大強度相対論的電子ビーム-プラズマ系からの大出力広帯域マイクロ波発生

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本研究の目的は、大強度相対論的電子ビーム・プラズマ相互作用により、プラズマ周波数より高い周波数の大出力マイクロ波を発生させ、その特性を調べることである。研究の延長線上にはマイクロ波発生機構の解明がある。カーボンを電極としたレール型プラズマ銃2基で、密度が軸方向に減衰するカーボン・プラズマを生成し、このプラズマ中に、大強度相対論的電子ビーム(最大1.5MeV、27kA、30ns)を入射した。アノード領域の下流側より5cmの点(この点でのプラズマ密度の最大値は1〜2X10^<12>cm^<-3>)で、ビームの進行方向に対して直角方向に放射される大出力マイクロ波、およびドリフト管の下流側端部(アノード領域より70.5cm)で、ビーム進行方向に放射される大出力マイクロ波を、30.7〜35.7GHz帯(マイクロ波出力1)、および40.0〜60.0GHz帯(マイクロ波出力2)で測定した。測定結果をまとめると:1)プラズマ周波数の数倍から約10倍の周波数範囲で大出力のマイクロ波放射を観測した。2)放射には発生機構が異なると思われる二つのタイプがある。3)タイプIはビームの進行方向および直角方向で観測され、マイクロ波出力2対マイクロ波出力1の比がほぼ一定である。4)ビーム進行方向の出力が直角方向の出力より数倍大きい。5)タイプIの場合、マイクロ波出力のビーム・パラメーターへの依存の仕方がビーム出力の小さいときと大きいときとで異なる。6)タイプIIはビーム進行方向でだけ観測され、マイクロ波出力2対マイクロ波出力1の比が小さい。7)マルクス充電電圧が低いときには出ない。8)30.7〜35.7GHz帯びでの最大出力は、ビーム進行方向で、約12kW/(m^2であった。以上の実験結果を踏まえ、18〜40GHzの周波数範囲の5チャンネルのマイクロ波スペクトロメーターを整備した。