JPH01276541A - gyrotron device - Google Patents
gyrotron deviceInfo
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- JPH01276541A JPH01276541A JP10620388A JP10620388A JPH01276541A JP H01276541 A JPH01276541 A JP H01276541A JP 10620388 A JP10620388 A JP 10620388A JP 10620388 A JP10620388 A JP 10620388A JP H01276541 A JPH01276541 A JP H01276541A
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- magnetic field
- resonant cavity
- collector
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[発明の目的]
(産業上の利用分野)
この発明はジャイロトロン装置に係わり、特にその磁界
発生手段に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a gyrotron device, and particularly to its magnetic field generating means.
(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
ー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(す用されつつあ
る。(Prior Art) As is well known, a gyrotron device is an electron tube whose operating principle is cyclotron maser action, and is being used as a high-frequency high power source in the millimeter wave to submillimeter wave band.
このようなジャイロトロン装置は、電子ビームを発生す
る電子銃部、螺旋運動する電子ビームと相互作用を行な
う共振空胴部、相互作用を行なった後の電子ビームを捕
捉するコレクタ部、電磁波を外部に取出すと共に管内の
真空を維持するように気密封止された誘電体電磁波透過
窓(気密窓)、及び電子ビームに螺旋運動を与える磁石
等より(Iが成されている。Such a gyrotron device consists of an electron gun section that generates an electron beam, a resonant cavity section that interacts with the spirally moving electron beam, a collector section that captures the electron beam after the interaction, and a collector section that captures the electron beam after the interaction. A dielectric electromagnetic wave transmitting window (airtight window) which is hermetically sealed to take out the electron beam and maintain a vacuum inside the tube, and a magnet etc. which give a spiral motion to the electron beam (I) are formed.
動作時には、共振空胴部の下流において、電子ビームは
主として共振空胴部よりコレクタ部に向けて減少する磁
場の作用を受けて拡散し、コレクタ部の内壁面に捕捉さ
れ、運動エネルギを熱エネルギに変換する。この電子ビ
ームがコレクタ部に平均して衝突するように、ジャイロ
トロンの管軸を横切る磁界成分をコレクタ部内に形成す
るため、磁石をコレクタ部の入口近くに配設することな
どが知られている(特開昭61−27035号公報)。During operation, downstream of the resonant cavity, the electron beam is mainly diffused by the magnetic field that decreases from the resonant cavity toward the collector, and is captured by the inner wall of the collector, converting kinetic energy into thermal energy. Convert to It is known to place a magnet near the entrance of the collector section in order to form a magnetic field component that crosses the tube axis of the gyrotron inside the collector section so that the electron beam collides with the collector section on average. (Japanese Unexamined Patent Publication No. 61-27035).
(発明が解決しようとする課題)
上記のような従来のジャイロトロン装置では、電子ビー
ム軌道は電子が磁力線に巻き付く形で螺旋運動をするた
め、主として磁力線によって決定される。近年、大電力
出力が可能なウィスパリングギヤラリ−モード型と呼ば
れるTEmn (m>n)モードを使用するジャイロト
ロンが開発されている。(Problems to be Solved by the Invention) In the conventional gyrotron device as described above, the electron beam trajectory is mainly determined by the magnetic lines of force because the electrons move in a spiral manner while being wrapped around the lines of magnetic force. In recent years, a gyrotron that uses a TEmn (m>n) mode called a whispering gear rally mode type that can output a large amount of power has been developed.
この型のジャイロトロンでは、共振空胴内での電界ピー
クが空胴壁の近くに存在するため、共振空胴内への電子
ビームの打込み位置も、空胴壁に近くする必要がある。In this type of gyrotron, the electric field peak within the resonant cavity exists near the cavity wall, so the position at which the electron beam is implanted into the resonant cavity also needs to be close to the cavity wall.
このため、電子ビーム位置ての磁場は、共振空胴からコ
レクタに向けて急激に磁束密度が減少し、コレクタの一
部のみを加熱し、コレクタを破損する危険がある。Therefore, the magnetic flux density of the magnetic field at the electron beam position rapidly decreases from the resonant cavity toward the collector, heating only a portion of the collector, and there is a risk of damaging the collector.
コレクタでの熱流束を低減させるためには、コレクタ径
を大きくすることが有効であるが、ジャイロトロンにお
いてはコレクタがマイクロ波の出力導波管を兼ねている
ため、大型化にはモード変換の点から制約を受ける。In order to reduce the heat flux in the collector, it is effective to increase the collector diameter, but in a gyrotron, the collector also serves as the microwave output waveguide, so increasing the size requires mode conversion. Constraints from points.
この発明は、以上のような不都合を解消し、電子ビーム
がコレクタ壁に局部的に入射するのを防ぎ、コレクタに
加わる熱流束を低減させることが出来るジャイロトロン
装置を提供することを目的とする。An object of the present invention is to provide a gyrotron device that can eliminate the above-mentioned disadvantages, prevent electron beams from being locally incident on the collector wall, and reduce the heat flux applied to the collector. .
[発明の構成]
(課題を解決するための手段)
この発明は、テーパ状案内部及びコレクタ部の外側に1
夏数のソレノイドが配置され、且つこのソレノイドのう
ち共振空胴部に近いソレノイドは共振空胴部の主磁界と
逆方向の磁界を、又、出力窓部に近いソレノイドは共振
空胴部の主磁界と同方向の磁界を発生する(1−!成で
あるジャイロトロン装置である。[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) This invention provides a tapered guide section and a collector section with a
Of these solenoids, the solenoid near the resonant cavity receives a magnetic field in the opposite direction to the main magnetic field of the resonant cavity, and the solenoid near the output window receives the main magnetic field of the resonant cavity. It is a gyrotron device that generates a magnetic field in the same direction as the magnetic field (1-! configuration).
(作用)
この発明によれば、テーパ状案内部の終端付近及びコレ
クタ部の入日付近で磁力線がより強く拡散されて電子が
この付近からコレクタ壁に確実に捕捉され、更にコレク
タ部の中間部及びその下流付近では磁束密度がむしろ高
まり、電子の拡散はやや抑制されてコレクタ部の全域で
より均等に電子が捕捉される。こうして、コレクタ部へ
の電子ビーム入射範囲がより一層広くなり、局部的な熱
発生を緩和出来、大電力出力のジャイロトロン装置を得
ることが出来る。(Function) According to the present invention, the lines of magnetic force are more strongly diffused near the end of the tapered guide portion and near the sunset of the collector portion, and electrons are reliably captured by the collector wall from these areas, and furthermore, in the middle portion of the collector portion. The magnetic flux density increases in the vicinity of the downstream side, and the diffusion of electrons is somewhat suppressed, so that electrons are captured more evenly over the entire region of the collector section. In this way, the range of electron beam incidence on the collector section is further widened, local heat generation can be alleviated, and a gyrotron device with high power output can be obtained.
(実施例)
以下、図面を参照して、この発明の一実施例を詳細(4
説明する。(Embodiment) Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described in detail (4) with reference to the drawings.
explain.
この発明のジャイロトロン装置は、第1図に示すように
構成され、同図の符号1は中空電子ビームを発生する電
子銃部である。この電子銃部1の電子ビーム下流には、
次第に径小となるテーパ状電子ビーム導入部2が配置さ
れ、この電子ビーム導入部2の下流には、共振空胴部3
が連続的に設けられている。この共振空胴部3の下流に
は、電磁波及び電子ビームを案内するための次第に径大
になるテーパ状案内部4が連続的に設けられている。The gyrotron device of the present invention is constructed as shown in FIG. 1, and reference numeral 1 in the figure is an electron gun section that generates a hollow electron beam. Downstream of the electron beam of this electron gun section 1,
A tapered electron beam introducing section 2 whose diameter gradually becomes smaller is arranged, and a resonant cavity section 3 is disposed downstream of this electron beam introducing section 2.
are provided continuously. A tapered guide section 4 whose diameter gradually increases is continuously provided downstream of the resonant cavity section 3 for guiding electromagnetic waves and electron beams.
更に、このテーパ状案内部4の下流には、円筒状のコレ
クタ部5が配置され、このコレクタ部5の下流には、セ
ラミックス気密窓を有する出力窓部6が配置されている
。又、電子銃部1からテーパ状案内部4へかけての外側
には、外部磁石7からなるクライオスタット8が配置さ
れ、共振空胴部3に所定の主磁界を与える。Furthermore, a cylindrical collector part 5 is arranged downstream of this tapered guide part 4, and an output window part 6 having a ceramic airtight window is arranged downstream of this collector part 5. Further, a cryostat 8 consisting of an external magnet 7 is arranged outside from the electron gun section 1 to the tapered guide section 4, and applies a predetermined main magnetic field to the resonant cavity section 3.
そこで、この発明では、テーパ状案内部4及びコレクタ
部5の外側に、補助磁界装置のソレノイドが配置されて
いる。このソレノイドは、テーパ状案内部4の下流及び
コレクタ部5の上端付近に外部磁石7による主磁界と逆
方向の磁界を発生するソレノイドと、同方向の磁界を発
生するソレノイドの組合わせからなっている。Therefore, in the present invention, a solenoid of the auxiliary magnetic field device is arranged outside the tapered guide section 4 and the collector section 5. This solenoid consists of a combination of a solenoid that generates a magnetic field in the opposite direction to the main magnetic field by the external magnet 7 downstream of the tapered guide part 4 and near the upper end of the collector part 5, and a solenoid that generates a magnetic field in the same direction. There is.
その−例を挙げれば、図のように3個のソレノイドのう
ち電子ビームの最も上流方向に共振空胴部3の主磁界と
逆方向の磁界を発生するソレノイド9が配置され、それ
よりも下流では主磁界と同方向の磁界を発生させるソレ
ノイド10.11が配置されている。For example, as shown in the figure, the solenoid 9 that generates a magnetic field in the opposite direction to the main magnetic field of the resonant cavity 3 is placed in the most upstream direction of the electron beam among the three solenoids, and the solenoid 9 that generates a magnetic field in the opposite direction to the main magnetic field of the resonance cavity 3 is placed downstream A solenoid 10.11 is arranged to generate a magnetic field in the same direction as the main magnetic field.
これらのソレノイド9.10.11は、それぞれ直流電
源により駆動され、動作条件によってソレノイド9.1
0.11の発生する磁場の極性及び強さを変えることが
可能である。These solenoids 9.10.11 are each driven by a DC power supply, and depending on the operating conditions, the solenoid 9.1
It is possible to vary the polarity and strength of the generated magnetic field of 0.11.
尚、主磁界と同方向の磁界を発生させるソレノイド10
.11は、電子ビーム12の下流側のソレノイド11の
方が、上流側のソレノイド10よりも強い磁界(磁束密
度)を発生するようになっている。In addition, a solenoid 10 that generates a magnetic field in the same direction as the main magnetic field
.. The solenoid 11 on the downstream side of the electron beam 12 generates a stronger magnetic field (magnetic flux density) than the solenoid 10 on the upstream side.
さて動作時には、電子銃部1から出射した電子ビーム1
2は、外部磁石7により発生した主磁界及びアノード・
カソード間に印加された電界により、サイクロトロン周
波数を持つ旋回運動を行なうようになる。電子銃部1か
ら共振空胴部5に向かって緩やかに増大するミラー磁界
の断熱圧縮効果により、旋回速度を増加させながら共振
空胴部3へ入射する。共振空胴部3において、励起され
た高周波電磁界と相互作用を行ない、電子のエネルギは
高周波エネルギに変換される。共振空胴部5で相互作用
を終えた電子ビームは、外部磁場にガイドされたコレク
タ部5内壁面に衝突し、熱に変換される。そして、共振
空胴部3で発生した高周波は、出力窓部6を通って外部
回路へ導かれる。Now, during operation, the electron beam 1 emitted from the electron gun section 1
2 is the main magnetic field generated by the external magnet 7 and the anode.
The electric field applied between the cathodes causes a swirling motion with a cyclotron frequency. Due to the adiabatic compression effect of the mirror magnetic field that gradually increases from the electron gun section 1 toward the resonant cavity section 5, the electrons enter the resonant cavity section 3 while increasing the rotation speed. In the resonant cavity 3, the electrons interact with the excited high-frequency electromagnetic field, and the energy of the electrons is converted into high-frequency energy. After completing the interaction in the resonant cavity 5, the electron beam collides with the inner wall surface of the collector section 5 guided by an external magnetic field and is converted into heat. The high frequency waves generated in the resonant cavity 3 are guided to an external circuit through the output window 6.
上記の場合、この発明ではテーパ状案内部4及びコレク
タ部5の外側にソレノイド9.10.11が配設されて
いるので、第2図に示すように、テーパ状案内部4の下
流端付近及びコレクタ部5上流端付近で一旦大きく下が
る磁束密度分布(a+)を示し、その下流で逆に高い磁
束密度分布(a2)を示す。それにより、共振空胴部3
の主磁界には同等影響を与えずに、コレクタ部5で電子
ビーム12を広い範囲にわたって捕捉させることが出来
る。この結果、コレクタ部5での局部的な熱負荷を低減
させることが出来る。又、テーパ状案内部4を長くする
ことが可能となり、モード変換を少なくすることも可能
となる。In the above case, in this invention, the solenoids 9, 10, and 11 are disposed outside the tapered guide section 4 and the collector section 5, so that the A magnetic flux density distribution (a+) is shown that once drops significantly near the upstream end of the collector portion 5, and a magnetic flux density distribution (a2) is conversely high downstream. Thereby, the resonant cavity 3
The electron beam 12 can be captured over a wide range by the collector section 5 without having the same effect on the main magnetic field. As a result, the local heat load on the collector section 5 can be reduced. Moreover, it becomes possible to lengthen the tapered guide portion 4, and it also becomes possible to reduce mode conversion.
[発明の効果〕
以上説明したようにこの発明によれば、テーパ状案内部
の終端付近及びコレクタ部の入口付近で磁力線がより強
く拡散されて7ヒ子がこの付近からコレクタ壁に確実に
捕捉され、更にコレクタ部の中間部及びその下流付近で
は磁束密度がむしろ高まり、電子の拡散はやや抑制され
てコレクタ部の全域でより均等に電子が捕捉される。こ
うして、コレクタ部への電子ビーム入射範囲がより一層
広くなり、局部的な熱発生を緩和出来、大電力出力のジ
ャイロトロン装置を得ることが出来る。[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, the lines of magnetic force are more strongly diffused near the end of the tapered guide section and near the entrance of the collector section, and the 7-strand beam is reliably captured on the collector wall from this vicinity. In addition, the magnetic flux density is rather increased near the middle part of the collector part and downstream thereof, and the diffusion of electrons is somewhat suppressed, so that electrons are captured more evenly over the entire area of the collector part. In this way, the range of electron beam incidence on the collector section is further widened, local heat generation can be alleviated, and a gyrotron device with high power output can be obtained.
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例に係るジャイロトロン装置
を示す概略縦断面図、第2図はこの発明及び従来のジャ
イロトロン装置における磁束密度特性とソレノイドの位
置との関係を示す特性曲線図及び要部概略縦断面図であ
る。
1・・・電子銃部、2・・・電子ビーム導入部、3・・
・共振空胴部、4・・・テーパ状案内部、5・・・コレ
クタ部、6・・・出力窓部、7・・・外部磁石、8・・
・クライオスタット、9.10.11・・・ソレノイド
。
出願人代理人 弁理士 鈴江武彦[BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS] Fig. 1 is a schematic vertical cross-sectional view showing a gyrotron device according to an embodiment of the present invention, and Fig. 2 shows magnetic flux density characteristics and solenoid positions in the gyrotron device of the present invention and the conventional gyrotron device. FIG. 2 is a characteristic curve diagram and a schematic vertical cross-sectional view of main parts showing the relationship between the two. 1... Electron gun section, 2... Electron beam introduction section, 3...
- Resonance cavity part, 4... Tapered guide part, 5... Collector part, 6... Output window part, 7... External magnet, 8...
・Cryostat, 9.10.11...Solenoid. Applicant's agent Patent attorney Takehiko Suzue
Claims (1)
下流に配置されて次第に径小となるテーパ状電子ビーム
導入部と、このテーパ状電子ビーム導入部の下流に設け
られた共振空胴部と、この共振空胴部の下流に設けられ
次第に径大になるテーパ状案内部と、このテーパ状案内
部の下流に配置された円筒状のコレクタ部とを備えてな
るジャイロトロン装置において、 上記テーパ状案内部及び上記コレクタ部の外側に複数の
ソレノイドが配置され、且つこのソレノイドのうち上記
共振空胴部に近いソレノイドは共振空胴部の主磁界と逆
方向の磁界を、又、上記出力窓部に近いソレノイドは共
振空胴部の主磁界と同方向の磁界を発生する構成である
ことを特徴とするジャイロトロン装置。[Claims] An electron gun section that generates a hollow electron beam, a tapered electron beam introduction section that is arranged downstream of the electron gun section and whose diameter gradually becomes smaller, and a tapered electron beam introduction section downstream of the tapered electron beam introduction section. A resonant cavity section provided, a tapered guide section provided downstream of the resonant cavity section whose diameter gradually increases, and a cylindrical collector section disposed downstream of the tapered guide section. In the gyrotron device, a plurality of solenoids are arranged outside the tapered guide section and the collector section, and among these solenoids, the solenoid near the resonant cavity section has a magnetic field opposite to the main magnetic field of the resonant cavity section. A gyrotron device characterized in that the solenoid near the output window generates a magnetic field in the same direction as the main magnetic field of the resonant cavity.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10620388A JPH0777119B2 (en) | 1988-04-28 | 1988-04-28 | Gyrotron device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10620388A JPH0777119B2 (en) | 1988-04-28 | 1988-04-28 | Gyrotron device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01276541A true JPH01276541A (en) | 1989-11-07 |
| JPH0777119B2 JPH0777119B2 (en) | 1995-08-16 |
Family
ID=14427606
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10620388A Expired - Lifetime JPH0777119B2 (en) | 1988-04-28 | 1988-04-28 | Gyrotron device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0777119B2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5818170A (en) * | 1994-03-17 | 1998-10-06 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Gyrotron system having adjustable flux density |
| US6025678A (en) * | 1996-12-10 | 2000-02-15 | Thomson Tubes Electroniques | Linear-beam microwave tube with output cavity beyond the collector |
-
1988
- 1988-04-28 JP JP10620388A patent/JPH0777119B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5818170A (en) * | 1994-03-17 | 1998-10-06 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Gyrotron system having adjustable flux density |
| US6025678A (en) * | 1996-12-10 | 2000-02-15 | Thomson Tubes Electroniques | Linear-beam microwave tube with output cavity beyond the collector |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0777119B2 (en) | 1995-08-16 |
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