JP2017076575A

JP2017076575A - ジャイロトロン

Info

Publication number: JP2017076575A
Application number: JP2015204548A
Authority: JP
Inventors: 浩人安武; Hiroto Yasutake
Original assignee: Toshiba Electron Tubes and Devices Co Ltd
Current assignee: Canon Electron Tubes and Devices Co Ltd
Priority date: 2015-10-16
Filing date: 2015-10-16
Publication date: 2017-04-20

Abstract

【課題】ホースの乱れを防止し、ＲＦの漏れを抑制できるジャイロトロンを提供する。
【解決手段】ジャイロトロンは、本体、コレクタ、絶縁体、ホース31および支持体32を備える。本体は、軸方向の一端側に電子銃が設けられる。コレクタは、本体の軸方向の他端側に設けられる。絶縁体は、本体側とコレクタ側との間に設けられる。ホース31は、絶縁体の周面に対向して軸方向に並ぶように螺旋状に複数回周回されるホース周回部34を有し、内部に液体が流通される。支持体32は、ホース周回部34を所定本数ずつに分けてそれぞれ挿通する複数の挿通孔40を有し、ホース周回部34を絶縁体の周面に対向して軸方向に並ぶように支持する。軸方向に互いに隣接する挿通孔40の端部同士は、絶縁体からの径方向にずれて径方向に並ぶように設けられる。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、ミリ波帯の電磁波を発振させるジャイロトロンに関する。

従来、核融合等において、プラズマを加熱、制御する手段として、例えばミリ波帯の電磁波を用いる方法が知られている。そして、ミリ波帯の電磁波（以下、ＲＦ：Radio Frequencyという）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が有望視されている。

ジャイロトロンは、高磁場中の空胴共振器に中空旋回電子ビームを入射することによってＲＦの発振を行っている。大電力のジャイロトロンでは、ＲＦの出力が１ＭＷの大出力になるので、ジャイロトロン内で起こる１％程度のロスでも大きな電力となっている。

また、ジャイロトロンの本体側とコレクタ側との間には、これら本体側とコレクタ側の電位をそれぞれ保つために使用されるＤＣブレークと呼ばれる絶縁体が設けられているが、この絶縁体の部分からＲＦの一部が漏れてくる。そこで、ホースを絶縁体の周囲に対して螺旋状に複数回周回させ、このホースの複数のホース周回部を絶縁体の周面に対向して軸方向に並べることにより、ホース周回部で絶縁体の周囲を覆い、ホース内に流す水によって絶縁体から漏れるＲＦを吸収するようにした構造がある。

複数のホース周回部を絶縁体の周面に対向して軸方向に並べるために支持体が使用されている。この支持体が配設される場所は高電圧部位なので、支持体には、金属材料が使用できず、ＲＦを透過する樹脂材料が使用されている。

そのため、支持体は時間の経過と共に変形し、ホースの位置が乱れてくることがある。このホースの位置が乱れることで、ホースによって絶縁体の周面を覆うことができない領域が発生すると、その領域からＲＦが漏れてしまう。

特開２０１０−４９８２３号公報

本発明が解決しようとする課題は、ホースの乱れを防止し、ＲＦの漏れを抑制できるジャイロトロンを提供することである。

本実施形態のジャイロトロンは、本体、コレクタ、絶縁体、ホースおよび支持体を備える。本体は、軸方向の一端側に電子銃が設けられる。コレクタは、本体の軸方向の他端側に設けられる。絶縁体は、本体側とコレクタ側との間に設けられる。ホースは、絶縁体の周面に対向して軸方向に並ぶように螺旋状に複数回周回されるホース周回部を有し、内部に液体が流通される。支持体は、ホース周回部を所定本数ずつに分けてそれぞれ挿通する複数の挿通孔を有し、ホース周回部を絶縁体の周面に対向して軸方向に並ぶように支持する。軸方向に互いに隣接する挿通孔の端部同士は、絶縁体からの径方向にずれて径方向に並ぶように設けられる。

第１の実施形態を示すジャイロトロンに用いるホースおよび支持体の断面図である。同上ホースおよび支持体の斜視図である。同上ホースおよび支持体の側面図である。同上ジャイロトロンの側面図である。同上ジャイロトロンの内部構造を示す概略断面図である。比較例のホースおよび支持体の断面図である。比較例の支持体が変形した状態の断面図である。第２の実施形態を示すジャイロトロンに用いるホースおよび支持体の断面図である。第３の実施形態を示すジャイロトロンに用いるホースおよび支持体の断面図である。

以下、第１の実施形態を、図１ないし図７を参照して説明する。

図４および図５に示すように、ジャイロトロン10は、内部が真空状態にあり、本体（管本体）11の軸方向の一端側に設けられた電子銃12から出射された中空旋回電子ビーム13が空洞共振器（キャビティ）14に入射し、この空洞共振器14で準光学的なミリ波またはマイクロ波である電磁波（以下、ＲＦ：Radio Frequencyという）15が生起される。

空洞共振器14で生起されたＲＦ15は、モード変換器16および伝送ミラー系17（伝送ミラー17a〜17d）により平行ビーム状に変換され、伝送ミラー17dで出力導波管18の出力窓19に向けて反射され、出力窓19から出力される。

ＲＦ15の生起に利用された後の中空旋回電子ビーム13は、図示しないスィープコイルにより掃引され、本体11の軸方向の他端側に設けられたコレクタ20に捕捉される。

本体11の周囲には、電子銃12および空洞共振器14の位置に対応して、例えば超電導電磁石などの磁界発生装置21，22がそれぞれ設けられている。

ジャイロトロン10の本体11側とコレクタ20側との間には、これら本体11側とコレクタ20側の電位をそれぞれ保つために使用されるＤＣブレークと呼ばれる絶縁体23が設けられている。絶縁体23は、セラミックス製で、環状に形成されている。

コレクタ20側には、出力窓19などが設けられるとともにコレクタ20が取り付けられる枠部24が配設されている。図４に示すように、本体11のフランジ11aと枠部24のフランジ24aとが複数のボルト25によって絶縁状態に締結され、絶縁体23が本体11と枠部24との間に配設されている。

また、図４に示すように、絶縁体23の周囲には、絶縁体23から外部に漏れるＲＦ15の一部（以下、単にＲＦという）を吸収するためのＲＦ吸収手段30が設けられている。このＲＦ吸収手段30は、液体が流通するホース31、およびこのホース31を支持する複数の支持体32を備えている。

図１ないし図４に示すように、ホース31は、柔軟性を有するとともに漏れＲＦを透過する樹脂材料によって円筒状に形成されている。ホース31には、例えばテフロン（登録商標）チューブが用いられている。ホース31は、絶縁体23の周面に対向して軸方向ｚに並ぶように螺旋状に複数回周回される。この複数回周回されるホース31の箇所をホース周回部34と呼ぶと、複数のホース周回部34が、絶縁体23の周面に対向して軸方向ｚに並んで、絶縁体23の周面を覆っている。ホース31内には、図示しない液体循環装置によって例えば水などの液体が流通される。ホース31内を流通する液体によって絶縁体23から漏れるＲＦを吸収する。

支持体32は、例えばテフロン（登録商標）などの樹脂材料によって、長尺状に形成されている。

支持体32の長手方向（軸方向ｚ）の一端および他端である下端および上端に、本体11および枠部24にそれぞれ取り付けられる取付部36，37が設けられている。各取付部36，37は、図示しない取付部材によって本体11および枠部24にそれぞれ取り付けられる。支持体32が本体11および枠部24にそれぞれ取り付けられた状態で、支持体32の一側部38が絶縁体23に対向するように絶縁体23からの径方向ｘの内径側に配設され、他側部39が径方向ｘの外径側に配設されている。

支持体32には、一側部38と他側部39との間で支持体32の長手方向（軸方向ｚ）に並んで複数の挿通孔40が設けられている。挿通孔40は、ホース31のホース周回部34が１本ずつ挿通されるように円形孔に形成されている。最上部の挿通孔40は、支持体32の上部側に設けられる縦長の開口部41に連通されている。

上下に隣接する挿通孔40の端部40a間には、支持体32の一側部38と他側部39とを連結する連結部42が介在されている。

上下に隣接する挿通孔40の端部40a同士は、絶縁体23からの径方向ｘに交互にずれて径方向ｘに並ぶように設けられている。すなわち、上下に隣接する挿通孔40の中心を絶縁体23からの径方向ｘに交互にずらすことにより、上下に隣接する挿通孔40を軸方向ｚに互いに近付けることが可能となって、上下に隣接する挿通孔40の端部40a同士が軸方向ｚに一致または重なるように設けられている。

したがって、図２および図３に示すように、支持体32の挿通孔40にホース周回部34を挿通した状態では、絶縁体23からの径方向ｘから見て、ホース周回部34間に隙間なく、ホース周回部34が軸方向ｚに並ぶように構成されている。

なお、支持体32によって支持されるホース周回部34の列は、絶縁体23からの径方向ｘに２列に配列されている。すなわち、ホース周回部34は、絶縁体23の周面に対向して、同心円上に二重に配列されている。なお、ホース周回部34は、２列以上の複数列に配列されていてもよい。

そして、このように構成されたジャイロトロン10では、絶縁体23から漏れるＲＦを、ホース31のホース周回部34内を流通する液体によって吸収する。

ここで、図６および図７に比較例の支持体50を示す。この比較例の支持体50には、長方形の１つの挿通孔51が設けられている。この支持体50の挿通孔51に、ホース31のホース周回部34が上下方向（軸方向ｚ）に一列に並んで挿通されている。この場合、図７に示すように、時間の経過と共に、比較例の支持体50が変形し、ホース周回部34の位置が乱れてくることがある。例えば、支持体50の両側部が外側に膨らみ、挿通孔51の幅が広がってホース周回部34が下方にずれてしまう。ホース周回部34の位置が乱れることで、ホース周回部34によって絶縁体23の周面を覆うことができない領域が発生し、その領域からＲＦが漏れてしまう。

本実施形態の支持体32は、ホース31のホース周回部34が１本ずつ挿通されるように挿通孔40を設けているため、時間が経過しても、ホース31のホース周回部34が乱れることがなく、絶縁体23から漏れるＲＦの吸収効果を維持できる。

ホース31のホース周回部34が１本ずつ挿通されるように挿通孔40を設ける場合、隣接する挿通孔40の端部40a間には連結部42が介在し、ホース31のホース周回部34間に隙間が生じてしまう。そこで、上下に隣接する挿通孔40の端部40a同士を、絶縁体23からの径方向ｘに交互にずらして径方向ｘに並ぶように設けることにより、絶縁体23からの径方向ｘから見て、ホース周回部34間に隙間なく、ホース周回部34が軸方向ｚに並ぶように構成でき、ホース周回部34間からのＲＦの漏れを低減できる。

次に、図８に第２の実施形態を示す。なお、第１の実施形態と同じ構成は同じ符号を用いて、その構成および作用効果についての説明を省略する。

支持体32の挿通孔40は、ホース31のホース周回部34が２本ずつ挿通されるように長孔状に設けられている。

この場合にも、上下に隣接する挿通孔40の端部40a同士を、絶縁体23からの径方向ｘに交互にずらして径方向ｘに並ぶように設けることにより、絶縁体23からの径方向ｘから見て、ホース周回部34間に隙間なく、ホース周回部34が軸方向ｚに並ぶように構成でき、ホース周回部34間からのＲＦの漏れを低減できる。

次に、図８および図９にそれぞれ第２および第３の実施形態を示す。なお、第１の実施形態と同じ構成は同じ符号を用いて、その構成および作用効果についての説明を省略する。

支持体32の挿通孔40は、ホース31のホース周回部34が２本または３本ずつ挿通されるように長孔状に設けられている。この場合、同じ挿通孔40に挿通された２本または３本のホース周回部34は互いに隙間なく接触する。

また、挿通孔40が長孔となることにより、時間の経過と共に、支持体32が変形してホース周回部34の乱れることが懸念されるが、挿通孔40に挿通するホース周回部34が２本または３本、あるいは４本程度であれば、支持体32の変形は少なく、ホース周回部34が乱れるのを抑制できる。

なお、第２および第３の実施形態では、上下に隣接する挿通孔40の端部40a同士を絶縁体23からの径方向ｘに交互にずらして径方向ｘに並ぶようにするために、長孔状の挿通孔40の長手方向を斜めにしているが、挿通孔40の長手方向を支持体32の一側部38および他側部39と平行とし、上下に隣接する挿通孔40を絶縁体23からの径方向ｘに交互にずらして径方向ｘに並ぶようにしてもよい。

以上の各実施形態のように、支持体32は、ホース31のホース周回部34を所定本数（１本、２本、３本…）ずつに分けてそれぞれ挿通する複数の挿通孔40を有し、軸方向ｚに互いに隣接する挿通孔40の端部同士が、絶縁体23からの径方向ｘにずれて径方向ｘに並ぶように設けられるため、ホース31のホース周回部34の乱れを防止し、ＲＦの漏れを抑制できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

10 ジャイロトロン
11 本体
12 電子銃
20 コレクタ
23 絶縁体
31 ホース
32 支持体
34 ホース周回部
40 挿通孔

Claims

軸方向の一端側に電子銃が設けられる本体と、
前記本体の軸方向の他端側に設けられるコレクタと、
前記本体側と前記コレクタ側との間に設けられる絶縁体と、
この絶縁体の周面に対向して軸方向に並ぶように螺旋状に複数回周回されるホース周回部を有し、内部に液体が流通されるホースと、
前記ホース周回部を所定本数ずつに分けてそれぞれ挿通する複数の挿通孔を有し、軸方向に互いに隣接する前記挿通孔の端部同士が、前記絶縁体からの径方向にずれて径方向に並ぶように設けられ、前記ホース周回部を前記絶縁体の周面に対向して軸方向に並ぶように支持する支持体と
を具備することを特徴とするジャイロトロン。
前記支持体の前記挿通孔は、複数回周回される前記ホース周回部を１周回ずつ挿通する
ことを特徴とする請求項１記載のジャイロトロン。
前記支持体の前記挿通孔は、複数回周回される前記ホース周回部を複数周回ずつ挿通する
ことを特徴とする請求項１記載のジャイロトロン。