伝導冷却超伝導マグネットを用いたミリ波帯電磁波の発生に関する研究

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07558176
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 横尾 邦義 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (60005428)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 櫻庭 順二 住友重機械工業(株), 平塚研究所, 主任研究員 ; 立川 敏明 福井大学, 工学部, 助教授 (00020206) ; 出原 敏孝 福井大学, 工学部, 教授 (80020197) ; 渡辺 和雄 東北大学, 金属材料研究所, 助教授 (30143027) ; 曄道 恭 京都大学, 理学部, 教授 (50025384)
• Keywords: ジャイロトロン / ペニオトロン / プラズマ加熱 / プラズマ計測 / 核融合 / 超伝導マグネット

Research Abstract

核融合プラズマ加熱、計測等におけるマイクロ波からミリ波帯の大出力電磁波源として開発が進められているジャイロトロン、ペニオトロン等のサイクロトロン高速波管は、直流磁場中で回転運動している電子と電磁波との相互作用を利用している。発生する電磁波の周波数は磁場強度によって規定されるため、高周波数の発振を得るためには強磁場を必要とする。強磁場発生用の磁場系としては、従来より液体He等の寒剤を必要とする超伝導マグネットが用いられてきた。このため、磁場系を用いるにあたって設備の複雑化や高コスト化、トラブル発生の可能性の増加などの様々な制限事項や問題点が存在した。本研究は、液体寒剤を一切必要としない伝導冷却型の超伝導マグネットを開発し、これをジャイロトロンに応用することによって上記の問題点を解決することを目指したものである。
平成7年度において、ジャイロトロンに適用可能な磁場系として、最大定格磁場5Tの伝導冷却型超伝導マグネットの試作を行った。試作されたマグネットは冷凍機の運転に必要な電力及び冷却水の供給のみで24時間連続運転が可能で、のべ5000時間以上に及ぶ試験運転において設計通りの性能を示した。平成8年度においては、試作されたマグネットを用いてジャイロトロンの発振実験を行い、サイクロトロン周波数の基本波動作において、30GHzから133GHzに及ぶ極めて広い範囲の発振に成功した。
以上のように、伝導冷却型超伝導マグネットを用いることによって、大幅な省力化、低コスト化、高信頼化が可能となり、従来のサイクロトロン高速波管の磁場系の持つ問題点を大幅に改善することが出来た。

Research Products

• [Publications] K.Yokoo: "Fabrication of Liquid Helium-Free Superconducting Magnet for Millimeter Wave Gyrotron" 21st Int.Conf.on Infrared and Millimeter Waves. AW7- (1996)
• [Publications] 佐藤信之: "伝導冷却超伝導マグネットを用いたミリ波ジャイロトロン" 信学技報. ED96-133. 35-40 (1996)