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株本 裕史; 松田 誠; 中村 暢彦; 石崎 暢洋; 沓掛 健一; 乙川 義憲; 遊津 拓洋; 松井 泰; 中川 創平; 阿部 信市
Proceedings of 19th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1109 - 1113, 2023/01
原子力機構-東海タンデム加速器施設は最高運転電圧が約18MVの大型静電加速器で、重イオンビーム等を用いた核物理,核化学,原子物理,材料照射などの各分野で利用されている。本発表では、2021年度における加速器の運転・整備状況およびビーム利用開発等について報告する。当施設では近年、運転中の放電が頻発するため、加速電圧を約15MVと以前よりも低く抑えている。これは加速電圧に対する絶縁性能が必要な機器類(セラミック製加速管や発電機駆動用アクリルシャフト等)が経年劣化してきているためと思われる。2021年度には低エネルギー側加速管7本(3.5MV相当)とアクリルシャフト2本の交換作業を行い、絶縁性能の回復を図った。2020年度にも同様の交換作業を行っており、全体的に経年劣化が進んでいると思われることから、今後は抜本的な対策を検討する必要があると考えている。また、当施設では、現在の施設のアップグレードを行い、後継となる加速器を導入する計画の立案を行っている。超伝導加速器の技術を使用し、高エネルギー・高強度の重イオンビーム等を発生させるものであり、こちらの概要についても併せて報告する。
仁井 啓介*; 井田 義明*; 上田 英貴*; 山口 隆宣*; 株本 裕史; 神谷 潤一郎; 近藤 恭弘; 田村 潤; 原田 寛之; 松井 泰; et al.
Proceedings of 19th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.601 - 604, 2023/01
マルイ鍍金工業では、日本原子力研究開発機構(JAEA)と共同で東海タンデム加速器後段の超伝導ブースター用1/4波長型超伝導空洞(QWR)について再表面処理の検討を行っている。この空洞はニオブ-銅のクラッド板で製作されており、底部に大きな開口があるため、再度の電解研磨処理等が可能な構造になっている。再表面処理では、内面ニオブに電解研磨(EP)を施工して表面粗さを小さくし、高い加速電界(5MV/m以上)を発生できるようにすることを目標としている。2020年度には、マルイ鍍金工業がニオブ9セル空洞EPの経験で得た各種パラメータとJAEA所有の電極、治具等を組み合わせて、予備の空洞に対してEPを施工した。しかし、EP後のニオブ表面は光沢が増すものの表面粗さが良好な状態とはならず、加速電界もEP前よりは改善したが、目標値には達していなかった。2021年度には空洞のニオブ表面粗さと加速電界の改善を目指して、EPのパラメータ(電極面積,電圧,流量と揺動)を変えての実験を行い、設備,条件,表面粗さ等の評価を行った。また、今回はこれまでに観察してこなかった中心導体のドリフトチューブ部内面などについても広く観察を行ったので、そちらの結果も併せて報告する。
不破 康裕; 岩下 芳久*; 栗山 靖敏*; 頓宮 拓*; 早野 仁司*; Geng, R. L.*
Proceedings of 20th International Conference on RF Superconductivity (SRF 2021) (Internet), p.323 - 325, 2022/05
超伝導空洞の性能評価のため、空洞温度、電解放出X線、捕獲磁束の分布を高い位置分解能で測定するマッピングシステムを開発している。高い位置分解能を有するシステムを構築するには数多くのセンサーが必要であるが、センサーの個数が増加するとそれに伴い配線の量も増加するため低温用器内の配線が複雑さが増すことや配線を通じた熱侵入も大きくなるなど効率的な実験を妨げる要因となる。そこで本研究では、空洞試験を行う低温用器内でセンサーと同一基板上に読み出し信号をスキャンするマルチプレクサーを設置した効率的なマッピングシステムを開発している。本発表では開発中のマッピングシステムの概要と試験結果を報告する。
沢村 勝; 永井 良治; 羽島 良一; 菊澤 信宏; 飯島 北斗; 西谷 智博; 峰原 英介
Proceedings of 2nd Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 30th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.448 - 450, 2005/07
原研ERL-FEL超伝導加速器のディチューニング特性を計算と測定により求めた。ローレンツ力による空洞周波数変化の計算値は境界条件の違いにより、単セル空洞で31Hzから133Hz、5セル空洞で18Hzから67Hzとなった。ディチューニングの測定値にはピックアップカップラーからの位相信号の時間変化を用いて求めた。この周波数変化にはローレンツ力によるものとヘリウム冷凍機の機械振動によるものが含まれていた。ローレンツ力による周波数変化は計算とほぼ一致した。
沢村 勝; 永井 良治; 菊澤 信宏; 西森 信行; 羽島 良一; 峰原 英介
Proceedings of 1st Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 29th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.305 - 307, 2004/08
原研エネルギー回収型自由電子レーザー(ERL-FEL)において現在の1msec, 10Hz運転から秒程度の長パルス運転を行うために必要な、高周波電源の出力特性並びに超伝導空洞の周波数変動特性やクライオスタット内圧力変化の測定を行った。クライオスタット内圧力に関しては圧力上昇が見られるが、10%程度のDutyで運転であれば秒単位の長パルスが可能であることがわかった。ヘリウム冷凍機から超伝導空洞への振動の影響はパルス運転のとき60Hz程度共振周波数の振動が見られるが、CW運転の時には数Hzと小さいことがわかった。また常伝導のSHB空洞における発熱による周波数変化と冷却に関する計算及び測定を行った。
沢村 勝; 羽島 良一; 菊澤 信宏; 峰原 英介; 永井 良治; 西森 信行
Proceedings of 9th European Particle Accelerator Conference (EPAC 2004) (CD-ROM), p.1723 - 1725, 2004/07
原研エネルギー回収型超伝導加速器はエネルギー回収成功後、大出力及び長パルス運転のための改造を行っている。エネルギー回収部分でない加速空洞のために連続波運転可能な新しい高周波源を取付け、長パルス運転の試験を行っている。この長パルス運転のときに必要となるクライオスタット内の圧力変化,振動による周波数変化,ピエゾチューナーの応答速度等の超伝導空洞の特性試験を行った。また新しい高周波制御系も更新し、高周波変動を振幅で0.1%、位相で0.1度以下にすることができた。
沢村 勝; 羽島 良一; 菊澤 信宏; 峰原 英介; 永井 良治; 西森 信行
Proceedings of 2003 Particle Accelerator Conference (PAC 2003) (CD-ROM), p.3449 - 3451, 2003/00
将来の放射光、FEL光源と期待されるエネルギー回収型リニアック(ERL)を建設費,運転費の両面から検討した。世界各地で進められている大型の超伝導加速器施設を参考に加速器本体,冷凍機システム,高周波系,磁石系及び建屋の各要素に関して6GeV, 100mAのERLを建設した場合の費用を積算した。建設費に占める割合が多いものに加速器本体,冷凍機システム,建屋がある。このうち建屋費用は加速条件(加速電界)が変わってもあまり大きくは変わらないが、加速器本体費用は加速電界が増えると減少し、反対に冷凍機システムは増加する。このため約20MV/m付近が建設費の最小となる。運転費用に関しては、冷凍機システム,高周波系とも加速電界が増えるにしたがって消費電力が大きくなるため、加速電界に関して運転費用は単調増加である。運転費用に建設費用を含めた場合、減価償却を10年とすると最適な加速電界はさらに下がり13MV/m付近となる。この値は現在進められている超伝導加速器の加速電界よりかなり小さな値になっており、ERLにはあまり高い電界は必要ないことがわかった。
斎藤 滋; 大内 伸夫; 石山 新太郎; 土屋 佳則*; 中嶋 秀夫; 深谷 清*
JAERI-Tech 2002-048, 68 Pages, 2002/05
JAERI-Tech-2002-048.pdf:7.86MB
超伝導加速器や核融合炉の超伝導コイルなどの極低温機器には、目的に応じてさまざまな材料が使用されるため、複数の異材継ぎ手が必要とされる。核融合炉の超伝導コイルの場合、純チタンと極低温用ステンレスの継ぎ手が必要であるが、溶接による接合は困難である。従って、新しい接合技術の開発が必要であり、原研では熱間等方加圧(Hot Isostatic Pressing; HIP)法による接合技術の開発に着手した。HIP法は接合強度や寸法精度に優れ、立体面や大型機器の接合も可能である。本研究ではHIP法による純チタンと4種類の極低温用ステンレスの接合試験を行い、組織観察や曲げ・引張り試験等による最適HIP条件の選定を行った。さらに4K及び室温における接合強度と熱サイクル試験による接合の健全性の評価を行った。
菊地 賢司; 佐々 敏信; 石倉 修一*; 椋木 健*; 甲斐 哲也; 大内 伸夫; 井岡 郁夫
Journal of Nuclear Materials, 296(1-3), p.34 - 42, 2001/07
被引用回数：18 パーセンタイル：76.49(Materials Science, Multidisciplinary)本報告は第4回核破砕技術WSで発表されたものをまとめたもので、大強度陽子加速器計画のもとで進行している核破砕材料研究及び計画の現状について次の項目を報告している。(1)中性子散乱施設で使用する水銀ターゲット材料のR&D、(2)加速器駆動システムによる長寿命核種の変換技術開発に狙いを定めたADSターゲット実験施設実現に向けた材料計画、(3)超伝導加速器による高エネルギー陽子輸送実現化の鍵をにぎる材料開発研究成果、(4)スイスPSIで加速器照射したターゲットベッセル材料の照射後試験計画、(5)照射損傷シミュレーションのためのイオン照射試験の現状。
本田 陽一郎*; 長谷川 和男; 大内 伸夫; 草野 譲一; 水本 元治
Proc. of 1st Asian Particle Accelerator Conf. (APAC98), p.74 - 76, 1998/11
原研では、中性子科学研究のためにエネルギー1.5GeV、平均ビームパワー8MWの大強度陽子加速器を提案している。現在、100MeVから1.5MeVまでは超伝導加速器がメインオプションとなっている。ここでは
セクション分割、ラティス、ライナック構成に関する概念設計を行った。その結果、セクション数8の構成が加速器長及びビームの質の点で最適であることがわかった。ラティスにはEquipartitioning条件を取り入れることにより、縦及び横方向のエミッタンスが抑制されることをシミュレーションにより確認した。また、RF及び四極電磁石の誤差を取り込んだビームシミュレーションを行うことにより、加速器に必要な精度を定量的に解析した。
千代 悦司*; 本田 陽一郎*; 大内 伸夫; 戸内 豊*; 長谷川 和男; 草野 譲一; 水本 元治
Proc. of XIX Int. Linac Conf. (LINAC98), 2, p.923 - 925, 1998/00
原研では中性子科学研究計画(NSP)を提案しており大強度陽子加速器の概念設計が行われている。NSP用加速器は、RFQ,DTL及び超伝導加速器からなり、連続運転とパルス運転がなされる。超伝導加速器は水素イオンビームを0.1GeVから1.5GeVまで加速し、加速器の空胴形状は、ビーム速度の違いから幾つかのセクションに分割される。セクションを8分割とするとエミッタンスグロースが抑制され、かつ加速器長が短く抑えられる。空胴のパラメータは、4空胴ごとに等量のRF電力となり、その内1空胴の最大表面電界が16MV/mとなるよう決定される。ピークビーム電流30mAのパルス運転において最大140kWのRF電力が高端空胴で必要となり、一方、5.33mAの連続運転では41kWのRF電力が必要となる。全RF電力は、パルス運転と連続運転とでそれぞれ25MWと7.5MW必要となる。
菊澤 信宏; 永井 良治; 沢村 勝; 西森 信行; 峰原 英介
Proc. of 22nd Linear Accelerator Meeting in Japan, p.194 - 195, 1997/00
原研自由電子レーザー用超伝導加速器の冷却系に、小型の冷凍機をクライオスタットに組み込んで使用している。超伝導加速器を安定して運転するためには、クライオスタット内部の圧力を一定に保つ必要がある。このため、ヒータ出力をPIDループ制御することにより、圧力調節を行った。この結果、運転開始時や運転中の圧力変動を
200Pa(0.112気圧)以下に抑えることができた。また、ヒータ出力をモニタすることにより、冷凍機の冷却能力や超伝導空洞の状態を知ることができる。
沢村 勝; 菊澤 信宏; 永井 良治; 西森 信行; 杉本 昌義; 峰原 英介
Proc. of 22nd Linear Accelerator Meeting in Japan, p.170 - 171, 1997/00
原研自由電子レーザー用超伝導加速器の高周波系は、パルス幅3ms、繰返し10Hzで運転されている。そのうち電子ビームは最大1msのパルス幅で加速できる。しかし、パルス幅が長くなるとエネルギー分解能が悪くなり、180度偏向磁石系以降でビーム損失が多くなる。これは超伝導加速器を含めた高周波系の時定数が長いため、ビームロードによる変化に追いつけないためである。そこで新たに高周波系にフィードフォワード回路を導入した。この回路は、空洞のパルス波形を見る測定部、その波形を一定に保つような高周波制御回路用の制御信号を作り出す任意波形発生部またその制御信号を最適化する計算部で構成されている。この回路により振幅と位相のフィードバックで補えない部分を補正することができた。これにより長いパルスでのビームの透過がよくなり、400
s以上の長いパルスの加速を安定に行うことができた。
大内 伸夫; 草野 譲一; 赤岡 伸雄*; 竹内 末広; B.Fechner*; 長谷川 和男; 水本 元治; 井上 均*; 加古 永治*; 野口 修一*; et al.
Proc. of 8th Workshop on RF Superconductivity, 1, p.22 - 26, 1997/00
原研では、中性子科学研究計画用大強度陽子加速器のための超伝導加速空胴の設計、開発をKEKと共同で進めている。その一環として、空胴試験のためのテストスタンドの整備を行うとともに、=0.5単セルモデル空胴の試作、表面処理を行い、テストスタンドにおいて試験を行った。テストスタンドは、試験用クライオスタット、空胴組立用クリーンルーム、高圧水洗浄装置、熱処理炉で構成される。モデル空胴の試作は、プレス成形、トリム、電子ビーム溶接の工程で行い、バレル研磨、電解研磨、熱処理の表面処理を行った。テストスタンドにおける試験の結果、最大表面電場強度30MV/mを達成し、設計仕様(16MV/m)を上回る良好な結果を得た。このことから、陽子加速器用超伝導空胴製作における電磁気的技術課題をクリアした。
大内 伸夫; 草野 譲一; 赤岡 伸雄*; 竹内 末広; B.Fechner*; 長谷川 和男; 水本 元治; 井上 均*; 加古 永治*; 野口 修一*; et al.
Proc. of 8th Workshop on RF Superconductivity, 1, p.12 - 21, 1997/00
原研では、中性子科学研究計画用の大強度陽子加速器の開発を行っており、高エネルギー部の超伝導加速器の検討及び技術開発をKEKと共同で進めている。その一環として、超伝導加速器システムの概念検討、加速空胴の設計検討、及びモデル空胴の試作・試験を行った。概念検討においては、全体を8セクションに分割し、加速器長、加速モジュールの個数、運転コスト、ビームダイナミックスの評価を行った。加速空胴の設計検討においては、加速モード及び高次モードにおける電磁場解析を行うとともに、空胴の静的・動的な機械的強度の検討を行った。さらに、単セルモデル空胴の試作・試験を行い、良好な結果を得た。このことから、陽子加速器用超伝導空胴の実現性が実証された。
春日井 敦; Bazin, N.*; Cara, P.*; Chel, S.*; Gex, D.*; Heidinger, R.*; 吉田 清; 伊原 彰; Knaster, J.*; 近藤 恵太郎; et al.
no journal, ,
国際核融合材料照射施設(IFMIF)は、原型炉の開発のために必要な十分高い中性子エネルギーの発生と照射領域を確保できる、D-Li反応を利用した加速器駆動型の中性子源を目指す。日欧の国際協力である幅広いアプローチ活動(BA)活動の一部であるIFMIF/EVEDA事業は、工学設計活動と技術的実現か創世を判断する工学実証活動を行うミッションを与えられている。IFMIF/EVEDA事業において開発が進められている原型加速器は、主に入射器、高周波四重極加速器、超伝導加速器からなる。超伝導加速器に必要なクライオプラントの設計が完了し、機器の調達が始まっている。そして日本での高圧ガスの許認可後に、9月から六ヶ所サイトにおいて据付けが開始される予定である。本論文はIFMIF/EVEDA原型加速器のためのクライオプラントシステムについてまとめたものである。
松田 誠
no journal, ,
原子力機構原子力科学研究所のタンデム加速器施設は、1982年9月から供用運転を開始し運転開始から42年を迎える施設である。この間、超伝導ブースターによる加速エネルギーの増強、負イオン源及びターミナルイオン源の増設による加速イオン種およびビーム強度の拡大、実験室の整備による新たな利用の展開など、研究テーマの進展に応じて施設を充実させてきた。発表では当施設の約40年の研究開発のあゆみを中心に報告する。
