多周波数ガウスビーム出力ジャイロトロン用モード変換器の改良とその実証
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22K04239
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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 |
立松 芳典 福井大学, 遠赤外領域開発研究センター, 教授 (50261756)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
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| Keywords | ジャイロトロン / モード変換器 / ガウスビーム / 放射パターン計測 / 結合係数 / 多周波数 |
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| Outline of Research at the Start |
多くの研究課題に汎用的に利用できるジャイロトロンとして、これまでに多周波数でガウスビームを出力できるジャイロトロンを開発した。しかし、このジャイロトロンは、周波数によってガウスビームが出力窓の中心からずれた位置から斜めに放射されるという欠点がある。また、一部の周波数（モード）に対して、計算とは異なり、出力ビームが２つに分裂するという結果が得られた。本研究ではモード変換器の改良及び外部ミラーによる放射ビーム方向の補正により、これらの問題を解決する。これにより、多周波数ジャイロトロンの能力をフルに利用できるようになり、ジャイロトロンを利用した応用研究の範囲が広がり、異分野融合研究につながる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
多周波数ガウスビーム発振ジャイロトロン G-VIIのモード変換器の特性を調べた。方法は、G-VIIから放射されたガウスビームを塩化ビニル板に照射し、その温度上昇を赤外線カメラで観測することで、多くのモードから変換されたビームの形状および放射位置を調べた。２次高調波モードについてはすでに調べていたので、今回は基本波モードについて調べた。ジャイロトロンの発振モード（TEmnモード）のmとモードから決まる定数χmnの比m/χmnの値の順に、窓からのビームの放射方向が並ぶことが理論的に予想されている。塩化ビニル板の位置を固定して発振モードによる温度上昇位置の違いを観測したところ、結果はほぼ理論通りにビーム方向が並んだ。ほとんどの発振モードに対して、放射ビームの形状はガウスビームに近かったが、TE13モードとTE14モード発振時は、２つのピークをもった。
このピークが２つになる原因を解明した。観測された周波数は１つのみであったので、複数のモードが発振しているわけではない。m/χmnの値の順にビームの放射方向を並べるとTE13、TE14モード発振時の２つのピークの間にTE02、TE03モードのビームが出ていた。そこで２つのピークのうち中心から遠い側を-m/χmnに対してプロットすると、１つの線上にデータが載った。このことから、中心から遠い側のピークは共振器内で他のモードとは逆回転するモードが発振した結果ではないかという仮説を立てた。この仮説が正しければ、共振器に入射する電子ビーム半径を変えるとそれぞれの回転モードと電子の結合度が変化するため、２つのピークの強度が結合度に従って変化するはずである。このことを実験で確かめた。その結果、２つのピーク強度の振る舞いは結合度の変化を再現した。このことから仮説が正しいことを実証できた。
この成果を国際学会およびプラズマ・核融合学会年会で報告した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究計画調書に記載した計画通りに進行できているため。
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| Strategy for Future Research Activity |
２つのピークができる原因が、共振器内で２つの回転モードが同時に発振したためであることをつきとめた。理論上は電子の入射位置を調整することで、１つのピークの強度を低く抑えることができるはずだが、実際には電子ビームが幅を持つこと、ジャイロトロンの軸を磁場の軸と誤差なく一致させることなどが要求されることから、完全に１つピークにすることは難しそうである。ただし、どちらかのビーム強度を強くすることはできる。このため、計画時に予定したモード変換器の改良は意味がないことがわかった。そのため、次の課題であるモードにより異なる方向に出射されるビームを同じ位置を通るように調整する外部ミラー系の設計に進む。
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Report
(1 results)
Research Products
(3 results)
