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論文

Analysis of interlocked events based on beam instrumentation data at J-PARC Linac and RCS

林 直樹; 畠山 衆一郎; 三浦 昭彦; 吉本 政弘; 二ツ川 健太*; 宮尾 智章*

Proceedings of 7th International Beam Instrumentation Conference (IBIC 2018) (Internet), p.219 - 223, 2019/01

J-PARCは、多目的なユーザー実験施設であり、加速器の安定性は、重要な課題の一つである。安定的な運転を実現するには、インターロックが起こった事象を集め、解析し、その本質的な要因を調べる必要がある。J-PARCリニアックでは、ビームロスモニタ,電流モニタの波形が記録から事象の分類を行った。リニアックでは、ロスモニタ一台のみの発報事象が非常に多くなっており、その解析を行った。その結果、多くはビーム停止が不要であることが判明し、ロスモニタの新しい運転条件を決めて発報頻度が低減するか、確認を始めたところである。また、J-PARC RCSでは、インターロック時の詳しいビーム位置を記録するための新しい機器を導入し、事象の解析を進めている。本論文では、現在の状況と今後について報告する。

論文

Beam-loss monitoring signals of interlocked events at the J-PARC Linac

林 直樹; 加藤 裕子; 三浦 昭彦; 二ツ川 健太*; 宮尾 智章*

Proceedings of 5th International Beam Instrumentation Conference (IBIC 2016) (Internet), p.368 - 371, 2017/03

通常運転中のビームロス要因について調べることは、重要である。真の要因対策ができれば、将来的に、インターロックの発報回数を減らすことができ、加速器運転の安定化にも資することができるからである。J-PARCリニアックでは、限定的であるが、インターロック時のロスモニタ、ビーム電流の波形を、複数台のオシロスコープで記録している。加速空洞のインターロックにより、ビームロスが発生するのは当然であるが、より詳細に、どのモニターがより高いロス信号を受けるか、空洞インターロックとビームロスのパターンの関係性を知ることが大切である。特に興味があるのは、空洞など機器インターロックの発報はなくて、ロスモニタのみがインターロック発報する事象である。これらの幾つかについて、分析を行い、考えられる対策について紹介する。

論文

Beam halo measurement using a combination of a wire scanner type beam scraper and some beam loss monitors in J-PARC 3-GeV RCS

吉本 政弘; 原田 寛之; 岡部 晃大; 金正 倫計

Proceedings of 54th ICFA Advanced Beam Dynamics Workshop on High-Intensity, High Brightness and High Power Hadron Beams (HB 2014) (Internet), p.143 - 147, 2015/03

横方向のビームハローは大強度ビーム加速器の性能を制限するもっと重要なパラメータの一つである。そのためJ-PARC3GeVシンクロトロンRCSのビーム強度増強を行うにはビームハローの測定は必須である。ビーム分布に対して中心の密度が濃い部分をビームコア、周辺の密度が薄い部分をビームテール、さらに外周に散在している部分をビームハローと呼んでおり、一般にビームハロー部はビームコアに対して1/10000$$sim$$1/1000000程度の強度と言われている。そのために、ビームハローを測定するには6桁程度のダイナミックレンジが必要になるが、単体の装置でこれを実現することは非常に困難である。そこで、ワイヤースキャナーとビームロスモニタを組み合わせた新しいビームハローモニタを開発し、ビームを取り出した輸送ラインに設置した。ロスモニタのダイナミックレンジは3桁程度だが、感度領域の異なるロスモニタを複数台組み合わせることで、非常に広いダイナミックレンジを実現でき、コア部からテール部そしてハロー部迄を含むビームプロファイルを計測することが可能となった。

論文

J-PARC RCS MWPM信号処理系

畠山 衆一郎; 吉本 政弘

Proceedings of 11th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.703 - 705, 2014/10

J-PARCではLINACでACS空洞が導入され400MeVのビーム出力が可能となった。RCS (Rapid Cycling Synchrotron)においても、入射電磁石機器の電源を400MeV対応のものに入れ換えてビーム調整が行われた。当初より装置の不具合が多発するなどで、調整運転のスケジュールは非常に厳しいものとなり、ビームモニタを用いた各種パラメータの測定に要する時間の短縮が強く望まれた。本報告では、入射ビームのプロファイル測定に用いられるMWPM(Multi-Wire Profile Monitor)について、測定精度の向上、データ取得時間の短縮を目的とした信号処理系について述べる。

論文

Development of the beam diagnostics system for the J-PARC rapid-cycling synchrotron

林 直樹; 廣木 成治; 木代 純逸*; 照山 雄三*; 豊川 良治; 荒川 大*; Lee, S.*; 三浦 孝子*; 外山 毅*

Proceedings of 2005 Particle Accelerator Conference (PAC '05) (CD-ROM), p.299 - 301, 2005/00

J-PARC(Japan Proton Accelerator Research Complex)ラピッドサイクリングシンクロトロンのためのビーム診断システムの開発を報告する。システムは、ビーム位置モニター(BPM),ビーム損失モニター(BLM),電流モニター(DCCT, SCT, MCT, FCT, WCM),チューンメーターシステム,324MHz-BPM,プロファイルモニター,ハローモニターからなる。BPMの電極は、静電タイプで、信号処理回路は、COD測定も、1周ごとの測定も可能となるようデザインした。5つのビーム電流モニターは、異なった時定数を持ち、全体で幅広い周波数帯域をカバーする。チューンメーターは、RFKOと信号ピックアップ電極で構成される。2種類のプロファイルモニターは、低強度のチューニングのためのマルチワイヤーモニターと非破壊の残留ガスモニターがある。

論文

J-PARC用リニアックSDTL部ビーム位置モニターの設計

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。

論文

J-PARC LINAC用ビーム位置検出器の較正

佐藤 進; 富澤 哲男; 廣木 文雄; Lee, S.*; 五十嵐 前衛*; 池上 雅紀*; 上野 彰; 近藤 恭弘; 長谷川 和男; 外山 毅*; et al.

Proceedings of 1st Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 29th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.467 - 469, 2004/08

J-PARC LINACではビーム位置検出器(BPM)として、ビーム輸送用チェンバー上にストリップ型ピックアップ電極(50$$Omega$$)を設置した構造を用いる。較正は(1)(ビーム模擬用に加速周波数324MHzを印加した)ワイヤによる設置前スキャン,(2)ビームを用いた設置後スキャン(BBC)の2段階である。電極形状設計とともに、既に初歩的な結果を得ているBBCを含め、ビーム位置測定の系統的較正について報告する。

論文

J-PARCリニアック用ビームモニター

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。

論文

可視遷移放射光による電子ビームの空間分布と時間分布の測定

酒井 卓郎; 岩瀬 康弘*; 山本 幸伍*; 磯山 悟朗*; 奥田 修一*; 大熊 重三*; 西村 榮一*; 佐伯 清*; 小林 明*; 冨増 多喜夫*

Proc. of the 20th Linear Accelerator Meeting in Japan, 0, p.239 - 241, 1995/00

電子加速器で加速されたビームのマイクロパルスの構造を知ることは、加速器内で実際に起っている物理現象を知る上で重要である。しかしながらこのような高速現象を知る手段は限られており、同時に複数のパラメーターを測定することは難しかった。今回、28MeVの電子ビームが鏡面を通過する際に放出される遷移放射の可視部をTVカメラに取り付けた高速時間ゲートイメージインテンシファイヤーを用いて検出して、電子ビームの空間分布とその時間変化をマクロパルス内において測定した。また、45°偏向後のエネルギー分散の生じる場所での測定を行い、マクロパルス内におけるビームのエネルギー変化に関する情報を得ることに成功した。

報告書

放射線の空間分布計測手法に関する研究(2)

not registered

PNC-TJ1607 94-002, 60 Pages, 1994/03

PNC-TJ1607-94-002.pdf:2.52MB

大強度加速器放射線場におけるドシメトリーで重要となる広域かつ挟あい・複雑空間における線量率分布測定に対して、プラスチックシンチレーションファイバーを用いた新しい放射線空間分布センシング手法の開発と適用性を評価した。特に、中性子空間線量率分布の測定性能とノーマルファイバーを接続した長距離測定仕様における位置検出特性について実験的評価を行い、基本的な技術の確立と性能確認を行うとともに、従来の中性子やガンマ線サーベイメータで空間線量率マッピングを行うこととほとんど遜色のない結果が、極めて効率的に得られることを実証した。また、本手法を加速器ビーム損失モニターとしても活かすため、対になって測定されるべき加速器ビーム特性のモニター法についても検討を加えた。特に、我々のグループが開発している電子線形加速器用のビームモニタリング手法の中で、非破壊型かつ簡便であるという観点から、空気中または真空中で使用する多線式ビームプロファイルモニター及び同軸ケーブル用コネクターを用いたビームバンチ・ポジションモニターの有用性を示した。

論文

Synchrotron of SPring-8

米原 博人; 鈴木 寛光; 青木 毅; 米山 勝治*; 上山 泰男*; 佐々木 泰*; 永淵 照康*; 林 壮一郎*; 横溝 英明

Proc. of the 1993 Particle Accelerator Conf., 0, p.2039 - 2041, 1993/00

SPring-8(大型放射光施設)のシンクロトロンの仕様およびレイアウトが決定した。本シンクロトロンは、電子および陽電子をリナックから1GeVで入射し、8GeVまで加速した後、ストレージリングへ入射するものである。繰り返し周期は、1Hzで、軸上の一回転入射方式を採用している。これまでに全ての研究開発が終了し、成果を得ている。例えば、高周波加速空洞では、250kWの入力電力が可能であることが確認され、キッカー電磁石においては、100nsec以下の立ち上がり時間が達成された。シンクロトロンのマシンの製作は1993年より開始し、1997年には完成する予定である。本論文では、シンクロトロンの性能および各機器の仕様の中で、主にラティス、入出射方式、マグネット、真空システム、高周波加速システム、ビームモニタ、ビーム輸送系およびタイミングシステムについて記述する。

報告書

JT-60 NBI原型ユニット用多チャンネル型光ビームモニタの試験結果

河合 視己人; 秋場 真人

JAERI-M 82-209, 18 Pages, 1982/12

JAERI-M-82-209.pdf:0.89MB

JT-60NBI原型ユニット用の多チャンネル型光ビームモニタの試験を行った。イオン源の角度調整量にして$$pm$$0.06$$^{circ}$$以内(水平軸)の精度でビーム中心軸の検出が可能で、また、フィラメン卜発光分などのバックグランド光の影響は狭帯域フィルターの設置により除去可能であった。これらのことにより、多チャンネル型光ビームモニタは、JT-60NBIのビーム中心軸の検出器としても実用可能なことがわかった。

報告書

多チャンネル光ビームモニタの試作

河合 視己人; 大賀 徳道; 奥村 義和; 柴田 猛順

JAERI-M 8778, 14 Pages, 1980/03

JAERI-M-8778.pdf:0.69MB

強い中性水素ビームの中心軸の検出のための多チャンネル光ビームモニタを試作した。100ms以下の短時間内にビームプロファイルが再現性良く測定でき、中心軸検出が可能であるとわかった。

報告書

A Calorimetric Measurement of Absorbed Dose in the Irradiation with Electron or Photon Beams from a 600MeV Electron Accelerator

館盛 勝一

JAERI-M 7534, 10 Pages, 1978/02

JAERI-M-7534.pdf:0.4MB

超プルトニウム元素等の分離に用いる抽出剤di(2-ethyl-hexyl)phosphoric acid(DEHPA)の放射線分解を調べる研究の一環として、60MeV電子線および制動X線による照射実験を行った。その場合、試料の吸収線量を測定するために熱量計を利用した。すなわち、線量率既知の$$gamma$$線により予め補正した熱量計を、60MeV電子加速器の試料照射位置に置き、ビーム位置モニターでビーム電流を測定しながら熱量計の応答を記録した。得られたビーム電流と試料の吸収線量との検量線を用いれば、ビーム位置モニターのみで照射試料の吸収線量を推定することができる。DEHPAと同時に水も照射して両者の結果を比較したが、60MeV電子線あるいはX腺照射では、吸収線量に差は認められなかった。

口頭

An Experimental test of a beam monitoring method by measuring low energy photons using a gamma camera

山口 充孝; 長尾 悠人; 齋藤 勇一; 河地 有木; 藤巻 秀; 山本 誠一*; 小森 雅孝*; 歳藤 利行*

no journal, , 

粒子線がん治療の信頼性向上のため、人体から放出される制動輻射(約65keV)を用いた粒子線到達深さリアルタイムモニタリング手法を開発している。既に炭素線において実現可能であることを示した本手法を、スリットを用いた測定装置に替わり、広い視野範囲(約40$$times$$40cm)を持つピンホール型ガンマカメラを利用して、より広く治療に用いられている陽子線に適用を図った。この初段階として、到達深さモニタリングにおける課題を実試験により調べた。その結果、炭素線の場合とは異なり測定信号に影響を与えるバックグラウンドイベントの削減が必要であることが分かった。今後、その測定信号を高感度で検知できるように検出素子及びピンホールコリメータ形状を改善する。

口頭

シミュレーションで考慮されていない低エネルギー光子

菅井 裕之*; 山口 充孝; 長尾 悠人; 平野 祥之*; 酒井 真理*

no journal, , 

重粒子線治療時の被ばく線量の評価は、一般的にモンテカルロ法を用いたシミュレーションコードのGEANT4で行われている。被ばくに寄与する放射線には原子核反応による放射線及び制動放射がある。GEANT4では、複数ある制動放射の成分のうち原子核及び二次電子による発生過程をシミュレーションするが、この2成分のみでの線量計算の妥当性は検証されていない。そこで、その妥当性を検証するため、炭素線が水に入射した時に発生する制動放射発生量の実測値と計算値を比較した。その結果、計算値の方が大幅に小さく、準自由電子及び原子制動放射等のGEANT4で考慮されていない低エネルギー成分の被ばく線量への寄与が示唆された。

口頭

Detection of a gap across a particle-beam track by measuring 63-68 keV photons

山口 充孝; 長尾 悠人; 河地 有木; 藤巻 秀; 神谷 富裕; 鳥飼 幸太*; 島田 博文*; 菅井 裕之*; 酒井 真理*; 荒川 和夫*; et al.

no journal, , 

重粒子線治療中に炭素ビームの軌道上の生体組織内で局所的密度減少が生じた場合、この影響でブラッグピークの位置がシフトすることで、誤照射の発生が懸念されている。この密度減少を照射中に確認できれば、誤照射の影響を軽減する対策が立てられる。そこで、2次電子による制動輻射のうちの検出効率が高い低エネルギー光子(63-68keV)の測定による密度減少箇所を特定する方法を開発している。本研究では実験によりこの方法の有効性を評価するために、中央に長さ1cmの空気領域を持つアクリルブロックに治療で使用される290MeV/uの炭素ビームを入射させ、ビーム軸に対して垂直に放出される光子発生量の位置依存性を測定した。光子の検出には、鉛製コリメータ(幅2.4mmの厚さ100mm)を挟んでアクリルブロックの側方に設置したCdTe半導体検出器を用いた。検出器及びコリメータは、ビーム軸に沿って間隙位置を中心に2mm間隔で移動させた。測定の結果、検出位置が間隙位置と一致した時に測定光子数が最少になり、この変化から間隙位置を計測可能であることが分かった。これにより、低エネルギー光子の測定による局所的密度減少の検出が可能性であることを示すことができた。

口頭

低エネルギー光子測定による治療用炭素ビーム軌道上の空洞検出のシミュレーションによる評価

山口 充孝; 長尾 悠人; 菅井 裕之*; 酒井 真理*; 河地 有木; 佐藤 隆博; 神谷 富裕; 藤巻 秀; 荒川 和夫*; 鳴海 一雅

no journal, , 

炭素線治療においてビーム軌道上の空洞の発生はブラッグピークのシフトによる誤照射の原因となり、その発生を照射中に検出できれば、誤照射の影響を軽減する対策を講じることが可能となる。今回、人体を模したアクリル製ターゲット中の空洞を、検出視野が広く短時間測定に有利なマルチスリット型ガンマカメラで検出できるかどうかを、PHITSコードを用いたモンテカルロシミュレーションで次のように評価した。計算条件として(1)中心に半径2.5mm、長さ10mmの円柱形の空気空洞をもつ、半径50mm、長さ100mmの円柱形アクリルターゲットに、(2)入射エネルギー290MeV/uの炭素12ビームを、ビーム軸がターゲット及び空気空洞の回転中心軸と一致するよう入射させた。(3)放出光子測定のため、マルチスリット型コリメータ(鉛製)と検出器(テルル化カドミウム製)からなるガンマカメラを配置し、炭素ビームを照射した際にビーム軸に対し垂直方向に放出される光子を算出した。その結果、空洞の存在する領域と存在しない領域とで検出器へ到達する63-68keVの光子数に明らかな差があり、ビーム軌道上の空洞が十分検出可能であることが示された。

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