JPH08203441A - ジャイロトロン装置及びジャイロトロン装置の出力調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ジャイロトロン装置を小型化し、かつ操作
性、信頼性を向上させることを目的とする。 【構成】 電子ビーム９を射出する電子銃１と、永久磁
石２０及び電磁石３０、５０で構成され、射出電子に旋
回運動を起こさせる軸方向磁場を発生する磁場発生装置
と、旋回電子と固有モードで共振している高周波電磁場
との間でサイクロトロン共鳴メーザ作用を起こさせる空
胴共振器６と、この空胴共振器６内を通過した電子ビー
ム９を回収するコレクタ７と、サイクロトロン共鳴メー
ザ作用により発生した高周波１０を外部に取り出す出力
窓８と、永久磁石２０の温度を測定する温度測定手段７
０、８０とでジャイロトロン装置３００を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電子サイクロトロン
共鳴メーザ作用を利用した、マイクロ波またはミリ波を
発生するジャイロトロン、ジャイロクライストロン、ジ
ャイロＴＷＴなどの装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子ビームと空胴共振器の固有モードの
高周波電磁場との間の電子サイクロトロン共鳴メーザ相
互作用を利用した、上記のジャイロトロン装置は、例え
ば、特開昭５６−１０２０４５号公報に示されている。
この様な従来のジャイロトロン装置の概略を図３３に示
す。図３３において、１は電子ビーム９を取り出す電子
銃であり、２はカソード、３はカソード上の電子放出
部、４は第１アノード、５は第２アノードである。６は
上記電子ビームと高周波電磁場とが共鳴的に相互作用を
起こし、高周波１０を発生する空胴共振器、７は相互作
用を終えた電子ビームを回収するコレクタ、８は高周波
１０を取り出す出力窓であり、ジャイロトロン装置３０
０はこれら電子銃１、空胴共振器６、コレクタ７、出力
窓８等によりなるジャイロトロン２００と、電子ビーム
に旋回運動を与えるため、ジャイロトロン２００の軸方
向に磁場を発生する主電磁石１１と電子銃電磁石１２よ
り構成される。

【０００３】次に動作について説明する。電子銃１のカ
ソード上の電子放出部３から射出された電子ビームは、
カソード・第１アノード間の電界により加速され、電子
銃電磁石１２によって発生された磁場により、旋回運動
しながら軸方向にドリフトする。さらに、主電磁石１１
によって発生された強力な磁場によって電子ビームは圧
縮され、電子は磁場に対して垂直方向の速度を増大さ
せ、平行方向速度を減少させながら、空胴共振器６に入
る。上記主電磁石１１が発生する軸方向磁場によってサ
イクロトロン運動している電子は、通常円筒状空胴から
なる空胴共振器６における固有モードの高周波電磁場と
サイクロトロン共鳴メーザ相互作用し、電子の磁場に対
して垂直方向の速度成分によるエネルギーの一部は高周
波エネルギーに変換される。空胴共振器６で相互作用を
終えた電子ビームは、コレクタ７に回収され、空胴共振
器６で励起された高周波は、出力窓８を透過して外部に
取り出される。空胴共振器６において電子ビームのエネ
ルギーが効率的に高周波のエネルギーに変換されるの
は、次式が成り立つ時である。

【０００４】

【数１】

【０００５】ここでωは空胴共振器６における固有モー
ドの電磁場の共振角周波数、ｋ_z は固有モードの軸方向
波数、ｖ_z は電子の軸方向速度、ｓは高調波次数、Ω_c
は相対論的効果を考慮した電子のサイクロトロン角周波
数である。Ω_c は電子の電荷をｅ（絶対値）、空胴共振
器内での軸方向磁束密度をＢ、相対論的係数をγ、電子
の静止質量をｍ₀ とすると次式で与えられる。 Ω_c＝ｅＢ／γｍ₀ （２） （１）式からわかるように、電子ビームのエネルギーが
効率的に高周波のエネルギーに変換され、強力な電磁波
が発生するのは、（１）式の右辺が左辺より僅かに小さ
い時である。また、電子ビームの加速電圧をＶ_b [kV]と
すると、相対論的係数γは次式で与えられる。 γ＝１＋Ｖ_b／５１１ （３） したがって、電子ビームの加速電圧を変えるとγが変わ
るため、（１）式を満たすためには、（２）式より軸方
向磁束密度Ｂを調整する必要のあることがわかる。この
ようにジャイロトロン装置においては、磁場が本質的な
役割を果たしており、磁場を精度良く合わせることが、
ジャイロトロン装置を効率良く運転する上で重要であ
る。

【０００６】また、図３４は従来のジャイロトロン装置
の他の例である。図３３ではジャイロトロンの電子銃
は、カソード２と第１アノード４、第２アノード５から
なる３極型電子銃であるが、図３４ではカソード２とア
ノード１４からなる２極型電子銃が用いられている。２
極型電子銃を用いたジャイロトロン装置は、例えば雑誌
「Radiophys. Quantum Electron.」(Vol.18, No.2, 197
5, P.204 )に示されている。図３３の３極型電子銃も図
３４の２極型電子銃も、ともに中空状の電子ビームを射
出し、ジャイロトロンを動作させる上での働きは同じで
ある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来のジャイロトロン
装置は以上のように構成されており、電子に旋回運動を
与えるための主電磁石１１、電子銃電磁石１２には超電
導電磁石、または常電導電磁石、またはその両方を用い
た電磁石が使用されており、電子ビームの加速電圧に応
じて電磁石に流す電流を調整することにより、磁束密度
を最適値に合わせていた。（１）、（２）式から分かる
ように、高周波数の発振を得るためには、空胴共振器内
で高磁場が必要なため、例えば３０GHz 程度以上の発振
を得る場合は主電磁石には超電導電磁石が用いられ、そ
れ以下の周波数の発振を得る場合には、常電導電磁石が
利用されることが多い。しかし、超電導電磁石は一般に
高価であり、励磁するためには液体ヘリウムなどの冷媒
を供給するか、冷凍機を使って、極低温にまで電磁石を
冷却しなければならないなど、手間がかかり、また磁場
を急激に変化させることが難しいという問題があった。
一方、常電導電磁石では、高磁場の発生には大容量の励
磁電源が必要であり、大電力を消費すること、電磁石や
励磁電源を水冷などにより冷却する必要もあることなど
を考慮すると、ランニングコストが高くなるという問題
があった。

【０００８】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、ジャイロトロン装置を小型化
し、ランニングコストを極めて安くするとともに、操作
性を容易にし、信頼性も向上させることを目的としてい
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
るジャイロトロン装置は、ジャイロトロンの発振動作に
必要な軸方向磁場の発生を、永久磁石と電磁石から構成
される磁場発生装置で行わせるようにするとともに、上
記永久磁石の温度を測定する温度測定手段を設けたもの
である。

【００１０】また、この発明の請求項２に係るジャイロ
トロン装置は、永久磁石の温度を測定する温度測定手段
を設けるとともに、予め求められた、永久磁石の温度
と、所望の発振出力を得るために電磁石に流すべき励磁
電流との関係に基づき、温度測定手段で得られた上記永
久磁石の温度に対応して、電気信号を電磁石の励磁電源
に送り、上記励磁電流の不足分、または過剰分を調整
し、磁場発生装置が発生する磁束密度を制御する制御手
段を設けたものである。

【００１１】また、この発明の請求項３に係るジャイロ
トロン装置は、永久磁石と電磁石からなる磁場発生装置
において、上記電磁石を、永久磁石の温度変化による発
生磁場の変化を調整するための電磁石とジャイロトロン
の発振出力を制御するための電磁石とに分けて設置した
ものである。

【００１２】また、この発明の請求項４に係るジャイロ
トロン装置の出力調整方法は、永久磁石と電磁石で磁場
発生装置を構成するジャイロトロン装置において、上記
永久磁石の温度に応じて上記電磁石に流す励磁電流を変
化させ、上記永久磁石の温度変化より生ずる、所望の発
振出力を得るために必要な磁束密度の不足分、または過
剰分を調整するようにしたものである。

【００１３】また、この発明の請求項５に係るジャイロ
トロン装置は、ジャイロトロンの発振動作に必要な軸方
向磁場の発生を、永久磁石と電磁石から構成される磁場
発生装置で行わせるようにするとともに、上記磁場発生
装置が発生している磁場の磁束密度を測定する磁束密度
測定手段を設け、さらに測定された磁束密度と、予め求
められた、所望の発振出力を得るために必要な磁束密度
とを比較して、磁束密度の不足分、または過剰分に対応
する電気信号を、上記電磁石の励磁電源に送り、上記磁
束密度を調整する制御手段を設けたものである。

【００１４】また、この発明の請求項６に係るジャイロ
トロン装置は、磁場発生装置の構成要素の一つである電
磁石として、所望の発振出力を得るために必要な空胴共
振器における軸方向の磁束密度のうちの±１０％以下の
磁束密度を調節できる主磁場微調整電磁石を設置したも
のである。

【００１５】また、この発明の請求項７に係るジャイロ
トロン装置は、磁場発生装置の構成要素の一つである電
磁石として、所望の発振出力を得るために必要な電子銃
のカソード上の電子放出部における軸方向の磁束密度の
うちの±１０％以下の磁束密度を調節できる電子銃磁場
微調整電磁石を設置したものである。

【００１６】また、この発明の請求項８に係るジャイロ
トロン装置は、ジャイロトロンの発振動作に必要な軸方
向磁場の発生を、永久磁石と電磁石から構成される磁場
発生装置で行わせるようにするとともに、上記永久磁石
の温度を調節する温度制御機構を設けたものである。

【００１７】また、この発明の請求項９に係るジャイロ
トロン装置は、永久磁石の温度を測定する温度測定手段
を設け、上記温度制御機構は、永久磁石の温度が、予め
設定された温度に対して±２℃以内に納まるように永久
磁石の温度を調節するようにしたものである。

【００１８】また、この発明の請求項１０に係るジャイ
ロトロン装置は、永久磁石が発生している磁束密度を測
定する磁束密度測定手段を設け、前記温度制御機構は、
永久磁石が発生している磁束密度が、予め設定された磁
束密度に対して±０．２％以内に納まるように永久磁石
の温度を調節するようにしたものである。

【００１９】また、この発明の請求項１１に係るジャイ
ロトロン装置は、ジャイロトロンの電子銃部あるいは電
磁石の少なくとも一方を冷却する冷却手段を設けたもの
である。

【００２０】

【作用】請求項１記載のジャイロトロン装置は、ジャイ
ロトロンの発振動作に必要な軸方向磁場の発生を、永久
磁石と電磁石から構成される磁場発生装置で行わせるよ
うにし、かつ上記永久磁石の温度を測定して、永久磁石
の温度変化による発生磁場の磁束密度の変化を調整でき
るようにすることによって、信頼性を向上させている。

【００２１】請求項２記載のジャイロトロン装置は、例
えば、永久磁石の温度測定手段と、磁場発生装置が発生
する磁束密度を制御する制御手段を設け、上記制御手段
において、予め求められた、永久磁石の温度と、ジャイ
ロトロンで所定の周波数の発振と所望の発振出力を得る
ために電磁石に流すべき励磁電流との関係を表すデータ
に基づき、永久磁石の温度に対応して、励磁電流の不足
分、または過剰分に対応する電気信号を上記電磁石の励
磁電源に送り、上記励磁電流の不足分、または過剰分を
調整するようにしたので、温度変化があっても、容易に
所望の発振出力が得られ、信頼性、操作性が向上する。

【００２２】請求項３記載のジャイロトロン装置は、永
久磁石と電磁石からなる磁場発生装置において、上記電
磁石を、永久磁石の温度変化による発生磁場の変化を調
整するための電磁石とジャイロトロンの発振出力を制御
するための電磁石とに分けたものであるので、永久磁石
の温度変化による発生磁場の変化を容易に調整すること
ができ、ジャイロトロンから所望の発振出力を得る場合
の操作性を容易にしている。

【００２３】請求項４記載のジャイロトロン装置の出力
調整方法は、永久磁石と電磁石で磁場発生装置を構成す
るジャイロトロン装置に対し、永久磁石の温度に応じて
電磁石に流す励磁電流を変化させて、上記永久磁石の温
度変化より生ずる、所望の発振出力を得るために必要な
磁束密度の不足分、または過剰分を調整するようにして
いるので、温度変化があっても所望の発振出力が得ら
れ、信頼性が上がる。

【００２４】請求項５記載のジャイロトロン装置は、磁
場発生装置が発生している磁束密度を測定する磁束密度
測定手段、及び上記磁束密度を制御する制御手段を設
け、上記制御手段において、測定された磁束密度と、予
め求めてあったジャイロトロンで所定の周波数の発振と
所望の発振出力を得るために必要な磁束密度とを比較し
て、磁束密度の不足分、または過剰分に対応する電気信
号を電磁石の励磁電源に送り、磁束密度の不足分、また
は過剰分を調整するようにしたので、温度変化があって
も、容易に所望の発振出力が得られ、信頼性、操作性が
向上する。

【００２５】請求項６記載のジャイロトロン装置は、磁
場発生装置の構成要素の一つである電磁石として、ジャ
イロトロンの所定の発振動作に必要な空胴共振器におけ
る軸方向の磁束密度のうち±１０％以下の磁束密度を調
整できる主磁場微調整電磁石を設置したものであり、ジ
ャイロトロン装置を小型にし、ランニングコストを極め
て安くするとともに、操作性を容易にする。

【００２６】請求項７記載のジャイロトロン装置は、磁
場発生装置の構成要素の一つである電磁石として、ジャ
イロトロンの所定の発振動作に必要な電子銃のカソード
上の電子放出部における軸方向の磁束密度のうちの±１
０％以下の磁束密度を調節できる電子銃磁場微調整電磁
石を設置したものであり、ジャイロトロン装置を小型に
し、ランニングコストを極めて安くするとともに、操作
性を容易にする。

【００２７】請求項８記載のジャイロトロン装置は、永
久磁石の温度を制御し、永久磁石が発生している磁束密
度の変動を抑えることによって、永久磁石が置かれた周
囲の温度変化にあわせて磁場微調整電磁石の電流値を調
整しなくても、ジャイロトロンから所定の発振出力が得
られ、どのような気温の場所でも運転できる信頼性の高
い、取り扱いの容易なジャイロトロン装置を提供する。

【００２８】請求項９記載のジャイロトロン装置は、永
久磁石の温度を測定して、永久磁石の温度を予め設定さ
れた温度に対して±２℃の範囲内に納まるようにし、永
久磁石が発生している磁束密度の変動を小さく抑えるこ
とによって、磁場微調整電磁石に流す電流を、永久磁石
が置かれた周囲の温度変化にあわせて調整しなくても、
ジャイロトロンから所定の発振出力が得られる、信頼性
の高い、取り扱いの容易なジャイロトロン装置を提供す
る。

【００２９】請求項１０記載のジャイロトロン装置は、
永久磁石が発生している磁束密度を測定して、永久磁石
の温度変化による磁束密度の変動を最適磁束密度から±
０．２％の範囲内に抑えるようにすることによって、磁
場微調整電磁石に流す電流を永久磁石が置かれた周囲の
温度変化にあわせて調整しなくてもジャイロトロンから
所定の発振出力が得られる、信頼性の高い、取り扱いの
容易なジャイロトロン装置を提供する。

【００３０】請求項１１記載のジャイロトロン装置は、
磁場微調整電磁石に流す電流による発熱、および電子銃
のカソードにおける発熱を冷却しているので、永久磁石
の温度を変化させることがなく、したがって永久磁石が
発生している磁束密度の変化を抑えることができるた
め、信頼性の高いジャイロトロン装置となる。

【００３１】

【実施例】

実施例１．この発明の実施例１によるジャイロトロン装
置を図について説明する。図１において、図３３、また
は図３４と同一符号を付したものは、各々従来のジャイ
ロトロン装置と同一、または相当のものである。２０は
永久磁石であり、例えば雑誌「International Journal
of Infrared and Millimeter Waves」（Vol.14, No.4,
1993, P.783 ）に示されるような方法により軸方向磁場
を発生してもよいし、図２（ａ）（ｂ）に示すように、
台形状の磁石切片２６を複数個各々径方向に磁化した
後、ドーナツ状に組み合わせて、外部形状及び内部形状
が多角形であり、磁化方向が略々径方向の筒状永久磁石
２５ａ〜２５ｈを構成し、さらにこの筒状永久磁石を軸
方向に複数個配置する構成でも軸方向磁場を発生させる
ことができる。また、この永久磁石２０はジャイロトロ
ン２００の軸方向の全長にわたって、ジャイロトロンの
発振動作に必要な磁場の大部分を発生し、さらにこの磁
石２０と空胴共振器６付近に置かれた主磁場微調整電磁
石３０の両方でジャイロトロン２００の発振動作に必要
な軸方向の磁束密度を空胴共振器内に発生する。また、
５０は電子銃磁場微調整電磁石であり、永久磁石２０と
ともに電子銃の動作に必要な軸方向の磁束密度をカソー
ド２の電子放出部付近に発生する。７０は永久磁石の温
度を検出するための温度検出器で、例えば熱電対やサー
ミスタが用いられる。８０は温度検出器７０からの信号
を受け、温度測定する本体装置である温度測定装置であ
る。３００はジャイロトロン２００と、永久磁石２０及
び電磁石３０、５０から構成される磁場発生装置と、温
度検出器７０と、温度測定装置８０とからなるジャイロ
トロン装置を示している。

【００３２】磁場発生装置を永久磁石と電磁石から構成
したジャイロトロン装置に関する先行技術が、同一出願
人による特願平６−３１５１３３号明細書によって出願
されている。本発明は、上記出願で示されたジャイロト
ロン装置の操作性をさらによくしたものである。

【００３３】既に記したように、ジャイロトロンの発振
動作には磁場が本質的な役割を果たしており、空胴共振
器６において発振させたい固有モードの発振周波数にあ
わせて、磁場を精度良く調整することが、ジャイロトロ
ン装置を効率良く運転する上で重要である。前記
（１）、（２）式からわかるように、高周波数の発振を
得るためには、空胴共振器６において高磁場が必要であ
ることから、従来のジャイロトロン装置の磁場発生装置
には、常電導電磁石、または超電導電磁石、あるいはそ
の両方が用いられてきた。電磁石は、発生させる磁場を
容易に調整できるため、電子ビームの加速電圧やビーム
電流値に合わせて発振出力を制御する上で便利である。
しかし、常電導電磁石の励磁には大容量の励磁電源が必
要で、消費電力も大きく、また励磁電源や電磁石を水冷
するなどにより冷却する必要がある。一方、超電導電磁
石は一般に高価であり、液体ヘリウムなどで極低温にま
で冷却する必要があるなど、いずれの電磁石を使用する
においても初期コスト、ランニングコストが大きく、取
扱い上の手間もかかるという問題がある。

【００３４】しかし、図１のように永久磁石と電磁石の
両方を用いた磁場発生装置を用いるとこの問題は解消す
る。例えば、電子ビームの加速電圧がＶ_b ＝２０kVの
時、（３）式より、γ＝１．０４であり、２倍高調波発
振で周波数２８GHz の発振を得るためには（１）式でｓ
＝２であるから、この式と（２）式より空胴共振器６に
おいて約５．２kGより少し小さい程度の軸方向磁束密度
が必要である。このうちの例えば５kGを永久磁石２０に
よって発生させ、残りの約０．２kGを主磁場微調整電磁
石３０で発生させれば、励磁電源は小型でもよく、消費
電力は少なくてすむ。なお、電子銃１から射出される電
子ビームの特性は、電子ビームの加速電圧やビーム電流
値の他に、電子銃１付近での磁束密度によっても変化
し、空胴共振器６において発生する高周波出力に微妙な
影響を及ぼすことがわかっている。したがって、ジャイ
ロトロンの電子銃１付近の磁束密度も微調整できること
が望ましい場合もあり、図１では、永久磁石２０以外に
電子銃磁場微調整電磁石３１も設置している。

【００３５】次に本実施例のジャイロトロン装置の運転
方法について説明する。上述したように、例えば２倍高
調波発振で周波数２８GHz の発振を得るためには、空胴
共振器６において約５．２kGの軸方向磁束密度が必要で
ある。５．２kGうち例えば５kGを永久磁石２０によって
発生させ、残りの約０．２kGを主磁場微調整電磁石３０
で発生させるものとする。一般に永久磁石は、使用時の
温度が異なると、発生する磁束密度も異なる性質があ
る。この特性を決める残留磁束密度温度係数は磁石材料
などによって異なるが、例えばネオジム系磁石では−
０．１％／℃程度である。したがって、例えばジャイロ
トロン装置の運転時の温度が１０℃異なると永久磁石の
発生する磁場の磁束密度に約５０G の差ができるため、
（永久磁石の温度が上がると発生している磁束密度は減
少し、温度が下がると発生している磁束密度は増加す
る。）ジャイロトロンの発振出力の制御を行うために
は、温度変化による永久磁石の発生する磁場の磁束密度
の変化も考慮して、主磁場微調整電磁石３０に流す電流
を調整する必要がある。図３はこの運転方法を説明する
グラフである。図３（ａ）は永久磁石の温度をパラメー
タにとり、ある電子ビームの加速電圧、ある電子ビーム
電流で、電磁石３０に流す電流を変えた時のジャイロト
ロンからの発振出力の変化を示したものである。永久磁
石２０の温度が２０℃の時、電磁石３０に流す電流を５
A 程度にすれば発振出力１０kWの最大値が得られるが、
永久磁石の温度が１０℃に下がると永久磁石が発生して
いる磁場の磁束密度は増加するため、１０kWの発振出力
を得るためには、その増加する分だけ電磁石が発生する
磁場を用いて磁束密度を調整する必要があり、逆に永久
磁石の温度が３０℃に上がると永久磁石が発生している
磁場の磁束密度は減少するため、その減少する分だけ電
磁石が発生する磁場を用いて磁束密度を調整する必要が
ある。さらに、図３（ａ）は永久磁石が同一温度でも電
磁石３０に流す電流を変えると空胴共振器における磁束
密度が変化するため、ジャイロトロンの発振効率が変化
し、発振出力も変わることを示している。即ち、電磁石
３０に流す電流を変えることによって、発振出力を制御
することができる。また、図３（ｂ）は発振出力をパラ
メータにとり、永久磁石の温度が変化したとき、同一の
発振出力を得るために必要な電磁石３０に流す電流を示
したものである。ジャイロトロン装置を運転する場合に
は、図３（ａ）や図３（ｂ）に示す関係を予め求めてお
き、永久磁石に取り付けられた温度検出器７０で永久磁
石の温度を測定して、その温度で所望の発振出力を得る
ために必要な電磁石３０に流すべき電流を、上記関係を
用いて読みとり、その電流を流せば所望の発振出力が得
られる。なお、図１では、温度検出器７０は８か所に設
置されているが、永久磁石の温度としては、その平均温
度をとってもよいし、空胴共振器などのジャイロトロン
の動作上重要な部分に近い所の温度を採用し、その他の
部分の温度は参考として見ておくというのでもよい。ま
た、温度検出器７０を永久磁石の温度をよく反映してい
る部分の１か所に設置するのでもよい。

【００３６】また、図３のグラフは一つの例として上げ
たものであり、ジャイロトロンの発振出力の最大値は１
０kW以上でもよく、また主磁場微調整電磁石３０に流す
電流や永久磁石の温度も異なる領域の例も考えられる。
さらに、ジャイロトロンのカソードとアノード間に印加
する電子ビームの加速電圧や電子ビーム電流によって
も、所定のジャイロトロンの発振出力を得るための主磁
場微調整電磁石３０に流す電流は異なるが、必要に応じ
ていろいろな場合のデータを取っておけば、上記と同様
の方法でジャイロトロン装置を運転すればよい。また、
永久磁石２０が発生している軸方向磁場の磁束密度が、
ジャイロトロンの発振動作に必要な磁束密度を越えてい
る場合には、主磁場微調整電磁石３０が発生する磁場の
方向が、永久磁石が発生している磁場の向きとは逆方向
になるように流せばよい。さらに、この場合の電流の向
きを負方向の電流として定義すると、ある温度での永久
磁石２０の発生している軸方向磁場の磁束密度が、ジャ
イロトロンのある動作パラメータでの最適値である時に
は、永久磁石の温度が変化した場合や、ジャイロトロン
の発振出力の制御のためには主磁場微調整電磁石３０に
は正、負にまたがった電流を流すことになる場合もあ
る。

【００３７】また、上記のことは電子銃付近の磁場につ
いても同様のことが言える。この場合図３（ａ）の横軸
や（ｂ）の縦軸は、電子銃磁場微調整電磁石５０に流す
電流となる。さらに、永久磁石の温度変化による発生磁
場の変化の調整を行い、ジャイロトロンの発振出力を制
御することは、主磁場微調整電磁石３０と電子銃磁場微
調整電磁石５０の両方を用いてもよいし、可能な場合に
はどちらか一方を用いて行ってもよい。

【００３８】実施例２．この発明の実施例２によるジャ
イロトロン装置を図４を用いて説明する。図において、
７１は温度検出器、８１は温度測定装置である。実施例
１では、永久磁石２０の温度を測定する温度検出器７０
は、ジャイロトロン２００が設置される永久磁石２０の
内側壁面に取り付けられていたが、必ずしも内側でなく
てもよく、永久磁石の温度を反映する位置であれば図４
のように外側に取り付けてもよく、またその取り付け個
所は図のように１個所でもよいし、永久磁石の温度の均
一性を知るために２個所以上であってもよい。また、ジ
ャイロトロン２００を永久磁石２０に設置した状態であ
れば、ジャイロトロン２００と永久磁石２０の温度はほ
ぼ同じであるので、温度検出器７０を図５に示すよう
に、ジャイロトロン２００の側に取り付けてもよく、さ
らには、ジャイロトロン本体と永久磁石２０を接続する
ためのフランジ１３に取り付けてもよい。

【００３９】実施例３．この発明の実施例３によるジャ
イロトロン装置を図６を用いて説明する。実施例１や実
施例２では主磁場微調整電磁石３０や電子銃磁場微調整
電磁石５０はともに１個の電磁石であったが、必ずしも
１つである必要はなく、図６のようにそれぞれ２個或い
は３個以上の主磁場微調整電磁石３１、３２、及び電子
銃磁場微調整電磁石５１、５２から構成されていてもよ
い。また、主磁場微調整電磁石と電子銃磁場微調整電磁
石を構成する電磁石の数が等しい必要もない。永久磁石
２０の温度変化による軸方向磁場の磁束密度の変化分を
調整すること、及びジャイロトロンの発振出力の制御の
目的のために、必要な個数を配置すればよい。また、そ
れらの電磁石はそれぞれが独立に励磁できても、あるい
は電磁石を直列に接続して、１つの電源で励磁できるよ
うにしておいてもよい。

【００４０】実施例４．この発明の実施例４によるジャ
イロトロン装置を図７を用いて説明する。永久磁石２０
の温度は、永久磁石に取り付けられた温度検出器によっ
て観測するのが厳密な測定法である。しかし、例えば永
久磁石が長時間、比較的温度変化の緩やかな一定の場所
に置かれている場合には、永久磁石の温度は永久磁石が
置かれている場所の温度と同程度と考えられる。その場
合には、その場所の温度を永久磁石の温度と考えて、図
３（ａ）、（ｂ）のデータに基づいてジャイロトロン装
置を運転してもよい。即ち、図７に示すように、永久磁
石が置かれている場所に設置されている温度計８５で温
度を読み、その温度を永久磁石２０の温度として、図３
（ａ）、（ｂ）のデータから所望の発振出力を得るため
に必要な主磁場微調整電磁石３０、及び電子銃磁場微調
整電磁石５０に流す電流を決める。

【００４１】実施例５．この発明の実施例５によるジャ
イロトロン装置を図８を用いて説明する。図８におい
て、９１は主磁場微調整電磁石３３の励磁電源、９５は
電子銃磁場微調整電磁石５３の励磁電源である。７２は
永久磁石２０の温度を測定するための温度検出器、８２
は温度測定装置８０からの出力を受けて、励磁電源９１
及び９５の出力電流を制御するための制御装置である。
また、温度測定装置８０や制御装置８２に、温度表示機
能を付加しておいてもよい。既に記したように永久磁石
２０が発生する磁場の磁束密度は、永久磁石の温度に依
存して変動する。制御装置８２には、図３（ａ）（ｂ）
に示されているものと同様のデータ、即ち永久磁石の温
度をパラメータにとった時、電磁石３３、５３に流れる
電流に対する発振出力を表すデータ、及び適当な発振出
力で一定値を維持する場合の永久磁石の温度に対する電
磁石３３、５３に流すべき電流のデータが、数値的また
は数式的に入力されている。したがって、制御装置８２
は、所望の発振出力を得るために、その時の永久磁石２
０の温度での電磁石３３、５３に流すべき電流値を求
め、その電流値に対応する制御信号を励磁電源９１、９
５に送る。励磁電源９１、９５はその制御信号にしたが
って電磁石３３、５３に励磁電流を流し、これによって
ジャイロトロンから所望の出力の発振が得られる。ま
た、必要ならば制御装置８２が永久磁石２０の温度も表
示するようにしておく。制御装置８２としてはパーソナ
ルコンピューターなどを用いればよい。また、図８では
温度検出器７２は、永久磁石２０の内壁に取り付けられ
ていたが、必ずしも内壁でなくてもよい。永久磁石の温
度を反映する位置であれば図４に示したように外側に取
り付けても良い。

【００４２】実施例６．この発明の実施例６によるジャ
イロトロン装置を図９を用いて説明する。実施例５では
永久磁石に取り付けられた温度検出器は１個であった
が、図９に示すように２個以上の温度検出器７３を取り
付けてもよい。この場合、制御装置８３は上記各温度検
出器７３が検出した温度の平均温度にしたがって、所望
の発振出力を得るための電磁石３４、５４に流すべき電
流値を求め、その電流値に対応する制御信号を励磁電源
９２、９６におくる。また、必要ならば温度測定装置８
０、あるいは制御装置８３または両方に永久磁石の各部
の温度、またはその平均温度を表示する機能を付加して
おいてもよい。

【００４３】実施例７．この発明の実施例７によるジャ
イロトロン装置を図１０を用いて説明する。図１０にお
いて、４０は温度変化による磁場変化調整用の主磁場微
調整電磁石であり、永久磁石の温度変化による発生磁場
の空胴共振器付近の磁束密度の変化を調整するための電
磁石である。４５は発振出力を調整するための出力制御
用の主磁場微調整電磁石である。また、６０は温度変化
による磁場変化調整用の電子銃磁場微調整電磁石であ
り、永久磁石の温度変化による発生磁場の電子銃付近の
磁束密度の変化を調整するための電磁石である。６５は
発振出力を調整するための出力制御用の電子銃磁場微調
整電磁石である。このように本実施例では、磁場発生装
置の構成要素である電磁石を、永久磁石の温度変化によ
る発生磁場の変化を調整するための電磁石とジャイロト
ロンの発振出力を制御するための電磁石とに分けて設置
している。図３（ａ）から分かるように、永久磁石２０
のそれぞれの温度について、電磁石に流す電流に対する
発振出力を示すそれぞれのグラフは、横軸である電磁石
に流す電流に関して平行移動した形になっている。これ
は、永久磁石の温度が均一ならば、温度変化による発生
磁場の変化の割合はいたるところ同一で残留磁束密度温
度係数にしたがって変化するからである。したがって、
永久磁石の温度が変化してもジャイロトロンからの発振
出力を同じにしておきたい場合には、永久磁石の温度変
化による発生磁場の磁束密度の変化分のみを磁場発生装
置の構成要素である電磁石で調整すればよい。図１０で
上記の役割を果たすのが電磁石４０と電磁石６０であ
り、一方、電磁石４５と電磁石６５は発振出力の制御の
みに用いる電磁石である。ただし、図１０において、電
磁石４５と電磁石６５の励磁電源とその制御装置は省略
されている。

【００４４】次に図３（ａ）を用いて運転する方法につ
いて説明する。永久磁石の温度変化を考えるには基準と
なる温度を決めておく必要があるが、ここでは２０℃を
基準に取るものとする。永久磁石の温度が２０℃のとき
には主磁場微調整電磁石に約５A の電流を流すと約１０
kWの発振出力が得られる。この約５A の電流によって生
じる磁束密度の発生を図１０では電磁石４０と電磁石４
５によって発生させるが、それぞれの電磁石に流す電流
の割合は適当に決め、それを基準とする。電子銃磁場微
調整電磁石についても同様に決め、それを基準にするも
のとする。ジャイロトロン装置運転中に永久磁石２０の
温度が２０℃から変化しなければ、発振出力の調整はす
べて電磁石４５、または電磁石６５、あるいは両方の電
磁石を用いて行う。もし、永久磁石２０の温度が変化し
ていく場合には、永久磁石の残留磁束密度温度係数から
決まる発生磁束密度の変化分を補正するため、温度測定
装置８０からの信号を受けた制御装置８２が、電磁石４
０及び電磁石６０の励磁電源９１、９５に必要な電流を
供給するように制御する。このようにすると、電磁石や
その励磁電源の個数は増加するが、ジャイロトロン装置
運転上の磁束密度の制御を容易にするという利点があ
る。なお、図１０では温度変化による磁場変化調整用の
電磁石４０、６０が内側に巻かれ、出力制御用の電磁石
４５、６５が外側に巻かれているが、この位置関係は逆
でもよい。

【００４５】実施例８．この発明の実施例８によるジャ
イロトロン装置を図１１を用いて説明する。図１１で
は、温度変化による磁場変化調整用の主磁場微調整電磁
石４１と温度変化による磁場変化調整用の電子銃磁場微
調整電磁石６１とが直列に接続されている。実施例７で
も述べたように、永久磁石の温度変化による発生磁場の
変化の割合はいたるところ同一であるから、空胴共振器
付近で永久磁石が発生している磁束密度と電子銃付近で
永久磁石が発生している磁束密度の比を考慮して、電磁
石４１と電磁石６１のコイル巻数比を選択しておけば、
磁場微調整電磁石の励磁電源９０ひとつを用いて、電磁
石４１と電磁石６１に同一電流を流すことにより、永久
磁石の温度変化による発生磁場の変化を調整することが
できる。このようにすることによって、永久磁石の温度
変化による発生磁場の変化を調整するための磁場微調整
電磁石の励磁電源の数を減らすことができる。また、図
１１では電磁石４１と電磁石６１のコイルは別々に巻い
てあるように描かれているが、永久磁石内の各場所にお
ける永久磁石の発生磁束密度を考慮して、コイルを連続
的に巻いてもよい。

【００４６】実施例９．この発明の実施例９によるジャ
イロトロン装置を図１２を用いて説明する。図１２にお
いて、７７は例えばホール素子のような磁束密度測定素
子、８７は磁束密度測定素子７７からの出力を受け、磁
束密度を測定する本体装置である磁束密度測定装置、８
４は磁束密度測定装置からの信号を受けて主磁場微調整
電磁石３５の励磁電源９３及び、電子銃磁場微調整電磁
石５５の励磁電源９７の出力電流を制御するための制御
装置である。また、この磁束密度測定装置８７や制御装
置８４には、磁束密度表示機能を付加しておいてもよ
い。

【００４７】既に記したように永久磁石２０が発生する
磁場の磁束密度は、永久磁石の温度に依存して変動する
が、図１２のジャイロトロン装置では、磁束密度測定素
子７７と磁束密度測定装置８７を用いて、発生磁場の軸
方向の磁束密度を直接測定し、制御装置８４を用いて所
望の発振出力を得るための磁束密度と比較して、磁束密
度の不足分、または過剰分を調整するように主磁場微調
整電磁石３５、電子銃磁場微調整電磁石５５のそれぞれ
の励磁電源９３、９７に信号を送り、必要な電流を流す
ようになっている。図１３（ａ）は、適当な電子ビーム
の加速電圧と電子ビーム電流の時の空胴共振器付近の軸
方向の磁束密度に対する発振出力の依存性であり、同図
（ｂ）は、同図（ａ）と同一の電子ビームの加速電圧と
電子ビーム電流の時のカソード付近の軸方向の磁束密度
に対する発振出力の依存性である。同図（ａ）ではカソ
ード付近の磁束密度は一定の値に固定されており、空胴
共振器付近の軸方向の磁束密度がＢ₀ の時に最大の発振
出力が得られ、また同図（ｂ）では空胴共振器付近の軸
方向の磁束密度が一定の値に固定されており、カソード
付近の軸方向の磁束密度がＢ_k の時に最大の発振出力が
得られている。したがって、永久磁石の温度が変化し、
そのために発生磁場の磁束密度が変化しても、図１３
（ａ）、（ｂ）に示されたグラフにしたがって所望の発
振出力を得るための磁束密度の不足分、または過剰分を
電磁石で調整すれば、所望の発振出力を得ることができ
る。図１２では空胴共振器付近及び、カソード付近に磁
束密度測定素子７７が置かれており、これを利用して、
図１３（ａ）、（ｂ）のデータを取り、そのデータを数
値的または、数式的に制御装置８４に記憶させておけ
ば、永久磁石２０の温度が変化して、永久磁石が発生す
る磁場の磁束密度が変化しても所望の発振が得られるよ
うに、制御装置８４が励磁電源９３、９７を制御して電
磁石３５、５５に流す電流を調節する。

【００４８】実施例１０．この発明の実施例１０による
ジャイロトロン装置を図１４を用いて説明する。図１２
では磁束密度測定素子７７は、主磁場微調整電磁石３５
や電子銃磁場微調整電磁石５５の内側に設置されていた
が、内側に設置することが困難な場合には、図１４に示
すように、主磁場微調整電磁石３５や電子銃磁場微調整
電磁石５５の近くで、永久磁石２０が発生している磁場
に、上記の各々の電磁石が発生する磁場の一部を加えた
磁場を検出できる位置に設置してもよい。この場合、磁
束密度測定素子７７が検出する磁束密度は、空胴共振器
付近の磁束密度やカソード付近の磁束密度とは必ずしも
一致しない場合があるが、図１３に相当するグラフを作
成することはできる。即ち、図１３（ａ）に相当するグ
ラフでは主磁場微調整電磁石３５の近くに設置された磁
束密度測定素子７７が検出する磁束密度を横軸にとれば
よく、図１３（ｂ）に相当するグラフでは電子銃磁場微
調整電磁石５５の近くに設置された磁束密度測定素子７
７が検出する磁束密度を横軸にとればよい。

【００４９】実施例１１．この発明の実施例１１による
ジャイロトロン装置を図１５を用いて説明する。図１２
では磁束密度測定素子７７は空胴共振器付近やカソード
付近に設置され、永久磁石２０が発生する磁場に主磁場
微調整電磁石３５や電子銃磁場微調整電磁石５５が発生
する磁場を加えた全軸方向磁場の磁束密度を測定するよ
うにしたが、永久磁石２０の温度が比較的均一な場合に
は、永久磁石２０が発生する磁場を検出できる位置であ
れば、上記電磁石３５、５５から離れたところに磁束密
度測定素子７８を設置してもよい。図１５では、磁束密
度測定素子７８は主磁場微調整電磁石３５や電子銃磁場
微調整電磁石５５が発生する磁場の影響を受けない所に
設置されている。永久磁石２０の温度が比較的均一な場
合には、永久磁石の温度変化による発生磁場の変化の割
合はいたるところ同一である。即ち、永久磁石の温度変
化により、図１５で磁束密度測定素子７８が置かれた位
置の磁束密度が、例えば０．５％増加したならば空胴共
振器付近の磁束密度もカソード付近の磁束密度もともに
０．５％増加している。そして、繰り返し述べてきたよ
うに、永久磁石の温度と発生している磁場の磁束密度と
の関係は、残留磁束密度温度係数に依存しており、ある
場所の磁束密度を測定することにより、永久磁石の温度
を知ることができる。したがって、図３（ａ）（ｂ）の
永久磁石２０の温度の代わりに磁束密度測定素子７８が
検出する磁束密度をとれば、図３に相当するデータを取
ることができる。このデータをグラフにした例を図１６
に示す。図１６では一つのデータを取るときには、電子
銃磁場微調整電磁石５５に流す電流は、適当な値で固定
されている。

【００５０】ジャイロトロン装置の運転は、例えば図１
６（ａ）のグラフを用いて次のようにする。例えば、磁
束密度測定素子７８が検出した磁束密度がＢ₂[G]であっ
たならば、約１０kWの発振出力を得るためには、主磁場
微調整電磁石３５には約５Aの電流を流し、また電磁石
３５に流す電流を適当に変えることによって発振出力を
調整することができる。磁束密度測定素子７８が測定し
た磁束密度がＢ₁やＢ₃であった時には、それぞれの曲線
に基づいて電磁石３５に流す電流を決めればよい。ま
た、図１６（ｂ）のグラフを用いても、同様に電磁石３
５に流す電流を決めることができる。

【００５１】電子銃磁場微調整電磁石５５に流す電流に
ついても同様のことが言える。この場合のグラフは、図
１６（ａ）の横軸や（ｂ）の縦軸は電子銃磁場微調整電
磁石５５に流す電流となる。このデータを取るときに
は、主磁場微調整電磁石３５に流す電流は適当な値に固
定しておく。また、永久磁石２０の温度変化による発生
磁場の変化の調整を行い、ジャイロトロンの発振出力を
調整することは、主磁場微調整電磁石３５と電子銃磁場
微調整電磁石５５の両方を用いてもよいし、可能な場合
にはどちらか一方でもよい。

【００５２】実施例１２．この発明の実施例１２による
ジャイロトロン装置を図１７を用いて説明する。既に述
べたように、（３）式からわかるように電子ビームの加
速電圧が変化すると、空胴共振器おいて所定の周波数の
発振に必要な磁束密度も変化する。しかし例えば、Ｖ_b
＝２０ｋＶ〜４０ｋＶの間で動作させるものとすれば、
γ＝１．０４〜１．０８であるので、２倍高調波発振で
２８GHz の周波数の発振を得るためには、空胴共振器に
おいて約５．２kG〜５．４kGの範囲の軸方向磁束密度が
発生できればよい。また、永久磁石の温度変化による発
生磁場の変化の特性を決める残留磁束密度温度係数は、
磁石材料によって異なるが、例えばネオジム系磁石で
は、−０．１％／℃程度である。したがって、５．２kG
〜５．４kGの間をとって軸方向磁束密度が５．３kG程度
の永久磁石を製作し、製作時の温度が２０℃であったと
すると、永久磁石の温度が４０℃の時には約５．１９k
G、０℃の時には約５．４１kGとなり、２％程度の変化
である。さらに、永久磁石が発生する磁束密度に関する
設計値と実物との誤差は２〜３％程度には抑えられる。
したがって、電子ビームの加速電圧を広い範囲で変えな
い場合には、永久磁石の±２０℃程度の温度変化とあわ
せても、設計値からの誤差は１０％以下におさまる。し
たがって、空胴共振器付近に設置された主磁場微調整電
磁石は、設計値の周波数の発振を得るために必要な磁束
密度の１０％を発生できる能力があれば、電子ビームの
加速電圧を広い範囲で変えない場合には、実用上問題の
無い場合が多い。図１７の主磁場微調整電磁石３６は、
所望の周波数で、所望の発振出力を得るために、必要な
磁束密度の１０％を発生できる程度の電磁石である。こ
のようにすることによって、主磁場微調整電磁石の励磁
電源は小型、軽量になり、消費電力も軽減され、ランニ
ングコストが下がる。

【００５３】なお、図１７には、実施例５で述べたよう
な温度測定装置からの信号を受けて制御装置を使って電
磁石の励磁電源を制御する装置や、実施例９で述べたよ
うな磁束密度測定素子や、磁束密度測定装置からの信号
を受けて励磁電源を制御する制御装置は記されていない
が、上記のことは実施例１から実施例１１までの説明に
おける全ての主磁場微調整電磁石にあてはまる。また、
上記のことは、２８GHz 以外の発振周波数や、基本波発
振の場合についても同じように言えることである。

【００５４】実施例１３．この発明の実施例１３による
ジャイロトロン装置を図１８を用いて説明する。実施例
１２で述べたことと同様のことが、カソード付近の磁場
についても言える。図１８で、電子銃磁場微調整電磁石
５６は、カソード上の電子放出部において必要な磁束密
度の１０％を発生できる程度の電磁石である。このよう
にすることによって、電子銃磁場微調整電磁石の励磁電
源は小型、軽量になり、消費電力も軽減され、ランニン
グコストが下がる。

【００５５】実施例１４．既に述べたとおり、ジャイロ
トロン装置の磁場発生装置における永久磁石の温度が変
化すると、発生する磁束密度が変化し、ジャイロトロン
の発振出力は変化する。永久磁石の置かれた周囲の気温
が季節、地方、気候、あるいは１日のうちの時刻によっ
て大きく変化する場合には、永久磁石の温度も変動する
ため、ここまでの実施例では、そのときの永久磁石の温
度に合わせて磁場微調整電磁石に流す電流を調節し、ジ
ャイロトロンから所定の発振出力を得るという方法をと
っていた。しかし、別の方法として永久磁石の温度を周
囲の気温の変化にかかわらず、予め設定された温度ある
いは温度範囲に保つことができれば、磁場微調整電磁石
に流す電流を気温に合わせて調節する必要のない、取り
扱いの容易なジャイロトロン装置を提供することができ
る。以下の実施例ではこのような永久磁石の温度を制御
するものについて説明する。

【００５６】図１９はこの発明の実施例１４によるジャ
イロトロン装置の構成を示す構成図である。図１９にお
いて、３０１は磁場発生装置が永久磁石と電磁石を用い
て構成されたジャイロトロン装置本体、２０１はこのジ
ャイロトロン装置本体３０１を収納する収納ケース、２
０２はケース内の温度を制御し、永久磁石の温度を予め
設定された一定の温度あるいは温度範囲に保つための温
度制御装置、２０３はジャイロトロンが発生した電磁波
を導く導波管、２０４はジャイロトロン装置本体３０１
を搭載する架台である。

【００５７】所定の発振出力でジャイロトロンを運転す
るためには、例えば図３（ａ）に示したようなデータを
利用する。図３（ａ）から、例えば、永久磁石の温度を
２０℃に設定した場合には、１０kWの発振出力を得るた
めには、主磁場微調整電磁石に約５A の電流を流せばよ
いことがわかる。したがって、この場合には温度制御装
置２０２でケース２０１内の温度を２０℃付近に保て
ば、永久磁石の温度も２０℃付近に保たれるため、収納
ケース２０１の外の気温の変化を考慮せずに図３（ａ）
の永久磁石２０の温度が２０℃のときのグラフにしたが
って主磁場微調整電磁石に流す電流を変えれば、それに
対応する発振出力が得られる。このように、収納ケース
２０１の外の気温が変化しても永久磁石の温度は変化せ
ず、永久磁石が発生している磁束密度の変化を抑えるこ
とができるので、上記気温の変化に合わせて磁場微調整
電磁石に流す電流を変える必要がない。また、気温の変
化が大きい場所でも、永久磁石の温度を予め設定された
温度あるいは温度範囲に保つことができるため、永久磁
石が発生している磁束密度の変動は小さく、磁場微調整
電磁石の調整可能範囲に納まるようにできるため、どの
ような気温の場所でも運転できる信頼性の高いジャイロ
トロン装置を提供することができる。なお、ケース２０
１を断熱能力を持った材料で構成する、あるいはケース
に断熱材を取り付ければ、周囲の気温の変化を受けにく
くなるので、より効果的である。また、上記の説明では
収納ケース２０１内の温度を２０℃付近に保つとして説
明しているが、必ずしも２０℃付近である必要はなく、
使用にあたって使い易い温度に設定すればよい。

【００５８】実施例１５．実施例１４では、永久磁石の
温度を予め設定された温度あるいは温度範囲に保つ方法
としてジャイロトロン装置本体をケース内に収納する例
を示したが、図２０に示すように、永久磁石２０を、例
えばマントルヒータのような加熱機能付き断熱具２１０
を用いて、あるいはテープヒータなどの加熱器具と断熱
材を併用して、直接、永久磁石２０の周囲を囲むように
してもよい。このようにすれば、簡単に永久磁石の温度
を制御することができる。また、断熱作用を利用するだ
けでも効果がある場合もある。

【００５９】実施例１６．永久磁石の温度を予め設定さ
れた温度あるいは温度範囲に保つ方法として、実施例１
４ではジャイロトロン装置本体をケース内に収納する例
を示し、実施例１５では加熱機能付き断熱具等を用いる
例を示したが、図２１に示すようにしてもよい。図２１
において、２０５はジャイロトロン装置本体３０１の置
かれている部屋である。この部屋の温度は空調装置２０
６で制御され、永久磁石は予め設定された温度あるいは
温度範囲に保たれている。このようにすることによっ
て、実施例１４ないし実施例１５と同等の効果を得るこ
とができる。ただし、ここで示した空調装置は四季を通
じて部屋内で人が快適に過ごすために設置したものでは
なく、永久磁石の温度を予め設定された温度あるいは温
度範囲に保つためのものである。

【００６０】実施例１７．実施例１４ないし実施例１６
では、ジャイロトロン装置本体を収納するケースあるい
は加熱機能付き断熱具あるいは室内の空調装置を用いて
永久磁石の温度を制御する例を示したが、永久磁石の温
度を制御する方法として図２２に示すような方法もあ
る。図において、１０１は熱媒体温度制御装置および循
環装置、１０２は熱媒体温度制御装置および循環装置１
０１によって一定範囲の温度に保たれている、例えば水
などの熱媒体、１０３は熱媒体１０２を導くためのパイ
プ、１０４は熱が伝わりやすい方法で永久磁石内面に取
り付けられた熱交換部分、１０５は断熱材である。

【００６１】熱媒体１０２は、熱媒体温度制御装置およ
び循環装置１０１によって、パイプ１０３を通って熱交
換部分１０４へ流れ込み、永久磁石は予め設定された温
度あるいは温度範囲に保たれる。即ち、熱交換部分１０
４では、例えば気温の変化などの原因で永久磁石２０の
温度が熱媒体１０２の温度より高いときは、永久磁石か
ら熱媒体へと熱が流れ、永久磁石は冷却され、熱媒体は
加熱される。高温になった熱媒体は再び熱媒体温度制御
装置および循環装置１０１に導かれて冷却される。逆
に、永久磁石２０の温度が熱媒体１０２の温度より低い
ときは、永久磁石は熱媒体によって加熱され、熱媒体は
熱をうばわれる。熱をうばわれた熱媒体は熱媒体温度制
御装置および循環装置１０１によって加熱される。ま
た、断熱材１０５が設置されているので、気温の変化に
対して永久磁石の温度変化はゆるやかであり、また、永
久磁石内に温度分布ができたとしても、最高温度と最低
温度の差を小さくすることができる。このようにすれ
ば、気温が変化しても常に永久磁石は予め設定された温
度あるいは温度範囲に保たれ、永久磁石が発生する磁束
密度の変化を抑えることができるので、気温の変化に合
わせて磁場微調整電磁石に流す電流を調整する必要がな
くなる。また、気温の変化が大きい場所でも、永久磁石
が発生している磁束密度の変動は小さく、磁場微調整電
磁石の調整可能範囲に納まるようにできるため、どのよ
うな気温の場所でも運転できる信頼性の高いジャイロト
ロン装置を提供することができる。

【００６２】実施例１８．実施例１７では、永久磁石の
内面にパイプを取り付けて熱交換部分とした例を示した
が、空間的に余裕がない、あるいはジャイロトロン挿入
時に障害になるなどのことがある場合は、図２３に示す
ように永久磁石２０の外面にパイプを取り付け、熱交換
部分１０４とする方法でもよく、実施例１７と同等の効
果がある。

【００６３】実施例１９．この発明の実施例１９による
ジャイロトロン装置を図２４、図２５および図２６を用
いて説明する。図２５は、ジャイロトロンの電子ビーム
の加速電圧および電子ビーム電流を一定とした場合の、
ジャイロトロンの空胴共振器における軸方向の磁束密度
の変化に対する発振出力の変化を示している。この図に
は具体的な数値は記入していないが、一般に図示のよう
な関係がある。図２６は、例えば電子ビームの加速電圧
Ｖ_bを３０kVとし、電子ビーム電流Ｉ_bを１．２A で一定
とし、２倍高調波発振で２８GHz のマイクロ波を発振さ
せた場合の、ジャイロトロンの空胴共振器における軸方
向の磁束密度の変化に対する発振出力の変化を示す実験
結果の例である。この図で、例えば磁束密度が５２００
Gaussから５２１０Gaussに変化したとき、発振出力はお
よそ９．２kWから７．８kWに変化している。これを割合
で言えば、磁束密度の約０．２％の変化に対し、発振出
力はおよそ１５％変化していることになる。この割合は
電子ビームの加速電圧、電子ビーム電流、周波数、基本
波発振あるいは高調波発振などの違いによって多少変化
するが、いずれの場合にも磁束密度の±０．２％程度の
変化に対し、発振出力は１５％程度変化するものと予想
される。したがって、空胴共振器における軸方向の磁束
密度の変化を±０．２％程度以内に抑えることができれ
ば、ジャイロトロンの発振出力の変動を±１５％程度以
内に抑えることができ、永久磁石の置かれている周囲の
気温の変化に合わせて磁場微調整電磁石の電流値を調整
しなくても、ジャイロトロンの発振出力の変動を小さく
抑えることができる。永久磁石の残留磁束密度温度係数
は、例えばネオジム系材料の場合およそ−０．１％／℃
であるから、この温度係数を用いると磁束密度の変化を
±０．２％程度以内に抑えるためには、永久磁石の温度
変化を±２℃程度以内に抑えればよいことになる。本実
施例では永久磁石の温度を予め設定された温度から±２
℃程度の範囲に保つ方法を述べる。

【００６４】図２４で、１０６は例えばニクロム線など
の加熱器、１０７は加熱器の電源、１０８は加熱器の電
源および冷却装置の制御をするための制御装置、７０は
例えば熱電対、サーミスタなどの温度検出器、８０は温
度測定装置、１１０は冷却装置である。これらをまとめ
て永久磁石の温度制御系１１８と呼ぶ。

【００６５】永久磁石２０の温度は温度検出器７０と温
度測定装置８０とで測定される。永久磁石の温度が予め
設定された温度より２℃以上低くなると、制御装置１０
８は加熱器の電源１０７を作動させて、加熱器１０６に
電流を流し、永久磁石２０を加熱する。永久磁石の温度
が予め設定された温度になれば、制御装置１０８は加熱
器の電源１０７を停止させる。また、逆に永久磁石２０
の温度が予め設定された温度より２℃以上高くなると、
制御装置１０８は冷却装置１１０を作動させる。冷却装
置１１０は熱媒体１０２を冷却し、循環させる。熱媒体
１０２は熱交換部分１０４で永久磁石２０を冷却し、再
び冷却装置１１０に戻ってくる。永久磁石の温度が予め
設定された温度になれば、制御装置１０８は冷却装置１
１０を停止させる。また、断熱材１０５が設置されてい
るので、気温が変化しても永久磁石の温度変化はゆるや
かであり、また、永久磁石内に温度分布ができたとして
も、最高温度と最低温度の差を小さくすることができ
る。

【００６６】このように構成すれば、永久磁石の温度を
予め設定された温度の±２℃の範囲内に保つことができ
る。したがって、既に記したように、この時磁束密度の
変動の大きさは±０．２％以内に抑えられ、ジャイロト
ロンの発振出力の変動を±１５％程度以内に抑えること
ができるため、永久磁石が置かれている周囲の気温の変
化に合わせて磁場微調整電磁石に流す電流を調整する必
要がなく、発振出力を変化させたい時にのみ主磁場微調
整電磁石３０あるいは電子銃磁場微調整電磁石５０また
はその両方に流す電流を調整すればよいので、使い易い
ジャイロトロン装置を提供することができる。

【００６７】ただし、図２４では温度検出器７０を、永
久磁石のジャイロトロン空胴共振器に近い部分１箇所に
取り付けているが、必ずしもこの部分に取り付ける必要
はなく、永久磁石の温度を測定できる箇所であればどこ
でもよい。また、複数箇所に取り付け、その平均温度を
とってもよい。

【００６８】実施例２０．実施例１９では永久磁石の温
度をある範囲内に納まるように制御することによって、
永久磁石の置かれている周囲の気温の変化に合わせて磁
場微調整電磁石に流す電流を調整する必要がないように
したが、実施例５で述べたような、温度測定装置を用い
て、永久磁石の温度制御に加えて磁場微調整電磁石に流
す電流も制御できるようにすると、磁束密度をさらに高
精度で調整することができる。図２７はその装置の構成
を示す図である。図２７において、９４は主磁場微調整
電磁石の励磁電源、９８は電子銃磁場微調整電磁石の励
磁電源、１０９は加熱器の電源１０７、冷却装置１１
０、主磁場微調整電磁石の励磁電源９４、および電子銃
磁場微調整電磁石の励磁電源９８を制御するための制御
装置であり、これらをまとめて磁場微調整電磁石に流す
電流の制御系１１７と呼ぶ。

【００６９】このようにすれば、加熱器１０６、加熱器
の電源１０７、温度検出器７０、温度測定装置８０、冷
却装置１１０、制御装置１０９からなる永久磁石の温度
制御系１１８によって永久磁石の温度は予め設定された
温度の±２℃の範囲内に保たれた状態で、さらに主磁場
微調整電磁石３０や電子銃磁場微調整電磁石５０に流す
電流の制御系１１７は永久磁石２０の温度に基づいて、
実施例５での説明と同様に動作して、上記の主磁場微調
整電磁石３０、あるいは電子銃磁場微調整電磁石５０ま
たはその両方に流す電流を調整する。したがって、実施
例１９で述べたような、永久磁石の温度を予め設定され
た温度の±２℃の範囲内に保つ場合より、ジャイロトロ
ンの発振出力の変動はさら小さくなる。

【００７０】このようにすることによって、ジャイロト
ロンから所望の発振出力を得るために必要な軸方向の磁
束密度を高精度で発生することができるため、実際のジ
ャイロトロンの発振出力と所望の発振出力との差は極め
て小さくなる。また、上記の磁場微調整電磁石に流す電
流を調整することによってジャイロトロンの発振出力を
変化させたい場合でも、磁場微調整電磁石に流す電流の
制御系１１７の中にある制御装置１０９に所望の発振出
力を入力することによって、その時の永久磁石の温度に
おいて磁場微調整電磁石に流すべき電流が自動的に励磁
電源から供給されるようにしておけば、操作性がよく、
信頼性の高いジャイロトロン装置を提供することができ
る。

【００７１】ここで、本実施例における磁場微調整電磁
石に流す電流の制御系１１７は、永久磁石の温度を測定
し、その温度に基づいて動作するようになっているが、
実施例９と同様に磁束密度を測定し、その磁束密度に基
づいて動作するようにしてもよく、同等の効果が得られ
る。この場合は、温度検出器７０と温度測定装置８０に
加えて、さらに磁束密度測定素子７７と磁束密度測定装
置８７を用いる。また、図２７では永久磁石の温度制御
系１１８の温度検出器７０を、永久磁石のジャイロトロ
ン空胴共振器に近い部分１箇所に取り付けているが、必
ずしもこの部分に取り付ける必要はなく、永久磁石の温
度を測定できる箇所であればどこでもよい。また、複数
箇所に取り付け、その平均温度を永久磁石の温度として
もよい。さらに、本実施例では実施例１９に示した温度
制御系１１８に、磁場微調整電磁石に流す電流の制御系
１１７を併用する例を示したが、上記、実施例１９の永
久磁石の温度制御系１１８の代わりに、実施例１４に示
した収納ケース２０１、または実施例１５に示した加熱
機能付き断熱具２１０、または実施例１６に示した室内
の空調装置２０６、あるいは実施例１７及び実施例１８
に示した熱媒体温度制御装置および循環装置１０１を用
いて、永久磁石２０の温度を制御する温度制御系を用い
る方法でもよく、同等の効果が得られる。

【００７２】実施例２１．この発明の実施例２１による
ジャイロトロン装置を図２８を用いて説明する。実施例
１９から実施例２０では、永久磁石２０の温度を測定
し、それに基づいて永久磁石の温度を制御する方法をと
っていたが、本実施例では、永久磁石２０が発生してい
る磁束密度を測定し、それに基づいて永久磁石の温度を
制御する方法について述べる。実施例１９の中でも述べ
たとおり、空胴共振器における磁束密度の変化を±０．
２％以内に抑えることができれば、ジャイロトロンの発
振出力の変動を±１５％程度以内に抑えることができ、
永久磁石の置かれている周囲の気温の変化に合わせて磁
場微調整電磁石の電流値を調整しなくても、ジャイロト
ロンの発振出力の変動を小さくすることができる。

【００７３】図２８において、１０６は例えばニクロム
線などの加熱器、１０７は加熱器の電源、１１３は加熱
器の電源１０７の制御、および冷却装置１１０の制御を
するための制御装置、７８は例えばホール素子などの磁
束密度測定素子、８８は磁束密度を測定する際の本体装
置である磁束密度測定装置、１１０は冷却装置である。
ここで、磁束密度測定素子７８は主磁場微調整電磁石３
０および電子銃磁場微調整電磁石５０が発生している磁
束密度の影響を受けず、永久磁石２０が発生している磁
場の磁束密度を測定する位置に取り付けられる。また、
これらをまとめて永久磁石の温度制御系１３０と呼ぶ。

【００７４】永久磁石２０の発生する磁束密度は、磁束
密度測定素子７８と磁束密度測定装置８８とで測定され
る。永久磁石の温度が比較的均一な場合には、永久磁石
の温度変化による発生磁場の変化の割合はいたるところ
同一である。即ち、永久磁石の温度変化により、図２８
で磁束密度測定素子７８が置かれた位置の磁束密度が、
例えば０．２％増加したならば空胴共振器付近の磁束密
度も０．２％増加している。したがって、永久磁石の温
度が予め設定された温度のときに磁束密度測定素子７８
が測定した磁束密度と比較して、ある温度の時の磁束密
度が０．２％以上高かったならば、これは永久磁石の温
度が予め設定された温度より低いためであるから、磁束
密度測定装置８８からの信号を受けた制御装置１１３は
加熱器の電源１０７を作動させて加熱器１０６に電流を
流し永久磁石２０を加熱するので、永久磁石の温度は上
昇する。その結果、永久磁石が発生している磁束密度は
減少する。また、逆に磁束密度測定素子７８が置かれた
位置の磁束密度が、０．２％以上減少していたならば空
胴共振器付近の磁束密度も０．２％以上減少しており、
これは永久磁石の温度が予め設定された温度より高いた
めであるから、磁束密度測定装置８８からの信号を受け
た制御装置１１３は冷却装置１１０を作動させる。冷却
装置１１０は熱媒体１０２を冷却し、循環させる。熱媒
体１０２は熱交換部分１０４で永久磁石２０を冷却し、
永久磁石の温度は下がる。その結果、永久磁石が発生し
ている磁束密度は増加する。

【００７５】このように構成すれば、ジャイロトロン運
転時において永久磁石が発生している磁束密度を測定
し、予め設定された温度で永久磁石が発生していた磁束
密度と比較して、永久磁石が発生している磁束密度の変
化を±０．２％以内に抑えるように永久磁石の温度を制
御することによって、ジャイロトロンの発振出力の変動
を±１５％程度以内に抑えることができるため、永久磁
石が置かれている周囲の気温の変化に合わせて磁場微調
整電磁石に流す電流を調整する必要がなく、発振出力を
変化させたいときのみ磁場微調整電磁石に流す電流を調
整すればよいので、使い易いジャイロトロン装置を提供
することができる。

【００７６】実施例２２．実施例２１では、永久磁石２
０が発生している磁束密度を測定し、それに基づいて永
久磁石の温度をある範囲内に納めるように制御すること
によって、永久磁石の置かれている周囲の気温の変化に
合わせて磁場微調整電磁石に流す電流を調整する必要が
ないようにしたが、永久磁石の温度制御に加えて、磁束
密度測定装置によって磁場微調整電磁石に流す電流も制
御できるようにすると、磁束密度をさらに高精度で調整
することができる。図２９はそのような装置の構成を示
す図である。図２９において、９４は主磁場微調整電磁
石の励磁電源、９８は電子銃磁場微調整電磁石の励磁電
源、１１４は加熱器の電源１０７、冷却装置１１０、主
磁場微調整電磁石の励磁電源９４、および電子銃磁場微
調整電磁石の励磁電源９８を制御するための制御装置で
あり、これらをまとめて磁場微調整電磁石に流す電流の
制御系１１９と呼ぶ。

【００７７】このようにすれば、永久磁石の温度制御系
１３０によって永久磁石２０の温度は制御され、永久磁
石が発生している磁束密度は、ジャイロトロンから所望
の発振出力を得るために必要な磁束密度から±０．２％
の範囲内に保たれた状態で、さらに磁場微調整電磁石に
流す電流の制御系１１９は永久磁石２０が発生している
磁束密度に基づいて実施例１１と同様に動作して、必要
な電流を磁場微調整電磁石に流し、さらに精度よく磁束
密度を調整する。したがって、永久磁石の発生する磁束
密度の変動は、実施例２１で述べたような±０．２％の
範囲内に抑えられる場合よりさらに小さい範囲内に抑え
られ、ジャイロトロンの発振出力の変動はさら小さくな
る。このようにすることによって、ジャイロトロンから
所望の発振出力を得るために必要な磁束密度を高精度で
発生することができるため、実際のジャイロトロンの発
振出力と所望の発振出力との差は極めて小さくなる。ま
た、主磁場微調整電磁石あるいは電子銃磁場微調整電磁
石またはその両方に流す電流を調整することによってジ
ャイロトロンの発振出力を変化させたい場合でも、上記
の磁場微調整電磁石に流す電流の制御系の中にある制御
装置１１４に所望の発振出力を入力することによって、
その時の永久磁石の温度において上記の磁場微調整電磁
石に流すべき電流が自動的に励磁電源から供給されるよ
うにしておけば、操作性がよく、信頼性の高いジャイロ
トロン装置を提供することができる。

【００７８】実施例２３．この発明の実施例２３による
ジャイロトロン装置を図３０を用いて説明する。ジャイ
ロトロンの動作のために必要な磁場を永久磁石と電磁石
を用いて発生させる磁場発生装置を利用したジャイロト
ロン装置においては、ジャイロトロンの運転上、上記電
磁石である主磁場微調整電磁石や電子銃磁場微調整電磁
石には適当な値の電流を流す必要があるため、上記各磁
場微調整電磁石での発熱は避けられない。また、ジャイ
ロトロンの電子銃部には、内部に９００℃程度の高温に
なるカソードがあり、この発熱により、電子銃部の外壁
の温度は数１０℃から１００℃にまで上がることがあ
る。これらの発熱が大きい場合、永久磁石の温度を変化
させ、永久磁石が発生している磁束密度を変化させて、
ジャイロトロンの発振出力を変化させたり、低融点材料
を溶融させたりするなどの悪影響がある。本実施例で
は、ジャイロトロンの電子銃部および上記各磁場微調整
電磁石を冷却するための方法を述べる。

【００７９】図３０で１２０は空冷のための空気流発生
装置、１２１は空気流発生装置１２０によって発生した
空気の流れの方向を示し、１２２はジャイロトロン本体
と永久磁石２０を接続するためのフランジで、ここには
空気が通過できる貫通穴が設けられている。このように
すれば、磁場微調整電磁石において発生した熱、および
電子銃のカソードでの発熱による電子銃部の外壁の熱を
除去することができるので、永久磁石の温度を変化させ
たり、低融点材料を溶融させたりするようなことがな
く、信頼性の高いジャイロトロン装置を得ることができ
る。ただし、本実施例では空気の流れの方向はジャイロ
トロンの電子銃側からコレクタ側へ流れるように描いて
あるが、逆方向のジャイロトロンのコレクタ側から電子
銃側への流れでもよく、同じ効果が得られる。

【００８０】実施例２４．実施例２３では、ジャイロト
ロン装置の近くに空気流発生装置１２０をおいた例を示
したが、図３１のようにある程度離れた位置に空気流発
生装置１２０を置き、パイプ１２３等で導くようにして
もよく、実施例２３と同等の効果がある。また、空気の
流れの方向は図示と逆でもよいことは言うまでもない。

【００８１】実施例２５．実施例２３から実施例２４で
は、ジャイロトロンの電子銃側に空気流発生装置１２０
を設置するようにした例を示したが、図３２のようにコ
レクタ側に設置するようにしてもよく、実施例２３から
実施例２４と同等の効果を発揮する。また、空気の流れ
の方向は図示と逆でもよいことは言うまでもない。

【００８２】

【発明の効果】以上のように、本発明の請求項１によれ
ば、ジャイロトロン装置における磁場発生装置を永久磁
石と電磁石とで構成し かつ永久磁石の温度を測定する
温度測定手段を設けたので、永久磁石の温度変化による
発生磁場の磁束密度の変化を調整できるようになり、信
頼性が向上する。

【００８３】また、本発明の請求項２によれば、永久磁
石の温度を測定する温度測定手段を設けるとともに、予
め求められた、永久磁石の温度と、所望の発振出力を得
るために電磁石に流すべき励磁電流との関係に基づき、
温度測定手段で得られた上記永久磁石の温度に対応し
て、電気信号を電磁石の励磁電源に送り、上記励磁電流
の不足分、または過剰分を調整する制御手段を設けたの
で、温度変化があっても、容易に所望の発振出力が得ら
れ、信頼性、操作性が向上する。

【００８４】また、本発明の請求項３によれば、永久磁
石と電磁石からなる磁場発生装置において、上記電磁石
を、永久磁石の温度変化による発生磁場の変化を調整す
るための電磁石とジャイロトロンの発振出力を制御する
ための電磁石とに分けたので、操作性が向上する。

【００８５】また、本発明の請求項４によれば、永久磁
石と電磁石で磁場発生装置を構成するジャイロトロン装
置に対し、永久磁石の温度に応じて電磁石に流す励磁電
流を変化させて、上記永久磁石の温度変化より生ずる、
所望の発振出力を得るために必要な磁束密度の不足分、
または過剰分を調整するようにしたので、温度変化があ
っても所望の発振出力が得られ、信頼性が上がる。

【００８６】また、本発明の請求項５によれば、磁場発
生装置が発生している磁束密度を測定する磁束密度測定
手段、及び測定された磁束密度と、予め求められた、所
望の発振出力を得るために必要な磁束密度とを比較し
て、磁束密度の不足分、または過剰分に対応する電気信
号を、上記電磁石の励磁電源に送り、上記磁束密度を調
整する制御手段を設けたので、温度変化があっても、容
易に所望の発振出力が得られ、信頼性、操作性が向上す
る。

【００８７】また、本発明の請求項６によれば、磁場発
生装置の構成要素の一つである電磁石として、所望の発
振出力を得るために必要な空胴共振器における軸方向の
磁束密度のうちの±１０％以下の磁束密度を調節できる
主磁場微調整電磁石を設置したので、ジャイロトロン装
置を小型にし、ランニングコストを極めて安くするとと
もに、操作性を容易にする。

【００８８】また、本発明の請求項７によれば、磁場発
生装置の構成要素の一つである電磁石として、所望の発
振出力を得るために必要な電子銃のカソード上の電子放
出部における軸方向の磁束密度のうちの±１０％以下の
磁束密度を調節できる電子銃磁場微調整電磁石を設置し
たので、ジャイロトロン装置を小型にし、ランニングコ
ストを極めて安くするとともに、操作性を容易にする。

【００８９】また、本発明の請求項８によれば、ジャイ
ロトロンの発振動作に必要な軸方向磁場の発生を、永久
磁石と電磁石から構成される磁場発生装置で行わせるよ
うにするとともに、上記永久磁石の温度を調節する温度
制御機構を設けたので、信頼性、操作性が向上する。

【００９０】また、本発明の請求項９によれば、永久磁
石の温度を測定する温度測定手段を設け、温度制御機構
は、永久磁石の温度が、予め設定された温度に対して±
２℃以内に納まるように永久磁石の温度を調節するよう
にしたので、信頼性、操作性が向上する。

【００９１】また、本発明の請求項１０によれば、永久
磁石が発生している磁束密度を測定する磁束密度測定手
段を設け、温度制御機構は、永久磁石が発生している磁
束密度が、予め設定された磁束密度に対して±０．２％
以内に納まるように永久磁石の温度を調節するようにし
たので、信頼性、操作性が向上する。

【００９２】また、本発明の請求項１１によれば、ジャ
イロトロンの電子銃部あるいは電磁石の少なくとも一方
を冷却する冷却手段を設けたので、信頼性が上がる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１によるジャイロトロン装置
を示す構成図である。

【図２】永久磁石を用いて軸方向磁場を発生させる一例
を説明する説明図である。

【図３】永久磁石の温度変化による発生磁場の変化があ
る時のジャイロトロン装置の運転方法を説明する説明図
である。

【図４】この発明の実施例２によるジャイロトロン装置
を示す構成図である。

【図５】この発明の実施例２による他のジャイロトロン
装置を示す構成図である。

【図６】この発明の実施例３によるジャイロトロン装置
を示す構成図である。

【図７】この発明の実施例４によるジャイロトロン装置
を示す構成図である。

【図８】この発明の実施例５によるジャイロトロン装置
を示す構成図である。

【図９】この発明の実施例６によるジャイロトロン装置
を示す構成図である。

【図１０】この発明の実施例７によるジャイロトロン装
置を示す構成図である。

【図１１】この発明の実施例８によるジャイロトロン装
置を示す構成図である。

【図１２】この発明の実施例９によるジャイロトロン装
置を示す構成図である。

【図１３】永久磁石の温度変化による発生磁場の変化が
ある時のジャイロトロン装置の運転方法を説明する説明
図である。

【図１４】この発明の実施例１０によるジャイロトロン
装置を示す構成図である。

【図１５】この発明の実施例１１によるジャイロトロン
装置を示す構成図である。

【図１６】永久磁石の温度変化による発生磁場の変化が
ある時のジャイロトロン装置の運転方法を説明する説明
図である。

【図１７】この発明の実施例１２によるジャイロトロン
装置を示す構成図である。

【図１８】この発明の実施例１３によるジャイロトロン
装置を示す構成図である。

【図１９】この発明の実施例１４によるジャイロトロン
装置を示す構成図である。

【図２０】この発明の実施例１５によるジャイロトロン
装置を示す構成図である。

【図２１】この発明の実施例１６によるジャイロトロン
装置を示す構成図である。

【図２２】この発明の実施例１７によるジャイロトロン
装置を示す構成図である。

【図２３】この発明の実施例１８によるジャイロトロン
装置を示す構成図である。

【図２４】この発明の実施例１９によるジャイロトロン
装置を示す構成図である。

【図２５】空胴共振器における磁束密度の変化に対す
る、ジャイロトロンの発振出力の一般的な変化を示す定
性的なグラフである。

【図２６】この発明の実施例１９に係わるジャイロトロ
ンの空胴共振器部における磁束密度の変化に対する発振
出力の変化を示すグラフである。

【図２７】この発明の実施例２０によるジャイロトロン
装置を示す構成図である。

【図２８】この発明の実施例２１によるジャイロトロン
装置を示す構成図である。

【図２９】この発明の実施例２２によるジャイロトロン
装置を示す構成図である。

【図３０】この発明の実施例２３によるジャイロトロン
装置を示す構成図である。

【図３１】この発明の実施例２４によるジャイロトロン
装置を示す構成図である。

【図３２】この発明の実施例２５によるジャイロトロン
装置を示す構成図である。

【図３３】従来のジャイロトロン装置の概略を示す構成
図である。

【図３４】従来の他のジャイロトロン装置の概略を示す
構成図である。

【符号の説明】

１ 電子銃、２ カソード、３ 電子放出部、４ 第１
アノード、５ 第２アノード、６ 空胴共振器、７ コ
レクタ、８ 出力窓、９ 電子ビーム、１０高周波、１
３ フランジ、１４ アノード、２０，２５ 永久磁
石、３０，３１，３２，３３，３４，３５，３６ 主磁
場微調整電磁石、４０，４１ 温度変化による磁場変化
調整用の主磁場微調整電磁石、４５ 出力制御用の主磁
場微調整電磁石、５０，５１，５２，５３，５４，５
５，５６ 電子銃磁場微調整電磁石、６０，６１ 温度
変化による磁場変化調整用の電子銃磁場微調整電磁石、
６５出力制御用の電子銃磁場微調整電磁石、７０，７
１，７２，７３ 温度検出器、７７，７８ 磁束密度測
定素子、８０，８１ 温度測定装置、８２，８３，８４
制御装置、８５ 温度計、８７，８８ 磁束密度測定
装置、９０ 磁場微調整電磁石の励磁電源、９１，９
２，９３，９４ 主磁場微調整電磁石の励磁電源、９
５，９６，９７，９８ 電子銃磁場微調整電磁石の励磁
電源、１０１ 熱媒体温度制御装置および循環装置、１
０２ 熱媒体、１０３ パイプ、１０４ 熱交換部分、
１０５ 断熱材、１０６ 加熱器、１０７ 加熱器の電
源、１０８，１０９，１１３，１１４ 制御装置、１１
０ 冷却装置、１１７，１１９ 磁場微調整電磁石に流
す電流の制御系、１１８，１３０ 永久磁石の温度制御
系、１２０ 空気流発生装置、１２１ 空気の流れの方
向、１２２ フランジ、１２３パイプ、１３０ 永久磁
石の温度制御系、２００ ジャイロトロン、２０１収納
ケース、２０２ 温度制御装置、２０３ 導波管、２０
４ 架台、２０５ジャイロトロン装置の置かれている部
屋、２０６ 空調装置、２１０ 加熱機能付き断熱具、
３００ ジャイロトロン装置、３０１ ジャイロトロン
装置本体。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子ビームを射出する電子銃と、射出電
   子に旋回運動を起こさせる軸方向磁場を発生する磁場発
   生装置と、旋回電子と固有モードで共振している高周波
   電磁場との間でサイクロトロン共鳴メーザ作用を起こさ
   せる空胴共振器と、この空胴共振器内を通過した電子ビ
   ームを回収するコレクタと、上記サイクロトロン共鳴メ
   ーザ作用により発生した高周波を外部に取り出す出力窓
   とを備え、上記磁場発生装置が永久磁石と電磁石を用い
   て構成されたジャイロトロン装置において、上記永久磁
   石の温度を測定する温度測定手段を設けたことを特徴と
   するジャイロトロン装置。
2. 【請求項２】 予め求められた、永久磁石の温度と、所
   望の発振出力を得るために電磁石に流すべき励磁電流と
   の関係に基づき、温度測定手段で得られた上記永久磁石
   の温度に対応して、電気信号を上記電磁石の励磁電源に
   送り、上記励磁電流の不足分、または過剰分を調整し、
   磁場発生装置が発生する磁束密度を制御する制御手段を
   備えたことを特徴とする請求項１記載のジャイロトロン
   装置。
3. 【請求項３】 磁場発生装置を構成する電磁石を、永久
   磁石の温度変化による発生磁場の変化を調整する電磁石
   と、発振出力を制御する電磁石とに分けて設置したこと
   を特徴とする請求項１または２記載のジャイロトロン装
   置。
4. 【請求項４】 永久磁石と電磁石で構成された磁場発生
   装置により、電子銃より出射する射出電子に旋回運動を
   起こさせて、空胴共振器内を通過する旋回電子と固有モ
   ードで共振している高周波電磁場との間でサイクロトロ
   ン共鳴メーザ作用を起こさせ、上記サイクロトロン共鳴
   メーザ作用により発生した高周波を外部に取り出すジャ
   イロトロン装置において、上記永久磁石の温度に応じて
   上記電磁石に流す励磁電流を変化させ、上記永久磁石の
   温度変化より生ずる、所望の発振出力を得るために必要
   な磁束密度の不足分、または過剰分を調整するようにし
   たジャイロトロン装置の出力調整方法。
5. 【請求項５】 電子ビームを射出する電子銃と、射出電
   子に旋回運動を起こさせる軸方向磁場を発生する磁場発
   生装置と、旋回電子と固有モードで共振している高周波
   電磁場との間でサイクロトロン共鳴メーザ作用を起こさ
   せる空胴共振器と、この空胴共振器内を通過した電子ビ
   ームを回収するコレクタと、上記サイクロトロン共鳴メ
   ーザ作用により発生した高周波を外部に取り出す出力窓
   とを備え、上記磁場発生装置が永久磁石と電磁石を用い
   て構成されたジャイロトロン装置において、上記磁場発
   生装置が発生している磁場の磁束密度を測定する磁束密
   度測定手段、及び測定された磁束密度と、予め求められ
   た、所望の発振出力を得るために必要な磁束密度とを比
   較して、磁束密度の不足分、または過剰分に対応する電
   気信号を、上記電磁石の励磁電源に送り、上記磁束密度
   を調整する制御手段を備えたことを特徴とするジャイロ
   トロン装置。
6. 【請求項６】 磁場発生装置を構成する電磁石は、所望
   の発振出力を得るために必要な空胴共振器における軸方
   向の磁束密度のうちの±１０％以下を調節する主磁場微
   調整電磁石を有することを特徴とする請求項１ないし
   ３、または５のいずれかに記載のジャイロトロン装置。
7. 【請求項７】 磁場発生装置を構成する電磁石は、所望
   の発振出力を得るために必要な電子銃のカソード上の電
   子放出部における軸方向の磁束密度のうちの±１０％以
   下を調節する電子銃磁場微調整電磁石を有することを特
   徴とする請求項１ないし３、５、または６のいずれかに
   記載のジャイロトロン装置。
8. 【請求項８】 電子ビームを射出する電子銃と、射出電
   子に旋回運動を起こさせる軸方向磁場を発生する磁場発
   生装置と、旋回電子と固有モードで共振している高周波
   電磁場との間でサイクロトロン共鳴メーザ作用を起こさ
   せる空胴共振器と、この空胴共振器内を通過した電子ビ
   ームを回収するコレクタと、上記サイクロトロン共鳴メ
   ーザ作用により発生した高周波を外部に取り出す出力窓
   とを備え、上記磁場発生装置が永久磁石と電磁石を用い
   て構成されたジャイロトロン装置において、上記永久磁
   石の温度を調節する温度制御機構を備えたことを特徴と
   するジャイロトロン装置。
9. 【請求項９】 永久磁石の温度を測定する温度測定手段
   を設け、温度制御機構は、上記永久磁石の温度が、予め
   設定された温度に対して±２℃以内に納まるように上記
   永久磁石の温度を調節することを特徴とする請求項８記
   載のジャイロトロン装置。
10. 【請求項１０】 永久磁石が発生している磁束密度を測
    定する磁束密度測定手段を設け、温度制御機構は、上記
    永久磁石が発生している磁束密度が、予め設定された磁
    束密度に対して±０．２％以内に納まるように上記永久
    磁石の温度を調節することを特徴とする請求項８記載の
    ジャイロトロン装置。
11. 【請求項１１】 ジャイロトロンの電子銃部または電磁
    石の少なくとも一方を冷却する冷却手段を設けたことを
    特徴とする請求項１ないし３、または５ないし１０のい
    ずれかに記載のジャイロトロン装置。