JP2570168Y2 - Gyrotron device - Google Patents

Gyrotron device

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JP2570168Y2
JP2570168Y2 JP9388291U JP9388291U JP2570168Y2 JP 2570168 Y2 JP2570168 Y2 JP 2570168Y2 JP 9388291 U JP9388291 U JP 9388291U JP 9388291 U JP9388291 U JP 9388291U JP 2570168 Y2 JP2570168 Y2 JP 2570168Y2
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JP
Japan
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collector
downstream
electron beam
ferromagnetic cylinder
electron
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JP9388291U
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JPH0545879U (en
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充教 矢野
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Toshiba Corp
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Description

【考案の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この考案はジャイロトロン装置に
係わり、特にコレクタ部の周囲に配置された強磁性体円
筒の改良に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gyrotron device, and more particularly, to an improvement in a ferromagnetic cylinder disposed around a collector.

【0002】[0002]

【従来の技術】ジャイロトロン装置は、周知のようにサ
イクロトロンメ―ザ作用を動作原理とする電子管で、ミ
リ波からサブミリ波帯における高周波大電力源として利
用されている。
2. Description of the Related Art As is well known, a gyrotron device is an electron tube whose operation principle is a cyclotron mesas, and is used as a high-frequency high-power source in the millimeter wave to submillimeter wave band.

【0003】このようなジャイロトロン装置は、中空電
子ビ―ムを発生する電子銃部と、この電子銃部の下流に
配置されて次第に径小となるテ―パ状電子ビ―ム導入部
と、このテ―パ状電子ビ―ム導入部の下流に設けられ螺
旋運動をする電子ビ−ムと相互作用を行なう共振空胴部
と、この共振空胴部の下流に設けられ次第に径大になる
テ―パ状案内部と、このテ―パ状案内部の下流に配置さ
れ相互作用を行なった後の電子ビ−ムを捕捉する円筒状
のコレクタ部と、電磁波を外部に取出すと共に管内の真
空を維持するように気密封止された誘電体電磁波透過窓
を有する出力窓部と、中空電子ビ―ムに螺旋運動を与え
る磁石等より構成されている。
[0003] Such a gyrotron device has an electron gun section for generating a hollow electron beam, and a tapered electron beam introduction section which is arranged downstream of the electron gun section and has a gradually decreasing diameter. A resonant cavity provided downstream of the tapered electron beam introduction portion and interacting with the helically moving electron beam; and a gradually increasing diameter provided downstream of the resonant cavity. A tapered guide portion, a cylindrical collector portion disposed downstream of the tapered guide portion for capturing the electron beam after the interaction, and a device for taking out the electromagnetic waves to the outside and also providing the inside of the tube. It comprises an output window having a dielectric electromagnetic wave transmission window hermetically sealed so as to maintain a vacuum, a magnet for giving a helical motion to the hollow electron beam, and the like.

【0004】動作時には、共振空胴部の下流において、
電子ビ−ムは主として共振空胴部よりコレクタ部に向け
て減少する磁場の作用を受けて拡散し、コレクタ部の内
壁面に捕捉され、運動エネルギを熱エネルギに変換する
(熱損失となる)。同時に、発振高周波出力はコレクタ
部内を伝播し、出力窓部を通過して外部に取出される。
In operation, downstream of the resonant cavity,
The electron beam is diffused mainly by the action of a magnetic field that decreases from the resonant cavity toward the collector, is captured by the inner wall surface of the collector, and converts kinetic energy to heat energy (heat loss). . At the same time, the oscillating high-frequency output propagates through the collector, passes through the output window, and is taken out.

【0005】ところで、上記の電子ビ−ムがコレクタ部
に平行して衝突するように、ジャイロトロン装置の管軸
を横切る磁界成分をコレクタ部内に形成するために、磁
石をコレクタ部の入口近くに配置したもの(特開昭61
−27035号公報記載)、あるいはコレクタ部の周囲
に強磁性体円筒が配置されたもの(実開平2−1485
51号公報記載)がある。
By the way, in order to form a magnetic field component crossing the tube axis of the gyrotron device in the collector so that the electron beam collides with the collector in parallel, a magnet is placed near the entrance of the collector. Those arranged (Japanese Unexamined Patent Publication No.
No.-27035) or a ferromagnetic cylinder disposed around a collector (Japanese Utility Model Laid-Open No. 2-1485).
No. 51).

【0006】[0006]

【考案が解決しようとする課題】上記のような従来のジ
ャイロトロン装置では、次のような不都合がある。
The above conventional gyrotron apparatus has the following disadvantages.

【0007】即ち、ジャイロトロン装置では、電子ビ−
ム軌道は電子が磁力線に巻き付く形で旋回運動をするた
め、主として磁力線によって決定される。発振を安定さ
せるため、共振空胴部での磁場の平坦度が要求されるの
で、主磁場磁石は軸方向に或る程度の長さが必要であ
る。
That is, in the gyrotron device, the electron beam
The electron orbit is determined mainly by the lines of magnetic force because electrons orbit around the lines of magnetic force. Since the flatness of the magnetic field in the resonance cavity is required to stabilize the oscillation, the main magnetic field magnet needs to have a certain length in the axial direction.

【0008】このため、ジャイロトロン装置の全長に制
限がある場合、コレクタ部で磁場が十分弱くならないの
で、電子ビ−ムが十分発散しないまま出力部の気密窓に
到達する。それによって、気密窓が加熱され、チャ−ジ
アップによる放電によって破損に至ることがある。これ
を防止するため、コレクタ部の周囲に強磁性体円筒を配
置することは、既述のように知られているが、一様な厚
さの強磁性体円筒で磁場を遮蔽した場合、コレクタ部の
一部だけが加熱されるという不都合がある。
For this reason, when the total length of the gyrotron device is limited, the magnetic field does not become sufficiently weak at the collector portion, and the electron beam reaches the airtight window of the output portion without sufficiently diverging. As a result, the hermetic window is heated and may be damaged by discharge due to charge-up. Placing a ferromagnetic cylinder around the collector to prevent this is known as described above, but if the magnetic field is shielded by a ferromagnetic cylinder of uniform thickness, the collector There is the disadvantage that only a part of the part is heated.

【0009】この考案は、上記事情に鑑みなされたもの
で、用済み後の電子ビ−ムをコレクタ部の内壁のより一
層広い範囲に入射させて、コレクタ部の熱負荷を低減し
大電力出力が可能なジャイロトロン装置を提供すること
を目的とする。
This invention has been made in view of the above circumstances, and the used electron beam is made to enter a wider area of the inner wall of the collector to reduce the heat load of the collector and to output a large power. It is an object of the present invention to provide a gyrotron device capable of performing the following.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】この考案は、コレクタ部
の周囲に配置された強磁性体円筒が、ビ−ム下流に行く
に従って徐々に透磁性が小さくなっているジャイロトロ
ン装置である。
The present invention is a gyrotron device in which a ferromagnetic cylinder disposed around a collector section has a gradually decreasing magnetic permeability as it goes downstream of the beam.

【0011】[0011]

【作用】この考案によれば、強磁性体円筒がビ−ム下流
に行くに従って徐々に透磁性が小さくなっているので、
テ―パ状案内部の終端付近およびコレクタ部入口付近か
ら磁力線が拡散され、電子がこの付近からコレクタ内壁
に捕捉される。そして、ビ−ム下流に行くに従って主磁
場の減少に伴なって強磁性体円筒も薄肉となるため、コ
レクタ部の中間付近までほぼ一様な磁束密度となり、電
子の拡散はやや抑制される。更に、コレクタ部の終端に
向かって主磁場の減少に伴ない磁束密度も減少するよう
に強磁性体円筒の厚さを選ぶことにより、コレクタ部内
での電子ビ−ム入射範囲が拡がり、局部的な加熱を緩和
出来、より小形で大出力のジャイロトロン装置が得られ
る。
According to this invention, the magnetic permeability gradually decreases as the ferromagnetic cylinder goes downstream of the beam.
Lines of magnetic force are diffused near the end of the tapered guide portion and near the entrance of the collector portion, and electrons are trapped on the inner wall of the collector from this vicinity. The ferromagnetic cylinder becomes thinner as the main magnetic field decreases toward the downstream of the beam, so that the magnetic flux density becomes almost uniform up to the middle of the collector portion, and the diffusion of electrons is somewhat suppressed. Further, by selecting the thickness of the ferromagnetic cylinder so that the magnetic flux density decreases as the main magnetic field decreases toward the end of the collector, the electron beam incident range in the collector can be expanded, and the local area can be reduced. A small gyrotron device with a large output can be obtained.

【0012】[0012]

【実施例】以下、図面を参照して、この考案の一実施例
を詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0013】この考案によるジャイロトロン装置は、図
1に示すように構成され、図中の符号1は電子ビ−ムを
発生する電子銃部である。この電子銃部1の電子ビ―ム
下流には、次第に径小となるテ―パ状電子ビ―ム導入部
2が配置され、この電子ビ―ム導入部2の下流には、共
振空胴部3が連続的に設けられている。この共振空胴部
3の下流には、電磁波及び電子ビ−ム11を案内するた
めの次第に径大になるテ―パ状案内部4が連続的に設け
られている。
The gyrotron device according to the present invention is configured as shown in FIG. 1, and reference numeral 1 in the figure denotes an electron gun for generating an electron beam. Downstream of the electron beam from the electron gun section 1, a tapered electron beam introduction section 2 having a gradually decreasing diameter is arranged. Downstream of the electron beam introduction section 2, a resonance cavity is provided. The part 3 is provided continuously. Downstream of the resonant cavity 3, a tapered guide 4 having a gradually increasing diameter for guiding the electromagnetic wave and the electron beam 11 is continuously provided.

【0014】更に、このテ―パ状案内部4の下流には、
円筒状のコレクタ部5が配置され、このコレクタ部5の
下流には、セラミックス気密窓12を有する出力窓部6
が配置されている。又、電子銃部1からテ―パ状案内部
4へかけての外側には、外部磁石7からなる磁界発生装
置(クライオスタット)8が配置され、共振空胴部3に
所定の主磁界を与える。尚、テ―パ状案内部4、コレク
タ部5及び出力窓部6は円形導波管からなり、9、10
は間隙を有する導波管分離部である。
Further, downstream of the tapered guide portion 4,
A cylindrical collector portion 5 is disposed, and an output window portion 6 having a ceramic airtight window 12 is provided downstream of the collector portion 5.
Is arranged. A magnetic field generator (cryostat) 8 including an external magnet 7 is disposed outside from the electron gun 1 to the tapered guide 4, and applies a predetermined main magnetic field to the resonance cavity 3. . The tapered guide 4, the collector 5 and the output window 6 are made of circular waveguides.
Is a waveguide separating portion having a gap.

【0015】更に、この考案では、コレクタ部5の周囲
に強磁性体円筒13が配置され、この強磁性体円筒13
は、ビ−ム下流に行くに従って徐々に薄肉化されてい
る。この実施例では、強磁性体円筒13はビ−ム下流方
向にテ−パ状に薄肉化されている。それによって、強磁
性体円筒13の透磁性はビ−ム上流側で大きく、ビ−ム
下流側に行くに従って徐々に小さくなっている。
Further, in the present invention, the ferromagnetic cylinder 13 is disposed around the collector 5 and the ferromagnetic cylinder 13
Is gradually reduced in thickness as it goes downstream of the beam. In this embodiment, the ferromagnetic cylinder 13 is tapered in the downstream direction of the beam. Thereby, the magnetic permeability of the ferromagnetic cylinder 13 is large on the upstream side of the beam, and gradually decreases toward the downstream side of the beam.

【0016】さて動作時には、電子銃部1から出射した
電子ビ−ム11は、外部磁石7により発生した主磁界お
よびアノ−ド・カソ−ド間に印加された電界により、サ
イクロトロン周波数を持つ旋回運動を行なうようにな
る。電子銃部1から共振空胴部3に向かって緩やかに増
大するミラ−磁界の断熱圧縮効果により、旋回運動を増
大させながら共振空胴部3へ入射する。共振空胴部3に
おいて、励起された高周波電磁界と相互作用を行ない、
電子のエネルギは高周波エネルギに変換される。共振空
胴部3で相互作用を終えた電子ビ−ムは、外部磁場にガ
イドされたコレクタ部5内壁面に衝突し、熱に変換され
る。そして、共振空胴部3で発生した高周波は、出力窓
部6を通って外部回路へ導かれる。
In operation, the electron beam 11 emitted from the electron gun unit 1 is rotated by a main magnetic field generated by the external magnet 7 and an electric field applied between the anode and the cathode, having a cyclotron frequency. Start exercising. Due to the adiabatic compression effect of the mirror magnetic field that gradually increases from the electron gun 1 toward the resonance cavity 3, the light enters the resonance cavity 3 while increasing the turning motion. Interacts with the excited high-frequency electromagnetic field in the resonant cavity 3,
The energy of the electrons is converted to high frequency energy. The electron beam that has completed the interaction in the resonance cavity 3 collides with the inner wall surface of the collector 5 guided by the external magnetic field, and is converted into heat. The high frequency generated in the resonance cavity 3 is guided to an external circuit through the output window 6.

【0017】ところで、この考案ではコレクタ部5の周
囲にビ−ム下流方向にテ−パ状に形成された強磁性体円
筒13が配置されているので、図2(a),(b)に示
すように、テ―パ状案内部4の下流端付近およびコレク
タ部5の上流端付近で一旦大きく磁束密度分布が下が
り、電子ビ−ムが拡散されてコレクタ部5の内壁に捕捉
され始める。そして、ビ−ム下流側では、強磁性体円筒
13の肉厚が薄くなるため、磁束密度分布は余り減少せ
ず、ほぼ一定に保たれ、更にビ−ム下流側では、徐々に
減少していく。これにより、共振空胴部3の主磁界に影
響を与えずに、コレクタ部5の広い範囲にわたって電子
ビ−ムを捕捉することが可能となる。又、コレクタ部5
の上流での磁場を十分弱くすることが出来、電子ビ−ム
を確実にコレクタ部5で捕捉することが出来る。
By the way, in this invention, since the ferromagnetic cylinder 13 formed in the shape of a tape in the downstream direction of the beam is arranged around the collector section 5, FIGS. 2 (a) and 2 (b) show. As shown, near the downstream end of the tapered guide portion 4 and near the upstream end of the collector portion 5, the magnetic flux density distribution temporarily decreases, and the electron beam is diffused and starts to be captured by the inner wall of the collector portion 5. On the downstream side of the beam, the thickness of the ferromagnetic cylinder 13 is reduced, so that the magnetic flux density distribution does not decrease so much and is kept substantially constant. Go. This makes it possible to capture the electron beam over a wide range of the collector section 5 without affecting the main magnetic field of the resonant cavity 3. Also, the collector part 5
The magnetic field on the upstream side of the electron beam can be sufficiently weakened, and the electron beam can be reliably captured by the collector section 5.

【0018】この結果、コレクタ部5での局部的な熱負
荷が低減されると共に、電子ビ−ムを分散しコレクタ部
5で捕捉出来るようになり、セラミックス気密窓12に
電子ビ−ムが達して局部的に加熱したり、チャ−ジアッ
プされ放電したりして破損することを防ぐことが出来
る。
As a result, the local thermal load on the collector section 5 is reduced, and the electron beam is dispersed and can be captured by the collector section 5, so that the electron beam reaches the ceramic hermetic window 12. It is possible to prevent the battery from being locally heated, charged up, discharged, and damaged.

【0019】尚、図3はこの考案の他の実施例を示した
もので、上記実施例と同様効果が得られる。即ち、上記
実施例の強磁性体円筒13はテ−パ状であったが、図3
に示す強磁性体円筒14は断面が階段状にしてビ−ム下
流に行くに従って徐々に薄肉化されている。
FIG. 3 shows another embodiment of the present invention, and the same effects as in the above embodiment can be obtained. That is, although the ferromagnetic cylinder 13 of the above embodiment was tapered, FIG.
The cross section of the ferromagnetic cylinder 14 shown in FIG. 1 is gradually reduced as it goes down the beam in a stepped shape.

【0020】又、強磁性体円筒は、ビ−ム上流側から比
透磁率が順次小さい材料の円筒を、複数個縦列配置して
構成しても良い。こうして、ビ−ム上流側に比べてビ−
ム下流側が、徐々に透磁量の小さい強磁性体円筒に構成
すれば良い。
Further, the ferromagnetic cylinder may be constituted by arranging a plurality of cylinders made of a material whose relative permeability is sequentially smaller from the upstream side of the beam. Thus, the beam is higher than the beam upstream side.
The downstream side of the system may be configured as a ferromagnetic cylinder having a gradually smaller magnetic permeability.

【0021】[0021]

【考案の効果】この考案によれば、コレクタ部の周囲に
配置された強磁性体円筒は、ビ−ム下流に行くに従って
徐々に透磁性が小さくなっているので、電子がコレクタ
部の入口付近から確実に捕捉される。そして、コレクタ
部の中間部付近では電子の拡がりがやや抑制され、コレ
クタ部の下流終端では磁束密度は十分に弱められる。こ
のように、コレクタ部の広い範囲に渡って確実に捕捉出
来るため、大電力出力が可能なジャイロトロン装置を得
ることが出来る。
According to the present invention, the ferromagnetic cylinder disposed around the collector gradually decreases in magnetic permeability as it goes downstream of the beam, so that electrons can flow near the entrance of the collector. Is reliably captured from The spread of electrons is slightly suppressed near the middle of the collector, and the magnetic flux density is sufficiently weakened at the downstream end of the collector. As described above, the gyrotron device capable of outputting a large amount of power can be obtained because the collector portion can be reliably captured over a wide range of the collector portion.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この考案の一実施例に係るジャイロトロン装置
を示す縦断面図。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a gyrotron device according to an embodiment of the present invention.

【図2】この考案および従来のジャイロトロン装置にお
ける磁束密度分布と強磁性体円筒との位置の関係を示す
特性曲線図および要部縦断面図。
FIG. 2 is a characteristic curve diagram and a vertical sectional view of a main part showing a relationship between a magnetic flux density distribution and a position of a ferromagnetic cylinder in the gyrotron device of the present invention and a conventional gyrotron device.

【図3】この考案の他の実施例に係るジャイロトロン装
置を示す縦断面図。
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a gyrotron device according to another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…電子銃部、2…電子ビ―ム導入部、3…共振空胴
部、4…テ―パ状案内部、5…コレクタ部、6…出力窓
部、13,14…強磁性体円筒。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electron gun part, 2 ... Electron beam introduction part, 3 ... Resonance cavity part, 4 ... Tape-shaped guide part, 5 ... Collector part, 6 ... Output window part, 13,14 ... Ferromagnetic cylinder .

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】(57) [Scope of request for utility model registration] 【請求項1】 中空電子ビ―ムを発生する電子銃部と、
この電子銃部の下流に配置されて次第に径小となるテ―
パ状電子ビ―ム導入部と、このテ―パ状電子ビ―ム導入
部の下流に設けられた共振空胴部と、この共振空胴部の
下流に設けられ次第に径大になるテ―パ状案内部と、こ
のテ―パ状案内部の下流に配置された筒状のコレクタ部
と、このコレクタ部の周囲に配置された強磁性体筒と、
上記電子銃部から上記テ―パ状案内部へかけての外側に
配置された磁界発生装置と、を備えてなるジャイロトロ
ン装置において、 上記強磁性体円筒は、ビ−ム上流側に比べてビ−ム下流
に行くに従って徐々に透磁性が小さくなっていることを
特徴とするジャイロトロン装置。
An electron gun for generating a hollow electron beam;
A tape that is located downstream of this electron gun and has a gradually decreasing diameter
A beam-shaped electron beam introduction part, a resonant cavity provided downstream of the tapered electron beam introduction part, and a taper having a gradually increasing diameter provided downstream of the resonance cavity. A cylindrical guide portion disposed downstream of the tapered guide portion, the tapered guide portion, and a ferromagnetic cylinder disposed around the collector portion;
A magnetic field generating device disposed outside from the electron gun section to the tapered guide section, wherein the ferromagnetic cylinder is arranged at a position higher than the beam upstream side. A gyrotron device wherein the magnetic permeability gradually decreases toward the downstream of the beam.
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