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2016 年度 実績報告書

大電力テラヘルツジャイロトロンの開発と発振ダイナミクスの研究

研究課題

研究課題/領域番号 25249135
研究機関国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構

研究代表者

坂本 慶司  国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 六ヶ所核融合研究所 核融合炉材料研究開発部, 部長(定常) (90343904)

研究分担者 小林 貴之  国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 那珂核融合研究所 ITERプロジェクト部, 研究員(定常) (10465974)
假家 強  筑波大学, 数理物質系, 准教授 (30451678)
小田 靖久  国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 那珂核融合研究所 ITERプロジェクト部, 研究員(定常) (60512209)
高橋 幸司  国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 那珂核融合研究所 ITERプロジェクト部, 上席研究員(定常) (70354644)
南 龍太郎  筑波大学, 数理物質系, 准教授 (70370476)
今井 剛  筑波大学, 数理物質系(名誉教授), 名誉教授 (80354637)
研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2017-03-31
キーワードテラヘルツジャイロトロン / 300GHz / TE32,18モード
研究実績の概要

テラヘルツジャイロトロンの発進特性の研究を進めた。前年度までの研究で、周波数300GHz(0.3テラヘルツ)で、目的のTE32,18モードにおいて目的である出力500kWの発振を実証した。その一方、TE32,18モードは観測されたものの、より広いパラメータ範囲で競合モードであるTE30,19モードも観測され、むしろ競合モードの方が発振領域が広いという想定外の結果も得られた。この原因として、出力窓は、TE32,18(300GHz)が反射率0%となるよう設計されている一方、TE30,19モードは窓で23%のRF電力が反射されるため、共振器と窓の間でRFが閉じ込められた結果、共振器におけるQ値が上昇し、より強い電子ビームとTE30,19モードの相互作用が生じ、広い範囲でTE30,19モードが優勢となり、TE32,12モードの発振が抑制されたものと考えた。
これまで出力窓はジャイロトロン軸に対して垂直に設置され、出力窓で反射される場合、同じモードで反射される。その結果、共振器と窓との間で多重反射が生じ、Q値の上昇が起こったものと考えられる。これを防ぐため、ジャイロトロンの出力窓の傾きを調整できる改造を行った。出力窓からの反射波を多くのモードの合成波とすることで、Q値の上昇を防ぐ効果が期待できる。H29年度はその改造ジャイロトロンを用いて窓の傾きを新しいパラメータとして発振特性実験を行った。ジャイロトロンの電子ビーム電圧とビーム電流を固定し、発振部の磁場(サイクロトロン周波数に対応)とビーム位置をパラメータとしてその発振依存性を調べた。出力窓の傾きを1.15度傾けたところ、これまでTE32,18モードの発振が得られなかった領域でもTE32,18モードが得られるようになり、発振効率は約21%で、目標の500kWを上回る最大620kWの出力が達成された。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (3件)

すべて 2017

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Development of over-MW gyrotrons for fusion at 14 GHz to sub-THz frequencies2017

    • 著者名/発表者名
      T. Kariya, T. Imai, R. Minami, K. Sakamoto, Y. Oda, R. Ikeda, T. Shimozuma, S. Kubo, H. Idei, T. Numakura, K. Tsumura, Y. Ebashi, M. Okada, Y. Nakashima, Y. Yoshimura, H. Takahashi, S. Ito, K. Hanada, K. Nagasaki, M. Ono, T. Eguchi, Y. Mitsunaka
    • 雑誌名

      Nuclear Fusion

      巻: 57 ページ: 066001

    • DOI

      https://doi.org/10.1088/1741-4326/aa6875

    • 査読あり
  • [学会発表] Study of High Power and High Frequency Gyrotron for FusionReactor2017

    • 著者名/発表者名
      Keishi Sakamoto, Ryosuke Ikeda, Tsuyoshi Kariya, Yasuhisa Oda, Takayuki Kobayashi, Ken Kajiwara, Kazuo Hayashi, Ryutaro Minami, Koji Takahashi, Tsuyoshi Imai, Shinichi Moriyama
    • 学会等名
      42th Int.Conf.on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Status of collaborative Research of Gyrotron Development at University of Tsukuba2017

    • 著者名/発表者名
      T. Kariya, R. Minami, T. Imai, T. Numakura, Y. Ebashi, T. Shimozuma, S. Kubo, K. Sakamoto, H. Idei, K. Hanada, T. Eguchi, Y. Mitsunaka, Y. Nakashima
    • 学会等名
      Plasma Conference 2017
    • 国際学会

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公開日: 2018-12-17  

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