ILC NewsLine 2009年9月24日号 ［英文記事］
■特集記事
9 mA再訪
DESYのFLASH加速器をILCのパラメータで運転
（9 mA revisited
Machine experts run DESY’s FLASH
accelerator under ILC parameters）
超伝導線型加速器FLASHでは、長期間の準備と、前試験を経て、ILCと同じ運転条件の大電流、多バンチの電子ビームを生成、加速器ビームラインの最後まで通すことの実証にさきごろ成功した。これに至る二週間は、ドイツ電子シンクロトロン研究所（DESY）まわりでILC加速器の開発に携わる加速器研究者にとって、最も重要（かつ張りつめた）二週間だった。ILC条件での日夜を通じたシフト運転を月曜に終え、FLASHは運転休止期にはいり、レーザー光ユーザを念頭においた大規模なアップグレード作業を始める。
 DESYコントロールルームでの研究者らの真剣な面持ち |
LCチームの到達目標は高く、要要求水準も高い。「FLASHの運転記録をいくつも更新しました」とアルゴンヌ国立研究所からの共同研究責任者John Carwardine氏。「困難にぶつかることもありましたが、それにより大切なことも学びました。」電流9ミリアンペア、パルス長800マイクロ秒でビームを加速するには、空洞は最大定格の入力電力で稼働する必要がある。パルス長に関しては、先週の終わりまでに、800マイクロ秒での運転が、連続10時間以上行われ、ビーム源の新レーザを立ち上げることができたことが示された。電流値に関しては、最終的に、300～500マイクロ秒という短いビームパルスにて9mA で数時間運転し、800マイクロ秒の長いビームパルスでは、6mAで2,400バンチを短時間ではあるが運転した。
※訳注：今回の焦点はあくまでビーム運転にあった。それが空洞やRFシステムの電力収支として何を意味するのかを付言しておく。基準設計報告書（RDR）記載のILCのビーム仕様は、繰り返し5Hzで、一パルスのビームパルス長は 970マイクロ秒。このパルス中には369.23nsの間隔で2625個のバンチが連なっている。バンチ一個中の電子または陽電子数は2.07×1010個、すなわち、電荷にすると3.32nC。これを使えば、ビームパルス中の「平均電流」は 3.32×10-9 / 369.23 ×10-9 = 0.009Aと算出される。これが「電流9mA」の意味。ところで、空洞としては、このレートで流れてくるビーム「電流」を平均加速勾配31.5MV/mで加速しなければならない。これに必要な入力電力は、一メートルあたり、0.009×31.5×106 = 283kW。空洞一台の長さはちょうど1mに近いので、これだけの電力を空洞一台ごとに供給する必要があり、すなわち、空洞に装着されている入力結合器は、この通過電力に耐えなければならない。ちなみに、RDRでは、一本のクライストロンで26台の空洞を運転するが、そうすると、それに必要なクライストロン電力は 0.283×26 = 7.4MW。これに対して、クライストロン仕様では10MW出力すべし、といっているのは、途中の導波管での損失や低電力高周波制御システム（LLRF）での制御取りしろを残すために、2割半の余裕をとるという意味である。さて、話をもとに戻してFLASHだが、ビームの平均電流として 9mA にアプローチする運転を彼らが行ったところは確かで、これは大変な仕事。だが、加速勾配は31.5MV/m よりもずっと低く、20MV/m前後か、それよりも少し高い程度。したがって、空洞への入力電力は 200kW を切っている程度であり、「空洞を限界までプッシュした」というのには、多少説明が必要であろう。「FLASHでの水準としては、既設空洞の限界までした」というなら正しいが、だからといってそれが、そのまま空洞電力とか入力結合器の電力としてILC仕様にまで到達した、という訳ではない。
今回の実験に先だって、チームが大電流加速試験を最後に行ったのは一年前のことである。このときには、ILC R&D 計画の目標の中でもプライオリティの高い、ビームの位相・エネルギーの安定化を示すなど、大きな成果を短期間に上げたものの、真空パイプの不具合によって実験中断を余儀なくされた。今回の実験のためには、ダンプライン内でのビーム位置を測定し、ビームロスを検知するための諸システムが新規に設置された。DESYのZeuthen支所で開発された、ダイアモンド片とサファイア片を使用するビームハローの測定装置は、ILC的な運転条件で行う最長ランのための、そうした改善点の一つである。このほか、LLRFのアップグレードや、毎秒300万ものビームバンチ（昨年の三倍以上）生成するための新レーザーの設置も行われた。
 DESY FLASHでの二週間のILC加速器研究が成功裏に終了し（特集記事を参照）、人気のなくなった制御室のブルー画面と清掃係員。ILCチームは豊富なデータを得て、目標性能を満たす制御室を後にした。 |
FLASHでの研究は、3地域からのILC加速器専門家がDESYのFLASH加速器専門家に加わったプロジェクトで、コントロールルームは国際感あふれたものとなった。9mAの研究は、FLASHと欧州X線レーザープロジェクト（XFEL）への重要なデモンストレーションとなった。たとえば、FLASHの将来プログラムでは、先週200メートルのトンネルを通っていたような、長いバンチトレインがまさに必要である。ビームを調整するのに必要なRF電力の理解を深めることは、もう一つの目標であったが、ここで得た知見はILCのコスト最適化に有用である可能性がある。この研究は、将来のR&Dプロジェクトの優先順位を考えるのに役立つだろう。
月曜日の朝5：35に終わった実験からは、25テラバイトものデータが得られた。「この実験は間違いなく、FLASHの長バンチトレイン高電流稼働に向けての大きな一歩となり、XFELとILCにとっても重要な試験とデータを提供しました」とラン終了の報告Eメールで、Nick Walker氏、John Carwardine氏、そしてSiggi Schreiber氏ら責任者が書いている。「このようなランを成功裏に終えた今、重要なことはすぐ次ステージ計画を立ち上げることです！将来の9mAコラボレーションの成功を楽しみにしています。」
［英文記事]
ILC NewsLineアンケート結果
(ILC NewsLine Survey result)
 NewsLineの読者は、もっと物理の話を読みたいと思っている。画像：J. Wise, M. Bradac (Stanford, KIPAC) |
NewsLineチームは今夏、3度目のアンケートを行った。読者はどのような方々か？内容にご満足いただいているか？アンケート回答によると、読者の方々には頻繁に読んでいただいているし、一般的には題材に満足していて、新しいテーマのある号を楽しみにしているとのことだ。さらにもっと科学そのものを記事や、ILCと他の素粒子物理や加速器プロジェクトとの関わりを見たいという意見もあった。
さらに多くの読者
このアンケートは英語と日本語でとられ、2206名の講読者に送られた。2007年のアンケート時の1850から増加していて心強い。今年の結果としてまずわかるのは、NewsLineはより頻繁に読まれているものの、閲読時間は短くなっていることである。約78.5％の読者（2007年は75.4％）がNewsLineに毎週目を通しており、67.6％の読者が少なくとも5分以上をかけて読んでいる（2007年は86％）、と出た。コメントはおおむね肯定的で、67.7％の読者が、NewsLineを「とても役立つ」か「大変役立つ」と考えている。NewsLineは多くの読者にとって、ILCプロジェクトについての最新状況を知り、現行の研究や政治的決定についての一番新しい情報を得る一番よい手段であるようだ。80.6％の読者が、「Read more」のリンクをよくクリックする（2007年は71.9％）と答えている。
 NewsLineの読者はどんな人たちか。（詳細はクリック） |
テーマのある号：増やすべき
NewsLineの新しい特徴として、テーマにそった特集立てがある。これについては激励をいただいたが、この特徴に気がつかれた読者の方々は好ましい、と答えている（67.9％）。また、大きな改善点である、と答えた人もいる。これらの号はILCのキーとなる課題の説明（電子雲特集参照）、ILCのもたらすものを一般の人に説明（ILCの波及技術）、またILCのマイルストーンでの役割を担っている提唱者の様々な意見を読むこと（概念測定器認証）を必要とする読者にとってよい企画であったようだ。もちろん今後も継続したい。
もっとたくさんの科学を
NewsLineの読者は一般的に記事の内容、書きぶり、分量を適切と考えている。ディレクターズ・コーナーは主にBarry Barish氏によって執筆され、毎月一回国際共同設計チームの（GDE)役員会のメンバーと地域ディレクターの間でかわるがわる執筆されているが、このコーナーが一番読者にとって目を引くものとなっている。39％がこのコーナーを毎回読んでいる。このコラムの改善方法については、多くのコメントをいただいた。一般的には、フォーマルすぎない書き方である現在のやりかたがよいと考えており、89.1％がILCプロジェクトの重要な課題についてカバーされている、と答えている。NewsLineの特集記事については、プロファイル、測定器や加速器のバランスには満足している。また、53.8％がもっと、物理に関する記事を読みたい、とも言っている。
 NewsLine閲読にかける時間 （詳細はクリック） |
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NewsLineの見地を深めよう
読者の要求として、ILCへの関連が十分にあるのならば、他の素粒子物理実験、超伝導技術プロジェクト、そして将来加速器へのリンクが欲しいとの要望があった。天文素粒子物理や宇宙論についてももっとふれて欲しい、と答えた人もいる。60.8％の読者がILCプロジェクトに直接携わっているのだから、これは当然だろう。特別なこだわりを持っていないこのコミュニティでは、40.6％が、NewsLineで他の研究所のニュースを読みたい（2007年は27.13％）と答え、64.1％が他のソースから選ばれたニュースを読む（2007年は46.5％）と答えている。
ソーシャル・ネットワーク
NewsLine読者のほとんどが、習慣的にブログを読む（67.8％が常に読むか時折読む）と答えているが、大多数がソーシャル・ネットワークについては使用しないか、知らないと答えている。また、もしできたとしても、NewsLineの記事にコメントをするかどうかわからないと答えている。しかしソーシャル・ネットワークは一般的に、コミュニティ外にILC、素粒子物理、科学について宣伝するのに役立つ。NewsLineチームは、このソーシャル・ネットワーク・ツール案についてを検討を行っている。
NewsLineの向上に力を
残念ながら8.4パーセントの読者からしか回答を得られなかったため、上記の数字の精度は非常に高いものではないとも思われる。（読む時間が減って）アンケートにお気づきでなかったからだろうか？このアンケート結果が一般的な傾向を正しく反映しており、回答がないのが、前回のアンケートから付け加える必要がなかったからであることを願っている。アンケートは閉め切られたが、年中いつでもコメントは受け付けている。ILCコミュニケーターから、今回のアンケートに回答し、興味深く学習になるコメントをしてくださった方々にお礼を申し上げたい。頂いたご回答をよく吟味し、今後の質の向上に活かしていきたい。
［英文記事］
■ディレクターズ・コーナー
202X年にILCを運転、維持すること
（Operating and maintaining the ILC in the year 202X）
 Ewan Paterson氏 |
今週のディレクターズ・コーナーは、GDEの役員会メンバーEwan Paterson氏による。
ILCがまだ設計段階で立ち上げまで何年も先だというのに、GDE内のあるグループでは年次の運転・メンテナンスのスケジュールについて議論しているのはなぜだろうか。それは、装置の修理、メンテナンス、アップグレードのサイクル構想が、システム設計や機材開発のR&Dに影響を及ぼすからであり、こういったことをILCが稼働を始めるまでに準備できている必要があると考えるからである。
 ストローマン・ベースライン2009パラメータに基づく運転稼働率評価の中間結果 |
コライダーにおける高エネルギー物理学の成功を測るものさしは、実現された積分ルミノシティである。これは平均ルミノシティ（単位面積内で起こる毎秒の粒子衝突の頻度）と稼働時間（スケジュール上の稼働時間からスケジュール外のダウンタイムを引いた値）を掛け合わせた値である。後者を評価するのはとても複雑な問題で、機材やシステムが故障する頻度（故障間の平均時間、MTBF）、修理に要する平均時間MTTR、そして、上流のシステム故障による下流システムでのビーム運転の阻害など、他の加速器システムへの影響を評価しなくてはならない。最後にビーム診断にとってもっとも大切なツールはビームそのものであって、それが無くなると大方の話はストップしてしまう、ということである。加速器設計が複雑になるにつれ、評価問題の構造もより複雑になる。
これは加速器設計には昔からの課題であり、さまざまなツールが設計者を支援するために使用されてきた。ILCの場合、もっと包括的な手法として、加速器運転の様子をシミュレートするコンピューター・モデルが開発され、これに実在の加速器で何年にもわたって培われた経験を、良かれ悪しかれ、盛り込んできた。たとえばこのモデルでは、あるシステムで故障が一つ起こったら、それを直すための時間を勘定するだけでなく、他のシステム（複数）にこの故障が及ぼす影響を考え、全システムが稼働パフォーマンスに復帰するまでの時間も勘定している。スタッフやスペア機材が故障の発生場所から何キロも離れたところにあり、アクセスポイントの間隔もキロメートル単位であるような大きな施設で、特に重要になってくる課題もある。5分間で即対応といったことはあり得ず、修理に必要なのは少なくとも1，2時間、というのが普通になろう。してみると、小さな問題と思っていたものの影響も無視できなくなってくる。コンピューター・モデルではいつでもそうだが、プログラムの前提をよく吟味理解している必要がある。でたらめの前提でことを進めれば、でたらめの結果になる、という格言はここにも通用する。
基準設計報告書（RDR）作成前、また作成中、Availsim（Barry氏の 9月3日のディレクターズ・コーナー参照）と呼ばれるコンピューター・プログラムを使って、ILCの「稼働率」と時間積分ルミノシティの評価が行われた。機材の故障率は世界の既存加速器のものと同等、と仮定して計算すると、懸念されたとおり、機材の多さとオペレーションの複雑さのため、通常の大型高エネルギー加速器で実現できている稼働率85%にILCが達するのは難しい、という結果が得られた。稼働率85%を達成するためには、多くのシステムで機材の信頼性の向上、冗長化、もしくは両方の組み合わせが必要である。稼働率劣化をもたらす主要な要因は特定され、いくつかの機材には冗長化を導入する設計変更がなされた。加えて、冗長化が現実的でないかコストが高くなるところでは、機材の長寿命化を念頭においたエンジニアリング上の開発ゴールが設定された。
RDRからの例として、電源、電子回路を取り上げる。「電源回路は、モジュラー化設計し、冗長化のためにユニットごとに余備モジュールを一基導入する。加速器トンネルの外に設置されるほとんどの電子回路モジュールは、電力を切断することなく交換可能なように設計する。これによって、故障モジュールが発生しても、ビームへの影響を拡大することなく交換することができる」とある。その具体例として、高稼働率電源がSLACで開発され、そのプロトタイプがKEKのATF2で稼働している。これらの考え方の前提で大切なのは、こうしたモジュール、クライストロン、モジュレーターといった装置のほとんどは、ILCのビーム運転中に交換できるところにある、という点である。これが、双子トンネルを建設して加速器のビーム運転中に人間がアクセスできる場所をつくる必要がある、つまり、ビームトンネルと並行するサポートトンネルもしくは同等のアルコーブをつくる必要がある、という議論の根拠の一つである。現在議論中のシングルトンネル設計では、このアクセスに関する仮定はご破算になっている。というわけで、アクセスのタイミングをあらかじめ取り決めておいて、これやあれやの装置メンテナンスをいかに行うのか、加速器システム全体の稼働率を考えるのに重要な焦点となる。
 ILCの年次運転スケジュールの一例 |
メンテナンス、修理、アップグレードのためのスケジュールを組む上での一般的な要件とは何だろうか。一般的に、システム全体にわたるアップグレードや、超伝導システムを常温に戻して行わなければならない作業には、長時間のシャットダウンが必要になる。たとえば、修理やアップグレードのために、超伝導リニアックの一セクション（2.5キロメートル）を常温まで上げなければいけない場合、温めるのに一週間、冷やすのにさらに一週間がかかる。したがって、空洞関連の冷却部分の作業には少なくとも一か月がスケジュールされる必要がある。しかし、ほかの多くの保守は、比較的頻繁にある、数シフトのダウンタイムの間に行うことができる。スケジュールされている測定器のプッシュ・プルの時間に、加速器メンテナンスか開発の組み合わせが可能であると考えられている。RDRでは、年間スケジュール上で9ヶ月の運転と、3ヶ月のダウンタイムが見積もられている。ここでは、半年ごとに1ヶ月の長期ダウンタイムを取り(1+5+1+5)、一回5ヶ月の運転期間二回を通して、小刻みに総計1ヶ月分の保守日が埋め込まれている。図にある2022年の稼働スケジュールの例は、ストローマン・ベースライン2009研究での加速器稼働率を見積もるために、Availsimで使用されているものである。二種類のリニアック高周波システム、すなわち、クライストロン・クラスターシステムと分散RFシステム（Barish氏の 7月23日のディレクターズ・コーナー参照）は、元のRDRソリューションと比較して、妥当と考えられる運転条件やスケジュールのもとで、適切な稼働率を維持しうることがわかっている。
ILCシステム全体でのこうした研究は現在も行われており、その結果は米アルバカーキのALCPG 09ワークショップにて報告される予定だ。ストローマン・ベースライン2009パラメータによる中間結果と、運転スケジュールはパイチャートに示した通りである。ビーム時間のロスには、どのシステムも同様に寄与していることがわかる。どのシステムの担当者も、こんなはずは無い、と言いたくなるに違いない。そこでテストを提案したい。大加速器の運転に従事してきた人なら誰でも同意すると思うが、大きな故障というのはたいてい休日をはさんだ三日休み前の金曜の晩に起こる、と相場が決まっている。さて、Availsimに計算させたら、これと一致する予言をするだろうか、それとも、これは私の記憶違いであって、ちゃんと記録データを見直しなさい、と言うだろうか？解答はオフラインにて！
［英文記事］
■ブログライン
23 September - Ingrid Gregor
Into thin air
18 September - Frank
Simon
CALICE - Alive and Kickin'
■カレンダー
今後の会議、ミーティング、ワークショップ
14th
International Conference on RF Superconductivity (SRF2009)
Berlin,
Germany
20-25 September 2009
2009 Linear Collider Workshop
of the Americas (ALCPG09)
The University of New Mexico, Albuquerque, New
Mexico, USA
29 September - 3 October 2009
The mysterious universe
- Exploring our world with particle accelerators
Free public lecture
by Jim Brau
University of New Mexico, Albuquerque (Anthropology Lecture
Hall 163), New Mexico, USA
1 October 2009, 7pm
CLIC09 Workshop
CERN
12-16 October 2009
12th International
Conference On Accelerator And Large Experimental Physics Control Systems
(ICALEPCS 2009)
Kobe International Conference Center, Kobe,
Japan
12-16 October 2009
2009 IEEE Nuclear
Science Symposium and Medical Imaging Conference
Orlando, Florida,
USA
25-31 October 2009
■ニュース
From interactions
23 September 2009
エネルギー省が加速器シンポジウムをアナウンス
会議は産学、研究所から著名なスピーカーによる講演を予定、ポスターセッションとレセプションで締めくくる。
［英文記事］
From UNM Today
22 September 2009
国際会議の会期中に暗黒物質と暗黒エネルギーのレクチャー
ニュー・メキシコ大学は「ミステリアスな宇宙、素粒子加速器で探る世界」と題する一般講演を主催する。10月1日午後7時、人類学レクチャーホール163にて。
［英文記事］
From Guardian
22 September 2009
大型ハドロンコライダーは費用に見合うのか？
ジェネーブ近郊のCERNの研究者は、事故から一年を経て、素粒子加速器の立ち上げ間近にある。最近のビデオでは、ヒッグズ粒子探しをしている物理学者が、社会は宇宙を理解するためにどれだけの経費なら負担するのかを問う。
［英文記事］
From Nature
22 September 2009
象とニュートリノ
自然保護団体がインドの野生動物保護区域の物理観測所に異議。
［英文記事］
From Discover
21 September 2009
運転終了近づくTevatron
ファンファーレもなく、先週フェルミ研究所のTevatronと二つの実験CDFとD0が11週のシャットダウンから復帰、20歳以上のコライダーの最後となるランを開始した。
［英文記事］
From CERN Bulletin
21 September 2009
CLICの上の星々
将来リニア加速器の一プロジェクト、CLICに必要なアラインメントを実現するため、CERNの測量グループはかつてない測量作業に乗り出した。
［英文記事］
From CERN Bulletin
21 September 2009
LHC近況：磁石スイッチ
冷凍機系統と電気系統において独立した8基のセクターをもつLHCでは、加速器をセクターごとに立ちあげることがで
［英文記事］
■アナウンス
◇arXiv preprints
0909.3450
Pomeron Odderon interference in production of
two π+ π- pairs at LHC and ILC
0909.3240
From the
LHC to Future Colliders
0909.3197
MICROMEGAS chambers for hadronic calorimetry at
a future linear collider
0909.3113
Phenomenology of the minimal B-L extension of
the Standard Model
■今週のイメージ
ベルリンで超伝導専門家が会す
（Superconductivity experts meet in Berlin）
世界から集まった300名もの高周波超伝導の専門家が、今週ベルリンで第14回RF超伝導国際会議（SRF2009）に会し、空洞の新しい表面処理、検査手法、超伝導加速器の新しい応用などについて議論した。空洞の大量生産についての企業関係者との熱い議論や、ニオブが「最終材料」であるかなどの挑発的な「熱い話題」もあった。
