JT-60U ECH装置用110GHzジャイロトロンの運転実績

Performance and experience of a 110 GHz gyrotron operation on the JT-60U ECH system

高橋 正己*; 関 正美; 下野 貢; 寺門 正之; 五十嵐 浩一*; 石井 和宏*; 春日井 敦

Takahashi, Masami*; Seki, Masami; Shimono, Mitsugu; Terakado, Masayuki; Igarashi, Koichi*; Ishii, Kazuhiro*; Kasugai, Atsushi

JT-60Uでは、局所的な加熱・電流駆動によるプラズマの安定性改善や予備電離の実験を行うことを目的として、電子サイクロトロン加熱(ECH)装置を導入してきた。JT-60UのECH装置は、動作周波数110GHz・高周波出力約1MWの発振管(ジャイロトロン)4基を持ち、2基の可動ミラー型アンテナを使用してJT-60Uプラズマへ入射するシステムである。110GHzを含む極めて高い周波数のミリ波帯での高出力発振は10年前まではなく、近年ITER用に開発されてきたジャイロトロンで初めて実現された。そのため、ジャイロトロンの運転にはさまざまな調整が必要である。ヒーターエージング後に、磁場調整,アノード電圧調整により1MWの発振条件を見つけ、その後、パルス幅を伸ばすエージングを行い、秒オーダーの運転を実現した。さらに、高出力,長パルスで安定な運転を行うため、ジャイロトロン管内で発生する不要高周波を吸収するRF吸収体を内蔵する改良を行った。その結果、1MW-5秒の設計目標を達成するとともに、4基のジャイロトロンでプラズマに約10MJの世界最高のミリ波エネルギーを入射できた。

The JT-60U electron cyclotron heating (ECH) system has been introduced to suppress MHD instabilities via a current profile control by local heating or current drive. The ECH system consists of four 1MW-110GHz gyrotrons, four 60m transmission lines composed of a corrugated waveguide with a diameter of 31.75mm and two steerable type mirror antennas. Recently, a gyrotron developed for ITER has realized high power in an extremely high frequency range of millimeter waves although there was no high power source around 110GHz ten years ago. Therefore, it requires many techniques to operate the gyrotoron. The oscillation conditions had to be found at output power 1MW by adjusting the magnetic field parameters and anode voltage after heater aging. Then conditioning of the gyrotoron was done, where the pulse length is gradually extended in order to operate for 1sec level of pulse length. Consequently, 1MW-5sec of the designed value was achieved and the ECH system with four gyrotrons successfully injected the millimeter wave energy of 10MJ into plasmas, which is the world record.