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[[Datei:The entire view of J-PARC.jpg|mini|hochkant=1.2|Die [[Teilchenbeschleuniger]] (3 und 50 GeV [[Proton]]en-[[Synchrotron]]) und Experimentierhallen am japanischen Forschungskomplex J-PARC,<ref name="Nagamiya2012">Shoji Nagamiya: [http://ptep.oxfordjournals.org/content/2012/1/02B001.full.pdf+html ''Introduction to J-PARC.''] In: ''Prog. Theor. Exp. Phys.'' 02B001, 2012, S. 1–13, {{DOI|10.1093/ptep/pts025}}.</ref> circa 120 km nördlich von [[Tokio]] an der [[Pazifischer Ozean|Pazifikküste]].]]
[[Datei:J-PARC.JPG|mini|hochkant=1.2|Die Halle für die Experimente mit [[Neutron]]en-Strahlen am J-PARC. Hinter der blauen Abschirmung befindet sich die [[Neutronenquelle#Spallations-Neutronenquellen|Spallations-Neutronenquelle]], mit der 23 [[Strahllinie]]n bedient werden können; hier zu sehen Nummer 21 hinter der roten Abschirmung.]]
[[Datei:Superconducting Magnets J-PARC.jpg|mini|hochkant=1.2|[[Supraleiter#Realisierte Anwendungen|Supraleitende Magnete]] der Strahllinie vom 50-GeV-Hauptring (derzeit nur 30 GeV) des J-PARC zum T2K-Experiment.]]

'''J-PARC''' ''('''J'''apan '''P'''roton '''A'''ccelerator '''R'''esearch '''C'''omplex)'' ist ein japanischer Forschungskomplex bei [[Tōkai (Ibaraki)|Tōkai]] in der [[Präfektur Ibaraki]], circa 120 km nördlich von [[Tokio]] an der [[Pazifischer Ozean|Pazifikküste]] gelegen. Zwei Protonen-[[Synchrotron]]s mit maximalen Teilchenenergien von 3 und 50 [[Elektronenvolt|GeV]] werden hier im Rahmen einer Kooperation zwischen der japanischen Atomenergiebehörde [[Nihon Genshiryoku Kenkyū Kaihatsu Kikō|JAEA]] und dem Forschungszentrum für Hochenergiephysik [[KEK (Forschungszentrum)|KEK]] betrieben. Sie dienen der Erzeugung von Sekundärstrahlen wie [[Myon]]en- und [[Neutron]]en-Strahlen für die [[Materialwissenschaften|Material-]] und [[Biowissenschaften]] sowie [[Neutrino]]- und [[Kaon]]en-Strahlen für die [[Teilchenphysik|Teilchen-]] und [[Kernphysik]].

== Geschichte ==
Der J-PARC ist der Nachfolger des am KEK in [[Tsukuba (Ibaraki)|Tsukuba]] von 1976 bis 2005 betriebenen 12-GeV-Proton-Synchrotrons ''([[KEK (Forschungszentrum)#Proton Synchrotron (KEK-PS)|KEK-PS]])''. Baubeginn des Komplexes war 2001. Mit dem kleineren Synchrotron wurde die anvisierte Protonenenergie von 3 GeV dann 2008 erreicht und Ende desselben Jahres konnten mit den [[Spallation]]s-[[Target (Physik)|Targets]] die ersten [[Myon]]en- und [[Neutron]]en-Strahlen den Experimenten zur Verfügung gestellt werden. Ende 2008 wurde mit dem Hauptring eine Protonenenergie von 30 GeV erreicht und in der ersten Hälfte des Folgejahres konnte die [[Strahllinie]] zur [[Hadronen]]-Experimentierhalle sowie die für das [[T2K-Experiment]] in Betrieb genommen werden.<ref name="Yamazaki2010">Yoshishige Yamazaki: [http://www.nishina.riken.go.jp/researcher/seminar_past/nishina120/Yamazaki.pdf ''FROM KEK-PS TO J-PARC.''] (PDF; 1,1 MB) In: ''IPAC'10 – Special Lectures to Commemorate the 120th Anniversary of Birth of Yoshio Nishina.'' Kyoto, Japan, 23. Mai 2010.</ref>

Das ''Tōkai-to-Kamioka''-Experiment (T2K) ist der Nachfolger des K2K-Experiments ''(KEK-to-Kamioka)'', bei dem bis Ende 2005 mit Hilfe des KEK-PS Neutrinos von Tsukuba zum [[Super-Kamiokande]]-Detektor im 250 km westlich gelegenen [[Kamioka (Gifu)|Kamioka]] (heute [[Hida]]) gesendet wurden. Das erste Neutrinoevent des Strahls vom J-PARC aus dem 295 km entfernten Tōkai konnte im Februar 2010 vom Detektor registriert werden. Ziel der Experimente ist die Untersuchung der [[Neutrinooszillation]] zur Bestimmung der Neutrinomasse.<ref name="Yamazaki2010" /><ref>{{Webarchiv | url=http://www2.kek.jp/en/press/2009/J-PARCT2K.html | wayback=20101110130002 |text=''T2K Neutrino Beamline Started Operation.''}} KEK Press Release, 23. April 2009.</ref>

Da der J-PARC nur circa 200 km vom [[Epizentrum]] des [[Tōhoku-Erdbeben 2011|Tōhoku-Erdbebens 2011]] entfernt war, kam es am 11. März 2011 zu erheblichen Beschädigungen an der Infrastruktur sowie an den Beschleunigern und Experimenten. Der [[Tsunami]] erreichte hier aber nur eine Höhe von 3 Metern und die für 8 Meter ausgelegten Hochwasserschutzeinrichtungen verhinderten eine Überflutung des Areals. Bis Ende Dezember 2011 konnten die Schäden behoben und der Betrieb wieder aufgenommen werden.<ref name="Nagamiya2012" />

Am 23. Mai 2013 kam es in der Hadronen-Experimentierhalle zu einem Zwischenfall, bei dem es zum Austritt von [[Radioaktivität|radioaktivem]] Material kam und 34 Personen einer [[Strahlendosis]] von bis zu 1,7 [[Sievert (Einheit)|mSv]] ausgesetzt waren (die maximale erlaubte jährliche [[effektive Dosis]] für beruflich strahlenexponierte Personen beträgt in Deutschland 20 mSv<ref>{{Webarchiv | url=https://www.bfs.de/DE/themen/ion/strahlenschutz/beruf/grenzwerte/grenzwerte.html | wayback=20150424073422 |text=''Grenzwerte im beruflichen Strahlenschutz.''}} Bundesamt für Strahlenschutz, Stand vom 7. Mai 2013.</ref>). Die Fehlfunktion lag in einer ungewöhnlich schnellen Extraktion von Protonen vom 50-GeV-Hauptring (innerhalb von 5 Millisekunden anstatt der typischen 2 s), was zur Zerstörung eines [[Target (Physik)|Targets]] und somit zur Freisetzung von Radioaktivität führte. Alle Beschleuniger und Experimente wurden daraufhin vorerst abgeschaltet beziehungsweise eingestellt und Untersuchungen eingeleitet.<ref>[http://j-parc.jp/en/topics/20130618Accident_Report.html ''2nd Accelerator Facility Accident Report to Nuclear Regulation Authority.''] Japan Atomic Energy Agency (JAEA) und High Energy Accelerator Research Organization (KEK), 18. Juni 2013. Abgerufen am 30. September 2013 ([http://j-parc.jp/en/topics/HDAccident20130618_301.pdf PDF]).</ref>

== Aufbau und Betrieb ==
Der J-PARC verfügt über drei Teilchenbeschleuniger, die nacheinander Protonen auf (im Endausbau) bis zu 50 GeV beschleunigen sollen.

Ein mehrstufiger [[Linearbeschleuniger]] ''(LINAC)'' bringt sie auf 181 MeV. Er soll in einer weiteren Ausbaustufe 400 MeV zur Einspeisung in das erste Synchrotron und – für geplante separate Experimente zur [[Transmutation]] von [[Radioaktiver Abfall|radioaktivem Abfall]]<ref name="Sasa08">T. Sasa: ''Status of J-PARC transmutation experimental facility.'' 2008, [https://www.oecd-nea.org/pt/iempt10/presentation/SV03Sasa.pdf oecd-nea.org] (PDF).</ref><ref>T. Sasa: ''Design of J-PARC transmutation experimental facility.'' (Stand ca. 2014). In: Ken Nakajima (Hrsg.): ''Nuclear Back-end and Transmutation Technology for Waste Disposal.'' Springer, 2014, ISBN 978-4-431-55110-2, S. 73–79.</ref> – auf 600 MeV erreichen.

Das erste Synchrotron hat einen Umfang von 348 m und beschleunigt die Protonen aus dem LINAC auf 3 GeV. Wegen der relativ hohen Folgefrequenz der umlaufenden Protonenpakete, 25 Hz, wird es als ''Rapid Cycle Synchrotron'' (RCS) bezeichnet. Etwa 96 % der Protonen des RCS werden über eine [[Strahllinie]] in die Experimentierhalle für Material- und Biowissenschaften geleitet, wo mit ihnen Myonen- und Neutronen-Strahlen als Sekundärstrahlen erzeugt werden. Die Halle befindet sich innerhalb des 50-GeV-Hauptrings ''(Main Ring)''.

In das zweite Synchrotron, den Hauptring, werden die restlichen vier Prozent der 3-GeV-Protonen circa alle 3 s eingeleitet. Dieses Synchrotron hat einen Umfang von 1568 m und beschleunigt die Protonen des RCS auf derzeit (2013) 30 GeV; eine weitere Erhöhung auf 50 GeV ist geplant. Der Hauptring speist die Strahllinien zur Hadronen-Experimentierhalle und zum T2K-Experiment.<ref name="Yamazaki2010" /><ref>Takahiro Sato, Toshiyuki Takahashi, Koji Yoshimura (Hrsg.): ''Particle and Nuclear Physics at J-PARC (Lecture Notes in Physics 781).'' Springer, 2009, S. 3–8.</ref>

Eine Besonderheit des J-PARC ist die angestrebte hohe Strahlleistung der Protonen-Synchrotrons von bis zu 1 [[Watt (Einheit)|Megawatt]], wodurch besonders leistungsstarke Sekundärstrahlen erzeugt werden können. Dazu sind [[Stromstärke]]n der Strahlen von über 300 µA beim RCS und ca. 10–20 µA beim Hauptring erforderlich; bis 2011 wurden stabile Strahlleistungen von 100–200 kW erreicht.<ref name="Nagamiya2012" /> Der J-PARC zählt neben der ''[[Spallation Neutron Source]]'' (SNS) des [[Oak Ridge National Laboratory]] in den USA und dem ISIS des britischen [[Rutherford Appleton Laboratory]] zu den weltweit leistungsstärksten Anlagen zur Erzeugung von Myonen- und Neutronen-Strahlen.<ref name="Yamazaki2010" />

== Literatur ==
* Shoji Nagamiya: [http://ptep.oxfordjournals.org/content/2012/1/02B001.full.pdf+html ''Introduction to J-PARC.''] In: ''Prog. Theor. Exp. Phys.'' 02B001, 2012, {{DOI|10.1093/ptep/pts025}}.
* Takahiro Sato, Toshiyuki Takahashi, Koji Yoshimura (Hrsg.): ''Particle and Nuclear Physics at J-PARC (Lecture Notes in Physics 781).'' Springer, 2009, ISBN 978-3-642-00960-0.

== Weblinks ==
{{Commonscat}}
* [http://j-parc.jp/index-e.html Offizielle Webseite des J-PARC]

== Einzelnachweise ==
<references />

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[[Kategorie:Forschungseinrichtung (Physik)]]
[[Kategorie:Teilchenbeschleuniger]]
[[Kategorie:Wissenschaftliche Organisation (Japan)]]
[[Kategorie:Bildung in der Präfektur Ibaraki]]
[[Kategorie:Tōkai (Ibaraki)]]

J-PARC - Versionsgeschichte

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