2016 Fiscal Year Research-status Report
周波数変調が必要ない電子サイクロトロン電流駆動用大電力ミリ波帯高速スイッチの開発
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16K06933
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| Research Institution | Ibaraki University |
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Principal Investigator |
三枝 幹雄 茨城大学, 工学部, 教授 (10292476)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 核融合 / 電子サイクロトロン / 加熱電流駆動 / 大電力ミリ波 / 高速スイッチ / リング共振器 / 反射板 / 高速振動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究で開発を行うミリ波帯高速スイッチは、最終的に核融合炉用電子サイクロトロン波帯加熱電流駆動装置に組み込まれ、リング状コルゲート導波管と２枚の誘電体ハーフミラーからなるリング共振器を用いることで、大電力ミリ波の高速切替えが行なえる。その原理は、リング共振器内の反射板に高速振動機構を持たせることでリング共振器の周長を高速に変化させ、共振周波数を高速に変調することで、ジャイロトロン出力周波数を変調すること無く高速に切り替えることができる。今年度は原理の実証として、反射板の振動機能をミリ波帯高速スイッチに加えることで、170ＧＨz帯での低電力での高速切り替え試験を行なった。
まず、エミック社からの貸与品である小型振動試験機513-Bを用いて、リング共振器の反射鏡１枚を高速振動させ、170 GHz帯の電磁波をP1から入射し、P2（非共振時の出力）とP4（共振時の出力）の２つの出力ポート間の高速切り替えを試みた。その際高速切り替えの工夫として、１周期で２回振動中心（共振点）を横切らせ、反射板を200Hzで振動させて、その２倍の周波数400Hzでの切り替えを確認した。
次に、今回購入したエミック社製小型振動試験機512-A/Aと貸与品である513-Bを用いて、リング共振器の２枚の反射鏡を同期させて振動させ、P2とP4の出力切り替え試験を行なった。300Hzで反射板を振動させ、予想通り１枚あたりの変位量が小さくても600Hzで切り替えが可能であることを確認した。しかし、振動鏡の振動数の２倍での切り替えは、高次モードの共振を引き起こし、出力波形が歪むことも判明した。この改善は今後の課題となった。
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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
計画では、平成２８年度は振動機構も含めたリング共振器の設計を中心に行い、平成２９年度に日本原子力研究開発機構との共同研究で低電力高周波特性試験により高周波特性を確認するはずであった。しかし実際は、平成２８年度に市販の高速振動装置を購入して、既存のリング共振器型高速スイッチに高速振動反射鏡を２枚取り付け、低電力にて高速切り替え試験が行なえた。また、理論とシミュレーションコードによる電磁界解析により、新型リング共振器のサファイア製ハーフミラーの最適化を行ない、電力反射率が入射角６０度で６０％程度になるよう設計・製作した。つまり、設計は計画より少し遅れているが、実験は１年前倒しになっている。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２９年度は、平成２８年度に問題になった振動試験時の出力波形の歪みの原因を、低電力試験により解明する。更に、昨年度に引き続き新型リング共振器の設計を進め、リング共振器、入力部の設計・製作を行なう。また、量研機構との共同研究により、低電力試験にてハーフミラーの電力反射率測定を行ない、高周波特性を確認する。
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| Causes of Carryover |
６１円と小額過ぎて、本研究テーマに必要な物が購入できなかったから。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
今年度の費用と併せて、研究テーマに必要な物品を購入する予定である。
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