| Project/Area Number |
19K03789
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 14020:Nuclear fusion-related
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| Research Institution | Ibaraki University |
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Principal Investigator |
Saigusa Mikio 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (10292476)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
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| Keywords | 核融合 / 新古典ティアリングモード / 電子サイクロトロン電流駆動 / ジャイロトロン / 高速スイッチ / ミリ波 / トカマク / 大電力 / ミリ波帯 / ピエゾ素子 / リング共振器 / 固有振動 / 積層圧電アクチュエータ / アルミナ分散強化銅 / 大電力ミリ波 / ミリ波帯高速スイッチ / 小型振動発生器 / 反射鏡 / ピエゾアクチュエータ / 核融合炉 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では170 GHz帯MW級ミリ波の数kHzでの高速切替えを目指し、世界で初めての固有振動を用いた広帯域大電力ミリ波帯高速スイッチの開発を目指す。具体的には、円形コルゲート導波管で構成されたリング共振器のマイターベンドの反射板を、小型振動発生器により高速に振動させることでリング共振器の周長を変化させ切り替えを行う。その際、kHzオーダーの高周波数振動には非常に大きな加速度を必要とするため、振動鏡の固有振動を利用した高速振動反射鏡を開発する。そして最終的に、真空封止と水冷却が可能な固有振動反射鏡を用いた広帯域大電力ミリ波帯高速スイッチを開発する。
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| Outline of Final Research Achievements |
An electron cyclotron current drive (ECCD) is useful tool for controlling MHD instabilities with pulse modulated gyrotron operations. Several types of fast directional switch (FADIS) using frequency modulation were proposed for improving a stabilizing efficiency of MHD instabilities. However, the optimized operation of high power gyrotron demands the specified start-up scenario for suppressing mode competitions, so that the pulse modulated operation and the frequency modulation should be avoided.
A new fast directional switch for high power millimeter waves using a natural vibration of a reflector was proposed for an electron cyclotron current drive system of a fusion experimental reactor. The principle is the triangle ring resonator of circular corrugated waveguides with a vibration reflector driven by four piezoelectric actuators around the natural frequencies. The switching frequency was obtained up to 3.4 kHz at a millimeter wave frequency of 170 GHz in low power test.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
トカマク型核融合炉の閉じ込め性能を劣化させる不安定性の一つに新古典ティアリングモードがある。モードの抑制には、磁気島中心への局所的な電子サイクロトロン電流駆動が有効であるが、磁気島は数kHzで高速回転しており、従来はこれに同期してミリ波源であるジャイロトロンをデューティ50%でon/offすることでモードを抑制してきた。しかしジャイロトロンの立ち上げ時に磁場と高圧電源のヒステリシスを利用したモード競合の抑制が高効率運転には有効であり、高速のon/off制御は適さない。今回開発した固定周波数の高速スイッチがあれば、２アンテナ間を高速切替することで従来の２倍の安定化効果が期待できる。
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