JP4617420B2 - ジャイロトロン装置の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ミリ波のモード変換器およびそれを備えるジャイロトロン装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
核融合等においてプラズマを加熱する手段として、例えばミリ波帯の電磁波を用いる方法が知られている。なお、ミリ波帯の電磁波を発振させるための発振源として、大電力ジャイロトロン装置が有望視されている。
【０００３】
図３に示すように、ジャイロトロン装置１００においては、ジャイロトロン管本体１に設けられているマグネトロン型電子銃３で発生され、コレクタ５側に向けて加速された中空の旋回電子ビーム２は、ビームトンネル６を通ってキャビティ７に入射される。
【０００４】
キャビティ７は、電子銃３で生成された電子ビーム２と相互作用して準光学的なミリ波又はマイクロ波である電磁波８を生起させる空胴共振器であり、生起された電磁波８は、モード変換器１１の放射器９と反射器１０で平行ビーム状に変換され、出射ミラー１２を通じて、出力導波管１３の出力窓１４に向けて反射されて、ジャイロトロン装置の外部に導出される。
【０００５】
なお、用済後の電子ビームは、スイープコイル４により掃引され、コレクタ５に捕捉される。また、ジャイロトロン管本体内で動作中に発生する不純物ガスは、図示しないイオンポンプにより除去される。なお、同図の符号１５ａ、１５ｂは、電磁石等の磁界発生装置を表わしている。
【０００６】
上述したジャイロトロン装置１００を、長パルス運転、または定常運転で動作させるのに先立って、ジャイロトロン装置の動作中にジャイロトロン管本体内に生じるアウトガスによる真空度の劣化や動作の不安定になることを防止するために、動作パルス幅を、秒オーダーから分オーダーへ、さらに時間オーダーへと、徐々にパルス幅を伸ばしながら、少しずつアウトガスを枯らしていく、いわゆるエージングと呼ばれる枯渇化運転が必要である。
【０００７】
アウトガスには、電子ビームがコレクタ５の表面をたたく、あるいは加熱することにより発生するアウトガスと、発振した高周波が、管本体の内壁表面や部品表面をたたく、もしくは加熱することにより発生するアウトガスがある。なお、通常動作条件によるエージングにおいては、初期には、電子ビームによるアウトガスが支配的であるが、動作パルス幅が長パルス幅になるに従い、高周波によるアウトガスが支配的になる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ジャイロトロン装置の動作パルス幅は、秒オーダーから分オーダーへ、さらに時間オーダーへと長パルス幅化しているため、エージングに必要な時間が極めて長くなっており、定常運転までに係る費用が嵩む問題がある。
【０００９】
ジャイロトロン装置を製造する際のアウトガス低減対策としては、真空排気時に、電気炉等でジャイロトロン管本体を加熱して、管本体の内壁表面や部品表面からガスを放出させて、そのガスを真空ポンプで排気するベーキングがあるが、動作パルス幅は、今日、時間オーダーと長パルス幅化しているため、ベーキングを行ったとしても、アウトガスを低減することは困難である。なお、封止切りした後のジャイロトロン管本体内のアウトガスをイオンポンプに吸収させる従来のエージング方法では、徐々にアウトガスを放出させつつイオンポンプに吸収させなければならないため、このエージングにかかる時間は数ヶ月にも及ぶことがあり、ジャイロトロン装置内部から出るアウトガスを、管本体の排気管を封止切りする前に極力低減することが求められている。
【００１０】
この発明の目的は、エージング時間が短縮可能で、長パルス幅の動作パルスを安定に得ることのできるジャイロトロン装置を製造することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明は、ジャイロトロン装置の製造方法において、ジャイロトロン管本体外部から内部に高周波を入力しながら真空排気することにより、ジャイロトロン装置の動作時に管内壁表面および管内部品表面から発生するアウトガスを予め比較的短時間に低減することを特徴とするジャイロトロン装置の製造方法である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１３】
［実施例１］
以下、この発明の一実施例を、図１を参照して説明する。図１は、この発明の第１の実施例の構成図である。なお、ジャイロトロン装置自体の構成は、従来の技術の項で説明したと同様であるから、詳細な説明を省略する。
【００１４】
図１に示すように、製造中のジャイロトロン装置の管本体１のエージングにおいては、別に用意した高周波発生装置２１により発生された高周波を、エージング対象であるジャイロトロン管本体１の出力窓１４からこのジャイロトロン管本体内へ入力し、出射ミラー１２、反射器１０および放射器９等の高周波経路の構成部材に照射しながら、電子銃３側に設けた真空ポンプ２２で真空排気をする。なお、同図の符号１７はイオンポンプを表わしているが、この排気工程では動作させない。なおまた、高周波発生装置２１は、既にエージングが終了した定常運転可能な別のジャイロトロン装置であってもよい。
【００１５】
エージング対象であるジャイロトロン管本体１の出力窓１４からこの管本体内に入力された高周波は、出力窓１４、出射ミラー１２や反射器１０、あるいは放射器９等に代表されるジャイロトロン管内部品の表面や内壁表面をたたき、もしくは加熱することにより、ジャイロトロン装置の動作中に発生するアウトガスの元となる不純物ガスを放出させる。
【００１６】
なお、ジャイロトロン管本体内に出力窓１４から入力された高周波は、エージング対象であるジャイロトロン管本体の動作時の高周波出力の主ビーム経路の部品に対して集中的に壁表面をたたきもしくは加熱してガスを放出させることができる。
【００１７】
この不純物ガスを、真空ポンプ２２で排気することにより、動作時に発生するアウトガスを管本体の封止切り前に低減させることができる。
【００１８】
なお、高周波発生装置２１からエージング対象のジャイロトロン管本体１に入力する高周波電力の周波数（または周波数帯）は、この管本体を装着したジャイロトロン装置の動作周波数（または周波数帯）と同じでもよいし、あるいは、異なっていてもよいが、出力窓１４の周波数特性と整合する周波数（または周波数帯）であることが望ましい。
【００１９】
また、外部に設けた高周波発生装置２１から高周波を入力して、脱ガスを行う際に、電気炉等による加熱ベーキングも同時に行うこともでき、それにより一層良好な脱ガス効果が得られる。
【００２０】
［実施例２］
次に、この発明の第２の実施例を、図２を参照して説明する。図２に示すように、製造中のジャイロトロン管本体１のエージングにおいては、別に用意した高周波発生装置２３により発生された高周波電力を、エージング対象であるジャイロトロン装置１の出力ミラー１２または反射器１０の近傍もしくは管本体の内のコレクタ５側の所定の位置に設けた１個または複数個の高周波入力ポート１６から、ジャイロトロン管本体内へ入力しながら、電子銃３側に設けた真空ポンプ２２で真空排気をする。
【００２１】
なお、管本体１の出力窓１４は、この窓を通して入力高周波が外部に不所望に出てしまわないように、出力導波管１３の開口端を導電体製の蓋１３ａで密閉しておく。なおまた、ここで使用する高周波発生装置２３は、通常入手可能な比較的簡易で安価な高周波発生装置でよい。
【００２２】
なおまた、１個または複数個の各高周波入力ポート１６は、そこから管本体内に導入させる高周波発生装置２３の周波数（または周波数帯）に整合した真空気密窓を備えており、アウトガス・エージングの終了後、例えば導電体製の蓋でそれぞれ密閉するか、あるいは予め封止切り可能な入力ポート構造にしておいてエージング終了後に封止切りすることは言うまでもない。
【００２３】
こうして、エージング対象であるジャイロトロン管本体１の出力窓１４、あるいは高周波入力ポート１６から管本体内に入力された高周波により、ジャイロトロン管内部品の表面をたたき、あるいは加熱することにより、ジャイロトロン装置の動作中に発生するアウトガスの元となる不純物ガスを予め十分に放出させることができる。
【００２４】
しかも、管本体の排気管を封止切りする前に管内の不純物ガスを真空ポンプ２２で排気するので、ジャイロトロン装置の動作時に発生する可能性のあるアウトガスを予め十分に低減させておくことができる。
【００２５】
なお、高周波発生装置からエージング対象のジャイロトロン管本体に導入する高周波の周波数（または周波数帯）は、上述のように、ジャイロトロン装置の動作時の周波数（または周波数帯）と同じである必要は必ずしも無く、より安価な高周波発生装置を用いることが可能である。また、入力ポートの数、位置および向きを最適化することにより、絶縁セラミック等を含めた不純物ガスを発生しやすい又はガス吸着性の高い部品に対し、集中的にガスを放出させることができる。
【００２６】
なお、高周波発生装置からジャイロトロン管本体に高周波を入力して、脱ガスを行う際に、電気炉等による加熱ベーキングも同時に行うことで、より高い脱ガス効果が得られる。
【００２７】
さらにまた、上述の第1の実施例と第２の実施例とを同時に行なうことも可能であり、それによってより一層高い脱ガス効果が得られる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、長パルス幅の動作パルスを出力可能なジャイロトロン装置の製造時に、定常動作中に発生するアウトガスが発生する要因となる不純物ガスを短時間で効率よく脱ガスできるので、動作時の管内壁表面や管内部品表面からのアウトガスを予め十分に低減しておくことができ、しかもジャイロトロン装置でのエージングに求められる期間を大幅に短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施例を示す概略図。
【図２】この発明の第２の実施例を示す概略図。
【図３】この発明の実施例が適用されるジャイロトロン装置を示す概略図。
【符号の説明】
１ ・・・ジャイロトロン装置、
９ ・・・放射器、
１０ ・・・反射器、
１２ ・・・出力ミラー、
１３ ・・・出力導波管、
１４ ・・・出力窓、
１６ ・・・入力ポート、
２１ ・・・高周波発生装置（定常運転可能なジャイロトロン装置）、
２３ ・・・高周波発生装置（簡易な高周波発生源）、
２２ ・・・真空ポンプ。

Claims (4)

1. ジャイロトロン装置の製造方法において、
   ジャイロトロン管本体の外部から該管本体の内部に高周波を入力しながら真空排気をすることにより、前記ジャイロトロン装置の動作時に管内壁表面および管内部品表面から発生するアウトガスを低減することを特徴とするジャイロトロン装置の製造方法。
2. 前記ジャイロトロン管本体は、モード変換器を備えたものであることを特徴とする請求項１記載のジャイロトロン装置の製造方法。
3. 前記ジャイロトロン管本体の高周波出力窓が前記高周波入力用のポートを兼ねることを特徴とする請求項１記載のジャイロトロン装置の製造方法。
4. 前記ジャイロトロン管本体は、高周波出力窓とは別に、１個または複数個の高周波入力用のポートを備え、前記管本体の外部から前記１個または複数個の高周波入力用ポートを介して前記管本体内に高周波を入れることを特徴とする請求項１記載のジャイロトロン装置の製造方法。

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