム調整においてほとんど全てのビームがスクレーパに照射される可能性があるため、スクレーパに使われる炭素複合材より高い電流密度に耐えられるスクレーパ材料について検討しており、今回、熱伝導率の高いスクレーパ材料としてグラフェンとタングステンのビーム照射試験を行った。本稿では、3MeVビームスクレーパとスクレーパ材料のビーム照射試験について述べる。

論文

LinacおよびRCSにおけるステッピングモータ制御系の標準化

高橋 博樹; 澤邊 祐希; 鈴木 康夫*; 鈴木 隆洋*; 川瀬 雅人*

Proceedings of 15th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1105 - 1108, 2018/08

J-PARC LinacおよびRCSのプロファイルモニタ(ワイヤスキャナ)、RCSのコリメータなどは、筐体部(プロファイルモニタのワイヤ、コリメータの吸収体・散乱体)と駆動部からなる機器である。これらの機器は、駆動部が各筐体を制御し、ビームに当てることにより、ビーム形状の計測、ビームロスの低減を行う。よって、筐体を損傷させることなく適切な位置まで移動させるためには、駆動部のステッピングモータ制御が重要である。これらの制御系ハードウェアは、J-PARC運転初期から使用されているものが多く、経年化による誤動作が懸念されている。また、制御器としてはVMEおよびPLCなどが使用されており、予備品を機器毎に用意する必要があるなど、メンテナンス性の面で問題があった。そこで、制御系ハードウェアおよびソフトウェアを標準化(共通化)した制御系の更新を進めることとした。本件では、LinacおよびRCSにおける標準化したステッピングモータ制御系について報告する。

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