JPS6113532A - Gyrotron - Google Patents
GyrotronInfo
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- JPS6113532A JPS6113532A JP13206484A JP13206484A JPS6113532A JP S6113532 A JPS6113532 A JP S6113532A JP 13206484 A JP13206484 A JP 13206484A JP 13206484 A JP13206484 A JP 13206484A JP S6113532 A JPS6113532 A JP S6113532A
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- resonator
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J25/00—Transit-time tubes, e.g. klystrons, travelling-wave tubes, magnetrons
- H01J25/02—Tubes with electron stream modulated in velocity or density in a modulator zone and thereafter giving up energy in an inducing zone, the zones being associated with one or more resonators
- H01J25/025—Tubes with electron stream modulated in velocity or density in a modulator zone and thereafter giving up energy in an inducing zone, the zones being associated with one or more resonators with an electron stream following a helical path
Landscapes
- Microwave Tubes (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の属する技術分野〕
本発明は、核融合炉のプラズマなどを加熱する電磁波ビ
ームを発生するジャイロトロン装置に閃する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical field to which the invention pertains] The present invention relates to a gyrotron device that generates an electromagnetic beam for heating plasma in a nuclear fusion reactor.
従来のジャイロトロン装置は、第4図1こ示すようfこ
、′電子ビームを2方向に発生する電子銃】とこの電子
銃lから発射された電子ビームにサイクロトロン運動を
起こさせる磁気コイル2と、この甫1子ビームから得ら
れる電磁波を共振させて電磁波のみを出力する出力部3
とで主に構成されている。The conventional gyrotron device, as shown in FIG. , an output section 3 that resonates the electromagnetic waves obtained from this electron beam and outputs only electromagnetic waves.
It is mainly composed of.
電子銃lは電子放出帯4を設けた陰極5と、この陰極5
4こ同軸状に対抗配置された第1の陽極6と、この第1
の陽極6で、陰極5より引出された電子を2方向に導き
%第2の陽極7によって中空の電子ビーム8を発生する
ように構成されている。The electron gun l includes a cathode 5 provided with an electron emission band 4, and this cathode 5.
four first anodes 6 coaxially arranged opposite to each other;
The anode 6 is configured to guide electrons extracted from the cathode 5 in two directions, and a second anode 7 generates a hollow electron beam 8.
尚、電子銃1は、各電極5,6.7に、それぞれの間を
絶縁する絶縁体9・・・と、それぞれの間の電圧を印加
する電源10.1)が設けられ、電子ビーム8を整形す
る電子銃コイル12が配置されている。Note that the electron gun 1 is provided with an insulator 9 for insulating between each electrode 5, 6.7, and a power source 10.1 for applying a voltage between each electrode, and the electron beam 8 is An electron gun coil 12 is arranged to shape the electron gun.
出力部3は、第2の陽極7と同電位の共振部13出力整
合部14、ビームコレクタ部15および出力導波部16
と電気的に分離し電磁波のみを通すセラミック製の出力
窓とで主に構成されている。The output section 3 includes a resonance section 13 having the same potential as the second anode 7, an output matching section 14, a beam collector section 15, and an output waveguide section 16.
It mainly consists of a ceramic output window that is electrically isolated and allows only electromagnetic waves to pass through.
すなわち、電子銃1から出力部31こ導出された電子ビ
ーム8は、磁気コイル2により生じる電子振帥を共振部
13で共振させて所定の電磁波となるように整合部14
で整合して出力窓17を介して導波部16に電磁波のみ
を出力するように動作する。共振部13および整合部1
4を通過する電子ビームは、ビームコレクタ部15の壁
面に衝突し熱に変換される。この時の熱は、出力部3の
壁面に設けた冷却水の流通する冷却装置18によって冷
却される。また、電子銃1および出力部3の内部は真空
Iこなっている。That is, the electron beam 8 led out from the electron gun 1 through the output section 31 is passed through the matching section 14 so that the electron beam generated by the magnetic coil 2 resonates at the resonance section 13 and becomes a predetermined electromagnetic wave.
The output window 17 matches the electromagnetic waves and outputs only electromagnetic waves to the waveguide section 16 through the output window 17. Resonant section 13 and matching section 1
The electron beam passing through the beam collector section 15 collides with the wall surface of the beam collector section 15 and is converted into heat. The heat at this time is cooled by a cooling device 18 provided on the wall of the output section 3 through which cooling water flows. Further, the interior of the electron gun 1 and the output section 3 is a vacuum I.
このように構成された従来のジャイロトロン装置であっ
ては、扱う電子共鳴の周波数が高いために共振部の寸法
を大きく嘔れず、共振器壁面で生シル過大なジュール熱
のために、大出力の装置を作ることが困難であった。故
に、核融合装置のプラズマを力l熱する高番こは、極め
て多数の装置を配置しなければならないなどの欠点があ
った◎〔発明の目的〕
この発明は、上述した従来装置の欠点に鑑み為されたも
ので、プラズマ加熱に適するように電磁波を単一方向に
伝送しかつ集束させるとともに、効率良く小型に構成し
て大出力の得らnるジャイロトロン装置を提供すること
を目的とする。In conventional gyrotron devices configured in this way, the dimensions of the resonator cannot be made large due to the high frequency of the electronic resonance handled, and the large amount of Joule heat generated on the resonator wall results in a high output. It was difficult to make a device for this purpose. Therefore, a high-performance device that heats the plasma of a nuclear fusion device has drawbacks such as the necessity of arranging an extremely large number of devices. The purpose of this device is to provide a gyrotron device that transmits and focuses electromagnetic waves in a single direction so as to be suitable for plasma heating, and that can be configured efficiently and compactly to provide high output. do.
本発明は、電子ビームを発生する電子銃と、この電子銃
より発射する電子ビームに磁場を印加する磁場発生部と
、上記電子ビームが上記磁場内を通過すると去に生じる
電磁波のうち、この電子ビームの走行軸に対して径方向
に放射された電磁波を準光学的に反射させて共振し増幅
させる反射部と、この電磁波を透過できる長孔状の透過
部とを有する部分透過ミラー体とを具備した共振器を電
子ビームのi41+方向にJFl1曲させて構成したジ
ャイロトロン装置である。The present invention includes an electron gun that generates an electron beam, a magnetic field generator that applies a magnetic field to the electron beam emitted from the electron gun, and an electromagnetic wave generated when the electron beam passes through the magnetic field. A partially transmitting mirror body has a reflecting part that quasi-optically reflects electromagnetic waves radiated in a radial direction with respect to the traveling axis of the beam to resonate and amplify them, and a long hole-shaped transmitting part that can transmit the electromagnetic waves. This is a gyrotron device constructed by bending a resonator with JF11 in the i41+ direction of the electron beam.
本発明によれば、′電磁波を準光学的に部分的に透過さ
せる長孔を有する部ラド透過ミラーと、この電磁波を電
子ビーム軸方向に屈曲させる反射7(IXとを用いて共
滌部を構成しているので、少ない開口で電磁波を取り出
すことができ、しかも1u線偏波の出力波を得ることが
でき、さらに全体を小型に構成でき、しかもミラーに加
わる電磁波強度を少なくシ、ジュール熱を少なくできる
ので、大出力の電磁波を発生させることができる。しか
も、この大出力の電磁波を目標方向に効率良く伝送させ
かつ集束させられるので、プラズマ加熱のように特定化
された場所であっても大出力の電磁波を照射することが
できる。According to the present invention, a co-transmitting part is formed using a part Rad transmission mirror having a long hole that semi-optically transmits electromagnetic waves partially, and a reflection part (IX) that bends the electromagnetic waves in the electron beam axis direction. As a result, electromagnetic waves can be extracted with a small aperture, and an output wave of 1u line polarization can be obtained. Furthermore, the entire structure can be made compact, and the intensity of the electromagnetic waves applied to the mirror can be reduced, reducing the Joule heat. It is possible to generate high-output electromagnetic waves.Furthermore, this high-output electromagnetic wave can be efficiently transmitted and focused in the target direction, so it can be used in specific locations such as plasma heating. It can also emit high-power electromagnetic waves.
以下、本発明の一実施例を詳細に説明する。 Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described in detail.
本発明によるジャイロトロン装置は、電磁波を光学的に
扱うので弗光学的ジャイロトロン装置と称し、第1図に
示すように、電子ビーム19を発生するマグネトロン型
電子銃20と、この電子銃20より発射する電子ビーム
19に磁場を印加する磁気コイル218〜2ICよ、′
イ子ビーム19が磁場内を通過するききに生じる電磁波
のうち、この電子ビーム19の走行軸lこ対して径方向
に放射された電磁波22を、第2図に拡大して要部を示
すように、準光学的に共振し増幅する共振部23と、こ
の共振部23で得られた電磁波22を出力方向lこ伝送
する伝送部24と、使用済みの電子ビーム19のエネル
ギーを熱に変換する電子ビームダンプ25とで主に構成
されている。26は電子ビーム19をこのダンプ25に
集めるための磁気コイルである。尚、磁気コイル261
共撮部23は、電子ビーム19から径方向に放射される
電磁波22を一部は共振のため 反射し、一部は長孔(
スリット)27を通って外方に透過する機能を有する環
状の部分透過ミラー28とで構成されている。The gyrotron device according to the present invention is called a fluoro-optical gyrotron device because it handles electromagnetic waves optically, and as shown in FIG. Magnetic coils 218 to 2IC that apply a magnetic field to the emitted electron beam 19,'
Among the electromagnetic waves generated when the electron beam 19 passes through a magnetic field, the electromagnetic waves 22 radiated in the radial direction relative to the traveling axis of the electron beam 19 are shown in an enlarged view in FIG. A resonator 23 that resonates and amplifies quasi-optically, a transmission section 24 that transmits the electromagnetic waves 22 obtained by the resonator 23 in the output direction, and converts the energy of the used electron beam 19 into heat. It mainly consists of an electron beam dump 25. 26 is a magnetic coil for collecting the electron beam 19 on this dump 25. In addition, the magnetic coil 261
The co-photographing section 23 reflects some of the electromagnetic waves 22 radiated from the electron beam 19 in the radial direction due to resonance, and some of the electromagnetic waves 22 are reflected by the elongated holes (
It is composed of an annular partially transmitting mirror 28 which has the function of transmitting light to the outside through a slit 27.
伝送部24は、部分透過ミラー28のスリット27を通
過した電磁波を電、子ビーム19の放射方向(Z方向)
番こ反射しながら伝播させるよう電磁波伝送用ミラー2
9で構成されている。The transmission unit 24 transmits the electromagnetic waves that have passed through the slit 27 of the partially transmitting mirror 28 into the radiation direction (Z direction) of the child beam 19.
Electromagnetic wave transmission mirror 2 to propagate while reflecting
It consists of 9.
このジャイロトロン装置は、その内部は排気用パイプ3
0からの排気で、真空大塵となっていて、出力端は従来
同様の出力′電磁波のみを出力するように、セラミック
dI!!(J)出力窓】7が設けらイ1.ている。また
図示し4Cいが電子ビームダンプ25ft:ど電子ビー
ムで加熱されるtd+分には水冷却装置i!’jが1没
けられている。This gyrotron device has an exhaust pipe 3 inside.
The exhaust from 0 creates vacuum dust, and the output end is a ceramic dI! so that it outputs only electromagnetic waves as before. ! (J) Output window] 7 is provided.1. ing. Also shown in the figure is a 4C electron beam dump 25ft: water cooling device i for td+ minutes heated by the electron beam! 'j is missing by 1.
電子銃20は、従来同様の電源からの′ボ圧によって環
状のvLイビーム19を発生するもので、マグネトロン
型が好ましいが、特に限定され41:い。The electron gun 20 generates an annular VL beam 19 by pressure from a conventional power source, and is preferably a magnetron type, but is not particularly limited.
磁気コイル21a 〜2]c、26は電子銃20、部分
透過ミラー28および電磁波伝送用ミラー29を覆うよ
うに複数のコイルで構成しているが、単一のコイルを用
いて構成してもよく、シかも、超電導コイルでも常電導
のコイルでも、また永久磁石であっても所定の磁場を発
生できるものであれば良い。The magnetic coils 21a to 2]c and 26 are composed of a plurality of coils so as to cover the electron gun 20, the partially transmitting mirror 28, and the electromagnetic wave transmission mirror 29, but they may also be composed of a single coil. However, it may be a superconducting coil, a normal conducting coil, or a permanent magnet as long as it can generate a predetermined magnetic field.
共振部23のミラー28は銅製の円環で、共振空胴を形
成し、これを抜き出し示すと、第2図および第3図のよ
うに、電子ビームに対面する内表面がドーナッツ状に全
周にわたって焦点S、が球面P、の−H1tである凹面
鏡M1となっていて、径方向rlこ放射する電磁波を反
射させて発振させ、増幅する。このミラー28には増幅
された電磁波22を、部分的に透過させるために周方向
に沿って開口する降孔のスロット27が形成されている
。The mirror 28 of the resonant section 23 is a circular ring made of copper and forms a resonant cavity. When extracted and shown in FIGS. 2 and 3, the inner surface facing the electron beam has a donut shape all around the circumference. It is a concave mirror M1 whose focal point S is -H1t of the spherical surface P, and reflects the electromagnetic waves emitted in the radial direction rl to oscillate and amplify them. This mirror 28 is formed with a downhole slot 27 that opens along the circumferential direction in order to partially transmit the amplified electromagnetic wave 22.
このスロット27は、その開口を電磁波が通過するため
に、対称軸方向の開口部短辺の長さは共振周波数の波長
の1/2以上であれば良く、開口部良辺の長さは、必要
な電磁波の通過率に対応して1胃定すれば良い。また、
その形状は、多数の長穴を均一に分布するように配設し
ても良い。In order for electromagnetic waves to pass through the opening of this slot 27, the length of the short side of the opening in the direction of the symmetry axis should be at least 1/2 of the wavelength of the resonant frequency, and the length of the good side of the opening is as follows. It is only necessary to set the value in accordance with the required electromagnetic wave passage rate. Also,
The shape may be such that a large number of elongated holes are uniformly distributed.
さらに1才た、ミラー28の全周にわたって開口部を形
成し、反射ミラーを複数個に分割して設けても良い。Furthermore, an opening may be formed over the entire circumference of the mirror 28, and the reflecting mirror may be divided into a plurality of pieces.
雷1磁波伝送用建ラー29は、所定の角度の反射面を有
する半円状の銅製のリングで、部分透過ミラー287J
)ら直線偏波となって透過した電磁波を目標に伝送させ
集束させるもので、その断面形状は中心部Slこ焦点を
合せた楕円面層の一部で構成する断面楕円面M!を有す
るもので、特にこの電磁波を利用して加熱させる加熱対
象、例えばプラズマ(こ一つの焦点を合せるように形成
されている。Lightning 1 magnetic wave transmission ring 29 is a semicircular copper ring with a reflective surface at a predetermined angle, and is partially transparent mirror 287J.
) transmits and focuses the electromagnetic waves transmitted as linearly polarized waves to the target, and its cross-sectional shape is an ellipsoidal surface M!, which is composed of a part of an ellipsoidal layer focused on the central portion Sl. In particular, the electromagnetic waves are used to heat an object to be heated, such as a plasma (plasma).
このように構成された不発明のジャイロトロン装置は、
電子ビームから発生する径方向の電磁波を全周に渡って
共振させ増幅し、五線偏波で刀口熱目標方向に効率良く
伝送することができるので大出力の装置が得られること
はもとより、少ない開口で所望の電磁波を取り出すこと
ができ、さらに直線偏波の出力を得ることができる。The uninvented gyrotron device configured in this way is
The radial electromagnetic waves generated from the electron beam are resonated around the entire circumference and amplified, and can be efficiently transmitted in the direction of the sword-shaped heat target using staff-polarized waves. A desired electromagnetic wave can be extracted through the aperture, and a linearly polarized wave output can also be obtained.
第1図は本発明のジャイロトロン装置を示す断面図、第
2図は本発明の実施例の要部を示す一部切欠斜視図、第
3図は部分透過ミラーおよび反射ミラーの動作を説明す
る断面説明図、第4図は従来のジャイロトロン装置を示
す断面図である。
19・・・電子ビーム、20・・・電子銃%2131〜
21C。
26・・・磁気コイル、1文へ太諷趙\嵐慢瓢28・・
・部分透過ミラー、29・・・電磁波伝送用ミラー、2
5・・・電子ヒームダンプ、2%・・・スロット。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a gyrotron device of the present invention, FIG. 2 is a partially cutaway perspective view showing the main parts of an embodiment of the present invention, and FIG. 3 explains the operation of a partially transmitting mirror and a reflecting mirror. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a conventional gyrotron device. 19...electron beam, 20...electron gun%2131~
21C. 26...Magnetic coil, 1 sentence to Taiyi Zhao\Arashi Arrogance 28...
・Partially transparent mirror, 29...Mirror for electromagnetic wave transmission, 2
5...electronic heat dump, 2%...slot.
Claims (2)
発射する電子ビームに磁場を印加する磁場発生部と、前
記電子ビームが前記磁場内を通過するときに生じる電磁
波のうち、この電子ビームの走行軸に対して径方向に伝
播する電磁波を準光学的に反射させる中空環状の電気導
体の内壁面を軸対称に成形し、該壁面に軸方向を短辺と
し、方位角方向を長辺とする矩形状もしくは長円状開口
部を設けた部分透過ミラー体とを有してなる準光学共振
器とを具備したことを特徴とするジャイロトロン装置。(1) An electron gun that generates an electron beam, a magnetic field generator that applies a magnetic field to the electron beam emitted from the electron gun, and an electromagnetic wave that is generated when the electron beam passes through the magnetic field. The inner wall surface of a hollow annular electric conductor that quasi-optically reflects electromagnetic waves propagating in the radial direction with respect to the running axis of the conductor is formed axially symmetrically, and the wall surface has a short side in the axial direction and a long side in the azimuth direction. 1. A gyrotron device comprising: a semi-optical resonator having a partially transmitting mirror body provided with a rectangular or elliptical opening.
部位置に共振空胴中心を少なくとも一つの焦点とする二
次曲線群をその反射面に含む電波反射器の附加された構
成としたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
ジャイロトロン装置。(2) A radio wave reflector is added at a position outside the resonant cavity that opposes the opening of the partially transmitting mirror book, and its reflecting surface includes a group of quadratic curves with at least one focal point at the center of the resonant cavity. A gyrotron device according to claim 1, characterized in that:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13206484A JPS6113532A (en) | 1984-06-28 | 1984-06-28 | Gyrotron |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13206484A JPS6113532A (en) | 1984-06-28 | 1984-06-28 | Gyrotron |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6113532A true JPS6113532A (en) | 1986-01-21 |
Family
ID=15072665
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP13206484A Pending JPS6113532A (en) | 1984-06-28 | 1984-06-28 | Gyrotron |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6113532A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4926094A (en) * | 1987-03-03 | 1990-05-15 | Centre for Recherches En Physique Des Plasmas | High-performance gyrotron for production of electromagnetic millimeter or submillimeter waves |
JPH04238729A (en) * | 1991-01-14 | 1992-08-26 | Toyoda Gosei Co Ltd | Sash for automobile door |
US5144194A (en) * | 1989-04-19 | 1992-09-01 | Asea Brown Boveri Ltd. | Quasi-optical gyrotron having angularly spaced quasi-optical resonators lying in a common plane |
-
1984
- 1984-06-28 JP JP13206484A patent/JPS6113532A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4926094A (en) * | 1987-03-03 | 1990-05-15 | Centre for Recherches En Physique Des Plasmas | High-performance gyrotron for production of electromagnetic millimeter or submillimeter waves |
US5144194A (en) * | 1989-04-19 | 1992-09-01 | Asea Brown Boveri Ltd. | Quasi-optical gyrotron having angularly spaced quasi-optical resonators lying in a common plane |
JPH04238729A (en) * | 1991-01-14 | 1992-08-26 | Toyoda Gosei Co Ltd | Sash for automobile door |
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