SACLA加速器の床変形と環境因子の相関

１．電解液式傾斜センサー

　　　　温度係数、潮汐測定

２．センサー設置場所

　　２-1．光源棟

　　２-2．光源棟ー加速器棟　境界部

　　２-3．加速器棟

3. 環境による床変形　

　　　3-1．雨→傾斜

　　　3-2．気圧 3-2-1．気圧→レベル 3-2-2．気圧→横方向変位

　　　3-3．温度（空調含む）

　　　　3-3-1．温度→横方向変位 3-3-2．温度→伸縮、沈下

4．工期などの境界部の問題

5. まとめ

　松井佐久夫（理研） 2013.8.3　

　1.電解液式傾斜センサーspectron社（米）

• センサーの温度ドリフト

　　　　　実測値1.3μrad/℃

　　　（カタログ値　 1.5μrad/℃）

• アンプの温度ドリフト

　　　　　実測値　～1μrad/℃

・　出力　　1mV=1.454μrad

特徴

• 小さい（1.5×1.5×5cm）ので狭いところに置ける

• 高感度

・　レンジ±0.25°(RG-33A)• アンプ　 MUPI-3使用時

・　アンプの温度依存性　　カタログ値　フルスケールの0.02% /℃

温度係数測定アンプ（MUPI‐3）

温度センサーPt100

傾斜センサーデジボルPC温度センサーPt100

恒温槽

• 水平面上で反転してオフセットを測定する

• 測定温度　鉄板、ステンレス板、ガラス板、

　　　　　　　　　センサー固定具、槽内気温

0.12

0.13

0.14

0.15

0.16

0.17

2012/10/19 1

1:1

8

2012/10/19 1

6:2

0

2012/10/19 2

1:2

2

2012/10/20 2

:24

2012/10/20 7

:26

2012/10/20 1

2:2

8

2012/10/20 1

7:3

0

2012/10/20 2

2:3

2

2012/10/21 3

:34

2012/10/21 8

:36

2012/10/21 1

3:3

8

2012/10/21 1

8:4

0

2012/10/21 2

3:4

2

2012/10/22 4

:44

2012/10/22 9

:46

2012/10/22 1

4:4

8

2012/10/22 1

9:5

0

2012/10/23 0

:52

2012/10/23 5

:54

2012/10/23 1

2:0

2

2012/10/23 1

7:0

4

2012/10/23 2

2:0

6

2012/10/24 3

:08

2012/10/24 8

:10

2012/10/24 1

3:1

2

2012/10/24 1

8:1

4

2012/10/24 2

3:1

6

2012/10/25 4

:18

2012/10/25 9

:20

date

Tilt(

mra

d)

15

20

25

30

35

40

温度

（℃

）

L125

T_sensor

-0.29

-0.28

-0.27

-0.26

-0.25

-0.24

-0.23

-0.22

-0.21

-0.2

2012/10/19 1

1:1

8

2012/10/19 1

6:2

3

2012/10/19 2

1:2

8

2012/10/20 2

:33

2012/10/20 7

:38

2012/10/20 1

2:4

3

2012/10/20 1

7:4

8

2012/10/20 2

2:5

3

2012/10/21 3

:58

2012/10/21 9

:03

2012/10/21 1

4:0

8

2012/10/21 1

9:1

3

2012/10/22 0

:18

2012/10/22 5

:23

2012/10/22 1

0:2

8

2012/10/22 1

5:3

3

2012/10/22 2

0:3

8

2012/10/23 1

:43

2012/10/23 6

:48

2012/10/23 1

2:5

9

2012/10/23 1

8:0

4

2012/10/23 2

3:0

9

2012/10/24 4

:14

2012/10/24 9

:19

2012/10/24 1

4:2

4

2012/10/24 1

9:2

9

2012/10/25 0

:34

2012/10/25 5

:39

2012/10/25 1

0:4

4

date

Tilt(

mra

d)

15

20

25

30

35

40

温度

（℃

）

L124

T_sensor

７２時間

正

反転

３時間：昇温または降温６時間：保持

反転しないセンサー

反転したセンサー

温度サイクル（１サイクル72時間）

31℃→36℃→31℃→26℃→21℃→16℃→21℃→26℃

昇温または降温　３時間　保持　　　　　　　６時間

15

20

25

30

35

-0.29 -0.28 -0.27 -0.26 -0.25 -0.24 -0.23 -0.22 -0.21 -0.2

Tilt(mrad)

温度

（℃

）

反転正

オフセット

1.3μrad/℃

反転前後の傾斜と温度

潮汐測定

蓄積リング内周側地下160mに設置された傾斜計との比較

分解能～0.01μrad

光源棟平面図

光源棟地盤

光源棟地盤2-1.光源棟

傾斜センサー

2　センサー設置場所　HLS: Hydrostatic Leveling System

連通管WPS: Wire Positioning System

加速器棟光源棟

亀裂センサー

tilt 1z

hlsb1

hlsb2

hlsb3

hlsb4

hlsb5

2-2. 境界部

伸縮計

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

-2080180280380480580

Z(m)

X(m

m)

2009/10/1

2010/7/9

2011/8/11

2012/7/27

BL3

id26

(8)

BL3

fe(9

)

BL3

id21

(7)

BL3

id16

(6)

BL3

id12

(5)

BL3

Id08

(4)

BL3

id04

(3)

BT3

bt2

(2)

BT3

bt1

(1)

ms

(14)

cb15

(12)

cb09

(9)

cb11

(10)

cb13

(11)

cb17

(13)

cb03

(5)

cb04

(6)

cb05

(7)

cb07

(8)

bc2

(3)

cb01

(4)

gun

(1)

bc1

(2)

南↓

ワイヤ

ワイヤセン

距離

L15

L23

L31

L39L47

西 東↑

北

2-3.　加速器棟　 ワイヤ, HLS　

L23付近は南北に急傾

斜の岩に載っている

HLS

-0.006

-0.004

-0.002

0 980

990

1000

U7.5_tiltx

pressure

Time

0

rain_

10

傾斜変化の原因は気圧か降雨か

3. 環境による床変形　　3-1. 雨→傾斜変化

光源棟　床面

隣で逆向きの例

温度との相関も見られる

雨が多くても傾斜変化は同じ

傾斜4か月間

よくわからない変化測定ローカルすぎる？

３-2-1. 気圧→沈下 　　光源棟-

大

小

気圧影響

-0.85

-0.8

-0.75

980

990

1000

13/1/29 2/3 2/8 2/13

L31

L 33

atom pressure

Leve

l(m

m)

Ato

m P

ressure(hPa)

Date

L31:　40μm/20hPa= 2μm/hPa

L31,　L33 最も埋め立ての深いところ

L5基準

３-2-1. 気圧→沈下 　　加速器棟

- 0 . 1

- 0 . 0 5

0

0 . 0 5

0 . 1

- 0 . 4

- 0 . 3

- 0 . 2

- 0 . 1

0

0 . 1

0 . 2

0 . 3

0 . 4

1 3 / 3 / 1 1 3 / 4 / 1 1 3 / 5 / 1 1 3 / 6 / 1

加 速 器 　 W P SL 7 _ w p sL 1 5 _ w p sL 3 1 _ w p sL 3 9 _ w p sL 4 7 _ w p sL 5 5 _ w p s

L 2 3 _ w p s

変位（mm)(L23以

外) L23

_変位（ｍｍ）

D a t e

4 / 1 3 地 震

ワ イ ヤ 　 各 1 2 0 m

L23と気圧

L47と気温

＋セ

ンサ

ー位

置南

へ

大きなところ～3μm/hPa

南北位置の気圧や気温の影響

L23の付近変

位大きい

３-2-2. 気圧→横方向変位　 加速器棟

3-3-1．温度（空調含む）→横方向変位　光源棟

22

23

24

25

26

27

28

12/1/1 12/3/1 12/5/1 12/7/1 12/9/1 12/11/1 13/1/1

undfloor U2_cundfloor U6_cundfloor U10_cundfloor U14_cundfloor U18_cundfloor U22_cundfloor U26_c

base 1base 3base 2base 4base 5base 6base 7

温度

（℃

）

Date

室温

床下１ｍ

2月下旬

3中旬

10/7 11/1 11/7 12/1 12/7 13/1 13/7

光源棟　南北方向変位

wps U6.5n

wps U9n

wps U11.5n

wps U14n

wps U16.5n

wps U19n

wps U21.5n

変位

Date

50μm

＋北

向き

～８μm/1ヶ月

WPS（Wire Positioning Sensor）による測定

長さ110m

センサー　両端２個含め計７個

2月下旬

加速器棟　温度変化

室温

床下1ｍ

2月下旬

３月中旬

2 3

2 4

2 5

2 6

2 7

2 8

0

1 0

2 0

3 0

4 0

1 1 / 3 / 1 7 / 1 1 1 / 1 1 2 / 3 / 1 7 / 1 1 1 / 1 1 3 / 3 / 1 7 / 1

b c 1 _ r o o mc b 0 1 _ r o o mc b 0 5 _ r o o mc b 0 9 _ r o o m

c b 1 2 _ r o o mc b 1 5 _ r o o mc b 1 8 _ r o o mm s _ r o o m

a tm .t e m p

収納

部室

温（℃

）

気温

（℃

）

D a t e

3-3-2．温度→伸縮、沈下　境界部

130mm

拡がる方向

Cr400 加速器棟最下流

Cr　U0 光源棟に入ったすぐのところ

-50

0

50

100

22

23

24

25

2610/5/1 9/1 11/1/1 5/1 9/1 12/1/1

Crack

Cr_U0

Cr400

T-Cr400

T-Cr_U0

Cra

ck

wid

th(μ

ｍ)

Tem

perature(℃

)

date

100μm

1年

亀裂の幅の変化Cr U0

亀裂変位計

境界部　亀裂

　　

境界部伸縮

伸縮計スーパーインバー線使用　

　　光源棟 　　　　加速器棟　

冬　それぞれ縮む＝間の距離は伸びる　　　　　　　　　　　　　沈下する

冬 冬夏

コンクリートの膨張率　10×10-6/℃を使うと11ｍで3℃の変化で

11m× 10×10-6/℃× 3℃=0.3mm

- 0 . 8

- 0 . 6

- 0 . 4

- 0 . 2

0

0 . 2

2 3

2 4

2 5

2 6

2 7

11/ 10/ 1 1 2/1/1 4/ 1 7 /1 10/ 1 13/ 1/1 4 /1 7 /1

境 界 部 　 床 レ ベ ル と 温 度

hls b1h l s b 2h l s b 3h l s b 4h l s b 5

Te mp Til t1Te mp Til t3Te mp Til t5Te mp Til t7

HLS変位（ｍｍ）

温度（℃）

D a t e

( h l s b 1 基 準 )

境界部の沈下

2月下旬０．６ｍｍ

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

1996

1998

2000

2002

2004

2006

2008

2010

2012

Leve

l(m

m)

c11a1

c11a2

c11b1

c11b2

c11c1

c11c2

c12a1

c12a2

c12b1

Ⅲ期Ⅳ期境界

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

1996

1998

2000

2002

2004

2006

2008

2010

2012

Leve

l(m

m)

c37a1

c37a2

c37b1

c37b2

c37c1

c37c2

c38a1

c38a2

c38b1

c38b2

Ⅰ期－Ⅳ期　建設境界　c37a2-c37b1RF Dstation c37-c38

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

1996

1998

2000

2002

2004

2006

2008

2010

2012

Lev

el(m

m)

c23b1

c23b2

c23c1

c23c2

c24a1

c24a2

Ⅳ期中　BC境界 (c23c2

4.工期など境界の問題（SＰring-8蓄積リングの場合）

レベル変化

工期境界　床レベルの季節変化（SＰring-8蓄積リング）

まとめ電解液式傾斜センサー　　光源棟収納部内で分解能～0.01μrad

光源棟　　気圧によるレベル変化　最上流のＩＤ付近　0.3μm/hPaID部　　沈下　降雨、気圧の影響はよく見えない

　　　　　　　　　　　横変位　冬に中央が相対的に北よりになる。上流のほうに顕著　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　傾斜　局所的かもしれないが降雨で場所により数μradの変化あ　　　　　　　　　　　　　　　り。雨量が多くても5μrad程度を超えていない。　境界部　　　伸縮フル幅年0.7mm/11m、沈下大きいところ年フル幅~0.6mm　　　　　　　　温度変化の影響 変化の時期から表面に近い所での現象ではないか加速器棟　　気圧によるレベル変化最も大きい所～2μm/hPa

　　水平（南北方向）　気圧が高くなると相対的に北側にシフトする場所あり　　　　　　　　　　　　　～３μm/hPa/120m

工期境界　沈下など変動要因となる。季節変化もある。　　　　　　　構造的な強化対策で変動を小さくできないか。

構造的に異なる場合も変動を小さくするような接続方法が必要。