DEVELOPMENT OF MLF-INHIBIT SYSTEM FOR J-PARC
Tatsuya Ishiyama #,A), Yuichi ItoA), Nobuhiro KikuzawaA), Takahiro SuzukiA),
Motoki OoiA), Shin-ichiro MeigoA), Kenji SakaiA), Yuko KatoA)
A)
Japan Atomic Energy Agency
2-4 Shirakata Shirane, Tokai-mura, Naka-gun, Ibaraki, 319-1195

Abstract
In J-PARC, the beam is delivered to MLF (Material and Life Science Experimental Facility) and MR (Main Ring)
facilities (Hadron facility and Neutrino facility) at the same time. MPS (Machine Protection System) and MPS
subsystem was installed aiming to decrease the radioactive contamination by beam loss. The early MPS system
stopped for these all facilities when devices trouble happened. However, trouble of MLF does not affect beam for theMR. In order to improve operation time for MR, we developed MLF-Inhibit system. The development of MLF-Inhibit
system and the status of the installation are described in this report.

J-PARC MLF インヒビットシステムの開発
1.

はじめに

現在 J-PARC では、MLF(物質・生命科学実験施 2. MLF インヒビットシステムへの要求設)と MR(50GeV シンクロトロン)の各施設(ニュート
2.1 MR の稼働率向上
リノ実験施設、ハドロン実験施設)への供用運転が従来 MLF で MPS として発報していた信号をイン行われている。供用運転をするにあたり、安全性確ヒビットとして扱う。MLFインヒビットが発報時保と共に、稼働率の向上が重要課題である。には、3NBTより下流側(図1)にビームが行かないよ
安全性確保には、加速器施設内での突発的なビームロストラブルを回避する目的で、機器の異常信号 う、高速に自動で設定変更を行う。この際、MR とを 検 知 し た 際 、 高 速 に ビ ー ム を 停 止 す る 、 の同時運転中であれば、MR 側へのビーム運転は継続されるようにする。
MPS(Machine Protection System) [1] [2] [3] [4]が導入されている。
初期の MPS においては MLF と MR の両施設へのビーム打ち分け時に、片側の発報においても MR 行
きおよび MLF 行きの全ビームの停止を行っていた。
しかし MR の機器異常時において、運転に影響を受けない MLF へのビーム供給までもが停止されてしまうことが問題視され、MR インヒビットが導入された[5] [6]。MR インヒビットとは、MR の軽微な機器異常をインヒビット信号として扱い、MR 行きのビームのみを停止するシステムである。
これまで、MLF による MPS 発報は全ビームを停
図 1：J-PARC 全系図止としてきたが、MR インヒビット導入時と同様に、正常運転状態にある MR へのビーム供給も停止してしまうことによる MR 運転稼働率の低下が問題視さ 2.2 MLF の安全性確保
MLF インヒビット発報中、3NBT より下流側でれるようになった。特にミュオンターゲット移動時には MPS が必ず発報する仕様となっているため、 ビームが検出された場合、従来通りの MPS を発報
ビーム行先を MR のみに切り替えてターゲットを移 し全ビームの停止を行う。
また、MLF ではビームが停止した際、MLF 低温動する運用を行っていた。このビーム行先切り替え
水素系の安定維持のために、45sec 程度は MLF へのの際にも全ビーム停止としていた。
そこで今回新たに、MR の稼働率向上、MLF の安 ビーム運転再開をしないようにしている。これまで全性確保の両立を目的とした MLF インヒビットシ はオペレータの判断であったが、MLF インヒビッステムの開発を行った。本報告は、この MLF イン トシステムにロジックを組み込む事で信頼性の向上を図る。
ヒビットシステムについて述べる。
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tatsuya@post.j-parc.jp- 714 -

図 2：MLF インヒビットシステム構成図

3.

システム構成3.1

全体構成

MLF インヒビットシステムは、LogicController2[6]を軸としたビーム停止処理部と、MLF インヒビッ
トカスタムモジュールを軸としたビーム停止信号生成部によって構成される(図 2)。
3.2

ビーム停止処理部

E/O モジュール

標準ロジックモジュール３

MLF インヒビット
カスタムモジュール

図 3 は MLF 制御室に設置されている MPS ユニット である。左から、電源モジュール、標準ロジッ
クモジュール 1(機器異常信号集約 Main)、標準ロジックモジュール 2(機器異常信号集約 Sub)、MLF
インヒビットカスタムモジュール、標準ロジックモ[8]

図 3：MLF 制御室 MPS ユニット

4.

ビーム停止信号生成部

標準ロジックモジュール２

3.3

標準ロジックモジュール１

LogicController2 は停止信号生成部からの MLFMPS、MLF インヒビット信号を受け、各信号に応じたビーム停止処理を行う。MLF-MPS 信号受信時は、MR 行きおよび MLF 行きの全ビームの停止をする。MLF インヒビット信号を受信の際には、MLF 行きビームのみを停止する。MLF 行き、MR行きの判断はスケジュールドタイミングシステム[7]を利用する。スケジュールドタイミングシステムではビーム 1 発毎の行先管理がされている。MLF イ
ンヒビット発報中 LogicController2 は、MLF 行き加速タイミング信号検知でビーム停止処理を行い、MR 行き加速タイミング信号検知でビーム停止解除を行う。ビーム停止には、イオン源アーク電圧の印加タイミングを、イオン源引き出し電圧 OFF の時間領域にずらし込むことによりイオン源よりビームを引き出せなくする。これは、LogicController2 が、行先に応じてイオン源ディレイタイミングに切り替えることで行っている。

ジュール 3(MLF インヒビットカスタムモジュール
からの MPS 信号集約)、E/O モジュールが挿入されている。
今 回 開 発 し た MLF イ ン ヒ ビ ッ ト カ ス タ ム モ
ジュールは、標準ロジックモジュール 1-2 から集約された機器異常信号と、CT からのトリガ信号を受け、状況に応じて MLF インヒビット、インヒビッ
ト中のビーム検出 MPS、CT トリガ異常 MPS を生成する。生成された MPS 信号は、標準ロジックモ
ジュール 3 にて MLF-MPS として集約する。生成された MLF インヒビット、MLF-MPS は E/O モジュー
ルを介して光信号に変換し、LINAC に設置されているビーム停止処理部に送られる。

MLF インヒビットカスタムモジュール

4.1 ロジック
MLF インヒビットカスタムモジュールは、MLFインヒビットシステムを構築するにあたり、既存システムでは対応出来ないロジックを組み込んだハードウェアとして、今回新たに開発を行った。
MLF インヒビットカスタムモジュールには以下- 715 -

図 4：タイムチャート
ビーム停止タイマーの時間、連続運転の判断ののロジックが組み込まれている。
インヒビット発報中のビーム検出による MPS ビーム周期は変更があることを考慮し、トリマにて調整が出来るようにした。
生成
インヒビット中に 3NBT の CT にてビームが検出された場合に MPS を発報させる。ただし、インヒ 5. まとめと今後の課題
ビット時にはイオン源でビームを止めるため、RCS
2011 年 12 月より MLF インヒビットシステムのでのビーム加速中にインヒビットが発報しても、加運用を開始した。これにより MR 行きのビーム運転速中のビームを止めることは出来ない。このため、稼働率が向上した。
インヒビット発報後に到達してしまう可能性がある
今後の課題はビーム停止タイマーの発動状態を遠1 ショット分のビームは許容するものとした。RCS隔監視出来るようにすることである。現状、MLFは 25Hz=40msec 周期で運転しており、20msec 程度が RCS 加速時間である。カスタムモジュールでは、 インヒビットカスタムモジュールの状態表示は、現25msec 以内のビーム検出トリガをマスクし、MLF- 場での LED 表示のみである。これにより、ビーム停止タイマーの終了を中央制御室で確認出来ない状MPS を発報させないようにした。
② CT トリガ異常検出態にある。
断線等の異常により、パルス幅が長い(1msec 以遠隔監視が可能となることで、これまで運転員が上)トリガが検出された際に MLF-MPS を発報させる。 自己判断していたタイマー終了のタイミングが、即発報はラッチさせ、外部からのリセット信号入力に 座に視覚的にわかるようになる。これにより MLFより解除される。
行きビーム運転再開までの時間の短縮、すなわち③ ビーム停止タイマー
MLF へのビーム供給稼働率の向上が期待出来る。
CT トリガが途絶えたらビーム停止と判断し、そこから 45sec の間インヒビットを発報する。これに参考文献
より、MLF 低温水素系の安定維持に要する時間、ビーム運転再開を防ぐようにした。連続運転停止の [1] 榊 泰直,「J-PARC リニアックの運転・管理用インターロックシステムの構築」第 31 回リニアック技術
判断は、1Hz 以上の連続運転からビームが 1sec 以上
研究会 P119（2006）途絶えた時とした。これは、基本 25Hz で運転して [2] 榊 泰直,「J-PARC LINAC 用高速インターロックシス
いるが、ビーム調整時にはシングルショットや 1Hzテムの設計」JAERI-Tech 2004-021[3] 榊 泰直,「機器保護用高速インターロックユニット試での運転を行う場合があるためである。
作機の性能試験」JAERI-Tech 2004-022
4.2 ハードウェア構成[4] 石山 達也 「J-PARC リニアックの MPS の制御画面構
インターロック機器としての信頼性の確保、また築」第 31 回リニアック技術研究会 WP34（2006）
シンプルな論理構成であることから、汎用ロジック [5] 鈴木 隆洋,「J-PARC LINAC/RCS における MPS サブIC により構築した。回路は全て二重化することで、システムの開発」第 5 回日本加速器学会 TO02
モジュール故障により異常時に発報しない等の不具 [6] 鈴木 隆洋,「J-PARC LINAC/RCS における MPS サブシステムの開発 2」第 8 回日本加速器学会 MOPS085
合発生の確率を減らし、信頼性を向上させている。
[7] 田村 文彦,「J-PARC のタイミングシステム」第 1 回
MLF 制御室の既設 MPS モジュールの信号を使用
日本加速器学会 P677
する事、MPS ユニットに空きスロットがある事か [8] 三菱電機(株),「機器保護インターロックシステム仕様
ら、MPS モジュールに共通性がある VME ダブルハ書」JEXT-3043-8015
イトユニバーサル基盤にて実装した。
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