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論文

IFMIF/EVEDA RFQライナック用RFカプラーの耐電力試験

前原 直; 助川 圭一*; 只野 秀哉*; 春日井 敦; 鈴木 寛光; 阿部 和彦*; 奥 隆司*; 杉本 昌義

Proceedings of 12th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1140 - 1142, 2015/09

国際核融合中性子照射施設(IFMIF)加速器系の工学設計工学実証活動((EVEDA)では、重陽子イオンビーム125mAを9MeVまで定常運転で加速するためにInjector(100kV-140mA)、運転周波数175MHzを採用したRFQライナック(0.1-5.0MeV-130mA)と超伝導RFライナック(5.0MeV-9MeV-125mA)の開発を進めている。RFQライナックでは8つのRFインプットカプラーを用いて1.4MWレベルのRF電力入射が要求されている。このために6 1/8インチ同軸導波管をベースにループアンテナを採用した定常化RFカプラーの設計を行った。この設計ではループアンテナ内部、内部導体及び高周波窓に冷却チャンネルを設けて常水圧にて数kWレベルの熱除去を施した。試作したRFカプラーの耐電力試験ではHigh-Q load circuitを用いて定在波による耐電力試験を行い、等価的なRFパワー200kW-14秒のCW運転を実証した。この200kW-CW運転のためにはパルス幅1msec Duty 1/2において5日間のRFエージングよる脱ガスを行いカプラーの高周波窓やRFコンタクト部からのガス放出に問題無いことを実証した。本講演では、試作したRFインプットカプラーのHigh-Q load circuitを用いた耐電力試験について発表する。

論文

RFイオン源&RFQ III共同テストスタンドタイミングシステムの製作

澤邊 祐希; 伊藤 雄一; 川瀬 雅人; 福田 真平; 鈴木 隆洋*; 菊澤 信宏; 大内 伸夫

Proceedings of 11th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.748 - 751, 2014/10

J-PARC LINACでは、大強度ビーム達成に向け、セシウム添加高周波駆動負水素イオン源(RFイオン源)、及び50mA対応RFQ III号機への換装が予定されている。そのため、RFイオン源、及びRFQ III号機の共同テストスタンドを構築し、ビーム加速試験を行った。換装を円滑に進めるため、現在のJ-PARC加速器と互換性を考慮した制御系が求められた。しかし、RFイオン源は、現在稼働中の負水素イオン源とはプラズマ点火方法が異なるため、従来とは異なるタイミングパラメータを持ったタイミング信号を準備する必要があった。このため、RFイオン源用に新たなタイミング信号を用いたタイミングシステムを製作し、テストスタンドでのビーム加速試験では、このシステムを用いた。本発表では、RFイオン源、及びRFQ III号機の共同テストスタンドで構成した制御系のうち、主にタイミングシステムについて報告する。

論文

Development of an RF-input coupler with a multi-loop antenna for the RFQ linac in IFMIF project

前原 直; 森山 伸一; 三枝 幹雄*; 杉本 昌義; 今井 剛; 竹内 浩

Fusion Engineering and Design, 75-79, p.823 - 827, 2005/11

 被引用回数:1 パーセンタイル:10.86(Nuclear Science & Technology)

IFMIFのRFQライナックのために、同軸導波管を用いたマルチループアンテナによるRF入力結合系の開発を行っている。ループアンテナを用いた場合、ループアンテナの構造がそれぞれの位相差やパワーバランスに影響を与える。パイプ直径10mmを用いたループアンテナを試作し、位相差とパワーバランスを低電力試験で測定した。ループアンテナの挿入距離を3cmにすると位相差やパワーバランスが乱れないことが判明した。しかし、耐電圧の面で単一ループアンテナによるマルチMW級の結合は難しいことから、2つもしくは4つのループアンテナを用いた結合の方が単一ループアンテナより、耐電圧及びパワーバランスの観点から良いと思われる。そこで2つケースに対して位相差とパワーバランスを測定した。平均位相差として179$$^{circ}$$と8%程度のパワーバランスの良い測定結果が得られた。これらの結果は、IFMIF 175MHz RFQにおいてマルチループアンテナを用いたRF入力結合系に対する有効性の一つを示した。

論文

Power-balance control by Slug Tuner for the 175MHz Radio-Frequency quadrupole (RFQ) linac in IFMIF project

前原 直; 森山 伸一; 三枝 幹雄*; 杉本 昌義; 今井 剛*; 竹内 浩

Fusion Science and Technology, 47(4), p.941 - 945, 2005/05

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Nuclear Science & Technology)

国際核融合材料照射施設(IFMIF)の175MHz高周波四重極(RFQ)リニアックでは加速のための電力供給用にループアンテナを使用する。加速空洞内にアンテナやピックアップを挿入した場合、安定加速の実現に重要な4等分割領域間での運転モード(TE$$_{210}$$)の高周波電力バランスが乱される。本研究では175MHzモデル空洞に実機相当のループアンテナを配置したうえでスラグチューナーによるパワーバランス制御の実現範囲を定量的に調べた。直径3cmの円柱のチューナーを3cm挿入した場合、パワーバランスを$$pm$$20%まで制御できるという結果を得た。

報告書

Evaluation of RF properties by orifice design for IFMIF RFQ

前原 直; 森山 伸一; 三枝 幹雄*; 杉本 昌義

JAERI-Research 2005-007, 11 Pages, 2005/03

JAERI-Research-2005-007.pdf:2.59MB

IFMIF(国際核融合材料中性子中性子照射施設)用RFQ(高周波四重極加速器)のためのオリフィスを設計及び製作し、低電力による高周波特性の評価を行った。その設計されたオリフィスは、RFQモックアップモジュールに取付け、四重極運転モードTE$$_{210}$$に対する共振周波数及びキャビティ間の位相差を測定した。この結果、オリフィスのスリット方向をRFQ壁に流れる電流方向と同じにした条件では、高周波特性はオリフィスによる影響を受けないことが判明した。これらの設計されたコンダクタンスは、221から240liter/secであり、IFMIF RFQにおける4.1mのセントラルモジュールに4個のオリフィスを設けることにより、5$$times$$10$$^{-7}$$[Pa]レベルの真空度を達成できる結論を得た。

論文

A 175MHz RFQ design for IFMIF project

前原 直; 森山 伸一; 杉本 昌義; 齋藤 雄一*; 三枝 幹雄*

Proceedings of 2005 Particle Accelerator Conference (PAC '05) (CD-ROM), p.904 - 906, 2005/00

国際核融合材料照射施設は、D-Liストリッピング反応を用いた加速器による中性子照射施設である。要求されるビーム電流250mAは、125mAの2つの加速器ビームラインにより合成され、その入射器,RFQ,DTLの出力エネルギーは、それぞれ0.1,5と40MeVである。125mAの大電流を加速のために175MHzの運転周波数が採用された。大電流ビームシミュレーションの結果、全長12mのRFQがRF入射電力2.3MW CWよりエミッタンスの広がりを最小限に抑えるために設計された。このようなRFQに対して、ループアンテナを採用したRF入力結合系,同軸高周波窓,3$$times$$4ポートによる立体回路の設計をMW-Studioコードで行った。1つのループアンテナあたり200kW-CWの耐電圧を得るために、4 1/16"の同軸導波管を採用し、4ループアンテナ入射方式により、加速空洞内の電界分布の歪みを1%以内にできることが判明した。

論文

Status of the J-PARC linac, initial results and upgrade plan

山崎 良成

Proceedings of 22nd International Linear Accelerator Conference (LINAC 2004), p.554 - 558, 2004/00

J-PARC線形加速器の建設現状,初段部のビーム試験結果,将来の増強計画について発表する。線形加速器の機器はほぼ今年度完成し、また、建築も今年度竣工することから、来年度から据え付けが開始される。一方、3-MeV RFQリニアック,中間エネルギービーム輸送系,DTL第1タンク(20MeV)のビーム試験を行っており、エミッタンス測定も行っている。平成18年度半ばから、リニアック全体のビーム試験が開始され、平成19年度当初180MeVまで加速して、シンクロトロンへの入射が始まる。また、平成19年度完成の後、平成20年度から、400MeVへのエネルギー増強を計画している。

論文

J-PARC construction and its linac commissioning

山崎 良成

Proceedings of 9th European Particle Accelerator Conference (EPAC 2004), p.1351 - 1353, 2004/00

J-PARCは原研東海に建設中である。2006年末までにビーム試運転が始まる予定であるが、その前にKEKで2003年からリニアック最上流部のビーム試運転が始まっている。3MeVのRFQリニアックに続く3個のDTLタンクのうちの第1タンクで30mAのピーク電流の負水素イオンを20MeVまで加速した。J-PARC加速器の現況を報告する。

論文

IFMIF加速器用RFQのためのループアンテナを用いた多重RF入力結合系の特性

前原 直; 森下 卓俊; 森山 伸一; 杉本 昌義; 今井 剛; 竹内 浩

Proceedings of 28th Linear Accelerator Meeting in Japan, P. 378, 2003/08

国際核融合材料照射施設(IFMIF)のRFQでは、重陽子イオンビーム125mAを0.1MeVから5MeVに加速する。原研では、このRFQのR&Dを行っており、3次元電磁界解析コード(MAFIA)による175MHzRFQの設計を行い、低電力用のモジュールを試作した。低電力試験で得られた共振周波数は、解析結果と1%以内で一致し、RFQ共振器部の設計指針が得られた。この結果を基に高周波電力250kW級の入力系として1 5/8inの同軸導波管を採用し、内部導体冷却構造を施したループ型結合系の設計を行った。講演では、ループ型結合系の低電力による高周波結合試験を中心に報告する。

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加速器

山崎 良成

第14回加速器科学研究発表会報告集, p.43 - 47, 2003/00

J-PARC計画は400MeVのリニアック,エネルギー3GeVでビーム出力1MWの速い繰り返しのシンクロトロン(rapid-cycling synchrotron, RCS),50GeV主リング(main ring, MR)の加速器群とそのビームを使う実験施設群からなっている。施設は、現在平成18年度完成を目指して建設中である。J-PARC加速器のために、その高いビーム出力を実現すべく、多くの新しい技術を考案した。例えば、磁性合金(magnetic alloy, MA)を装着した空洞を備える高周波加速系,パイモード安定化ループ(pi-mode stabilizing loops, PISL)を装着したRFQリニアック,高周波チョッパーなどである。これらの新技術の最近の開発状況及び加速器建設状況を報告した。

論文

Low power test of RFQ mock-up modules at 175MHz for IFMIF project

前原 直; 森下 卓俊; 杉本 昌義; 今井 剛; 竹内 浩; 佐澤 慎吾*; 三枝 幹雄*

Proceedings of 2003 Particle Accelerator Conference (PAC 2003) (CD-ROM), p.2829 - 2831, 2003/00

IFMIF用RFQの開発の一環として設計に必須の技術的知見を得るために、175MHzのIFMIFの周波数においてモックアップ試験を実施し、計算と比較した。設計上、測定と計算が良く一致する解析上のメッシュサイズを決めることが重要である。MFIAコードを用いて175MHzのRFQのモックアップ設計を行い、また、それに基づき2つの端部とRFQ部からなる175MHzのRFQモックアップを製作した。1.1mと2.1mの2つの長さのRFQについて共振周波数を測定し、メッシュサイズを軸長さの1/350にすることにより、1MHz以内の精度で計算と実測値が一致することが確認された。

論文

The JAERI-KEK joint project for the high-intensity proton accelerator, J-PARC

山崎 良成

Proceedings of 2003 Particle Accelerator Conference (PAC 2003) (CD-ROM), p.576 - 580, 2003/00

今、J-PARCと名称が決まった原研KEK大強度陽子加速器統合計画は400MeVのリニアック、3GeVで25Hzの速い繰り返しのシンクロトロン(RCS),50GeVの主シンクロトロン(MR)から成る。MW級のパルス核破砕中性子源として、蓄積リングを使うSNSやESSと対照的にJ-PARCではRCSを使用している。この方式は、主として数10GeVの陽子加速を行うために、そのブースターとしてRCSを選んだのであるが、それ自体、蓄積リング方式よりも幾つかの長所を持っている。低エネルギービーム輸送系(LEBT),3MeVのRFQリニアック,中間エネルギービーム輸送系(MEBT)のビーム試験を行った。そこでは、LEBTに前置チョッパーが、MEBTにチョッパーが装着されている。このチョッパー系はJ-PARCに独自に開発されたものであり、SNSとの比較は比較は興味深い。

論文

核融合中性子照射施設-IFMIFのためのリニアック設計の現状

杉本 昌義

Proceedings of 25th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.141 - 143, 2000/07

核融合炉材料開発のための中性子照射施設である国際核融合材料照射施設(IFMIF)はアンペア級の40MeV重陽子ビームを連続で加速するリニアックが必要であり、125mAの加速モジュールの設計を進めている。概念設計を完了するにあたり最終目標である250mAを3段階に分けて建設する合理化設計が実施され、リニアックについても第1段階で50mA加速を最小コストで実現し第2段階に125mAまで増力可能な方式を採用した。今年から主要な要素技術についての確証試験を開始するためRFQ, DTL, RFシステムに関するこれまでの設計内容を総合的に見直し、試験項目を確定することが必要である。各要素について設計の現状をまとめるとともに、確証試験の実施課題との係わりについて述べる。

論文

原研における超伝導リニアックと開発の現状

水本 元治; 草野 譲一; 長谷川 和男; 大内 伸夫; 小栗 英知; 市原 正弘; 富澤 哲男; 伊藤 崇; 千代 悦司*; 池上 雅紀*; et al.

KEK Proceedings 99-25, p.3 - 5, 2000/02

高エネルギー加速器研究機構と日本原子力研究所とが協力して推進している統合計画では、中性子散乱・原子核物理などの基礎研究と放射性廃棄物の消滅処理などの工学試験を行うための大強度陽子加速器の建設を提案している。この加速器は世界最大規模のビーム出力を持つことになりさまざまな開発課題がある。その中でも、超伝導リニアックの開発と低エネルギー加速部の高デューティ化が大電流陽子ビームを加速するうえで主要な技術課題となる。本発表では、開発の位置づけ、超伝導リニアック部の構成、日本原子力研究所の施設で進めてきた超伝導空胴開発の現状を要約するとともに、イオン源, RFQ, DTLの開発の現状を報告する。

論文

Concept of staged approach for international fusion materials irradiation facility

杉本 昌義; 金正 倫計; 竹内 浩

Proceedings of 20th International Linac Conference, p.651 - 653, 2000/00

国際核融合材料照射施設(IFMIF)はIEA協力で検討を実施している核融合炉材料開発のための中性子重照射施設である。照射要件を満たすには250mA, 40MeVの重陽子ビームが必要であり、2台の125mA, 175MHzリニアックで構成するシステムの設計を進めてきた。本施設を50-125-250mAの3段階に分けて建設する方式が日本から提案され、最終目標である原型炉材料の開発に先行して、実験炉テストブランケット材料の選定や工学データ取得といった目的に利用可能な計画になった。加速器技術面では建設に先立ち重陽子入射器,長尺RFQ,ビームロスの抑制といった重要課題を解決する必要がある。各課題ごとに、設計及び実験両面からの研究開発の現状と今後の取り組みについて述べる。

論文

Beam dynamic study of high intensity linac for the neutron science project at JAERI

長谷川 和男; 小栗 英知; 本田 陽一郎*; 伊野 浩史*; 水本 元治; Jameson, R. A.*

Proc. of 1st Asian Particle Accelerator Conf. (APAC98), p.71 - 73, 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。前段加速部となるRFQのパラメータは、CURLI及びRFQulkコードを用いて設計した。またPARMTEQコードと修正PARMILAコードを用いて、RFQ,DTL並びに超伝導加速部のビームダイナミックス的な評価を行った。超伝導加速部では、5セルから成る2個の空洞をダブレット収束系に配置する設計を行った。DTLと超伝導加速部には、equipartitioningの設計手法を取り入れ、エミッタンス増加の抑制をねらった。ここでは、リニアックのパラメータとビームダイナミックスの検討結果を報告する。

論文

High intensity proton accelerator for neutron science project at JAERI

赤岡 伸雄*; 千代 悦司*; 長谷川 和男; 本田 陽一郎*; 伊野 浩史*; 金子 広志*; 金正 倫計; 草野 譲一; 水本 元治; 椋木 健*; et al.

Proceedings of 6th European Particle Accelerator Conference (EPAC98) (CD-ROM), 2 Pages, 1998/09

原研では核破砕中性子源を用いた基礎研究及び消滅処理等の工学試験を目的として中性子科学研究計画を提案している。この計画では、加速エネルギー1.5GeV、ビーム出力8MWの大強度陽子加速器の開発が必要とされる。現在、加速器の概念設計を進めるとともに、入射部を構成する高輝度負イオン源、高周波四重極リニアック(RFQ)、ドリフトチューブリニアック(DTL)、高周波源の要素技術開発と、高エネルギー加速部を構成する超伝導加速空洞について試作試験を進めている。本発表では、中性子科学研究計画の概要、大強度陽子加速器の基本構成、システム検討の結果、要素技術開発の現状を報告する。

報告書

RF control at transient beamloading for high-duty-factor linacs

M.A.Chernogubovsky*; 杉本 昌義

JAERI-Research 98-041, 29 Pages, 1998/08

JAERI-Research-98-041.pdf:1.32MB

高いデューティーでリニアックを運転する場合に大きな問題となるのは、過渡的なビーム負荷の下で如何に効率よく高周波の制御を行い、ビームロスを少なくするかという点である。そのような場合の高周波制御方式を確立するために、過渡的に負荷が変わるようなビームによる空洞の励振特性を解析することによって、制御の原理及び状態方程式を導いた。方向性選択結合の考えをIFMIF高周波システムに適用することで、システムの主要な特性を決定し、高周波制御パラメータの最適化を図った。IFMIF-RFQの加速チャンネルを最適化する試みの最初の結果が得られた。

論文

Beam dynamics design of a proton linac for the neutron science project at JAERI

長谷川 和男; 水本 元治; 大内 伸夫; 本田 陽一郎*; 伊野 浩史*

Proceedings of 6th European Particle Accelerator Conference (EPAC98) (CD-ROM), 2 Pages, 1998/06

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おり、前段加速部となるRFQとDTLは常伝導空洞、高エネルギー加速部は超伝導空洞から構成される。ここでは、ビームダイナミックスの観点からの加速器設計パラメータとビームシミュレーション計算結果を報告する。設計では、パルス運転とCW運転の多様な運転モードに対しても良好なビーム特性が得られるように留意し、また、DTLと超伝導空洞部分には、equipartitioningの設計手法を取り入れ、エミッタンス増加の抑制をねらった。

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