26■研究紹介

J-PARC 加速器，特に MR コミッショニングに寄せて
高エネルギー加速器研究機構 加速器研究施設

吉 岡

正 和

2009 年 5 月 22 日

1.

はじめに

2009 年 2 月 19 日に MR は予定通りハドロン実験ホール
への 30GeV ビーム取り出し(遅い取り出し，図 2)の施設検

私が J-PARC 加速器建設に参加したのは 2004 年 4 月で，査も受けた。このとき短期間の運転により収集したデータ

その後の 5 年間に本誌で J-PARC 加速器について語られたで K1.8BR(二次ビームライン名称)の実験グループは後述のは山崎氏他：「J-PARC 加速器」(2005 年)，池上氏：するような課題を抱えたビームスピル条件にもかかわらず「J-PARC リニアックにおける 181MeV 達成」(2007 年)，

K + の同定まで行っていることは注目に値する[4]。

および小関氏：「ビームコミッショニングを開始した J-PARC

4 月 23 日には 30GeV に加速したビームを速い取り出しMR」(2008 年)の 3 編[1,2,3]である。LHC 関連の記事が 2008

により，ニュートリノターゲットステーションに導き，ニュー

年度だけで 4 編あるのに比較すると高エネルギー物理基幹

トリノ生成の確認も行った(図 3)。これで J-PARC は全施計画にしては少なく，私たちの努力不足と反省するところ設が稼動したことになったのである。ニュートリノ用ビーである。それはさておき，直近の小関氏の記事(2008 年 9月)から 8 ヶ月後(2009 年 5 月)までの様子を報告し，今後の展望についても触れたい。なお限られた誌面でもあり，
これまでの記事との重複は出来るだけ避け，一般的な説明は最小限に留める。上記 3 編の記事はどれもコンパクトによく説明しており，
この機会にご一読いただくことを望む。
特に今後 J-PARC で実験を計画している大学の若手研究者にお勧めしたい。なお本稿は高エネルギー関係に重点を置
き，MLF(Material and Life Science Facility)については詳しく述べない。
次にコミッショニングの概要を説明する。図 1 に示すように J-PARC のビームコミッショニングは上流から順次，
リニアック(2006 年 11 月)，RCS(2007 年 10 月)，MR @ 3GeV
入射エネルギー(2008 年 5 月)，MR 30GeV 加速(同年 12 月)と行ってきた。

図1

J-PARC 施設配置とビームコミッショニング年次

図2

遅いビーム取り出しライン

27
ムは図 1 に示されるように神岡方向に向けるため，MR のをベースにしたため大幅にリスク，コストが低減出来たし，内側へ取り出し，強く偏向させて標的へ送り込む。そのた

真空容器をはじめ多くの部品調達にあたっては，LHC 向け

め一次ビームラインは限られた長さで，かつ MR 電磁石よ大量調達に引き続いて行ったため同じ価格で入手できたのり強い磁場で偏向させなければならない。そこで世界初とである[5]。

なる超伝導電磁石でかつ combined function 型のビームライ

リニアックと RCS のビームパワーがランを重ねるごとにンという技術選択となった(図 3，4)。4 月 23，24 日には超記録を伸ばしてきた様子を図 6 に示す。RCS ビームパワー

伝導電磁石を励磁してからわずか 9 ショット目のビームでの記録をみると，わずかシングルショットながら最大瞬間

標的に命中し，図 5 の映像を得た。新方式の超伝導電磁石

値 300 kW を記録， 210 kW で 70 秒間の，そして 100 kW でシステムの性能がよかったのは勿論であるが，コミッショ

は 1 時間の運転を達成した。さらに 2008 年 12 月からは MLF

ニングを担当したニュートリノ若手グループは「優秀なるユーザー運転を 20 kW で開始した。現在はリニアックのエスナイパー」でもあった。つまりタイミング制御やモニター

ネルギー(即ち RCS 入射エネルギー)は元設計 400 MeV の類の備えがよかったということだ。この超伝導電磁石の設45% ( 181MeV )である。これを 400 MeV に増強するまで

計，製造に関しては LHC に関する KEK/CERN 協力につRCS の最大設計ビームパワーは 600 kW なので，瞬間値いて触れておきたい。クライオスタット設計は LHC-dipole

300 kW はその 50% に相当する。

図3

ニュートリノ一次ビームライン

図6

リニアックと RCS のビームパワー

ここでビームコミッショニングの初期段階にありながらも，早期に MLF のユーザーランを開始したことと，
またチャ

J-PARC
ンピオンデータに挑戦することの意味をまとめよう。
はいうまでもなくパワーフロンティアを目指す加速器であり，その点において KEKB と同様である。その意味すると
ころは，高いピーク性能を達成し，かつそれを長期間安定
図4

二次元磁場強度及び磁束ベクトル図[5]に維持することである。しかし KEKB と大きく異なる点があり，それは放射化の問題である。J-PARC 加速器の最大の課題は陽子ビームロスによる機器の放射化といっても過言ではない。ビームロスを抑制・制御しつつ施設全体を長期間安定に運転することが，われわれにとっての最重要課
題なのである。チャンピオンデータに挑戦することは，ビー
ムロスについての課題を早期に抽出する上で有効であるし，
ユーザーランを行うことは，施設を連続運転することで内包している弱点を炙り出すことに役立つ。言葉を変えると，
マシンスタディのための間歇的運転だけではなかなか問題が発現しない場合もあるのだ。次項で述べる RFQ の課題は

図5

ニュートリノ生成標的直前に置かれた蛍光板モニターでその典型である。勿論，全体の建設スケジュールの中で，とらえた 9th ショット(2009 年 4 月 24 日)

この時期の MLF ユーザーランが決められていたという側面

28もある。一方でユーザーランを行うということは，加速器気システムが設けてある。しかしそれでも条件は厳しく，担当者にとって，

真空排気設計を重視する必要がある。本設計では ① 複雑な① ユーザーランという duty を抱えつつ，② 課題解決と，③ 性能向上RF 構造と，② ロー付けや溶接などの接合技術により RF
空洞自体を真空容器とするという二つのことを両立させるのが難しく，図 8 に示すように RF 構造を真空容器に収める「間接排気型」とした。

の三つのことを同時に果たすこととなり，その負担は実際のところかなり大きい。この事実と，瞬間的に達成したチャ
ンピオンデータは即，実用運転の実力ではまったくない，ということをユーザー諸氏には十分にご理解いただきたい
ところである。
さて，ここまでに受けてきた公的機関による各段階における放射線施設検査はすべてオンスケジュールで合格を果たしてきた。
これを一見すると順風満帆であるかのようだ。
図７

しかし内情は困難な課題を抱えて，薄氷を踏みながらの歩RFQ の外観(左)と内部構造(右)みであった(まだ完了形ではない)。勿論それは筆者が経験してきた TRISTAN や KEKB においても，特にコミッショ
ニング初期においては同様であった。しかし J-PARC の状
況，特に MR の様相は大規模プロジェクトに通常付随する，
いわゆる「初期トラブル」だけではなく，技術選択や要素開発に由来する課題も含まれる。それらのうち最重要課題
について，その情報を率直に開示することにより高エネル
ギー物理 society と正しい現状認識を共有し，協力を得ながらそれを克服していくべきと考える。これは戸塚洋二氏のスーパーカミオカンデ事故のときの際立った行動をお手本

図8

RFQ 本体と真空容器の関係にしたものである。そういうわけでもっとも大きな三つの課題について次項にやや詳しく述べることにする。

この技術選択では RF 設計に対する制限事項が少なくな
り，自由度が増すという利点がある。実際，図 7 に示すよ

2.

三大課題

うに

モード安定化ループ[1]を導入することができた。一方では図 8 にからわかるように，真空容器に格納された空三大課題とは，① リニアック最上流部加速管 RFQ の放洞本体の外部表面積と真空容器内部表面積は空洞本体内部

電，② RCS 加速空胴の磁性合金コア損傷，そして ③ MR

表面積の数倍にもなるため，その領域における吸着ガスは

主要電磁石電源リップルおよび不十分な制御性能のことでRF 電力を投入してもエージングされることがなく，真空のある。加速器の上流が動かなければ下流側は手の打ちよう

ベース圧力が高いままとなる。さらにはまだ定性的な理解がなく，MR から見れば三つの課題は同等の重みを持つ。

に留まっているが，水素ボンベからイオン源に導入する水
素ガスに若干量ながら水分が含まれており，それが蓄積し①

RFQ

RFQ の構造を図 7 に示す。左図が加速管を格納した真空容器の外観で，右図は加速管本体の内部構造を示す。

て連続運転を妨げているようでもある。初期の加速器専用
スタディでは連続長期運転を行わなかったので，放電問題は顕在化しなかったが，2008 年秋から MLF 向け連続運転

この加速管の役割はイオン源からの 50 keV の負水素イオを開始したところで，重大な課題であることが認識される

ンビームがベーンと称する四つの電極の中心部を通過するに至った。その後の調査で，高電界加速管としては材質やとき，バンチ形成と 3 MeV までの加速を行うことである。

表面切削精度にも改善の余地があることも分かった。それ

ビームパルス幅は 500 msec と長く，しかもベーン表面に現を受けて直ちにこれらの点を改善したバックアップ機を製れる最大表面電界強度は 30  35 MV/m とロングパルスの造するグループを編成し，急ピッチで検討を進めていると加速管としては非常に高い。RFQ はイオン源の即下流に位ころである。バックアップ機と入れ替えが可能になるのは置する加速管である。そのイオン源は水素ガスを流しなが最速でも来年夏以降となるため，現有機をそれまで使いこらの運転となるため，イオン源と RFQ の間には真空差動排なしていく必要がある。そのためには，① 放電により荒れ

29
た加速管ベーン表面の RF コンディショニングを行うこと，

速器問題検討会)。この誌面を借りて改めてお礼を申し上げ② 出来る限りの真空系の増強を行うこと，の二つのことをたい。そのときの大きな課題の一つが，図 10 に示すコアの計画している。① については放電などにより表面に生じた放電による損傷であった。支援の中には，KEKB の影山グ

ウイスカーを短パルスの RF 電力によりこれ以上ベーン表

ループによる，三次元電磁界分布計算がある。筆者はこれ面を荒らさないようにしながら蒸発させ(エネルギーは小さによって加速ギャップに近いコア内部には半径方向に高い

く，電圧だけは高くする)，次いで RF パルス幅を徐々に延電場が発生することを理解した。

ばしていく，という通常行われる高電界加速管のコンディ
ショニング方式を採用した。これにより通常の 20% のパル
ス幅ではそれなりに安定に運転できるようになった。来る
夏季停止期間中に ② について，クライオポンプの導入，ベーキングなどを行い，ベース圧力を下げ，排気速度をさらに上げる努力を行う。これらのことにより，RF コンディショ
ニングの効率が向上し放電条件も緩和されれば，現有機でもパルス幅を現状よりも改善した状態での運転が可能になると期待している。このように記述するとネガティヴな面が強調され勝ちであるが，筆者も含め，担当グループがチャレンジを伴う機器の開発姿勢や，複雑な現象の中からその物理的背景・描像を理解する方法論を学んだというポジティ
ヴな面もある。

②

RCS 加速空胴

図 10

コアの放電による損傷

その後，担当者やメーカーの懸命の努力により，放電をRCS トンネル内に設置された加速空胴群を図 9 に示す。

避けるようなコア製造方法が開発され，ビームコミッショ

RCS と MR の加速空胴はフェライトより特性の優れた磁性

ニングまでにはすべてのコアについてテストベンチにより合金リボンを材料とするコアを採用した。詳しくは文献[1]300  1000 時間のランニングを行った上で装荷し，全空胴に譲るが，加速ギャップあたり 15 kV という高電界を実現

をトンネル内にインストールすることができたのである。

し，かつ空洞の Q 値を低い値にして広帯域とし無同調で周これらの加速空胴を用いて前に述べたようにビームコミッ

波数変調をかけてビームを加速することが実現できた。そショニングをスケジュール通りに行ったのだ。しかし，運の大きなメリットは実際に RCS も MR もビームコミッショ

転時間を重ねているうちに空胴の一つの加速ギャップのイ

ニングのときに実感できたことである。しかし一方では，

ンピーダンスが急速に劣化した。一つの空胴は三つの加速新材料であるために，それを使いこなすまでには，まだま

ギャップを持ち，各ギャップ毎に 6 枚のコアを装荷していだ多くの努力を払う必要があることも確かだ。3 年前の 2006る。即ち空胴当たり 18 枚，11 空胴で合計 198 枚のコアを年夏に，当時加速器の抱える諸問題を抽出して，大学や他用いているが，劣化したのはその内の一枚である。

グループからも相当規模の支援を受け解決をはかる努力を

空胴を開けて調査したところ，多くのコアの内側部分にしたことをご記憶の方も読者の中に多くおられると思う(加「座屈」が起こっていることが発見された。そのうちの一つがコア内筒の突起部にぶつかりリボンに断裂が生じていた(図 11 は座屈から断裂に至ったもの)。これがインピーダン
ス低下の原因であった。しかしながら座屈があっても断裂に至らないコアの RF 特性には劣化が見られない。これはgood news でもあり bad news でもある。断裂に至るまで使用に耐えるのはよいが，開けてみるまでダメージの兆候が

図9

RCS トンネル内に設置された空胴(11 台)

図 11

座屈，断裂の生じたコア

30
わからない。座屈の生じた原因として筆者はコアの熱負荷

電磁石を励磁するということは，特高受電→電磁石電源が均一でなく，コア内側に強烈な圧縮応力が働いたという→地上電源室から地下電磁石までを接続する長尺の給電用見方が有力と考えているが，さらなる調査・検討が必要でケーブル配線→トンネル内に配置された多数の電磁石群とある。影山・東大山下研合同チームの数値解析によれば最いった一連のラインに大きな電磁エネルギーを流すという悪の場合，応力は数十メガパスカルにも達する可能性もあことだ。そのエネルギー流路にはインダクタンス( L )，キャる。現在 RCS グループは対策チームを編成して原因の究明

パシタンス( C )，抵抗( R )がずっと分布している。それらと解決策を探っている。

は定数の判った回路素子だけでなく，実際にはラインもインダクタンスを持つし，浮遊キャパシタンス，分布した抵③

MR 主電磁石電源

抗もあって複雑だ。しかも流れるエネルギーは高い周波数

第 3 の課題は MR 主要電磁石電源である。2008 年 5 月の成分まで含む広帯域の電磁エネルギーである。大人しく回入射エネルギー 3GeV でのコミッショニングの結果，ベー路図に引かれたラインを流れはしない。随所に危険な LCR

タートロンチューンやビーム軌道が大きくふらつくことが共鳴回路が寄生的に構成され得るし，エネルギー流路が不わかった[3]。直ちに電源チームを強化して原因を調査した

十分であれば電磁エネルギーの一部は空間に逃げたり，電ところ，偏向 2 極，収束 4 極，補正 6 極電磁石の電源それ源回路の上・下流部に流出するしかなくなる。ここまでにぞれ 6 台，11 台，3 台，合計 20 台のすべてに 1% 台の大き述べた ① 高調波，② 操作性，③ リップルの諸問題の根本いコモンモードのリップル電流があることがわかった。さはここにある。では真の理想電源はといえば図 13 に示すよらには電源の操作性能が悪く， 3GeV から 30GeV へのパ

うに実は佐藤・土岐理論というのがあり，既に HIMAC に

ターン運転もままならない状態であった。もともと設計思おいて実現されていたのである[6,7]。重要なことは全系統

想として，IEGT(Injection Enhanced Gate Transistor)といにおいて，アースされた中点に対して対称性を確保し，ノーう高性能新型高速スイッチング素子を用いることにより，

マルモード，コモンモード双方に対してフィルターを設け

大電力，小型，高効率，低ノイズという夢のような電源にるということに尽きる。その第一原理は勿論マックスウエなるはずであった。その回路図(偏向電磁石の例)を図 12 にル理論であるが，これを実際に大規模に展開された加速器示すが，AC 特高ラインを直接周波数変換してパターン電流

電磁石システムに対応した理論体系が作られたことはわれを作り出す方式で，実際出来上がった電源は小型になってわれにとって心強い。MR では給電ケーブルの配線も対称いる。しかし 2007 年末に電磁石への通電試験を始めたとこ

性を考慮せず，各電磁石のコイルをシリーズに，トンネル

ろ多くの課題が浮上した。先ずスイッチングなどに起因す

内を一周するような配線にしてあった。全システムの根本る高調波に悩まされた。現状では電源自身だけで抜本的な的な解決は簡単ではないが，2008 年秋には図 14(収束電磁

解決をはかることは困難で，他の機器も含め総合運転した石の例)に示すように偏向，収束電磁石の電源から電磁石

ときに基準を満たすことができている。次に制御性の問題
が浮き上がった。パターン運転が出来ないのである。メガワット級の電源を制御するのは，同じ電源筺体にある 10 mW級の電力で動作する低電力の制御回路である。両者の離隔が理想的であればよいが，特に配慮されていたわけではな
かった。そうして最後はリップル問題に行き当たったわけだ。実はこれらの諸問題はそれぞれが独立した事象ではな
かった。
図 13

図 12

偏向電磁石電源構成(基本構成は全電源共通)

図 14

対称性をもった理想電源[6]収束 4 極電磁石給電システム対称化

31への給電ケーブルだけでも対称化を図るという大きな決心をし，厳しいスケジュールながら作業を断行した。そうしてギリギリのタイミングで 12 月末からのビーム加速実験を迎えたのである。また電源に回路定数などの相当大掛かりな改造・調整を施し，ようやく加速パターン運転も可能となった。特に効果が高かったのは配線の対称化で，コモン
モード電流に起因するリップル電流は劇的に減少し，全体として 0.01% 台になった。スケジュールを堅守すべく，自図 15

加速中のビーム強度

分たちで完全に電源回路内容を掌握してことに当たった担
当チームの健闘は特筆に価する。

ビームを最初に確認できたのはビームダンプ直前に設置されたビームプロファイルモニターのほぼ中心部に信号を見たときである。このときは，このわずか半年間で電磁石電3.

MR 遅い取り出し，速い取り出し

ほとんど電子陽電子コライダーの経験しかない筆者にとって，固定標的の，しかも陽子シンクロトロンの運転は初めてであった。コミッショニングはビームをシングルショッ
トモードにして行う。これが可能になるためには，運転の良好な再現性が大前提となるが，リニアックおよび 2 台のシンクロトロンとも，最近のディジタル制御技術の進歩もあって，優れている。このことによって機器を無駄に放射化することなくマシンスタディを行うことが可能となった。
ニュートリノ一次ビームラインのコミッショニングで，わ源を加速パターン運転ができるところまで緊急改修やケーブルの対称化作業を行ったこと，先述した 2006 年夏の加速器問題検討会以来わずか 3 年間で，技術的に大きな困難に直面していたキッカー電磁石やセプタム電磁石を，とにかく Day-1 までに使えるところまで大幅改修ができたこと，
そしてそれらを直接担当した若手チームの驚異的な努力に思いが馳せ，現場慣れした筆者といえども深い感動を覚えた。

2009 年 1 月 27 日

ずか 9 ショットで標的までビームを導いたのはその典型で年が明けて直ちにハドロン実験ホールへの SX ビーム取ある。また RF 加速は先に述べたコア問題は別として操作出しを開始した。ニュートリノ実験のためには加速された性は優れている。さらに大きかったのは，MR は 3GeV でビームをそのタイミングでキッカー，セプタム電磁石を励入射したビームを 30GeV まで加速する間に遷移エネルギー

磁して一気に周回軌道の外に取り出せばよいが，ハドロンを通過しなくて済む光学設計(imaginary transition energy

ホールでの実験はカウンター実験なのでビームが一気に来

optics)が採用された世界初の大型陽子シンクロトロンであてしまっては同時計測実験が出来ない。できるだけゆっくることだ。旧 KEK PS の経験のない筆者にとって，最近のりと一様な強度で取り出したい。このような SX は FX に比ビーム光学理論の進歩からいって当たり前のような気がし較して相当に難度が高い。実験する方々にもそのことを理ていたが，かつて苦労した人たちの感慨はひとしおだった

解しておいていただきたいので，やや詳しく原理を説明しと思われる。以下，大きな三つのマイルストーン，① 最初ておく。k, l, m を整数としたときビームの水平，垂直ベータの 30GeV 加速，② 遅いビーム取り出し(以下 SX: Slow

トロン振動数( nx , ny )がExtraction という)，および ③ 速いビーム取り出し(以下k n x + l ny = n

FX: Fast Extraction という)毎にコミッショニングの様子を紹介しよう。

の条件を満たすと共鳴を起こしてビームは不安定になる。

MR では 8 台の SX 専用 6 極電磁石を使って 3nx = 67 とい2008 年 12 月 23 日

う三次共鳴を励振し，( nx , ny )動作点をこの共鳴線に近づけ

電源改修，電磁石配線対称化の作業終了を待って，クリながら振幅を徐々に大きくし，最終的には数秒かけてゆっ

スマス前に最初の 30GeV 加速を行った。ビームの行き先は

SX 部上流には静電セプタム(ESS)
くりとビームを取り出す。

FX 部のリング外側への取り出しラインの先にあるビームアが 2 台設置してある(図 16)。ESS には周回軌道内側に 25 mm

ボートダンプである。キッカー，セプタム電磁石ともに両極性にしてあり，極性を反転させれば，ビームはリング内側のニュートリノ一次ビームラインへと行く。
図 15 は横軸が時間，縦軸がビーム強度だ。この図からわかるように，遷移エネルギーを経ないため，加速途中にビー
ムロスは見られない。 30GeV に加速した後，取り出された

図 16

SX 部の静電セプタムおよび電磁セプタム配置

32
ギャップの二つの電極があって強い電場( 104 kV )が印加してある。周回軌道側の電極はビームが横切るため不可避的にビームロス即ち放射化が起こるため，物質量はできるだ
け少なくしなければならない。今設置してある ESS では厚さ 30 mm のタングステンレニウムリボンを使っている。周回軌道から外れたビームがこのリボンを横切って電場領域に入り軌道が曲げられ，次いで下流に設置してある複数の電磁セプタムを通過して無事に SX ビームラインへと取り出されるのである。このように SX は複雑な過程であり，

図 19

HD ビームラインのビームスピル

かつ不可避的ビームロスがあるのだ。図 17，18 には SX 時のビーム強度の時間変化を示す。図 17 は図 15 と同様であるが取り出し部が「撫肩」になっているのがお分かりいた

SX ビームロスのスタディ
SX では不可避的なビームロスがあり，ビーム取り出し効

だけると思う。図 18 は取り出しの部分を拡大したもので，率は原理的に 100% にできない。KEK PS では最大でも 90%

二つのショットが重ね書きしてある。

程度であった。つまり 5 kW のビーム取り出し時に 500 W のロスがあった。世界的に見ても最大 95  97 % にとどまっている。仮にロスを 1% にできたとしても 100 kW のビームを

KEK PS の 500 W
取り出そうとすると 1kW ものロスになる。
ロスの経験では，これを高放射化場での作業の上限値としなければならない。電源がダウンする前のわずかな時間であったが，ビームロスのスタディを行った。結果を図 20 に示す。このときの取り出し効率は 90% 程度であったが，やはり大部分のロスはビーム取り出しのタイミングで，SX 部で起こっていることがわかる。
図 17

遅い取り出しにおけるビーム強度の時間変化

図 18

図 17 のビーム取り出し部だけの拡大図

図 20

SX 部におけるビームロススタディ

図 17 の時間スケールでみるとビーム取り出しに特に問題ないように見えるが，図 18 のように拡大すると二つのショッ

2009 年 4 月 23 日

トともにビーム強度が階段状に変化しているのが見える。

SX コミッショニングのあと，
3 月はターゲットステーショ

これをハドロンビームラインに設置されたさらに時間分解ンも含めたニュートリノ施設コミッショニングのための能のよいモニターで見たのが図 19 である。ビームスピルがPPS(Personal Protection System，人的保護システム)切り

いわゆる「ハリハリ状態」になっている。その原因は第 3替えのためビーム運転は休止した。もちろんこの間を利用の課題として紹介した電磁石電源のリップルを反映していして，加速器は高密度の作業を行っている。中でも第 1 のるためである。このときのランは電源故障のため中断し十課題として紹介した RFQ は，いったん運転不能に陥ったが分なマシンスタディが行えなかったが，それが施設検査終基本に忠実なコンディショニングにより再生させたのもこ了直後であったのはまだ幸運であった。このランを終了すの時で，PPS 切り替え後の 4 月の運転再開に不十分な運転

ると実験グループはハドロンホールの二次ビームラインの条件ながらも綱渡りで間に合った。実験グループも加速器建設に入った。

担当者同様にハードスケジュールで予定通り準備作業を完33了させた。ニュートリノ生成標的へのビーム取り出し，一て実験課題採択委員会(PAC)で認められた物理実験に順次

次ビームライン調整については 1 章で既に述べたとおりで対応していくべきで，そのための企画・調整の仕組みを加ある。この稿を書いている時点では 5 月末の放射線施設検速器・物理が協力して作りつつある。加速器としては 2009

査に向けた準備を行っている。

年からの 3 年間を以下に述べる事情からテークオフの期間と捉えている。この間は条件として RCS 入射エネルギーは

4.

今後の展望

今年夏までの予定

181MeV のままである。幸い 400 MeV へのエネルギー増強のためのリニアックの予算が認められたので，その実現が待たれる。周知のように MR の設計出力パワーは 750 kW だ

5 月末に予定されている放射線施設検査をクリアするとが，それはビームエネルギーが 50GeV の場合である。とこ

J-PARC 全施設の第一段階施設検査がすべて終了すること

ろが MR の主要電磁石は 30GeV 以上では飽和が始まり，例になる。その後加速器は 6 月 22 日から 3 ヶ月余の停止に入えば 40GeV では必要電力は 2 倍に， 50GeV ではさらにそる。それまでの MR の課題の一つが 6 バンチ運転である。

の 2 倍必要となる。飽和に伴い磁場の good field region も

実はここまでのコミッショニングはほとんどがシングルバ

狭まる。そのため当面は飽和がない 30GeV で運転する計画

ンチ運転で，また 4 月ランの最後に 2 バンチ運転を試行しだ。このとき電流が同じであればビームパワーは 60% にな

たにとどまっている。MR のバンチ数は本来は 8 バンチだ

るので，750 kW 達成のためには何らかの方法でその分を回が，FX キッカー電磁石の立ち上がり時間が対応できないた

復しなければならない。
もう一つは MR のアパーチャーで，め，現状では 6 バンチが上限であり，夏前にそこまでは到主として FX 部機器のアパーチャーを 30GeV ビーム取り出

達しておきたい。夏季停止中には三大課題に関わる作業をしに十分なように拡大することが必要である。同時にビー実施する。① RFQ の真空系増強，② RCS 加速空胴コアのムハローをカット・吸収し，ロスを局在化するためのコリ

一部入れ替え，そして ③ MR は SX スピル制御のためのメーター容量の増強も必要となる。この 3 年間でこれらのフィードバック用電磁石システムのインストールや，補正改造を実施する，という意味でテークオフ期間と呼んだ。

6 極電磁石の給電ケーブル対称化(偏向 2 極，収束 4 極電磁

ここで誌面が尽きたので筆を擱くことにする。

石は 2008 年末までに終了している)などを行う。三大課題関係以外にも，保守作業も含めて多くの作業を予定している。実験グループもハドロンホールでは二次ビームライン

5.

おわりに

建設が続けられるし，ニュートリノ・ターゲットステーショ

加速器は厳しい現実を抱えながらもオンスケジュールでンでは電磁ホーン#2，#3 のインストールなど多くの作業

マイルストーンを実現してきた。この状況認識を共有したが目白押しで，これらは 10 月中旬までの予定である。

いがため，詳しい内情をも明かしたつもりである。また 2009
年を初年度とした向こう 3 ヵ年の目標も示した。その先の夏以降の予定見通しについて述べるためには，もう少し議論を重ねて，長期停止後の運転は，先ずは夏の作業の効果を確認する

また近いうちに機会をいただければと思う。MR で達成しところから始まる。特にビーム強度がどの程度期待できる得るビームパワー( PM )は，第一近似では RCS 出力パワー

かは RFQ の性能次第というところがあり，そのためのスタ( PR )，それを MR が受け取る率( e )および MR のエネルギー

ディは最優先であろう。現状の RCS 20 kW (MR 7 kW 相当)

E M に比例する。

から，これまでの最高レベルの RCS 100 kW (MR 33 kW 相当)にどこまで近づけるかだ。国際競争の激しいニュートリ

PM  eE M PR

ノ実験は一刻も早いパワー増強を必要としており，特に来MR のエネルギーは当面は 30GeV にするので， e を上げる

年は出力 100 kW で 107 秒間の運転を実現することを当面の方法を考えねばならない。
そのときビームが入射エネルギー目標としている。それを目指したスタディを中心とする。

にあるときの空間電荷効果がもっとも厳しい条件となる。

SX に関してはスピル制御のためにインストールした装置のこのように将来の見通しについて考えるとき，最近の KEKB性能を発揮させるためのスタディや，夏前には短時間しかの快挙，クラブ交差でのルミノシティ記録更新に筆者は大できなかったビームロスに関するスタディを行い，パワー

いに勇気付けられていることを付け加えたい。15 年前，筆増強に繋げたい。

「今の実力では SLAC
者が KEKB 建設に専念していたとき，に“周回遅れ”でついていけば十分」と言う人がいたこと2010 年以降および中期展望が印象に残っている。現実は KEKB 運転開始後 2 年目にパワー増強のためビームロスの理解とその制御のためのSLAC をキャッチアップ，4 年目に設計値を突破，10 年目

マシンスタディの優先度が高い。またいよいよ加速器としにして設計値の 2 倍を達成したのだ。そして今アップグレー

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ドに取り組もうとしている。かくのごとく将来予測は難しい。KEKB は優れた基本設計がベースにあってプロジェク
トのもっとも健全なライフサイクルをたどっている。
一方，

J-PARC は多くの課題を抱えていることは事実であるが，ぜひとも KEKB に倣いたい。
本稿は J-PARC 加速器建設およびビームコミッショニン
グに携わったすべての方々の努力の結果について，筆者の視点でまとめたものである。多くの図表は KEK/JAEA 加
速器メンバーが様々な機会に発表したものから再録させていただいた。ここで感謝申し上げる。特に松本浩，小関忠，
上窪田紀彦，山本昇，竹内康紀，長谷川和男，金正倫計の各氏には原稿に目を通していただいたことに感謝いたします。

参考文献[1] 山崎良成 他，“J-PARC 加速器”，高エネルギーニュース 21(1)，11 (2005)．

[2] 池上雅紀， J-PARC リニアックにおける 181MeV 加速の達成”，高エネルギーニュース 25(4)，177 (2007)．

[3] 小関 忠，“ビームコミッショニングを開始した J-PARC
MR ，高エネルギーニュース 27(2)，63 (2008)．
[4] 田中万博，J-PARC センター報告(私信)．
[5] 荻津 透 他， J-PARC ニュートリノビームライン超伝導電磁石システム”，第 1 回小島・平林記念シンポジウム，

2009 年 4 月，KEK．
[6] K. Sato and H. Toki, “Synchrotron magnet power supply
network with normal and common modes including
noise filtering”, Nucl. Instr. Meth. A 565, 351-357(2006).
[7] H. Kobayashi, “BEAM COMMISSIONING OF THE
J-PARC MAIN RING”, PAC09, Vancouver, May 2009.