小型線形加速器開発備忘録井上A)

信1,A)

京都大学原子炉実験所〒590-0494 大阪府泉南郡熊取町野田

概要
小型のイオン加速用リニアックを中心に、これま２．7MEV
陽子線形加速器２．
でかかわった加速器関連の研究について論文発表でこのころ京大では中間子科学総合研究センター構述べていないことなどを含めて報告します。話題と想というものがあって、それは丁度今の大強度陽子しては主として７ＭｅＶ陽子線形加速器、イオン注加速器計画と同様な（京大の計画には陽子および中入用４ロッドＲＦＱリニアック等の建設および小さ間子によるがん治療も含まれていた）計画があり、な研究室で加速器・ビーム物理の研究を進めること加速器建設の準備研究が化研の竹腰秀邦教授を中心などについてとりあげます。また前史としてのタンに行われていました。第１期は８００ＭｅＶの線形デムやＡＶＦサイクロトロン及び今検討中の加速器加速器を作るということで、当時ロスアラモスで駆動炉用の加速器についても時間があれば触れます。
PIGMI 計画という中間子治療用の小型の陽子線形加速器の設計研究が行われていましたが、そこに化研
１．前書きは岩下芳久さんを派遣しており、その成果を導入して 433MHz の RFQ と DTL および L バンド(1300MHz)研究者を志した頃にリニアックを作ろうなどと考の DAW からなるシステムを検討していました。
えていたわけではなく、物理をやりたいけれども理
たまたま私が赴任したときに、文部省から蹴上の論で飯を食う自信もなく、当時元気そうに見えた実研究室を化研本部のある宇治キャンパスに移すよう験原子核物理の研究室に入れていただいたというのにいわれ、その機会に RFQ と DTL 合わせて 7MeVが私の加速器との関わりの始まりです。その頃京大の線形加速器の建設予算が認められました[3]。我々との理学部ではタンデムヴァンデグラーフの建設予算しては中間子科学総合研究センターの準備研究的なが通り、既に活発に動いていた化学研究所の蹴上分位置づけで設計しましたが、もちろん文部省として室にあったサイクロトロンでの核反応の実験を行うはそれ自体で完結する装置として認めたわけです。
チームで実験するのと同時にこのタンデムの建設グ
その後核物理関係者は東大の原子核研究所の大型ハループに属してメーカーの寮に泊まり込むなどしてドロン計画（当時は 1GeV の陽子線形加速器を主要建設作業を行いました[1]。工場で完成して大学に搬入加速器とするものだったが後に現在のような大強度した頃、後に核物理研究センターとなる、原子核の陽子加速器計画として実現した）を早期に実現すべ
将来計画のために大阪大学の建設準備グループに来てほしいといわれて、タンデムでは実験しないまま、 き中心計画と位置づけ、関西にはその前にさしあたり核物理研究センターのリングサイクロトロンを建阪大に移りました。阪大は中之島から豊中への移転期であり、最初暫く中之島で文献での検討をした後、 設することをみとめ、本格的な大強度の計画はその後で関西でやるという流れになりました。結局大型早速ＡＶＦサイクロトロンの小さなモデルマグネッ
ハドロン計画は実現が遅れ最終的に大強度陽子加速トを豊中で組み上げて設計研究を始めました。大学器計画となるわけで関西の大型計画は消滅しました
紛争などで遅れましたが、高エネルギー物理学研究が。大型ハドロン計画には医療が含まれてないので、所とともに核物理研究センターの計画も認められ、せめて医療用加速器は作りたいということで努力しＡＶＦサイクロトロンの主電磁石の設計を担当し、ましたがそれも認められないまま今に至っています。
完成後はその保守運転の任務を果たしつつ、利用しというわけで関西には核物理研究センターのリングて核反応の実験をしました[2]。その後接続計画としてサイクロトロンが実現しましたが、我々の方は７Ｍリングサイクロトロンの設計準備研究に取り組みまｅＶの陽子線形加速器で終わりとなりました。
した。その関係でＰＳＩ（当時はＳＩＮといった）
この加速器は４３３ＭＨｚで運転するもので、このリングサイクロトロングループに客員として加わの周波数でのＲＦＱおよびＤＴＬは当時最高の周波ったり、その後もユーリッヒのサイクロトロンのク数でした。高周波はクライストロンを使うことにしーラー蓄積リング計画グループに参加したりしましましたが、高価なものなので、加速器の試運転時にたが、阪大にいる間には核物理研究センターのリン加速管等で放電して反射波で損傷しては後がないとグサイクロトロン計画は実現しないまま、京大の化いうことで、最初なかなか思い切ったテストができ研に移りました。
ませんでした。何とか金を工面して白井敏之さん達
1E-mail: inoue@rri.kyoto-u.ac.jp

がサーキュレーターとダミーロードを付設してから安心してテストできるようになり、それからはすぐ定格運転ができるようになったという苦労話もあります[4]。
ＤＴＬに使う集束用の磁石は当時最高の磁場を発生できる鉄とネオジウム・ボロンの焼結体（ネオマックス）を使うことにしましたが、組立を安くするために大学側で工夫したやり方で、大学院生が組み込んだり、磁場精度の測定をするなどの技術開発をかねた製作を進めました。
失敗は真空系でイオン加速器は電子加速器にくらべて構造が複雑なうえに４３３ＭＨｚのＲＦＱともなるとコンダクタンスが小さい加速管になるので多くの真空ポンプをつける必要があったのですが、資金不足で減らしたために後で結局増設することになりました。またイオン源からＲＦＱへの入射系も電流値が大きいのに、偏向磁石を小さくしようとしてギャップを小さくし、それだけビームを細くしようとして集束力を強くすると空間電荷効果で逆にエミッタンスが大きくなり集束を弱くして大きい磁石にする必要があったりと、ちぐはぐな失敗もありましたが、竹腰先生の後任に野田章先生が着任してから頑張って無事加速に成功しました。
この加速器のビームのエミッタンスを測定すること特に縦方向（エネルギーと位相）のエミッタンス測定のために大学院生の出羽英紀さんが工夫した装置が役に立ち彼の学位論文になりました[5]。

３．４ロッドＲＦＱイオン注入器てきたロシアの研究者（Ｖ．Ｋａｐｉｎさん）の解析によると支柱は等間隔におくのが電場分布上も良いのだということがわかりました[8]。Ｋａｐｉｎさん
はさらにマルチロッドのＲＦＱの研究などを行って学位を授与されましたが、残念ながらモデル等の製作までには至りませんでした。

４．電子線形加速器と蓄積リングの導入
これは新しい加速器を作った話ではありません。
原研のリニアックと Spring-8 の基礎研究用に作った蓄積リング JSR があった建物を、原研の陽子加速器開発の建物として使うので、その年度内に持ち出してくれるならリニアックと蓄積リングを譲っても良いという話がありました。幸い蹴上から引っ越してきた時に建てた宇治の建物は７ＭｅＶの加速器だけのためには余裕があったので先の４ロッドＲＦＱの実機も製作できたわけですが、これを企業が工場に引き取って改良試験をするという段階になっていたので、その後に移設することは物理的には可能でした。しかし経費と人手を考えるとほんとにもらって大丈夫かと思いましたが、岩下さんや白井さんはリニアックが魅力、野田さんはリングが魅力があるというので、原研にお願いして両方ともいただくことになりました。経費に関してはその時の化研の所長が本部と内々での算段をしてくださいました。後は野田さん達がデザインし直して宇治の建物に収まるようにするとともに、リングについては形を変えて直線部分を長くするなどして、楽しめるようにしました。私自身は余り関与しませんでしたが、皆さん頑張って放射光も出ているようです。

我々のＲＦＱの開発状況を知ったイオン注入器を製造している企業が民間との共同研究ということで優秀な技術者（藤澤 博さん）を我々の研究室に派５．ＤＡＷの試作遣してＲＦＱのモデルでの研究をしていました。当時は１００ｋｅＶ級のイオン注入器の時代でしたが、岩下さんは、ロスアラモスにいたときからＤＡＷ次世代のＭｅＶ級のイオン注入器の検討をしていたの開発に力を入れていました。そのモデルテストと、わけです。ある段階で実機を製作する予算を出すと都合の悪いレゾナンスを避けるための解析等の丹念いうことになり、宇治の研究室の中にボロン１価イな仕事は岩下さんの学位論文の仕事になっています
オンを１ＭｅＶ程度に加速できる４ロッドのｃｗのが、残念ながらＤＡＷは高βで特長が出せる加速管ＲＦＱを建設しました。３３ＭＨｚという低い周波なので低エネルギーのイオン加速しかできない状況
数ですが加速空洞の直径は４５ｃｍ程度におさえる
では実機を作るテストはできません。そこで電子線ことができました[6]。完成したときにＮＨＫやいくつ形加速器が導入された際に、電子ビームでのテストかの新聞社が取り上げてくれましたが、肝心の企業加速を目指した実機の試作をしてみてはどうかと提が慎重で未だ市場のニーズがないと考えて商品化を案し、大学院生の青寛幸さんとＳバンドのＤＡＷのためらっている内に別のメーカーが少し原理の異な実機の加速管を製作しました。私は最後までは見届るＭｅＶ級のリニアックを世界中に売りまくって大けませんでしたがこの仕事は青さんの学位論文の仕儲けをしたことは有名な話です。結局我々の４ロッ事になりました[9]。実機製作上の貴重な経験は得られ
ドは市場では日の目を見ず、完成後暫く企業に移設たようですが、残念ながら予算不足でこれを用いてして性能向上を行っていましたが、今はそれも続けの加速にまでは至らなかったようです。
られなくなって再び宇治の建物に移して野田先生が活用しようと考えておられるようです。
６．ビーム物理学の試み
この４ロッドＲＦＱはボロンを１ｍＡ以上のビーム強度（ｃｗ）で加速できる優れたものでした[7]。分
私が学生の頃は大学に当時としては最先端の加速解しやすい構造でありながらＣＷ運転にも耐えられ器を備えて核物理の研究をするという感じであり、るものでした。ロッドを支える支柱はほぼ等間隔にやや大きなものとして全国共同利用の原子核研究所
ロッド２本ずつを支えるように配置しましたが、実ができた。そのころはまだ加速器を作ることとそれは後に研究室に大学院博士課程の学生として留学しを運転して実験することは同じ研究者がやっていました。したがって私達は原理的に新しい加速器の発明でもない限り加速器が論文になるとは考えていませんでした。
その後、高エネルギー物理学研究所ができるようになると高エネルギーの分野では加速器を仕事とする者とそれを利用して実験する者とは別々のグループになっていきました。化学研究所で加速器の開発等に興味を持つ研究者・学生がグループをなすようになるにつれて、加速器同好会やリニアック研究会だけでは本拠とするには十分でない彼らが本拠とする学会とか研究者グループが無いのは問題だと感じました。そこで放医研や原研や高エネルギー研などと組んでやる研究も進めるとともに、アメリカの物理学会にビーム物理の分科ができたことにも勇気づけられて、大規模プロジェクトに直接関係しない大学を拠点とする加速器・ビーム物理を学問の分野として作ろうと思いました。同じ思いの、岡本宏巳さん、平田光司さん、安東愛之輔さん達が熱心にその必要性を説いていたので、同志を集めた最初の会合を宇治の化学研究所で開きました。その後毎年Spring‑8 でビーム物理の研究会を開くようになりました。この流れの中で池上雅紀さん達が活躍しました[10]。いまでは広島大学に小方さんと岡本さんを中心とする講座ができています。まだまだ小さなグループですが平田さん達の努力で物理学会の分科の予備的な位置づけもしてもらっています。将来の発展を期待しています。

究ということで、加速器駆動炉とトリウム燃料の研究を取り組むべき主要な課題としたわけです[14]。
トリウムサイクルの研究はリニアックやＫＵＣＡ等を利用して早くから原子炉実験所を中心に行われていました。その後加速器駆動炉とトリウムサイクルの研究が日本学術振興会の支援を得て木村逸郎先生や代谷誠治さんを代表者として全国的組織で少しずつ進められていました。加速器に関するところは柴田徳思さんや森義治さんを中心に検討がなされ、今は森さんを中心にしてＦＦＡＧの建設が進んでいます。私もサイクロトロンでの可能性などについて検討しました
平成１１年からは所長として原子炉実験所の改革に取り組むことになりました。大学の法人化の問題と重なったうえ、原子力の問題はなかなか難しく学術的なことだけでは進まないところがありますが、加速器駆動未臨界炉を将来計画の主要テーマとすることとして、学術審議会等でも理解をいただきました。ＫＵＣＡと適切な規模の加速器を組み合わせて加速器駆動炉の基礎研究を早急に行うようにという学術審議会の報告が出たのですが、今のところお金がないということか、概算要求は認められていません。いろいろな可能性を追求したいと思っています。
後は若い人達にお願いすることになりますが、全国の皆様方のご支援をよろしくお願いします。

８．終わりに振り返ってみると加速器の関わり初めのタンデムやＡＶＦサイクロトロンの建設は多少時間がかかったとはいえうまく行ったケースです。その当時は核物理屋が自ら装置を作るので満足な性能が出ないの熊取にある原子炉実験所の初代所長は木村毅一先が普通だという雰囲気もあり、成功するかどうかに生で蹴上のサイクロトロンを作った先生です。原子ということで建設チームにはプレッシャーも多かっ炉実験所ではＫＵＲという熱出力５ＭＷの研究用原たものですが、ＡＶＦサイクロトロンが成功した頃子炉が主要な実験装置ですが、加速器に関しては高から後は加速器は成功するものだという印象が強く見さんが頑張って守ってくれている４６ＭｅＶの電なりました。冒険的要素の少ない設計になり、別の子線形加速器（熊取の人はライナックという）およ
言い方をすれば物理屋の装置から工学屋の装置になび臨界集合体実験装置（ＫＵＣＡ）に付設されていってきたともいえます。その中で何とか小さくてもるコッククロフト型のＤ− Ｔ中性子源があります。
良いから面白いものを作りたいと努力しました。小
ＫＵＲは初臨界に達してから４０年近くになり、今後の計画をかねてから全学的に検討してきました。 型のＲＦＱは製作には成功しましたが実用面ではうまく発展しませんでした。さらにビーム物理の展開
私も全学の委員会や原子炉実験所の運営委員などでも言い出した一人ではありますが、自分ではその発関係しておりました。
展に寄与できませんでした。将来の計画については
最初に私が提案したのは未臨界集合体と線形加速計画を軌道にのせることにも至らないまま定年を迎器を組み合わせたパルス中性子源の案でした[11] [12]。
えることになりました。
このころはＫＵＲに代わる中性子源という観点で考最後は、敗軍の将兵を語る、のような感じになりえていました。代谷誠治さん達に協力してもらい燃ましたが、これまでいい環境と仕事を与えてくださ料集合体を組み合わせたときのパルス特性の変化をった先輩の皆さま方、一緒に楽しく仕事をさせてい計算してもらいました[13]。
ただいた同僚や若い友人の方々にお礼を申し上げてその後エネルギー源としての加速器駆動システム終わりとさせていただきます。の基礎研究ということを前面に出すようになりました。これは各大学で原子力系の学科が無くなる中で原子炉実験所くらいは原子力の将来について真剣に参考文献取り組むべきであろうという考えからでした。しか[1] Tsunahiko Sidei, Jiro Muto, Isao Kumabe, Hiroshi Ogata,
し単に今までのものの安全研究というようなことで
Kiyohiko Takiomoto, Yasuhiko Okuma, Makoto Inoue,
はなく革新的な原理的に安全な原子炉システムの研７．加速器駆動未臨界炉に向けて

Yoshinori Ogata, Yoshiaki Uemura, Sukeaki Yamashita,

Gen Imamura, Takashi Takagi, Yasuhiro Yokota, KoichiInoue, Toshio Takabe and Taro Ohama, Kyoto University
TANDEM Van de Graaff, Memoirs of the Faculty ofScience, Univeresity of Kyoto, Series of Physics,Astrophysics, Geophysics and Chemistry, Vol.XXXII No.1Article 2, p.1-17 1967
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Neutron Source Kyoto University Research Reactor
Institute(KURRI)-Basic Study on Neutron Multiplicationin the Accelerator Driven Subcritical Reactor, Progress in
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