Canon/Gyrotron：三つのマイクロ波ビーム出力！
émet 3 faisceaux de micro-ondes !
Geben Sie 3 Mikrowellenstrahlen aus!
Output 3 microwave beams!
輸出3條微波束！
ー3周波数・プラズマ加熱装置を開発ー
量子科学技術研究開発機構
キヤノン電子管デバイスー核融合炉用の３周波数プラズマ加熱装置ー
「ジャイロトロン」を世界で初めて開発した。
３周波数・プラズマ加熱装置：
「１メガワットの高出力マイクロ波」を、幅広い運転に対応できる。
「三つの周波数で発生させ、５分間の連続動作」を実現した。
従来は、
「一つの周波数しか出力できない」ので、
「プラズマの加熱条件」を広げられなかった。
核融合発電に必要なさらなる多周波数化の実現につながる。
開発したジャイロトロン
１７０GHz、
１３７GHz、
１０４GHz、マイクロ波ビームを出力し、プラズマを加熱できる。
これら３周波数に対して動作試験した。
イーターと同等の出力：
「フランスで建設中の国際熱核融合実験炉（イーター）と同出力」で、
「１メガワットでの連続運転」を実証した。
ジャイロトロンとは：
ジャイロトロンは電子を加速して、その運動エネルギーをマイクロ波に変換する。
従来の問題点：
複数の周波数を発生させると、
最適化した一つ以外は、導波管入口で散乱され、必要な性能が得られなかった。
マイクロ波機器を改良：
そこで、マイクロ波の整形機器を改良した。
この機器から出力後に、
「ビームを整形・伝搬する６枚の金属ミラー」を最適化した。
これにより、
「異なる周波数のマイクロ波を同一方向に放射できる」ようになった。
「どの周波数でも、機器内部でのマイクロ波損失」を抑えられる。
長パルス運転を実現したのだ。
「核融合炉用３周波数ジャイロトロン」を開発
－核融合原型炉の実現に貢献－
得られた成果：
ー今回新たに設計・製作したジャイロトロン及び整合器ー
170 GHz、
137 GHz、
104 GHz、全ての周波数に対して、実際に連続動作試験を行いました。
確認の結果：
「イーターと同じ出力1メガワットで、300秒の連続動作時間」に到達できました。
「今回設計したモードコンバータ及び金属ミラー」も、計算のとおりに動作しました。
内部損失を低減：
137 GHz及び104 GHz運転の内部損失が、170 GHz運転と同等まで下がった。
この結果は、そのことを示しています。
イーターの問題点：
イーターでは、その運転計画の前半で低磁場運転が予定されています。
しかし、
170 GHzのマイクロ波では周波数が高すぎ、プラズマ生成が難しいことが問題です。
今回開発のジャイロトロン：
今回開発したジャイロトロンであれば、
- 周波数の低い104GHzのマイクロ波で、
- 低磁場運転時のプラズマ生成を行い、
「定格の強磁場運転で必要となる170 GHzのマイクロ波」を出力できます。
核融実験炉に適用可能：
ことから、核融実験炉における幅広い実験に適用可能となります。
将来は、多周波数化核融合原型炉用ジャイロトロンの開発を目指します。
今回の成果：
ー世界的に民間企業の核融合炉開発が活性化ー
我が国の産業競争力を強化する成果です。
– 量子科学技術研究開発機構
https://www.qst.go.jp/site/press/20221221.html
Canon/Gyrotron : émet 3 faisceaux de micro-ondes !
ーDéveloppement d’un appareil de chauffage à 3 fréquences/plasmaー
Instituts nationaux des sciences et technologies quantiques et radiologiques
appareil à tube électronique canon
-Chauffage plasma à trois fréquences pour réacteur de fusion nucléaire-
Développement du premier gyrotron au monde.
Dispositif de chauffage à 3 fréquences/plasma :
“Micro-ondes haute puissance de 1 mégawatt” peut être utilisé pour un large éventail d’opérations.
“Généré à trois fréquences, fonctionnement continu pendant 5 minutes” a été réalisé.
conventionnellement,
Puisque “une seule fréquence peut être émise”,
Impossible de développer “Conditions de chauffage au plasma”.
Cela conduira à la réalisation d’autres fréquences multiples nécessaires à la production d’énergie par fusion nucléaire.
Gyrotron développé
170GHz,
137 GHz,
104GHz,
Un faisceau de micro-ondes peut être émis pour chauffer le plasma.
Un test de fonctionnement a été réalisé pour ces trois fréquences.
Sortie équivalente à Eater :
A la même puissance que le Réacteur Thermonucléaire Expérimental International (Eater) en construction en France,
“Un fonctionnement continu à 1 mégawatt” a été démontré.
Qu’est-ce qu’un gyrotron :
Un gyrotron accélère les électrons et convertit leur énergie cinétique en micro-ondes.
Problèmes classiques :
Génération de fréquences multiples
Tous, sauf celui optimisé, étaient dispersés à l’entrée du guide d’ondes et ne fournissaient pas les performances requises.
Équipement micro-ondes amélioré :
Par conséquent, nous avons amélioré l’équipement de façonnage par micro-ondes.
Après la sortie de cet appareil,
Optimisation de “six miroirs métalliques qui façonnent et propagent le faisceau”.
Cette volonté
Il est devenu possible de “rayonner des micro-ondes de fréquences différentes dans la même direction”.
“A n’importe quelle fréquence, la perte de micro-ondes à l’intérieur de l’appareil” peut être supprimée.
Un fonctionnement à impulsions longues a été réalisé.
Développement d’un “gyrotron à 3 fréquences pour réacteur à fusion”
– Contribution à la réalisation d’un prototype de réacteur à fusion –
Les résultats obtenus:
-Gyrotron et boîte assortie nouvellement conçus et fabriqués-
170GHz,
137 GHz,
104GHz,
Nous avons en fait effectué un test de fonctionnement continu pour toutes les fréquences.
Résultat confirmé :
Nous avons pu atteindre “300 secondes de temps de fonctionnement continu avec la même puissance qu’Eater, 1 mégawatt”.
“Le convertisseur de mode et le miroir métallique conçus cette fois” ont également fonctionné comme prévu.
Perte interne réduite :
Les pertes internes pour le fonctionnement à 137 GHz et 104 GHz ont été réduites pour être comparables au fonctionnement à 170 GHz.
Ce résultat le montre.
Problèmes de mangeur :
ITER est prévu pour une exploitation en champ bas dans la première moitié de son plan d’exploitation.
mais,
Le problème est que les micro-ondes à 170 GHz ont une fréquence trop élevée et qu’il est difficile de générer du plasma.
Gyrotron a développé cette fois :
Avec le gyrotron développé cette fois,
Avec une micro-onde basse fréquence de 104 GHz,
Générer du plasma pendant le fonctionnement à faible champ magnétique,
Il peut produire “170 GHz de micro-ondes requis pour un fonctionnement à champ magnétique puissant”.
Applicable aux réacteurs nucléaires expérimentaux :
Par conséquent, il peut être appliqué à un large éventail d’expériences dans le réacteur nucléaire expérimental.
À l’avenir, nous visons à développer un gyrotron pour un prototype de réacteur à fusion multifréquence.
Réalisations cette fois :
-Activation du développement de réacteurs à fusion nucléaire par des entreprises privées dans le monde entier-
C’est un résultat qui renforce la compétitivité industrielle de notre pays.
– Instituts nationaux des sciences et technologies quantiques et radiologiques
Canon/Gyrotron: Geben Sie 3 Mikrowellenstrahlen aus!
ーEntwicklung eines 3-Frequenz-/Plasmaheizgerätsー
National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology
Canon Elektronenröhrengerät
-Dreifrequenz-Plasmaheizung für Kernfusionsreaktor-
Entwicklung des weltweit ersten Gyrotrons.
3-Frequenz/Plasma-Heizgerät:
“1 Megawatt Hochleistungsmikrowelle” kann für eine Vielzahl von Operationen verwendet werden.
“Erzeugt auf drei Frequenzen, Dauerbetrieb für 5 Minuten” wurde realisiert.
konventionell,
Da “nur eine Frequenz ausgegeben werden kann”,
“Plasmaheizbedingungen” konnte nicht erweitert werden.
Dies wird zur Realisierung weiterer Mehrfachfrequenzen führen, die für die Energieerzeugung durch Kernfusion erforderlich sind.
Gyrotron entwickelt
170 GHz,
137 GHz,
104 GHz,
Ein Mikrowellenstrahl kann ausgegeben werden, um das Plasma zu erhitzen.
Für diese drei Frequenzen wurde ein Betriebstest durchgeführt.
Ausgabe äquivalent zu Eater:
Mit der gleichen Leistung wie der in Frankreich im Bau befindliche International Thermonuclear Experimental Reactor (Eater),
„Dauerbetrieb mit 1 Megawatt“ wurde demonstriert.
Was ist ein Gyrotron:
Ein Gyrotron beschleunigt Elektronen und wandelt ihre kinetische Energie in Mikrowellen um.
Konventionelle Probleme:
Mehrere Frequenzen erzeugen
Alle außer dem optimierten waren am Wellenleitereingang verstreut und lieferten nicht die erforderliche Leistung.
Verbesserte Mikrowellenausrüstung:
Daher haben wir die Mikrowellenformungsausrüstung verbessert.
Nach der Ausgabe von diesem Gerät
Optimierte “sechs Metallspiegel, die den Strahl formen und ausbreiten”.
Dieser Wille
Es wurde möglich, “Mikrowellen verschiedener Frequenzen in die gleiche Richtung abzustrahlen”.
“Bei jeder Frequenz können Mikrowellenverluste im Gerät” unterdrückt werden.
Langpulsbetrieb wurde realisiert.
„3-Frequenz-Gyrotron für Fusionsreaktor“ entwickelt
– Beitrag zur Realisierung eines Fusionsprototypreaktors –
Ergebnisse erhalten:
-Neu entworfenes und hergestelltes Gyrotron und passende Box-
170 GHz,
137 GHz,
104 GHz,
Wir haben tatsächlich einen Dauerbetriebstest für alle Frequenzen durchgeführt.
Bestätigungsergebnis:
Wir konnten „300 Sekunden Dauerbetriebszeit bei gleicher Leistung wie Eater, 1 Megawatt“ erreichen.
“Der Modenkonverter und der Metallspiegel, der diesmal entworfen wurde”, funktionierten auch wie berechnet.
Reduzierter interner Verlust:
Die internen Verluste für den 137-GHz- und 104-GHz-Betrieb wurden auf vergleichbare Werte wie im 170-GHz-Betrieb reduziert.
Das zeigt dieses Ergebnis.
Probleme mit Essern:
ITER ist in der ersten Hälfte seines Betriebsplans für den Low-Field-Betrieb vorgesehen.
sondern,
Das Problem besteht darin, dass 170-GHz-Mikrowellen eine zu hohe Frequenz aufweisen und es schwierig ist, Plasma zu erzeugen.
Diesmal entwickelte Gyrotron:
Mit dem diesmal entwickelten Gyrotron
Mit einer niederfrequenten Mikrowelle von 104 GHz,
Plasma während des Betriebs mit niedrigem Magnetfeld erzeugen,
Es kann “170-GHz-Mikrowellen ausgeben, die für den Nennbetrieb mit starkem Magnetfeld erforderlich sind”.
Anwendbar auf experimentelle Kernreaktoren:
Daher kann es auf eine breite Palette von Experimenten im experimentellen Kernreaktor angewendet werden.
Für die Zukunft streben wir die Entwicklung eines Gyrotrons für einen Prototyp eines Mehrfrequenz-Fusionsreaktors an.
Erfolge diesmal:
-Aktivierung der Entwicklung von Kernfusionsreaktoren durch private Unternehmen weltweit-
Ein Ergebnis, das die industrielle Wettbewerbsfähigkeit unseres Landes stärkt.
– National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology