モード協力によるジャイロトロンの高効率動作

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10878070
• 研究機関: 福井大学
• 研究代表者: 出原 敏孝 福井大学, 遠赤外領域開発研究センター, 教授 (80020197)
• 研究分担者: 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) ; 小川 勇 福井大学, 工学部, 助教授 (90214014) ; PEREYASLAVETS M 福井大学, 工学部, 助教授 (50291373)
• キーワード: ジャイロトロン / モード協力 / モード競合 / 高効率動作 / 電子ビーム効率

研究概要

モード協力によるジャイロトロンの高効率動作の新たなメカニズムの提案とこれによるジャイロトロンの高効率化の検証を行なうことを目的として研究を行った。
(1)ジャイロトロンの動作は,パルス動作であるため,計算機シミュレーションを各モードの時間的発展が追跡できるように改良して,モード協力のシミュレーションを行い,電磁波と電子ビームの間のエネルギーの交換を解析することより,モード協力による動作の高効率化の機構を明らかにした。
(2)各モードの出力パワー及び周波数の時間的変化を実験的に追跡し、上記のシミュレーション結果と比較し,両者間のよい一致を得た。
(3)グレーティングを用いて、ジャイロトロン出力を各モードに分離し、基本波モードと二次高調波モードの双方が使用可能なようにした。グレーティング面を楕円面とすることにより、各モードをガウシアンモードとして伝播させ、それぞれ円形導波管モード(TE_<11>モード)に変換して伝送し、同時使用できるようにして,ジャイロトロン出力の有効利用を可能にした。
(4)2年間の研究結果を総合して、モード協力による動作開始電流の降下及び電子ビーム効率向上に対する定量的な目途を明らかにし、ジャイロトロンの高出力化のために応用することを計画した。

研究成果

• [文献書誌] I. Ogawa, T. Idehara et al.: "Design of a quasi-optical system converting the TE_<06> output mode of a gyrotron into a Gaussian-like beam"Int. J. Infrared Millimeter Waves. 20. 543-558 (1999)
• [文献書誌] I. Ogawa, T. Idehara et al.: "Conversion of gyrotron output into a Gaussian beam using the far field"Int. J. Infrared Millimeter Waves. 20. 801-821 (1999)
• [文献書誌] I. Ogawa, A. Sakai et al.: "Application of the complex beam parameter to the design of quasi-optical transmission line for a submillimeter wave gyrotron"Int. J. Electronics. 86. 1071-1084 (1999)
• [文献書誌] M. Pereyaslavets, I. Ogawa et al.: "Design of transmission line for submillimeter-wave gyrotron using dielectric-lined waveguide"Int. J. Infrared Millimeter Waves. 20. 1453-1468 (1999)
• [文献書誌] Aripin, S. Mitsudo et al.: "Submillimeter wave ESR measurement for Cr^<3+> in ruby crystal using a gyrotron as a radiation source"Int. J. Infrared Millimeter Waves. 20. 1875-1888 (1999)
• [文献書誌] T. Idehara, I. Ogawa et al.: "Development of frequency tunable, medium power gyrotrons (Gyrotron FU Series) as submillimeter wave radiation sources"IEEE Trans. Plasma Sci.. 27. 340-354 (1999)
• [文献書誌] T. Idehara, Y. Shimizu et al.: "Rapid frequency step-switching in submillimeter wave gyrotrons (Gyrotron FU II and FU IV)"Phys. Plasmas. 6. 2613-2617 (1999)
• [文献書誌] M. Pereyaslavets, T. Idehara et al.: "Simulation and measurement of frequency modulation in submillimeter wave gyrotron"IEEE Trans. Plasma Sci.. 27. 363-367 (1999)
• [文献書誌] T. Idehara, S. Mitsudo: "Mode cooperation in a submillimeter wave FU series gyrotron"Int. J. Infrared Millimeter Waves. 20. 1249-1270 (1999)
• [文献書誌] S.P. Sabchevski, G.M. Mladenov et al.: "Modelling and simulation of magnetron injection guns for submillimeter wave gyrotrons"Int. J. Infrared Millimeter Waves. 20. 1019-1035 (1999)
• [文献書誌] M. Pereyaslavets, T. Idehara et al.: "Quick estimation of mode content in a submillimeter-wave gyrotron output"Int. J. Infrared Millimeter Waves. 20. 1195-1205 (1999)