JPH0660817A - Gyrotron device - Google Patents
Gyrotron deviceInfo
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- JPH0660817A JPH0660817A JP20660792A JP20660792A JPH0660817A JP H0660817 A JPH0660817 A JP H0660817A JP 20660792 A JP20660792 A JP 20660792A JP 20660792 A JP20660792 A JP 20660792A JP H0660817 A JPH0660817 A JP H0660817A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明はジャイロトロン装置に
係わり、特に共振空胴部の材質の改良に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gyrotron device, and more particularly to improvement of the material of a resonant cavity.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ジャイロトロンは、周知のようにサイク
ロトロンメー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。このようなジャイロトロン装置は、電子ビー
ムを発生する電子銃部、螺旋運動する電子ビームと相互
作用を行なう共振空胴部、相互作用を行なった後の電子
ビームを捕捉するコレクタ部、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
気密窓を備えた出力部、及び電子ビームに螺旋運動を与
える磁石等で構成されている。このジャイロトロン装置
では、動作時に共振空胴部で発生した全てのマイクロ波
電力は円形導波路を伝播し、出力部でのある程度の反射
を除き、出力部から外部に出力される。2. Description of the Related Art As is well known, a gyrotron is an electron tube whose operating principle is a cyclotron maser action, and is used as a high frequency and large power source in the millimeter wave to submillimeter wave band. Such a gyrotron device includes an electron gun unit that generates an electron beam, a resonance cavity that interacts with a spirally moving electron beam, a collector unit that captures the electron beam after the interaction, and an electromagnetic wave externally. It is composed of an output part having a dielectric airtight window that is hermetically sealed so as to maintain the vacuum inside the tube and a magnet that gives a spiral motion to the electron beam. In this gyrotron device, all the microwave power generated in the resonant cavity during operation propagates through the circular waveguide and is output to the outside from the output except for some reflection at the output.
【０００３】最近、ブラソフ変換器によって電子ビーム
と高周波の行路を分離することが可能なブラソフ変換器
内蔵型ジャイロトロン装置が提案されている。この種の
ジャイロトロン装置では、ブラソフ変換器でモード変換
された高周波を幾つかのミラーを用いて光学的に方向変
換して伝送し、電子ビームとは別の方向例えば管軸に直
交する方向に出力している。Recently, there has been proposed a gyrotron device with a built-in Brasov converter capable of separating the electron beam and the high-frequency path by the Brasov converter. In this type of gyrotron device, the high frequency that has been mode-converted by the Brasov converter is optically converted by using some mirrors and transmitted, and is transmitted in a direction different from the electron beam, for example, in the direction orthogonal to the tube axis. It is outputting.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】従来、共振空胴は、電
気伝導度，熱伝導性に優れた銅（無酸素銅）で形成され
ているが、電磁波のジュール損失により空胴内壁面に熱
が生じ、この熱損失はジャイロトロンの高出力化に伴い
１〜２ＫＷ／ｃｍ2 程度、又はそれ以上になる。この熱
損失により、共振空胴部には熱応力がジャイロトロン動
作に応じ繰返し働く。この繰返し応力は、多結晶銅結晶
粒界のマイクロクラックを成長させ、やがて結晶粒界の
割れ，結晶隆起などを引き起こし、ジャイロトロン動作
に重大な影響を与えることになる。特に、繰返し負荷の
かかるパルス動作においては、材料疲労による破壊に至
ることもある。Conventionally, the resonance cavity is formed of copper (oxygen-free copper) having excellent electric conductivity and thermal conductivity. However, due to Joule loss of electromagnetic waves, the cavity inner wall is heated. Occurs, and this heat loss is 1 to 2 kW / cm 2 with the increase in output of the gyrotron. Degree or more. Due to this heat loss, thermal stress repeatedly acts on the resonant cavity according to the gyrotron operation. This repetitive stress causes microcracks at the polycrystalline copper grain boundaries to grow, eventually causing cracks at the grain boundaries, crystal bulges, and the like, which seriously affects the gyrotron operation. In particular, in pulsed operation to which a repetitive load is applied, destruction due to material fatigue may occur.
【０００５】この発明は、上記事情に鑑みなされたもの
で、繰返し熱応力による疲労破壊を抑制して高い安定動
作および長寿命化を図ったジャイロトロン装置を提供す
ることを目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide a gyrotron device which suppresses fatigue fracture due to repeated thermal stress and achieves high stable operation and long life.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】この発明は、中空旋回電
子ビームを発生する電子銃部と、この電子銃部のビーム
下流に設けられた共振空胴と、この共振空胴のビーム下
流に設けられたコレクタ部とを備えてなり、且つ共振空
胴を構成する空胴壁は銅の単結晶材で形成されてなるジ
ャイロトロン装置である。According to the present invention, an electron gun section for generating a hollow swirling electron beam, a resonance cavity provided downstream of the electron gun section, and a beam downstream of the resonance cavity are provided. A gyrotron device having a collector section formed therein and a cavity wall forming a resonance cavity made of a single crystal material of copper.
【０００７】[0007]
【作用】この発明によれば、共振空胴を構成する空胴壁
は銅の単結晶材からなるので、熱応力による結晶粒界の
割れや結晶隆起などが発生することなく、材料疲労によ
る破壊が抑制され高い安定動作および長寿命化を図るこ
とが出来る。According to the present invention, since the cavity wall forming the resonance cavity is made of a single crystal material of copper, the grain boundaries are not cracked or bulged due to thermal stress, and fracture due to material fatigue occurs. Is suppressed and high stable operation and long life can be achieved.
【０００８】[0008]
【実施例】以下、図面を参照して、この発明の一実施例
を詳細に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
【０００９】ジャイロトロン装置としてブラソフ変換器
内蔵型ジャイロトロン装置を例にとると、図１に示すよ
うに構成され、図中の符号１は中空旋回電子ビーム２を
発生する電子銃部である。この電子銃部１のビーム下流
には、次第に径小となるテーパ状電子ビーム導入部３が
配置され、この電子ビーム導入部３のビーム下流には、
共振空胴４が連続的に設けられている。この共振空胴４
のビーム下流には、ブラソフ変換器５が設けられ、この
ブラソフ変換器５のビーム下流に複数のミラー即ち曲面
ミラー６、平板状ミラー７、８、曲面ミラー９が設けら
れている。そして、最終段の曲面ミラー９に対応して、
気密窓１０を有する高周波出力部１１が管軸に直交する
方向に突設されている。更に、曲面ミラー９のビーム下
流にはコレクタ部１２が配置されている。又、電子銃部
１からブラゾフ変換器５へかけての外側には、外部磁石
１３，１４が配置され、各部に所定の磁界を与えてい
る。尚、図１中の符号１５は真空容器である。Taking a Brasov converter built-in type gyrotron device as an example of the gyrotron device, the gyrotron device is constructed as shown in FIG. A tapered electron beam introduction section 3 having a gradually smaller diameter is arranged downstream of the electron gun section 1 beam, and a beam downstream of the electron beam introduction section 3 is
The resonance cavity 4 is continuously provided. This resonant cavity 4
A Brasov converter 5 is provided downstream of this beam, and a plurality of mirrors, that is, curved mirrors 6, flat mirrors 7, 8 and a curved mirror 9 are provided downstream of the beam of this Brasov converter 5. And, corresponding to the curved mirror 9 at the final stage,
A high frequency output section 11 having an airtight window 10 is provided so as to project in a direction orthogonal to the tube axis. Further, a collector portion 12 is arranged downstream of the curved mirror 9 in the beam direction. Further, external magnets 13 and 14 are arranged outside the electron gun unit 1 to the Brazov converter 5 to apply a predetermined magnetic field to each unit. Reference numeral 15 in FIG. 1 is a vacuum container.
【００１０】さて、動作時には既述のように空胴壁に熱
損失が生じる。この熱損失は発振出力に比例し、発振周
波数の５／２乗に比例して増大するため、ジャイロトロ
ン装置の高出力化，高周波数化により大きな問題とな
る。現在、目標としている周波数〜１００ＧＨｚ，出力
０．５〜１ＭＷのジャイロトロン装置では、最大１〜２
ＫＷ／ｃｍ2 程度の熱損失に耐える共振空胴が求められ
ている。During operation, heat loss occurs in the cavity wall as described above. This heat loss is proportional to the oscillating output and increases in proportion to the 5/2 power of the oscillating frequency, which poses a serious problem due to the high output and high frequency of the gyrotron device. At present, in the gyrotron device with a target frequency of 100 GHz and an output of 0.5 to 1 MW, the maximum is 1 to 2
KW / cm 2 There is a need for a resonant cavity that can withstand some heat loss.
【００１１】そこで、この発明では共振空胴４を構成し
ている空胴壁４ａは、図２に示すように、銅の単結晶材
で形成されており、この発明の特徴となっている。具体
的には、例えば特公昭６１−３８１６０号公報に記載さ
れている方法により製造された銅の単結晶材から切削加
工により所定の形状に製作する。これに、前後の円筒部
材が気密ろう接される。Therefore, in the present invention, the cavity wall 4a forming the resonance cavity 4 is formed of a copper single crystal material as shown in FIG. 2, which is a feature of the present invention. Specifically, for example, a copper single crystal material manufactured by the method described in Japanese Patent Publication No. 61-38160 is manufactured into a predetermined shape by cutting. The front and rear cylindrical members are airtightly brazed to this.
【００１２】動作時には、電子銃部１から出射した電子
ビーム２は、外部磁石により発生した磁界、及び電子銃
部１のアノード・カソー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。そして、電子銃部１から共振空胴４に向かって緩や
かに増大する磁界により、旋回速度を増加させながら共
振空胴４へ入射する。共振空胴４において、励起された
高周波電磁界と相互作用を行ない、電子の運動エネルギ
は高周波エネルギに変換される。共振空胴４で発生した
高周波は、ブラソフ変換器５によってガウシアンビーム
に変換される。そして、各ミラー６、７、８、９により
電磁波ビーム１６の進行方向を変えて、出力部１１を通
って外部回路へ導かれる。この時、ブラソフ変換器５で
主ローブに変換されなかった成分や共振空胴４で発生し
た不要モード波は、出力部１１から直接出力されない。During operation, the electron beam 2 emitted from the electron gun unit 1 is changed by the magnetic field generated by the external magnet and the electric field applied between the anode and cathode of the electron gun unit 1.
It comes to perform a turning motion with a cyclotron frequency. Then, due to the magnetic field that gradually increases from the electron gun unit 1 toward the resonant cavity 4, it is incident on the resonant cavity 4 while increasing the turning speed. In the resonant cavity 4, it interacts with the excited high frequency electromagnetic field, and the kinetic energy of electrons is converted into high frequency energy. The high frequency generated in the resonant cavity 4 is converted into a Gaussian beam by the Brasov converter 5. Then, the traveling direction of the electromagnetic wave beam 16 is changed by each of the mirrors 6, 7, 8 and 9, and is guided to the external circuit through the output unit 11. At this time, the component not converted into the main lobe by the Brasov converter 5 and the unnecessary mode wave generated in the resonant cavity 4 are not directly output from the output unit 11.
【００１３】この時、共振空胴４の空胴壁４ａは銅の単
結晶材で形成されているため、繰返し応力によって、従
来見られた多結晶銅結晶粒界のマイクロクラックの成長
による結晶粒界の割れや結晶隆起が発生し共振空胴４の
破壊を招く恐れはない。更に、空胴壁４ａを冷却した場
合でも、冷媒による腐蝕や結晶粒界割れの発生が抑制さ
れる。こうして、高周波数で大電力出力が可能なジャイ
ロトロン装置が得られる。尚、この発明は上記のブラソ
フ変換器内蔵型ジャイロトロン装置に限らず、軸対称導
波管型ジャイロトロン装置にも適用出来ることは、言う
までもない。At this time, since the cavity wall 4a of the resonance cavity 4 is formed of a single crystal material of copper, the crystal grains due to the growth of microcracks in the polycrystalline copper grain boundaries, which have been conventionally observed, are caused by the repeated stress. There is no risk of breaking the resonance cavity 4 due to field breakage or crystal swelling. Furthermore, even when the cavity wall 4a is cooled, the corrosion of the refrigerant and the occurrence of grain boundary cracks are suppressed. Thus, a gyrotron device capable of high power output at a high frequency is obtained. Needless to say, the present invention can be applied not only to the above-mentioned Brasov converter built-in type gyrotron device but also to an axisymmetric waveguide type gyrotron device.
【００１４】[0014]
【発明の効果】この発明によれば、共振空胴は銅の単結
晶材で形成されているので、熱応力による結晶粒界の割
れや結晶隆起などが発生することなく、材料疲労による
破壊が抑制され高い安定動作および長寿命化を図ること
が出来る。According to the present invention, since the resonance cavity is made of a copper single crystal material, cracks and crystal bulges of crystal grain boundaries due to thermal stress do not occur, and destruction due to material fatigue does not occur. Stable operation and high life can be achieved.
【図１】この発明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 vertical sectional view showing a gyrotron device according to an embodiment of the present invention.
【図２】図１の要部を拡大して示す縦断面図。FIG. 2 is an enlarged vertical sectional view showing a main part of FIG.
１…電子銃部、２…中空旋回電子ビーム、３…電子ビー
ム導入部、４…共振空胴、４ａ…空胴壁、５…ブラソフ
変換器、６，９…曲面ミラー、７，８…平板状ミラー、
１０…気密窓、１１…出力部、１２…コレクタ部、１
３，１４…外部磁石、１５…真空容器。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electron gun part, 2 ... Hollow swirling electron beam, 3 ... Electron beam introduction part, 4 ... Resonant cavity, 4a ... Cavity wall, 5 ... Brasov converter, 6,9 ... Curved mirror, 7,8 ... Flat plate Shaped mirror,
10 ... Airtight window, 11 ... Output part, 12 ... Collector part, 1
3, 14 ... External magnet, 15 ... Vacuum container.
Claims (1)
と、この電子銃部のビーム下流に設けられた共振空胴
と、この共振空胴のビーム下流に設けられたコレクタ部
とを備えてなるジャイロトロン装置において、 上記共振空胴を構成する空胴壁は、銅の単結晶材で形成
されてなることを特徴とするジャイロトロン装置。1. An electron gun unit for generating a hollow swirling electron beam, a resonance cavity provided downstream of the beam of the electron gun unit, and a collector unit provided downstream of the beam of the resonance cavity. In the gyrotron device, the cavity wall forming the resonant cavity is formed of a copper single crystal material.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20660792A JPH0660817A (en) | 1992-08-03 | 1992-08-03 | Gyrotron device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20660792A JPH0660817A (en) | 1992-08-03 | 1992-08-03 | Gyrotron device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0660817A true JPH0660817A (en) | 1994-03-04 |
Family
ID=16526192
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20660792A Pending JPH0660817A (en) | 1992-08-03 | 1992-08-03 | Gyrotron device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0660817A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115810525A (en) * | 2022-11-21 | 2023-03-17 | 安徽华东光电技术研究所有限公司 | Resonance cavity of terahertz frequency band gyrotron and processing method thereof |
-
1992
- 1992-08-03 JP JP20660792A patent/JPH0660817A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115810525A (en) * | 2022-11-21 | 2023-03-17 | 安徽华东光电技术研究所有限公司 | Resonance cavity of terahertz frequency band gyrotron and processing method thereof |
| CN115810525B (en) * | 2022-11-21 | 2024-10-01 | 安徽华东光电技术研究所有限公司 | Resonant cavity of terahertz frequency band gyrotron and processing method thereof |
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