Design study of a new antenna system for steering microwave beam in electron cyclotron heating/current drive system

電子サイクロトロン加熱電流駆動用直線駆動式アンテナの設計検討

森山 伸一; 関 正美; 藤井 常幸

Moriyama, Shinichi; Seki, Masami; Fujii, Tsuneyuki

ミリ波を用いる電子サイクロトロン加熱(ECH)装置には、局所的かつ効果的な電子加熱,電流駆動ができる長所があるが、実時間でのパワー計測が難しいという欠点がある。伝送路途中にセラミック板を挿入し、その誘電損失による発熱によってパワーを測定する手法の開発に着手した。板端部温度は0.2秒程度の時定数で変化することを計算で確かめたうえで、極細熱電対を用いたMW級測定試験を行い、1秒以下程度の応答速度を確認した。一方、特殊な反射面を有する反射鏡を直線駆動させ、電磁波ビームの反射面への入射位置変化によって反射角度を変化させる直線駆動アンテナにより、回転機構を排除し、かつビーム入射角度制御が可能なECHアンテナが実現できる。内部を冷却配管として兼用できる剛性の高い支持シャフトによって反射鏡の直線駆動を行うこのアンテナは、基本的に保守,交換の必要がなく、高放射線,高温,高真空環境に適する。反射曲面の形状を適切に設計して、ビームの質の変化を許容範囲に抑えながらコンパクトなアンテナが実現可能であることを計算により確証した。

A power measurement method for an electron cyclotron heating (ECH) system using a ceramic disk was studied and tested. A model calculation showed that the disk edge temperature of the diamond vacuum window was sufficient to estimate the transmission power at 1 MW and 110 GHz with a response time of 0.2 s. The initial high power test with very thin thermocouple demonstrated successful power measurement with response time of 1.0 s. The concept of the linear motion ECH antenna suitable for reactor (like) environment is newly introduced and studied. A typical design would involve a mm-wave beam reflected at a flat mirror and a concave mirror. In the second reflection, the reflection angle can be changed by varying the point of reflection. The point of reflection is easily controlled by the linear movement of either the flat mirror or the concave mirror. It is notable that mirror rotation, which may require regular maintenance, is not required and backlash can be eliminated.