周波数可変サブ・ミリ波帯ジャイロトロンの試作とプラズマ散乱計測への応用

1989 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 01880001
• 研究種目: 試験研究
• 研究機関: 福井大学
• 研究代表者: 出原 敏孝 福井大学, 工学部, 助教授 (80020197)
• 研究分担者: 川端 一男 核融合科学研究所, 助教授 (60109353) ; 藤田 順治 核融合科学研究所, 教授 (50023700) ; 岡山 正 株式会社東芝 ; 立川 敏明 福井大学, 工学部, 助教授 (00020206)
• キーワード: サブミリ波帯ジャイロトロン / 散乱計測 / 準光学的アンテナ / 周波数可変ジャイロトロン / サイクロトロン高調波 / SCマグネット / 負吸収現象 / メ-ザ-作用

研究概要

研究目的:本研究では、サイクロトロン高調波における負吸収現象(サイクロトロン高調波メ-ザ-作用)を用いて、比較的高い効率で高出力の発振を得ることによってジャイロトロンの超高周波化を図る、その出力を用いて、1)準光学的回路素子(プラズマへの結合のためのアンテナ、伝送回路素子等)の試作を行い、2)プラズマの高周波加熱時の密度揺動による散乱の計測へ応用することを試みる。
研究成果:(1)サブ・ミリ波帯ジャイロトロン用強磁場系の設計と試作、ジャイロトロンは、相対論的効果を有する高速の電子ビ-ムのサイクロトロン基本波及び高調波における負吸収現象によって発振を行う。従って、サブ・ミリ波帯での発振を得るためには、SCマグネットによって発生する強磁場が必要である。磁場の空間分布をジャイロトロンのために最適化したSCマグネットを製作し、12テスラの磁場強度まで発生できるようにした。(2)シミュレ-ションによる電子銃の設計と製作、ジャイロトロンには、磁力線のまわりを旋回運動する相対論的速度(v/c>0.3)をもった電子ビ-ムが必要である。計算機シミュレ-ションによって、ジャイロトロンに最適の電子ビ-ムを得るベく電子銃の設計を行い、これに基ずいて製作した。
(3)シミュレ-ションによる空洞共振器の最適設計と製作、発生した電子ビ-ムを磁場によって円筒空洞共振器へ導き、効率よくメ-ザ-作用を行う。シミュレ-ションによって、共振器内での電子ビ-ムと高周波電場の相互作用を解析し、共振器形状の最適化をおこない、これに基ずいて、共振器の試作を行った。(4)装置全体の製作、電子銃、空洞共振器を真空容器内に封入して、remountable型のジャイロトロンを構成した。
(5)試作するサブ・ミリ波帯ジャイロトロンを光源とするプラズマの散乱計測について検討を行った。

研究成果

• [文献書誌] T.Idehara: "A Test of a Two-Dimensionally Focusing Quasi-Optical Antenna Using the Output of a Gyrotron" Appl.Phys.Letts.54. 1740-1741 (1989)
• [文献書誌] G.F.Brand: "Gyrotron IV-Performance and Beam Formation with Quasi-Optical Antenna" Proc.of 14th Int.Conf.on Infrared and Millimeter Waves. 223-224 (1989)
• [文献書誌] T.Idehara: "Development of a Second Cyclotron Harmonic Gyrotron Operating at 0.8mm Wavelength" Appl.Plys.Letts.
• [文献書誌] G.F.Brand: "Quasi-Optical Antennas for Plasma Scattering" Int.J.Electronics.
• [文献書誌] T.Idehara: "A Two-Dimensionally Focusing,Quasi-Optical Antenna for Millimeter-Wave Scattering in Plasmas" J.Appl.Phys.
• [文献書誌] G.F.Brand: "Operation of a Tunable Gyrotron at the Second Harmonic of the Electron Cyclotron Frequency" Int.J.Electronics.
• [文献書誌] 田辺英彦: "サブミリ波ジャイロトロンの設計" 核融合研究(63巻2号(1990)に掲載予定).
• [文献書誌] Y.Ogawa: "High Power ICRF Heating Experiments on the JIPP T-IIU Tokamak" Nuclear Fusion. 29. 1873-1885 (1989)
• [文献書誌] K.Kawahata: "HCN Laser Scattering on the JIPP T-IIU Tokamak" Int.J.Infrared and Millimeter Waves. 9. 655-665 (1988)
• [文献書誌] J.Fujita: "X-ray Diagnostics for Fusion Plasmas" Laser and Particle Beams. 7. 483-486 (1989)
• [文献書誌] K.Kawahata: "Density Fluctuations and Particle Thermal Transport for Ohmically and Auxiliary Heated Plasmas in the JIPP TII-U Tokamak" Plasma Physics and Controlled Nuclear Fusion Research. 1. 287-292 (1988)