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高橋 博樹; 小島 敏行; 堤 和昌; 成田 隆宏; 榊 泰直; 前原 直
Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.2695 - 2697, 2010/05
IFMIF加速器、及び、その原型加速器の制御システムはCCS, LAN, PPS, MPS, TS, LCSの6サブシステムで構成される。現在、原型加速器で実証するための、制御系サブシステムの設計、及び、試作を行っている。IFMIF原型加速器は、J-PARC, SNSと同出力の大強度重陽子加速器である。そのため、制御システムには、特に、高速なビーム停止機構を実現するためのMPSや、装置の放射化を最小限にするようなコミッショニング運転を実現するためのTSが要求される。これを実現するために、2010年9月からEUにて実施されるInjectorの試験に併せて、MPS及びTSの試作機器の試験を実施し、その試験結果を評価する。そして、IFMIF原型加速器で使用する制御系実機の設計・製作に反映させる予定である。本件では、EUで行う試験のために、現在開発を進めているTSのモジュールや、MPSとTSの遠隔監視・操作を実現するためのEPICSドライバの開発状況を報告する。
森 道昭; 神門 正城; 小瀧 秀行; 林 由紀雄; 川瀬 啓悟; Bulanov, S. V.; 小倉 浩一; Pirozhkov, A. S.; 近藤 公伯; 杉山 僚; et al.
Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.4062 - 4064, 2010/05
The pointing stability and the divergence of a quasi-monoenergetic electron bunch generated in a self-injected laser-plasma acceleration regime were investigated. Gas-jet targets have been irradiated with focused 40 fs laser pulses at the 4-TW peak power. A pointing stability of 2.4 mrad root-mean-square (RMS) and a beam divergence of 10.6 mrad (RMS) were obtained using argon gas-jet target for 50 sequential shots, while these values were about three times smaller than at the optimum condition using helium. In particular, the peak electron energy was 9 MeV using argon, which is almost three times lower than that using helium. This result implies that the formation of the wake-field is different between argon and helium, and it plays an important role in the generation of a electron bunch. This stabilization scheme is available for another gas material such as nitrogen. At nitrogen gas-jet target, the pointing stability is more improved to 1.4 times smaller (1.7 mrad (RMS)) than that in argon gas-jet target and the peak energy is increased to grater than 40 MeV. These results prove that this method not only stabilize the e-beam but also allows controlling the electron energy.
百合 庸介; 石坂 知久; 湯山 貴裕; 石堀 郁夫; 奥村 進
Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.4149 - 4151, 2010/05
To achieve ultra-low-fluence large-area uniform irradiation of ion beams for advanced applications in the field of materials sciences and biotechnology, a uniform-beam irradiation system has been developed using multipole magnets at the Japan Atomic Energy Agency (JAEA) cyclotron facility. The system consists of a beam attenuator for the wide-range intensity control, an electrostatic beam chopper for the control of irradiation time, scattering foils for conditioning of the initial beam distribution, octupole magnets for transverse tail-folding, sextupole magnets for the correction of the beam misalignment, and the diagnostic station of the two-dimensional beam profile. In this paper, recent experimental results are described, especially on the formation of a beam with a uniform transverse distribution by the combination of the sextupole and octupole magnets.
百合 庸介; Lee, E.*
Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.4146 - 4148, 2010/05
The construction of the Extra Low ENergy Antiprotons (ELENA) upgrade to the Antiproton Decelerator (AD) ring has been proposed at CERN to produce a greatly increased current of low energy antiprotons for various experiments including, of course, anti-hydrogen studies. This upgrade involves the addition of a small storage ring and electrostatic beam lines. 5.3 MeV antiproton beams from AD are decelerated down to 100 keV in the compact ring and transported to each experiment apparatus. In this paper, we describe an electrostatic beam line from ELENA to ATRAP and magnetic shielding of the low-energy beam line against the ATRAP solenoid magnet. A possible design of this system is displayed.
小瀧 秀行; 林 由紀雄; 川瀬 啓悟; 森 道昭; 神門 正城; 本間 隆之; Koga, J. K.; Bulanov, S. V.
Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.3608 - 3610, 2010/05
Laser wakefield acceleration (LWFA) is regarded as a basis for the next-generation of charged particle accelerators. In experiments, it has been demonstrated that LWFA is capable of generating electron bunches with high quality: quasi-monoenergetic, low in emittance, and a very short duration of the order of ten femto-seconds. Such femtosecond bunches can be used to measure ultrafast phenomena. In applications of the laser accelerated electron beam, it is necessary to generate a stable electron beam and to control the electron beam. A 40 fs laser pulse with the energy of 200 mJ is focused onto a supersonic gas jet. We succeed to generate a stable electron beam by using a nitrogen gas target. The profile of the electron beam can be manipulated by rotating the laser polarization. When we use a S-polarized laser pulse, a 20 MeV electron beam is observed with an oscillation in the image of the energy spectrum. From the oscillation, the pulse width of the electron beam is calculated to at most a few tens fs. The direction of the electron beam can be controlled by changing the gas-jet position. The self-injected electron beam can be controlled by the control of the laser and gas jet.
Schnase, A.; 田村 文彦; 小関 忠*; 冨澤 正人*; 外山 毅*; 吉井 正人*; 大森 千広*; 野村 昌弘; 山本 昌亘; 戸田 信*; et al.
Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.1446 - 1448, 2010/05
Applying narrow band noise to the beam in J-PARC Main Ring in flattop, while the acceleration voltage is off helps to counteract the effect of ripple on the slow extraction. For this purpose, a complex noise sequence output by DSP modulates a custom made DDS synthesizer to create single side spectra without carrier. The noise is calculated starting from a description in frequency domain. An algorithm creates narrow band spectra with optimized behavior in time domain. Frequency domain data is transformed to time domain, and the amplitude is smoothed. The smoothed data is transformed back to frequency domain, and the spectral shape is restored. This process repeats until the amplitude in time domain has converged, while the desired spectrum shape is preserved. Noise generated in this way can be tailored for different requirements. We show the signal properties, the hardware, and preliminary beam test results, when the noise is applied (a) to the MR RF system, and (b) to the horizontal exciter system.
田村 文彦; Schnase, A.; 吉井 正人*; 大森 千広*; 山本 昌亘; 野村 昌弘; 戸田 信*; 鈴木 寛光; 島田 太平; 原 圭吾*; et al.
Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.1443 - 1445, 2010/05
J-PARC RCSでは広帯域のRF加速空胴が用いられ、一つの空胴を基本波と2倍高調波の重ね合わせで駆動するデュアルハーモニック運転が行われる。デュアルハーモニック運転により、追加の空胴なしにバンチ整形のための2倍高調波を大振幅で発生させることができる。2倍高調波の位相制御はバンチ整形のために重要である。基本波の位相はシンクロトロン振動をダンプするために位相フィードバックループにより制御される。2倍高調波は、11台の空胴の基本波のベクトル合成位相にロックされる。システムの詳細及び実際の運転について報告する。
畠山 衆一郎; 林 直樹; 荒川 大*; 橋本 義徳*; 平松 成範*; 小田切 淳一*; 佐藤 健一郎*; 手島 昌己*; 飛山 真理*; 外山 毅*; et al.
Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.2698 - 2700, 2010/05
J-PARC主リングのビーム位置モニタのデータ処理システムは186台のLINUXベースのデータ処理回路(BPMC)と12台のEPICSの入出力コントローラ(IOC)から構成されている。これらはビームの閉軌道の歪み(COD)や1周ごとのビームのバンチの位置を測定するために重要なツールである。このレポートではさまざまな校正係数がどのようにあてはめられているかも含めてデータから位置情報への再構成の方法を述べる。
金正 倫計
Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.627 - 629, 2010/05
J-PARC 3GeVシンクロトロンは、2008年12月23日から物質生命科学実験施設(MLF)向けに供用運転を開始した。50GeVシンクロトロン(MR)へのビーム供給も同時に行っている。これらの同時運転は、大強度かつ高安定度で実施されており、現在のところ、MLFには100kW以上のビームを供給している。これらビーム供用運転を行うとともに、将来のビーム増強のために、ビーム試験も併せて実施しており、2009年12月7日は、300kW以上のビーム運転に成功した。これらの成果と解決すべき課題について報告する。
Yu, P.*; He, Z.*; Wei, J.*; Sessler, A. M.*; 岡本 宏巳*; 百合 庸介
Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.1943 - 1945, 2010/05
In the process of beam cooling, the main heating source is intra-beam scattering (IBS), in which Coulomb collisions among particles lead to a growth of the beam's 6D phase-space volume. The results of molecular dynamics simulations have shown an increase of heating rate as the temperature increases from absolute zero, then a peak in the heating rate, and subsequent decrease with increasing temperature. On the other hand, in the traditional IBS theory, heating rate increases monotonically as the temperature becomes lower and lower. In this paper, we attempt to extend the traditional IBS theory valid at high temperatures to relatively low temperature range, by including some many-body effects in the traditional IBS theory. In particular, we take into account the static and dynamic effect of the self-electromagnetic field of the beam. We shall show how these effects modify the traditional theory, and present the evaluation of IBS heating rate of an ion beam in the low temperature range.
山崎 良雄; 吉本 政弘; 竹田 修; 金正 倫計; 菅井 勲*
Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.3924 - 3926, 2010/05
J-PARCでは、RCSにビームを入射するためにリニアックから供給されるH
ビームから電子をはぎ取るための比較的厚い荷電変換カーボンフォイルが必要である。必要となるフォイルの厚みは200
g/cm
程度で、この厚さは181MeVのHビームからH
への変換効率が99.7%に対応する。この目的のために、従来のカーボンにボロンをドープしたハイブリッドボロン添加カーボンフォイル(HBC)を開発し、フォイルの使用可能な寿命の大幅な改善ばかりでなく、長時間のイオンビーム照射中の高温度使用下でもフォイル厚さの減少や変形が起こりにくいフォイルとして確立された。そこで、われわれはこのカーボンフォイルにボロンをドープすることでなぜフォイルがビームに対し耐性を持つかを微視的観点から研究を始めた。まず、通常のカーボンフォイルとHBCフォイルを電子顕微鏡やイオンビーム分析による比較を試みた。
林 由紀雄; 神門 正城; 小瀧 秀行; 川瀬 啓悟; 本間 隆之; Bulanov, S. V.
Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.208 - 210, 2010/05
パラメトリックX線は単色X線を生成する有用な手法である。X線は高エネルギー電子と結晶との相互作用により生成され、X線の波長と放出方向はブラッグ条件に従う。そのため任意のエネルギーのX線を容易に生成できる。このエネルギー調整の簡便さゆえに、さまざまな応用に適している。われわれはロッキングカーブ法を応用して、10keVのパラメトリックX線測定を行った。このスキームでは、複数のパラメトリックX線の光子を同時に検出できるので、パラメトリックX線の有無を速やかに確認できる。われわれはマイクロトロン加速器と結晶を用いて、シャープなピークを確認した。ブラッグ角でこのピークが確認できたことから、パラメトリックX線であると考えている。
Vermare, C.*; Garin, P.*; Shidara, H.*; Beauvais, P. Y.*; Mosnier, A.*; Ibarra, A.*; Heidinger, R.*; Facco, A.*; Pisent, A.*; 前原 直; et al.
Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.777 - 779, 2010/05
In the frame of the IFMIF/EVEDA project, a high-intensity (125 mA) CW deuteron accelerator will be installed and commissioned at the Rokkasho Broader Approach (BA) site. The main objective of this 9 MeV prototype is to provide information on the feasibility of the design, the manufacturing and the operation of the two linacs (up to 40 MeV) foreseen for IFMIF. Based on the requirements for each system (accelerators, lithium target and tests facility) which are deduced from the IFMIF fusion material irradiation requirements, given by the users, the objectives of this accelerator prototype are defined and presented here. Also, because of the distributed nature of the design work and the procurement of the accelerator, organization of the installation and commissioning phase is essential. The installation and commissioning schemes, the organization proposed and the overall plans are presented.
近藤 恭弘; 長谷川 和男; 森下 卓俊; 松本 浩*; 内藤 富士雄*
Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.780 - 782, 2010/05
J-PARCリニアックのより安定な運転のための新しいRFQが建設中である。このRFQの要求性能は、現用のものとほぼ同じで、周波数324MHz,入射エネルギー50keV,出射エネルギー3MeV,ピーク電流30mAでRFデューティー1.5%である。運転中の周波数調整は、冷却水温度を調整して行う。ヴェーンと空洞壁の冷却水温を変化させて周波数調整範囲を有限要素法モデルを用いて調べたところ、ヴェーンでは0.35MHz、空洞壁では280MHzの調整範囲が得られることがわかったが、トランジェント解析で、ヴェーン水温を変化させたほうが周波数変化が小さいことがわかった。この論文では、このRFQの熱的性質と冷却水温の制御システムについて述べる。
林 直樹; 原田 寛之; 發知 英明; 外山 毅*; 手島 昌己*
Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.1005 - 1007, 2010/05
J-PARC RCSは、MWクラスの速い繰返しのシンクロトロンで、ダクトのアパチャーは、直径250mm以上で設計された。このように大きなチェンバーサイズにもかかわらず、BPMは、光学パラメータを決めるため精度良いデータを提供している。この目的には、相対位置精度,分解能が重要であるが、さらに高いビーム強度のためには、ビームの絶対位置と精密なCOD補正が必須である。BPM検出器は、注意深く据付られているが、ビームを使った絶対位置測量が必要である。もし、個々の四極電磁石が独立に制御できれば、簡単なBBA手法が使えるが、RCSではそうではない。RCSには、7つの四極電磁石ファミリーがあり、一度にはファミリーごとにしか制御できない。われわれは、従来の手法を複数の四極電磁石が変わる場合でも適用できるように発展させ、RCSに適用した。ここでは、この手法と実験的結果について述べる。
渡辺 泰広; 谷 教夫; 安達 利一*; 五十嵐 進*; 染谷 宏彦*
Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.3242 - 3244, 2010/05
J-PARC 3GeVシンクロトロンでは、コミッショニング当初よりリング全周に渡り入射から数msの期間に振幅2,3mmの水平CODが観測されている。この水平CODは1kHzで約140秒の周期で位相変動が生じるため、ショットごとにビーム軌道が変動しCOD補正を困難にしている。本論文では、この水平CODは偏向電磁石交流電源のスイッチングに起因することを明らかにするとともに、偏向電磁石交流電源のスイッチングタイミングを加速器のタイミング系と同期化することにより、位相変動を抑制できることをビーム試験で実証する。
高柳 智弘; 吉本 政弘; 渡辺 真朗; Saha, P. K.; 植野 智晶; 富樫 智人; 山崎 良雄; 金正 倫計; 藤森 寛*; 入江 吉郎*
Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.3293 - 3295, 2010/05
J-PARC 3-GeV RCSの入射ラインに設置され、MLFとMRのそれぞれのペインティングエリアの変更に25Hzで対応するパルス電磁石の設計を行った。このパルス電磁石はLinacの400MeVビーム入射時に使用し、要求されたペインティング入射とビームコミッショニングに使用するセンター入射の両方に対応するため、3
38mradの広い範囲でビームを偏向することが要求される。
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*
Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.783 - 785, 2010/05
J-PARCリニアックにおいては、イオン源からの50keVの水素負イオンビームを3MeVまで加速するために、運転周波数324MHz,4ベイン型で長さおよそ3.1mの高周波四重極線形加速器(Radio-Frequency Quadrupole Linac、以下RFQ)が使用され、後に続くDTL加速器にビームを供給している。2008年末にRFQの運転安定度が数か月低下する問題が発生したため、ビームの安定供給を目的として、新たに交換用RFQの製作に着手した。RFQにおける出力ビーム特性は現行RFQと同一とすることで立ち上げ調整期間の短縮を目指すとともに、工学設計は一部見直して、運転の安定性向上を試みている。そのため、ベインと呼ばれる空洞電極表面の加工方法及び表面処理方法については注意深く検討して放電が起こりにくい電極の製作を目指した。また、真空ロウ付け技術による電極接合を採用した。本発表では、新RFQの設計詳細とともに製作進捗状況を報告する。
渡辺 真朗; 神谷 潤一郎; 菅沼 和明; 高柳 智弘; 谷 教夫; 富樫 智人; 植野 智晶; 渡辺 泰広
Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.3296 - 3298, 2010/05
J-PARCの3GeVシンクロトロンは陽子ビームを入射エネルギーが181MeVから出射エネルギーが3GeVまで加速する。3GeVシンクロトロンはメインリングにビームを入射することと、中性子ターゲットに3GeVビームを輸送する役割を持つ。その陽子ビームはキッカー電磁石によって繰り返し25Hzでビームを取り出される。その磁場の立ち上がり時間は約260nsecであり、フラットトップ長さは840nsecが要求される。パルスフォーミングラインとスイッチング素子のサイラトロンがその立ち上がり時間とフラットトップ長を実現するために用いられている。各電源には2個のサイラトロン(E2V社CX1193C)が用いられている。このサイラトロンが重水素ガスを用いた放電スイッチング素子であるがゆえに、10時間から数日の間に1度、ミスファイヤーや電圧ブレイクダウンを起こすことがある。この論文では、サイラトロンを用いたキッカーシステムの動作とリザーバ・カソードヒータの操作方法の現状について議論する。
前原 直
Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.3720 - 3722, 2010/05
In the design of prototype RFQ linac for the IFMIF/EVEDA Project, a coupled cavity type of RFQ, which has a longitudinal length of 9.78 m, was proposed to accelerate deuteron beam up to 5 MeV. The operation frequency of 175 MHz was selected to accelerate a large current of 125 mA in CW mode. The driving RF power of 1.28 MW by 8 RF input couplers has to be injected to the RFQ cavity. As the RF input coupler design, RF losses including RF vacuum windows, based on a 4 1/16 inch and 6 1/8 inch co-axial waveguide as well as RF coupling factor of a loop antenna with varied insertion depths using an RFQ model were calculated. In this conference, these results and thermal analysis results in CW operation mode will be presented in details.
