MOOL11

安全性向上を目指した
J-PARC加速器の監視システムの整備

２０１４/８/１１ 加速器学会年会（青森）高エネルギー加速器研究機構
上窪田紀彦、仁木和昭、山本昇 (J-PARC/KEK)
飯塚上夫、青山俊明、吉田奨 (関東情報システム)

はじめに• 放射性物質漏洩事故 （2013年5月23日）– J-PARCハドロン実験ホールからの漏洩• 外部有識者と事故に至った経緯を検証• 安全体制についてさまざまな議論、対策実施– ミス（小さな慢心）の連鎖• 1) MR加速器 EQ電源の誤動作⇒ 原因解明と改修（木村氏報告SUP096）• 2) Target損傷と放射性物質の飛散 ⇒ 気密target容器導入• 3) １次BLから実験ホールへ漏洩 ⇒ １次BL気密強化• 4) 換気扇で実験ホール外へ漏洩 ⇒ 建屋改造（気密、排気監視）⇒ 安全統括副センター長• 5) 報告の遅れ
同じ事故はもう起きない
起きても迅速に対応できる
講演終わり？

・・・ではないはじめに（つづき）• 加速器運転制御の観点から足らなかったもの– 1) High-Risk MPS• EQ電源Interlock(MPS)を日常的な事象と見て事故の兆候を見逃し、運転を再開したこと• ＝＞重篤な事故の引き金となりうるMPSは特別な扱いをする必要– 2)放射線安全との情報共有• 事故時のmiss shot後にハドロン実験ホールの放射線レベルの上昇があったが、その情報は加速器にはほとん
ど伝わらなかった• ＝＞放射線モニタレベルの情報共有の仕組みが必要

はじめに（つづき）
8.12 法令報告• 加速器運転制御の観点から足らなかったもの– 1) High-Risk MPS• EQ電源Interlock(MPS)を日常的な事象と見て事故の兆候を見逃し、運転を再開したこと• ＝＞重篤な事故の引き金となりうるMPSは特別な扱いをする必要– 2)放射線安全との情報共有• 事故時のmiss shot後にハドロン実験ホールの放射線レベルの上昇があったが、その情報は加速器にはほとん
ど伝わらなかった• ＝＞放射線モニタレベルの情報共有の仕組みが必要

High-Risk
MPSHigh-Risk MPS (HRMPS)• High-Risk MPS (HRMPS)の検討– （今さらですが) J-PARCのMPS(機器保護システム)とは– 機器不調（電源など）やビームハンドリング不調（ロスなど）を検知したらただちに加速器ビームを自動停止する仕組み– 日常からのわずかな逸脱、原因が判明している（例: Kly RF放電）– 放射性物質漏洩事故の時(2013.5.23)には– MR EQ電源MPSは発報し、加速器は停止した。当時の通常手順に従い、運転を再開した。しかし・・ 安易に再開してはならなかった

この経験からの深い反省が、High Power加速器のMPSのリスクを再検討する活動になっていった– J-PARC加速器で、重篤な事故の引き金となりうるMPS(High-Risk MPS)を洗い出す検討が進められた• 2013.11-2014.1頃、LI/RCS/MRの３加速器それぞれで

High-Risk MPS (HRMPS) (つづき)• High-Risk MPSの洗い出し結果
Acc location
LINAC

０度ダンプ

sensorrecordname

LI_BD0:DUMP01:MON:TEMP1
温度
LI_BD0:DUMP01:MON:TEMP2
温度
LI_BD0:DUMP01:MON:TEMP3
温度
温度（窓） LI_BD0:DUMP01:MON:WIND_TEMP
真空（コンベLI_BD0:CNVCT06:MON:PRS
クトロン）

通常値

HIGH値 HIHI値
50505040404040353001000

LI

29.5 deg
29.6 deg
28.7 deg
27.8 deg
21.4 Pa＊ LIは、この他に、30度、90度、100度、のHRMPS項目がリストされている
Acc location
RCS

Ｈ０ダンプ

sensorrecordname

温度温度
温度
温度

RCS_H0:DUMP:MON:TEMP1RCS_H0:DUMP:MON:TEMP2RCS_H0:DUMP:MON:TEMP3
RCS_H0:DUMP:MON:TEMP4３NBTダンプ 温度温度Acc
MR

location

sensorAbortダンプ 温度
鉄Abortダンプ
コンクリート温度

通常値

HIGH値 HIHI値
505050506060606042.0 deg
41.0 deg
41.0 deg
40.0 deg

RCS

結果的に：
50 25.0 deg
・LI/RCS/MRとも、ビームダンプの温BT_CC:TC01_4:VAL
4050 24.7 deg
BT_CC:TC01_5:VAL
40度（真空）をHRMPSと認識した
・それぞれで、危険度の目安となる閾
recordname
HIGH値 HIHI値 通常値
MR
値を検討・決定した
150250MRMON:ABTDUMP:IRON1:TEMP
室温150250MRMON:ABTDUMP:IRON2:TEMP
室温・MPSを発報しないものは、発報する
60MRMON:ABTDUMP:CONC1:TEMP30
室温よう改修するものとした
60
MRMON:ABTDUMP:CONC2:TEMP
30
室温High-Risk MPS (HRMPS) (つづき)• 総合監視する仕組み• 実装はEPICS alarm severityを利用– 正常(NORMAL)・注意報(HIGH)・警報(HIHI)の３レベル管理– 各信号ごとに閾値（HIGH,HIHIの２種）を設定» 注意報（黄色表示）＝＞担当者に連絡して善処» 警報（赤色表示）＝＞ビーム運転停止、「注意体制」に移行• オペレータ向けGUIの整備
この画面
は全体集約画面High-Risk MPS (HRMPS) (つづき)• オペレータ向けGUIの整備 (つづき)– 通常は全体集約画面を監視» マニュアルあり（2014.3月末）» 階層化して詳細画面（別画面）» （閾値、トレンド、時系列記録）

放射線データ共有放射線データ共有(RadAcc)• J-PARC放射線安全管理システム– 「安全システムは独立」という考え• 他システムとは（ネットワークなど）接続しない
中央制御棟（加速器スタッフ・オペレータ）は・・- 放射線管理室（CCRの隣）の端末へ- 何か事件があったら調べに行く （or依頼）- 結果は紙（印刷）でもらうことが多い– JAEA型(LI/RCS/MLF)とKEK型(MR/NU/HD)の２系統• 中心はJAEA管理のDatabase(Oracle)に情報集約– ただし放射線モニタ端末はJ/Kの２系統• Front-endのデータ収集系(DAQ)もJ/Kで違うシステム– J: PLC-base TCP/IPでOracleへ集約– K: CAMAC-base, File-shareでKEK側PC(MS-SQL)に集約– J事情: 会社製で、企業秘密があって詳細仕様を出せない放射線データ共有(RadAcc)• J-PARC放射線安全管理システム– 「安全システムは独立」という考え• 他システムとは（ネットワークなど）接続しない
中央制御棟（加速器スタッフ・オペレータ）は・・
ちゃぶだいが- 放射線管理室（CCRの隣）の端末へ
あれば- 何か事件があったら調べに行く（or依頼）
ひっくり
かえしたい- 結果は紙（印刷）でもらうことが多い（-。-;） (MR/NU/HD)の２系統– JAEA型(LI/RCS/MLF)とKEK型• 中心はJAEA管理のDatabase(Oracle)に情報集約– ただし放射線モニタ端末はJ/Kの２系統• Front-endのデータ収集系(DAQ)もJ/Kで違うシステム– J: PLC-base TCP/IPでOracleへ集約– K: CAMAC-base, File-shareでKEK側PC(MS-SQL)に集約– J事情: 会社製で、企業秘密があって詳細仕様を出せない現状：放射線システム全体俯瞰図

本来はここにJ+K
全データを集約

2013.7.30, 12.06
By kami,kek

放射線データ共有(RadAcc) (つづき)• 放射線と加速器の間のデータ共有– 2013年7月 WGを立ち上げ検討開始– 2013年8月 ついに改修案を作成• Front-end(DAQ)系集約部から放射線モニタ情報を横取り– J: DAQ-PLC系に、新規にデータ分配部を増設– K:モニタからCAMACへのpulse信号を分岐し、別系統DAQ（PLCbase)を新設• 両システムともFL-netで加速器側にデータを転送する– FL-netとは・異なる会社のＰＬＣほかでデータ共有する・ＦＡオープン推進協議会が標準化
・ＵＤＰ上の独自protocol
・かなり枯れた技術

2013.9.04,12.06

RadAcc: データ共有増設部の俯瞰

By kami,kek

加速器制御ネットワーク

Ｆ社Ｄ系
ladderFL-net module

Ｆ社Ｄ系
ladder
Ｆ社Ｄ系
ladderFuji PE-module
独自protocol

Ｆ社PLC
A,B,C系Ｆ社PLC
A,B,C系Ｆ社PLC
A,B,C系

放射線ネットワーク（Ｊ）

LI

RCS

MLF

T.Panel（Ｐ社）

FLnet

Ａｃｃ（Ｙ社）Linux
T.Panel（Ｐ社）T.Panel

Ａｃｃ（Ｙ社）Linux
T.Panel
（Ｐ社）

（Ｐ社）

FLnet

RAD（Ｙ社） RAD（Ｙ社）
RAD（Ｙ社）
RAD（Ｙ社）
LadderLadderLadderLadder
RS232C

RS232C

DataLogger DataLogger
DataLogger
DataLogger
（Ｃ社）
（Ｃ社）
（Ｃ社）
（Ｃ社）

既存

Fuji PE-module
独自protocol

Ａｃｃ（Ｙ社）Linux

放射線ネットワーク（Ｋ）

MR(C2)

HD

NU

ローエンド（放射線）Ｆ社Ｄ系
ladderFL-net module

Ａｃｃ（Ｙ社）
Linux

増設部

FL-net module

Ａｃｃ（Ｙ社）
Linux

加速器

Ａｃｃ（Ｙ社）LinuxRadAcc: JAEA側のデータ取得• Ｆ社PLC系の構成
C系– A系、B系でデータ収集（冗長）– C系で全体監視（通信module経由）– D系を追加、加速器へデータ転送

Bus link
A系
Ｆ社独自protocolの通信

B系LadderLinux OSFL-net

Ａｃｃ
系

ＣＰＵ

PE

D系

ＣＰ
Ｕ

他系へ

新設部

加速器制御PLC（Ｙ社）

FL-net protocolの通信

2013.12月～2014.2月
LI/RCS/MLFそれぞれで

RadAcc: KEK側のデータ取得– モニタからのpulse信号を分岐し、別系統の新DAQでデータ分配– 同時に新DAQで２レベルアラームを組みこむC社に開発を発注
KEK
放射線Gr
がCL社と開発

現システム
はそのまま
Pulse信号分岐

MR制御の標準的仕様
PLC/Linux

RadAcc: KEK側のデータ取得(つづき)2104.5.29
kami＃MRの実装例

2014.5月～6月
MR/NUそれぞれで
RadAcc-rack後NORM-rack裏

NOAC-rack裏

GPS

光パッチ裏

Rad Interlock

Network (MR/10.64)
MR-vlan(10.64)：
光cableはNOAC
から、Linux IOC
へはこのhubから

PLC-ACCLinux光配線工事は夏季
6/04 メタルLAN線(Cat5e)を敷設
6/11 LAN配線をPLC-ACCに接続

Display
NORM

Touch Panelとの配線(LocalLAN)は直結
ここはRS232C
cable (reverse)

瞬停保護装置700Wで、PLCとDataLoggerを守る

T.Panel（Ｐ社）

FL-net 配線は
cross-cableでPLC-RAD
LadderHP UPS

DataLogger

DAQ-CAMAC

KDP瞬低保護１００Ｖ ＡＣはNORM
ラックから取る

Data Loggerへのパルス信号配線は、NORMラックの下から出すRadAcc: KEK側のデータ取得(つづき)2104.5.29
kami＃MRの実装例

2014.5月～6月
MR/NUそれぞれで
RadAcc-rack後NORM-rack裏

NOAC-rack裏

GPS

光パッチ裏

Rad Interlock

Network (MR/10.64)
MR-vlan(10.64)：
光cableはNOAC
から、Linux IOCへはこのhubから

PLC-ACCLinux

光配線工事は夏季
6/04 メタルLAN線(Cat5e)を敷設
6/11 LAN配線をPLC-ACCに接続

Display
NORM

Touch Panelとの配線(LocalLAN)は直結
ここはRS232C
cable (reverse)

瞬停保護装置700Wで、PLCとDataLoggerを守る

T.Panel（Ｐ社）

FL-net 配線は
cross-cableでPLC-RAD
LadderHP UPS

DataLogger

DAQ-CAMAC

KDP瞬低保護１００Ｖ ＡＣはNORM
ラックから取る

Data Loggerへのパルス信号配線は、NORMラックの下から出すRadAcc:データ比較 (RCSの例)
・SG01の警報時刻 （放射線側、2/04）
発生日時
復帰日時
モニタ記号 モニタ名称
2014/2/4 8:09:50 2014/2/4 9:41:26 RS-SG01 ＲＳ 排気ガス
2014/2/4 9:43:58 2014/2/4 9:44:54 RS-SG01 ＲＳ 排気ガス警報内容
高警報(1.59E+01)
高警報(1.59E+01)

・SG01の警報時刻 （加速器側、2/04）

Bug
現在は解消

>RS_SG01

WARN

8:09:09>RS_SG01

NORMAL 9:41:29>RS_SG01

WARN>RS_SG01

NORMAL 9:44:55

9:43:59

放射線側
データのトレンド
加速器側
データのトレンド

両者のトレンド傾向、警報記録はほぼ一致

MRサンプル : 6/18 保守日
8:57 空調変更：
実験->排気21:42 M3排気高警報発報

7:00 MR/NU ビーム
運転停止

MR排気ガスモニタ
M1(橙)とM3（紫）20:02-21:39
MR/NU調整MR トンネルガスモニタ
A系
M1(青)、M2(緑)、M3（茶)RadAcc: 運転向け情報提供• オペレータ向け情報提供– HRMPSと同じルールにしている– 黄表示=>注意 : 関係者に連絡して善処– 赤表示=>警報: PPS発報、ビーム運転停止、「注意体制」に移行– GUI• HRMPS同様に、全体集約画面、（clickして）詳細画面• RadAccでは、Map型表示を追加

考察

HRMPS+RadAcc: Discussion• HRMPSとRadAccの運用• HRMPSは３月末ごろから運用開始• RadAccは上流から順次: LIは12月末～MRは6月中旬から– HDは未実装 (現時点で運転再開前)– 端末表示の実例 (2014.6.21 MR study時)

HRMPS+RadAcc: Discussion (つづき)
• 意義
•
••
•

HRMPS：J-PARCのHigh Power運転に向けたリスク意識の向上
RadAcc：「安全システムは独立」と「情報共有」の両立
３加速器と加速器以外が協力して単一画面に情報集約
RadAcc:放射線モニタレベルの確認が出来る端末が激増

放射線端末（従来）

加速器端末（増）HRMPS+RadAcc: Discussion (つづき)• 問題点 （運用経験後の要望）– HRMPS– 一部の追加MPSが未実装（例: MR-ABTD温度）– 更なる追加の検討– RadAcc• 注意報・警報の管理（閾値）– Jは共有データに無い（放射線システムの大改造が必要）– KはRadとAccが別々に管理している• KEK側の新DAQのさまざまな改修 （略）– HRMPS+RadAccの両方– Data Archive（記録システム）がまだ– 音アラームを鳴らしたい希望– HD（とEQも）は未実装 (現時点でハドロンは運転再開前)– 再開になればすぐに運用を開始すべく準備する

まとめ

まとめ
• High-Risk MPS（HRMPS）と放射線データ共有(RadAcc)– 科学技術的なまとめ• 放射性物質漏洩事故をきっかけに２つの監視系を整備– HRMPS: 事故の引き金となりうる事象を洗い、集中監視– RadAcc: 既存系（２種類）は独立のまま、加速器への情報転送を実現• ここ１年で実装が進み、順次運用を開始した• 今後も着実に改修（とハドロン実装）を進める– 人文的な感想• ハドロン事故はミス（小さな慢心）の連鎖で起こっている• 現状に安心・満足しないこと・ミスの芽を摘む努力の継続• 検討・実装・運用、と続いた流れの中で、非常に多くのスタッフ（部門横断的）や会社の協力をいただきました。感謝いたします。

以下
参考資料

MR・NU 放射線モニタ集約画面 (by epics)

2104.6.21
kami

HD部分はまだ当面MR/NUのdebug情報を表示

MR部分 （今回追加）

MRの試験運用部分
・BLU010xD
・MR排気のA/B差分

青い■は、警報がマスクされている状
態 （閾値が０設定）

LI/RCS/MLF
用の画面は別にあります

このアプリは、加速器制御
Launcher “jkl”に登録されている。
”AccSafety(HiRiskMps+Rad)”の中。

NU部分（５月から）

サンプル3 : 6/20 運転日（断続的な運転）

23:03-00:48
MR/NU 連続05:31-06:47
MR/NU 連続

MR排気ガスモニタ
M1(橙)とM3（紫）22:11-22:42
MR/NU 連続
MR トンネルガスモニタ
A系
M1(青)、M2(緑)、M3（茶)・MRトンネルとNU-TSのガスレベルが、ビーム運転に連動して変動しているのが確認できる。
・MR-M3排気ガスモニタがビーム運転に連動して変動しているのが確認できる。
（ビーム運転中はトンネルと無関係のはずであり調査中）

NUモニタ
NU2空気モニタ(青)TS空気モニタ(緑)、TS排気モニタ（黄)01:29-03:17
MR/NU 連続MLF放射線データ共有サンプル（2014.3.05-06）

2014/3/05 22:10
利用運転開始2014.3.06
kami

実験ホール
Ｎエリア

実験ホール
γエリア

排気ガス

EPICSレコード名Ｊ

2013.11.13
Kami+iitsuka• １モニタあたりのレコード (JAEA側)– Jaea側 （RADLI:LI_nRN01 の例）• モニタ１台 RADLI:LI_nRN01

現versionでは閾値は共有されない、将来の改定に期待– RADLI:LI_nRN01:VAL:LEVEL– RADLI:LI_nRN01:ILK:WARN– RADLI:LI_nRN01:ILK:ALT– RADLI:LI_nRN01:DATA:HIGH– RADLI:LI_nRN01:DATA:HIHI– RADLI:LI_nRN01:STAT:STATUS

ai放射線値(uSv/h, s-1)
bi注意報（高）レベル（発報時1）bi警報（高高）レベル（発報時1）
ai注意報閾値 (uSv/h,s-1)
ai警報閾値 (uSv/h,s-1)
mbbi データ健全性（正常時0）• システム管理用 (SX_D PLC)
– RADLI:LISYS_01:STAT:TM
システム時刻(1026-29)– RADLI: LISYS_01 :STAT:HBTCNT ai カウンター(1024)– RADLI: LISYS_01 :STAT:STATUS mbbiシステム健全性(14241426) 正常時0

EPICSレコード名Ｋ

2013.11.13
Kami+iitsuka• １モニタあたりのレコード (KEK側)– KEK側 （RADMR:YEL0102G の例）• モニタ１台 RADMR:YEL0102G– RADMR:YEL0102G:VAL:LEVEL– RADMR:YEL0102G :ILK:WARN– RADMR:YEL0102G :ILK:ALT– RADMR:YEL0102G :DATA:HIGH– RADMR:YEL0102G :DATA:HIHI– RADMR:YEL0102G :STAT:STATUS

ai放射線値(uSv/h, Bq/cc)
bi注意報（高）レベル（発報時1）bi警報（高高）レベル（発報時1）
ai注意報閾値 (uSv/h,Bq/cc)
ai警報閾値 (uSv/h,Bq/cc)
mbbi データ健全性（正常時0）• システム管理用 (FA-M3 Ladder PLC)
– RADMR:MRSYS_01:STAT:TM
システム時刻()– RADMR: MRSYS_01 :STAT:HBTCNT ai カウンター()– RADMR: MRSYS_01 :STAT:STATUS mbbiシステム健全性() 正常時0

2013.11.12

LI分EPICSレコード名案 Kami+iitsuka
Name
No. JAEA
1 LI-nRN01
2 LI-nRN02
3 LI-nRN03
4 LI-nRN04
5 none6 LI-nRW01
7 LI-nRW02
8 LI-nRW03
9 none10 LI-gLI01
11 LI-gLI02
12 none13 none14 none15 none16 LI-gLL01
17 LI-gLL02
18 LI-gLL03
19 LI-gLL04
20 LI-gLL05
21 none22 LI-RGS01
23 LI-RGS02
24 LI-RGS03
25 none26 LI-SG01
27 LI-SG02
28 none29 LI-SDb01
30 LI-SDb02

EPICS Name
(Body部分)RADLI:LI-nRN01
RADLI:LI-nRN02
RADLI:LI-nRN03
RADLI:LI-nRN04

Mon
種類nエリア
nエリア
nエリア
nエリア

説明・場所
(DESC max24)
単位
LI-DownStreamB2 NeutronuSv/h
LI-CoolWaterHot2 Neutron uSv/h
LI-CoolWaterHot3 Neutron uSv/h
LI-HeRefrigRoom Neutron uSv/h

FL-net番地
1044-47
1054-57
1064-671074-77

HIGH値
（参考）

HIHI値
（参考）

説明・場所
(にほんご)
搬入トンネルEVホール
冷却水ホット機械室(2)冷却水ホット機械室(3)He冷凍機室RADLI:LI-nRW01
RADLI:LI-nRW02
RADLI:LI-nRW03

nエリア
nエリア
nエリア

LI-KlyGalleryMid Neutron uSv/h
LI-KlyGalleryDwn Neutron uSv/h
L3BT-Hot NeutronuSv/h1094-971104-071114-17

KG (中流部)
KG (最下流部)
L3BT ホット機械室

RADLI:LI-gLI01
RADLI:LI-gLI02

γエリア LI-UpStreamB2 Gamma uSv/hγエリア LI-CavityTestRoom GammauSv/h1134-37
1144-47

汚染検査室(1)
空胴搬入調整室

RADLI:LL-gLL01
RADLI:LL-gLL02
RADLI:LL-gLL03
RADLI:LL-gLL04
RADLI:LL-gLL05

γエリア
γエリア
γエリア
γエリア
γエリア

LI-CoolWaterHot2 Gamma uSv/h
LI-CoolWaterHot3 Gamma uSv/h
LI-HeRefrigRoom Gamma uSv/h
LI-KlyGalleryDwn Gamma uSv/h
L3BT-Hot GammauSv/h1194-971204-071214-171224-271234-37

冷却水ホット機械室(2)冷却水ホット機械室(3)He冷凍機室KG (最下流部)
L3BT ホット機械室

RADLI:LI-RGS01
RADLI:LI-RGS02
RADLI:LI-RGS03

ガス
ガス
ガス

LI-Tunnel Gas
LI-Hot Gas
L3BT-Hot Gas

s-1
s-1
s-1

1254-57
1264-67
1274-77

LI 加速器トンネル室内
LI ホット機械室内
L3BT 室内

RADLI:LI-SG01
RADLI:LI-SG02

ガスガス

LI-Vent Gas
L3BT-Vent Gas

s-1
s-1

1294-971304-07

LI 排気ガス
L3BT 排気ガス

RADLI:LI-SDb01
RADLI:LI-SDb02

ダスト(β) LI-Vent Dust
ダスト(β) L3BT-Vent Dust

s-1
s-1

1324-271334-37

LI 排気ダスト
3NBT 排気ダスト