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論文

J-PARC用負水素イオン源のセシウム添加実験

滑川 裕矢; 上野 彰; 大越 清紀; 小栗 英知; 池上 清*

Proceedings of 6th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (CD-ROM), p.845 - 847, 2010/03

現在J-PARCで稼動中の負水素イオン源は、セシウム不使用状態にて最大ビーム電流38mAを得ている。この性能は、J-PARC当初目標であるビームパワー0.6MW実現のための要求値を満たしているが、最終目標1MWの実現に必要な60mAには及んでいない。そこでJ-PARCでは、現行機のビーム大強度化実験を継続するとともに、これと並行して現行機のバックアップ機を用いてセシウム添加実験にも着手した。タングステンフィラメントによる実験にて目下、アークパワー15kWでビーム電流70mAを得ており、このような低パワーで大電流ビームを引き出せたことはセシウム添加型イオン源の課題であるセシウム導入量の低減化につながると期待できる。今後、フィラメントの種類や形状、プラズマ生成室内各部の温度制御を含めたセシウム添加方法、及びプラズマ閉じ込め磁場等の最適化実験を行い、セシウム添加型イオン源の実用性を検証する。

論文

IFMIF/EVEDA加速器制御系人員保護システム(PPS)の設計方針

小島 敏行; 高橋 博樹; 榊 泰直; 前原 直

Proceedings of 6th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (CD-ROM), p.487 - 489, 2010/03

国際核融合材料照射施設に関する工学実証及び工学設計活動(IFMIF/EVEDA)におけるプロトタイプ加速器は、入射器(出力100keV),RFQ(出力5MeV),初段の超伝導ライナック(出力9MeV)からなり、加速器の定常運転を実証するため、9MeV/125mAと大強度のCW D$$^{+}$$ビームを生成することが要求されている。D$$^{+}$$を加速した場合、中性子発生による放射化が大きな課題であり、Personnel Protection System(PPS)として高い信頼性が求められる。IFMIF/EVEDAでのPPS開発は、これまでに開発と運用実績のあるJ-PARCのものをベースとし、各装置や機器とのインターロック信号は、LAN等の通信手段の経路を介さずに、独立した2系統のハードワイヤードによる信号経路での取合いを基本として構成する。さらに中枢となるプログラマブルロジックコントローラー(PLC)として欧州標準汎用品であるシーメンス社製SIMATICを採用して開発を行う。本発表では、IFMIF/EVEDA加速器PPSの設計方針を中心に報告する。

論文

IFMIF/EVEDA原型加速器の進捗状況

神藤 勝啓; Vermare, C.*; 浅原 浩雄; 杉本 昌義; Garin, P.*; 前原 直; 高橋 博樹; 榊 泰直; 小島 敏行; 大平 茂; et al.

Proceedings of 6th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (CD-ROM), p.668 - 670, 2010/03

国際核融合材料照射施設(IFMIF)に関する工学実証及び工学設計活動(EVEDA)における原型加速器の2008年度の進捗について報告する。原型加速器のすべての加速器機器は、それぞれ設計が始まり、製作や個別試験についての計画を策定し、設計パラメータを決めてきた。個々の機器の進捗を分析し、IFMIF加速器の工学実証の計画を検討した結果、事業期間を2014年まで延長することが提案され、BA運営委員会で承認された。本発表では、各加速器機器の設計状況、欧州と日本が担当している加速器機器群と、日本が担当している六ヶ所村のIFMIF/EVEDA開発試験棟建屋のインターフェイスや現在までに提案されている工学実証試験での運転計画を報告する。

論文

J-PARC負水素イオン源の運転状況

小栗 英知; 上野 彰; 池上 清*; 滑川 裕矢; 大越 清紀

Proceedings of 6th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (CD-ROM), p.842 - 844, 2010/03

J-PARCで稼動中のLaB$$_{6}$$フィラメント駆動型負水素イオン源は、加速器ビームスタディの内容により、高出力(約30mA)と低出力(約5mA)の運転を交互に行っている。運転開始から現在までの約3年の間、イオン源トラブルによる加速器ビーム停止時間は延べで50時間程度であり、イオン源の稼働率は現状、98%以上である。初期のトラブルはおもにフィラメントの不具合によるものであったが、フィラメント構造の改良を重ねた結果、現在では2030時間(うち高出力運転が780時間,低出力運転が250時間)のフィラメント連続使用実績を得ている。また、高出力モード運転時のビーム電流減少率は-0.4mA/dayと低く、イオン源オペレータによるビーム電流調整操作は1日1回程度である。本イオン源は、長時間フルスペック運転の実証など幾つかの課題がまだ存在するが、おおむね実用機として十分なビーム性能と信頼性を有していると言える。

論文

IFMIF/EVEDA加速器制御系の概要

高橋 博樹; 小島 敏行; 榊 泰直; 前原 直

Proceedings of 6th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (CD-ROM), p.490 - 492, 2010/03

国際核融合材料照射施設(IFMIF)に関する工学実証及び工学設計活動(EVEDA)加速器は、9MeV/125mAのCW D$$^{+}$$ビームを生成する。大強度でD$$^{+}$$を加速することから、ビームロスによる放射化が大きな課題であり、この放射化を十分考慮し、信号伝送路の2重化などにより高い信頼性を確保したPersonnel Protection System (PPS)、数10$$mu$$secでインターロック信号を伝送しビームを高速で停止させるMachine Protection System(MPS)、コミッショニングにおける放射化を最小限にするパルス運転と最終的なCW運転の異なる2種類の運転を実現するTiming System(TS)などで構成される制御系の開発を進めている。本発表では、IFMIF/EVEDA加速器制御系の概要と、2010年1月からEUでの実施が予定されている、制御系と加速器サブシステムとの動作試験に向けた制御系の開発状況について報告する。

論文

ERL放射光源用500kVDC電子銃の光陰極準備システムと高電圧真空容器の開発

西森 信行; 永井 良治; 飯島 北斗; 羽島 良一; 山本 将博*; 武藤 俊哉*; 宮島 司*; 本田 洋介*; 栗木 雅夫*; 桑原 真人*; et al.

Proceedings of 6th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (CD-ROM), p.872 - 874, 2010/03

原子力機構,高エネルギー加速器研究機構,広島大学,名古屋大学はERL放射光源用の500kV DC電子銃の共同開発を行っている。NEA GaAs光陰極準備システムの設計,製作を行い、このシステムを使ってNEA光陰極を作成し、その量子効率を測定した。また、高電圧真空容器の設計,製作を行った。特に光陰極の寿命に直結する真空ポンプシステムの設計を注意深く行った。開発の現状について報告する。

論文

J-PARC負水素イオン源LaB$$_{6}$$フィラメント形状の最適化

池上 清*; 上野 彰; 小栗 英知; 滑川 裕矢; 大越 清紀

Proceedings of 6th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (CD-ROM), p.839 - 841, 2010/03

J-PARCイオン源は、セシウムを使用しないLaB$$_{6}$$フィラメント駆動型負水素イオン源である。このイオン源から引き出される負水素イオンビーム強度は、LaB$$_{6}$$フィラメントの大きさや形状によって異なることがわかった。そこでLaB$$_{6}$$フィラメント形状の最適化に向けイオン源テストスタンドでこの形状差異によるビーム強度の変化をアーク電流300A固定で測定検証した。実機で使用している二重螺旋の29.5mm$$phi$$のLaB$$_{6}$$フィラメントではビーム強度35.2mA、同じく15mm$$phi$$の物では41.8mA、3重ヘアピンの厚さ1.5mm幅3.5mmフラットLaB$$_{6}$$フィラメントでは43.4mAであった。このほか、多くの形状のLaB$$_{6}$$フィラメントに対してのビーム強度測定も行った。

論文

高圧純水洗浄による超伝導ブースターの性能回復

株本 裕史; 竹内 末広; 石崎 暢洋; 吉田 崇宏*; 石黒 貴之*; 山口 和司*

Proceedings of 6th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (CD-ROM), p.1120 - 1122, 2010/03

原子力機構東海の20MVタンデム加速器には重イオンのエネルギーを増強するための超伝導ブースターが設置されている。このブースターは40個の1/4波長型超伝導加速空洞で構成されるリニアックである。建設当時は1空洞あたりに4WのRF電力を入力した時の加速電界が5.0MV/m程度であったが、現在では約4.0MV/mまで低下してきている。超伝導加速空洞では表面のクリーンさが非常に重要であり、内部のニオブ表面へチリや金属粉が付着すると、高電界を発生させた時にトンネル効果で電子の電界放出現象(フィールドエミッション)が起こる。電子は高周波電場により加速されてニオブ表面に衝突し、制動X線発生や発熱、2次電子放出を引き起こすため加速電界が著しく制限される。われわれは高圧純水洗浄の技術を用いて性能の回復を試みることにした。高圧純水洗浄装置を製作して試験を行ったところ、洗浄によりフィールドエミッションの発生を抑えて加速電界を回復させることが確認できた。オンラインの20空洞に対しても洗浄処理を適用し、洗浄前には4.4MV/m(RF4W入力時)であった加速電界が洗浄直後には5.7MV/mまで回復した。

論文

JAEA 250kV電子銃におけるNEA-GaAsからの初期エミッタンス計測

飯島 北斗; 永井 良治; 西森 信行; 羽島 良一

Proceedings of 6th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (CD-ROM), p.897 - 899, 2010/03

NEA-GaAsフォトカソードからの初期エミッタンス計測に関して報告する。原子力機構では次世代放射光源のために、NEA-GaAsをフォトカソードとした250kV DC電子銃の開発を行ってきた。昨年までに、ビーム計測を目的とした約4mのビームラインの構築を行った。エミッタンスは、ここに設置された幅50$$mu$$mのスリットとYAGスクリーンを用いたシングル・スリットスキャン法で測定している。カソードはHe-Neレーザー(波長633nm)によって駆動し、空間電荷効果を無視できる電流値1$$mu$$A程度のC.W.ビームを測定している。得られたデータは"self-consistent method"によって解析した。レーザーの半径160$$mu$$m(rms)に対する規格化エミッタンスの値は0.05mm-mradであった。

論文

サイクロトロンの磁場迅速切換のための磁場計測システム開発

奥村 進; 宮脇 信正; 湯山 貴裕; 石坂 知久; 倉島 俊; 柏木 啓次; 吉田 健一; 石堀 郁夫; 百合 庸介; 奈良 孝幸; et al.

Proceedings of 6th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (CD-ROM), p.572 - 574, 2010/03

原子力機構AVFサイクロトロンでは、材料・バイオ分野の研究利用のために高頻度でビーム条件の変更が求められており、マシンの利用効率の向上のため、さらにマシンタイムの慢性的な不足を解消するためにもこのビーム変更の短時間化が課題であった。サイクロトロンの場合、ビーム変更に最も時間を要してきたのは磁場の変更時間であり、われわれは、それを短縮するために磁場迅速切換技術の開発を行っている。磁場切換を短時間で行うには、サイクロトロン磁場をいかに高精度にモニタし、いかに短時間で磁場を収束・安定化するかが課題である。そこで、今回はサイクロトロン内部の磁場を計測可能なNMRプローブを導入し、サイクロトロンで加速するすべてのビーム条件に対応する磁場計測システムを開発した。本発表では、開発したシステムの概要及び磁場計測結果を中心に報告する。

論文

大型静電加速器へのECRイオン源の利用

松田 誠; 遊津 拓洋; 沓掛 健一; 仲野谷 孝充; 花島 進; 竹内 末広

Proceedings of 6th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (CD-ROM), p.827 - 829, 2010/03

ECRイオン源は高多価・高強度の重イオンビームを生成することが可能であり、その電荷数はタンデム加速器の高電圧端子でのカーボンフォイルによる荷電変換よりも高くなっている。したがってECRイオン源をタンデム加速器の高電圧端子に搭載することにより、ビーム強度・ビームエネルギーを増強することが可能である。また加速不可能であった希ガスイオンの利用も可能となる。われわれは永久磁石型ECRイオン源を原子力機構-東海タンデム加速器の高電圧端子に搭載した。高電圧端子は絶縁高圧ガス中でかつ高電圧放電による電気的サージに晒される特殊な環境であるが、機器の開発・改良を重ねた結果、安定加速を実現し、期待通りの性能を発揮している。Xeイオンでは5+から30+までの多価イオンの加速に成功し、広範なエネルギーに渡るビームを得られ、最高エネルギーは480MeVとなった。学会では入射装置の開発と加速試験の詳細について発表する。

論文

大振幅の2倍高調波重畳による縦方向ペインティング

田村 文彦; 山本 昌亘; 吉井 正人*; 大森 千広*; 野村 昌弘; Schnase, A.; 戸田 信*; 鈴木 寛光; 島田 太平; 原 圭吾*; et al.

Proceedings of 6th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (CD-ROM), p.366 - 368, 2010/03

大強度の陽子ビーム加速においては、スペースチャージチューンシフトを軽減するために、縦方向ペインティングを行い、バンチングファクターを増大する必要がある。J-PARC RCSでは、モーメンタムオフセット入射及び2倍高調波の縦方向ペインティング手法を採用している。特に、J-PARC RCSでは広帯域MA空胴を採用したことにより、デュアルハーモニック運転を行い、大振幅の2倍高調波を追加空胴なしに発生することができる。縦方向ペインティング試験の結果について報告する。

論文

JAEA AVFサイクロトロンのビーム位相の特性

宮脇 信正; 奥村 進; 倉島 俊; 柏木 啓次; 吉田 健一; 百合 庸介; 湯山 貴裕; 石坂 知久; 石堀 郁夫; 奈良 孝幸; et al.

Proceedings of 6th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (CD-ROM), p.183 - 185, 2010/03

JAEA AVFサイクロトロンの中心領域において、3つの加速モード(H=1, 2, 3)に対するビーム位相(BP)について検証した。実験により、BPと位相制限スリット(PDS)によって決まるビーム軌道の動径方向の変位との関係と、バンチャーシステム(BB)によってシフトされる初期位相との関係を明らかにした。H=1の場合、それらの間に相関が観察されたが、H=2の場合には何も見られなかった。H=3の場合には、BPにおけるビーム強度のみにそれらのパラメータとの相関が見られた。このようなHに依存するBPの特性の違いを考慮してサイクロトロンの入射系と中心領域を最適化することにより、高品位ビームを高い透過効率で加速することが可能となる。

論文

J-PARCリニアックにおけるRFQ工学設計

森下 卓俊; 近藤 恭弘; 長谷川 和男; 内藤 富士雄*; 吉岡 正和*; 松本 浩*; 堀 洋一郎*; 川又 弘史*; 齊藤 芳男*; 馬場 斉*; et al.

Proceedings of 6th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (CD-ROM), p.1047 - 1049, 2010/03

J-PARCリニアックでは、RFQ(全長3.1m,4vane型,運転周波数324MHz)を使用してイオン源からの負水素イオンビームを50keVから3MeVへ加速し、DTLへ入射している。リニアックでは2006年11月にビーム調整運転を開始し、2007年9月には後段の加速器であるRCSにビーム供給を開始した。2008年秋の運転中、RFQでのトリップ回数が増加し、安定性が低下する事象が発生した。この事態を受けて、バックアップRFQの製作に着手している。バックアップ機の製作において、ユーザーへのビーム供用が開始されたJ-PARCでの運転を念頭に置き、空洞の安定性に主眼を置いた設計方針を基本としている。本発表では、安定性向上のための工学設計に関する試験結果及び設計進捗状況について報告する。

論文

J-PARCリニアックにおけるRFQ高周波設計

森下 卓俊; 近藤 恭弘; 長谷川 和男; 内藤 富士雄*; 松本 浩*; 堀 洋一郎*

Proceedings of 6th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (CD-ROM), p.1050 - 1052, 2010/03

J-PARCリニアックでは、RFQ(全長3.1m,4vane型,運転周波数324MHz)を使用してイオン源からの負水素イオンビームを50keVから3MeVへ加速し、DTLへ入射している。2009年6月より本格的にJ-PARCにおけるビーム供用が開始された。2008年秋の運転中、RFQでのトリップ回数が増加し、安定性が低下する事象が発生した。そこで、現在使用しているRFQのバックアップ機として、RFQを新規に製作することとした。本発表では、3次元電磁界シミュレーションを用いたRFQにおける高周波設計検討結果について報告する。

論文

J-PARCにおけるRFQの現状

長谷川 和男; 森下 卓俊; 近藤 恭弘; 小栗 英知; 小林 鉄也; 内藤 富士雄*; 吉岡 正和*; 松本 浩*; 川又 弘史*; 堀 洋一郎*; et al.

Proceedings of 6th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (CD-ROM), p.693 - 695, 2010/03

J-PARCリニアックでは、RFQ(全長3.1m,4vane型,運転周波数324MHz)を使用してイオン源からの負水素イオンビームを50keVから3MeVへ加速し、DTLへ入射している。リニアックは2006年11月にビーム試験を開始し、2007年9月には後段の加速器である3GeVシンクロトロンにビーム供給を開始するなど、順調に推移してきたが、2008年秋の運転からRFQでのトリップ回数が増加し、安定性が低下する事象が発生した。これを受けて、継続したコンディショニングによる状態の回復を試みると同時に、RF制御の改善,真空ポンプ増強,イオン源運転パラメータの変更などの改善に努め、ビーム運転を継続するまでに回復した。本発表では、こうしたJ-PARC-RFQの状況と改善点について報告する。

論文

Wire scannerモニターを用いたJ-PARC MEBTチョッパーの調整

佐藤 進; 三浦 昭彦; 五十嵐 前衛*; 池上 雅紀*; 上野 彰; 佐甲 博之; 森下 卓俊; 吉川 博; 長谷川 和男; 小林 鉄也

Proceedings of 6th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (CD-ROM), p.298 - 300, 2010/03

J-PARCでは、数百マイクロ秒の幅を持ったマクロパルスを、MEBTにおいて1MHz程度のRFチョッパーを用いることにより、中間バンチ構造を形成させて、下流のDTL加速空洞に入射する。ビームの蹴り残しは、チョッパーより下流に設置されたワイヤースキャナーからの信号を、直後におかれたプリアンプで増幅することにより、測定した。その結果を報告する。

論文

J-PARC RFQ用RFカップラの設計

近藤 恭弘; 長谷川 和男; 森下 卓俊; 内藤 富士雄*

Proceedings of 6th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (CD-ROM), p.1038 - 1040, 2010/03

J-PARCでは、大強度での安定運転にむけて、現行RFQを置き換えるRFQを製作中である。このRFQの諸元は、現在運転中のものと同様で、周波数324MHz,入射エネルギー50keV,出射エネルギー3MeV,ビーム電流30mA,高周波デューティー3%である。しかしながら、放電の原因となりうる$$pi$$モード安定化ループに代わり、端版の4本のロッドで2重極モードの周波数を調整するダイポール安定化ロッドを採用し、また、接合方法にロー付けを採用するなど、信頼性向上のための改良が施される。高周波電力を投入するための結合器(カップラ)についても、構造の単純化のために、従来の2本フィードから1本フィードに変更するべく検討中である。最大投入電力は、400kW強,デューティー3%である。本稿では、J-PARCの新RFQ用のRFカップラに関して、その電磁気的設計に関して述べる。

論文

J-PARCリニアックACS加速空洞増強におけるモニターシステムの設計

三浦 昭彦; 佐藤 進; 佐甲 博之; 吉川 博; 長谷川 和男; 五十嵐 前衛*; 池上 雅紀*

Proceedings of 6th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (CD-ROM), p.733 - 735, 2010/03

J-PARC線形加速器(リニアック)は、現在181MeVのビームエネルギーにて運転を行っているが、より高エネルギーの粒子を下流のシンクロトロンに入射するため、平成20年度末より、ACS加速空洞の増強を行う計画が開始した。これに伴い、ACS加速空洞におけるビームコミッショニングを行うためのモニター類の設計を開始し、製作を進めている。本稿では、ビームコミッショニングに用いられるモニター類について紹介するとともに、ACS加速区間におけるモニターシステムの設計について言及する。また、縦方向のミスマッチを診断するための縦方向プロファイルモニターの導入について紹介する。

論文

Suppression of beam loss at the bending magnet of the first arc in the J-PARC linac

佐甲 博之; 池上 雅紀*

Proceedings of 6th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (CD-ROM), p.217 - 219, 2010/03

J-PARCリニアックでの最大ビームロスが第一アーク部の第一偏向磁石のH$$^{-}$$ビーム偏向方向と反対側で観測された。このロスの発生源の有力候補はLEBTでイオン化したH$$^{+}$$であったが、実際H$$^{+}$$はMEBT1においてステアリング磁石でH$$^{+}$$と分離されワイヤスキャナーモニターで測定された。このH$$^{+}$$はMEBT1の偏向磁石とステアリング磁石によりH$$^{-}$$と分離され、ビームチョッパー用のスクレーパーで除去された。この方法により、チョッピング性能は以前と同じ水準を保ちながら、ビームロスと残留放射能を格段に減少させることができた。

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