Gyrotron development for high-power, long-pulse electron cyclotron heating and current drive at two frequencies in JT-60SA and its extension toward operation at three frequencies

JT-60SAにおける2周波数での高出力、長パルス電子サイクロトロン加熱電流駆動のためのジャイロトロン開発及び3周波数運転を目指した拡張

小林 貴之; 森山 伸一; 横倉 賢治; 澤畠 正之; 寺門 正之; 平内 慎一; 和田 健次; 佐藤 福克; 日向 淳; 星野 克道; 諫山 明彦; 小田 靖久; 池田 亮介; 高橋 幸司; 坂本 慶司

Kobayashi, Takayuki; Moriyama, Shinichi; Yokokura, Kenji; Sawahata, Masayuki; Terakado, Masayuki; Hiranai, Shinichi; Wada, Kenji; Sato, Yoshikatsu; Hinata, Jun; Hoshino, Katsumichi; Isayama, Akihiko; Oda, Yasuhisa; Ikeda, Ryosuke; Takahashi, Koji; Sakamoto, Keishi

JT-60SAにおける電子サイクロトロン加熱電流駆動(ECH/CD)のため、高出力、長パルス発振を110GHzと138GHzの両方で実現するジャイロトロンを開発した。2周波数で運転可能なジャイロトロンとして、世界で初めて、1MW、100秒間の発振を両周波数で実証した。三極型電子銃を用いてアノード電圧又は電子のピッチファクターの最適化することが、2周波数で高出力と高効率を得るために重要であった。また、本ジャイロトロン内部での損失は、今後の1.5MW以上での発振を想定した場合でも十分に小さいと予測される結果が得られた。さらに、上記2周波数はJT-60SAにおいては第二高調波として入射されるが、基本波として使用可能な82GHzでの発振についても、0.4MWで2秒まで実証した。これらのジャイロトロン開発の成果により、JT-60SAにおけるECH/CD装置の適用可能領域の大幅な拡張に寄与することが期待される。

A gyrotron enabling high-power, long-pulse oscillations at both 110 GHz and 138 GHz has been developed for electron cyclotron heating (ECH) and current drive (CD) in JT-60SA. Oscillations of 1 MW for 100 s have been demonstrated at both frequencies, for the first time as a gyrotron operating at two frequencies. The optimization of the anode voltage, or the electron pitch factor, using a triode gun was a key to obtain high power and high efficiency at two frequencies. It was also confirmed that the internal losses in the gyrotron were sufficiently low for expected long pulse operation at the higher power level of 1.5 MW. Another important result is that an oscillation at 82 GHz, which enables to use fundamental harmonic waves in JT-60SA while the other two frequencies are used as second harmonics waves, was demonstrated up to 0.4 MW for 2 s. These results of the gyrotron development significantly contribute to enhancing operation regime of the ECH/CD system in JT-60SA.