JPH08102263A

JPH08102263A - ジャイロトロン装置

Info

Publication number: JPH08102263A
Application number: JP7180134A
Authority: JP
Inventors: Keiji Sakamoto; 慶司坂本; Masaki Tsuneoka; まさき恒岡; Atsushi Kasugai; 敦春日井; Tsuyoshi Kariya; 強假家
Original assignee: Toshiba Corp; Japan Atomic Energy Research Institute
Current assignee: Toshiba Corp; Japan Atomic Energy Agency
Priority date: 1994-08-05
Filing date: 1995-07-17
Publication date: 1996-04-16
Also published as: US5780969A

Abstract

(57)【要約】【目的】この発明は、コレクタ電位を低下させて動作
させるための絶縁筒を通って不要イクロ波が外部に漏洩
するのを抑制す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。【構成】この発明は、マイクロ波反射伝送部１１とコ
レクタ１２との間にこれらを電気的に絶縁し且つ真空容
器の一部を構成する絶縁筒１４の外周にマイクロ波吸収
部材３０が配置されてなるジャイロトロン装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、マイクロ波ビ−ムを
準光学的に方向変換して伝送、放出できる構成のジャイ
ロトロン装置に係わり、とくにコレクタ電位を共振空胴
部やマイクロ波反射伝送部に対してマイナス電位にして
動作させ得るジャイロトロン装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ジャイロトロン装置は、周知のようにサ
イクロトロンメ―ザ作用を動作原理とする電子管で、ミ
リ波からサブミリ波帯における高周波大電力源として利
用されている。そして最近は、電子ビ−ムとマイクロ波
の行路を分離するモード変換器を内蔵するジャイロトロ
ン装置が提案され、実用になっている。このジャイロト
ロン装置は、例えばＵＳＰ５２６６８６８号明細書に開
示されているように、例えばブラソフ変換器でモ−ド変
換されたマイクロ波を幾つかのミラ−を用いて準光学的
に方向変換して伝送し、電子ビ−ムとは別の方向例えば
管軸に直交する横方向にマイクロ波出力を取り出す構成
である。

【０００３】このようなジャイロトロン装置の管本体
は、中空の電子ビームを発生する電子銃部、その電子ビ
ーム下流に順次配置された共振空胴部、この共振空胴部
で発生され伝送されるマイクロ波をモード変換するとと
もに電子ビームの進行方向と異なる方向に設けられた高
周波出力部に向けて反射及び伝送する複数の高周波ミラ
ーを備えるマイクロ波反射伝送部、及び相互作用済の電
子ビームを捕捉するコレクタを備えている。

【０００４】そして、マイクロ波反射伝送部とコレクタ
との間に、これら両者を電気的に絶縁するとともに真空
容器の一部を構成するセラミックス製の絶縁筒が設けら
れる。それによって、動作に際してコレクタの電位を共
振空胴部やマイクロ波反射伝送部に対してマイナスの高
電位にし、高効率動作を得る。なお、この絶縁筒を利用
してマイクロ波反射伝送部の電流やコレクタの電流をそ
れぞれ独立して測定することもできる。この場合は、絶
縁筒による耐電圧は数Ｖ程度あればよく、そのための絶
縁筒の軸方向寸法は１〜２ｃｍ程度で十分である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
なジャイロトロン装置において、マイクロ波反射伝送部
に対するコレクタの電位を十分低下させて電子ビ−ムを
減速させ、動作電力の総合効率を高めるためには、２０
ｋＶ〜５０ｋＶ程度の電位差を持たせる必要がある。そ
のための絶縁筒の軸方向寸法は、約１０ｃｍ以上の軸方
向長さが必要となる。絶縁筒の材料には一般的にセラミ
ックスが使用されるが、セラミックスはマイクロ波を透
過するので、このようなジャイロトロン装置では絶縁筒
の軸方向寸法が大きくなることにより、絶縁筒からのマ
イクロ波の漏洩が大きな問題となる。なお、絶縁筒から
漏れるマイクロ波は、主として、モード変換器でモ−ド
変換されずに管内に残る高周波成分の一部であり、とく
に波長の短い成分ほど光に準ずる振舞いをする。

【０００６】この発明は、上記事情に鑑みなされたもの
で、マイクロ波反射伝送部とコレクタとの間の電気的絶
縁を損なうことなく、絶縁筒からのマイクロ波の外部漏
洩を抑制し、コレクタ電位を低下させて安全に高効率動
作を保証し得るジャイロトロン装置を提供することを目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、ジャイロト
ロン管本体のマイクロ波反射伝送部とコレクタとの間
に、真空容器の一部を構成する絶縁筒が設けられてな
り、この絶縁筒の外周にマイクロ波吸収部材が配置され
てなるジャイロトロン装置である。

【０００８】

【作用】この発明によれば、ジャイロトロン管本体のマ
イクロ波反射伝送部とコレクタとの間の電気的絶縁性能
を損なうことなく、管内に残る不要マイクロ波が絶縁筒
から管外に漏洩するのを確実に抑制することができる。

【０００９】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明の実施例を
説明する。なお、同一部分は同一符号であらわす。この
発明を適用したモード変換器を内蔵し且つコレクタ電位
を低下させて動作させるジャイロトロン装置は、図１お
よび図２に示すように構成されている。すなわち、この
ジャイロトロン装置は、管本体１０と、その外周の所定
位置に配置された電磁石４０，４１，４２を備えてい
る。ジャイロトロン管本体１０は、中空の電子ビ―ムｅ
を発生する電子銃部１を有し、さらにその電子ビ―ム下
流に順次配列されたところの、次第に径小となるテ―パ
状電子ビ―ム導入部２、共振空胴部３、ブラソフ変換器
４、複数の高周波ミラ−６，７、８とそれに対向して横
方向反対側に設けられたマイクロ波出力部９とを備える
マイクロ波反射伝送部１１、相互作用済みの電子ビーム
ｅを捕捉するコレクタ１２を有している。

【００１０】そして、内側に共振空胴部３やモード変換
器４、マイクロ波反射伝送部１１を有する金属製の真空
容器１３のコレクタ側端部とコレクタ１２との間に、真
空容器の一部を構成するセラミックス製の絶縁筒１４が
設けられている。この絶縁筒１４は、コレクタ側のフラ
ンジ１５とマイクロ波反射伝送部側のフランジ１６との
間に真空気密に接合されており、コレクタ電位を低下さ
せて動作させる際に両フランジ間にかかる電圧に対して
十分な絶縁を保つ軸方向寸法を有している。なお、図２
の符号１５ａ，１６ａは薄肉の封止用金属リング、２
４，２５はバックアップ用のセラミックスリングをそれ
ぞれあらわしている。コレクタ１２の外側には、冷却水
を供給してこのコレクタを冷却するためのボイラ・ジャ
ケット１７が配置されている。

【００１１】また、絶縁筒１４の内側即ち真空側には、
２個の導電体製のマイクロ波反射筒１８，１９が軸方向
に一部重なり合い、半径方向に離隔してそれぞれフラン
ジ１５，１６に固定されている。これらマイクロ波反射
筒１８，１９は、管内にモード変換器の回折損失等によ
り不所望に残る不要マイクロ波ｍが、絶縁筒１４の方に
漏れ出るのを最小とする位置に置かれ、この不要マイク
ロ波ｍを内側に反射する機能を有する。

【００１２】さらにまた、絶縁筒１４の外周即ち大気側
には、この絶縁筒１４を取り巻いてマイクロ波吸収体３
０が配置されている。この実施例におけるマイクロ波吸
収体３０は、３個の円筒状マイクロ波吸収体２１，２
２，２３が、一方の軸方向の一部が他方に入り込み且つ
半径方向に相互に離隔して配設されている。これらマイ
クロ波吸収体は、例えば炭素や炭化硅素等からなり、各
フランジ１５，１６に交互に固着されている。一般的
に、炭素や炭化硅素等のマイクロ波吸収体は、比抵抗が
数Ω・ｃｍ〜数ｋΩ・ｃｍの範囲のものであり、これは
絶縁体としての使用は不向きであるが、半径方向に交互
に離隔して配置することにより、耐電圧を損なうことな
くマイクロ波を吸収又は反射させることができる。すな
わち、動作時に絶縁筒１４を不所望に透過し外部に漏れ
ようとする回折損失マイクロ波ｍは、マイクロ波吸収体
２１，２２，２３に当り、一部は吸収され、一部は反射
され、その繰返しで減衰され、吸収される。なお、マイ
クロ波吸収体の数や形状、配置は、漏れマイクロ波の吸
収や反射回数を多くして外部に漏れないように選定する
ことができる。

【００１３】さて、このような構成のジャイロトロン装
置の動作に際しては、コレクタ１２が接地され、内側に
共振空胴部やマイクロ波反射伝送部を備える金属製真空
容器１３に例えばプラス約５０ｋＶの電圧Ｅｂが印加さ
れる。絶縁筒１４は、この電圧に対して十分な電気的絶
縁を維持する。そして、管内に残る不要マイクロ波は、
絶縁筒１４の内側に配置されているマイクロ波反射筒
や、外周に配置されているマイクロ波吸収体によって反
射又は吸収され、外部に漏洩することが抑制される。し
たがって、安全で高効率の動作が保証される。なお、絶
縁筒の外周に配置したマイクロ波吸収体は必要不可欠で
あるが、とくに上述の実施例のように、内側に配置した
マイクロ波反射筒と組合わせることにより、より一層確
実に不要マイクロ波の外部漏洩を抑制することができ
る。

【００１４】図３に示す実施例は、絶縁筒１４の内側に
配置した一方のビーム上流側マイクロ波反射筒１８を、
ビーム下流側即ちコレクタ側に次第に径小となる円錐筒
状とし且つ先端をカールしてコロナリング部１８ａとし
たものである。また、他方のマイクロ波反射筒１９は、
逆にビーム上流側に次第に径小となる円錐筒状で、先端
にコロナリング部１９ａを形成したものである。そして
両反射筒１８，１９は、互いに途中まで軸方向の一部が
重なり且つ放電を生じない距離だけ半径方向に離して置
かれ、しかも内側の電子ビームｅの主通路から絶縁筒１
４の内壁が直接見通せない位置関係で配置されている。
それによって、電子ビーム通路を含む管内に残る不要マ
イクロ波が直接絶縁筒に至りこの絶縁筒を通過して外部
に漏洩する不都合は、より一層確実に抑制される。

【００１５】さらにこの実施例は、絶縁筒１４の外周に
配置したマイクロ波吸収部材３０として、両フランジ１
５，１６のまわりに配置したアクリル樹脂やテフロン
（商品名）樹脂のような保護カバーを兼ねる円筒状絶縁
スペーサ２６の外周に、らせん状に密着巻きした同じく
テフロンのような誘電体製の通水パイプ２７の中に水の
ようなマイクロ波吸収性液体２８を矢印のように循環さ
せる構成になっている。この実施例によれば、絶縁筒１
４を通して大気側に漏れる漏れマイクロ波は、密着巻き
されパイプ中の水に吸収されるので、より一層確実に外
部漏洩が防止される。なお、マイクロ波吸収性液体とし
ては、水以外の液体であってもよい。

【００１６】図４に示す実施例は、絶縁筒１４の外周に
内周面が波状の凹凸を有する絶縁スペーサ２６、及び誘
電体製の通水ジャケット２９によりマイクロ波吸収部材
３０を構成したものである。この通水ジャケット２９に
水のようなマイクロ波吸収性の液体２８を矢印のように
循環させるようにしてある。この実施例によれば、絶縁
筒の外周の両フランジ間に配置された通水ジャケット中
の水に、漏れマイクロ波がより一層確実に吸収される。

【００１７】図５に示す実施例は、絶縁筒１４の内側に
配置したマイクロ波反射筒１８，１９の外周壁面、及び
フランジ１５，１６の絶縁筒に対向する壁面に、マイク
ロ波吸収被膜１８ｂ，１９ｂ，１５ｂ，１６ｂを付着形
成したものである。これによって、乱反射等により電子
ビーム路側から絶縁筒側に至る不要マイクロ波があって
も、その一部はマイクロ波吸収被膜に吸収されるので、
絶縁筒１４を通過して管外に漏れ出る量を一層低減する
ことができる。

【００１８】また、この実施例は、絶縁筒１４の外周の
両フランジ１５，１６の間に絶縁体の円筒状ジャケット
３１を図示しないパッキングにより液密に固定し、この
円筒状ジャケット３１と絶縁筒１４とで囲まれる空間に
マイクロ波吸収性を有する絶縁油３２を矢印のように循
環させる構造のものである。なお、円筒状ジャケット３
１の内周壁面に、高抵抗のマイクロ波吸収被膜３１ａを
付着してあり、それによって、不要マイクロ波の外部漏
洩を一層確実に防止することができる。また、この実施
例によれば、絶縁筒１４の外周面を絶縁油で覆う構成で
あるので、絶縁筒の耐電圧性能が増強され、したがって
また、それによって絶縁筒の軸方向寸法を短くしてジャ
イロトロン装置の長さを短縮することができる。

【００１９】なお、以上の実施例は、マイクロ波反射体
が２個の導電体円筒を組合わせたものであるが、それに
限らず、１個や３個以上の円筒によって構成してもよ
い。或いはまた、他の形状や、例えば多数の短冊状の導
電体板をリング状に配列したもの等であってもよい。さ
らに、管外に配置するマイクロ波吸収体は、種々の公知
のマイクロ波吸収材を使用し得る。さらにまた、以上の
実施例のマイクロ波反射体やマイクロ波吸収体を適当に
組合わせた構造にしてもよい。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
コレクタの電位を低下させて動作させるための絶縁筒か
ら不要なマイクロ波が外部に漏洩するのをより確実に抑
制することができる。したがって、安全に高効率動作を
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係るジャイロトロン装置
を示す縦断面図。

【図２】図１の要部を拡大して示す半縦断面図。

【図３】この発明の他の実施例を示す要部半縦断面図。

【図４】この発明のさらに他の実施例を示す要部半縦断
面図。

【図５】この発明のさらに他の実施例を示す要部半縦断
面図。

【符号の説明】

１…電子銃部、ｅ…電子ビ−ム、３…共振空胴部、４…
モード変換器、６，７，８…高周波ミラ−、９…出力
部、１１…マイクロ波反射伝送部、１２…コレクタ、１
３…真空容器、１４…絶縁筒、１８，１９…マイクロ波
反射体、３０…マイクロ波吸収部材。

フロントページの続き (72)発明者春日井敦茨城県那珂郡那珂町大字向山801番地の１日本原子力研究所那珂研究所内 (72)発明者假家強栃木県大田原市下石上1385番の１株式会社東芝那須電子管工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子銃部、共振空胴部、前記共振空胴部
から伝送されるマイクロ波を電子ビームの進行方向と異
なる方向に設けられたマイクロ波出力部に向けて反射及
び伝送する複数の高周波ミラーを備えるマイクロ波反射
伝送部、及び前記マイクロ波反射伝送部よりも電子ビー
ム下流に配置されたコレクタを具備し、前記マイクロ波
反射伝送部とコレクタとの間にこれらを電気的に絶縁し
且つ真空容器の一部を構成する絶縁筒が設けられてなる
ジャイロトロン装置において、上記絶縁筒の外周にマイクロ波吸収部材が配置されてな
ることを特徴とするジャイロトロン装置。
【請求項２】絶縁筒の内側に、電子ビーム通路を取り
巻くように導電体製のマイクロ波反射体が配置されてい
る請求項１記載のジャイロトロン装置。
【請求項３】マイクロ波反射体は、電子ビーム通路か
ら絶縁筒が直接見通せない位置関係で配置されている請
求項２記載のジャイロトロン装置。
【請求項４】マイクロ波吸収部材は、絶縁筒の外周を
取り巻いて配置されたパイプ又はジャケット内に供給さ
れたマイクロ波吸収性の液体である請求項１記載のジャ
イロトロン装置。