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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。
吉本 政弘; 山崎 良雄; 仲野谷 孝充; Saha, P. K.; 金正 倫計
EPJ Web of Conferences, 229, p.01001_1 - 01001_7, 2020/02
J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)では、ハイブリッドボロン添加カーボンフォイル(HBCフォイル)を用いた荷電変換ビーム多重入射方式を採用している。高エネルギー加速器研究機構(KEK)で開発されたHBC荷電変換フォイルはビーム照射に対する寿命を飛躍的に向上させることに成功した。これまで荷電変換フォイルの準備作業は、第1段階としてKEKつくばサイトでフォイルの蒸着作業を実施し、次に原子力機構(JAEA)東海サイトでフォイルの調整作業を実施するという2段階に分けて行ってきた。フォイル準備作業を効率的に進めるためには同一場所での作業が望ましく、そのためにHBCフォイル用の蒸着装置をつくばサイトから東海サイトに移設した。蒸着装置の修理及び再立ち上げを行った後に、製作したHBCフォイルの性能評価試験を高崎量子応用研究所TIARAにおいて実施した。Ar照射試験による寿命評価、RBS法を用いた組成分析、
PIXEによる不純物評価の結果、これまでのHBCフォイルと同等の性能を有することを確認した。そして実際にRCSにおけるビーム照射試験を実施し、10日間の利用運転に問題なく使えることを実証した。
吉本 政弘; 山崎 良雄; Saha, P. K.; 金正 倫計; 菅井 勲*; 入江 吉郎*
Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 305(3), p.865 - 873, 2015/09
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Chemistry, Analytical)J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)では、H-荷電変換ビーム多重入射のためにHBCフォイルを採用している。HBCフォイルは大強度ビーム照射に対して寿命が長いという利点を持っている。これまでのところ、6か月以上の加速器利用運転期間ではフォイルは破損したことがない。しかしながら、入射部には高い残留線量が存在する。特に、フォイル直下流の真空容器のフランジに最も高い残留線量が観測されている。またこの残留線量はリニアックの181MeVから400MeVまでのエネルギー増強に伴い増加している。この入射部での高い残留線量の主な原因はフォイルで起こっている核反応によって生じた2次陽子や中性子であることが分かった。このフォイル自体の放射化は根源的な問題であり、それゆえに高線量場でのフォイルメンテナンスシナリオは大強度加速器における重要な課題の一つである。J-PARC RCSでは、作業員の放射線被ばくを可能な限り低減させ、放射化したフォイルが破損・飛散するリスクを抑えることを実現できる新しいメンテナンスシナリオに則ってフォイル交換機構の改造を行った。加えて、照射済みフォイルの分析を可能とするために、フォイル単体を破損させずにトンネルから回収できるようにした。
倉持 勝也*; 金正 倫計; 入江 吉郎*; 菅井 勲*; 五十嵐 進*; 荒木田 是夫*; 武田 泰弘*
第14回加速器科学研究発表会報告集, p.637 - 639, 2003/00
J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)では、3種類の荷電変換フォイルを使用する。1つは、リニアックからのHビームをH
に変換し、RCSへのビーム入射に利用し、他の2つはHに変換されなかったビームをビームダンプへと導くために利用する。ACCSIMで計算された粒子分布をもとにANSYSにより荷電変換フォイルの温度分布を計算したので報告する。
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。
吉本 政弘; 岡部 晃大; 金正 倫計
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、炭素薄膜を用いた荷電変換ビーム多重入射方式を採用している。この荷電変換薄膜の周辺には高い残留線量が測定されており、その原因は荷電変換薄膜と入射及び周回ビームとの相互作用により生成された2次粒子(陽子及び中性子)によるものと考えられる。現在、JSP科研費JP16K05027を受け、2次粒子を直接計測するための新しい放射線計測器を開発中である。この計測器は、スチルベン結晶を用いた有機シンチレータと通常のプラスチックシンチレータを組み合わせたもので、2次粒子である陽子・中性子・
線を弁別することを目的としている。開発の第1段階としてのスチルベンシンチレータの組み立てと中性子・線弁別の性能試験を実施した。RCSのサブトンネル内では、中性子及び線のみが存在することが分かっている。この環境下で開発中のスチルベンシンチレータを用いた放射線計測を実施し、中性子と線の弁別ができることを確かめた。本発表では、このサブトンネル内で実施した性能試験について報告する。
吉本 政弘; 岡部 晃大; 金正 倫計
no journal, ,
J-PARC RCSでは、リニアックから400MeVのHビームを入射し、荷電変換薄膜で陽子に変換する。ビーム入射期間中において、荷電変換薄膜は入射されるHビームだけでなく周回するビームとも衝突する。高エネルギー大強度ビームを薄膜に照射すると核反応が生じ、二次粒子である陽子及び中性子が発生する。この二次粒子が薄膜周辺に強い放射化を引き起こし問題となっている。そこで発生した二次粒子の計測を計画しており、そのためには陽子・中性子・線を区別できる粒子検出器の開発が必須となる。そこで、われわれはスチルベン有機シンチレータとプラスチックシンチレータを組み合わせた粒子検出器の開発を進めている。スチルベンシンチレータはパルス波形弁別(PSD)手法を用いることで線と中性子・陽子とを弁別することができる。一方、中性子にほとんど反応しないプラスチックシンチレータをスチルベンシンチレータの前に設置することで、陽子と中性子との区別する仕組みが構築できる。本発表では、特に開発中のスチルベンシンチレータのPSD性能試験について報告する。
吉本 政弘; 岡部 晃大; 原田 寛之; 金正 倫計
no journal, ,
炭素薄膜を用いた荷電変換ビーム入射方法は、J-PARC 3GeVシンクロトロンにおいて大強度陽子ビームを実現させるための重要な要素である。従来の多重入射法に比べてビーム損失の少ない荷電変換入射法は、一方で高エネルギービーム照射に伴う荷電変換炭素薄膜内での核反応により大量の二次粒子を生成・放出させる。この二次粒子が、荷電変換炭素薄膜の周辺に非常に強い残留線量を発生させる原因であると、実験及びシミュレーションは強く示唆している。そこで、さらなる安定運転を達成するために、炭素薄膜からの二次粒子を直接計測し、かつ放射化への影響を調べるための測定系を入射ビームライン途中にあるビーム調整用の100度ダンプラインに構築した。この系は炭素薄膜導入装置と放射線計測のための真空容器からなる単純な構造をしており、周辺に余計な磁場や放射線を発生させるものはないようにした。二次粒子は陽子, 中性子, 線等複数の粒子が生成放出されるため、直接計測にはこれらの粒子を弁別することが重要な課題となる。そこで薄型プラスチックシンチレータとスチルベンシンチレータを組合わせた二次粒子検出器を考案し用いた。本発表では、線源を用いた二次粒子弁別測定の結果について詳細に報告する。
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。
