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空胴共振器の極小化による第三次高調波ジャイロトロンの研究

Research Project

Project/Area Number 22K04214
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 21060:Electron device and electronic equipment-related
Research InstitutionUniversity of Fukui

Principal Investigator

山口 裕資  福井大学, 遠赤外領域開発研究センター, 助教 (10466675)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Keywordsテラヘルツ波 / 高周波ジャイロトロン / 三次高調波 / 第三次高調波発振 / PID制御 / ジャイロトロン / 高調波発振
Outline of Research at the Start

近年,テラヘルツ帯(0.1 ~ 10 THz)の電磁波の需要が増し,高周波数・高出力化が求められている.我々は,テラヘルツ帯で高出力・連続発振が可能な唯一の電子管であるジャイロトロンの開発を通して,本要求に応える事を目指す.現在普及している無冷媒型の超伝導磁石を用いて 1 THz 超のジャイロトロンを実現するには,三次以上の高調波発振が必要となる.これまで,第三次高調波発振について,実用に足る安定発振の報告例は無い.我々は,第二次高調波までの安定発振や周波数可変化の実績に基づき,先例の無い第三次高調波ジャイロトロンの実現を狙う.

Outline of Annual Research Achievements

第三次高調波発振の実験に必要となる,ジャイロトロンの制御機器の開発を進めた.昨年度につづき,ジャイロトロンの発振(電子ビーム生成)を安定に維持しつつ,出力パルスの繰返し周波数およびパルス幅を自動調節し,電磁波の被照射試料の温度を一定に維持するフィードバック(PID)制御装置を製作した.
近年,情報通信等においてテラヘルツ領域の技術開発が進む中,同周波数帯の電磁波が生体へ及ぼす影響に注目が集まっている.我々は高周波ジャイロトロンを用い,ライフサイエンス分野の研究者と連携して,生体関連試料へのテラヘルツ波照射実験を推進している.テラヘルツ照射の影響評価にあたっては,熱的な作用と非熱的な作用を区別するために,被照射試料の温度を高精度で管理する必要がある.本年度は,上述の PID 制御装置を使用し,被照射試料の温度を目標値へ一致させる実験を行った.
水を主成分とする生体関連試料を模擬すべく,24-well の細胞培養プレート(内径 15 mm の円筒容器)に入れた水 0.375 mL を被照射体とした.ジャイロトロンの放射波(周波数:0.46 THz,出力:10 W,パルス幅:10 ms,放射形状:ガウシアンビーム)をプレートの上方から照射しながら,被照射体の温度を熱電対で測定した.この温度を目標値へ一致させるように,放射パルスの繰返し周波数,およびパルス幅を PID 制御した.その結果,目標値の ±0.1 ℃ の範囲で,試料温度の調節を可能とした.以上の結果について,国内外の学会にて報告した.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

1. 高周波ジャイロトロンを利用する共同研究が急増している.とくに,生体関連試料へのテラヘルツ波照射の影響を調べる実験が進展しており,新しいジャイロトロンの設計・製作に要する時間の確保が困難となった.
2. 第三次高調波発振の実験に必要となる基礎技術として,ジャイロトロンの制御装置を開発したが,上記の共同研究での需要が先行した.
以上の理由により,当初の研究計画を変更する必要が生じている.

Strategy for Future Research Activity

1. 共同研究におけるジャイロトロンの利用申請は,2024 年度も増えている.また電力料金の上昇により,大電力を要するジャイロトロン(特に超伝導マグネット)の運転時間を十分に確保できなくなる可能性も発生している.そのため,研究期間の延長を検討する.
2. 今後,空胴共振器を製作してジャイロトロンの筐体へ組み込み,真空排気とベーキングを実施する.ジャイロトロンを 10 T の超伝導マグネットへ挿入し,既存の制御装置を介して電源および計測機器と接続する.その後,発振実験に移行する.

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (15 results)

All 2024 2023 2022

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (11 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Temperature Control of Irradiated Biological Samples with Pulse Repetition Frequency Modulation of a Gyrotron2023

    • Author(s)
      Yamaguchi Yuusuke、Fukunari Masafumi、Tatematsu Yoshinori
    • Journal Title

      IEEE Conference Proceedings (2023 48th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz))

      Volume: 1 Pages: 1-2

    • DOI

      10.1109/irmmw-thz57677.2023.10299164

    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Journal Article] Introduction of Three-Stage Cavity Resonator in a Multi-Frequency Sub-THz Gyrotron2022

    • Author(s)
      Yamaguchi Yuusuke, Watanabe Masato, Higashide Masaki, Fukunari Masafumi, Tatematsu Yoshinori, Saito Teruo
    • Journal Title

      2022 47th International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves (IRMMW-THz)

      Volume: 2022 Pages: 1-2

    • DOI

      10.1109/irmmw-thz50927.2022.9895863

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Exploring Biomolecular Self-Assembly with Far-Infrared Radiation2022

    • Author(s)
      Takayasu Kawasaki, Yuusuke Yamaguchi, Hideaki Kitahara, Akinori Irizawa and Masahiko Tani
    • Journal Title

      Biomolecules

      Volume: 12 Issue: 9 Pages: 1326-1326

    • DOI

      10.3390/biom12091326

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Structural Regulation of Fiber Biomaterials by Far-IR Radiation2022

    • Author(s)
      Takayasu Kawasaki, Yuusuke Yamaguchi, Hideaki Kitahara, Akinori Irizawa, Masahiko Tani
    • Journal Title

      2022 47th International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves (IRMMW-THz)

      Volume: 2022 Pages: 1-2

    • DOI

      10.1109/irmmw-thz50927.2022.9895731

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 高周波ジャイロトロンを利用したライフサイエンス研究2024

    • Author(s)
      山口裕資,福成雅史,立松芳典
    • Organizer
      「ギガヘルツ・テラヘルツ帯電磁波の生成と計測,およびプラズマ加熱への適用」研究会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] ジャイロトロンの放射パルス変調によるテラヘルツ波照射試料の温度制御2023

    • Author(s)
      山口裕資,福成雅史,立松芳典
    • Organizer
      第40回 プラズマ・核融合学会 年会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] テラヘルツ帯ジャイロトロンの出力パルス幅操作による被照射試料の温度制御2023

    • Author(s)
      児玉昌哉,山口裕資,福成雅史,立松芳典
    • Organizer
      2023年度日本物理学会北陸支部定例学術講演会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] テラヘルツ波と薬剤の併用における大腸菌の生存率の変化2023

    • Author(s)
      松塚梨紗,柿川真紀子,山口裕資
    • Organizer
      マグネティックス研究会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] Development of Sub-THz Gyrotron System for Application to Biological Science Research2022

    • Author(s)
      Yuusuke Yamaguchi, Masafumi Fukunari, Yoshinori Tatematsu
    • Organizer
      The Third International Symposium on Frontiers in THz Technology
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Structural Regulation of Fiber Biomaterials by Far-IR Radiation2022

    • Author(s)
      Takayasu Kawasaki, Yuusuke Yamaguchi, Hideaki Kitahara, Akinori Irizawa, Masahiko Tani
    • Organizer
      2022 47th International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves (IRMMW-THz)
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Introduction of Three-Stage Cavity Resonator in a Multi-Frequency Sub-THz Gyrotron2022

    • Author(s)
      Yuusuke Yamaguchi, Masato Watanabe, Masaki Higashide, Masafumi Fukunari, Yoshinori Tatematsu and Teruo Saito
    • Organizer
      2022 47th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz)
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 三段共振器搭載ジャイロトロンによる 100 ~ 200 GHz 帯の超多周波数発振2022

    • Author(s)
      山口裕資,南方一輝,越戸義貴,福成雅史,立松芳典
    • Organizer
      第39回 プラズマ・核融合学会 年会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 110 ~ 220 GHz 帯における三段共振器ジャイロトロンの周波数包含率の最大化2022

    • Author(s)
      南方一輝,山口裕資,越戸義貴,福成雅史,立松芳典
    • Organizer
      2022 年度 日本物理学会 北陸支部 定例学術講演会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] テラヘルツ波照射により変化するエピジェネティックな発現制御機構の解明2022

    • Author(s)
      山下明日香,山口裕資,谷正彦,沖昌也
    • Organizer
      第55回酵母遺伝学フォーラム
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] テラヘルツ波が及ぼすエピジェネティックな発現に対する影響2022

    • Author(s)
      沖昌也,山下明日香,山口裕資,谷正彦
    • Organizer
      第40回染色体ワークショップ
    • Related Report
      2022 Research-status Report

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Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

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