京大炉中性子発生装置(京大炉中性子発生装置(電子ライナック)
電子ライナック)の現状
髙見清1)、山本修二、髙橋

俊晴、小林捷平

京都大学原子炉実験所〒590-0494 大阪府泉南郡熊取町

京大炉中性子発生装置（以下、京大炉ライナック）
は、1965 年に設置されたマシンで 37 年目になるが、全国共同利用設備として現在も中性子実験、コヒー
レント放射光、電子線、X 線、中性子による照射など巾広く利用されている。このマシンの利用状況、運転時間、マシンの状況、近年行った作業や改造予定や運転を継続する上での課題などを紹介する。

１．はじめに本研究会 11 年ぶりの現状報告であるが、京大炉ライナックの健在振りを紹介したい。1965 年に定常的な中性子源である原子炉と相補的なパルス状中性子源として米国 ARCO 社製 L-1512G 型電子線型加速器を導入し、1966 年から所内利用、1968 年から全国の共同利用が開始された。1971･2 年に加速管、マイクロ波発生装置増設によるエネルギー増強作業、1973年に大型電子銃に交換した電流増強作業があり、その後も維持費などによる更新を続けてきた。近年、所内措置による維持費のみになり、老朽化も進んでいるがマシンは比較的順調に利用されていて、これからも利用されようとしている。

２．利用状況
現在、京大炉ライナックでの実験は、①照射実験、②中性子実験、③コヒーレント放射光実験に大別できる。原子炉実験所ユーザの約 10％が利用している。

2.2 中性子実験
中性子発生装置の名称が示す如く中性子飛行時間分析装置を使った中性子実験から本マシンの利用がスタートした。現在は、中性子飛行時間分析装置や鉛スペクトロメータを使った核データ関係の実験で、現在でも最も多くの時間利用されている。

2.3 コヒーレント放射光実験
近年、京大炉ライナックのもうひとつの柱になった実験で、コヒーレント放射光実験は、発生に関する物理実験だけでなく、強力ミリ波光源としての利用実験も始まり、利用時間が増えようとしている。

2.4 研究分野別利用件数と稼働時間の変化
週

研究分野別利用件数と稼動時間の変化

時間60

3,000502,500

パラメトリックＸ線

402,000

放射光源

30

1,500

201,000

1050000

院生実験・特性

陽電子発生
鉛スペクトロメータ

198819 年
8919 年
9019 年
91
19 年
9219 年
93
19 年
94
19 年
9519 年
9619 年
9719 年
98
19 年
9920 年
00
20 年
01年

概要

中性子線照射電子線、Ｘ線照射
飛行時間分析法
年間稼動時間西暦

図１：研究分野別利用件数(週)と稼働時間の変化

図１に研究分野別利用件数(週)と稼働時間の変化を示す。稼働時間(折れ線グラフ、右軸)とは、低圧
ON 時間に準備や片付けに要した日数×8 時間を加え照射実験には、電子線、白金に当て発生するＸ線、タンタルに当て発生する中性子線による照射がある。 たものである。1990 年に鉛スペクトロメータの設置や色々な実験グループの利用が加わり、利用週が増
電子線照射：鉄合金や化合物半導体の照射が行わえた。その中には、現在行われていない低速陽電子れている。鉄合金の照射は、発電用原子炉圧力容器生成やパラメトリック X 線も含まれている。の脆化過程に関する研究で、他施設では行われてい2.1 照射実験ない液体窒素温度での電子線照射も長年続いている。
３．37
３． 年間の運転時間の変化
近年、新しい研究グループも加わり、賑わっている。
化合物半導体の照射は、照射効果の実験である。
図２(次頁)は、設置から昨年までの年間運転時間のＸ線照射： 30MeV クラスでの RI 製造も原子炉で変化である。1965 年に行われたテスト運転も 1966
は作れない RI 製造に使われている。ターゲット室の年に含めた。1966･7 年はクライストロン他の初期ト
非密封 RI 取扱い可になるのを待つユーザも在り、実ラブルがあって本格的利用は 1968 年からである。
験時間の増加が予測される。
1971・2 年は加速管に入った拡散ポンプ油の洗浄作業
中性子線照射：現在は半導体の照射効果実験だけと加速管とマイクロ波発生装置の増設作業を我々でであるが、放射化分析への利用なども検討されてい行った関係で運転時間は少ない。1985 年頃からの低る。
1E-mail: takami@rri.kyoto-u.ac.jp

（時間）
2,000

低圧 ON 時間
ビーム ON 時間

1,800

運転時間（1月～12月）

運転時間の変化

1,600
1,400
1,200
1,000
800
600
400
200

01 年

00 年

2099 年

2098 年

1997 年

191995 年
96 年
1994 年

1993 年

191991 年
92 年
1990 年

1989 年

1988 年

1987 年

1986 年

1985 年

1984 年

1983 年

1982 年

1981 年

1980 年

1979 年

1978 年

1977 年

1976 年

1975 年

1974 年

1973 年

1972 年

191970 年
71 年
1969 年

1968 年

1919191966 年
67 年

0

図２：京大炉ライナック年間運転時間の変化
下は、ユーザであったライナックの責任者が、原子炉の管理や原子炉の 2 号炉計画に携わり少なくなった。1990 年は鉛スペクトロメータの設置などで運転時間は少なくなった。その後は、実験者の多様化で順調に運転時間も増え、現在では、1,000 から 1,200時間程度のビーム ON（運転）時間になっている。ターゲット室や実験室が狭く、直線のビームラインだけで、実験毎に準備や片付けに時間が必要である。
このため、昨年のビーム ON 時間は 1,175 時間であるが、準備や片付けを入れた稼働時間は 2,124 時間になっている。
本装置の昨年末までのビーム ON 時間の総計は、28,551 時間で来年には 30,000 時間を越えると予想される。
文部省からの特殊装置維持費は、1991 年に半減され、その後も削減が続き、1997 年に完全に無くなったが、1991 年から運転時間は増え、維持費が無くなった 1997 年に過去最高の運転時間を記録している。
予算がなくなっても運転が継続できるのは、所内措置による予算配分の御蔭である。

４．マシン、施設関連の状況
4.1 近年行った主な作業
前回の現状報告[1] 以後に行った主な作業を以下に記す。年度をまたがった作業もあるが、まとめている。
１．前室設置他の実験環境の整備担当者が 4 人から 2 人なったこともあり、担当者の労力が少なく、実験者に便利や見栄えを考えた改善である。
２．２次冷却水系のポンプ、配管、熱交換器の更新
老朽化対策である。
３．水負荷の故障による交換放電が発生し、修理ができず、予備品と交換。
４．記録計の交換

2000 年問題で更新したが、チャート紙レスで、パソコンによるロガーも導入した。インターネット経由での監視も OK にし、入力点数も増やした。
５．クライストロンコイルの層間短絡による交換
RF 出力の低下から当初、クライストロン劣化と思ったが、層間短絡と判り、購入して交換。
６．クライストロンの交換
ビーム電流やエネルギー低下からクライストロンの劣化が判明し、予備品 1 本と 1 本購入で 2 本とも新しくした。ヒータＯＮの積算時間は、17,543、18,581時間であった。
７．サイラトロンの型式変更と冷却方式の変更
モデュレータのオーバーロードに悩み、サイラトロン KU-275C をメーカの推薦する F-241 に変更した。
しかし、当初、明確な差が出なかったが、冷却をメーカの推奨方式に変えることで劇的に安定し、昨年４月からオーバーロードが発生していない。

4.2 マシンの現状
表１ 京大炉ライナックの公称性能と現状性能項

目

公称値(目標)現状

ビーム・エネルギー
無負荷時
最高負荷時

４６ MeV
３０ MeV

４６ MeV
３０ MeV

ビーム電流
定常モード(4μSmax)
過渡モード(22nS)

500mA
6 A

500mA
6A

定常モード
過渡モード

0.1 〜 4μS
10 〜 100 nS

0.1 〜 4μS
10 〜 100 nS

パルス繰返し数定常モード
過渡モード

0 〜 180 pps
0 〜 480 pps

0 〜 100 pps
0 〜 300 pps

10 kW〜 6 kW

パルス巾

ビーム･パワー

表 1 に公称値と安定に長時間運転できる現状の値を示す。サイラトロンの冷却方式の変更でマシンは比較的順調で、加えて、2 本のクライストロンを新しくしたことでピークパワーも公称値通りで限界値でもある〜30MeV, 4μS, 500ｍA を安定に供給できる状態にある。パルス繰返しは、現在、ロングパルス（定常モード、〜 4μS 巾）で 100 pps なら長時間安定に利用できる (ビームパワー〜 6ｋW) 。この 100pps は長時間安定に使える値としては過去最高の値である。限界は真空悪化や漏洩放射線の増加であるが、種々対策を検討･実施中である。ショートパルス（過渡モード、10 〜100ｎS 巾）で最高 300pps としているが、これ以上の要求が無く、長時間テストをしていないので明確な限界ではない。これも過去最高の繰返し数である。

4.3 保守体制
京大炉ライナックは粒子線源としての実験道具でマシン研究者は居らず、これまでの施設責任者はユーザである炉物理･炉工学の研究者である。マシンの運転、保守、改造は技官で行っている。現在では予算要求書の作成から執行、実験者へのＲＩ現場教育や実験の相談もある。(もちろん、許可を得ているが、)加えて、ライナック技官は研究炉部に所属し、原子炉の運転や保守業務(本業)もある。約 10 年前までは、4 人の技官がいた。実験所の体制が変わり、管理に対する技官の負担が増えたことから、1 人は原子炉の保守業務を免除された(原子炉の運転、当直などはある)が、もう 1 人は、他の研究炉部員と同量の仕事を課せられた 2 人体制になり、1.5 人体制と呼んでいた。
しかし、最近、0.5 人の人が教官になって大変忙しく、手伝って貰える機会も減り、技官１人体制になった。
その１人も週に１回以上の原子炉の運転業務などがあり、時間のやりくりが大変になった。どうにか動いているのは、現在、比較的マシンが順調であり、ビーム立上げ以後は実験者に監視を頼めることや担当者や有資格者の実験は起動も任せられるようになっているからである。また、人手のいる仕事や相談は、他の担当者（教官）に依頼している。

5.3 電子銃とその周辺回路の更新
京大炉ライナックで使っている電子銃 Model 12 は、もう製造されていないし、周辺回路も更新して 20 数年が経ち、信頼性がかなり低下している。しかし、メーカに一式頼むお金はないので、電子銃の設計から周辺回路を含め、京大炉ライナックですべく、数年前に所内予算を貰い、製作を進めている。しかし、日々の仕事に追われ、遅々として進んでいない。ビームスポットが改善されると高繰返し運転が可能になり、ビームパワー10kW が実現できるかも知れない。
YU-156 の使用を計画している。

６．運転継続上の課題
京大炉ライナックは、原子炉実験所にとってはマイナーな実験設備で、実験所のどの組織に所属するか位置付けも明確で無い。加えて、文科省からの予算も無い。そして、2 年先には独立行政法人化の話もある。設置から 37 年になる装置である。いつまで維持費が付き、いつまで動かすことができるか不明である。マシン担当者が決める問題でもないが、継続に必要な課題を以下に示す。

6.1 ユーザの確保
ユーザが存在して初めて動かすとなる。中期利用計画の作成を意図して、ユーザに求めたアンケート
結果は、継続に強い希望があった。

6.2 マシンの老朽化
先の電子銃周辺や放射線モニター、各種電源、などなど多くある。全面的な更新予算や高額な維持費が付かない限り、老朽化問題の解決は無い。しかし、クライストロン他の高額部品の故障は別途対応される必要はあるが、いたちごっこを覚悟して少しずつ更新していく気になれば、現状の維持費で運転の継続を現担当者としては可能と判断している。

５． 実施、計画中の作業

6.3 スタッフの問題

5.1 ＲＩ施設整備

現担当者は高齢化し、持続力、記憶力、集中力に衰えが目立つ。異状を早期に発見できれば、被害を少なくしたり、他への波及も少ない。10 年前に比べて格段に日常保守も心掛けているが、忙しさも限界に近く、マンパワー不足を感じる。マシンは担当者が作ったものが多く、メーカに修理依頼できるものは少ない。今、若い担当者を入れてもらっても継承の時間も自信も無い。数年先にどうなっているか答えられる人はいない。

補正予算によりＲＩ施設への入退室管理が一新され、ＲＩ施設の整備も今夏行なわれる。マシンの性能は変わらないが、内部の見た目は改善される。Ｒ
Ｉ使用施設として、ターゲット室が非密封線源取扱い可能になる予定で、照射実験が可能になるのを待つユーザがいる。

5.2 放射線遮蔽増強作業
先の工事に合わせてターゲット室の放射線遮蔽を強化する計画で、ライナック高繰返し化を阻むひとつが改善される予定である。

参考文献[1] 高見清 et al., “京大炉中性子発生装置（電子ライナック）の現状” Proceedings of the 16th Linear Accelerator
Meeting in Japan, Tokyo, Sept. 3-5, 1991