Proceedings of the 14th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan
August 1-3, 2017, Sapporo, Japan

PASJ2017 WEP028

J-PARC MR トンネル内監視カメラの運用状況、及び耐放射線性能について
OPERATION STATUS AND RADIATION RESISTANT PERFORMANCE OFSURVEILLANCE CAMERA IN J-PARC MR TUNNEL
仁木和昭#, A), 足立昌俊 B), 山本昇 A) , 渡邉和彦 B)
Kazuaki Niki #, A), Masatoshi AdatchiB), Noboru YamamotoA) , Kazuhiko WatanabeB)A)
KEK J-PARC
B)
Mitsubishi Electric System & Service Co., Ltd.

Abstract
In the accelerator tunnel of the J-PARC main ring (MR), 38 CCD cameras for surveillance have been installed since
the beginning of MR operation in 2008. These CCD cameras are placed in a case of a lead block or a lead glass in orderto reduce the influence of radiation, but cameras installed in the beam injection line part where the beam loss is large
are damaged by radiation. And furthermore, some cameras have failed in less than one month with the enhancement ofbeam power recently. For this reason, in 2014 three cameras which are installed in the beam injection line part werechanged from CCD to Charge Injection Device (CID) type and began testing. Until the summer of 2017, over 1000 Gy(Total Ionization Dose) was irradiated to one CID camera by beam operation, it was able to operate for 3 years but thedeterioration is beginning to be seen in camera located at the highest dose in the MR tunnel.

1.

はじめにJ-PARC 主リング（MR）の加速器トンネルには 2008 年の MR 運転当初から 38 台（入射及び取り出しのビームライン部、脱出棟、電源棟等に設置されたものは除く）のCCD カメラが設置され、トンネル内の非常停止ボタンが押された場合の対応やトンネル内作業の監視に用いられている。Figure 1 に監視カメラの配置図を示す。これら
CCD カメラは放射線の影響を軽減するために鉛ブロックと鉛ガラスのケースに入れられているが、ビームロスが大きい入射直線部や取り出し部に設置されているカメラは運転時の放射線により CCD がダメージを受けるため、夏のメンテナンス時に交換することで対応してきた。このため特にビームロスが多く放射線の強い影響を受ける入Figure 2: Lead shield of CCD camera.
射直線部に設置された 3 台のカメラを 2014 年から CID（Charge Injection Device）タイプに変えて試験を始めた。
本論文では CCD カメラの運用状況と 2017 年夏までのビーム運転により最大約 1000 Gy が CID カメラに照射されたのでその結果やその他問題点について報告し、今後の検討課題等についても述べる。

Figure 1: Location of MR surveillance cameras.
____________________________________________# kazuaki.niki@kek.jp

2.

J-PARC MR トンネル内監視カメラ

2.1

CCD カメラの概要

Figure 1 に示すように MR トンネル監視用の CCD カメラ（センテック STC-N63SBT）は MR トンネルの構成に沿って、左下入射直線部、右下 SX 直線部、上 FX直線部と各直線部をつなぐアーク部に設置されている。
全周に 38 台の CCD カメラがほぼ均等間隔に置かれており、ビデオ信号出力は BNC ケーブルで約 100〜300 m 程離れた電源棟に送られている。各カメラは陽子ビームパイプやそれを取り巻く加速器の各機器からは離れた通路上の天井ラックに吊り下げられているが、放射線の影響は無視できないので、Figure 2- 882 -Proceedings of the 14th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan
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PASJ2017 WEP028の写真のように厚さ 2 mm の鉛板のケース（レンズ前面は厚さ 9 mm の鉛ガラス）に覆われている。しかし入射直線部と SX 直線部は運転中のビームロスが多く、カメラは強い放射線にさらされる。そのため CCD がダメージを受けるので夏のメンテナンス
時に毎年 5〜10 台程度を定期的に交換することで対応してきた。しかし近年ビームパワーの増強と共に僅か 1 ヶ月以下で故障するカメラも出てきた。
2.2

トンネル内の放射線と CCD カメラ

ビーム運転中の加速器トンネル内の放射線量はビー
ム停止 4 時間後に入域して測定するサーベイ結果でおおよそ推測できる[1]。 例えば 2017 年 3 月 30 日の NU
利用運転後の非常停止ボタン 8 番の監視カメラ（EMG-8カメラ； Figure 1 の入射直線部にある 3 個の赤丸の真ん中）付近におけるサーベイ結果から推定すると、ビーム運転中は 140 mGy/h 程度、1 週間の運転で約 20 Gyと概算できる。CCD カメラはガンマドーズで 100 Gy 程度以上は使えるため１ヶ月程度は使えそうだが、MR 加速器の陽子ビームからの放射線は TID (Total IonizationDose) で評価されるべきで実際の耐放射線性能は違ってくる。CCD は通常放射線が当たると画像に白抜けが起こり最終的には真っ白となる。ただし最近我々が使用している CCD カメラでは白抜けするより前にビデオ信号が来なくなる現状も起きており、これは CCD に使われている DSP 素子が変わったことが原因と考えている。

Figure 3: CID camera and RadMon.
メラの中で最も線量の強い場所にある。しかし CCD カメラとは違って鉛板のケースには入れずに製品そのままで運用した。また CID カメラには耐放射線性能のないCCU（Camera Control Unit）を比較的近くに置く必要があり、電源棟への接続トンネルに CCU を置き中継してからビデオ信号を電源棟に送っている。

3.2 RadMon
ビーム運転中の放射線量の評価をさらに正確にするために CERN で開発された放射線測定器 RadMon[2,3]3. 入射直線部に設置した CID カメラを CID カメラの脇に設置した（Figure 3 参照）。RadMon
は LHC トンネルの中に置かれた電子回路の放射線性3.1 CID カメラ
能を見るためのもので、TID（Total Ionization Dose）を計
ビームロスが特に大きい入射直線部の 3 台の監視カ ることができる。実際に 2017 年 3 月 30 日前 1 週間で測メラ（Figure 1 の 3 個の赤丸）を 2014 年 2 月から CID られた値は 22.0 Gy で、これは 2.2 節の概算値とよく一（Charge Injection Device）タイプに変えて試験を始めた。 致している。RadMon で測定した TID のトレンドを Figure
この CID カメラは Thermo Scientifics 社の CID8725D で、 4 に示す。CID カメラの運用開始から 2017 年の 3 月まガンマドーズで 30 kGy という仕様のものである。Figure 3 でで約 1100 Gy が EMG-8 の CID カメラの場所で計測は EMG-8 の監視カメラの場所に設置した CID カメラで されている。
ある。EMG-8 カメラは NU 運転時の MR トンネル監視カ

Figure 4: TID (Gy) measured by RadMon at EMG-8 camera.

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3.3

CCU トラブル

2014 年 2 月に設置して以来順調に稼働してきたが、2016 年に 3 台、2017 年 1 台の CCU が相次いで故障した（Figure 4 参照）。内 1 台は予備機と交換した後、約半年で故障した。メーカ調査では入力電圧コンデンサ部分の故障で、放射線や熱の影響を調べた。しかし接続トンネル部の放射線は十分低く（10 μSv/h 以下[4]）、熱も 50度以上になることはなくコンデンサを壊すとは考え難い。
加速器には様々なパルス電源なども用いられているので、電源ラインのノイズ環境を調査対策する必要があるかもしれない。
3.4

J-PARC MR での CID カメラの放射線劣化

2017 年夏までのビーム運転により約 1000 Gy 以上がEMG-8 の CID カメラに照射された。ビーム下流にある
EMG-10 の場所にある CCD カメラ画像と EMG-8 のCID カメラ画像を Figure 5 と Figure 6 に示す。上の画像はそれぞれのカメラ設置時で、下の画像は 2017 年 4 月時のものである。EMG-10 カメラは EMG-8 カメラの場所より一桁以上線量の低い場所に設置されている。約 8 ヶ月でかなりの悪化が見られるがこれには白抜けとは違う劣化も起きている。一方 Figure 6 の CID カメラについて
は、暗くなるのはレンズ自体の放射化の影響もあるが、3年間である程度の劣化が見られるがまだ使える状況で2016/8/6はある。しかし J-PARC の陽子ビームによる運用で TID30 kGy の性能は厳しいと思われる。なお EMG-8 カメラの前後の二つの CID カメラは線量が数倍程度少ないた
め劣化はそれほどは見られない。

4.

まとめと今後J-PARC MR トンネルにおいて 38 台の CCD を用いた監視カメラシステムを運用している。ビーム強度の増大に伴いトンネル内の放射線量が増大し、CCD カメラの故障が問題となっている。このため線量の強い場所にある 3台の CCD カメラを耐放射線性能に優れた CID カメラに交換して試験を始めた。2014 年から 3 年の運用はできたが MR トンネルで最も線量の強い場所にあるカメラには劣化が見え始めている。CID カメラは高価なので今後他の線量の高い場所へも展開するかどうかは劣化の進行や CCU の故障頻度とその原因の検討も合わせて進める予定である。

参考文献[1] K. Satoh, private communication.
[2] C. Ohmori et al., proc. pasj11, Aomori, Japan, 2014, p. 249.
[3] G. Spiezia et al., “The LHC Radiation Monitoring System –RadMon”, PoS RD 11 (2011) 024.
[4] H. Nakamura, private communication.

2014/4/9

2017/4/14

2017/4/14

Figure 5: Video image of CCD Camera.

Figure 6: Video image of CID Camera.

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