JP2003234074A - 高周波用真空窓およびジャイロトロン装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷却効率を高くして周波数帯域を広げたジャ
イロトロン装置を提供する。 【解決手段】 高周波用真空窓14は、人工ダイアモンド
の窓基盤23を有している。窓基盤23の両面に導波管部12
の内断面に対応し導波管部12内のミリ波が透過する領域
のみに対応した形状で、人工ダイアモンドより誘電率の
低い溶融シリカの薄いコーティング24を形成する。コー
ティング24が反射防止膜として機能し周波数帯域が広が
る。窓基盤23のコーティング24を有さず導波管部12から
突出している部分に対応して冷却ジャケット25を設け、
冷媒にて窓基盤23を冷却する。冷媒に接触する部分はコ
ーティング24を形成していないため、熱伝導率の高い人
工ダイアモンドの窓基盤23が直接接触して冷却効率を高
くでき、大出力の長パルスも透過可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、周波数帯域を広く
した高周波用真空窓およびジャイロトロン装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、核融合などにおけるプラズマを加
熱あるいは制御する際にたとえばミリ波帯の電磁波が用
いられ、このミリ波帯の電磁波を発振させるための発振
源として大電力のジャイロトロン装置が用いられてい
る。また、ジャイロトロン装置で発振されたミリ波の周
波数を変えながら入射することにより、プラズマをより
細かく制御する事が検討されている。

【０００３】そして、従来この種のジャイロトロン装置
としては、たとえば特開平８−１０２２６３号公報に記
載の構成が知られている。この特開平８−１０２２６３
号公報記載のジャイロトロン装置は、電子銃部で電子ビ
ームを発生し、この電子銃部で発生した電子ビームによ
り共振空洞部でマイクロ波を発生させ、この共振空洞部
からのマイクロ波をモード変換器で電子ビームと分離
し、このモード変換器で分離された電子ビームをコレク
タで捕捉するとともに、モード変換器で分離されたマイ
クロ波を高周波用真空窓から管外へ出力するものであ
る。

【０００４】また、一般に、小電力あるいは短パルスの
ジャイロトロン装置では、周波数を変化させて運転する
ために、高周波用真空窓ではセラミックの窓基盤を有
し、この窓基盤の片面または両面に窓基盤のセラミック
より誘電率の低い物質をコーティングしたり、窓基盤の
セラミックより誘電率の低く厚さの薄いセラミック板を
貼り合わせることにより、広帯域化している。

【０００５】一方、大電力で長パルスのジャイロトロン
装置では高周波用真空窓の熱負荷が高いため、冷却効率
が高い単一ディスクセラミックの窓基盤が用いられてい
る。この単一ディスクセラミックの窓基盤は周波数の帯
域が狭いため、周波数を変えると高周波用真空窓での反
射が大きくなり、効率が低下したり、発振が不安定にな
るおそれがある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、冷却効
率の関係で高周波用真空窓の周波数帯域が狭くなってし
まう問題を有している。

【０００７】本発明は、上記問題点に鑑みなされたもの
で、冷却効率を高くして周波数帯域を広げた高周波用真
空窓およびジャイロトロン装置を提供することを目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、人工ダイアモ
ンドで形成された窓基盤と、この窓基盤の少なくとも片
面に設けられ前記人工ダイアモンドより誘電率の低いコ
ーティングとを具備したもので、窓基盤にこの窓基盤の
人工ダイアモンドより誘電率の低いコーティングを設け
たことにより、このコーティングが反射防止膜の作用を
して周波数帯域を広げるとともに、窓基盤が人工ダイア
モンドであるため高い熱伝導性により、コーティングの
熱を伝導して冷却できるため、大電力の長パルスのミリ
波も透過可能になる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態のジ
ャイロトロン装置を図面を参照して説明する。

【００１０】このジャイロトロン装置は、図２に示すよ
うに、外囲器となるジャイロトロン管本体１を備えてお
り、このジャイロトロン管本体１は金属製の真空容器部
２を有し、この真空容器部２は一端側に中空の電子ビー
ムを発生する電子銃部３を有している。また、電子銃部
３の電子ビームの下流には次第に径小となるテーパ状電
子ビ―ム導入部４、電子ビームによりマイクロ波を発生
させる共振空洞部５、マイクロ波を電子ビームから分離
するモード変換器６、マイクロ波を準光学的に反射する
複数の高周波ミラー７，８，９および相互作用済みの電
子ビームを捕捉するコレクタ11が順次配設されている。
さらに、高周波ミラー９のジャイロトロン管本体１の真
空容器部２の軸方向とは直交する方向の反対側にはジャ
イロトロン管本体１の真空容器部２と一体的に形成され
た金属製の導波管部12が配設され、この導波管部12には
マイクロ波を出力する高周波用真空窓14が設けられてい
る。なお、高周波ミラー７，８，９および高周波用真空
窓14でマイクロ波伝送部15を構成している。

【００１１】また、ジャイロトロン管本体１の周囲に
は、電子ビームを制御する電磁石16，17，18が配設され
ている。

【００１２】さらに、真空容器部２とコレクタ11との間
に、真空容器部２の一部を構成するセラミックス製の絶
縁筒21が真空気密に接合され、コレクタ11の電位を低下
させて動作させる際に真空容器部２とコレクタ11との間
の電位差に対して十分な絶縁を保っている。

【００１３】また、コレクタ11の外側には冷却水を供給
してこのコレクタ11を冷却する冷却ジャケット22が配置
されている。

【００１４】そして、高周波用真空窓14は、図１に示す
ように、人工ダイアモンドの窓基盤23を有しており、こ
の窓基盤23の両面に導波管部12の内断面に対応し導波管
部12内のミリ波が透過する領域のみに対応した形状で、
人工ダイアモンドより誘電率の低い物質、たとえば溶融
シリカなどの薄いコーティング24が反射防止膜として機
能し周波数帯域が広がるように形成されている。

【００１５】また、窓基盤23のミリ波が透過しない導波
管部12と接触する部分より外周の領域にはコーティング
24は形成されていない。

【００１６】そして、窓基盤23のコーティング24が形成
されていない領域で、真空気密のために導波管部12にろ
う付けされ、さらに窓基盤23のコーティング24を有さな
い部分は導波管部12の外方に突出している。

【００１７】また、この窓基盤23のコーティング24を有
さず導波管部12から突出している部分に対応して、この
窓基盤23を冷却する冷却装置としての冷却ジャケット25
が導波管部12の周囲に形成され、冷却ジャケット25内に
流れる冷媒にて窓基盤23が冷却される。なお、冷媒に接
触する部分はコーティング24が形成されていないため、
熱伝導率の高い人工ダイアモンドの窓基盤23が直接接触
し、冷却効率を高くできる。

【００１８】そして、このジャイロトロン装置は、電子
銃部３で電子ビームを出力し、テーパ状の電子ビーム導
入部４により電子ビームを収束させ、共振空洞部５で電
子ビームによりマイクロ波を発生させ、モード変換器６
でマイクロ波を電子ビームから分離する。また、相互作
用済みの電子ビームはコレクタ11により捕捉される。な
お、電子銃部３で発生しコレクタ11で捕捉されるまでの
電子ビームは、電磁石16，17，18により方向を制御され
る。

【００１９】また、高周波ミラー７，８，９で方向を変
換されたマイクロ波は、導波管部12から高周波用真空窓
14に伝送され、高周波用真空窓14から外部へ出力され
る。

【００２０】さらに、真空容器部２とコレクタ11との間
を電気的に絶縁する絶縁筒21が設けられているため、動
作に際してコレクタ11の電位を共振空洞部５やマイクロ
波伝送部15に対してマイナスの高電位にできるため高効
率の動作をする。なお、この絶縁筒21を利用してマイク
ロ波伝送部15の電流やコレクタ11の電流をそれぞれ独立
して測定することもできる。

【００２１】そして、高周波用真空窓14の窓基盤23に人
工ダイアモンドを用いることにより優れた熱伝導性とな
り、窓基盤23のコーティング24の発熱を窓基盤23の周囲
に速やかに伝導するため、冷媒により確実に冷却でき、
窓基盤23にコーティング24を施しても高周波用真空窓14
に大電力の長パルスのミリ波を透過できる。

【００２２】さらに、このように、窓基盤23の人工ダイ
アモンドより誘電率の低いコーティング24を形成するこ
とにより、コーティング24に反射防止膜としての機能を
持たせることにより周波数帯域が広くなり、周波数可変
の大電力の長パルスに対応できる。

【００２３】なお、上記実施の形態では溶融シリカのコ
ーティング24を形成したが、溶融シリカに限らず人工ダ
イアモンドより誘電率の低い物質を用いることができ、
この物質としては真空中でのアウトガスが小さい物質が
望ましい。

【００２４】また、窓基盤23の両面にコーティング24を
形成したが窓基盤23の片面にのみコーティングを形成し
たものでも良い。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、窓基盤にこの窓基盤の
人工ダイアモンドより誘電率の低いコーティングを設け
たことにより、このコーティングが反射防止膜の作用を
して周波数帯域を広げるとともに、窓基盤が人工ダイア
モンドであるため高い熱伝導性により、コーティングの
熱を伝導して冷却できるため、大電力の長パルスのミリ
波も透過可能にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の高周波用真空窓を示す
断面図である。

【図２】同上ジャイロトロンを示す断面図である。

【符号の説明】

３ 電子銃部 ５ 共振空洞部 ６ モード変換器 11 コレクタ 14 高周波用真空窓 23 窓基盤 24 コーティング 25 冷却装置としての冷却ジャケット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 満仲 義加 栃木県大田原市下石上字東山1385番の１ 株式会社東芝那須電子管工場内 Ｆターム(参考） 5C029 PP01 RR04

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 人工ダイアモンドで形成された窓基盤
   と、 この窓基盤の少なくとも片面に設けられ前記人工ダイア
   モンドより誘電率の低いコーティングとを具備したこと
   を特徴とする高周波用真空窓。
2. 【請求項２】 窓基盤はコーティングされていない部分
   を有し、 このコーティングされていない部分の少なくとも一部が
   位置してこの窓基盤を冷却する冷却装置を具備したこと
   を特徴とする請求項１記載の高周波用真空窓。
3. 【請求項３】 電子ビームを発生する電子銃部と、 この電子銃部で発生された電子ビームによりマイクロ波
   を発生させる共振空洞部と、 この共振空洞部からのマイクロ波を電子ビームと分離す
   るモード変換器と、 このモード変換器で分離された電子ビームを捕捉するコ
   レクタと、 前記モード変換器で分離された電子ビームを光出力に変
   換する請求項１または２記載の高周波用真空窓とを具備
   したことを特徴とするジャイロトロン装置。