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)

PRESENT STATUS OF RF SOURCE OPERATION AT J-PARC LINAC
Masayoshi Yamazaki1A), Etsuji Chishiro A), Tetsuya Kobayashi A), Toshihiko Hori A), Hiroyuki Suzuki A),
Shozo Anami B), Masato Kawamura B), Yuji Fukui B), Kesao Nanmo B), Zhigao Fang B) , Seiya Yamaguchi B)
A)
Japan Atomic Energy Agency (JAEA)
2-4 Shirakata Shirane, Tokai, Ibaraki, 319-1195
B)High Energy Accelerator Research Organization (KEK)
1-1 Oho, Tsukuba, Ibaraki, 305-0801
Abstract
The J-PARC LINAC RF source executed operation corresponding to the beam commission for RCS, MLF, andMR from the phase of Run#9(Sep.2007) to Run#17(Jun.2008). The RF source has been operating well in thecondition of 25Hz repetition, 650µs RF width and 1.4MW maximum power. The total operation time has beenreached to 3000 hours. Maintenance work was chiefly executed the high-voltage power supply relation, and aimed at
the decrease at the downtime. In this paper, we will report the status of RF source operation and the maintenanceactivity.

J-PARC リニアック高周波源運転の現状１．はじめに加速器制御システムに接続している。さらにRFグ
ループ専用のPCにより詳細なデータ収集・監視システムを構築し、これにより高周波源関連機器の運転状態の監視やメンテナンスを行っている。

大強度陽子加速器施設(J-PARC)のリニアックでは2006年10月より高周波源の運転を開始している。こ
こ1年間の高周波源運転は、RCS、MLF及びMRのビームコミッショニングに対応して継続的に実施している。2007年9月から2008年6月末までにRUN#9RUN#17の運転を9回(1週間～4週間の連続)行なった。
高周波源の運転時間は累計で6000時間(LV-ON)を超え、2007年9月からは3000時間に達する。ビームコ
ミッショニング時の高周波源運転状況は、繰り返し25Hz、RF幅650µs、出力1.4MW(max)で行い、初期(装置立ち上げ時)のトラブルもほぼ改善され、低電図1：高周波源の構成
力RF制御(LLRF)等のシステム充実により大きな不具合も無く概ね順調である。メンテナンスは、ビー
ム コ ミ ッ シ ョ ニ ン グ 休 止 時 の 1,2週 間 と 空 洞 コ ン
３．高周波源運転
ディショニング時に実施している。今回は主にクライストロン用直流高圧電源関連の機器についてメン
3.1 運転状況テナンスを行い、ダウンタイムの低減に努めた。本
ビームコミッショニングは通常9:00-21:00で行な
稿では、これらの高周波源の運転状態と実施したメわれている。高周波源の運転体制は、3シフト体制ンテナンスについて報告する。
で対応しており平日昼間は日勤者数名(9:00-17:30)が２．高周波源の構成クライストロン準備室に待機して監視及びトラブル対応を行う。夜間は準夜勤2名(17:00-1:30)および深高周波源は、6台のクライストロン用直流高圧電夜勤2名(1:00-9:30)でシフトに対応する(休日は昼間
源(HVDCPS)、20台の324MHzクライストロン、4台も2名)。夜勤では、20:00,0:00,4:00,8:00の4回現場のの半導体増幅器で構成され、励振系として24台の巡回点検を実施している。また夜間の不具合は、緊LLRFシステムがある。高周波源全体の構成を図1に急時を除き夜勤者の負担軽減のため修理等の処置は示す。(高周波源の仕様や構成の詳細は過去の本学[1]
せず日勤者に引き継ぎそこで対応する。運転中は、会論文を参照されたい 。)
監視画面により高周波源の監視を行なっている。
データ収集系は、各ステーションのクライストロ
HVDCPSおよび各空洞に対応したLLRFの運転状態
ン電源制御PLCとLLRF制御PLCからのデータを上位
1

E-mail: yamazaki.masayoshi@jaea.go.jp-485-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)

表1：運転時間およびTrip-rateが監視でき、異常が発生すると表示が変化し(正常RUN#9
RUN#10
RUN#11
RUN#12
RUN.No11/1912/14時は緑、異常時は赤)警報音声を発することで、ど9/11-10/5
10/22-11/2
運転期間11/30
12/20の機器が異常か即座に判断できる。今のところ異常
運転時間
機器の復帰は遠隔では行なわず、担当者が現場を確418
293237149(Hr)
認のうえ行なっている。また、監視画面はRF関連
0.312
0.045
0.344
0.040
Trip-rate
機器のモニター値を表示している。これらのモニ
ター値は中央制御室で集約されログデータとして端RUN#13
RUN#14
RUN#15
RUN#16
RUN#17末から閲覧できる。
1/152/12-2/25
4/18-4/25
5/12- 6/1
6/11-6/30
高周波源運転で通常のRUN時の立ち上げ手順を以1/28
下に示す。まず、HVDCPSの接地解除から開始し、252255
170516462
クライストロンのヒーターON(1時間)、高圧エージ
0.042
0.074
0.236
0.082
0.089
ング(1時間)によりRF-ONの準備状態になる。LLRF[2]運転している。これに対応した高周波源パラメータ
PLC の AUTO-START_UP 機 能 に よ り RF-ON では、RFパルス幅650µs、繰返し25pps、クライストロ
SlowStartが自動的に開始してクライストロンから加ン出力1.4MW(電力最大要求部)、クライストロンカ
速空洞に電力を供給する。SlowStartは自動チュー
ソード電圧108kV(設定値)である。
ナーと連動して段階的に電力を空洞に供給する。空表1は各RUNの運転時間とTrip-rateを示す。表1の
洞投入電力と自動チューナーによってその時々の最運転時間は高周波源の運転時間(立ち上げ時の空洞適化をしながら設定電力を供給していく。立ち上げ
コンディショニングとビーム運転時を含んだもの)
時は1-2週間の休止期間を経ているので空洞等の真である。Trip-rate算出は、RUN内の全Trip回数／運空状態を現場で監視、確認して定格電力まで上げる。
転時間／全高周波源23台(RFQは除く)。安定した運定格電力に達する途中で空洞の真空度が悪化してト転状態のときのTrip-rateの0.1とは、1時間内で2台がリップする場合もある。現在は空洞のエージングもTrip す る こ と を 意 味 す る 。 Trip-rate が 比 較 的 高 い
かなり進み1時間程度で定格電力になる。しかし装RUN#9,RUN#15は2ヶ月程度の休止期間を経ての立置全体が安定に落ち着くまでにはおよそ一日程度のち上げで空洞コンディショニング時にTripが増加し時間が必要である。よって、ビーム運転は立ち上げた。RUN#11は中央制御棟設置の12MHzマスターオの翌日よりリニアックの調整から順次行なわれる。
シレーターの不具合(振幅変動、サイドバンド増加)
運転中はRFの自動復帰制御をONしている。自動復によるTripの増加である。ビームコミッショニング
帰制御はファーストインターロック(クライストロに対応したこの間の高周波源Trip要因は、ファースンのPf,Pb,VSWR,アーク、TANK1およびTANK2のトインターロックが大半を占める。そのほかファーPf,Pb,VSWR,アーク、サーキュレータアーク)が発生
ストインターロック以外ではHVDCPSの電源停止及してから最短で0.5秒後にRFを空洞に再投入できるび空洞の真空度異常が支配的であった。
機能で、この機能により空洞内の温度変化が最小限
図2はRUN#11 2007/11/19から11/21のTripを時間帯に抑えられ短時間のビーム停止で運転が再開できる。
別で表示したものである。横軸は日付と各ステー
これによりダウンタイムの減少に寄与している。現ション、縦軸は時刻を示す。横に並んでいるドット
在の自動復帰の設定は監視時間が1分間、Tripの連は同時刻に各ステーションでTripが発生したことを続復帰回数は5回、RFの再投入時間は1.0秒となって示す。また縦に連続でドットがある場合はTripが連いる。異常時からの復帰は、異常の内容を確認して続したことを示す。この期間は前述の12MHzマス解除後、AUTO-START_UP機能にて現場で立ち上げターオシレーター不具合のときでTripが多発したこる。ビームコミッショニング時のビーム条件は、エとが確認できる。12MHzマスターオシレーター交換
ネ ル ギ ー 181MeV, 電 流 5mA/25mA, ビ ー ム 幅
後の11/20 21:30以降は安定した状態(Tripの少ない)
0.05msec/0.1msec,繰返しsingle shot-2.5Hzで加速器をに戻ったことが分かる。安
定時のTripは、ランダムに発生し前後のステーションの影響は無いと考えられる。
3.2 メンテナンス及びトラブルの状況
関連施設の陽子加速器開発棟でHVDCPS (J-PARCリニアック同仕様)の20D高圧ケーブルの端末処理部で絶縁破壊が発生した。そして高圧ケーブルの改修を行なった。この経験から本高
圧電源6台の20D高圧ケーブ
ルの点検を実施、点検の結図2：Tripの発生時刻別表示(2007/11/19-21)-486-

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果、端末処理(ストレスコーン)が作業要領書どおりでないためすべてを改修した。
HVDCPSのクローバ回路誤動作は、先のメンテナンス時に光CTの分圧抵抗を処置(交換)することで電源停止になる頻度が皆無になった。しかし、Ｍア
ノード変調器内での放電は、内部において電界の厳しい部分があることわかっている。現在、対応を実施中であるがRUN#15においては以下のようなトラブルが発生した。
[現象] HVDCPS#3のフォルトが多発した(26回)。
4/19 に高圧電圧の設定値を106 kVから103 kVに下げてからは回数が減った。はじめはS6クライストロ
ンのイオンポンプ電流の増加が見られたが、その後真空度が全く悪化しない現象も見られる。[原因] ア
ノード変調器内部を観察したところアノード分圧回路とヒーターカソード回路で放電痕が見つかった。
Mアノード電流測定用CT-配線(10D)間距離が近すぎるため放電が起きたと考えられる。[対策] アノード電流用CTを撤去した。Run#16,#17ではHVDCPS#3のフォルトは発生していない。クライストロンの耐圧劣化ではないと考えられる。CTがついている変調器はあと10台ある。夏期保守期間に撤去または放電[3]対策を実施する 。
表2にこれまでの運転時に発生した故障を示す。

図3：Mアノード変調器内部(左:放電部 右:CT削除)
3.3

324MHzクライストロン運転時間

運転時間を図4に示す。運転時間は324MHzクライストロン別でLV,HVで6000時間前後達する。ここ1年間ではおよそ3000時間に達する。クライストロン
本体は、特に大きな問題(微少油漏れを除く)も無く安定に稼動している。よって、クライストロンの交換は一度も実施されていない。

ビームコミッショニングに対応して行った。運転は概ね順調でダウンタイムが少なく安定に稼動した。
今後の予定は9月から再開されるビームコミッショ
ニングにおいてMLFの照射試験、その後供用開始の予定である。さらに来年度からは、181-400MeV間のリニアック増強計画の本格化が期待されるので、この運転経験をもとにリニアック高周波源の性能向上および開発に反映させていく予定である。

現表2：不具合および原因・処置
象
原因及び処置S1,S12 サーキュレーターダ
ミーロードの表面温度上昇
VSWR メータの表示値が変化（1.0→1.2）
S9- S12 でフィードバックをON にすると発振が起った
RF 一斉トリップ多発，自動復帰しない

ダミーロード不良のため交換
VSWR 値元に戻る
LLRF-PLC を OFF にするとトロンボーンの設定値が変わる
中央制御棟に設置されている
12 MHz の マ ス タ ー オ シ レ ーター(Agilent E8247C) の動作が不安定になった・・手持ち品(Agilent 8662A) と交換

立ち上げ時HVDCPS＃１の停止
S12 クライストロン(S/N0104)のオイルタンク上部のフランジから少量の油漏れあり

AVR盤内ダイオードの不具合

HVDCPSの停止

タイミング信号の不具合、タイミングユニットの故障（交換）増し締めで対応（経過観察中）

S14 サーキュレーターダミー
ロード温度異常でインターロック作動
RFQ の メ イ ン コ イ ル 電 源(EMI製) 出力ケーブル接続部
においてケーブルの炭化および接続器の焦げが確認された
S6(HVPS#3, ク ラ イ ス ト ロ ン
S/N0207) で I/L 発 報 HV-OFF
多発

Mアノード変調器内で放電、Mアノード電流CT撤去（詳細を本文に記述）

S1 RF出力が出ない

I/O ボードのヒューズ切れ交換

熱電対の中継コネクターで接触不良となっていた接続が経年により緩んだ
電源の出力接続を挟み込みタイプから端子台取り合いに変更

参考文献[1] 山崎[2] 鈴木[3] 川村他、2007年度本研究会Proceedings,pp.516-518.
他、2007年度本研究会Proceedings,pp.513-515.
他、本研究会、WP079.

４．まとめ
J-PARC リ ニ ア ッ ク に お い て 高 周 波 源 の 運 転 を

図4：クライストロン別運転時間-487-