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
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22K04214
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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 21060:Electron device and electronic equipment-related
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| Research Institution | University of Fukui |
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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)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| 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)
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| 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 |
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| 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．
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| 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．
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| 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．
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| 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．
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Report
(2 results)
Research Products
(15 results)
