永久磁石を用いたミリ波帯周波数可変高調波ジャイロトロンの開発

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12680476
• Research Institution: University of Fukui
• Principal Investigator: 小川 勇 福井大学, 工学部, 助教授 (90214014)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大橋 健 信越化学工業株式会社, 磁性材料研究所, 第二開発室長 ; 光藤 誠太郎 福井大学, 遠赤外領域開発研究センター, 助教授 (60261517) ; 出原 敏孝 福井大学, 遠赤外領域開発研究センター, 教授 (80020197)
• Keywords: 永久磁石 / 高調波ジャイロトロン / 大旋回電子ビーム / ミリ波帯ジャイロトロン

Research Abstract

ジャイロトロンは高出力化と高周波化に適しており,遠赤外領域の強力な光源として有望である。しかし,強磁場を必要とすることから超伝導マグネットが不可欠となり,これまでジャイロトロンの利用は液体ヘリウムの設備を持つ研究施設に限られてきた。このような状況を打破するため,永久磁石を用いたジャイロトロンの開発を目指している。永久磁石では磁場強度が1T程度に限られるので,目的の領域の発振を得るためには,高調波動作を実現する必要があり,良質な大旋回電子ビームの発生が重要な課題である。
本研究では,磁場発生用磁気回路を設計し,発生磁場強度を用い電子ビームの軌道計算を行い,この結果を受け電子銃の設計を行うとともに磁気回路の設計にフィーツドバックしている。この改良された磁場強度に対して電子ビームの軌道計算を繰り返し行い,良好な結果を与える磁気回路と電子銃をほぼ決定することができた。このシステムでは,カソード電圧が30kVから38kVまでの間で,リップルが10%以下の大旋回電子ビームを発生できることが計算により分かった。このシステムを用いたジャイロトロンでは,4次高調波動作により周波数104GHz,出力600Wの発振が得られることがシミュレーションにより分かった。現在は,磁気回路とジャイロトロン管の製作に向けて,磁場強度の調節のための補助コイルやジャイロトロン管の位置決め機構等の最終的なシステムの検討に入っており,間もなく製作に取りかかる予定である。

Research Products

• [Publications] S.Sabchevski: "Computer simulation of axis-encircling beams generated by an electron gun with a permanent magnet system"Int.J.of Infrared and Millimeter Waves. 21・8. 1191-1209 (2000)
• [Publications] M.Glyavin: "Numerical analysis of weakly relativistic large orbit gyrotron with permanent magnet system"Int.J.of Infrared and Millimeter Waves. 21・8. 1211-1221 (2000)
• [Publications] I.Ogawa: "Stabilization and modulation of the output power of submillimeter wave gyrotron"Fusion Engineering and Design. 53. 571-576 (2001)