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石坂 知久; 上松 敬; 百合 庸介; 湯山 貴裕; 石堀 郁夫; 奥村 進
Proceedings of 7th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (DVD-ROM), p.642 - 644, 2010/08
原子力機構のサイクロトロンでは、ビーム調整や各種実験で数個/秒から数
Aまでの広範囲なビーム強度制御が要求されているため、ビーム強度を減衰させるためのアッテネータ(以下、ATT)が設置されている。ATTは多数の穴が等間隔に配置された複数の金属板から成り、これらの幾つかを入射系のビームに挿入することにより、ビームサイズやエミッタンスを変えずに、また、サイクロトロンや輸送系のパラメータを調整せずに素早くビーム強度を減衰させる。開口率が1/2, 10
, 10
, 10
のメッシュを複数枚組合せることにより、原理的には1/2
5
10
のビーム強度減衰が可能である。しかし、実際には組合せによって減衰率が開口率の積と大きく異なったり、ビーム形状及び強度分布が変化する事象が発生した。そこで、ATTの設置箇所を1箇所から2箇所に増やすことでメッシュ間の距離を延長するとともに、穴径と穴間隔を従来の1/10にする改良を行った。その結果、減衰率が開口率の積に近づき、ビーム形状等の変化も低減した。
吉田 健一; 奈良 孝幸; 石堀 郁夫; 倉島 俊; 湯山 貴裕; 石坂 知久; 上松 敬; 宇野 定則; 千葉 敦也; 山田 圭介; et al.
Proceedings of 7th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (DVD-ROM), p.23 - 26, 2010/08
原子力機構のイオン照射研究施設TIARAが有する各加速器の2009年度の運転状況と近年の技術開発の概要を報告する。2009年度はいずれの加速器においても大きなトラブルはなく、サイクロトロン:3148時間,タンデム加速器:2100時間,シングルエンド加速器:2416時間,イオン注入装置:1866時間の運転を行った。技術開発については、サイクロトロンのビーム引き出し効率の向上等を図るため、加速周波数を上下にスキャンしたときの引き出し前のビーム電流の変化からビームの加速位相を算出し、その結果をもとに中心領域の磁場分布を調整することでビームの加速位相を制御する方法を開発した。またタンデム加速器では、負イオンの荷電変換効率を高めるために重要なパラメータであるガスセル内のガス圧力を加速管の出口後の真空度から算出する方法を確立した。イオン注入装置では、フラーレンビーム形状を正確に測定するためのマルチファラデーカップを開発した。
小栗 英知; 池上 清*; 大越 清紀; 滑川 裕矢; 上野 彰
Proceedings of 7th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (DVD-ROM), p.829 - 831, 2010/08
J-PARCで稼働中の負水素イオン源は、2006年11月に加速器へのビーム供給を開始してから約3年半が経過している。運転開始初期はフィラメント断線など加速器の稼働率に影響を及ぼす重故障が数回発生したが、ここ1年間は重故障の発生はなく安定に動作している。現在、加速器のビームRUNは約1か月単位で行われ、各RUNでのイオン源の稼動時間は600時間程度である。現用のイオン源は最高36mAのビーム電流を引き出す性能を有しているが、現在はRFQの放電対策のために16mA以下で稼動している。各RUN終了後は、イオン源の定期メンテナンスを実施しており、フィラメントなどおもにプラズマ生成部品の交換を行っている。運転開始初期はメンテナンスに約3日間を要していたが、最近、加速器のさらなる稼働率アップの要求が高まっているため、メンテナンス時間の短縮が現用イオン源の大きな課題となっている。現在、フィラメントベーキング装置の整備や部品交換作業の効率化により、メンテナンス時間は当初の半分程度まで短縮できている。また、交換部品のユニット化等でさらなる時間短縮を図ることも計画している。
三浦 昭彦; 小林 鉄也; 長谷川 和男; 佐甲 博之; 池上 雅紀*
Proceedings of 7th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (DVD-ROM), p.939 - 941, 2010/08
J-PARCでは、500s程度の時間幅を持ったマクロパスルビームをLINACで加速し、下流のRCS加速器(1MHz程度)に入射するために、LINAC上流のMEBT区間に設置したRFチョッパ空洞を用いて、数百ns幅で、RCSのRFの位相に同期した周期を持つ中間バンチ構造(櫛状構造)を形成する。この櫛状構造の「谷」部分に残留するビームは、下流施設に輸送される前にビームロスを引き起こす可能性があり、このビームロスを小さくするために、RFチョッパ空洞の下流(SDTL部)に設置してあるワイヤースキャナモニタを用いたチューニング方法を提案し、ビームコミッショニングに採用した。本報では、ここで採用したチューニング方法及びコミッショニングにて得られたデータ類を紹介するとともに、RFQのタンクレベルを変えた場合のトレランスの変化について報告する。
菅沼 和明; 渡辺 真朗; 竹田 修; 金正 倫計
Proceedings of 7th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (DVD-ROM), p.972 - 974, 2010/08
高電圧同軸ケーブル用コネクタの絶縁破壊と対策に関する報告である。2010年3月に高電圧同軸ケーブルのコネクタ部でポリエチレン絶縁層が絶縁破壊した。コネクタを目視点検したところ、すべてのケーブルで、ポリエチレン絶縁層の表面に傷が多く確認された。傷は放電によると思われる。放電を抑制するコネクタを検討した。結果、半導電層端部を高誘電率材で覆うことで電界の集中を抑えた。
川瀬 雅人; 吉本 政弘; 竹田 修; 金正 倫計
Proceedings of 7th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (DVD-ROM), p.1065 - 1067, 2010/08
RCS荷電変換装置は、荷電変換膜の交換,入射位置移動等の処理を自動・遠隔操作で行う装置である。本装置は、真空システムと駆動システムを組合せたシステムであり、両システムを一元管理しかつ安全性及び安定性が担保された総合制御システムが必要となる。ハードウェア及びソフトウェアの両面で制御系全体の見直しが必要となった。本装置は、真空システムはPLCで、駆動システムはMCUで制御している。各々のシステムはそれぞれ独立のシーケンスで動作しており同時に両システムを管理するためのWorkstationを別途設置しているが、装置の構成上Workstationの管理アルゴリズムは非常に複雑になる。リミットスイッチの増強によるハードウェアの改造を行うと同時に、各々のシーケンスを適切に管理し、同期のあるシーケンス処理ができるようWorkstation内のアルゴリズムを全面的に見直しを行いPLCとMCUの全情報を管理し、操作性,安全性,安定性を向上させたソフトウェアを新たに開発した。本報告は、本装置の制御システムの見直しとソフトウェアの再設計について述べる。
宮脇 信正; 奥村 進; 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 7th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (DVD-ROM), p.975 - 978, 2010/08
原子力機構AVFサイクロトロンでは、材料・バイオ研究利用が主流であるため、同じビームでの照射時間が短く、ビーム切換が高頻度のため、ビーム切換時間、つまりサイクロトロンの運転条件変更時間の占める割合が大きい。マシンの利用効率を向上するために、このビーム切換時間の短縮を目指しているが、この時間の大半は、磁場の立ち上げに費やされている。減衰振動型励磁方法を用いた迅速な主磁場立ち上げを行うことで、従来よりも短時間で磁場を立ち上げることが可能となった。
島田 太平; 山本 昌亘; 野村 昌弘; Schnase, A.; 田村 文彦; 原 圭吾*; 長谷川 豪志*; 大森 千広*; 戸田 信*; 鈴木 寛光; et al.
Proceedings of 7th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (DVD-ROM), p.549 - 551, 2010/08
J-PARC RCSの高周波加速部のビームパイプは、1MWのビームをロスさせることなく通過させるために、内直径247mmと大変大きい。したがって、金属磁性体(MA)コアのハイパワー試験において、試験用空胴の分解と再組み立ては大変な作業となる。実機用のビームパイプはセラミック絶縁部を有する大変高価かつ納期のかかるものなので、試験中に傷を付けたり放電させたりして壊してしまうことは避けなければならない。そこで、実機用と同等の機能を有する軽量かつ安価な試験用パイプを開発した。さらに、空胴に高周波電力を導入するための銅部品を再設計し、空胴の分解と組み立てに要する時間を短縮した。その結果、J-PARCの高出力化によって起こりうる高放射線環境化での空胴回りの作業時間を短縮し、高出力化を律する要因の一つを除外した。
小林 鉄也; 池上 雅紀*
Proceedings of 7th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (DVD-ROM), p.696 - 698, 2010/08
J-PARCではリニアックの400MeVへのエネルギー増強計画が進められている。加速周波数972MHzのACS(Annular Coupled Structure)空洞を21台追加することで400MeVまで加速する。ACS用の低電力高周波(LLRF)制御システムにおいてこれまでの324MHzのシステムとは大きく異なる点として、周波数以外にチョップドビーム負荷補償がある。チョップドビームとは、マクロパルスビーム(幅500us)を、RCS入射の同期のため、さらに上流のRFチョッパーにより約0.5MHz又は1MHzでチョップ(櫛形に形成)されたビームであり、中間パルスとも呼ばれる。324MHzの空洞と比べACS空洞ではQ値が小さいため、計算上このチョップドパルス構造がビーム負荷として加速電界の変動に大きく現れると予想される。そこで、その振幅・位相に対する要求安定性を十分に満たすためには、チョップドパルスに対するビーム負荷補償機能がLLRF制御に必要となる。このための機能は既に追加され模擬試験による評価を以前に報告した。今回は初めて実際にビームによるチョップドパルス負荷賞試験を行い、その有効性をはっきりと確認できた。その結果について報告する。
小林 鉄也
Proceedings of 7th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (DVD-ROM), p.1082 - 1084, 2010/08
J-PARCリニアックの400MeV増強のため、加速周波数972MHzのACS(Annular Coupled Structure)空洞が21台追加される。これらの加速電界制御では、これまでのRFシステムと比べ周波数が3倍高いうえにACS空洞の構造は複雑で負荷Q値が8000程度と低い(DTLは約20000)ため、FB制御が324MHzのRFシステムより厳しい条件となる。特に最下流のデンバチャー(RCS入射ビーム調整用ACS空洞)では、装置や建屋の都合により空洞とクライストロンが110m以上程離れて設置されることとなり、FBループ遅延も通常の約3倍となる。本稿では、ACS空洞の高周波FB制御の特性について改めて長いループ遅延を含めたRFパルス制御のシミュレーションをし、その特性評価を行った。その結果、PI制御の比例係数は十分でないが積分係数を大きくすることで要求される安定性を確保できることが確認できた。
澤邊 祐希*; 鈴木 隆洋; 石山 達也; 福田 真平; 菊澤 信宏
Proceedings of 7th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (DVD-ROM), p.680 - 682, 2010/08
J-PARCリニアックは、181MeVの負水素イオンビームを3GeVシンクロトロンへ出射している。この負水素イオンビームを400MeVまで増強するため、平成22年度から平成24年度にかけて、既設のSDTL部の下流側にACSを増設する工事が行われている。それに伴い、J-PARC制御系も整備を進めている。現在は、ACS部制御機器の情報収集を行い、制御試験端末へのEPICS環境の設定、IOC上に実装するEPICSレコードの作成を行い、制御試験を進めている。また、タイミングシステムをACS部に対応させる作業を並行して行っている。本報告では、現状のACS部制御系の開発現状について報告する。
菊澤 信宏; 鈴木 隆洋; 伊藤 雄一; 三浦 昭彦; 福田 真平; 池上 雅紀*; 佐甲 博之; 小林 鉄也; 鈴木 浩幸; 長谷川 和男
Proceedings of 7th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (DVD-ROM), p.677 - 679, 2010/08
J-PARCでは大強度陽子ビームを加速するため、そのビームが加速器構成機器にダメージを与えないよう、MPSが設置されている。MPSは加速器構成機器の表面における熱衝撃を避けるために高速応答性が要求されており、高速かつ確実にビームを停止させる方法としてRFQのRFをOFFにしている。しかし、MPS発報時にRFQの停止/復帰を繰り返すことによってRFQにダメージを与えることが考えられるため、RFチョッパーによる高速ビーム遮断システムの開発を行った。本発表では、これらの結果について報告する。
野村 昌弘; 田村 文彦; Schnase, A.; 山本 昌亘; 長谷川 豪志*; 島田 太平; 原 圭吾*; 戸田 信*; 大森 千広*; 吉井 正人*
Proceedings of 7th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (DVD-ROM), p.877 - 879, 2010/08
J-PARCシンクロトン(RCS, MR)RF空胴では、高い加速電圧を達成するために、通常用いられているフェライトコアの代わりに金属磁性体コアを採用している。コアの状態を知るために、シャットダウン期間にはRF空胴のインピーダンス測定を定期的に行ってきた。その結果、RCS及びMRでそれぞれ別の要因でインピーダンスの低下が観測された。RCSとMRの金属磁性体コアの一番の違いは、RCSがアンカットコアを採用しているのに対し、MRではカットコアを採用している点である。本論文では、RCS, MRそれぞれのインピーダンス測定結果、インピーダンス低下の原因及び対策について述べる。
滑川 裕矢; 上野 彰; 大越 清紀; 小栗 英知; 池上 清*
Proceedings of 7th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (DVD-ROM), p.484 - 487, 2010/08
現在J-PARCで稼働中の負水素イオン源は、六ホウ化ランタンフィラメント(LaB
-fil.)を使用し、1か月(500時間程度)の運転サイクルで連続かつ安定なビーム供給を実現しているが、最大ビーム強度は36mAでありJ-PARC最終目標1MWの実現に必要な60mAに達していないためビーム強度増加を目指したR&Dを継続している。今回の実験は、LaB-fil.はセシウム不使用、タングステンフィラメント(W-fil.)はセシウム使用にそれぞれ特化し、各々についてフィラメント形状の最適化を行った。LaB-fil.実験では、フラット5連ヘアピン型フィラメントを使用したが、現在のところビーム強度及び寿命とも目標を達成していない。一方、W-fil.実験では、トリプルヘアピン型を2本用いてアーク放電のみの連続運転を行い、フィラメント電流の減少率から判断して寿命500時間を達成する見込みを得た。ビーム強度は、同形状フィラメント1本で既に70mAを達成しており、2本使用でも同等のビーム性能が得られるはずである。したがって、フィラメント駆動方式のイオン源で1MWを達成するには、現時点ではトリプルヘアピン型W-fil.を2本使用するのが最適であると考えられる。
Wei, G.; 池上 雅紀*; 佐甲 博之; 三浦 昭彦; 青 寛幸; 伊藤 崇; 浅野 博之
Proceedings of 7th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (DVD-ROM), p.453 - 455, 2010/08
Model errors on J-PARC LINAC quadrupole included misalignment (rotations 
x,y,z and transverse displacement 
x,y) and gradient error (
G/G), which accorded to measurement accuracy and effective length estimation for statics error as well as quadrupole ripple for dynamics error. RF system errors were focused on the gap field (Egap/Egap) and the klystron field and phase (Eklys/ Eklys,klys), which considered statics error of accuracy of LLRF control system, and dynamics error of jitters from feedback and feed forward. Each error was applied on all linac cells randomly and uniformly in different sections. According to the simulation, linac error would meet requirements for beam of transverse painting at RCS injection. Meanwhile energy spread meets the requirement mostly also, although substantial increase is anticipated due to the dynamic RF errors.
加速器管理課
Proceedings of 7th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (DVD-ROM), p.15 - 19, 2010/08
原子力機構-東海タンデム加速器施設における最近の加速器の運転・開発状況及び新たなビーム利用開発について報告する。2009年度の加速器の運転は2度のマシンタイム期間で行われ、運転時間は約3600時間であった。最高運転電圧は17.8MVで6日間の連続利用があった。利用されたイオン種は20元素(25核種)であり、CO
の分子イオンも加速した。超伝導ブースターの運転は21日で、エネルギーを1日で16回可変する運転も行った。定期整備は2回行い、不良加速管の交換や高電圧端子内へのビームプロファイルモニターの設置などが行われた。故障によるタンク開放修理が4回、そのほか偏向電磁石の電源やコイルの水漏れによるトラブル等が発生した。現在、大型静電加速器の特徴を活かし高電圧端子内イオン源からのクラスタービームを加速する計画を進めており、最大18MeVの高強度ビームが得られる予定である。また簡単な光学パラメータのスケーリングによるビーム加速技術の開発によって、運転を半自動化し、迅速なイオン種,エネルギーの切替えを目指している。その他、RI・核燃料標的等の利用可能な新照射室の整備やイオンビーム分析技術の開発(RBS, NRA)などを行っている。
成田 隆宏; 小島 敏行; 堤 和昌; 高橋 博樹; 榊 泰直
Proceedings of 7th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (DVD-ROM), p.673 - 676, 2010/08
IFMIF/EVEDAにおけるプロトタイプ加速器は、9MeV/125mAの大強度CW D+ビームを生成する。本加速器コミッショニングを安全に短期間で実現するために、J-PARCで実績のある既存ハードウェアをベースに、IFMIF/EVEDA用にカスタマイズして制御系を構築するという設計方針の下、MPSの開発を進めている。本加速器のMPS遠隔監視・操作部について、基幹部のMPSユニットとハードワイヤードで信号授受するPLCは、加速器全体で使用する機器の統一性からSIMATIC S7 300が使用される。SIMATC PLCはEUにおいて広く使用されているが、日本の加速器での使用実績がなく、遠隔制御用EPICSドライバの開発が必須である。現在SIMATIC PLCを組込んだテストベンチを構築し開発を開始した。本発表では、これらMPSの開発・試験状況を報告する。現開発状況は、SIMATIC PLCを介した遠隔操作・監視をテストベンチで実現し、2010年秋のLCS接続試験(インジェクタ)へのI/F対応準備中である。
沢村 勝; 永井 良治; 西森 信行; 羽島 良一; 早川 岳人; 静間 俊行
Proceedings of 7th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (DVD-ROM), p.868 - 870, 2010/08
われわれは、エネルギー回収型リニアックとレーザーを組合せたレーザーコンプトン散乱を用いた核物質の非破壊検査法を提案している。このシステムを再処理工場内の建屋に設置する場合、加速空洞を小さくすることが重要である。スパーク型空洞は楕円型空洞と比較して、われわれのシステムに用いる場合、多くの利点がある。3次元電磁場シミュレーションコードMAFIAを用いてスポーク型空洞の形状を最適化する設計計算を開始した。
伊藤 崇; 南茂 今朝雄*
Proceedings of 7th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (DVD-ROM), p.555 - 557, 2010/08
J-PARCリニアック部を構成するドリフトチューブ型リニアック(DTL)は、負水素ビームを3MeVから50MeVまで加速する。このときのビームの収束はドリフトチューブ(DT)に内蔵した四重極電磁石(DTQ)によって行う。DTQには最大で600Aの直流電流を流す。その発熱は大きく、冷却はコイルを形成するホローコンダクターの内部に冷却水を流すことにより行う。冷却水漏れによる極度の流量低下はDTQあるいはDTの故障・損傷につながるため、149系統あるすべてのDTQへの冷却水流路には流量計が取り付けられている。2009年夏に行われたメンテナンス以降、DTQ用流量計のインターロックが発報するという状況が頻繁に発生した。流量を規定値に調整しても早い時は数日後に再び発報するという状態で、ビーム加速のスケジュールにも影響を及ぼす状況となった。原因究明とともに行ってきた流量低下に対する対策が功を奏し、約一か月間に渡るビーム加速期間中にDTQ用流量計からのインターロック発報が発生することはなくなった。本稿では、この一年間に行ってきた冷却水流量低下に対する原因究明とその対策について詳述する。
J-PARCセンター加速器ディビジョン
Proceedings of 7th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (DVD-ROM), p.8 - 11, 2010/08
J-PARCの加速器の最近の1年の運転状況について報告する。RFQ Linacの放電問題は着実に改善し、MLF利用運転に対しては、120kWビームを安定に供給してきた。加速器としては300kW超の供給は可能であるが、中性子発生用ターゲット系の安定かつ確実な動作という観点から出力を抑えている。MRの速い取り出しでは調整を続けながらニュートリノ実験の利用運転を開始した。遅い取り出しによるハドロン実験は取り出し系やビーム・ラインの調整と建設を進めながら、データ取得システムの調整を行っている。
