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)

CURRENT STATUS OF THE J-PARC ACCELERATOR COMPLEX
J.Kishiro
High-intensity Proton Accelerator Centre in Japan Atomic Energy Research Institute, JAERI
2-4 Toukai-Mura, Shirakata, Shirane, Naka-gun, Ibaragi, 319-1195
Abstract
Japan Particle Accelerator Research Complex (J-PARC) is the joint project between Japan Atomic Energy ResearchInstitute (JAERI) and High Energy Accelerator Research Organization (KEK) aiming to realize the 1MW class highpower proton accelerators. The accelerator complex consists of 400MeV H- LINAC, 3GeV Rapid-Cycle-Synchrotron(RCS) of 25Hz repetition rate and 50GeV Main-Ring (MR). The project has been organized in 1999 by combining theHigh Intensity Neutron facility in JAERI and the Japan Hadron facility in KEK. The budget has been approved in 2001
and the civil engineering was started in 2002 at JAERI site. Most of the accelerator components have been ordered tothe industries. The LINAC equipments will be installed in the tunnel in FY. 2005 and the first beam will be delivered by
the middle of FY. 2006. The first beam from 3GeV RCS will be by May 2007.

J-PARC加速器の建設状況
１．はじめにJ‑PARC大強度陽子加速器施設は、日本原子力研究所（JAERI）と高エネルギー加速器研究機構（KEK）との統合計画として平成11年組織化され、現在茨城県東海村の原子力研究所敷地内に建設が進んでいる。
この計画は、それに先立つJAERIの中性子科学センター構想と、KEKでの大強度陽子加速器計画を統合し、ひとつの計画として再編成したものである。
加速器構成は、400MeVのH‑を加速する線形加速器（ LINAC ） 、 3GeV,25Hz の 速 い 繰 り 返 し 加 速 器（RCS）及び50GeVの主加速器（MR）より成る。これ
らの加速器構成により、1MWにものぼる大強度の中性子を生成し物質生命科学の研究、及び0.75MWの50GeVビームを取り出して原子核素粒子の研究を行
図１： J‑PARC加速器施設の建物建設状況。
うことを目的としている。
統合を契機に、それまでの加速器設計を詳細に検J‑PARC加速器の設計に際しては、1MWと言う世界最討し、現在加速器構成機器の殆どの発注が終了して大のビーム強度の達成を目標としている為に、ビーいる。又加速器地下トンネルや制御室或いは電気・ム損失を極力低く抑えることに主眼が置かれた。電冷却施設等の建物の建設も中盤にさしかかっている。 子ビームと異なり、陽子ビームは周辺機器を極めてLINACでは平成18年度中ごろからビーム試験を実施
強く放射化し、残留放射線は機器の維持改善の作業し、その後RCSの詳細試験を行って、平成19年後半を非常に困難にする。設計の指針として、平均でには最初のビーム共用を予定している。
1W/mのビーム損失に抑制することを掲げたが、この
本稿では、これらの現状を加速器建設の視点から、 値は加速される陽子の0.1%しか損失を許容しないと紹介する。
言う、非常に困難な設計を要した。

２．加速器全様と建物の現状

３．線形加速器

平成12年度から始まった加速器地下トンネルや施設関係の建物建設は既に中盤を越しており、LINACやRCSは電源室などの建物に及んでいる。図１は平成16年度初頭の建設状況を示し、LINACよりMRを望んだものである。防風林と世界一海に近い加速器施設と言う困難な状況の中で、平成17年度終了を目指し建設が精力的に進んでいる。

J‑PARC加速器の内、LINACの構成を図２に示す。
LINACは、
イオン源
RFQ,Drift Tube LINAC (DTL),
Separated‑type Drift Tube LINAC (SDTL)
Annular Coupled Structure LINAC (ACS)

16

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)

250m( 3 .1 m ) ( 3 .0 m ) ( 2 7 .1 m )Io n
S o u rc eDTL

RFQTo RCS( 9 1 .2 m ) ( 1 5 .1 m ) ( 1 0 9 .3 m )(3 2 4 M H z )50 keV

3 M eVACS(5 8 m )(9 7 2 M H z )

SCC

SDTL

5 0 .1 M e V

1 9 0 .8 M e V

400 M eVTo
ADS
600 M eV

図２：線形加速器の構成。
• 将来の改造或いは維持保守の作業性を当初の４種類の空洞より構成される。
‑から勘案しておく必要がある。
イオン源は、H イオン電流の増加を目的にセシウ
時間変化の速い磁場に晒される真空容器やモニム充填型と、初期の安定な運転を目的にした非充填ター機器などには、かなり大きな渦電流が誘起され、型の2種類の開発を行った。現在両方ともに運転に機器に熱を発生する。この渦電流は、周辺装置に誘供する装置が製作され、セシウム充填型では最大起されるだけでは無く、電磁石の端板或いはコイル‑72mAのH ビームを生成出来ている。又非充填型では線材そのものにも発生し、磁場を撹乱する。この困最大34mAの生成に成功している。目標性能は60mAで難を避ける為に、RCSで使用する偏向電磁石や４極あるが、安定化を図った両タイプの改善を行ってい電磁石では、従来のコイル線材では無く、直径3mmる。のアルミニウムを素線材として、約30本ほどを冷却
イ オ ン 源 、 RFQ そ の 後 の DTL ま で 含 め た 50MeV‑パイプに巻きつけたストランド線を使用した。
LINACは、現在KEKにおいて組み立てが終了しており、半径R0の従来のホロコンダクターで電磁石を製作ビーム加速試験が繰り返されている（図３）。
した場合の線材に発生する熱量は以下の式で表せる。
πω 2 B 2 4
Phollow =R08ρしかし、同じ半径をn本の細線で構成した場合、その熱量は、P=

Phollow 11(< cos θ > + <>)cos θn 2と減少することを利用したものである（ここでθはストランド線のツイスト角である）。図４は4極電磁石のコイル断面を示し、ストランド線を耐放射線性能の高いBTレジンと言うポリイミド系樹脂で含浸している。
図３：

KEKに組み立てられた50MeV‑LINAC。

４．3GeV-RCS
3GeV‑RCSは25Hzの繰り返しで運転される。この速い繰り返し運転と、1MWと言う世界最大のビーム強度を実現する上で、設計・建設では以下の指針が重要である。
• 偏向電磁石などの磁場変化が速い為に、渦電流の影響を極力避ける構造が必要である。
• 大電流ビームによる空間電荷力を抑制する
図４：ストランド線を使用した4極電磁石コイル。
上で、電磁石や真空機器などの口径を出来るだけ大きくする必要がある。
電磁石は現在量産過程にあり、図５に完成した4極• ビームの損失を制御し、損失を局所化する
電磁石を示す。
ことにより、周辺機器の放射化を抑制する。
• 高勾配加速装置が不可欠である。

17

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)が進められている。図７に、50GeV‑MR用4極電磁石の磁場測定の様子を示す。

図５：

４極電磁石

図７：

MR用4極電磁石磁場測定風景

図５で明らかな様に、大電流の陽子ビームに発生すJ‑PARC加速器郡の中で一番エネルギーが高くなるる空間電荷効果を低減する為に、非常に大きな口径MRでは、何らかの異常時に機器の高放射化を防ぐ上の電磁石が必要であった。
で、積極的にビームを取り出すビームアボート系が入射や加速途中で、空間電荷効果或いは何らかの必須である。ニュートリノ実験用の速い取り出し系不安定性などの原因でビームがそのエミッタンスをと共用する形で、世界初の両極性セプタムを考案し、増大した場合、損失を招く。J-PARCの様な大強度その実現を検討している。
加速では、その損失が周辺機器に強い放射化を引き
加速高周波空洞は、大きなビーム電流によるビー起こし、修理や維持保守作業を困難にすることが容ムローディングの観点から、インピーダンスの低い易に想定される。これを避ける為に、RCSではビー広帯域無同調型を採用して、運転の安定化を図ってム 損 失を局所化いる。その制御には、昨今のディジタル技術を駆す る 目的でコリ使して、ビームフィードフォーワード或いはメ ー ターを装備
フィードバック双方とも、ディジタル信号処理をし て いる。コリ施したシステムの開発を行っている。空洞と大電
メ ー ターは入射力駆動部は発注が終了しており、現在は主にRCS用部 に 置かれ、銅空洞の冷却方法の実験的検討を行っている。
或 い はモリブデ
ンのアブソーバ ー をベタトロ
６．まとめン振動位相で日本原子力研究所東海研究所敷地内に建設が進
180 ° 離 れ た 総
んでいる大強度陽子加速器(J‑PARC)は、加速器機数6個所の位置器の殆どの発注が終了し、現在製作メーカーを交に設置している。 図６： ビームコリメーター。
えた実施設計を精力的に行っている。平成19年度
図 ６ にその外観末のビーム共用を目指し、建物を含めた建設は順調を示す。に推移している。
RCSの構成機器は殆ど全てが既に発注されており、平成17年度には加速器トンネルも完成して据付作業
参考文献が開始される予定である。
[1]

JHF Project Office, “JHF Accelerator Design Study Report”,
KEK Report 97-16, March 1998.

[2] High-intensity Proton Accelerator Project Team.
“Accelerator Technical Design Report for Highintensity Proton Accelerator Facility Project, JPARC”, JAERI-Tech 2003-044 or KEK Report200213, March 2000.
[3] “Report of the Accelerator Technical Advisory
Committee for the JAERI-KEK Joint Project”, May
2002, Private communication

５．50GeV-MR
50GeV‑MRは0.75MWの陽子ビーム加速を目指す周長1567.5mのシンクロトトンである。繰り返しは約3.6秒で運転される。RCS同様、大強度の陽子ビーム加速を少ないビーム損失で実現する上で、電磁石は大型にならざるを得ない。偏向電磁石と4極電磁石の全てが発注を終了している。現在、磁場測定の準備

18