大出力高効率プラズマ後進波発振器の開発

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過去2年間、周波数23GHz、出力1MW、時間幅50nsの大出力マイクロ波を発生させる大口径のプラズマ後進波発振器の開発に従事してきた。現在までに、装置の設計・製作および真空の後進波発振器の動作試験を完了した。詳細は次の通りである。(1)数値解析により、周波数を下げないで口径の大きい遅波導波管を最適設計した。口径を大きくする事は、大出力を得るため重要な課題である。その結果、ピッチ長さの短い平均半径3cm、設計周波数24GHzの遅波構造をアルミニウムで製作した。(2)磁場発生用コイルとその電源、真空装置、マルクス発生器、パルス形成線路、電子ビーム・ダイオード、マイクロ波測定回路、周波数スペクトル測定用遅延導波管回路(100m)を製作・整備し、各部分の動作試験を行った。(3)手持ちのシーケンス・コントローラを改良・整備して装置全体の動作試験を行った。(4)電子ビームを発生させ電流波形と断面の円環状図形を測定し、磁場方向への伝ぱんの状況を調べた。(5)マイクロ波出力を測定した。典型的な例として、パルス時間幅は20ns程度と短い出力0.7MWのマイクロ波が得られた。このとき、電子ビーム入力は、電流0.4kA、電圧100keVであったので、電子効率は約2%となった。(6)マイクロ波出力を周波数スペクトル測定用遅延導波管回路で分析したところ、周波数は19-20GHzであることがわかった。従って、設計周波数の約80%となった。(7)現在、アルゴン・ガスを装置内部に導入し、プラズマ後進波発振器としての動作試験を行っている。10倍程度の電子効率の増大をめざして、最終の動作試験をしている。今後、改良を加えて性能の向上をはかり、平成5年7月に研究成果報告書を提出する予定である。