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佐甲 博之; 青木 和也*
Proceedings of 16th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.344 - 347, 2019/10
現在検討を行っているJ-PARC重イオン計画(J-PARC-HI)において、Main Ringからの11GeV/uの重イオンビームをhigh-Pビームラインによってハドロン実験施設へ輸送した場合の放射線量の評価をMARSシミュレーションコードを用いて行った。現状のhigh-P実験エリアにおけるビームダンプ、遮蔽体を用いた場合、30GeV陽子の設計ビームレート0.5
10
Hzのビーム出力に対応する11GeV/u、0.610
HzのUビームに対する放射線量は、陽子ビームの場合とほぼ同じになった。一方、Uビームの設計ビーム強度である
10
Hzにおいて放射線量を上限値の25mSv/h以下に抑制するためには、ビームダンプと遮蔽の大幅な強化が必要であり、現状のhigh-Pエリアではスペースの制約上実現は難しいことが分かった。
森下 卓俊; 伊藤 崇; 小栗 英知
Proceedings of 16th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.946 - 949, 2019/10
J-PARCリニアックは2006年に精密アライメントを終え、ビーム運転を開始した。機器アライメント状態の悪化はビーム損失の要因となることから、その後も精密測量、建家変動の常時モニタリングを継続している。SDTL区間では、架台免震構造の位置復元にわずかなばらつきが発生しているため、毎年のスムージング調整を継続するとともに、空洞にかかる外力の軽減などの対策を講じている。リニアックの下流部では、2011年から数年間、建家連結部での段差状の床変位と不等沈下が観測されたが、近年は安定している。直線上流部は床変動が現在も継続しており、定期的な再アライメントによる補正が必要な状況である。本発表では、機器の精密測量結果とともに修正アライメントの状況について報告する。
不破 康裕; 篠崎 信一; 千代 悦司; 平根 達也; Fang, Z.*; 福井 佑治*; 二ツ川 健太*; 溝端 仁志*; 岩間 悠平*; 佐藤 福克*; et al.
Proceedings of 16th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.611 - 613, 2019/10
J-PARCリニアックでは、324MHzと972MHzのクライストロン計45台を用いて加速器の運転が行われている。J-PARCの今後の安定化及び高度化に際しては、最大出力付近でのクライストロン出力特性の正確な把握が重要となる。この特性の把握には使用前のクライストロンはもちろんのこと、放電など何らかの理由で交換されたクライストロンの特性測定が不可欠である。しかしながら、放電による周辺機器を含めた損傷などのリスクや加速器の運転との時間的な干渉が理由で、このような測定はこれまで実施されてこなかった。そこで、リニアック棟内にクライストロンテストスタンドを設置し、様々な運転パラメータにおけるクライストロンの高圧特性や入出力特性を測定した。この測定結果を用いることでインストール前にクライストロンの特性が把握でき、最適な運転パラメータの決定や効果的なクライストロン交換の計画が可能となった。また、使用前と使用済みのクライストロンの特性を比較することでクライストロンの劣化傾向を定量的に把握するための基礎データを取得した。
栗山 靖敏*; 岩下 芳久*; 広田 克也*; 早野 仁司*; 不破 康裕
Proceedings of 16th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.32 - 35, 2019/10
超伝導高周波加速空胴の高加速電界化の研究開発が世界の加速器研究機関で行われているが、空洞内表面に発生する欠陥が高加速電界化を阻害する要因となることが先行研究より明らかとなっている。そのため、超伝導空胴内表面の状態を光学的に可視化する「超伝導加速空胴の内面検査システム」の開発が行われ成果を挙げている。本研究では、近年発展が著しい画像処理技術を内面検査システムに適用し、欠陥発見手法の高度化を行った。内面検査用カメラで焦点位置を変化させながら取得した複数の画像から、深さ情報の抽出と画像合成を行った。また処理後の画像にパターン認識処理を施すことで、欠陥の自動検出が可能となった。これらを空胴内面検査システムに取り入れることで、欠陥探索のスキャン時間の短縮や欠陥形状の取得が可能になる。
阿部 賢*; 岩下 芳久*; 照沼 信浩*; 不破 康裕; 八子 丈生*
Proceedings of 16th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.700 - 702, 2019/10
国際リニアコライダー(ILC)のダンピングリングへの永久磁石の適用を研究している。電磁石を永久磁石に置き換えることで、コイルを励磁するための電力や電源の保守コストだけでなく、冷却水の漏洩事故も減らすことが可能となる。ダンピングリングには偏向磁石と軌道補正磁石が使用されており、本研究では3D磁場コードCST Studioを用いて永久磁石を使用した補正磁石内の磁場分布を解析している。軌道補正磁石では、ビーム軌道の誤差を修正するために、発生させる磁場の極性と強度が可変であることが要求される。本研究では、補正磁石内の磁気回路中の永久磁石に回転機構を搭載することで、発生磁場の調整を可能にした。また、不正多極磁場によるビーム品質の劣化を抑制するために磁気回路の部材形状の最適化を行い、実機へ搭載可能な磁石設計を確立した。
八子 丈生*; 岩下 芳久*; 阿部 賢*; 栗原 俊一*; 福田 将史*; 佐藤 将春*; 杉村 高志*; 不破 康裕; 高宮 幸一*; 飯沼 勇人*
Proceedings of 16th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1003 - 1005, 2019/10
永久磁石は低消費電力化や小型化を目的としてビーム光学素子の素材として用いられているが、ネオジム磁石やサマリウムコバルト磁石では放射線減磁が起こることが知られている。しかし強度が弱いながらも安価な、フェライト磁石の放射線減磁については十分な情報が無い。フェライト磁石のビーム光学素子の素材としての適合性を検証するために、京大複合研原子炉(KUR)でフェライト磁石の中性子照射による放射線減磁実験を行った。実験では、最大
cm
に相当する中性子線量で照射を行ったが、有意な減磁は検出されなかった。この減磁特性は一般的に使用されているネオジム磁石よりフェライト磁石の放射線減磁耐性が高いことを示しており、より高い線量領域での減磁傾向の計測を計画している。
菅沼 和明; 廣木 文雄; 伊藤 崇; 山崎 良雄
Proceedings of 16th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.846 - 848, 2019/07
J-PARCリニアックの冷却水システムは、流量変動が発生し安定運転の妨げになっていた。冷却水の汚濁が流量変動を引き起こす原因であることを突き止め、循環ポンプの仕様変更と冷却水の汚濁を低減する対策を実行し、流量変動を収束させた。しかしながら、発生源の抑制は未解決である。これまでの調査から、汚濁は微量金属の混入で、冷却水に精製水を使用することによる銅への浸食と腐食によって起こることが判明している。精製水を使用し無酸素銅を多用する加速器特有の問題かもしれない。加速器に使用する冷却水は、放射線の影響を抑えるために不純物を極力排除した精製水を使用している。一方、加速空洞及び電磁石を製作する部材には、伝熱に優れている銅の使用や加工精度に優れている鉄を多用している。また、加速器は高電圧、大電流を使用する必要があり、工業用水や水道水の使用では、安定運転へのリスクが伴う。一般的な設備の冷却水に銅を使用する場合、防食剤を使用することで、腐食を抑制できるが、前述したとおり、加速器は、放射線場,高電圧の環境であり防食剤の使用が制限される。本報告では、J-PARCリニアック冷却水設備における微量金属混入の調査について報告する。
大谷 将士*; 近藤 恭弘; 田村 潤
Proceedings of 16th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.566 - 568, 2019/07
J-PARCではミューオン線型加速器の開発を行っている。ミュオンは、2.2
sで崩壊してしまうため速やかな加速が必要で、また、パルスあたり1万個程度の低電流ビームでビームローディングが無い。このため常電導空洞に比べて高い加速勾配とQ値を持ち、高効率加速・短距離加速に適している超電導加速器の方が特に高周波源コストの面で優れている可能性がある。そのため、速度の変化が比較的ゆるやかな速度が光速の70%以上の領域で、ミューオンリニアックの高エネルギー領域に超電導加速空洞を摘葉できないか検討した。超伝導加速空洞では、速度変化が大きいため、現状の1.3GHzの9連空洞を前提とした設計ではエミッタンス増加が2070%と常伝導空洞を用いた場合よりも大きくなってしまうが、充分利用可能であると考えられる結果が得られた。
須江 祐貴*; 飯嶋 徹*; 居波 賢二*; 四塚 麻衣*; 飯沼 裕美*; 中沢 雄河*; 大谷 将士*; 河村 成肇*; 下村 浩一郎*; 二ツ川 健太*; et al.
Proceedings of 16th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.55 - 60, 2019/07
本論文では、RFQによって89keVまで加速されたミューオンのバンチ長測定について述べる。ミューオンの性質の詳細測定のための、4種類の加速構造を持つリニアックがJ-PARCにおいて開発中である。2017年に、RFQを用いたミューオン加速の実証と横方向プロファイル測定が行われた。次の課題は、次段の加速器のアクセプタンスとビーム整合するために必要な縦方向のビームモニタである。このために、マイクロチャンネルプレートを用いた新しい縦方向ビームモニタを開発中である。このモニタは加速周波数324MHzの1%に相当する時間分解能である30から40psを目標にしている。2018年10月に、RFQによって89keVまで加速された負ミューオニウムイオンのバンチ長測定に成功した。測定されたバンチ長は、0.54
0.13nsであった。
四塚 麻衣*; 飯嶋 徹*; 飯沼 裕美*; 居波 賢二*; 大谷 将士*; 河村 成肇*; 北村 遼; 近藤 恭弘; 齊藤 直人; 下村 浩一郎*; et al.
Proceedings of 16th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.814 - 817, 2019/07
ミューオンの異常磁気能率(g-2)は新物理の兆候が期待されている物理量であり、実験値と標準理論の予測値の間には現在3
以上の乖離が確認されている。J-PARC E34実験では独自の手法による精密測定を目指しており、主要な系統誤差を削減するために低エミッタンスビームを使用する。これは、熱エネルギーまで冷却したミューオンを、速度に応じた複数段階の線形加速器を用い212MeVまで再加速することによって生成する。実験の要求から加速中のエミッタンス成長を抑える必要があるため設計値実現には異なる加速器間でのビームマッチングが重要であり、実際のビームプロファイル測定に基づいて行われる必要がある。時間方向の測定に使用するモニターには、加速位相の1%である3040psに相当する精度が要求されている。また、イオン源開発初期のビーム強度が低い段階でも使用可能でなければならないため、ミューオン1つに対して感度を持つ必要がある。この2つの要求を満たすため、高い感度を持つマイクロチャンネルプレートと、波高依存性の削減により高時間分解能の達成が可能であるCFD回路を用いたモニターの開発を行った。また、性能評価のためにテストベンチの構築を行い、ピコ秒パルスレーザーをMCP表面に照射した際に起こる光電効果によって生成した光電子を用い、時間分解能65psの評価値を得た。本発表では、テストベンチによるモニターの性能評価結果を報告する。
中沢 雄河*; 飯沼 裕美*; 岩下 芳久*; 岩田 佳之*; 大谷 将士*; 河村 成肇*; 北村 遼; 近藤 恭弘; 齊藤 直人; 須江 祐貴*; et al.
Proceedings of 16th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.404 - 407, 2019/07
J-PARCミューオンg-2/EDM精密測定実験を実現するためのミューオン線形加速器の1つであるAPF方式IH-DTLのプロトタイプでは、ミューオンを
=0.08から0.15まで加速するために運転周波数324MHzが採用された。加速性能を満たすためには60kWの高周波電力を投入する必要がある。ビーム電流はほぼゼロかつデューティーが0.25%と低いことから、構造を単純化するために一台のRF入力カップラーを介して電力を投入する。カップラーは同軸導波管をベースに設計し、空洞との整合にはループアンテナを用いる。ループアンテナを空洞に挿入した場合、インピーダンス不整合や空洞内の電磁場歪みにより、加速性能が低下する恐れがある。電磁場歪みを抑制するためにループアンテナの挿入量を必要最低限にしつつ、空洞との電力反射が最小(VSWR(電圧定在波比)1)となるようにループアンテナを最適化する必要がある。我々はループを最適化するためのテストカップラーを用いた低電力試験を行うことで、VSWR=1.01かつ電磁場歪みを7%以内に抑制するループ形状を確認した。本発表では、テストカップラーによるループアンテナの最適化の結果を報告すると共に、実機カップラー開発に向けた高周波窓の設計について述べる。
安田 浩昌*; 飯沼 裕美*; 大谷 将士*; 河村 成肇*; 北村 遼; 近藤 恭弘; 齊藤 直人; 須江 祐貴*; 中沢 雄河*; 的場 史朗*; et al.
Proceedings of 16th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.371 - 375, 2019/07
基礎的な物理量の一つであるミューオンの異常磁気モーメント(g-2)は理論的および実験的にも高精度に求められることから、理論を検証するためにも重要な物理量である。ブルックヘブン国立研究所で行われた先行実験により、標準模型による計算値と実験による測定値との間に3以上の乖離があることがわかった。これは、標準模型を超えた物理を示唆しており、より高精度な測定により検証する必要がある。J-PARC muon g-2/EDM実験では、低エミッタンスなミューオンビームを用いることで、先行実験における主要な系統誤差要因を抑制することができる。一方で、高強度なミューオンビームを利用するため、検出器などによる時間応答性の系統誤差が発生する。本研究では、加速低速部でのスピン反転を行うことで可能なスピン反転解析法により、時間応答性由来の系統誤差抑制を目指す。現在、スピン反転装置の候補としてWien-filter型を検討しており、概念設計を行い、現状のシミュレーションではx方向及びy方向のエミッタンス増大がそれぞれ64%と56%であるが、さらなる電場の改良により46%と2%まで抑えられる可能性があることを見出した。本講演ではミューオンスピン反転装置の設計・開発状況について報告する。
松田 誠; 長 明彦; 石崎 暢洋; 田山 豪一; 株本 裕史; 中村 暢彦; 沓掛 健一; 乙川 義憲; 遊津 拓洋; 松井 泰; et al.
Proceedings of 16th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1270 - 1273, 2019/07
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。平成30年度の利用運転日数は138日であり、主として核物理実験に利用された。最高加速電圧は16.5MVであった。新たにタンデム加速器の入射ビームラインにビームアッテネータを設置し、ビーム電流の制御を容易にし、かつ荷電変換フォイルの消耗を最小化できるようにした。主な整備事項として、約7万時間使用したペレットチェーンおよび、約9年使用した高電圧端子内発電機の駆動モーターの交換を行った。最近のビーム電流の増強によりビームプロファイルモニターのワイヤーがビームで溶断するトラブルが2件発生した。その他建家の酸欠モニタの電源故障が発生した。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。
高柳 智弘; 小野 礼人; 植野 智晶*; 堀野 光喜*; 山本 風海; 金正 倫計
Proceedings of 16th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.75 - 79, 2019/07
サイラトロンやイグナイトロンなどの放電型スイッチを、より安定した動作を可能とする半導体スイッチに更新する高度化を進めている。キッカー電源で使用しているサイラトロンの代替スイッチとして、SiC-MOSFETを用いた800V/2kA出力のモジュール基板を製作した。高電圧出力用に積み重ねたモジュール基板間の電力伝送構造を同軸リング型とすることで、更なる低インダクタンス化を実現した。その結果、キッカーシステムに必要な立ち上がり250ns以下、フラットトップ1.0us以上を20kV/1kAで実現した。他方のイグナイトロンは、大電力クライストロンの短絡スイッチとして使用されているが、世界的に使用が制限される水銀を用いているため、今後生産中止になる可能性がある。LINACのクライストロン用短絡スイッチは、120kV/40kAを50usでの動作出力が必要である。今回は、MOSゲートサイリスタを用いた3kV/40kAのオーバル型モジュール基板を試作し評価をした結果、動作仕様を満足することを確認した。
藤来 洸裕; 菅沼 和明; 山崎 良雄
Proceedings of 16th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1162 - 1164, 2019/07
J-PARC RCS(Rapid Cycling Synchrotron)冷却水設備では、電磁石,加速空胴などの熱源機器に冷却水を供給している。装置へ供給される冷却水の温度は、屋外に設置されている冷却塔にて27
Cになるように冷却塔ファンを回し冷却している。2015年4月にある冷却塔ファンのベアリングユニットから異音がしていた。そのベアリングユニットを分解し軸受を切断してみたところ、プーリー側の軸受にはフレーキング痕や内輪の軌道面の中心より上に接触痕があることが分かった。なぜプーリー側の軸受にのみ特有の傷がついたのか調べることにした。プーリー側の軸受はファンが回る際に発生する上下の動きと併せてファンベルトによって横方向へ引っ張られている。プーリー側はこれらの振動や荷重が加わったことで特有の傷がついたと推測した。また、軸受がグリス密閉式でグリスの入れ替えができない構造となっており、フレーキングによる剥離物が軸受内に残った状態で運転したため、小さな傷がその剥離物によって広がってしまったと考えられる。そこで以上の問題点を考慮し冷却塔ファンの安定運転のために上下,横方向の振動や荷重に耐えグリスを密閉式ではなく定期的に交換することができるベアリングユニットを新たに製作することにした。本発表では、新しく製作したベアリングユニットの構造と初期の振動値等のパラメータについて報告する。
ビーム用バンチシェイプモニター北村 遼; 二ツ川 健太*; 林 直樹; 平野 耕一郎; 小坂 知史*; 宮尾 智章*; 守屋 克洋; 根本 康雄*; 小栗 英知
Proceedings of 16th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.51 - 54, 2019/07
J-PARCリニアックにおいてピーク電流60mAを超える大強度Hビームを供給する場合、高周波四重極リニアック(RFQ)後のビーム輸送系における縦方向測定と調整はビームロスとエミッタンス増大の削減のために重要である。大強度3MeVのHビームのバンチ幅測定にはエネルギー損失が小さくかつ高温耐性のあるカーボンナノチューブ(CNT)ワイヤーを用いた新しいバンチシェイプモニター(BSM)が必要である。しかし二次電子を引き出すためCNTワイヤーに高圧印加すると、放電が電圧印加の妨げとなる。それゆえ安定したバンチ幅測定のためには放電を抑制する必要がある。エミッタとしてのCNTの特性を考慮してワイヤー長を短くしたところ、-10kV高圧がワイヤーに印加できた。本講演ではこのBSMの最新の開発状況と将来の展望を報告する。
山本 風海
Proceedings of 16th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.333 - 337, 2019/07
J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)は2007年よりビームコミッショニングを開始し、ユーザーに供給するビーム強度を高めるべく調整を継続して進めている。J-PARCのような大強度陽子加速器において安定運転を実現するためには、ビームロス量を抑え、保守作業時の被ばく線量を低減することが重要である。RCSでも運転開始初期より、ビームロスの低減のためのビーム試験を行ってきた。特に入射部における残留線量率が高いため、その原因調査を進め、ビーム入射時に使用する炭素薄膜と入射ビームの相互作用が原因であることを突き止めた。その対策としてビーム運転パラメータの最適化、軌道調整に必要な電磁石の追加、ビームロスを局所化するためのコリメータの追加等を実施した。その結果、現在は設計値である1MWの半分の500kWの出力で連続運転を行っており、その条件でも機器表面での残留線量率を保守作業に支障がでないレベルに抑えることに成功した。
地村 幹*; 原田 寛之; 守屋 克洋; 岡部 晃大; 金正 倫計
Proceedings of 16th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.728 - 732, 2019/07
大強度ビームにおける空間電荷効果の増大は、ビーム損失の増大を引き起こす。そのビーム損失は、装置の放射の観点からビーム強度を制限してしまう。そのため、その空間電荷効果によるビーム広がりを抑制することが非常に重要である。本研究では、その効果が特に顕著になるリニアックの低エネルギー領域に着目した。その効果によるビーム広がりの起源を同定するために、空間電荷力を考慮したシミュレーションを実施した。そして、J-PARCリニアックの低エネルギー部(MEBT1)における空間電荷効果が顕著に影響を及ぼしていることが判明した。その要因が空間電荷力の非線形力であることを突き止め、八極電磁石による非線形磁場にてその効果を緩和する手法を新たに考案した。シミュレーション上でその手法を検証した結果、ビーム広がり抑制が可能であるという結果を得た。本発表では、考案した手法やその検証結果について報告する。
神谷 潤一郎; 引地 裕輔*; 和田 薫*
Proceedings of 16th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1189 - 1192, 2019/07
欧州原子核研究機構(CERN)で開発された非蒸発型ゲッター(NEG)コーティングは、ビームパイプ表面に気体分子を吸着する性能を持つゲッター材をコーティングすることでビームパイプそのものを真空ポンプとして活用できる画期的な手法であり、近年他の加速器での利用が広がっている。一方、J-PARCでは低放射化材料であるチタンをビームパイプの材料として用いている。チタンは気体分子を吸着するゲッター材である。しかしながら、通常チタン表面は酸化膜に覆われておりゲッター機能はない。この酸化膜を除去することで、NEGコーティング同様にビームパイプ自身を真空ポンプとして活用できる。これによりビームラインの超高真空を安定的に維持することができ、加速器のさらなる安定運転に帰することとなる。本研究により酸化膜の厚みが15nm程度であることを明らかにし、2Pa程度のアルゴン雰囲気でのスパッタリングによりこの酸化膜を除去することに成功した。その結果、目論見通り真空容器にゲッター作用を持たせることができ、10
Pa台の極高真空を達成することができた。
仲野谷 孝充; 吉本 政弘; 山崎 良雄; 竹田 修*; 佐伯 理生二*; 武藤 正義*
Proceedings of 16th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.545 - 549, 2019/07
J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS: Rapid Cycling Synchrotron)では大強度陽子ビームを実現するために荷電変換フォイルを用いた荷電変換ビーム多重入射方式を採用している。RCSで使用している荷電変換フォイルは、少量のホウ素を炭素棒に添加し、これを電極としたアーク蒸着法により作製したフォイル(HBCフォイル: Hybrid Boron mixed Carbon stripper foil)である。このHBCフォイルはビーム照射による損傷に対して強い耐久性を持つことが大きな特徴である。これまでHBCフォイルの作製は、成膜工程(蒸着,アニール,剥離)を高エネルギー加速器研究機構(KEK)つくばで実施し、原子力機構(JAEA)東海でフォイルの調製工程(サイズ調整,フレームマウント,マガジンラックへの装填)を実施する分業体制で行ってきた。2017年より、フォイル蒸着装置をKEKつくばからJAEA東海に移設し、作製工程を統合した。移設後に新しく作製したHBCフォイルの健全性を評価するために、量子科学技術研究開発機構(QST)高崎研TIARAにおいて照射試験及び性能分析を実施し、実機でのビーム照射試験を経て、利用運転での使用を開始した。結果、新しく作成したHBCフォイルのみで1年間の利用運転を達成することができた。
