2014 Fiscal Year Annual Research Report
テラヘルツ帯ジャイロトロンの高出力・高効率化を実現する低分散ラミナー電子流の形成
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25820138
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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, 特命助教 (10466675)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | ジャイロトロン / テラヘルツ / マグネトロン入射型電子銃 / ラミナー流 / 多周波数発振 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ジャイロトロンは，テラヘルツ帯で高出力・連続発振可能な唯一の電子管である．ジャイロトロンの高出力化，並びに高効率化には，高品質の電子ビームを生成する電子銃が必要となる．本研究では，電子ビームの性能目標である "高ラミナー性" と "低速度分散" を達成する，電極の設計技法を構築した．
計算機シミュレーションの結果，電子ビームのラミナー性を改善する，特徴的な静電ポテンシャル分布がある事を発見した．当該ポテンシャルの形成に必要な電極形状を調べ，以下の [1]，[2] に示す 2 つのジャイロトロンの電子銃設計に適用した．最終年度は，各々の性能を調べる実験を行い，設計の妥当性を確認した．
[1] 300 GHz 高出力パルスジャイロトロン
前年度に続き，300 GHz 帯で 200 kW 超の出力を実現する管の開発を進めた．電子ビームのラミナー性が向上した事で，ビーム電流の大きな領域でも速度分散を小さく抑える事が可能となり，最終的に出力 246 kW，発振効率約 27% の発振実験に成功した．結果は，国内外の学会で報告するとともに，学術論文にまとめて発表した．この管は，核融合プラズマ実験装置 LHD における，計測用光源の性能要件を満たしており，実用化へ向けて研究を展開させる予定である．
[2] 多周波数発振ジャイロトロン
電磁波源としての広範な応用展開を目指し，発振周波数を段階的に変える事のできる新たな管の実現に向け，専用の電子銃を開発した．非常に広い動作領域で低速度分散を維持できるラミナー流の特長を生かし，162 GHz から 265 GHz までの 10 の周波数において，1 kW 程度の出力で安定発振させる事に成功した．発振実験と設計計算の結果を比較し，全発振周波数に対して，この管が設計に近い特性を有する事を確認した．以上の成果は，年度末の国内学会にて発表した．
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Research Products
(15 results)
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[Journal Article] High-power pulsed gyrotron for 300-GHz-band collective Thomson scattering diagnostics in the Large Helical Device2015
Author(s)
Yuusuke Yamaguchi, Teruo Saito, Yoshinori Tatematsu, Shinji Ikeuchi, Vladimir N Manuilov, Jun Kasa, Masaki Kotera, Toshitaka Idehara, Shin Kubo, Takashi Shimozuma, Kenji Tanaka and Masaki Nishiura
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Journal Title
Nuclear Fusion
Volume: 55
Pages: 013002-1-10
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] Evaluation of Electron Beam Properties in Sub-THz Gyrotron Experiments2014
Author(s)
Y. Yamaguchi, Y. Tatematsu, J. Kasa, K. Terashima, R. Ichioka, T. Kuwahara, M. Kotera, T. Matsui, M. Tanabe, T. Kondo, K. Gunji, V. N. Manuilov and T. Saito
Organizer
Plasma 2014
Place of Presentation
朱鷺メッセ：新潟コンベンションセンター
Year and Date
2014-11-18
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[Presentation] High Power Oscillation Experiment of a Prototype Gyrotron for 300 GHz Band Collective Thomson Scattering Diagnostics in LHD2014
Author(s)
Teruo Saito, Yuusuke Yamaguchi, Yoshinori Tatematsu, Jun Kasa, Masaki Kotera, Shinji Ikeuchi, Toshitaka Idehara, Shin Kubo, Takashi Shimozuma, Kenji Tanaka and Masaki Nishiura
Organizer
39th Int. Conf. on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves
Place of Presentation
The University of Arizona, Tucson, AZ, USA
Year and Date
2014-09-18
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[Presentation] Sub-THz gyrotrons with special functions of frequency control for applications to DNP-NMR spectroscopy2014
Author(s)
T. Idehara, Y. Tatematsu, Y. Yamaguchi, E. Khutoryan, A. Kuleshov, K. Ueda, Y. Matsuki and T. Fujiwara
Organizer
39th Int. Conf. on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves
Place of Presentation
The University of Arizona, Tucson, AZ, USA
Year and Date
2014-09-18
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