Proceedings of the 20th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan
August 29 - September 1, 2023, Funabashi

PASJ2023 WEP44

タンデム静電加速器に関する VR 教材の開発
DEVELOPMENT OF VR-TEACHING MATERIALS FOR ELECTROSTATIC TANDEMACCELERATOR
吉田哲郎#, A), 大和良広 A), 笹公和 A), 広田克也 B), 古坂道弘 B)
Tetsuro Yoshida #, A), Yoshihiro YamatoA), Kimikazu SasaA), Katsuya HirotaB), Michihiro FurusakaB)A)
UTTAC, University of TsukubaB)High Energy Accelerator Research Organization (KEK)

Abstract

The University of Tsukuba Tandem Accelerator Complex (UTTAC) owns the 6MV Pelletron tandem accelerator andthe 1MV Tandetron accelerator, which are used in research and educational activities. The purpose of developing VirtualReality (VR) exhibition is to use it for undergraduate student’s experimental practice in accelerator science, high school
student’s facility tours, and education for human resource development. The tank of the 6MV Pelletron tandem accelerator
is always filled with insulating SF6 gas at 5 atmospheres to prevent electrical discharge and, for this reason, the tank isopened only once a year for regular maintenance. Almost all visitors cannot have a chance to look inside the accelerator
tank during the tour, but instead, they can see the inside using VR goggles. Through such experience, we hope to getundergraduate and high school students interested in accelerators.

1.

はじめに

筑波大学放射線・アイソトープ地球システム研究セン
ター応用加速器部門タンデム加速器施設(UTTAC)では、6MV タンデム加速器および 1MV タンデトロン加速器の2 台の静電加速器を有し、加速器や放射線を利用した様々な計測実験と研究および教育活動を行なっている。
これらの加速器をバーチャルリアリティー（VR）技術を用いて表現することを目指し、KEK と連携して VR 加速器ツールの作成を進めた。
作成した VR は、実験実習や施設見学、人材育成に関する教育用教材としての使用を目的としている。実習や見学の際に、6MV タンデム加速器はタンク内を 5 気
圧の SF6 ガスで絶縁しているため、直接加速器の内部を見ることはできない。しかし、VR ゴーグルを用いて加速器タンク内の 360 度写真を見ることで、実際にタンク内にいるような経験をすることができる。このような経験を通して、VR ゴーグルを使用した人に加速器に興味を持ってもらうことや、VR ゴーグルを着用することで加速器について学ぶことができるような教材を作成したいと考えている。
実際に VR を用いている施設として、KEK では教育加速器 KETA を VR 化し、一般公開などで使用している[1]。また、広島大学放射光科学研究センターでは VR での施設紹介を Web ページで公開している[2]。このような他機関と共に開発し連携しながら、様々な加速器施設を一般向けに公開することも目指している。
今回、作成したタンデム静電加速器の VR の詳細について報告する。

2.

Experiment Room
A6

A4

A5

A3
Positronannihilation

A1 予備ライン
A2 原子・放射線物理実験

A2

A7

1 MV Tandetron

A3 予備ライン

A1A4, A5 予備ライン

Mössbauer Spectroscopy

A6, A7 磁気スペクトログラフ
Experiment preparation
room
Beamtransport

Polarized Ion Source(PIS)

Accelerator Room

S1

S1 ラムシフト型偏極負イオン源
S2 Csスパッタ負イオン源

Machineshop

Verticalline
55º

L5L4AMSL3S2S5L1 イオンビーム物質分析装置
L2 宇宙用素子照射試験装置
L3 マイクロビーム分析装置

40º

L2MC-SNICSs

S390º

L4 AMS用極微量核種検出ライン

L1

L5 予備ライン

S46 MV tandem

105º

10 m

S3 He用RF負イオン源
S4 AMS用Csスパッタ負イオン源
S5 AMS用Csスパッタ負イオン源

SF6 storage tank

Figure 1: Layout of the UTTAC.
加速器の 2 台の静電加速器を所有している。6MV タン
デム加速器はファン・デ・グラーフ型で、ペレットチェーンを 2 本用いて電荷をターミナル部に運搬し、最大加速電圧は 6.0 MV となっている。Figure 2 に示すように加速器タンクの長さ 10.5 m、直径 2.74 m の大きさで、ビームラインの高さが 1.78 m となっている。1MV タンデトロン加速器は、Fig. 3 に示すようにコッククロフト・ワルトン型であり、最大加速電圧は 1.0 MV となっている。

筑波大学タンデム加速器施設

筑波大学放射線・アイソトープ地球システム研究セン
ター応用加速器部門のタンデム加速器施設を Fig. 1 に示す。6MV タンデム加速器および 1MV タンデトロン___________________________________________# yoshida@tac.tsukuba.ac.jp- 617 -

1.78 m10.5 mFigure 2: 6MV Pelletron tandem accelerator.

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ンデトロン加速器はタンク内を開放することはないため、加速器内部の 360 度写真はなく、加速器室の写真のみ見ることができるようにした。

Figure 4: VR view of the 1MV Tandetron accelerator.
Figure 3: 1MV Tandetron accelerator.

3.

作成した VR

3.1 VR 開発環境
VR の開発環境としては、Unity を使用した。Unity はUnity Technologies が開発・提供しているゲーム開発エンジンである[3]。Unity は 1 つのプロジェクトデータから、Android、iOS、Windows、Web プラウザ等の複数のプラットフォーム向けに実行可能なデータをビルドすることが可能となっている。Unity で作成した VR を Android 向けにビルドし、VR ゴーグルの Oculus quest 2 に取り込んで使用した。Oculus quest 2 にはコントローラーが付属しているため、コントローラーに設定を加えて、使用者が見やすい工夫を加えた。具体的には、コントローラーのスティックを傾けることでズームする機能や 2 つのボタンを押すことで、タンデム加速器の中の写真を切り替えることができて、様々な場面を体験することができるようにした。
また、撮影には 360 度カメラの RICOH THETA Z1 を使用し、タイマーを使っての撮影やアプリを使用してリモー
トで撮影することで撮影者が映らない工夫を行った。
作成した VR は 1MV タンデトロン加速器と 6MV タンデム加速器の 2 つのパートに分かれている。
3.2 1MV タンデトロン加速器の VR
1MV タンデトロン加速器については、Fig. 4 に示すように VR ゴーグル付属コントローラーの違うボタンを押す
ことでタンデトロン加速器室全景の写真 1 枚と加速器のCG の 2 つのコンテンツが切り替わるようにした。1MV タ

3.3 6MV タンデム加速器の VR
6MV 加速器については、Fig. 5 に示すように、加速器タンク内の高エネルギー側のペレットチェーンのある部分と加速器タンク中央にある最大 6 MV になるターミナル部分の 360 度写真 2 枚と加速器室入り口上部とイオン源上部から撮影した 360 度写真 2 枚、加速器の CG の計 5
つのコンテンツを VR ゴーグル付属のコントローラーのボタンを押すことで切り替わるように設定した。
写真からは加速器タンク内部の様子等で正面だけ見えているが実際にゴーグルをつけて見ると後ろや下など360 度見渡すことができる。また、加速器タンク内のターミナル部分の写真を見ることで、ペレットチェーンやガスストリッパーの配置、ターボポンプの位置など様々な情報を得ることができるので、タンク内作業の前の準備などにも使用することができる。
3.4 加速器 CG の VR
1MV タンデトロン加速器と 6MV タンデム加速器について 360 度写真のみではなく、CAD データを取り込むことで加速器の CG も作成した。VR を作成した Unity では、fbx ファイル等を読み込むことが可能であり、加速器タンク内部の加速管やフープなどを簡易的に作成することでタンク内部の様子も見ることができるようにした。しかし、ペレットチェーンなど他のタンク内の装置などは加えていないため、今後改善していく予定である。また、VR ゴーグルの容量の問題もあり，6MV タンデム加速器はイオン源やビームラインの CG はなく、加速器タンク本体周辺のみとなっている。

Figure 5: VR view of the 6MV Pelletron tandem accelerator.

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360 度写真の VR では、実際に動いても視点などは変わらないが、加速器 CG では歩くことで見える様子も変わり、実際にその場にいるような体験ができる。そのため、加速器や装置の内部を覗き込むこともできる。加速管の中を覗き込むと、Fig. 6 のようにビームが通っている様子を見ることができる。ビームは模式的に球状の物体で表現し、連続で飛び出すように設定した。

Figure 8: Visitors with the VR goggles in front of theaccelerator tank.

5.
Figure 6: Image of the beam passing through theaccelerator tube.
3.5 cluster アプリを使用した施設紹介
Figure 7 のような cluster アプリを使用した加速器施設の紹介も作成した[4]。アプリのダウンロードと Google アカウントなどの登録が必要であるが、Cluster では大人数で同時に仮想空間に入ることができるので、施設の紹介などに適している。また、Unity との相性もよく、Unity で作成した CG を cluster に簡単にアップロードすることができる。VR ゴーグルの Oculus quest 2 で cluster を使用することもでき、スマートフォンでも使用することができるので、大人数での高校生の施設見学の際に有効になると思われる。

まとめ

6MV タンデム加速器と 1MV タンデトロン加速器を VRで表現することができ、VR ゴーグルを利用した人に普段は経験できないことを体験させることができた。しかし、VR ゴーグルを装着している方から質問があっても、質問者がどこを見ているのか分からずに情報を共有するのが現状では難しい問題がある。そのため、VR ゴーグルを装着しただけで分かるような説明表示を加える予定であり、理解がより深まる VR 教材の開発を目指している。
また、VR ゴーグルには数に限りがあるため、スマートフォンを用いた AR 技術の導入も検討している。

謝辞
この VR 技術は、高エネルギー加速器研究機構の加速器科学国際育成事業(IINAS-NX) の支援を受けています。

参考文献[1] M. Furusaka et al., PASJ2022 FRP030. 2022, 984-988.
[2] HiSOR VR (Hiroshima Synchrotron Radiation Center VR),
https://www.kasokuki-dx.jp/vr/[3] Unity Technologies, https://unity.com/[4] https://cluster.mu/w/
1ef87aab-cced-4c33-9f11-2e1844f95944

Figure 7: Scene of the cluster application.

4.

VR ゴーグル使用実績

VR ゴーグルの使用実績として 2022 年 8 月から使用を開始して、2023 年 8 月までにおける見学者の総数は724 名（高校生施設見学 411 名、オープンキャンパス 249名、筑波大学学生実験実習 29 名、技術職員研修等 35名）であった。現在は VR ゴーグルが 5 個あるので、5 人同時に見ることが可能である。VR ゴーグルをつけると、多くの人は驚きながら加速器の内部の写真を見ていた。
見学の際には、Fig. 8 のように VR ゴーグルを加速器タンクの前に置いて使用している。使い方の説明や見学者などが 5 名以上いる場合に VR ゴーグルの画面を iPadの Oculus アプリからミラーリングし、モニターにつなぐこともしている。

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