Two-parameter model for optimizing target beam distribution with an octupole magnet

明午 伸一郎; 大井 元貴; 藤森 寛*

Physical Review Accelerators and Beams (Internet), 23(6), p.062802_1 - 062802_24, 2020/06

https://doi.org/10.1103/PhysRevAccelBeams.23.062802

加速器駆動の核変換システム(ADS)や核破砕中性子源に用いられる陽子加速器のビーム出力増強につれ、ビーム窓や標的の損傷は深刻な問題となり、損傷緩和のためにビーム電流密度の均一化が重要となる。密度均一化のため比較的よく用いられるラスター磁石には、故障時のビーム集束の重大な問題がある。一方、非線形光学を用いたビーム平坦化にはビーム拡大の問題があることが指摘され、これまで非線形効果導入の八極磁石におけるビームの角度の広がりを無視したフィラメント近似模型による検討が行われた。フィラメント近似模型では、非線形収斂作用を適切に評価できないため、本研究では一般化した非線形モデルの適用により非線形ビーム光学における収斂および発散作用を詳細に検討した。正規化した八極強度と位相進行におけるの2つのパラメータ導入により、非線形効果を特定な条件によらず一般化できることを明確にした。ビームのピーク密度低減と損失最小化という拮抗する問題の解決には、 1および 3とすることにより解決できることが判明した。J-PARCの陽子ビーム輸送系(3NBT)に本検討結果を適用し、核破砕中性子源の水銀標的入口のビーム形状の比較検討した結果、モデル計算によるビーム分布は実験データとよい一致を示し、線形光学においてピーク電流密度を約50%にできることを示した。

Beam instruments for high power spallation neutron source and facility for ADS

明午 伸一郎

Proceedings of 61st ICFA Advanced Beam Dynamics Workshop on High-Intensity and High-Brightness Hadron Beams (HB 2018) (Internet), p.99 - 103, 2018/07

https://doi.org/10.18429/JACoW-HB2018-TUP1WE03

ハドロン加速器施設では、ビーム出力増大に伴いビーム機器の重要性が増す。J-PARCセンターの核破砕中性子源(1MW)のビーム運転では、水銀標的容器のピッティング損傷が重大な問題となり、この損傷はピーク電流密度の4乗に比例するため、ピーク電流密度を減少する機器が必要となる。ピーク電流密度の減少のため、八極電磁石を用いた非線形ビーム光学によりビーム平坦化技術開発を行った。この結果、非線形光学を用いたシステムにより、標的におけるピーク電流密度が線形ビーム光学の場合に比べ30%減少することが可能となった。また、30MWの大強度陽子を標的に入射する加速器駆動型核変換システム(ADS)では、更に大電流密度を用いる予定のため、大強度ビームに耐えうるモニタの開発が必要となるため、アルゴンビームを用いてビームモニタの試験を行った。クロム等が不純物として含まれる、アルミナ塗料の試料において、短波長領域における発光がビーム入射に伴う減少を示さなかったため、大強度陽子加速器の候補となることがわかった。

先行基礎工学分野に関する平成10年度 研究協力概要報告

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JNC TN1400 99-016, 171 Pages, 1999/08

JNC-TN1400-99-016.pdf:8.97MB

機構は、大学及び研究機関(以下「大学等」という。)との研究協力の推進を図るため、平成7年度から先行基礎工学研究協力制度を発足させた。同制度は、平成10年度で4年目を迎え、研究協力テーマが増加し、順調に推移している。同制度は、機構の施設及び設備を主に利用し、機構が取り組むプロジェクト研究に先行した基礎・基盤的研究を大学等との研究協力により推進することを目的とする。同制度は、機構が設定した研究協力テーマに対して、大学等からの研究協力課題及び研究協力者の応募をもとに、研究協力課題及び研究協力者を選考し、大学等との共同研究の実施、客員研究員あるいは研究生の受け入れ、もしくはこれらの組み合わせにより研究協力を実施している。本報告書は、平成10年度に実施した高速増殖炉関係及び環境技術関係の先行基礎工学分野に関する34件の研究協力課題の実施結果についてその概要をまとめたものである。なお、34件の研究協力課題のうち、高速増殖炉関係の9件及び環境技術関係の3件の合計12件については、平成10年度で終了した。

Submicron microbeam apparatus using a single-ended accelerator with very high voltage stability

神谷 富裕; 須田 保*; 田中 隆一

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 104, p.43 - 48, 1995/09

https://doi.org/10.1016/0168-583X(95)00399-1

原研軽イオンマイクロビーム装置が製作され、3MVシングルエンド加速器のビームライン上に設置された。本装置は主にイオンビーム分析のために用いられる。2MeVのヘリウムビームを用いたビームサイズ計測実験において、77pAの電流値で0.40.4m(半値幅)のビームスポットが得られた。本会議では、軽イオンマイクロビーム装置と加速器システムの概要を述べ、サブミクロン形成のためのビーム光学設計について議論し、ビームサイズ計測について報告する。

Two-Stage Acceleration of an Ion Beam for High Power Ion Source

小原 祥裕

JAERI-M 8357, 89 Pages, 1979/07

JAERI-M-8357.pdf:1.76MB

JT-60用中性粒子入射装置用高出力イオン源の研究開発の1つとして、2段加速系のビーム光学が計算機シミュレーション及び実験により調べられた。得られた結果は、JT-60用高出力イオン源の設計及び開発に役立った。

大強度パルス中性子発生のための陽子ビーム制御技術開発

明午 伸一郎; 大井 元貴; 藤森 寛*; 坂元 眞一*

no journal, , 

J-PARCの中性子源施設の水銀標的は、入射するビームの電流密度に依存し標的容器の照射損傷が進むため、施設の安定した運転には電流密度を抑えた運転が必要となる。通常の線形光学を用いたビーム制御技術では、ビーム幅の拡大により電流密度を低下できるが、ビーム形状を変更できなく常にガウス分布状となるため、ビームの拡大により標的周辺部の重大な放射化を引き起こすため、大強度ビーム運転の安定した運転にはビーム形状を変更できる技術が必要であった。磁場分布が3次関数となる八極電磁石を用いた非線形光学によるビーム整形により、ビーム形状を平坦な分布できることは知られているが、ビームロスが生じるため詳細な制御方法が必要となる、ビーム輸送計算を厳密に解くことにより、八極電磁石・標的間の位相差と規格化八極磁場強度の2つのパラメータにより、ビーム形状は一般化できることを明らかにし、最適となるパラメータ値を導出した。本成果より、大強度ビーム運転においてビームロスを発生させずに標的上の電流密度を既存に比べ約3割下げることに成功した。

J-PARC重イオン計画におけるリニアックラティスの設計検討

守屋 克洋; 原田 寛之; 近藤 恭弘; 田村 潤; 神谷 潤一郎; 不破 康裕; 松田 誠; 株本 裕史; 金正 倫計; 小栗 英知

no journal, , 

J-PARC加速器は2018年に設計ビーム出力1MW相当の連続運転に成功した。世界に目を向けると、設計ビーム出力を実現した加速器では、その後更なる大出力ビームの実現や加速器の複合利用等、将来に向けた加速器利用を検討・実現している施設がほとんどである。J-PARC加速器でも将来計画を考えており、その一つがJ-PARC加速器の重イオン加速である。本報告では、重イオン用前段加速器(リニアック)の設計検討状況について報告する。J-PARC重イオン計画でリニアックを設計する理由は3つある。一つは現状のJ-PARCリニアックは陽子加速専用に設計されているため、重イオンを加速できない。また、世界の重イオン加速器では、後段の加速器を新たに製作するため建設費用が掛かるのに対して、J-PARCは後段の加速器を再利用することで建設費用を抑えることができる。最後に、原子力機構ではタンデム加速器を有しており、この後継機としても重イオンリニアックが活用できる。設計には世界の重イオンリニアックを参考に、既存のタンデム加速器後段の超電導加速器を再利用できるようにラティスを見直し、例として34価ウラン238を想定して8MeV/uまで加速ができるように設計を行った。これは既存ユーザーが実験可能な核種とエネルギーである。