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論文

Reduction of the kicker impedance maintaining the performance of present kicker magnet at RCS in J-PARC

菖蒲田 義博; 入江 吉郎*; 高柳 智弘; 富樫 智人; 山本 昌亘; 山本 風海

Journal of Physics; Conference Series, 1067, p.062007_1 - 062007_8, 2018/10

J-PARCのRCSのキッカーにはコイルが内蔵されており、そこを流れる電流が作る磁場の力でビームを出射させている。このキッカーは4つの端子を持っており、その2つが電源側につながれ、残りの2つがショートしてある。ビームをRCSから出射させる時に必要なキッカーに誘起される電流値は、この特徴のために電源から供給される電流値の2倍となる。これは、ビームを出射させる上では、必要な消費電力を節約でき、キッカーの設置スペースを節約できるという利点を持つ。一方で、この特徴のためにビームが大強度化するに従って、キッカーを通過する際に励起する電磁場(インピーダンス)は、ビームを不安定にさせることが分かっている。このようなビーム不安定性への対策は、大強度での安定的なビーム利用運転をするために必要である。本レポートでは、現在のキッカーの持つパフォーマンスを維持しながら、ビームの不安定要因であるキッカーのインピーダンスを下げる新しい手法について紹介する。

論文

Baseband simulation model of the vector rf voltage control system for the J-PARC RCS

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

Journal of Physics; Conference Series, 1067, p.072030_1 - 072030_6, 2018/10

J-PARC RCSの広帯域金属磁性体空胴における大強度ビームによる重いビームローディングの補償のため、ベクトルRFフィードバック制御の採用が検討されている。マルチハーモニックベクトル制御プロトタイプシステムを製作しテスト中である。システム性能を検証するために、Matlab SimulinkによるRFシミュレーションが行われることが多いが、商用かつ高額なソフトウェアである。また、計算機資源を要し計算時間がかかることも問題である。このため、フリーソフトウェア(Scilab, Python control library)を用いて簡単化したベースバンドシミュレーションを行った。ベースバンドシミュレーションは高速に実行できることはパラメータサーチの際に有利である。この発表では、シミュレーションモデルのセットアップについて述べる。シミュレーション結果は開ループ閉ループともにシステムの応答をよく再現している。

論文

Development of a new modular switch using a next-generation semiconductor

高柳 智弘; 植野 智晶*; 堀野 光喜*

Journal of Physics; Conference Series, 1067, p.082019_1 - 082019_6, 2018/10

Semiconductor switches using SiC-MOSFETs are expected to substitute the thyratron, and they are designed by connecting many semiconductor switches in parallel-series for high power operation. In order to suppress the common-mode noise caused by switching, it is common to form a symmetrical circuit. However, as the number of parallel connections in the horizontal direction increases, the length of the parallel circuit becomes longer, and the output waveform is distorted due to time lag between the circuits. Therefore, we propose a radially-symmetrical type module switch which can equalize the circuit length regardless of the number of parallel circuit. Even in circuit fabrication, it was easy for the radially-symmetrical type to make the distances of the parallel circuits equal, shorten the circuit length, and make the circuit impedance lower than the line-symmetrical type. It was confirmed that the radially-symmetrical type circuit is very useful for constructing multiple circuits. The design and preliminary test results of two types of switch circuits, radially-symmetrical type and general line-symmetrical type are presented here.

論文

Conceptual design of a single-ended MA cavity for J-PARC RCS upgrade

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

Journal of Physics; Conference Series, 1067, p.052014_1 - 052014_6, 2018/10

J-PARC RCSでは金属磁性体を用いた高周波加速空胴において、真空管のプッシュプル励振により高周波電力を供給している。そして、空胴の広帯域インピーダンス特性を生かしてマルチハーモニック励振及びビーム負荷補償を行っているが、プッシュプル励振はマルチハーモニック励振に際して欠点があることが判明した。それは、ビーム強度が上がってきた場合に、陽極電圧振幅のアンバランスが顕著になることである。そのためRCSのビームパワー増強に向けて、シングルエンド励振の金属磁性体空胴を考案した。これにより、陽極電圧振幅のアンバランスが本質的に発生しない空胴を実現できる。

論文

Study of a tuner for a high-accuracy bunch shape monitor

守屋 克洋; 川根 祐輔*; 三浦 昭彦; 二ツ川 健太*; 宮尾 智章*

Journal of Physics; Conference Series, 1067, p.072009_1 - 072009_3, 2018/09

J-PARCリニアックでは、ビーム縦方向分布を観測するバンチシェイプモニタ(BSM)の高精度化を行っている。ビームをワイヤに当てることで、ビームと同じ時間(縦方向)構造を持つ2次電子をワイヤから生成する。この電子を高周波電場を用いて縦方向の情報を横方向に移すことで縦方向分布を観測する。このとき高周波電場の周波数は加速周波数と同期させる必要がある。BSMのRFディフレクタは2本の電極から構成され、目的の周波数が共振周波数となるように電極長を変えることで実現する。しかし電極長の製作精度は$$pm$$0.5mmであるため、従来の調整方法では周波数設定精度は$$pm$$390kHzであった。今回新たにチューナとして円柱ブロックを挿入することで、共振周波数を高精度に調節できることが数値シミュレーション(CST Studio)の結果から判明した。具体的には円柱挿入量$$pm$$0.1mmに対してを$$pm$$25kHzまで調節可能となる。これにより、共振周波数の粗い調節を電極長を変えることで、細かい調節を円柱ブロックを挿入することで共振周波数を極めて高い精度で調節できるようになる。現在、このチューナ付きBSMの製作を行っている。今回の発表では数値計算結果について報告する。

論文

Non-destructive 2-D beam profile monitor using gas sheet in J-PARC LINAC

神谷 潤一郎; 荻原 徳男*; 三浦 昭彦; 金正 倫計; 引地 裕輔*

Journal of Physics; Conference Series, 1067, p.072006_1 - 072006_6, 2018/09

J-PARCにおいて大強度ビームの断面形状すなわちビームプロファイルを精度よく測定することは、ビームロスを減らし安定した加速器の運転維持を行うために必須である。既存のワイヤーを用いたビームプロファイルの測定は、ビーム強度が増した場合、ワイヤーの切断やワイヤーによるビーム散乱での装置の放射化の問題が懸念される。今回我々は真空中にシート状のガスを発生させ、ビームとガスの相互採用で発生するイオンもしくは光等を検出することでビームのプロファイルを得る非破壊のビームプロファイルモニターの開発を行った。リニアックのビーム輸送ラインにガスシートビームモニターを設置した際、導入ガスに対して近傍の空洞への圧力上昇が起きないための排気系の設計および実際の圧力分布測定を行い、空洞に対して悪影響を及ぼさずに十分な量のガス導入が可能であることを示した。発生イオンを電場により検出器に導きビーム像を蛍光板に投影することでビームプロファイルを得る手法で、リニアックの加速ビームのプロファイル測定に成功した。

論文

Off-gas processing system operations for mercury target vessel replacement at J-PARC

甲斐 哲也; 内田 敏嗣; 木下 秀孝; 関 正和; 大井 元貴; 涌井 隆; 羽賀 勝洋; 春日井 好己; 高田 弘

Journal of Physics; Conference Series, 1021(1), p.012042_1 - 012042_4, 2018/06

At J-PARC an Off-gas processing system has been utilized to a purging process before the target vessel replacement and an air-flow control procedure to minimize radioactivity release during the replacement. In 2011 the first replacement was carried out after a 500 MWh operation, and the tritium release was measured. It was suggested that the tritium release must be less than that measured at the replacement in 2011 even at the nominal operation of 5,000 MWh. Some procedures of an air-flow control and a rubber plug insertion have been introduced from the replacements in 2013, resulting that the amount of tritium release could be reduced to less than that released in 2011 at the nominal operation.

論文

Status report of the chopper spectrometer 4SEASONS

梶本 亮一; 中村 充孝; 稲村 泰弘; 蒲沢 和也*; 池内 和彦*; 飯田 一樹*; 石角 元志*; 村井 直樹; 吉良 弘*; 中谷 健; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 1021(1), p.012030_1 - 012030_6, 2018/06

4SEASONS is a medium-resolution thermal neutron chopper spectrometer in the Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) at J-PARC. Although 4SEASONS is routinely used for many experiments by internal and external users, upgrading and maintenance work is still underway. This paper reviews the recent improvements of the instrument.

論文

Recovery of helium refrigerator performance for cryogenic hydrogen system at J-PARC MLF

麻生 智一; 勅使河原 誠; 長谷川 勝一; 武藤 秀生; 青柳 克弘; 野村 一隆; 高田 弘

Journal of Physics; Conference Series, 1021(1), p.012085_1 - 012085_4, 2018/06

At J-PARC's pulsed spallation neutron source, a cryogenic hydrogen system has been operated to provide liquid para-hydrogen (20K and 1.5 MPa) to the moderators since 2008. Typical operating period of the cryogenic hydrogen system was approximately 3 months continuously. However, the pressure differences between No.1, No.2 heat exchangers (HXs) and an adsorber (ADS) in the helium refrigerator had begun to increase rapidly since the beginning of 2015, the refrigerator could not be operated continuously. The impurity in the refrigerator was measured by newly introduced quadrat mass spectrometer, but no significant impurities was observed. We suspected the oil contamination from the helium compressor, as it caused performance degradation of the cryogenic system in other facilities, such as RIKEN, CERN, etc. In the summer outage in 2016, we cleaned the HXs with Freon to remove the oil contamination, and replaced the activate charcoals of ADS and oil separator (OS-5). As a result, the performance of the helium refrigerator was recovered completely.

論文

Applications of the differential events reading method at MLF, J-PARC

稲村 泰弘; 伊藤 崇芳*; 鈴木 次郎*

Journal of Physics; Conference Series, 1021(1), p.012015_1 - 012015_5, 2018/06

イベント記録型の中性子散乱データ収集とその解析は時間依存する現象の測定に大きな利益をもたらす。J-PARCの物質生命科学実験施設(MLF)に設置された多くの装置はMLF運用開始時からこの収集方式を採用しており、すでに様々な成果を上げてきている。一方で、このイベント記録型データをより効率的に扱うためには改良点や開発すべき点がまだ多く残されている。この論文ではイベント記録型データを活用することで擬似的なリアルタイムデータ処理をMLFで実現した成果を報告する。

論文

Measurement of activation cross sections of the target and the proton beam window materials at J-PARC

松田 洋樹; 明午 伸一郎; 岩元 大樹

Journal of Physics; Conference Series, 1021(1), p.012016_1 - 012016_4, 2018/06

核破砕中性子源や核変換システムの核設計の精度向上のためには、高精度な核反応断面積が必要となり、今後重要と考えられる加速器施設のデコミッショニングのシナリオ構築のためには放射化断面積の精度向上が必要とされる。放射化断面積は、これまでに既存施設において測定されてきたものの、実験データにおいてバラつきが大きく必ずしも十分な精度でない。特にJ-PARCの核破砕中性子源で用いられている3GeV陽子のデータはほとんどないため、ターゲット構造材の更なる安全性向上のために実験データが必要となる。そこで我々は、J-PARCの加速器施設を用いてターゲット構造材に使用される核種の測定を行う予定とし、テスト実験としてアルミの放射化断面積を0.4, 1.3, 2,2及び3GeVの陽子に対し測定した。この結果、本実験のデータは、精密はビーム制御と高精度はモニタにより、既存の実験より高精度なデータを取得できることがわかった。本実験データを用いて評価済み核データ(JENDL-HE 2007)と核内カスケードモデルの計算結果との比較を行った。この結果、JENDL-HE 2007は実験と比較的よい一致を示すことがわかった。一方、PHITSの核内カスケードモデルによる計算は、実験を約40%程度を過小評価することがわかった。この過小評価の原因はPHITSに含まれる蒸発過程モデル(GEM)に問題があることが考えられ、GEMの改良により実験結果を再現できることが分かった。

論文

The Measurements of neutron energy spectrum at 180 degrees with the mercury target at J-PARC

松田 洋樹; 明午 伸一郎; 岩元 大樹

Journal of Physics; Conference Series, 1021(1), p.012017_1 - 012017_4, 2018/06

180$$^{circ}$$方向に放出される核破砕中性子は将来のADS(加速器駆動未臨界システム)の遮蔽計算や核物理の観点から重要である。しかし、測定の困難さからこれまでほぼ全く測定されてこなかった。われわれは初めて180$$^{circ}$$方向に放出された水銀核破砕中性子のエネルギースペクトルをJ-PARCのMLFへの陽子ビーム輸送ライン(3NBT)においてNE213液体シンチレーターを用いて測定した。ターゲットに照射される陽子エネルギーは3GeVで、強度は1$$times$$10$$^{10}$$個以上である。中性子のエネルギーはn-$$gamma$$弁別を用いて信号を分離した後飛行時間法で決定した。またPHITSを用いて実験のセットアップを模して計算を行い、実験値との比較を行なった。本稿では実験概要及び測定結果などを報告する。

論文

Present fabrication status of spare moderators and reflector in J-PARC spallation neutron source

勅使河原 誠; 原田 正英; 大井 元貴; 高田 弘

Journal of Physics; Conference Series, 1021(1), p.012061_1 - 012061_4, 2018/06

大強度陽子加速器施設(J-PARC)の物質・生命科学実験施設(MLF)では、高エネルギーパルス陽子ビーム(3GeV, 25Hz)を用いた核破砕反応により発生した中性子を、液体水素モデレータで減速し、実験装置にパルス冷熱中性子を供給する。モデレータや反射体容器構造材の放射線損傷により2020年ごろに交換時期を迎える。現在、交換に向けて、モデレータ及び反射体の予備機製作を進めている。予備機は、現在MLFで使用しているものと外観上は同じであるが、内部構造において、大きく2つ改良を加えた。一つは、水素輸送配管に線膨張係数の最も小さなインバー材を採用したこと。もう一つは、中性子ビームパルスをシャープにする熱中性子吸収材として、新たに金・インジウム・カドミウム(Au-In-Cd)材を開発したことである。5重の多重配管を構成する水素輸送配管では、インバー材を採用することで、熱収縮量を確保するために必要であった偏心構造を同軸構造に変え、製作性を大きく向上させた。熱中性子吸収材として、Au-In-Cd材は、残留放射能を大きく軽減する材料で、この用途に初めて開発されたものである。本件では、これら材料を導入したモデレータ・反射体の製作状況について報告する。

論文

Target test facility for ADS and cross-section experiment in J-PARC

明午 伸一郎; 岩元 大樹; 松田 洋樹; 武井 早憲

Journal of Physics; Conference Series, 1021(1), p.012072_1 - 012072_4, 2018/06

J-PARCセンターで進めている核変換実験施設(TEF)では、加速器駆動システム(ADS)のためのターゲット開発を行うためにADSターゲット試験施設(TEF-T)及び未臨界炉心の物理的特性等を探索するための核変換物理実験施設(TEF-P)の建設を計画している。本セクションでは、TEF-Tの核設計評価、陽子ビーム輸送系及び付帯設備の検討を進めており、これらの現状については報告を行う。また、本セクションではTEF-Pへ10W以下となる微弱なビームを安定に供給するために、TEF-Tに入射する大強度の負水素ビームにレーザーを照射しレーザー荷電変換によるビーム取り出し法の技術開発を行っており、この現状について報告する。更に、施設の更なる安全のために、J-PARC加速器施設を用いて核反応断面積測定や弾き出し損傷(DPA)断面積の測定を行う予定としており、これらの現状についても報告する。

論文

Shielding analysis of Transmutation Experimental Facility

岩元 大樹; 松田 洋樹; 明午 伸一郎

Journal of Physics; Conference Series, 1021(1), p.012049_1 - 012049_4, 2018/06

400MeVに加速された最大出力250kWの負水素イオンビームを条件に、J-PARCセンターが建設を計画している核変換実験施設(TEF: Transmutation Experimental Facility)におけるADSターゲット試験施設(TEF-T: ADS Target Test Facility)の遮蔽解析を行った。解析にはMonte Carlo粒子輸送計算コードPHITSを使用し、高エネルギー核反応モデルにINCL4.6及びGEMを用いた。解析対象は鉛ビスマス標的から生成される中性子を遮蔽するターゲットステーション、ビーム調整に使用するビームダンプ、鉛ビスマス標的を取り扱うホットセル、及び400-MeV LINACから鉛ビスマス標的までのビーム輸送系の遮蔽構造とし、解析によりTEF-T全体の施設の構造を決定した。さらに、解析の結果、鉛ビスマス標的から陽子ビーム入射に対し180度方向に生成・放出される中性子が施設の遮蔽設計に重大な影響を与えることが分かった。

論文

Recent issues encountered by AMATERAS; A Cold-neutron disk-chopper spectrometer

中島 健次; 河村 聖子; 菊地 龍弥*; 古府 麻衣子; 川北 至信; 稲村 泰弘; 神原 理*; 青山 和弘*; 若井 大介*; 原田 正英; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 1021(1), p.012031_1 - 012031_5, 2018/06

We report recent issues that have been encountered by AMATERAS, which is a cold-neutron disk-chopper spectrometer installed at the Materials and Life Science Experimental Facility at J-PARC. After the last ICANS meeting held in 2014, AMATERAS has continued its user program. On the other hand, the spectrometer has faced several problems, such as a weak shield at the beam dump, failure of one of the chopper disks and many such problems, which we are currently investigating. Further, several instrumental improvements have been performed, such as background reduction, fixing badly designed parts and other such improvements. Our extensive experience obtained in the period of more than 7 years on one of the world's first pulse-shaping chopper spectrometers may help other researchers who are operating or planning to construct similar spectrometers.

論文

Multipole interactions of $$Gamma_3$$ non-Kramers doublet systems on cubic lattices

久保 勝規; 堀田 貴嗣*

Journal of Physics; Conference Series, 969(1), p.012096_1 - 012096_6, 2018/04

In this study, we investigate the multipole interactions between $$f^2$$ ions with the $$Gamma_3$$ crystalline electric field ground state. We construct the $$Gamma_3$$ doublet state of the electrons with the total angular momentum $$j=5/2$$. To derive the multipole interactions, we apply the second-order perturbation theory with respect to the intersite hopping. We obtain a quadrupole interaction for a simple cubic lattice, an octupole interaction for a bcc lattice, and both quadrupole and octupole interactions for an fcc lattice. To discuss general tendencies of the multipole interactions, we compare the present results with those for the $$Gamma_8$$ quartet systems of $$f^1$$ ions.

論文

Fe-impurity-induced magnetic excitations in heavily over-doped La$$_{1.7}$$Sr$$_{0.3}$$Cu$$_{0.95}$$Fe$$_{0.05}$$O$$_{4}$$

池内 和彦*; 菊地 龍弥*; 中島 健次; 梶本 亮一; 脇本 秀一; 藤田 全基*

Journal of Physics; Conference Series, 969(1), p.012024_1 - 012024_5, 2018/04

Inelastic neutron scattering experiments were performed to investigate the effect of Fe substitution on the magnetic excitation spectra in a heavily hole-doped cuprate system La$$_{1.7}$$Sr$$_{0.3}$$Cu$$_{0.95}$$Fe$$_{0.05}$$O$$_{4}$$. Well-defined low-energy magnetic excitations, associated with a static magnetic order, were observed at the incommensurate (IC) positions. The incommensurability of 0.144 (r.l.u) was larger than that of $$sim$$0.125 (r.l.u) in LSCO with $$x$$ = 0.25, suggesting an increase of incommensurability by Fe substitution. In addition to the obvious effect on IC excitations, we show the emergence of ring-shaped magnetic excitations by Fe-substitution. These results are incompatible with a simple pinning scenario of the stripe order, which is characterized by local spin correlations. The metallic aspect of the low-energy part of the magnetic excitation, which underlies high-temperature superconductivity in over-doped cuprate systems, would be enhanced/induced by Fe substitution.

論文

Reduction and oxidation annealing effects on Cu $$K$$-edge XAFS for electron-doped cuprate superconductors

浅野 駿*; 鈴木 謙介*; 松村 大樹; 石井 賢司*; 伊奈 稔哲*; 藤田 全基*

Journal of Physics; Conference Series, 969, p.012051_1 - 012051_5, 2018/04

 被引用回数:1 パーセンタイル:7.51

Reduction and oxidation annealing effects on the electronic states around the copper sites for Pr$$_{2-x}$$Ce$$_x$$CuO$$_4$$ and Nd$$_{2-x}$$Ce$$_x$$CuO$$_4$$ with $$x$$ = 0 and $$x$$ = 0.15 were investigated by Cu $$K$$-edge X-ray absorption measurements. Cu $$K$$ near-edge spectra were changed by the reduction annealing in a manner similar to the case of Ce substitution for both $$x$$ = 0 and $$x$$ = 0.15. This means an increase of electron density at the copper sites, indicating the aspect of electron doping in the reduction annealing. This reduction annealing effect on the near-edge spectra are reverted by the additional oxidation annealing. The amount of electron density around the copper sites is varied by the reduction and oxidation annealing, reversibly, corresponding to the reversible variation of the physical property from insulating to superconductivity.

論文

Ruderman-Kittel interaction between Si in URu$$_{2}$$Si$$_{2}$$

神戸 振作; 服部 泰佑; 徳永 陽; 酒井 宏典; 松田 達磨*; 芳賀 芳範; Walstedt, R. E.*

Journal of Physics; Conference Series, 969(1), p.012033_1 - 012033_6, 2018/03

NMR核である$$^{29}$$Si同位体を52%濃縮した高品質のURu$$_{2}$$Si$$_{2}$$を作成した。$$^{29}$$Si同位体の自然存在比は、4%程度なので、この濃縮により測定積算時間を100分の1程度に短縮できる。この単結晶試料を用いた隠れた秩序相のSi-NMR線幅の結果は、既に報告した。今回は、この線幅の磁場、温度、角度依存に関するより詳細な解析について報告する。RKKYモデルによる2回対称の磁化率の分布の可能性に関しても議論する。

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