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千代 悦司; 佐川 隆*; 鳥山 稔*
Proceedings of 13th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.400 - 402, 2016/11
J-PARCリニアックのクライストロン電源は、12相の600Vの交流電圧を位相制御されたサイリスタにてチョップし、変圧器にて110kVまで昇圧し、整流器にて直流化し、直流高電圧を発生している。本電源では、昇圧変圧器、整流器および平滑用リアクトルが一体化し、変圧整流器を構成しているが、この変圧整流器の整流器が、稼働時間が30,000時間以上経過すると故障が発生し、しばしば加速器を長期間停止させてきた。整流器は、ダイオードと分圧用のコンデンサーを並列に接続し、多段にスタックすることで耐電圧を得ている。故障した整流器を調査したところ、セラミックコンデンサーのモールド内のセラミック沿面で絶縁破壊しており、耐圧以上の電圧がコンデンサーに印加されていた。高電圧がコンデンサーに印加される原因を調査し、その対策を整流器に施した。現在、改修された整流器を装着した変圧整流器を長時間運転し、対策の妥当性を評価している。
澤邊 祐希*; 石山 達也; 高橋 大輔; 加藤 裕子; 鈴木 隆洋*; 平野 耕一郎; 武井 早憲; 明午 伸一郎; 菊澤 信宏; 林 直樹
Proceedings of 13th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.647 - 651, 2016/11
J-PARCでは実機の安定運転に必要なビームスクレーパ照射試験およびレーザ荷電変換試験を実施するために3MeVリニアックを再構築した。3MeVリニアックは、セシウム添加高周波駆動負水素イオン源(RFイオン源)から負水素イオンビームを取り出し、高周波四重極型リニアック(RFQ)で3MeVまでビームを加速する。3MeVリニアックを制御するには、加速器およびレーザから人への安全を確保する人的保護システム(PPS)、加速器構成機器を保護するための機器保護システム(MPS)、各機器の同期をとるタイミングステム、およびEPICSを用いた遠隔制御システムが重要となる。本発表では、これらの3MeVリニアック用制御システムについて報告する。
Saha, P. K.; 菖蒲田 義博; 發知 英明; 原田 寛之
Proceedings of 13th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.125 - 129, 2016/11
The transverse impedance of the extraction kicker magnets is a significant beam instability source in the 3-GeV RCS of J-PARC. The ORBIT code was successfully updated for space charge and beam instability simulations by introducing all realistic time dependent machine parameters. The simulation results showed very critical beam instability situation, especially for the designed 1 MW beam power. Systematic simulation and measurement studies were performed in order to determine a realistic strategy to accomplish 1 MW beam power. The simulation results were well reproduced in the measurements, while an acceleration of 1 MW beam power has also been successfully accomplished. Recently, further suppression of the beam instability for a flexible choice on the parameter space in order to improve the extraction beam quality is also studied.
二ツ川 健太*; 小林 鉄也*; 佐藤 福克; 篠崎 信一; Fang, Z.*; 福井 佑治*; 溝端 仁志; 道園 真一郎*
Proceedings of 13th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.327 - 331, 2016/11
J-PARCリニアックは、RFQ下流のビーム輸送路(MEBT1)に設置されているRFチョッパ空洞で不必要なビームを蹴ることにより、中間パルスと呼ばれる櫛形構造のビームを生成している。RFQ下流の空洞では中間パルス形状を持つビームが通過すると、必然的にこのビーム形状の負荷がある。現在までは、ビーム電流を設計値で運転していないこともあり、中間パルス形状に対応した負荷補償ではなく、平均的なビーム電流を仮定した矩形の負荷補償を行ってきた。しかし、ビーム電流の増加でビーム負荷が大きくなるに伴い、RFの要求精度を満たすことが難しくなってきた。そこで、中間パルス形状に対応したビーム負荷補償の試験を実施した。Q値が高いSDTL及びDTLに対する中間パルス形状に対応したビーム負荷補償システムは、良好な結果を得られた。一方で、972MHzのACSに対するビーム負荷補償システムは隣接するモードを励振してしまうということが明らかになり、システムの改良が求められる。
堀 利彦*; 篠崎 信一; 佐藤 福克; 溝端 仁志; 福井 佑治*; 二ツ川 健太*
Proceedings of 13th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.429 - 432, 2016/11
本研究会において、324MHzクライストロン電子銃部の変調アノード電位の放電に起因する高圧電源停止頻度を改善した報告を過去3年間行った。放電は25Hz、0.7ms変調パルス以外の充電時間帯に生じており、変調アノードの耐圧劣化が主原因のクライストロン交換数は4本となった。2015年11月以降は、クライストロン印加電圧を従来の2
3kV低い値での運転を始め、放電回数の増減を継続して調査している。印加電圧を下がったデメリットとして、利用運転時におけるクライストロンパワーのマージンの低下並びに高電流ビーム加速(~50mA)時には印加電圧を再設定し直すことなどが考えられ、各クライストロンの現在の動作点(入出力曲線の肩特性に対するマージンなど)を正確に把握する必要があった。そこで2016年より、クライストロンのカソード電圧、電流から算出されるパービアンス値並びに3種類の加速ビーム幅、ビームローディングの有無に対応したクライストロンゲイン値を測定するためのクライストロン特性用モニタを開発中である。本発表では、パービアンス&ゲインモニタの概要、初号機の試験結果など詳細を報告する。
平野 耕一郎; 浅野 博之; 石山 達也; 伊藤 崇; 大越 清紀; 小栗 英知; 近藤 恭弘; 川根 祐輔; 菊澤 信宏; 佐藤 福克; et al.
Proceedings of 13th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.310 - 313, 2016/11
単位面積当たりの熱負荷を減らすため、67
のビーム入射角を有するビームスクレーパをJ-PARCリニアックのRFQとDTLの間のMEBTで使用している。67ビームスクレーパは粒子数1.47E22個のH
ビームによって照射された。レーザ顕微鏡を用いてスクレーパのビーム照射による損傷部を観察すると、高さ数百
mの突起物が無数にあった。ビームスクレーパの耐電力を調べるため、3MeVリニアックを新たに構築した。2016年末にスクレーパ照射試験を実施する予定である。今回は、J-PARCリニアックのビームスクレーパの現状、及び、ビームスクレーパの照射試験に用いる3MeVリニアックについて報告する。
杉村 高志*; 丸田 朋史*; 平野 耕一郎
Proceedings of 13th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.307 - 309, 2016/11
J-PARCリニアックでは、ビーム強度の増強が計画されており、現在運転しているパラメーター40mA, 25Hz, 500sを50mA, 50Hz, 500sに変更することを目指している。加速器で大強度ビームを得るためには、ビームロスを出来得る限り軽減しておくことが必須である。J-PARCリニアックでは、イオン源、RFQ(高周波四重極型リニアック)で加速されたビームをMEBT1(Medium Energy Beam Transport 1)でマッチング及びパルス成形を行いDTL(ドリフトチューブ型リニアック)に入射している。現在の運転において、DTLにおける局所的放射化が観測されたため、増強においては更なる対策が必須である。ビームシミュレーションの結果から、DTLにおけるビームロスは、MEBT1に新たに垂直方向のコリメーターを設置することで、軽減できることが分かった。本発表では、上記目的のため、MEBT1に設置する垂直方向コリメーターの製作設計の状況について報告する。
近藤 恭弘; 長谷川 和男; 伊藤 崇; Artikova, S.; 大谷 将士*; 三部 勉*; 内藤 富士雄*; 吉田 光宏*; 北村 遼*; 岩下 芳久*; et al.
Proceedings of 13th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.66 - 69, 2016/11
ミューオン加速のための加速器を開発中である。この加速器により、ミューオンの異常磁気モーメントを0.1ppmの精度で、また電気双極子モーメントを10E-21e cmの精度で測定することが可能となり、素粒子の標準理論をこえる物理の探索ができるようになる。このミューオンリニアックは、超低速ミューオン源,高周波四重極リニアック,交差櫛形Hモードドリフトチューブリニアック,ディスクアンドワッシャ型結合空洞リニアック,円盤装荷型進行波リニアックからなる。本論文では、このミューオンリニアックの開発状況、特にビーム力学設計について述べる。
大谷 将士*; 三部 勉*; 吉田 光宏*; 長谷川 和男; 近藤 恭弘; 林崎 規託*; 岩下 芳久*; 岩田 佳之*; 北村 遼*; 齊藤 直人
Proceedings of 13th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.858 - 862, 2016/11
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、交代位相収束(APF)を用いた交差櫛形Hモードドリフトチューブリニアック(IH-DTL)の設計を行った。IH-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。LINACSapfコードを用いてAPFのビーム力学設計を行い、空洞設計はCST micro wave studioを用いた。設計によって得られたIH-DTL出口でのエミッタンスは、0.315及び0.195
mm mradであり、物理実験に必要な性能をみたす設計が得られた。
北村 遼*; 大谷 将士*; 深尾 祥紀*; 河村 成肇*; 三部 勉*; 三宅 康博*; 下村 浩一郎*; 近藤 恭弘; 長谷川 和男; 石田 勝彦*; et al.
Proceedings of 13th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.476 - 479, 2016/11
J-PARCにおいて、新しいミューオンg-2実験が計画されている。この実験では、超低温ミューオンを生成し、線形加速器によって再加速する。このミューオンリニアックの初段の加速構造として、RFQが用いられる。初期の加速試験において、J-PARCリニアックの予備機として製作されたRFQ(RFQ II)を用いる予定である。この論文では、初期の加速試験に用いる、アルミニウムのデグレーダを用いた低速ミューオン源の開発状況、また、このミューオン源を用いたミューオン加速のシミュレーション研究について述べる。
内藤 富士雄*; 穴見 昌三*; 池上 清*; 魚田 雅彦*; 大内 利勝*; 大西 貴博*; 大場 俊幸*; 帯名 崇*; 川村 真人*; 熊田 博明*; et al.
Proceedings of 13th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1244 - 1246, 2016/11
いばらき中性子医療研究センターのホウ素中性子捕獲療法(iBNCT)システムは線形加速器で加速された8MeVの陽子をBe標的に照射し、中性子を発生させる。この線形加速器システムはイオン源, RFQ, DTL, ビーム輸送系と標的で構成されている。このシステムによる中性子の発生は2015年末に確認されているが、その後システムの安定性とビーム強度を共に高めるため多くの改修を施した。そして本格的なビームコミッショニングを2016年5月中旬から開始する。その作業の進展状況と結果を報告する。
宮尾 智章*; 丸田 朋史*; Liu, Y.*; 三浦 昭彦
Proceedings of 13th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1094 - 1096, 2016/11
J-PARCリニアックでは、ACS(Annular-ring Coupled Structure)加速空洞を2013年度から使用し、負水素イオンビームを400MeVまで加速している。このACS加速空洞にビームを入射する際、RF加速周波数が324MHzから972MHzにジャンプするため、バンチシェイプモニターを用いて位相方向のビーム位相の拡がりを測定し、加速空洞の調整を行っている。測定位置でのビーム位相の拡がりは、およそ4と推定されているため、設計上の位相分解能を1とした。ビームラインに設置後、実際のビームを用いてモニタの性能評価のための位相分解能の測定を行た結果、約1.8であることが分かった。これを用いて、ACS加速空洞にビームを入射する際、ビーム位相幅を調整するためにバンチャー空洞のRFの振幅を調整した。測定した振幅と位相幅の関係を示し、ACS加速空洞の調整について説明する。
三浦 昭彦; 吉本 政弘; 岡部 晃大; 山根 功*
Proceedings of 13th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1102 - 1106, 2016/11
J-PARC LINACでは、負水素イオンビームを400MeVまで加速し、下流のシンクロトロン(RCS)に供給している。大強度陽子加速器においてビーム損失を抑制するためのビーム調整は非常に重要で、必要な機器の一つがビームプロファイルモニタである。現在、プロファイルモニタには、金属製のワイヤを使用しているが、熱的耐久性の観点から、大強度ビームではビーム非破壊のレーザー法が適している。負水素イオンの1つの電子のイオン化ポテンシャルは0.75eVと低いため、可視光域のレーザー光から適した波長を選択することができ、レーザーワイヤ法の現実的なシステムを形成できる。さらに、径の異なる一対の凹面鏡を対面させ、鏡間に複数のレーザーの光路(レーザーワイヤ)を形成する新たな手法を提案した。レーザー光のビームウエストを同一直線状に並ぶように光学設計することで、負水素イオンビームの進行方向にレーザー光路の面を平行に配置し、複数のレーザーワイヤを用いたビーム計測が可能となる。本発表では、マルチレーザーワイヤをプロファイルモニタに適用する原理と、ビーム計測のためのシステムについて報告する。
栗原 俊一*; 小林 仁*; 杉村 高志*; 平野 耕一郎
Proceedings of 13th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.814 - 816, 2016/11
照射損傷は加速器の構成要素の各部分に観察される問題である。加速管,スクレーパー,モニター、そして標的と特に陽子加速器,イオン加速器では憂慮される問題である。われわれは、実際の加速器でのその場観察を究極の目標として、加速器で使用される様々な物質の照射損傷、特にブリスタリングの観察を続け、光源としてレーザーを用い、その反射光からの情報により遠方で加速器の動作中のその場観察を行える方法を検討した。観察により得たブリスタリングの生成過程とともに、この観察方法の原理、ならびに適用限界を報告する。
菅沼 和明; 廣木 文雄; 伊藤 崇; 山崎 良雄
Proceedings of 13th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.304 - 306, 2016/11
加速空洞用冷却水設備は、以前より流量が減少する事象が見受けられ冷却水の流量低下によって警報が発報し、加速器全体の運転を停止させることがある。警報発報から復旧までに時間を費やすため早急な対策が望まれており、J-PARC加速器全体で取り組む課題となっている。われわれは、リニアック空洞のRFQからSDTLまでの冷却水設備である設備名称RI4系について、以前から現象が確認されている冷却水設備のバッファタンクの水位変動と、冷却水全体流量の変動の関連について再度注目してみた。同時に、冷却水設備の運転データから新たな情報の有無を調べた。冷却水の全体流量の減少原因について、運転データと関連づけながら仮説を立ててみる。
發知 英明; 原田 寛之; 加藤 新一; 金正 倫計; 岡部 晃大; Saha, P. K.; 菖蒲田 義博; 田村 文彦; 谷 教夫; 渡辺 泰広; et al.
Proceedings of 13th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.61 - 65, 2016/11
J-PARC 3-GeV RCSでは、2015年の夏季作業期間にRF電源の増強を行い、その直後の10月より1MWのビーム調整を再開した。10月のビーム試験では、RFフィードフォワード調整やペイント入射の導入により、縦方向のビーム損失や空間電荷由来の横方向のビーム損失を最小化させると共に、色収差や加速過程のチューンをコントロールすることでビームの不安定化を抑制することに成功した。また、その後のビーム試験では、新規導入した補正四極電磁石と共にAnti-correlatedペイント入射を併用することでペイント入射範囲の拡幅を実現し、その結果、入射中の荷電変換フォイル上での散乱現象に起因したビーム損失を大幅低減させることに成功した。2015年10月以降に行った一連のビーム調整により、1MW運転時のビーム損失は、十分に許容範囲内といえるレベルにまで低減された。本発表では、ビーム増強過程で実際に我々が直面したビーム損失の発生機構やその低減に向けた取り組みなどを中心に、RCSビームコミッショニングの進捗状況を報告する。
吉本 政弘; 竹田 修; 原田 寛之; 山本 風海; 金正 倫計
Proceedings of 13th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1097 - 1101, 2016/11
J-PARC 3GeV RCSでは世界最高レベルの1MW大強度ビームを実現するために、ビーム損失を局所化して他機器の放射化を抑制するリングコリメータシステムを設置している。RCSのリングコリメータシステムは散乱体1台と吸収体5台で構成されており、これまでのビーム調整の成果と合わせて、コリメータ部以外に大きな放射化を機器に生じさることなく500kWビーム出力までの利用運転の実績を持つことができた。しかし、2016年4月にリングコリメータの吸収体5で駆動部破損に伴う真空リークが発生し、取り外しての加速器運転を余儀なくされた。そこで、まず粒子トラッキング計算によりコリメータ下流部で新たなビーム損失が発生しても現状での利用運転の強度では許容可能であることを事前に確認した。次にリング全周におけるビーム損失の変化をビーム損失モニタの測定結果から問題ないことを確認して、加速器運転を再開した。今回からRCS全周にわたる残留線量の詳細分布測定を実施し、合わせて短期メンテナンスに伴うビーム停止毎に継続的に測定することで加速器運転状況に伴う線量分布の推移も調査した。この結果からより詳細なビーム損失の構造を把握することができた。本発表では、リングコリメータ吸収体5を取り外したことによるビーム損失局所化への影響を報告する。また詳細な残留線量分布測定の結果からリングコリメータの調整方法に対する課題についても議論する。
堀野 光喜; 高柳 智弘; 植野 智晶; 飛田 教光*; 山本 風海; 金正 倫計
Proceedings of 13th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.703 - 707, 2016/11
J-PARC 3-GeVシンクロトロン(RCS)の水平シフトバンプ電磁石は、RCSで採用されている多重入射方式の荷電変換入射を行うため、周回ビームの軌道にバンプ軌道を生成し、入射ビームと周回ビームを合流させる重要な機器の一つである。2014年2月に、LINACからの400MeV入射ビームによるユーザー利用運転がスタートした。その約1年後の2015年2月と3月に、水平シフトバンプ電磁石の銅帯コイルを固定しているコイルサポートボルトの脱落と、4台の電磁石を直列に接続している銅バーの水冷配管からの漏水のトラブルが発生した。トラブルの発生直後は、暫定対策で加速器の利用運転に対応し、2015年の夏期メンテナンス期間に、恒久対策を実施した。恒久対策の実施後は、トラブル無く安定した運転を継続している。本発表では、水平シフトバンプ電磁石に発生したトラブルと恒久対策の内容、及び、その効果について報告する。
原田 寛之; Saha, P. K.; 山根 功*; 加藤 新一; 金正 倫計; 入江 吉郎*
Proceedings of 13th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.983 - 986, 2016/11
大強度陽子加速器では、負水素イオンを炭素膜にて陽子へと変換しながら入射する荷電変換入射を適用している。この入射手法は、大強度の陽子ビームを生成できる反面、ビーム自身が膜で散乱され制御不能なビーム損失が原理的に発生する。また、衝突による膜の破損が生じる可能性がある。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っても制限される。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須となる。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。この入射手法を実現するには、既存のレーザーの2桁以上の出力が必要となる。この大きな課題を克服すべく、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。
加藤 新一; 原田 寛之; 畠山 衆一郎; 川瀬 雅人; 山本 風海; 金正 倫計
Proceedings of 13th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1089 - 1093, 2016/11
J-PARC 3GeVシンクロトロンでは、周回している陽子ビームの1次元横方向分布を非破壊に測定するために、残留ガスプロファイルモニタ(IPM)が導入されている。IPMは主に、外部電場生成用分割電極と検出部で構成される。IPMでは、ビームによってイオン化された残留ガスを横方向の外部電場で検出部まで輸送し、Multi-Channel Plate (MCP)によって電子として増幅する。そしてこの電子を検出し信号を再構成することで分布を測定している。これまでIPMでは、電場ポテンシャルの最適化や、印加電圧に対して緩やかなゲイン特性を持つMCPの採用などの改良を継続して行ってきた。その結果、IPMは低強度で行うビーム調整において必須の測定装置となっている。しかし、出力の増加に伴ってノイズが増加するため、100kWを超えるような大強度ビームでは検出信号がノイズに埋もれて分布測定ができないという問題があった。そこで、大強度ビームの分布測定に向けてこのノイズの原因探索と対策の検討を行った。具体的には、IPMの構造と大電流ビームを模擬したシミュレーションを行い、測定結果との比較を行った。その結果、ノイズの原因がビーム起因の電場であることを特定した。そこで、この結果を元にビーム起因の電場を遮蔽する分割電極部品を設計した。これにより、電場によるノイズは現在の1/100程度に抑制され、大強度ビームの分布測定が可能になると予想される。
