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原田 寛之; Saha, P. K.; 金正 倫計
JPS Conference Proceedings (Internet), 33, p.011028_1 - 011028_6, 2021/03
近年、人類は宇宙に浮かぶ超巨大な原子核である中性子星に関する大きな発見をした。2010年に太陽の2倍の質量の中性子星を発見し、2017年には2つの中性子星が合体するときに発生する重力波を検出した。中性子星のような高密度物質を理解するために、高エネルギー重イオンビームを用いた実験研究が世界中で計画されている。大強度陽子加速器施設J-PARCは、400MeVリニアック, 3GeVシンクロトロン,主リングシンクロトロンの3つの加速器で構成されている。それらの加速器はMW級の大強度陽子ビームを標的に供給し、標的衝突後に生成される2次粒子ビームは様々な最先端の実験や研究に利用されている。このJ-PARCの大強度能力を最大限に生かすべく、重イオンビーム加速の検討を実施している。我々は世界最高強度に到達しうるJ-PARCにおける重イオンビームの加速スキームを提案する。本発表では、J-PARCにおける重イオンビームの加速スキームを紹介する。
吉本 政弘; 仲野谷 孝充; 山崎 良雄; Saha, P. K.; 金正 倫計; 山本 春也*; 岡崎 宏之*; 田口 富嗣*; 山田 尚人*; 山縣 諒平*
JPS Conference Proceedings (Internet), 33, p.011019_1 - 011019_7, 2021/03
荷電変換フォイルを用いたH
ビーム多重入射方式はMW級の大強度陽子ビームを実現するための重要な技術である。大強度陽子加速器施設(Japan Proton Accelerator Research Complex: J-PARC)3GeVシンクロトロン加速器(Rapid Cycling Synchrotron: RCS)では、高エネルギー加速器研究機構(KEK)で開発され耐ビーム寿命が大幅に更新した、ホウ素添付炭素薄(Hybrid type Boron-doped Carbon: HBC)フォイルを採用している。これまで、RCSの利用運転時に使用しており、大強度ビーム照射に対して優れた長寿命性能を有することを確認した。HBCフォイルの性能評価のために、RCSにおいて長期間照射に対する形状観察や荷電変換効率測定を実施してきた。また量子科学技術研究機構(Quantum and Radiological Science and Technology: QST)高崎量子応用研究所(高崎研)のイオン加速器(Takasaki Ion Accelerators for Advanced Radiation Application: TIARA)においてイオンビーム照射試験を実施し、組成分析や不純物同定などの物性解析や電子顕微鏡によるミクロ観察を行ってきた。その結果、フォイル破損に至るメカニズムとして、照射欠陥による密度変化とピンホールの成長、温度上昇にともなうガス化などが重要な鍵ではないかとの兆候を得た。近年、HBCフォイルの蒸着装置をJAEA東海サイトに移設し、フォイル製作を開始した。(以降のフォイルをJ-HBCフォイルと称する。)J-HBCフォイルの性能評価をこれまで同様にQST高崎研のTIARAで実施してきた。さらに、蒸着パラメータを変えてHBCフォイルの耐ビーム性能について試験を行った。その結果、これまで重要なパラメータと考えられていたカソード・アノード電極の消費比率よりも、ボロンの混入率がより重要なパラメータであることが分かった。
中島 宏
JAEA-Conf 2020-001, p.69 - 74, 2020/12
J-PARC(日本陽子加速器研究施設)は、世界最高のビーム出力の高エネルギー陽子加速器施設である。非常に高いビーム出力と高エネルギー及び大規模な加速器複合体であることから、放射線の安全設計に関するいくつかの非常に困難な問題があった。これらを克服するために、かつて、様々な対策が行われた。この論文ではこれらについて紹介する。また、完成後10年の間における研究開発により、新たな様々な知見も得ており、これらについても述べている。
發知 英明
FASだより(インターネット), (18), p.20 - 26, 2019/06
RCSは、1MWのビーム出力を目指す世界最高クラスの大強度陽子加速器である。こうした加速器では、ビーム損失により生じる機器の放射化がビーム出力を制限する最大の要因となる。ビーム損失の原因(誤差磁場,空間電荷効果,像電荷効果,フォイル散乱等)は多様で、複数の効果が絡み合った複雑な機構でビーム損失が生じるため、その解決を果たすには、高度なビームの運動学的研究が必要となる。RCSでは、実際のビーム試験と共に、計算機上での数値シミュレーションを精力的に行ってきた。実験と計算の一致は良好で、ビーム損失の発生メカニズムやその解決策を議論するうえで、数値シミュレーションが重大な役割を果たした。ハードウェア系の改良と共に、こうしたビーム試験と数値シミュレーションを反復的に行うアプローチにより、RCSでは、10
という極めて少ないビーム損失で1MWのビーム加速を達成したところである。本発表では、RCSのビーム増強過程で顕在化したビーム損失の発生メカニズムやその低減に向けた取り組みなど、RCSビームコミッショニングにおけるここ数年の成果をレビューする。
岡部 晃大; 山本 風海; 神谷 潤一郎; 高柳 智弘; 山本 昌亘; 吉本 政弘; 竹田 修*; 堀野 光喜*; 植野 智晶*; 柳橋 亨*; et al.
Proceedings of 14th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.853 - 857, 2017/12
J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)には、ビーム損失を局所化し、機器の放射化を抑制するためにビームコリメータが設置されている。RCSにて加速中に広がったビームハローは、すべてコリメータ散乱体によって散乱され、吸収体部にて回収される。2016年4月のコリメータ保守作業時に吸収体部の1つで大規模な真空漏れが発生したため、代替の真空ダクトを設置することで応急的な対処を行い、ビーム利用運転を継続した。取り外したコリメータの故障原因を特定するためには、遮蔽体を解体し、駆動部分をあらわにする必要がある。しかし、故障したコリメータ吸収体部は機能上非常に高く放射化しており、ビームが直接当たる真空ダクト内コリメータ本体では40mSv/hという非常に高い表面線量が測定された。したがって、作業員の被ばく線量管理、及び被ばく線量の低減措置をしながら解体作業を行い、故障したコリメータ吸収体の真空リーク箇所の特定に成功した。本発表では、今回の一連の作業及び、コリメータの故障原因について報告する。
發知 英明; 原田 寛之; 加藤 新一; 岡部 晃大; Saha, P. K.; 菖蒲田 義博; 田村 文彦; 谷 教夫; 渡辺 泰広; 吉本 政弘
Proceedings of 8th International Particle Accelerator Conference (IPAC '17) (Internet), p.2470 - 2473, 2017/06
この一年、J-PARC RCSでは、下流の施設から要求される大強度かつ低エミッタンスのビームを実現するためのビーム調整を精力的に展開してきた。2016年6月のビーム試験では、Correlated painting入射を導入し、かつ、そのペイント範囲を最適化することで、入射中のエミッタンス増大を最小化することに成功した。また、その後に行ったビーム試験では、加速過程のチューンやクロマティシティを動的に制御することで、加速前半で発生していたエミッタンス増大を低減させると共に、加速後半で発生したビーム不安定性を抑制することに成功した。こうした一連の取り組みにより、830kW相当のビーム強度で、そのビームエミッタンスの大幅な低減(40%低減)を実現した。本発表では、エミッタンス増大の発生メカニズムやその低減に向けた取り組みなど、RCSビームコミッショニングにおける最近の成果を報告する。
發知 英明
Proceedings of 54th ICFA Advanced Beam Dynamics Workshop on High-Intensity, High Brightness and High Power Hadron Beams (HB 2014) (Internet), p.6 - 11, 2015/03
J-PARC 3GeV RCSは、1MW出力を目指す世界最高レベルの大強度陽子シンクロトロンである。2013年及び2014年の夏季作業期間に入射器であるLinacの増強作業が実施され、RCSへの入射エネルギー及び入力粒子数が設計値へと引き上げられ、2014年10月より、RCSは、1MW設計運転の実現を目指した最終段階のビーム調整を開始した。RCSのような大強度陽子加速器では、ビーム損失により生じる機器の放射化が出力強度を制限する最大の要因となるため、ビーム損失の低減が1MW設計運転を実現するための重要な研究課題となるが、この10月のビーム試験では、入射ビームの分布形状やペイント入射法の最適化等により、770kW相当のビーム加速で生じるビーム損失をほぼ最小化することに成功した。本会議では、ビーム増強過程で我々が直面したビーム損失の発生メカニズムやその低減策について報告する。
長谷川 和男
Proceedings of 2005 Particle Accelerator Conference (PAC '05) (CD-ROM), p.220 - 224, 2005/00
原研は、高エネルギー加速器研究機構と共同で大強度陽子加速器施設(J-PARC)の建設を行っている。この施設は、世界最大強度の陽子ビームを用いて、物質科学,生命科学,原子核・素粒子などの幅広い分野の研究を推進することを目的とする。この施設で用いる加速器は、リニアック(線形加速器),3GeVシンクロトロン,50GeVシンクロトロンの3基から構成され、多くの新しい研究開発をもとに建設を進めている。各加速器機器の製作や試験を行うとともに、リニアックや3GeVシンクロトロンは、建家への据付を開始する段階にある。これらJ-PARCのコミッショニングについて、その状況を報告する。
長谷川 和男
Proceedings of 34th ICFA Advanced Beam Dynamics Workshop on High Power Superconducting Ion, Proton and Multi-Species Linacs (HPSL 2005) (Internet), 7 Pages, 2005/00
原研は、高エネルギー加速器研究機構と共同で大強度陽子加速器施設(J-PARC)の建設を行っている。この施設は、世界最大強度の陽子ビームを用いて、物質科学,生命科学,原子核・素粒子などの幅広い分野の研究を推進することを目的とする。この施設で用いる加速器は、リニアック(線形加速器),3GeVシンクロトロン,50GeVシンクロトロンの3基から構成され、多くの新しい研究開発をもとに建設を進めている。各加速器機器の製作や試験を行うとともに、リニアックや3GeVシンクロトロンは、建家への据付を開始する段階にある。これらJ-PARCの建設や機器の製作状況について報告する。
岡部 晃大
no journal, ,
J-PARC 3-GeV RCSでは1MW出力のビーム試験に成功し、その定常利用運転を目指したビーム調整が積極的に行われている。RCSなどの大強度陽子加速器ではビームロスに伴う加速器の放射化によってビーム強度の上限が制限されるため、RCSではビームロスの要因の一つであるビームハローの抑制方法を確立する必要性が高まっている。リニアック-RCSビーム輸送ライン(L3BT)からの入射ビームをRCSオプティクスに整合(マッチング)させることはビームハローを抑制する上で重要な方法の一つであるが、そのためには大強度ビームに伴う空間電荷効果を考慮したビーム調整が必須となる。RCSでの大強度ビームの調整試験において大強度入射ビームの最適化を行った結果、RCS内でのビームロスの減少、及び、RCS取り出しビームのハロー成分が入射ビームのマッチングパラメータによって増減することが明らかとなった。本発表ではRCS入射ビームの最適化手法、ビーム調整試験の結果を紹介し、その有用性や大強度ビームの空間電荷効果について議論する。
吉本 政弘; 仲野谷 孝充; 山崎 良雄; Saha, P. K.; 金正 倫計; 山本 春也*; 岡崎 宏之*; 田口 富嗣*; 山田 尚人*; 山縣 諒平*
no journal, ,
荷電変換フォイルを用いたHビーム多重入射方式はMW級の大強度陽子ビームを実現するための重要な技術である。大強度陽子加速器施設(Japan Proton Accelerator Research Complex: J-PARC)3GeVシンクロトロン加速器(Rapid Cycling Synchrotron: RCS)では、高エネルギー加速器研究機構(KEK)で開発され耐ビーム寿命を大幅に更新した、ホウ素添加炭素(Hybrid type Boron-doped Carbon: HBC)フォイルを採用している。これまで、RCSの利用運転時に使用しており、数百kWのビーム照射に対して優れた長寿命性能を有することを確認したが、設計出力である1MWでの長期安定性は未だ不明である。そこで、HBCフォイルの性能評価のために、RCSにおける長期間照射に対する形状観察や荷電変換効率測定の実施に加えて、量子科学技術研究機構(Quantum and Radiological Science and Technology: QST)高崎量子応用研究所(高崎研)のイオン加速器(Takasaki Ion Accelerators for Advanced Radiation Application: TIARA)におけるイオンビーム照射試験や組成分析等を実施してきた。これまでに、フォイル破損に至るメカニズムとして、照射欠陥による密度変化とピンホールの成長、温度上昇にともなうガス化などの兆候を得た。現在、HBCフォイル蒸着時にカソード電極またはアノード電極のどちらかを純炭素電極に代えて製膜したHBCフォイルの照射試験を進めている。その結果、アノード電極由来のホウ素がビーム照射の耐久性能に重要な役割を果たしている可能性を示唆するデータを取得することができ、大強度ビームの安定供給に必須の、HBCフォイルの長寿命化に向けた新たな知見を得た。
不破 康裕; 守屋 克洋; 高柳 智弘
no journal, ,
J-PARCリニアックの大強度運転において低エネルギー部における空間電荷由来のエミッタンス増大やビームハロー形成に起因するビームロスの抑制が必要とされている。空間電荷効果を抑制する手法として8極磁場など高次の多重極磁場により空間電荷効果の高次成分を打ち消す事が提案されている。本講演では空間電荷効果抑制のためにJ-PARCリニアックのMEBT1用に製作された多重極磁石の特性とその発生磁場分布を基に解析した空間電荷効果抑制に関するシミュレーション結果を報告する。
小島 邦洸*; 岡本 宏己*; 守屋 克洋
no journal, ,
周期的な外力を受けながら伝搬する荷電粒子ビームは、一定の条件下で外力と共振し共鳴的に不安定化することが知られている。一方で線形加速器の単位構造長は、一般にはビーム重心エネルギーの増加に伴って徐々に長くなるため、外場は厳密な周期性を持たない。ビームの水平垂直方向の振動(ベータトロン振動)および進行方向の振動(シンクロトロン振動)の振動数(チューン)の変化も単位構造長の変化に伴って推移する場合が多い。したがって、入射時点でのチューンの選択等に依っては、ビームを加速する過程でベータトロンおよびシンクロトロン振動が共鳴する可能性がある。その影響の大小はビームの重心エネルギー、空間電荷力の強弱、共鳴状態の持続時間等に依存した複雑な問題となることが予想される。こういった現象の系統的な調査を念頭に、アルバレ型ドリフトチューブ(DTL)を想定したシミュレーションモデルを構築しParticle-In-CellコードIMPACTに実装した。本講演ではモデルの詳細に加えて、現在稼働中であるJ-PARC DTLの設計パラメーターを参考にして試験的に行ったシミュレーションの結果について報告する。
