永久磁石を用いた超高効率マイクロ波管に関する研究

• Project/Area Number: 06780381
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: プラズマ理工学
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 佐藤 信之 東北大学, 電気通信研究所, 助手 (10178759)
• Project Period (FY): 1994
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1994)
• Budget Amount: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 1994: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
• Keywords: ペニオトロン / ジャイロトロン / 自由電子レーザー / マイクロ波管 / 核融合プラズマ / ECH / 電子管 / サイクロトロン高速波管

Research Abstract

現在、高出力かつ高効率のミリ波帯からサブミリ波帯での電磁波源として、サイクロトロン高速波管の研究開発が進められているが、動作機構の性質上、直流磁場を発生させるための磁場系が必須である。この磁場系としては従来よりソレノイドコイルが用いられてきた。しかしこの方法では磁場系の寸法、重量共に大きく、しかも電流供給用の電源が必要であり、その占有するスペースや重量、消費する電力等も考えると、実用化する上で大きな障害となるのは明らかである。本研究課題は、直流磁場系を永久磁石によって構成することにより、上記の問題点を改善することを目的としたものである。
本研究者らは従来より、サイクロトロン高速波管の中でも高効率動作が可能なペニオトロンの研究開発を行っており、本研究課題においてもペニオトロンを用いて電磁波源を構築することを目標とした。磁場系を永久磁石によって構成するために、まず従来の磁場系を検討し直すことによって、必要最小限の磁場分布を得るための条件を求めた。その結果、対向する1対の中空円筒状の永久磁石を円盤状ポールピースを間に挟んで配置することによって、必要とする磁場分布が得られることがわかった。この構成で、磁石本体の体積は従来用いられてきたソレノイドコイルに対して、約1/5という大幅な小型化が可能となる。そこで更に磁場形状の検討を進め、磁石形状を最適化することによって、最終的には単体の中空円筒状永久磁石と円盤状ポールピースの構成においても必要とする磁場分布が形成可能であることを見いだした。すなわち、磁石本体の体積をさらに半分にすることが可能となる。現在、以上の結果をふまえて、実際に永久磁石による磁場系を作成し、それによって得られる磁場強度分布の測定、試作された磁場系を用いて動作する発振管の設計製作を行っており、引続き研究開発を続行する予定である。