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論文

Current status of pulsed spallation neutron source of J-PARC

高田 弘

JAEA-Conf 2017-001, p.51 - 56, 2018/01

大強度陽子加速器施設(J-PARC)のパルス核破砕中性子源は、エネルギー3GeV、繰り返し25Hz、ビーム強度1MWの陽子ビームで生成した中性子ビームを中性子実験装置で利用し、物質科学の多様な先端的研究を推進することを目的としている。2015年には、1MW相当の陽子ビームパルスを初めて入射し、また、利用運転のビーム強度を500kWに上げた。この中性子源の減速材システムは最適化設計により、(1)濃度100%のパラ水素を使用して高いピーク強度かつ幅の狭いパルス中性子ビームをつくる、(2)直径14cm、長さ12cmの円筒形状を採用し、高強度の中性子を50.8$$^{circ}$$の広角度範囲に取り出すことができる、(3)Ag-In-Cd合金による中性子吸収材を使用し、幅が狭く減衰の早いパルス中性子が得られる。これにより、世界最高強度のパルス中性子ビームを供給する性能を有している。現在、1MWで年間に5000時間の運転を行うという目標に向けて、水銀標的容器前部で生じるキャビテーション損傷を、微小気泡を注入して抑制する技術開発を実施中である。また、2015年に500kWのビーム強度で運転中、水銀標的の水冷保護容器が2回不具合を起こしたため、標的容器構造の設計改良に取り組んでいる。

論文

Evaluation of the 3-Gev proton beam profile at the spallation target of the JSNS

明午 伸一郎; 野田 文章*; 石倉 修一*; 二川 正敏; 坂元 眞一; 池田 裕二郎

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 562(2), p.569 - 572, 2006/06

 被引用回数:15 パーセンタイル:73.49(Instruments & Instrumentation)

JSNSでは3GeV陽子ビームが早い繰り返しのシンクロトロン(RCS)から水銀の核破砕中性子ターゲットに輸送される。水銀ターゲット容器におけるピッティングによる損傷を減らすためには、陽子ビームの電流密度のピークを下げることが最も効果的である。本研究では、第一ステップとしてターゲットでのビームプロファイルを評価した。ビームプロファイルはRCS出口の位相空間で決定される。位相空間における分布は、空間電荷効果を考慮したSIMPSONSコードにより計算した。実空間における、プロファイル分布はベータトロン振幅の行列変換により導出した。RCSにビームを入射する場合において、コリレーテッドペインティングよりもアンタイコリレーテッドを用いることによりピーク電流密度が減ることがわかった。

論文

J-PARCの1MWパルス中性子源の概要

池田 裕二郎

波紋, 15(1), p.6 - 9, 2005/01

J-PARCプロジェクトにおける1MWパルス中性子源について、中性子源の中心部分を構成する主要機器の概念構築根拠を明らかにしながらその設計の現状をまとめた。また、特集号として同時に掲載される核破砕反応,モデレータニュートロニクス,モデレータ技術,放射線遮蔽に関する導入的な概要を説明した。

報告書

大強度陽子加速器施設(J-PARC)3GeV陽子ビーム輸送施設(3NBT)技術設計書

坂元 眞一; 明午 伸一郎; 今野 力; 甲斐 哲也; 春日井 好己; 原田 正英; 藤森 寛*; 金子 直勝*; 武藤 豪*; 小野 武博*; et al.

JAERI-Tech 2004-020, 332 Pages, 2004/03

JAERI-Tech-2004-020.pdf:17.93MB

日本原子力研究所と高エネルギー加速器研究機構が共同で建設する大強度陽子加速器施設(J-PARC)には、中性子ビーム及びミューオンビームを用いて、おもに物質科学,生命科学の研究が繰り広げられる物質・生命科学実験施設が建設される。この実験施設では、3GeVシンクロトロンで加速された大強度陽子ビームにより、中性子,ミューオンを生成する。3GeVシンクロトロンから物質・生命科学実験施設までの陽子ビームを効率よく輸送し、中性子生成標的,ミューオン標的へ的確にビーム照射を行う陽子ビーム輸送施設(3NBT)の設計全体をまとめる。

報告書

大強度陽子加速器プロジェクト物質・生命科学実験施設機器技術設計書

物質・生命科学実験施設建設チーム

JAERI-Tech 2004-001, 1171 Pages, 2004/03

JAERI-Tech-2004-001-Part1.pdf:80.84MB
JAERI-Tech-2004-001-Part2.pdf:43.14MB

本報告書は、大強度陽子加速器計画(J-PARC)の物質生命科学実験施設(MLF)の機器製作の概念及び基本設計にかかわる平成14年度までの検討成果を技術設計書としてまとめたものである。第1章は、計画書に当たる建設の目的,目標,スケジュール,予算,体制についてまとめた。第2章以下に技術設計書に当たる、個々の機器の基本設計方針と検討内容を記述した。プロジェクトは日々新たな展開を見せ、本設計書段階からは相当詳細化され、あるいは、部分は変更されて製作設計として既に最終的な形として収束している機器もある。それらは、詳細技術設計書として近い将来、続報として報告する。

論文

Propulsive Impulse Measurement of a Microwave-Boosted Vehicle in the Atmosphere

中川 樹生*; 三原 与周*; 小紫 公也*; 高橋 幸司; 坂本 慶司; 今井 剛

Journal of Spacecraft and Rockets, 41(1), p.151 - 153, 2004/02

 被引用回数:37 パーセンタイル:89.21(Engineering, Aerospace)

マイクロ波推進機のモデルを製作し、110GHzジャイロトロンから出力される110GHz, 1MWのマイクロ波を用いて打ち上げ実験を行い、打ち上げ時の力積を測定した。マイクロ波(RF)を推進機のパラボラ形状のノズルに入射すると、フォーカス点付近でプラズマが生成、そしてマイクロ波により加熱される。その時、衝撃波が発生し、その衝撃力により推進機を押し上げるというのが打ち上げのメカニズムである。今回の実験における衝撃力の打ち上げエネルギーへの結合係数は395N/MWで、これはレーザー推進機と同レベルである。実験でのRFのパルス幅は0.175msecで、今のところ結合係数はそのパルス幅の長さで制限されており、パルス幅をより短くすることで、結合係数が増加する可能性がある。

論文

1MW pulse spallation neutron source (JSNS) under the high intensity proton accelerator project

池田 裕二郎

Proceedings of ICANS-XVI, Volume 1, p.13 - 24, 2003/07

原研とKEKが共同で進めている大強度陽子加速器プロジェクト(J-PARC)の、物質・生命科学実験施設の中心施設となる1MWパルス核破砕中性子源施設(JSNS)の建設の現状,主要機器の設計,今後のスケジュール等概観する。

論文

Target station design of 1 MW spallation neutron source at the high intensity proton accelerator facilities J-PARC

高田 弘; 前川 藤夫; 本村 士郎*; 吉田 勝彦*; 寺奥 拓史*; 明午 伸一郎; 坂井 昭夫*; 春日井 好己; 兼近 修二*; 大竹 秀範*; et al.

Proceedings of ICANS-XVI, Volume 3, p.1115 - 1125, 2003/07

大強度陽子加速器計画で建設する1MW核破砕中性子源はヘリウムベッセル,ベッセルサポートシリンダ,遮蔽ブロック,23本の中性子ビームライン,陽子ビーム窓等の機器で構成される。機器はライナーの内側に配置され、ヘリウムベッセルを中心とし、その周囲を中性子ビームシャッターを含む鉄鋼製の遮蔽で取り囲む。鉄遮蔽の外周には重コンクリートを配置し、その外表面の線量率が12.5$$mu$$Sv/hを超えないことを設計条件とした。ライナーの外形は直径9.8mであり、重コンの厚さは2.2-2.7mである。ライナー内は遮蔽体の除熱とNOxガスの発生抑制のため乾燥空気を循環させる。このようなステーション構造の概要と機器構造の各論、例えば中性子ビームシャッターは2本ロッド懸垂方式の直方体状で、その一部にガイド管等を装着したダクトを挿入できる構造であること、について報告する。

論文

1MW級ジャイロトロンを用いたマイクロ波推進の飛行試験

小田 靖久*; 中川 樹生*; 松井 信*; 小紫 公也*; 高橋 幸司; 坂本 慶司; 今井 剛

第47回宇宙科学技術連合講演会講演集 (CD-ROM), p.1067 - 1069, 2003/00

近年、低コスト打ち上げシステムへの要求がますます高まっており、外部からエネルギーを供給するビーミング推進機はその有力な候補の一つである。中でもパルスビームにより大気をプラズマ化し、生じた衝撃波により推力を得る大気吸込型パルスビーミング推進は盛んに研究されている。本研究ではパルスビーム源として100GHz帯1MW出力ジャイロトロンから出力されるマイクロ波を用い、アルミ製パラボラ型模型機の飛行試験を行い、初速度,最高到達高度から力積及び運動量結合係数(Cm値)を求めた。その結果、マイクロ波パワー及びパルス幅がそれぞれ730kW, 0.1msecのときCm値は440N/MWとなり、これまでに報告されているパラボラ集光型レーザー推進機の250N/MWを超えている。

論文

マイクロ波推進機の基礎実験

松井 信*; 三原 与周*; 中川 樹生*; 森 浩一*; 小紫 公也*; 高橋 幸司; 坂本 慶司; 今井 剛

宇宙輸送シンポジウム(平成14年度)講演集, p.300 - 303, 2003/00

100GHz帯1MW級マイクロ波を用いたパルス型マイクロ波推進機の運動量結合係数Cmをロードセル測定、及びフライト試験により測定した。ロードセル測定,フライト試験ではそれぞれ最大でCm=28, 130N/MWが得られた。この違いはプラズマ着火過程,周波数の違いによるものだと考えられ、パルス幅,推進機形状を改良することでさらに高いCmが得られると考えられる。

論文

A Study on 3-GeV proton beam transport line for JSNS

明午 伸一郎; 原田 正英; 今野 力; 池田 裕二郎; 渡辺 昇; 坂元 眞一*; 武藤 豪*; 三宅 康博*; 西山 樟生*; 下村 浩一郎*; et al.

JAERI-Conf 2001-002, p.314 - 324, 2001/03

原研・KEK大強度加速器統合計画における中性子散乱実験値施設における3GeV陽子ビーム輸送ラインについて検討を行った。これらのターゲットの配置案では、一つのビームを有効的に共有できる「串刺しターゲット」になっている。3GeV陽子ビームは、中間子実験用の炭素標的を通過した後に水素ターゲットに入射する。ビームオプティクス及びピームスピルの計算は、TRANSPORT及びDECAY-TURTLEコードを用いて行った。TRANSPORTコードを用いて、ビームライン構造について検討を行い、全長70mの候補とするビームラインを得た。さらにDECAY-TURTLEを用いて、上記のビームラインにおける、ビーム形状及びビームスピルの計算を行った。この結果ビームスピルは目標とする10%以下にできることがわかった。また、中性子ターゲットにおけるビーム形状も目標とする横13cm,縦5cmの一様にできることがわかった。

論文

Lattice design of 3GeV synchrotron for JAERI-KEK joint project

野田 文章*; 統合計画チーム

JAERI-Conf 2001-002, p.274 - 284, 2001/03

JAERIとKEKは3GeVシンクロトロンの設計を行っている。このリングは周長313.5mで、400MeVから3GeVまで陽子を加速する。最大出力は25Hz運転で1MWである。出射ビームは3GeVビームユーザーならびに50GeVリングへ供給する。このリングは基本セル構造DOFOで3回対称構造を有する。アーク部はミッシングベンドを有し、$$gamma_{t}$$を調整している。直線部は入射・コリメーション効率を考慮しディスパージョンフリーとしている。入射時には空間電荷力緩和のためペインティングにより144$$pi$$mmmradまでエミッタンスを広げる。これに対してコリメータ・フィジカルアパーチャは、216$$pi$$, 324$$pi$$mmmradとしている。また運動量方向のアクセプタンスは$$pm$$1%である。出射ラインのアパーチャは出射ビームの規格化エミッタンス54$$pi$$mmmradに対して216$$pi$$mmmradとしている。

論文

1MW超伝導リニアックと高出力電子銃

峰原 英介

JAERI-Conf 2000-019, p.115 - 116, 2001/02

自由電子レーザー等の駆動源として開発されてきた高出力超伝導リニアックは、現在100kW級のビーム出力を定常的に出せる。これをエネルギー回収せずに1桁あげることを目標に1MW小型超伝導リニアックと高出力電子銃の検討を行った。超伝導リニアックは5~10MeVの小型超伝導リニアックの0.2Aから0.01Aの高出力電子銃設計と考察に関する報告である。

論文

High power operation of Gaussian beam gyrotron with CVD diamond window for JT-60U

春日井 敦; 高橋 幸司; 坂本 慶司; 假家 強*; 満仲 義加*; 池田 幸治; 池田 佳隆; 恒岡 まさき; 今井 剛

Proc. of 13th Topical Conf. on Applications of Radio Frequency Power to Plasmas, p.449 - 452, 1999/00

ITER R&Dで得られた技術をもとに、JT-60Uでの電子サイクロトロン加熱/電流駆動のための、周波数110GHz、ダイヤモンド窓搭載ガウシアンビーム出力ジャイロトロンを試作した。ダイヤモンド窓の優れた性質のため大電力で長パルスの動作が可能である。このジャイロトロンの目標値は、1MWで10秒の動作であるが、これまでにガウスビーム出力で1.1MW、0.1秒、効率40%(エネルギー回収時)の動作が得られた。ガウスビーム出力のため、HE11モードへの高い結合効率94%が得られ、さらに偏波器を含む8個のマイターベンドで構成された内径1.25インチ、距離40mの伝送系で、計算値とほぼ一致する89%の伝送効率を達成することができた。

論文

Cold test of gyrotron output ware-beam splitter and combiner

満仲 義加*; 平田 洋介*; 林 健一*; 伊藤 保之*; 坂本 慶司; 春日井 敦; 高橋 幸司; 今井 剛

22nd International Conference on Infrared and Millimeter Waves Conference Digest, p.19 - 20, 1997/00

1MWジャイロトロンの出力窓熱負荷を低減するため、出力ミリ波を管内で分割し、複数の出力窓を通して出力後、管外で一つに合成してコルゲート導波管に結合させるジャイロトロン出力波分離/結合器を試作しその低電力試験を行った。初期モードは110GHzのTE22,6モードで、これをモード発生器で生成した後、導波管型モード変換器に入射し、位相補正ミラー系に入射し、これにより電磁ビームを出力窓位置で2分割する。その後、再び位相補正ミラーを用い、2つのビームを1つに結合させ、コルゲート導波管に入射させる。出力窓相当位置及びコルゲート導波管結合位置でのミリ波電力分布をx-yスキャナを用いて測定したところ、計算と良く一致することを確認した。

論文

Improvement of 1 MW long-pulse klystron for fusion application

前原 直; 恒岡 まさき; 横倉 賢治; 本田 正男; 沢畠 正之; 坂本 慶司; 関 正美; 池田 佳隆; 三宅 節雄*

Plasma Devices and Operations, 1(2), p.141 - 154, 1991/10

1MWクライストロン電子銃部における経年変化による耐電圧劣化を抑制するために、電子銃部の改良を行った。改良点は、各電極間の寸法をさらに最適化することにより、各電極表面の電界強度を軽減することと、無コーティングのカソードからイリジウムをコーティングしたカソードに交換することにより、カソードからのバリウム蒸発量を抑制することである。改良の結果、クライストロンの最大ビーム電圧が、84kVから94kVまで印加することが可能となり、周波数2.17GHzにおいて、今までの最大高周波出力1MW、10secから1.4MW、10secの安定な高出力化を達成した。さらにJT-60LHRFシステムでの約200日間の動作試験において、耐電圧劣化による保護インターロックの動作回数が、改良前のクライストロンに比べて10%以下となり、改善されていることが確認された。

論文

The JT-60 radio-frequency heating system; Description and R&D results

永島 孝; 上原 和也; 木村 晴行; 今井 剛; 藤井 常幸; 坂本 慶司; 池田 佳隆; 三枝 幹雄; 鈴木 紀男; 本田 正男; et al.

Fusion Engineering and Design, 5, p.101 - 115, 1987/00

 被引用回数:23 パーセンタイル:88.38(Nuclear Science & Technology)

JT-60高周波加熱装置の概要と特色が記述されている。3ユニットの低域混成波帯(LHRF)加熱装置と1ユニットのイオン・サイクロトロン波帯(ICRF)加熱装置とから構成される。LHRFは、2GHzで24MWの発振器出力、ICRFは、120MHzで6MWの発振器出力を有する。パルス幅は、ともに10秒である。建設前に行った結合系に関する試験、1MW級、2GHzの大電力カクライストロンの開発についても述べる。

口頭

J-PARC; The Path to 1 MW at J-PARC, including 400 MeV linac improvement, RCS improvements, and front-end upgrades

山本 風海

no journal, , 

Japan Proton Accelerator Research Complex(J-PARC)の加速器施設は2008年5月から中性子実験にビームを供給している。加速器施設はリニアック、早い繰り返しのシンクロトロン(RCS)、主リングで構成されている。RCSの設計入射エネルギーは400MeVだが、予算の都合により181MeVのエネルギーで運転が開始された。新たな加速空洞は2013年の夏季メンテナンス期間に据え付けられ、物質生命科学実験施設(MLF)へ向けた入射エネルギー400MeVでの運転は2014年の2月から開始された。新たな入射エネルギーでのビーム調整の結果、ビームロスを許容範囲内に抑える事に成功し、300kW出力での連続運転条件を確立した。ここでは、これまでの加速器の状況と今後の見通しについて報告する。

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