JPS63128521A - ジヤイロトロン装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 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関する。

（従来の技術） 従来のジャイロトロン装置は、第４図に示すように、電
子ビームのＺ方向に発生する電子銃１とこの電子銃１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、この電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。

電子銃ｌは電子放出帯４を設けた陰極５と、この陰極５
に同軸状に対抗配置された第１の陽極６と、このｇｘの
陽極６で、陰極５より引出された電子をＺ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。

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、それぞれの間に電圧を印加
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。

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１
６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。すなわち、電子銃１から
出力部３に導出された電子ビーム８は、磁気コイル２で
生成された磁場の強度で定まる電子のサイクロトロン周
波数とほぼ等しい周波数の電磁波を共振部１３にて発振
させ、生成された電磁波を整合部１４および出力窓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１４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の内部は真空になっている。

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くなると共振部の寸法
を大きく取れず、共振器壁面で生じる過大なジュール熱
のために、大出力の装置を作ることが困難であった。ま
た、ジャイロトロン装置を真空に封じ切るセラミックス
製の出力窓１７は、そ、こを通過する電磁波の出力が大
きくなると熱的に耐えられなることが問題となった。故
に核融合装置のプラズマを加熱する為には、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。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、従来技術では為し得なかった核融合装置のプ
ラズマ加熱に応用できるような高周波で。

かつ大出力の電磁波ビームを高効率で発生するジャイロ
トロン装置を提供することにある。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明は上述した問題点を解決するために、中空状の電
子ビームを放出する電子銃と、この電子銃から放出され
た電子ビームにサイクロトロン運動を生起させるための
磁場を発生する磁場発生手段と、上記電子ビームのビー
ム軸と同軸の単数または複数個の円環状ミラーを配置し
ており、上記磁場中を電子ビームが通過する際に生じる
電磁波を準光学的に反射させて共振させる準光学的な共
振器を有し、この共振器を構成するミラーの一つに放射
状スロット列が設けられこの放射状スロット列より中空
のα磁波ビームを出力し、この電磁波ビームを複数個の
円環状ミラーで伝送させる伝送部を有する準光学的ジャ
イロトロンにおいて。

伝送部内にオリフィスを設け、このオリフィスの両側に
真空排気用ポンプを設置し、前記ジャイロトロン装置を
差動排気できるようにした。

（作用） 本発明は複数個の円環状ミラーからなる光学系を有する
準光学的なジャイロトロンにおいて、ジャイロトロンと
、このジャイロトロンから出力される電磁波で加熱され
るプラズマを包含する容器との間に設けられる電磁波伝
送部にオリフィスとその両側に真空排気ポンプを設けて
、ジャイロトロン装置を差動排気することにより、従来
のジャイロトロン装置において用いられてきたジャイロ
トロンを真空に封じ切るセラミックス出力窓が不用とな
り、大出力の電磁波をプラズマに向けて出力させること
が可能となる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を詳細に説明する。

本発明によるジャイロトロン装置は、電磁波を光学的に
扱うので準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１を発生するマグネトロン型電
子銃２と、この電子銃２より発射する電子ビームをガイ
ドする磁場を発生する磁気コイル３，４と、電子ビーム
１が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１の走行軸に対して径方向に放射された電磁
波５を準光学的に共振し増幅する共振部６と、この共振
部６で得られた電磁波５を出力方向Ｚに伝送する伝送部
７とが設けられている。共振部６は、電子ビームｌで生
成される電磁波５を電子ビームｌの軸方向に反射させる
ための環状の共振用円環状ミラー８と、このミラー８で
反射した電磁波５の一部は共振のため反射し、一部は方
向を変えずに透過する機能を有する中空円板状部分透過
ミラー９とで構成されている。

伝送部７は、部分透過ミラー９を通過した電磁波を電子
ビーム１の放射方向に反射しながら伝播させるよう構成
した複数の電磁波伝送用軸対称ミラー１０とで主に構成
されている。磁気コイル３゜４は電子銃２．共振用軸対
称ミラー８、軸対称部分透過ミラー９を各々覆っており
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。

共振部６のミラー８，９は銅製の円環で、これを抜き出
し示すと第２図のようになり、ミラー８は電子ビーム１
の軸に対し４ｒの勾配と％　ｒ、ｚ断面において点Ｍ、
の半径Ｒ１点Ｍ１と点鳩の距離をｔとした時１例えばｔ
＝Ｒの場合には乃Ｒ〈ρかつρζ２ＡＲの条件を満たす
ような曲率を有している。ここでρは曲率半径である。

一方ミラー９は電子ビーム軸に直交する中空の円板状の
ものとし。

ｒ、ｚ断面内において、経路Ｍ８→Ｍ２→Ｍ、→Ｍ、お
よびその逆の経路を進行するガウス分布をした放射電磁
波によって共振を起こさせる。このミラー９には挑から
Ｍ、に進行する電磁波を、部分的に透過させる多数のス
ロット１）が放射状に形成されている。

電子ビーム１は円環状ミラー８内で径方向に伝播する電
磁波と相互作用とし、その結果、電子の運動エネルギが
電磁波のエネルギに変換され、共振器内で生成した電磁
波は上記放射状スロット１）より共振器外に取り出され
る。一方弁振部６を通過した電子ビームｌはビームコレ
クタ１５において回収される。図示していないがビーム
コレクタ１５の周辺には水冷却ジャケットが設けられて
いる。伝送部７にある電磁波伝送用軸対称ミラー１０は
、所定の角度の反射面を有する銅製のリングで１部分透
過ミラー９から透過した電磁波を目標に伝送させ集束さ
せるもので、その断面形状は次のミラーに焦点を合せた
断面楕円面を有するもので、第１図に矢印で示すように
部分透過ミラー９よりミラー１０の方向に透過した電磁
波を電子ビーム１の軸の方向に伝播させるが、特にこの
電磁波を利用して加熱させる加熱対象１例えばプラズマ
に一つの焦点を合せるように形成されている。

このジャイロトロン装置は、その内部は真空状態となっ
ていて、ジャイロトロンを真空に封じ切りかつ透過させ
ることのできるセラミック製（例えばアルミナ）の出力
窓１６を設けてもよいが、ジャイロトロンの出力が大き
くなると、電磁波が出力窓を透過する際に生じる熱によ
って出力窓が破壊される危険性が生じるため、この出力
窓を用いないで、プラズマ容器等に通じる伝送部６の途
中にオリフィス１２を設置し、その両側に真空ポンプ１
３を置いて、ジャイロトロン装置を差動排気する。前記
オリフィスに第１図に示すように単数または複数個の伝
送用の円環状ミラー１０で形成してもよい。また、差動
排気に用いる複数個のポンプの間に真空用ゲートバルブ
１４を設置し。

伝送部を途中でしきれるようにしてもよい。また上述の
ような真空ポンプ−オリフィス−真空ポンプの組み合せ
は伝送部６の間に複数組あってもよい。さらに、伝送部
６には第３図に示す反射板２０を設置し、電磁波ビーム
の軸を偏向させてもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば従来のジャイロトロン装置で用いられて
きたジャイロトロンを真空に封じきりかつジャイロトロ
ンの出力波を透過させるセラミックス製の出力窓が不用
となり、大出力の電磁波ビームを発生させて、プラズマ
などの加熱を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

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図は本発明の共振部を示す一部切欠斜視図、第３図は
従来のジャイロトロン装置を示す断面図、第４図は伝送
部に途中に設けられる出力電磁波ビームの軸偏向要素を
示す断面図で−ある。 １・・・電子ビーム、２・・・電子銃、３，４・・・磁
気コイル、５・・・電磁波、６・・・共振部％　７・・
・伝送部、８・・・共振用円環状ミラー、９・・・中空
円板状部分透過ミラー、１０・・・円環状ミラー、１）
・・・スロット、１２・・・オリフィス％　１３・・・
真空ポンプ、１４・・・ゲートバルブ、１５・・・ビー
ムコレクタ、１６・・・出力窓、２０・・・反射板。 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　　　竹　花　喜久男 第２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）中空状の電子ビームを放出する電子銃と、この電
   子銃から放出された電子ビームにサイクロトロン運動を
   させるための磁場を発生する磁場発生手段と、前記電子
   ビーム軸と同軸の単数または複数個の円環状ミラーを配
   置しており、上記磁場中を電子ビームが通過する際に生
   じる電磁波を準光学的に反射させて共振させる準光学的
   な共振器を有し、この共振器を構成するミラーの一つに
   放射状スロット列が設けられ、この放射状スロット列よ
   り出力される中空の電磁波ビームと複数個の円環状ミラ
   ーで伝送させる伝送部を有する準光学的なジャイロトロ
   ンにおいて、前記伝送部内にオリフィスを設け、このオ
   リフィスの両側に真空排気用ポンプを設置し、前記ジャ
   イロトロン装置を差動排気することを特徴とするジャイ
   ロトロン装置
2. （２）前記ジャイロトロン装置において、前記オリフィ
   スを単数または複数個の電磁波ビーム伝送用円環状ミラ
   ーで形成する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
3. （３）ジャイロトロン装置の伝送部において、差動排気
   に用いる複数個の真空排気用ポンプの個々の間にゲート
   バルブを設置する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