Proceedings of the 1st Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japanand the 29th Linear Accelerator Meeting in Japan (August 4 - 6, 2004, Funabashi Japan)

Status of the KEK 12GeV-PS
H. SatoHigh Energy Accelerator Research Organization
Accelerator Laboratory
1-1 Oho Tsukuba-shi Ibaraki-ken, 305-0045, JapanAbstract
The KEK 12GeV-PS is scheduled of the shut down on the summer 2005 with the J-PRAC construction. However, inorder to dedicate the long–baseline neutrino oscillation experiment, intensity upgrade has been successfully runningsince April 1999 and achieved the intensity more than designed value. For NML utilities, the beam intensity reach as
new record. Several accelerator studies is now in progress and fruitful results have been generated. On the other hand,some of accelerator equipments are highly radiated, especially the injection and the extraction equipments. Then, thecircumference of the maintenance work has become severe. Further, almost equipments have deteriorated. Status of theoperation and maintenance of the KEK 12GeV-PS are presented.

高エ研12GeV-PSの現状
運転を継続するため、週１回定期的にチューニングをしなおすような運転スケジュールを組むようにしている。もちろん不調時には臨時的に再調整することは言うまでもない。
実際の運転ではビームラインの放射線モニタ− および加速器内でのビームロスひいては残留放射線レベルを押さえるように留意し、先に述べたような平均ビーム強度となっている。図１に主リングでのビーム強度増強の履歴を示す。

１．はじめにKEK-12GeV PS は J-PARC 加 速 器 の 建 設 に 伴 い
シャットダウンという予定であるが、現在ビーム強度、ビーム質とも設計値をはるかに超える最高性能を出している。一方で機器の老朽化に伴う故障も多く、スタッフはJ-PARC建設協力と平行しつつ、限られた予算と人員の元で献身的に保守運転業務を行っている。こうしたことを踏まえての運転と保守維持の現状を報告する。

２．運転の状況

MR max. record
128x10Further
長基線ニュートリノ振動実験（K2K実験）が始
parameter
optimazation
まった1999年以前の運転は、コンディショニングがBunch shaping by white signal
7x10 12&
必要な前段加速器の保守スケジュールに合わせて２、Octupole optimization
Impedance
improved
３週間毎に短期日のシャットダウンを設けていた。
(2 f anti-damp OFF)
しかし、K2K実験が本格化して以降、できるだけ実
6x10 12γ jump Q
P.S. upgrade
験にビームを供給すべく連続して運転を行うようになっている。前段加速器については１号機のコン
5x10 12
ディショニング中に２号機を用いてビームを連続して供給するようにしている。１年間の運転のうち、
4x10 122 f anti-damp
約７５％がK2K実験用として速い取り出しを行っている。後の２５％程度を遅い取り出しビームを用いHigh intensity trial
3x10 12(parameter
た実験とインターナルターゲットからの２次粒子をoptimization)
LINAC energy up(20 −> 40 MeV)
利用した実験が行われている。継続的に行われたス
2x10 12
proton −> H injection
タディの成果により、最大ビーム強度8x1012pppを凌Machine optimization
12One
moreRFcavity
駕した。平均で6.5x10 pppのビーム強度で供給し、for K2K expetiment
jumpQ
γ
1x10 12K2K実験に関しては当初予定した1.0x1020 の陽子数（on target）をほぼ満足するビーム供給ができている。
0x10 12ブースターでのビーム強度も向上し、2004年1月には瞬間最大3x1012ppbを記録した。平均ビーム強度
FISCAL YEAR
では2.5x1012ppb程度で運転されている。
このような高強度ビームの長期連続運転にあたっ
図１：KEK 12GeV-PS 主リングビーム強度の履歴ては、ビームロスを抑制しよい加速効率を維持したsTs−101995
1996
1997
1998
1999

1988

1989
1990
1991
1992
1993
1994

1987

1986

1984
1985

1983

1982

1981

1980

1979

T

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３ ． 速 い 取 出 し シ ス テ ム 建 設 、
ビーム強度増強と機器更新

４．保守維持の現状

保守作業については、特に主リングに集中して悲K2K実験がPACにより採択され、1996年から1998
惨な状況となっている。
年の3カ年に渡り、加速器側では北カウンターホー
K2K実験においては主リングの繰り返しは2.２秒
ルへの遅い取り出しライン（EP1）へ速いビーム取周期で運転される。このため、従来5年程度の寿命り出しを可能にするべくキッカーの建設・設置、セであった取り出しセプタム電磁石の寿命が短くなりプタム電磁石電源の改造等を行った。特に、EP1へ故障があいついだ。1993年に絶縁不良による地絡故のビーム取り出しを速い取り出しと遅い取り出し運障を起こし放射化物保管棟に安置しておいたセプタ転を短時間で切り替えできるよう、大型の真空チェ
ムＤ電磁石を4年後の1997年に解体調査した。このンバーにキッカーと静電セプタムを設置し、真空を結果、パルス励磁により繰り返しかかる電磁力に対破ることなく取り出しシステムの変更を行えるよう[1]する機械設計に弱点が見つかり、その後の予備品製にした 。同時期にビームチャンネルグループでは造ではその結果を反映したものとした。また、交換ニュートリノ専用のビームライン、標的と発生した[2]作業がしばしば行われるにも関わらず、交換作業のπ中間子収束用レンズの建設が行われた 。
省力化を考慮した設置の手法設計となっていなかっ加速器側では速い取り出しを可能にすると同時にたため、セプタム電磁石の架台をスライドベースにビーム強度増強の課題に取り組み、様々なスタディ12しハンドル操作でビームラインから脱着できるようが行われ最大ビーム強度8x10 pppを凌駕した。これにした。
らは、他にも取り組まれたビーム物理上制約のあった諸要因に対する対症療法の構築と機器に起因する制約の除去、ビーム診断法の充実等々の改善・努力の成果である。いくつかの例を挙げると、主リング
ビーム入射期間での空間電荷効果、加速開始時のヘッドテイル不安定性、トランジションエネルギー通過、等々の克服がある[3]。特に、制限されたバンド幅の高周波ノイズでＲＦ空洞を励起することによりビームのバンチ形状を制御し空間電荷効果を抑制する手法は、まずブースター加速ビームに適用し主リング入射期間における空間電荷効果の緩和に寄与し、かつ主リングにおいてトランジションエネルギー通過前に行い通過時のビームロスを低減する等の効果があった[4]。トランジションエネルギー通過についてはガンマジャンプ４極電磁石電源の更新も効果があった。
遅いビーム取り出しに関しては、従来アナログ制御によるスピルフィードバック制御を行っていたが、 図２：EP2取り出しビームスピル他（上から、周回DSPを用いたディジタル制御のスタディ [5]を行い、ビーム強度、ビームスピル、EQ（取出制御４極）
その成果に基づき最近の運転ではDSP制御に置き換
電流値、RQ（リップル制御４極）1,2、主リング電えてきている 1 。図２に2004年春の東カウンター
源 Qf、B、Qd リップル
ホールへの取り出し（EP2）運転におけるビームスピル等を示す。取り出し開始から速い立ち上がりで冷却水系統についても様々な故障があいついだ。
一定の取り出し強度になり、スピル変動も抑制され冷却水配管中に異物が多く、詰まることにより流ていることが分かる。
量スイッチや定流量弁の誤動作を頻繁に起こしていブースターにおいては2001年10月に電磁石電源がる。これらの異物の発生源はまだ特定されていない
IGBT素子を用いた共振電源に更新され、2003年10が、樹脂や油等の有機物、金属の破片、針金、等々
月にはＲＦ空洞が無同調型加速空洞に置き換えられ多岐にわたっている。毎年夏のシャットダウン中のた。
作業として洗浄を行っているが、1年保たないで運この他、現在行われているビームスタディとして転中に問題が発生している。特に頻繁に問題を発生
はJ-PRAC建設に関する開発研究のための実験や、する偏向電磁石について往路側、還路側双方にスト誘導加速シンクロトロンの実証研究[6]等が行われてレーナーを付けたが、還路側のストレーナーに銅のいる2。
酸化物等の粉末状ゴミが溜まる。このことは電磁石のコイル（ホローコンダクター）の内壁が腐食していることを示している。
1
この開発研究は機構の共同開発研究の支援の元に、武蔵４極電磁石の各コイル間の接続配管用の短管が腐工業大学との共同研究にて行っている。
食浸食により破損し、これらについて2000年と2001
2

学術創成研究プロジェクトによる。

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年の２回の夏のシャットダウン作業として全数交換６．まとめを行った[7]。
主 リ ン グ の 運 転 は J-PARC の 建 設 開 始 当 初 で は
主リング内の冷却水母配管から各電磁石に配管す2002年度で、2001年の6月段階では2003年度で終了
る部分に取り付けられているバルブの多数から水漏と言うことになっていた。現時点では2005年の夏をれしているが、これらの交換作業には冷却水系統全持って主リングの運転を停止し、その後しばらく体の水抜きをしなければならず、通常の夏のシャッブースターのみの運転を続けてシャットダウンへ、トダウン期間ではできない作業であり、放置されてというスケジュールとなっている。しかし、これもいる。
確定ではなく、J-PARCの建設進行状況によっては電磁石側の配管系統では様々な水漏れ故障を起こ見直しもあると思われる。また、物理実験の予定がしており、その都度対応に追われている。今までに、無くてもビームチャンネルの負担を無くしビームダ
セプタム電磁石、６極電磁石、８極電磁石、主リンンプを北実験室とEP1下流との境界に移設するなどグ４極電磁石、ＲＦキャビティ等々からしばしば水して、加速器にとじた運転でスタディを行う案も検漏れを起こしている。また、水圧、流量等の測定器討されている。困難な状況にはあるが可能な限り保が付いてなかったので、必要なところには取り付け守を行い、日本における貴重な高エネルギーハドロるようにした。
ン加速器にとって空白のないようにしたいものであ
最近では、偏向電磁石の往路側フレキシブルホーる。
スの破損が多発し対応に難渋している。これは、P11系統（ＰＳの冷却水系統）の制御システムの異参考文献
常か、圧力の異常上昇やホースの脈動が発生し、寿命が短くなったとも考えられる。脈動を抑制するた[1] H.Sato et. Al., “Status of the 12-GeV KEK-PS Upgrade
めに水圧を下げたが、一部の機器で流量インター
Project for the Long-BasaLine Neutrino Oscillation
ロックが働き、インターロックをはずしたり、バル
Experiment”, Proceedings of the 12th Symposium onブが全開でなかったものはバルブの開度を上げたり
Accelerator Science and Technology, Oct. 27-29, 1999,して運転を行っている。
Wako, Japan, p.10
2004年の2月に主リング運転モードが速い取り出[2] M.Ieiri et. al., “Neutrino Beam Line for a Long-baselineしからEP2遅い取り出しに変更された。それに伴い、
Neutrino Oscillation Experiment at KEK”, Proceedings of
冷却水の熱負荷が増え、水温が上昇し温度スイッチ
the APAC98, KEK, Japan, p.579が動作する機器がでた。しかしながら、従来がそう[3] I.Yamane and H.Sato, “Accelerator Development
であったように本来は水温制御ができているはずのfor K2K Long-Baseline Neutrino Oscillationものである。調査の結果、熱交換機の効率が悪く
Experiment”, Jan. 2000なっていることがわかり、５月のシャットダウン時[4] T.Toyama et.al., “Bunch Shaping by RF Voltageにオーバーホールを行った。冷却能力は復帰したが、Modulation with a Band-limited White Signal”,
復水時に水圧の異常上昇が起きた。また、同時に水Proceedings of the 12th Symposium on Accelerator
温の異常低下が起き、電磁石が結露した。
Science and Technology, Oct. 27-29, 1999, Wako, Japan,
脈動や水圧異常が熱交換機オーバーホール後に、p.96起きていることからP11系統の制御系になんらかの[5] H.Nakagawa et. al, “Slow Extraction Control Using the
不具合がある可能性もあり調査している。
Digital Feedback Systems”, EPAC2000, Austria Center
先に述べたような保守作業は場所によっては高残Vienna, p.1921
留放射線環境下での作業となる。特にビーム増強後[6] K.Takayama
et.
al.,“Induction
Synchrotron”,の運転で主リング内は入射・取り出し付近と大きなNucl.Inst.Meth.,A451/1(2000)304
ディスパージョンの所でのビームロスによる放射化[7] H.Sato et. al., “Experience of the Erosion Corrosionが強い。従って、ＰＳ内の取り決めにより保守を直Problems in the Main Ring Cooling Water System at the
接担当する職員以外でもある方式に従った順番付け
KEK-PS”, PAC2001, Chicago, p.1426
により、作業協力を行うことにしている。
[8] 高エネルギー加速器研究機構放射線科学センター
機構の基準では、１日あたりの被曝線量を0.5mSv“放射線安全の手引き”とし、0.3mSvで鳴動するアラーム線量計を携帯して作業をすることになっている [8] 。主リング内には10mSv/h を越す場所がいくつかあるが、こうしたところでの作業は数分しかできなく、人海戦術をとらざるをえない。あるいはアラームが鳴らないまでも何度も繰り返す作業により限られた個人に被曝が集中することを避けるためにも必要な処置である。
また、先に述べたセプタム電磁石の例のように故障が起きても表面線量が下がるまでは解体して故障原因を調査することすらすぐにはできないということになる。

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