多周波数ガウスビーム出力ジャイロトロン用モード変換器の改良とその実証

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多周波数ガウスビーム発振ジャイロトロン G-VIIのモード変換器の特性を調べた。方法は、G-VIIから放射されたガウスビームを塩化ビニル板に照射し、その温度上昇を赤外線カメラで観測することで、多くのモードから変換されたビームの形状および放射位置を調べた。２次高調波モードについてはすでに調べていたので、今回は基本波モードについて調べた。ジャイロトロンの発振モード（TEmnモード）のmとモードから決まる定数χmnの比m/χmnの値の順に、窓からのビームの放射方向が並ぶことが理論的に予想されている。塩化ビニル板の位置を固定して発振モードによる温度上昇位置の違いを観測したところ、結果はほぼ理論通りにビーム方向が並んだ。ほとんどの発振モードに対して、放射ビームの形状はガウスビームに近かったが、TE13モードとTE14モード発振時は、２つのピークをもった。このピークが２つになる原因を解明した。観測された周波数は１つのみであったので、複数のモードが発振しているわけではない。m/χmnの値の順にビームの放射方向を並べるとTE13、TE14モード発振時の２つのピークの間にTE02、TE03モードのビームが出ていた。そこで２つのピークのうち中心から遠い側を-m/χmnに対してプロットすると、１つの線上にデータが載った。このことから、中心から遠い側のピークは共振器内で他のモードとは逆回転するモードが発振した結果ではないかという仮説を立てた。この仮説が正しければ、共振器に入射する電子ビーム半径を変えるとそれぞれの回転モードと電子の結合度が変化するため、２つのピークの強度が結合度に従って変化するはずである。このことを実験で確かめた。その結果、２つのピーク強度の振る舞いは結合度の変化を再現した。このことから仮説が正しいことを実証できた。この成果を国際学会およびプラズマ・核融合学会年会で報告した。