Proceedings of the 5th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japanand the 33rd Linear Accelerator Meeting in Japan (August 6-8, 2008, Higashihiroshima, Japan)

Radiation resistance of Vacuum Equipment in J-PARC RCSKeigo MioA), Norio OgiwaraB), Yusuke HikichiB), Motoharu Marushita C),
Hideyuki AraiC), Keiichi GotohC), Daiji NishizawaC), Hisayoshi HurukohriD)A)
JAEA(IHI corporation when examining) B) JAEA(Japan Atomic Energy Agency)
Tokai-Mura,Naka-Gun,Ibaraki pref,319-1195,JAPANB)
IHI corporation
1,Shinnakahara-cho,Isogo-ku,Yokohama 235-8501,JAPAND)
Fujikura Ltd.
1-5-1,Kiba,Koto-ku,Tokyo 135-8512,JAPANAbstract
Gamma-Ray irradiation tests of vacuum system equipment were carried out to evaluate radiation resistancefor J-PARC 3GeV RCS(Rapid-Cycling Synchrotron). Intense of radiation fields will be expected since large
intensity proton beam current of RCS. Regarding Steady operation and radiation protection, radiation hardness
is required approximately 10MGy to 100MGy. Cable, Feed-through-connector, Cooling-fan, Baking heater,
piping Sealants have been tested. All the examination objects were evaluated to have radiation hardness at least
10MGy and expected to operate with stability under radiation field of 3GeV RCS.

J-PARC RCS 真空システム関連機器の耐放射線性試験
ケーブルを開発した。開発したケーブルの種類は、低圧（～200V）動力用、信号用多芯、高圧用（～
J-PARC 3GeV RCS真空システムは、大強度陽子加10kV）同軸の3種類に大別され、照射試験はこの分速に伴う高放射線場下において、安定稼動すること、 類ごとに準備したケーブル、及びPEEKの基礎特性ならびに、保守作業の被曝低減の観点から、高い耐を調査するためのPEEKチューブを対象に行った。
放射線性が必要である。特に、シンクロトロン(主)トンネル内では、運転期間を30年とした場合に想定3.1.1 伸び率、抗張力試験
される放射線量は、10 MGy～100 MGyである。
本試験は、絶縁体を模擬した内部が空洞の円筒状
上記理由から、主トンネル内に設置される真空機構造（外径1.6φ内径0.8φのﾁｭｰﾌﾞ）の試料で行った。
器等の耐放射線性を実証することを目的として、照試験結果を図１及び図２に示す。伸び率及び抗張力射試験を行ったので、その結果を報告する。
共に、10MGyまでは特性を維持しているが、30MGyで１．はじめには照射前の性能をほとんど失っている。

主トンネルで使用する真空機器の内、耐放射線性がの試験が必要な機器は、金属以外の樹脂などが使われた機器であることを考慮し、試験対象として、ケーブル、スパッタリングイオンポンプ(SIP)、ターボ分子ポンプ、冷却ファン、ベーキングヒーター（マントルヒーター）、配管シール材を選定した。照射はコバルト60によるガンマ線照射とし、JAEA高崎量子応用研究所、第１照射棟にて行った。
耐放射線性試験として、それぞれの対象機器に応じて、照射前と照射後の試験項目を設定し、耐放射線性を評価した。なお、ターボ分子ポンプについて[1]は別に報告 される。

180160140120

伸び率(%)

２．照射試験対象・方法

10080604020３．試験結果

03.1 ケーブル
主トンネルで使用するケーブルは、10MGyの耐放性を有し、かつ高難燃性、ノンハロゲンである必要がある。この条件を満たすケーブルとしてPEEK(ポリエーテルエーテルケトン)樹脂を絶縁材とした-252-

01020304050

照射線量(MGy)

図１

PEEKﾁｭｰﾌﾞの伸び率の照射特性60

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た。30MGyまでの試験を行ったが、いずれも耐延焼性の劣化などの問題は発生しなかった。

1009080

線量

抗張力(MPa)

7006050403010MGy

201000102030405020MGy30MGy60

照射線量(MGy)

図２

PEEKﾁｭｰﾌﾞの抗張力の照射特性表１ 電気的特性試験結果
種類
試験結果
信号用多芯
直流抵抗：37.9Ω/km
耐電圧1.5kV/min：良絶縁抵抗：18000MΩ･km
低圧動力用
直流抵抗：15.1Ω/km
耐電圧1.5kV/min：良絶縁抵抗：63000MΩ･km
高圧用同軸
絶縁抵抗：4.1E12Ω/10m
信号用多芯
直流抵抗：37.9Ω/km
耐電圧1.5kV/min：良絶縁抵抗：2500MΩ･km
高圧用同軸
絶縁抵抗：2.3E12Ω/10m
低圧動力用
直流抵抗：15.2Ω/km
耐電圧1.5kV/min：30秒にてケーブル曲がり箇所、絶縁亀裂部で地絡
絶縁抵抗：5.200MΩ･km
高圧用同軸
絶縁抵抗：5.6E12Ω/10m

3.1.2 電気的特性試験
低 圧 （ ～ 200V ） 動 力 用 、 信 号 用 多 芯 及 び 高 圧
表２ 耐延焼性試験結果（～10kV）用同軸ケーブルを用いて照射による電種類
試験結果
気的特性の変化を調査した。ケーブル仕様を以下に、 線量電気的特性試験結果を表１に示す。
0 信号用多芯残炎時間：0分0秒
損傷距離：280mm
・低圧（～200V）動力用（TMPの動力）
判定：合格
導体：すずめっき軟銅より線3芯 1.25mm2
10MGy 信号用多芯残炎時間：0分0秒
絶縁体：PEEK 厚さ0.15～0.20mm
損傷距離：350mm
遮へい：すずめっき軟銅線・網組み遮へい
判定：合格
がい装：SUS316編素線
30MGy 低圧動力用
残炎時間：0分0秒
損傷距離：200mm
・信号用多芯（TMP制御ケーブル）
判定：合格
導体：すずめっき軟銅より線49芯 0.5mm2
絶縁体：PEEK 厚さ0.15mm
遮へい：すずめっき軟銅線・網組み遮へい
がい装：SUS316編素線・高圧（～10kV）用同軸（SIP高圧ケーブル）
導体：すずめっき軟銅より線 0.5mm2
絶縁体：PEEK 厚さ0.8～1.0mm
遮へい：すずめっき軟銅線・網組み遮へい
がい装：SUS316編素線
10MGyまでは、3種類すべての検査項目について問題は表れなかったが、30MGy照射試料において、照射損傷による抗張力劣化に起因すると考えられる絶縁材亀裂部での地絡により耐電圧試験が不合格となった。
3.1.3 耐延焼性試験
本ケーブルを用いて照射による耐延焼性の変化を試験した。耐延焼性試験方法はJISC3521(1986)「通信ケーブル用難燃シース燃焼特性試験方法」によっ

図３ 耐延焼性試験後のケーブル例
3.2 スパッタリングイオンポンプ(SIP)-253-

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SIP本体は耐放射線性は十分あると考えられたので、本機器に関しては高圧導入端子（フィードスルー）の照射試験を行った。表３に結果を示す。
10MGy照射の結果、問題は生じなかった。

線量
10MGy

表３ 高圧導入端子試験結果
試験項目
試験結果
真空リーク
検出されない
高圧絶縁試験
20MΩ以上（7kV）
動作試験
SIP に 装 着 し て 動 作させ、真空度、放電電流問題なし

3.4 ベーキングヒーター
ベ ー キ ン グ ヒ ー ターはSIPあるいはコールドカ
ソード真空計のベーキングに使用する。ガラス繊維製の保温材とヒーターで構成されている。試験結果を表５に示す。15MGy照射後において、材料のガラ
ス繊維に褐色の着色があったが、性能の劣化は見られなかった。
表５ ベーキングヒーター試験結果
線量
試験種類
試験結果
15MGy ヒーター抵抗値
有意な変化なし
絶縁抵抗
良耐電圧(1000V 1分)
合格
空焚き試験
良3.3 冷却ファン
冷却ファンはTMPなどの冷却に使用するが、DCモーターは半導体などが使用されているので耐放射3.5 配管シール材
線性は期待できない。そこで半導体などを使用して圧空作動式ゲートバルブなどの圧空配管はできるいないACモーターを選定し、ベアリング部分に耐だけ溶接構造としているが、交換などが想定される放射線性のグリスを充填したファンを開発し、試験電磁バルブなどにはねじ込み継ぎ手を使用している。
を行った。
この継ぎ手に使用する液体シール材の耐放射線性を試験結果を表4に示すが、標準仕様、耐放性グリ調査した。シール材で接続した継ぎ手（15Aねじ込
ス使用ファン共に10MGy以上の耐放性が確認された。 みキャップ）を照射し、照射後に気密漏洩試験を実施した。表6に結果を示す。10MGy以上の耐放性がまた、停止直前まで回転数の有意な減少は観測され確認された。
なかった。
表６ 配管シール材試験結果
線量試験種類試験結果
13MGy LOCTITE567/243/262
合格エ キ メ タル（ベロメ 合格
タルジャパン㈱）エポキシ系接着剤
合格
試験方法：窒素ガス1MPaにて保持5分,発泡試験

表４ 冷却ファン試験結果
試験ファン種類
停止した線量停止理由
標準仕様ファン
15MGy
ベアリング固着耐放性グリス使用
59MGy
ファン
巻線抵抗増大４．まとめ
J-PARC 3GeV RCS真空システム機器の内、主トンネル内に設置される、ケーブル、スパッタリングイ
オ ン ポ ン プ(SIP)フィードスルー、冷却ファン、ベーキングヒーター（マントルヒーター）、配管シール材の耐放射線性を実証することを目的として、コバルト60によるガンマ線照射試験を行った。それ
ぞれ機器に応じて、照射前と照射後の試験項目を設定し、耐放射線性を評価した。
その結果、今回評価した機器に関してはいずれも10MGy以上の耐放射線性を確認することができ、主トンネルに設置して、安定に運転することが可能であることが実証された。

参考文献[1] 和 田 薫 “Development of the Radiation-hardened
Magnetically Suspended Compound Molecular Pump”, 4th
Vacuum And Surface Sciences Conference of Asia andAustralia, Oct.28-31 2008, Matsue Japan.

図４ 冷却ファン照射試験状況-254-