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論文

Measurement of H$$^{0}$$ particles generated by residual gas stripping in the Japan Proton Accelerator Research Complex linac

田村 潤; 二ツ川 健太*; 近藤 恭弘; Liu, Y.*; 宮尾 智章*; 森下 卓俊; 根本 康雄*; 岡部 晃大; 吉本 政弘

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 1049, p.168033_1 - 168033_7, 2023/04

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.02(Instruments & Instrumentation)

J-PARCリニアックは、ビーム損失が重要な課題となる大強度加速器である。J-PARCリニアックでは、H$$^{-}$$ビームが機能分離型ドリフトチューブリニアック(SDTL)で191MeVまで加速され、その後、環結合構造型加速管(ACS)で400MeVまで加速される。H$$^{-}$$リニアックでは陽子リニアックよりもビーム損失の要因事象が多いため、ビーム損失低減のためにはビーム損失の原因を詳しく調べることが必須である。制御不能なH$$^{0}$$粒子を生成する電子ストリッピング現象は、H$$^{-}$$リニアックに特有なビーム損失要因である。J-PARCリニアックにおけるビーム損失の原因を明らかにするため、SDTLとACSの間のビーム輸送部に新しいビーム診断系を設置した。ここでは、H$$^{0}$$粒子をH$$^{-}$$ビームから分離し、H$$^{0}$$粒子が分布する範囲にグラファイト板を挿入してH$$^{0}$$粒子の強度プロファイルを測定することに成功した。ビームライン真空圧力の違いによるH$$^{0}$$粒子の強度変化を調べることで、SDTLセクションのH$$^{0}$$粒子の半分は、J-PARCリニアックの残留ガスストリッピングによって生成されていることを明らかにした。

論文

Investigation of random beam trips in a linear accelerator at the Japan Proton Accelerator Research Complex for the development of an accelerator-driven nuclear transmutation system

武井 早憲

Journal of Nuclear Science and Technology, 14 Pages, 2023/00

陽子線形加速器では、機器の故障、高周波による放電などにより、陽子ビームが不意に供給できないことが知られている。このビームトリップ事象はランダムに発生しているのだろうか?従来、ビームトリップ事象はランダムに発生していると暗黙的に仮定していた。今回、加速器駆動核変換システムにおける超伝導線型加速器で生じるビームトリップ頻度を推測するため、J-PARCリニアックにおけるビームトリップ事象がランダムに発生しているかどうかを検討した。すなわち、まずJ-PARCリニアックを5つのサブシステムに分類した。そして、信頼性工学の一つの方法であるカプラン・マイヤー推定法を用いて、各サブシステムにおける運転時間の信頼度関数を求めた。この信頼度関数より、ビームトリップ事象のランダムさを調べた。5つのサブシステムにおける5年間の運転データを解析したところ、いくつかのサブシステムではビームトリップ事象がランダムに発生していることを示していた。しかし、陽子リニアックの主要なサブシステムであるイオン源と加速空洞を含む、多くのサブシステムでビームトリップ事象がランダムに発生していなかった。

報告書

平成30年度研究開発・評価報告書 評価課題「J-PARCに関する研究開発」(中間評価)

J-PARCセンター

JAEA-Evaluation 2019-003, 52 Pages, 2019/06

JAEA-Evaluation-2019-003.pdf:6.61MB

日本原子力研究開発機構(以下、「原子力機構」という)は、「国の研究開発評価に関する大綱的指針」(平成28年12月21日内閣総理大臣決定)及びこの大綱的指針を受けて作成された「文部科学省における研究及び開発に関する評価指針」(平成29年4月1日文部科学大臣決定)、並びに原子力機構の「研究開発課題評価実施規程」(平成17年10月1日制定)等に基づき、平成31年3月1日に第3期中長期計画に対する中間評価をJ-PARC研究開発・評価委員会に諮問した。これを受けて、J-PARC研究開発・評価委員会は、委員会において定められた評価方法に従い、原子力機構から提出されたJ-PARC研究開発の実施に関する説明資料の検討及びJ-PARCセンター長並びにディビジョン長による口頭発表と質疑応答を実施した。本報告書は、J-PARC研究開発・評価委員会より提出された中間評価の内容をまとめるとともに、「評価結果(答申書)」を添付したものである。

論文

Approaches to high power operation of J-PARC accelerator

小栗 英知

Proceedings of 29th International Linear Accelerator Conference (LINAC 2018) (Internet), p.29 - 34, 2019/01

The J-PARC linac started beam operation with an energy of 181 MeV in 2006. To realize the nominal performance of 1 MW at a 3 GeV Rapid Cycling Synchrotron (RCS) and 0.75 MW at a Main Ring synchrotron (MR), the linac beam energy was increased to 400 MeV and the beam current was also increased from 30 to 50 mA. After the upgrade, the RCS demonstrated 1 MW equivalent beam operation and currently operates 500 kW for the Material and Life Science Facility. The MR beam power is increasing and becomes about 490 kW beam to the Neutrino Facility and about 51 kW at the Hadron Experimental. At present, we are considering two further upgrade plans increasing the RCS beam power to 1.5 MW and doubling the linac repetition rate to 50 Hz for a Transmutation Experimental Facility. To achieve 1.5 MW from the RCS, it is necessary to increase both the beam current and the pulse length about 20% at the linac.

論文

Performance and status of the J-PARC accelerators

長谷川 和男; 林 直樹; 小栗 英知; 山本 風海; 金正 倫計; 山崎 良雄; 内藤 富士雄; 小関 忠; 山本 昇; 吉井 正人

Proceedings of 9th International Particle Accelerator Conference (IPAC '18) (Internet), p.1038 - 1040, 2018/06

The J-PARC is a high intensity proton facility and the accelerator consists of a 400 MeV linac, a 3 GeV Rapid Cycling Synchrotron (RCS) and a 30 GeV Main Ring Synchrotron (MR). Regarding 3 GeV beam from the RCS, we delivered it at 150 kW in June 2017 to the materials and life science experimental facility (MLF), for the neutron and muon users. After the replacement of a target, we increased a power up to 500 kW. The beam powers for the neutrino experiment at 30 GeV was 420 kW in May 2016, but increased to 490 kW in April 2018. For the hadron experimental facility which uses a slow beam extraction mode at 30 GeV, we delivered beam at a power of 37 kW, after the recovery from a trouble at an electro static septum in June 2017. But we increased a power to 50 kW in January 2018. We have experienced many failures and troubles to impede full potential and high availability. In this report, operational performance and status of the J-PARC accelerators are presented.

論文

Commissioning the 400-MeV linac at J-PARC and high intensity operation of the J-PARC RCS

發知 英明; J-PARC Beam Commissioning Team

Proceedings of 5th International Particle Accelerator Conference (IPAC '14) (Internet), p.899 - 903, 2014/07

2013年の夏のビーム停止期間中にJ-PARC Linacの出力エネルギーが181MeVから設計値である400MeVへ増強された。RCSは、このエネルギー増強された入射ビームを用いて550kW相当の大強度ビーム加速を0.5%以下という低いビーム損失で達成した。本論文では、400-MeV linacの現状を紹介するとともに、RCSで最近実施した大強度加速試験に関する実験結果を報告する。

論文

J-PARC and new era of science

大山 幸夫

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 562(2), p.548 - 552, 2006/06

 被引用回数:16 パーセンタイル:74.79(Instruments & Instrumentation)

日本原子力研究所(原研)と高エネルギー加速器研究機構(KEK)が共同で進めている大強度陽子加速器計画(J-PARC)が2001年4月に着手された。計画は原研の中性子科学計画とKEKの大型ハドロン計画を統合したものである。J-PARC加速器は400MeVリニアック, 3GeVの速い繰り返しのシンクロトロンと50GeVのシンクロトロンからなり、実験研究施設は物質生命科学実験施設, ハドロン実験施設, ニュートリノ施設及び核変換実験施設から構成される。第I期では核変換実験施設を除いて建設が進められている。加速器は2007年に200MeVのリニアックで運転を開始し、2008-2010の間に400MeVまで建設する。

論文

J-PARC ACS空洞開発の現状

青 寛幸; 上野 彰; 森下 卓俊; 長谷川 和男; 山崎 良成; 池上 雅紀*

Proceedings of 2nd Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 30th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.332 - 334, 2005/07

ACSモジュールの初号機は5セルのACSタンクが2台と5セルのブリッジ空洞で構成され、バンチャー空洞として用いる予定である。3台のRFチューナーがブリッジ空洞に取り付けられており、RFの微調整を行う。運転周波数972MHzに合わせるため、ロウ付け前に各ACSタンクをこの微調整範囲に収まるように調整した。調整手順はRF解析やコールドモデル測定から検討を行ってきた。本論文ではRF調整の結果と製作状況、及び関連する開発項目等について報告する。

論文

J-PARC DTL第3空洞の高周波特性試験

伊藤 崇; 浅野 博之*; 森下 卓俊; 加藤 隆夫*; 高崎 栄一*; 田中 宏和*; 吉野 一男*; 内藤 富士雄*

Proceedings of 2nd Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 30th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.242 - 244, 2005/07

日本原子力研究所と高エネルギー加速器研究機構(KEK)が共同で進めている大強度陽子加速器計画(J-PARC)では、3MeV$$sim$$50MeVまでのH$$^{-}$$イオンの加速に、ドリフトチューブリニアック(Drift Tube Linac:以下DTL)が用いられる。DTLは全3空洞から成り、それぞれの空洞は3台のユニットタンクを結合することで構成される。DTL第一空洞(DTL1)は、KEKにおいて組立て,設置、及び加速試験までが行われ、各種ビーム特性測定が行われた。また、DTL2及びDTL3は、組立て終了後、各空洞の電場分布調整・周波数調整等、RF特性試験を行った。チューナー及びポストカプラーの調整の結果、共振周波数323.914MHz,各セルの平均電場分布のばらつき$$pm$$0.8%以下という値を得た。

論文

R&D activities on accelerator-driven transmutation system in JAERI

大井川 宏之; 辻本 和文; 菊地 賢司; 倉田 有司; 佐々 敏信; 梅野 誠*; 斎藤 滋; 西原 健司; 水本 元治; 高野 秀機*; et al.

EUR-21227 (CD-ROM), p.483 - 493, 2005/00

原研では加速器駆動未臨界システム(ADS)を用いた核変換専用システムの研究開発を進めており、これまでに熱出力800MWの未臨界炉を提案してきた。ADSの成立性を検証することを目的に、原研ではシステムの概念設計を含めた多くの研究開発活動が進行中であるか計画中である。陽子加速器の分野では、超伝導LINACが開発されている。鉛ビスマス共晶合金(LBE)を用いた核破砕ターゲットに関しては、材料腐食,熱流動,ポロニウム挙動,材料照射損傷に関する研究が進捗中である。さらに、原研では、J-PARCプロジェクトの一環として、陽子ビームと核燃料を用いてADSの成立性を検証すること及びLBEを用いた核破砕ターゲットと関連する材料に関する技術を確立することを目的とした核変換実験施設の建設を計画している。

論文

RF tuning and fabrication status of the first module for J-PARC ACS

青 寛幸; 森下 卓俊; 上野 彰; 長谷川 和男; 山崎 良成; 池上 雅紀*; Paramonov, V.*

Proceedings of 2005 Particle Accelerator Conference (PAC '05) (CD-ROM), p.2684 - 2686, 2005/00

J-PARCリニアックは当初180MeVで運転を開始するが、近く400MeVへ21台のACSモジュールと、2台のACSバンチャー,デバンチャーを用いてアップグレードされる予定である。バンチャー初号機が製作中であり、次期バンチャー及び加速モジュールが2006年度末に向けて製作が予定されている。初号機は5セルタンクと5セルのブリッジ空洞からなる。3台のRFチューナーがブリッジに取り付けられRFの微調整を行う。運転周波数は972MHzであり、ロウ付け前の工場段階である程度調整しておく必要がある。この調整過程については電磁場解析やコールドモデル測定を行って検討を進めてきた。本論文ではこれらのRF調整の結果や製作の現状などについて報告する。

論文

Research activities for accelerator-driven transmutation system at JAERI

佐々 敏信

Progress in Nuclear Energy, 47(1-4), p.314 - 326, 2005/00

 被引用回数:15 パーセンタイル:70.02(Nuclear Science & Technology)

原研では、OMEGA計画の下で長寿命核種の核変換を行う加速器駆動システム(ADS)の研究開発を行っている。ADSに関する基礎特性を取得するため、原研-KEK共同のJ-PARC計画の枠組みの中で核変換実験施設の建設を予定している。また、ADSプラントの研究開発を(1)超伝導陽子LINAC,(2)鉛・ビスマスターゲット/冷却材技術、及び(3)未臨界炉心技術の3つの分野に分けて3年計画で進めている。このなかでは、クライオモジュール試作,鉛・ビスマスループによる熱流動試験,出力800MWの未臨界炉心設計を実施しているところである。本研究の一部は、革新的原子力システム公募事業の一環として文部科学省からの受託事業として実施している。

論文

KEKにおけるJ-PARC LINAC DTL1のビームコミッショニング

近藤 恭弘; 秋川 藤志; 穴見 昌三*; 浅野 博之*; 福井 佑治*; 五十嵐 前衛*; 池上 清*; 池上 雅紀*; 伊藤 崇; 川村 真人*; et al.

Proceedings of 1st Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 29th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.156 - 158, 2004/08

現在KEKにおいて、J-PARCリニアックのDTL1のビームコミッショニングが行われている。ピーク電流30mA,パルス幅20micro-sec,繰り返し12.5HzのビームをDTL1から透過率100%で引出し、設計値通りの19.7MeVに加速されていることを確認した。本発表では、DTL1のビームコミッショニングで現在までに得られている結果を発表する。

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

Research and development on accelerator-driven transmutation system at JAERI

佐々 敏信; 大井川 宏之; 辻本 和文; 西原 健司; 菊地 賢司; 倉田 有司; 斎藤 滋; 二川 正敏; 梅野 誠*; 大内 伸夫; et al.

Nuclear Engineering and Design, 230(1-3), p.209 - 222, 2004/05

 被引用回数:33 パーセンタイル:88.28(Nuclear Science & Technology)

原研では、マイナーアクチニドと長寿命核分裂生成物を核変換する加速器駆動システムの研究開発を進めている。システムは大強度陽子加速器,鉛・ビスマス核破砕ターゲット及び窒化物燃料を装荷した鉛・ビスマス冷却未臨界炉心から構成される。約2,500kgのマイナーアクチニドが未臨界炉心に装荷される。このシステムを熱出力800MWで運転することにより、年間250kgが核変換される。未臨界炉心を駆動するため、ビーム出力30MWの超伝導線形加速器を接続する。未臨界炉心設計,核破砕ターゲット技術,鉛・ビスマス利用技術,加速器開発及びマイナーアクチニド燃料開発などの多くの分野で研究開発が行われている。中でも、加速器駆動システムの成立性に関する研究や評価を行うため、核変換実験施設(TEF)が大強度陽子加速器計画の下で提案されている。

論文

Systematic calibration of beam position monitor in the high intensity proton accelerator (J-PARC) linac

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

Proceedings of 22nd International Linear Accelerator Conference (LINAC 2004), p.429 - 431, 2004/00

現在建設中のMWクラス大強度陽子加速器(J-PARC)においては、ビームロスを最小限に抑えることが必要である。これに伴い、数100マイクロメーター以下程度でビームの軌道の監視・制御が必要になる。加速初段はLINACを用いるが、ここでのビーム位置検出器はストリップライン型の電極(50オーム)を用いる。本論文ではLINACビーム位置検出器の系統的較正について報告する。

論文

Cold-model tests and fabrication status for J-PARC ACS

青 寛幸; 秋川 藤志; 上野 彰; 長谷川 和男; 山崎 良成; 池上 雅紀*; 野口 修一*; 林崎 規託*; Paramonov, V.*

Proceedings of 22nd International Linear Accelerator Conference (LINAC 2004), p.75 - 77, 2004/00

J-PARCリニアックは50keVイオン源,3MeV RFQ,50MeV DTL,181MeV SDTLで2006年9月のコミッショニングを目指している。ACS空洞はJ-PARCの高ベータ領域の空洞として最適な形状であり、400MeVへのアップグレードがコミッショニングの初期に予定されている。現在、SDTLからACS間のマッチングセクションでバンチャーとして使用される予定の、ACS型空洞初号機の製作を進めている。設計の詳細や調整手順を解析やコールドモデルテストを通して検討してきた。本論文では製作の現状とこれまでの結果について報告する。

論文

J-PARC リニアック立体回路システムの設計と調整

菅沼 和明; 穴見 昌三*; 久保田 親*; 千代 悦司; 山口 誠哉*

Proceedings of 28th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.78 - 80, 2003/08

J-PARC,リニアック高周波立体回路システムの設計と調整について報告する。汎用電磁場解析ソフトを使い立体回路素子の設計を行い、測定値と良く一致する結果が得られた。立体回路システムの調整では、加速空洞からの要求である、2つの入力結合器における電場の振幅と位相の誤差を$$pm$$1%,$$pm$$1$$^{circ}$$以内とするための調整方法について報告する。

論文

J-PARC用30mA-RFQのビーム実験結果とシミュレーションの比較

近藤 恭弘; 上野 彰*; 池上 雅紀*; 池上 清*

Proceedings of 28th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.69 - 71, 2003/08

J-PARCのリニアックでは、運転開始当初、JHF用に製作された設計ピーク・ビーム電流30mAのRFQを使用する。このRFQの立ち上げ、及び、ビーム実験をKEKにおいて行った。同時に開発されているセシウム不使用負水素イオン源の開発進展に伴い、RFQ加速ピーク・ビーム電流も増加し、ほぼ設計値に到達した。第一期RFQ運転(RFQ出口直後にビーム診系を設置したビーム実験)時10mA,第二期RFQ運転(後続のビーム輸送系MEBTの立ち上げ実験)時25mA,第三期RFQ運転(MEBT内ビーム・モニタ整備後のビーム実験)時29mAにそれぞれ到達した。本発表では、これらの入射条件の異なる各段階での透過率,エミッタンス測定などの実験データを示し、ビームシミュレーションとの比較,検討を行う。

論文

J-PARC ACS用ブリッジカプラの開発

青 寛幸; 秋川 藤志

Proceedings of 28th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.239 - 241, 2003/08

J-PARC用のACS(Annular Coupled Structure)型加速空洞のブリッジカプラの設計開発の状況について報告する。実機設計と平行して、1/2スケールの導波管と空洞の接続部の解析を行い、製作したモデルの測定値との比較を行った。

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