ミリ波導波管における誘電体ディスクを用いた伝送電力密度分布測定装置の開発

Development of instrument to measure transmission power density distribution using dielectric disk in millimeter waveguide

横倉 賢治; 森山 伸一; 小林 貴之; 平内 慎一; 澤畠 正之; 寺門 正之; 日向 淳; 和田 健次; 佐藤 福克; 星野 克道; 坂本 慶司

Yokokura, Kenji; Moriyama, Shinichi; Kobayashi, Takayuki; Hiranai, Shinichi; Sawahata, Masayuki; Terakado, Masayuki; Hinata, Jun; Wada, Kenji; Sato, Yoshikatsu; Hoshino, Katsumichi; Sakamoto, Keishi

導波管内を伝搬する大電力ミリ波が誘電体を透過した時の誘電損失を誘電体の温度上昇として測定し、伝送ミリ波の電力密度空間分布と伝送電力を計測できる装置を開発した。本装置は、伝送電力が1MWにも及ぶ核融合研究用の電子サイクロトロン加熱(ECH)装置での使用を念頭に置いているが、広い分野への応用も考えられる。本装置の基本的概念は、真空コルゲート導波管に損失の小さい数ミリメートルの空間ギャップを設けておき、その空間ギャップへ断熱支持した誘電体ディスクを一時的に挿入し、短パルスのミリ波を透過させた後素早く引抜き(約0.2秒)、その温度分布を赤外線カメラで測定することで、ディスクを透過したミリ波の分布を推定するものである。一方、ディスクの収束平衡温度から全透過損失を見積もり、伝送電力の評価も可能である。計測試験では、整合器ミラーの角度のずれによる不要モードの発生を電力密度分布の変化として捉えることに成功した。この成果は、整合器を真空に保ったままミラーの調整を行う他、運転中のECH装置の伝送系での意図しない不要モードの発生を検出可能とするなど、本装置が有効であることを示すものである。

A new instrument has been developed to measure spatial distribution of power density and total power of the millimeter wave, by measuring temperature rise of dielectric material inserted in the waveguide. For a measurement, a dielectric disk with thermally insulated support is inserted into the few millimeters gap in the waveguide. The disk is heated by the millimeter wave pulse for 0.10.2 s, and immediately after the pulse, it is pulled up and its temperature distribution is measured by an infrared camera to estimate the spatial power density distribution of the millimeter wave. In the other hand, total transmission power is estimated by the disk temperature reached equilibrium. In the measurement test, deformation of the power density distribution was successfully detected when the mirror angle was intentionally changed in the matching optics unit (MOU) at the waveguide input from the gyrotron. The test result shows that the instrument is effective for both adjustment of MOU without opening the vacuum boundary and to detect any abnormal transmission during operation of the ECH system. The test also shows high reliability of the instrument which stands with 1 MW high power transmission without any arcing or pressure rise in vacuum region. The instrument will be contributed to keep good condition of high power long pulse ECH system by detecting abnormal transmission in the waveguide in operation without open vacuum boundary.