JPH07254371A - ジャイロトロン装置 - Google Patents

ジャイロトロン装置

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Publication number
JPH07254371A
JPH07254371A JP6043761A JP4376194A JPH07254371A JP H07254371 A JPH07254371 A JP H07254371A JP 6043761 A JP6043761 A JP 6043761A JP 4376194 A JP4376194 A JP 4376194A JP H07254371 A JPH07254371 A JP H07254371A
Authority
JP
Japan
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wave
reflecting
mirror
electromagnetic wave
mode
Prior art date
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Pending
Application number
JP6043761A
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English (en)
Inventor
Yosuke Hirata
洋介 平田
Yoshika Mitsunaka
義加 満仲
Yasuyuki Ito
保之 伊藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPH07254371A publication Critical patent/JPH07254371A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/10Nuclear fusion reactors

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  • Microwave Tubes (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 伝送効率の高い良好なビーム状の電磁波を得
ることができるジャイロトロン装置を提供する。 【構成】 ジャイロトロン装置は、電磁波を反射するミ
ラー系の反射鏡の少なくとも1つの反射鏡55aが、該
反射鏡55aの反射面の所定範囲56aにおける全ての
位置で、該位置に入射した電磁波の反射波の局所的な波
動ベクトルkaoの方向がガウシアンモードの方向と一致
するような形状を備えているので、ミラー系でガウシア
ンモードに一致、もしくは近いモードの反射波を得るこ
とができ、伝送効率の高いビーム状の電磁波が得られ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ジャイロトロン装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】周知の通り、核融合炉のプラズマを加熱
するために電磁波を用いることが検討されている。それ
に用いるミリ波帯の電磁波の大電力高周波発振源として
高次モードジャイロトロン装置が有望視されている。
【0003】また、ジャイロトロン装置内の空胴共振器
で発振した高次モードの電磁波は、導波管での伝送損失
が大きいために発振源から核融合炉まで数十メートルの
大電力伝送には不向きである。そこで、高次モードのミ
リ波を自由空間の伝播が可能なビーム状にモード変換器
で変換し、準光学的に伝送し放射することが検討されて
いる。
【0004】このようなジャイロトロン装置は図5に概
略の構成図を示すように、空胴共振器1で発振された電
磁波2を、モード変換器3及び複数の反射鏡4,5,
6,7,8からなるミラー系9により伝送損失の少ない
ガウシアンビーム状となるよう変換し、出力窓10から
放射し図示しない外部導波管等に出力するようになって
いる。なお、11は電子銃であり、12は超電導磁石で
あり、13は電子ビームのコレクタである。
【0005】また、ミラー系9に用いられている反射鏡
4,5,6,7,8は、その反射面が楕円面あるいは放
物面によって構成されている。そして反射面が楕円面で
構成されている場合には、図6に説明するための図を示
すように、点源Xaから発せられた電磁波は楕円面鏡M
aで反射して1つの焦点Yaに集束する。図中の実線w
ai,waoは入射波及び反射波の波動ベクトルを示す。
【0006】また、反射面が放物面で構成されている場
合には、図7あるいは図8に説明するための図を示すよ
うに、点源Xbから発せられた電磁波は放物面鏡Mbで
反射して無限遠点に集束、すなわち平行となるように変
換され、あるいは平行な電磁波は放物面鏡Mbで反射し
て1つの焦点Ybに集束する。同様に図中の実線wbi
bo及び実線wci,wcoは、それぞれの図における入射
波及び反射波の波動ベクトルを示す。
【0007】しかしながら、上記構成のジャイロトロン
装置ではモード変換器3から発せられ反射鏡4に入射す
る電磁波2は、図6や図7における点源Xa,Xbのよ
うな点源からのものではなく、また、一つ前の反射鏡で
反射された電磁波、例えば反射鏡7から反射鏡8に入射
する電磁波についても図8における電磁波のように平行
なものとなっていない。そのため、電磁波は十分にガウ
シアンビーム状のものとはなっておらず、楕円面あるい
は放物面を有する反射鏡4,5,6,7,8のミラー系
9での伝送効率が低く、また出力窓10から取り出され
るビーム状電磁波2も良好なものではなかった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上記のような状況に鑑
みて本発明はなされたものであって、出力窓の外側にお
いて伝送効率の高い良好なビーム状の電磁波を得ること
ができるジャイロトロン装置を提供することを目的とす
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明のジャイロトロン
装置は、空胴共振器で発振されモード変換器でモード変
換されて放射された電磁波を、複数の反射鏡からなるミ
ラー系を介して出力窓に伝送するようにしたジャイロト
ロン装置において、反射鏡の少なくとも1つが、該反射
鏡の反射面の所定範囲における全ての位置で、該位置に
入射した電磁波の反射波の局所的な波動ベクトルが所定
方向に向くような形状を有するものであることを特徴と
するものであり、さらに、少なくとも1つの反射鏡の反
射面で所定範囲内の全ての位置に入射した電磁波の反射
波の局所的な波動ベクトルが、無限遠点を含む所定の点
に集束する方向に向いていることを特徴とするものであ
る。
【0010】
【作用】上記のように構成されたジャイロトロン装置
は、電磁波を反射するミラー系の反射鏡の少なくとも1
つが、該反射鏡の反射面の所定範囲における全ての位置
で、該位置に入射した電磁波の反射波の局所的な波動ベ
クトルが所定方向に向くような形状を備えている。それ
故、ミラー系で所望するモードに一致、もしくは近いモ
ードの反射波を得ることができ、所望するモードを適宜
に設定することで伝送効率の高いビーム状の電磁波が得
られる。
【0011】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1乃至図4を参
照して説明する。図1は概略の構成図であり、図2は第
1の反射鏡を説明するための図であり、図3は電磁波の
電力分布図であり、図4は第2の反射鏡を説明するため
の図である。
【0012】図1において、31は内部が真空状態に保
たれた管本体で、この管本体31の一端側には電子銃3
2を装着しており、また他端側の電子銃32に対向する
位置には電子銃32から出射された電子ビーム33を捕
捉するコレクタ34を設けている。そして電子銃32と
コレクタ34との間には、電子銃32から順にビームト
ンネル35、空胴共振器36、導波管37、モード変換
器38を設けている。また、モード変換器38から放射
される電磁波39の経路には、反射鏡40,41,4
2,43,44でなるミラー系45と、反射鏡43で反
射された電磁波39を管本体31内部から外部へ放射す
るための出力窓46が設けられている。電子銃32は、
管本体31の内側に向けて突設された陰極47と、その
回りに対向配置された円筒状の陽極48と、これらに磁
界を印加する超電導磁石49のガンコイル50とで構成
されている。そして陰極47と陽極48との間、陽極4
8とビームトンネル35及びコレクタ34との間には、
それぞれ高電圧電源51,52が接続されている。また
管本体31の回りで空胴共振器36を囲む位置には、同
じく超電導磁石49の主コイル53が設けられている。
なお、54は陰極47を加熱するヒータ電源である。
【0013】そして、ミラー系45の反射鏡40,4
1,42,43,44は、その反射面が図2に概念を説
明するための図を示すところの第1の反射鏡55aのよ
うに構成されている。すなわち、第1の反射鏡55aの
反射面は、少なくとも電磁波が入射し反射する所定範囲
56aの全ての位置において、入射波の波動ベクトルk
aiに対する反射波の反射面での局所的な波動ベクトルk
aoの方向が、ガウシアンモードの波動ベクトルと一致す
るような形状となっている。なお、入射電磁波のエネル
ギは局所的にはその位置での波動ベクトルの方向に流れ
る。
【0014】そして反射鏡40,41,42,43,4
4の反射面は、第1の反射鏡55aと同じ様に電磁波が
反射する所定範囲の全ての位置において、反射波の反射
面での局所的な波動ベクトルが、各反射鏡40,41,
42,43,44の光軸方向に伝播するガウシアンモー
ドのビームの波動ベクトルと一致するような形状となっ
ている。このため各反射鏡40,41,42,43,4
4の波動ベクトルは、それらの反射面で必ずしも平行な
ものとはなってはいないし、点源から出たものとはなっ
ていない。
【0015】このように構成されたものでは、ヒータ電
源54を投入すると共に高電圧電源51,52を投入す
ると、電子銃32から螺旋運動を行う円筒状の電子ビー
ム33が出射する。この電子ビーム33は、ガンコイル
50によるミラー磁界のもとでサイクロトロン運動を行
いながらビームトンネル35を通過して空胴共振器36
に入射する。
【0016】空胴共振器36に入射した電子ビーム33
は、空胴共振器36内において高周波電界との相互作用
により、その運動エネルギの一部を高周波電界に与え
る。これによって高次モードの電磁波39が生成され
る。エネルギを失った電子ビーム33は、導波管37と
モード変換器38とを通過してコレクタ34に捕捉され
る。
【0017】一方、空胴共振器36において電子ビーム
33と高周波電界との相互作用によって発生した電磁波
39は、導波管37を通ってモード変換器38に入射
し、モード変換器38の放射開口部からミラー系45の
反射鏡40に向かって放射される。そして電磁波39
は、ミラー系45の各反射鏡40,41,42,43,
44で反射され、その反射波の波動ベクトルがガウシア
ンモードに一致、もしくは近いものとなり、真空中でも
伝播可能な光軸方向に伝播するガウシアンビーム状に変
換されて出力窓46を介して外部に放射される。
【0018】例えば電磁波は、図3(a)に模式的に示
す電力分布のものがミラー系45に入射し、各反射鏡4
0,41,42,43,44での入射・反射を繰り返し
た後、図3(b)に模式的に示す電力分布のようなガウ
シアンビームに変換され、ミラー系45から出力窓46
を介して外部に放射される。
【0019】このように本実施例によれば、自由空間で
も伝播可能で、伝送効率の高いガウシアンビーム状の良
好な電磁波を得ることができる。
【0020】なお、本実施例においてはミラー系45の
各反射鏡40,41,42,43,44の反射面形状を
反射波の波動ベクトルがガウシアンモードに一致するよ
うにしたが、少なくとも1つについて一致するように
し、他を放物面鏡や楕円面鏡で構成しても伝送効率が向
上する等の効果が得られるものである。また、反射波の
局所的な波動ベクトルをガウシアンモード以外の所望の
モードの波動ベクトルと一致させることによって所望モ
ードに近い反射波を得ることができる。
【0021】さらに、図4に概念を説明するための図を
示すところの第2の反射鏡55bのように、その反射面
を、少なくとも電磁波が入射し反射する所定範囲56b
の全ての位置において、入射波の波動ベクトルkbiに対
する反射波の反射面での局所的な波動ベクトルkboの方
向が、一点Yを集束点とするような形状にし、あるいは
集束点を無限遠点とし平行となるような形状にし、この
第2の反射鏡55bと放物面鏡あるいは楕円面鏡とでミ
ラー系を構成しても伝送効率が向上する等の効果が得ら
れるものである。
【0022】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、伝送効率の高い良好なビーム状の電磁波を得る
ことができるジャイロトロン装置を提供することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の概略を示す構成図である。
【図2】本発明に係る第1の反射鏡の概念を説明するた
めの図である。
【図3】本発明に係る電磁波の電力分布図である。
【図4】本発明に係る第2の反射鏡の概念を説明するた
めの図である。
【図5】従来例を示す概略の構成図である。
【図6】反射面が楕円面で構成された反射鏡を説明する
ための図である。
【図7】反射面が放物面で構成された反射鏡での入射波
が点源からの場合を説明するための図である。
【図8】反射面が放物面で構成された反射鏡での入射波
が平行の場合を説明するための図である。
【符号の説明】
36…空胴共振器 38…モード変換器 39…電磁波 40,41,42,43,44…反射鏡 45…ミラー系 46…出力窓

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 空胴共振器で発振されモード変換器でモ
    ード変換されて放射された電磁波を、複数の反射鏡から
    なるミラー系を介して出力窓に伝送するようにしたジャ
    イロトロン装置において、前記反射鏡の少なくとも1つ
    が、該反射鏡の反射面の所定範囲における全ての位置
    で、該位置に入射した前記電磁波の反射波の局所的な波
    動ベクトルが所定方向に向くような形状を有するもので
    あることを特徴とするジャイロトロン装置。
  2. 【請求項2】 少なくとも1つの反射鏡の反射面で所定
    範囲内の全ての位置に入射した電磁波の反射波の局所的
    な波動ベクトルが、無限遠点を含む所定の点に集束する
    方向に向いてい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。
JP6043761A 1994-03-15 1994-03-15 ジャイロトロン装置 Pending JPH07254371A (ja)

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JP6043761A JPH07254371A (ja) 1994-03-15 1994-03-15 ジャイロトロン装置

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JP6043761A JPH07254371A (ja) 1994-03-15 1994-03-15 ジャイロトロン装置

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102956415A (zh) * 2011-08-29 2013-03-06 中国科学院电子学研究所 一种回旋管准光输出系统的射线表示法

Cited By (1)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102956415A (zh) * 2011-08-29 2013-03-06 中国科学院电子学研究所 一种回旋管准光输出系统的射线表示法

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