Initialising ...
Initialising ...
Initialising ...
Initialising ...
Initialising ...
Initialising ...
Initialising ...
發知 英明; 原田 寛之; 林 直樹; 金正 倫計; 岡部 晃大; Saha, P. K.; 菖蒲田 義博; 田村 文彦; 山本 風海; 山本 昌亘; et al.
Proceedings of 16th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.574 - 578, 2019/07
J-PARC RCSは、2018年の7月に、設計出力1MWの試験運転に成功したところである。高出力かつ安定な利用運転を実現するためには、さらに高いビーム強度でのビームの振る舞いを調査することが必要となるため、RCSでは、2018年10月と12月に、1.2MW相当の大強度試験を実施した。当初、1
程度の有意なビーム損失が出現したが、ベアチューンや横方向ペイント範囲を最適化することで、そのビーム損失を10
レベルにまで低減することに成功した。本発表では、上述の大強度試験結果、特に、その際に出現したビーム損失の発生メカニズムやその低減のために行った一連の取り組みに焦点を当てて報告する。
山本 風海; 山川 恵美*; 高柳 智弘; 三木 信晴*; 神谷 潤一郎; Saha, P. K.; 吉本 政弘; 柳橋 亨*; 堀野 光喜*; 仲野谷 孝充; et al.
ANS RPSD 2018; 20th Topical Meeting of the Radiation Protection and Shielding Division of ANS (CD-ROM), 9 Pages, 2018/08
J-PARC 3GeVシンクロトロンは1MWのビーム出力を中性子ターゲットおよび主リングシンクロトロンに供給するためにビーム調整を進めている。現在は最大500kWの出力で運転を行っているが、現状最も放射化し線量が高い箇所はリニアックからのビーム軌道をシンクロトロンに合流させる入射部である。この放射化はビーム入射に使用する荷電変換フォイルとビームの相互作用によるものであるが、フォイルを使う限り必ず発生するため、周辺作業者への被ばくを低減するための遮蔽体を設置できる新しい入射システムの検討を行った。フォイル周辺は入射用電磁石からの漏れ磁場で金属内に渦電流が流れ、発熱することがこれまでの経験から判っているため、その対策として金属の遮蔽体を層状に分け、その間に絶縁体を挟む構造を考案した。遮蔽計算の結果から、9mmのステンレスの間に1mmの絶縁体を挟んでも遮蔽性能は5%程度しか低下しないことがわかった。
吉本 政弘; Saha, P. K.; 加藤 新一; 岡部 晃大; 山本 風海; 金正 倫計
Proceedings of 9th International Particle Accelerator Conference (IPAC '18) (Internet), p.1048 - 1050, 2018/06
J-PARC 3GeVシンクロトロン加速器(RCS)では1MWの大強度陽子ビームを実現するために、荷電変換ビーム多重入射方式を採用している。従来のセプタム・バンプ電磁石のみを使ったビーム多重入射方式に比べてセプタム境界面でのビーム損失はほとんど起こらないため、原理的には多重入射する回数に制限は存在しない。しかし、詳細な残留線量測定の結果、荷電変換フォイルの周辺に非常に強い残留線量があることが分かった。PHITSシミュレーションの結果は、この強い放射化の原因が荷電変換方式ビーム多重入射時に、入射ビーム及び周回ビームが荷電変換フォイルに衝突することで起こる核反応による2次粒子によって引き起こされていることを強く示唆していた。このことを明らかにするために、フォイルからの2次粒子計測が重要になってくる。そこで、100度ダンプラインに新たにフォイル導入装置を設置し、2次粒子計測に必要な単純な実験系を構築した。ここでは、2次粒子の直接計測と金属薄膜を用いた放射化法による計測の2種類を計画している。まずは放射化法についてPHITSコードを用いた検討を開始した。銅サンプルにエネルギーの異なる陽子または中性子を照射した際に生成される核種の内、
線放出核種を選択し、陽子もしくは中性子に選択的に反応する標的を探した。その結果、
Zn及び
Coが陽子の標的として、
Coが中性子の要的として使えることが分かった。
吉本 政弘; 原田 寛之; 加藤 新一; 金正 倫計; 岡部 晃大
Proceedings of 6th International Beam Instrumentation Conference (IBIC 2017) (Internet), p.461 - 465, 2018/03
J-PARC RCSでは、1MWの大強度陽子ビーム運転を実現するためにビームロスの抑制と制御に多大なる努力を費やしてきた。我々の主要ビームロスモニタはセル毎の広い範囲でのビームロスを検出することを主眼に置いていたため、ビームロスに関する詳細なメカニズムを調査するには不十分であった。そこで、ビームロススポットを検出しかつ電磁石の中でも使える新式のシンチレーション型ビームロスモニタを導入した。この新式ビームロスモニタは小型シンチレータと光電子増倍管を分離し、光ファイバーで接続する構成になっている。小型シンチレータを真空ダクトに直接接触させているため、ロススポットに対して感度を高めることが可能となった。一方、光電子増倍管を分離して電磁石から遠ざけることができたため、動磁場による増幅率への影響を防ぐことが可能となった。この新式ビームロスモニタの導入により、1MW大強度ビーム運転を安定的に行うことが可能となる。本発表では、この新式ビームロスモニタについて詳細に発表する。
吉本 政弘; 加藤 新一; 岡部 晃大; 原田 寛之; 金正 倫計
Proceedings of 14th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.877 - 881, 2017/12
MW級の大強度陽子ビームの利用運転を実現するためには、機器の放射化の抑制が重要な課題となる。J-PARC 3GeVシンクロトロン加速器(RCS)では、入射直線部にコリメータシステムを導入しビーム損失を局所化することでそれ以外の機器の放射化を抑制する思想で設計されている。しかし、コリメータ部の他に荷電変換薄膜の周辺部においてきわめて高い残留線量が観測されている。これまでの詳細な残留線量分布測定とPHITSを用いたシミュレーション結果から、この放射化の原因はビーム入射期間中に入射ビーム及び周回ビームの荷電変換薄膜への衝突による核反応によって生成された2次粒子(陽子及び中性子)であると強く示唆されてきた。入射部機器の放射化抑制を実現するために、周回ビームの薄膜への衝突回数を減らすことで2次粒子の発生を抑制する努力を続けてきた。同時に衝突回数を計測するための新たなビーム損失モニタの開発も行った。本発表では2次粒子検出と薄膜への衝突回数の評価について報告する。合わせて放射化抑制について議論する。
吉本 政弘; 原田 寛之; 金正 倫計; 山本 風海
Proceedings of 5th International Beam Instrumentation Conference (IBIC 2016) (Internet), p.673 - 677, 2017/03
MW級の大強度ビーム運転を実現するためのもっとも重要な課題は、ハンズオンメンテナンスが可能な環境を維持するため装置の放射化を抑制することである。そのためにビーム調整においては、ビームロスを抑制し、放射化が許容できるレベルにビームロスを管理することに主眼を置いて実施している。ビームロスが許容量に収まっている事の確認を目的とし、リング全周の残留サーベイを実施した結果、ビームロスに関する詳細な情報を得ることができた。そこで、ビームロス信号と残留線量との関連付けを行うことで、大強度ビーム運転の実現を評価できる。本発表では残留線量分布測定とビームロスモニタ信号との関連付けについて発表する。
吉本 政弘; 竹田 修; 原田 寛之; 山本 風海; 金正 倫計
Proceedings of 13th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1097 - 1101, 2016/11
J-PARC 3GeV RCSでは世界最高レベルの1MW大強度ビームを実現するために、ビーム損失を局所化して他機器の放射化を抑制するリングコリメータシステムを設置している。RCSのリングコリメータシステムは散乱体1台と吸収体5台で構成されており、これまでのビーム調整の成果と合わせて、コリメータ部以外に大きな放射化を機器に生じさることなく500kWビーム出力までの利用運転の実績を持つことができた。しかし、2016年4月にリングコリメータの吸収体5で駆動部破損に伴う真空リークが発生し、取り外しての加速器運転を余儀なくされた。そこで、まず粒子トラッキング計算によりコリメータ下流部で新たなビーム損失が発生しても現状での利用運転の強度では許容可能であることを事前に確認した。次にリング全周におけるビーム損失の変化をビーム損失モニタの測定結果から問題ないことを確認して、加速器運転を再開した。今回からRCS全周にわたる残留線量の詳細分布測定を実施し、合わせて短期メンテナンスに伴うビーム停止毎に継続的に測定することで加速器運転状況に伴う線量分布の推移も調査した。この結果からより詳細なビーム損失の構造を把握することができた。本発表では、リングコリメータ吸収体5を取り外したことによるビーム損失局所化への影響を報告する。また詳細な残留線量分布測定の結果からリングコリメータの調整方法に対する課題についても議論する。
發知 英明; 原田 寛之; 加藤 新一; 金正 倫計; 岡部 晃大; Saha, P. K.; 菖蒲田 義博; 田村 文彦; 谷 教夫; 渡辺 泰広; et al.
Proceedings of 57th ICFA Advanced Beam Dynamics Workshop on High-Intensity and High-Brightness Hadron Beams (HB 2016) (Internet), p.480 - 485, 2016/08
J-PARC 3-GeV RCSは、2015年1月に1MW相当のビーム加速を達成したところであり、それ以来、ビーム損失の低減を目指した大強度ビーム試験を精力的に展開している。2015年10月のビーム試験では、ペイント入射の最適化により空間電荷由来のビーム損失を最小化させると共に、色収差や加速過程のチューンを制御することでビームの不安定化を抑制することに成功した。また、その後に実施したビーム試験では、新規導入した補正四極電磁石と共に、Anti-correlatedペイント入射を併用することでペイント範囲を2倍に拡幅することに成功し、その結果、入射中の荷電変換フォイル上での散乱現象に起因したビーム損失を大幅低減させることができた。こうした一連のビーム調整により、1MW運転時のビーム損失は、十分に許容範囲内と言えるレベルにまで大幅低減された。本発表では、ビーム増強過程で顕在化したビーム損失の発生機構やその低減に向けた取り組みなど、大強度加速器におけるビーム物理についての話題を中心に、RCSビームコミッショニングの進捗状況を報告する。
吉本 政弘; 原田 寛之; 岡部 晃大; 金正 倫計
Proceedings of 4th International Beam Instrumentation Conference (IBIC 2015) (Internet), p.575 - 579, 2016/01
J-PARC RCSにおいて、ビームのコア部からハロー部までを含めた横方向のプロファイルについて3NBTラインに設置したワイヤー型ビームスクレーパと複数台のビーム損失検出器を用いて測定している。我々のビームハロー測定器の最終目的は、横方向のプロファイルに加えてRCSから取り出された2個のバンチビームに対して時間方向のビームハロー構造を測定することである。そのために応答時間に優れたプラスチックシンチレータと光電子増倍管の組み合わせをビーム損失検出器に採用した。しかしこのビーム損失検出器では、ワイヤーからの放射線だけでなく、他の装置や壁などから放出される放射線まで検出していることが分かった。そのため、我々は鉛ガラスを用いたシンチレーション光型ビーム損失検出器や石英やUVアクリルを用いたチェレンコフ光型ビーム損失検出器の開発を試みた。本発表ではビームハロー測定系の概要と供に、新しいビーム損失検出器の概念や実験結果について発表する。
吉本 政弘; 原田 寛之; 發知 英明; Saha, P. K.; 田村 文彦; 山本 昌亘; 金正 倫計
Proceedings of 6th International Particle Accelerator Conference (IPAC '15) (Internet), p.944 - 946, 2015/06
J-PARCリニアックのビームエネルギー及びビーム電流のアップグレード完了を受けて、RCSにおける設計ビーム強度1MWのビーム調整を開始した。1MWビーム出力運転を実現するためには、リニアックからの入射ビーム調整が重要な項目の一つである。リニアックビームの縦方向エミッタンスを調整を目的とし、RCSに入射した直後に縦方向トモグラフィー法を用いて入射ビームの運動量広がりを計測した。我々が開発した縦方向トモグラフィー法のツールは、CBP法を用いたシンプルなアルゴリズムが特徴で、元々はRCSビーム蓄積モード用に開発したものである。今回、我々は加速モードでも使えるように改良を行った。リニアックのデバンチャー2のタンクレベルを調整することで、運動量広がりが0.06%から0.15%まで変化することが測定でき、分布形状の変化もシミュレーションとよく一致することが確認できた。
富澤 哲男; 木代 純逸; 廣木 文雄; 佐藤 進; 五十嵐 前衛*; Lee, S.*; 濁川 和幸*; 外山 毅*
Proceedings of 1st Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 29th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.165 - 167, 2004/08
J-PARCではビーム診断系のビームモニター製作を進めている。この論文では、SDTL部ビーム位置モニターの現状を記述する。ストリップライン型モニターのインピーダンスは、筐体と電極の形状により調整する。4枚のストリップラインを用いたビーム位置モニターは、すでに中間輸送系(MEBT)で調整を行っている。幾つかのビーム状態におけるビーム位置測定の予備試験の結果も報告する。
富澤 哲男; 木代 純逸; 五十嵐 前衛*; Lee, S.*; 廣木 文雄
Proceedings of 28th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.428 - 430, 2003/08
J-PARCリニアックで扱う大強度陽子ビームを安全に加速するためには、ビーム損失をいかに抑えられるかが重要なファクターであり、高品質ビームの発生や正確なビーム輸送とともに、ビーム診断系の役割が大切である。このビーム診断系に用いられるビームモニターには、目的に応じ電流モニター,位相モニター,ビーム位置モニター,プロファイルモニター,ビームサイズモニター,スクリーンモニター及びビーム損失モニターなどがあり、これらのビームモニターの現状における種類,配置及びデータ処理について報告する。
金正 倫計; 野田 文章*
JAERI-Tech 99-011, 46 Pages, 1999/02
原研が進めている中性子科学研究計画では、大強度陽子ビーム及びそれによって駆動される強力中性子を用いて、基礎科学研究や工学研究の展開が提案されている。その中でも、短パルスで大強度の中性子を用いての中性子散乱実験は、この計画の大きな柱の1つである。線形加速器のみで、短パルス(1
s以下)で大強度(5MW)もの中性子ビームを発生させることは不可能であるので、線形加速器からのビームを短パルスで蓄積し、大強度ビームとして発生させる蓄積リングが必要となる。今回この蓄積リングの概念検討を行ったので、これまで検討した結果を報告する。
千代 悦司*; 伊野 浩史*; 大内 伸夫; 壁谷 善三郎*; 水本 元治
Proc. of 11th Symp. on Accelerator Sci. and Technol., p.215 - 217, 1997/00
加速エネルギ2MeVから10MeVまでのドリフトチューブリニアック(DTL)のRF特性は、コールドモデルを用いて調査された。コールドモデルはアルミニウム製で60セルからなり、加速電場を安定化するためポストカプラーが取り付けられている。本研究では、ポストカプラー挿入本数に対するRF特性の依存性を評価した。1セル毎にポストを挿入すると、TMモードとポストモードとの間に別の励起モードが観測された。このモードは加速電場に大きな撹乱を与えるため、安定した電場分布が得られなかった。挿入本数を減らすと、このモードは消失し、均一な分布が得られた。分布の均一性、デチューニング感度、TM
とTM
とのモード間隔などのポストカプラーによる安定化の影響は、挿入本数が減少するほど弱くなった。
水本 元治; 草野 譲一; 長谷川 和男; 大内 伸夫; 小栗 英知; 金正 倫計; 戸内 豊*; 本田 陽一郎*; 椋木 健*; 伊野 浩史*; et al.
Proc. of 11th Symp. on Accelerator Sci. and Technol., p.130 - 132, 1997/00
原研では核破砕中性子源を用いた基礎科学の推進や消滅処理の工学的研究を目的として中性子科学研究計画を提案している。この計画では、加速エネルギー1.5GeV、加速電流値最大5.33mAの大強度リニアックと5MWクラスの蓄積リングの開発が必要とされる。現在、加速器の入射部(高輝度負イオン源、高周波四重極リニアック(RFQ)、ドリフトチューブリニアック(DTL)、高周波源等)と、高エネルギー加速部を構成する超伝導加速空胴の開発を進めている。本発表では中性子科学計画の概要を紹介すると共に、加速器技術開発の成果と加速器の基本構成、システム検討等の結果を報告する。
金正 倫計; 野田 文章*; 草野 譲一; 水本 元治
Proc. of 11th Symp. on Accelerator Sci. and Technol., p.341 - 343, 1997/00
原研が進めている中性子科学研究計画では、大強度陽子ビーム及びそれによって駆動される強力中性子を用いた基礎科学研究や工学研究の展開が提案されている。その中でも、短パルスで大強度(最大5MW)の中性子を用いた中性子散乱実験はこの計画の大きな柱の一つである。短パルスで最大ビーム出力5MWの大強度中性子ビームを発生させることは、線形加速器のみの利用では不可能である。したがって、線形加速器で加速された短パルスビームを、大強度になるまで蓄積するための蓄積リングが必要となる。現在この陽子蓄積リングの検討を行っているので、これまで検討した経過を報告する。
明午 伸一郎; 大井 元貴; 藤森 寛*; 川崎 智之; 西川 雅章; 福田 真平
no journal, ,
J-PARCでは速い繰り返し(25Hz)の3GeV陽子シンクロトロン加速器から出射する1MWの大強度陽子ビームを用いた核破砕中性子源(JSNS)の運転を目指している。中性子源の水銀容器ではビームに誘発されるピッティング損傷が重要な問題となっている。ピッティング損傷はピーク電流密度の4乗に比例するために、ピーク電流密度を低く抑えた運転が求められる。この実現のため、我々は八極電磁石を用いた非線形ビーム光学によるビーム平坦化技術の開発及び、RCSから出射される1MWのビームを用いたプロファイルの制御試験を行ってきた。八極電磁石におけるビームの
関数や、位相差が重要な鍵となるが、短時間のビーム調整時間内に効率的に試験・調整を行うことが可能なようにSAD(Strategic Accelerator Design)を用いたツールの開発を行った。その結果、わずか数ショットでビーム診断とビーム平坦化に必要な非線形ビーム光学の調整が可能になった。ツールによるビーム調整により、非線形ビーム光学によりピーク電流は約30%減少できる見込みを得た。
原田 寛之; Saha, P. K.; 金正 倫計
no journal, ,
大強度陽子加速器施設J-PARCは、400MeV線形加速器、3GeVシンクロトロン(RCS)、50GeVシンクロトロン(MR)の3つの加速器で構成される。この加速器ではMW級の大強度陽子ビームを生成・加速・供給を行い、ビーム標的照射後に生成された様々な2次粒子を用いた多目的実験に利用されている。RCSでは、短時間ではあるが、25Hzの速い繰り返しでの設計出力1MWの供給を実現した。利用運転では500kWまでの出力を達成している。本講演では、現在の性能や運転状況を報告する。加えて、検討中の将来計画に関しても述べる。
吉本 政弘; 竹田 修; 原田 寛之; 山本 風海; 金正 倫計
no journal, ,
大強度陽子加速器においてMW級の大強度ビームを実現するための大きな課題の一つがビーム損失による機器放射化の抑制である。J-PARC RCSでは、リングコリメータによるビーム損失の局所化を実現させることで、それ以外の機器の放射化を抑制している。しかし、詳細な残留線量測定の結果、荷電変換フォイルの周辺に非常に強い残留線量があることが分かった。PHITSシミュレーションの結果は、この強い放射化の原因が荷電変換方式ビーム多重入射時に、入射ビーム及び周回ビームが荷電変換フォイルに衝突することで起こる核反応による2次粒子によって引き起こされていることを強く示唆していた。そこで、局所的ビーム損失を測定できるビーム損失モニタを開発し、ビーム損失と機器放射化とを直接関係づける手法を構築した。この結果、ビーム入射時に強い放射線が発生していること、そして放射線量が荷電変換フォイルに衝突する入射ビーム及び周回ビームに比例していることを明らかにした。ビーム損失モニタによるビーム運転中の放射線計測とGM管を用いたビーム停止中による残留線量測定を組み合わせる手法は、加速器におけるビーム運動力学的観点からのビーム損失構造を理解する上で有効な手法であることが明らかになった。本発表では、荷電変換フォイル周辺に加えてリング全周にわたるビーム損失と機器放射化による残留線量との相関関係やRCSにおけるビーム損失構造とその原因について詳細に報告する。
吉本 政弘; 岡部 晃大; 原田 寛之; 金正 倫計; 加藤 新一*
no journal, ,
J-PARC 3GeVシンクロトロン加速器(RCS)では1MWの大強度陽子ビームを実現するために、荷電変換ビーム多重入射方式を採用している。従来のセプタム・バンプ電磁石のみを使ったビーム多重入射方式に比べてセプタム境界面でのビーム損失はほとんど起こらないため、原理的には多重入射する回数に制限は存在しない。しかし、詳細な残留線量測定の結果、荷電変換フォイルの周辺に非常に強い残留線量があることが分かった。PHITSシミュレーションの結果は、この強い放射化の原因が荷電変換方式ビーム多重入射時に、入射ビーム及び周回ビームが荷電変換フォイルに衝突することで起こる核反応による2次粒子によって引き起こされていることを強く示唆していた。このことを明らかにするために、フォイルからの2次粒子計測が重要になってくる。しかし、RCSの入射部は様々な機器が配置されている複雑な系になっているため、純粋にフォイルからの2次粒子を実験的に観測することは困難である。そこで、100度ダンプラインに新たにフォイル導入装置を設置し、2次粒子計測に必要な単純な実験系を構築した。ここでは、2次粒子の直接計測と金属薄膜を用いた放射化法による計測の2種類を計画している。まずは金属薄膜による放射化法で2次粒子種及びエネルギー分布の同定に向けた検討についてPHITSコードを用いて行った。この放射化法の有効性に関する評価結果について詳細に報告する。
