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坂本 慶司; 春日井 敦; 庄山 裕章; 林 健一*; 高橋 幸司; 恒岡 まさき; 池田 幸治; 池田 佳隆; 梶原 健; 森山 伸一; et al.
25th International Conference on Infrared and Millimeter Waves Conference Digest, p.11 - 12, 2000/00
110GHzジャイロトロンは、JT-60UでITERの物理R&Dとなる加熱電流駆動や、新古典論テアリング不安定性の抑制、プラズマの立ち上げに使用されるもので、これまでに短パルスで1.2MW,1MWでは3秒、0.5MWでは6秒までの発振を得た。これまで3本のジャイロトロンを製作しJT-60UのECH加熱電流駆動装置に装着した。約50mの伝送系にジャイロトロンを接続して実際に1MW発振でのプラズマ入射にも成功し、最大15keVの電子温度上昇を得ている。RFの抵抗損失による最も熱負荷の厳しい空胴共振器は、設計通り1秒で定常状態に落ち着いた。出力窓の中心部の温度上昇は、1MW出力に対し約25度で定常状態になっており、設計値と良く一致する。この結果は、170GHzの場合、約45度の温度上昇に対応する。また、コレクタも設計通りの温度上昇を示しており、約5秒で定常状態に達する。このようにジャイロトロン内の主要コンポーネントについて長パルス化に関する見通しが得られた。ITER用ジャイロトロン開発では、これまで世界で初めて低損失人工ジャイヤモンド窓を装着して0.5MWで8秒の出力に成功しているが、新たに電子ビームの不安定性を抑制する機構を設けることにより、出力1.2MW、発振効率33%、エネルギー回収を含めた総合効率で52%を達成した。現在、これらの成果を取り入れ、連続出力を目指した長パルス化研究を継続している。
坂本 慶司; 春日井 敦; 恒岡 まさき; 高橋 幸司; 今井 剛; 假家 強*; 満仲 義加*
Review of Scientific Instruments, 70(1), p.208 - 212, 1999/01
被引用回数：68 パーセンタイル：94.41(Instruments & Instrumentation)大型の人工ダイヤモンドを用いたジャイロトロン用大電力電磁波出力窓を開発し、170GHzジャイロトロンへの搭載に成功した。人工ダイヤモンドは、熱伝導が1800W/mK以上と非常に大きく(銅の約5倍)、電磁波の吸収係数も従来材料に比べ低い。このため、従来、出力窓の急激な温度上昇により制限されていたジャイロトロン出力の大幅な向上が期待できる。ここで用いた出力窓の口径は83mm、厚みは2.23mmである。除熱構造は、熱伝導が高いため、周辺を水で冷却する方式とし、従来除熱のため窓を2枚用いて間に冷却材を流していたいわゆる表面冷却構造に比べ、大幅に簡素化され、信頼性が向上した。この窓を用いたことにより、ジャイロトロン出力として520kWで6.2秒、450kWで8秒を得、窓温度の上昇も約5秒で安定化した。これは、170GHzジャイロトロンの長パルス動作の限界であった出力170kWを大幅に上回るものであり、同時に出力エネルギーの世界記録を更新するものである。また、実験では500kWで1秒以上の動作1300回、累積出力エネルギー1.3GJを行い、出力窓及びジャイロトロンともに問題は生じなかった。
坂本 慶司; 春日井 敦; 恒岡 まさき; 高橋 幸司; 池田 幸治; 今井 剛; 假家 強*; 林 健一*; 満仲 義加*; 平田 洋介*; et al.
22nd International Conference on Infrared and Millimeter Waves Conference Digest, p.106 - 107, 1997/00
原研におけるITER用170GHzジャイロトロンの開発の現状を報告する。このジャイロトロンは、ITER/EDAのR&D項目として開発を行っているもので、発振モードは1MW出力に対応したTE31,8体積モードを採用し、出力窓として耐熱衝撃に優れたチッ化珪素を採用している。これまでの実験で、0.4ミリの短パルス実験で出力750kW(効率22%)を得た後、エネルギー回収実験を行い500kW/36%/50ミリ秒また、470kW/40%/50ミリ秒を得た。さらに長パルス化運転を行い、出力175kWながら電源要領の限界である10秒出力を達成した。出力エネルギーとして、170GHzでは世界最高の1.75MJを得た。最大出力はウインドウの高周波損失による温度上昇で制限されており、今後1MW、長パルス運転を行うためにより低損失のウインドウ材料を用いて開発を行う予定である。
坂本 慶司; 春日井 敦; 高橋 幸司; 恒岡 まさき; 今井 剛; 假家 強*; 林 健一*
Journal of the Physical Society of Japan, 65(7), p.1888 - 1890, 1996/07
被引用回数：19 パーセンタイル：81.79(Physics, Multidisciplinary)ITER等の核融合プラズマの電子サイクロトロン加熱・電流駆動用発振源である170GHz帯大電力長パルスジャイロトロンの開発に先駆けて、超高次の導波管モード(体積モード)を用いた発振の物理的検証を行うために短パルス(1ミリ秒以下)で動作する小型の発振検証用ジャイロトロンを製作し、発振特性実験を行った。その結果、TE31,8モードにおいて、ビーム電圧88kV、ビーム電流45Aで出力1.13MWの安定な単一モード発振を達成した。最高効率は30%であった。また、磁場、ビーム半径を制御することにより、発振モードを制御できることを実験的に明らかにした。このように高次のモードであっても、発振は極めて安定であり、今後の1MW、170GHzジャイロトロンの開発に対し極めて明るい見通しが得られた。
