AbstractSuccessful gyrotron experiments at FZK employing a conventional hollow cylindrical waveguide cavity, a quasi-optical mode converter with dimple-type launcher, a broadband silicon nitride Brewster window and a single-stage depressed collector (SDC), gave up to 1.6 MW output power at efficiencies between 48 and 60% for all operating mode series in the frequency range from 114 to 166 GHz. Frequency tuning in 3.7 GHz steps has been achieved by slow variation (minutes) of the magnetic field strength in the cavity. A specific hybrid magnet system for fast frequency tuning (1 s) is being manufactured. These experiments confirm the preliminary results achieved with a prototype fused quartz glass Brewster window. Up to now, the pulse duration has been 1–5 ms. However a water-edge-cooled silicon nitride composite Brewster window with its thermal conductivity of k=60 W/mK, permittivity εr=7.85 (θBrewster=70.35°), tan δ=3.5×10−4, excellent mechanical properties and clear window aperture of 100 mm diameter, will allow long-pulse operation (1 s) in the 1 MW power range. By increasing the beam current to 70 A (70% of the limiting current!), a maximum power of 2.14 MW, the highest value ever generated by a weakly relativistic gyrotron, has been obtained at 140 GHz with an efficiency of 34% (53% with SDC). With a TE31,17 coaxial cavity gyrotron, also equipped with a quasi-optical mode converter and a SDC, a maximum RF-output power of 1.7 MW with an efficiency of 26.2% has been achieved at a beam current Ib=69.7 A and a cathode voltage Uc=93.2 kV. Around the nominal beam parameters (Ib=52.2 A, Uc=91.8 kV, Bcav=6.65 T) an RF-output power of 1.3 MW, with an efficiency of 27.2% (41% with SDC), has been measured. In experiments on frequency step tuning, also using the silicon nitride composite Brewster angle window, 19 different modes with ≈2.2 GHz frequency spacing have been excited with ≥1 MW power at frequencies in the range between 134 and 169.5 GHz.
FZKにおける成功したジャイロトロン実験では、従来型の空洞円筒キャビティ、ディンプル型ランチャーを備えた準光学モード変換器、広帯域窒化ケイ素ブリュースター窓、および単段デプレストコレクタ（SDC）を用いて、114〜166 GHzの周波数範囲の全動作モード系列において、効率48〜60%で最大1.6 MWの出力電力を得た。3.7 GHzステップの周波数チューニングは、キャビティ内の磁場強度のゆっくりとした変化（数分）によって達成された。高速周波数チューニング（1秒）用の特定のハイブリッド磁石システムが製造中である。これらの実験は、試作の溶融石英ガラスブリュースター窓で得られた予備結果を確認するものである。これまでのところ、パルス幅は1〜5 msであった。しかし、熱伝導率k=60 W/mK、誘電率εr=7.85（θBrewster=70.35°）、誘電正接tan δ=3.5×10−4、優れた機械的特性、および100 mmのクリアな窓開口部を備えた水冷窒化ケイ素複合ブリュースター窓は、1 MW出力範囲での長パルス運転（1秒）を可能にする。ビーム電流を70 A（限界電流の70%！）に増加させることにより、弱相対論的ジャイロトロンによって生成された最高値である最大出力2.14 MWが、140 GHzで効率34%（SDC使用時53%）で得られた。TE31,17同軸空洞ジャイロトロンでは、準光学モード変換器とSDCも装備し、ビーム電流Ib=69.7 A、カソード電圧Uc=93.2 kVにおいて、効率26.2%で最大RF出力電力1.7 MWが達成された。公称ビームパラメータ（Ib=52.2 A、Uc=91.8 kV、Bcav=6.65 T）付近では、効率27.2%（SDC使用時41%）でRF出力電力1.3 MWが測定された。周波数ステップチューニングの実験では、同じく窒化ケイ素複合ブリュースター窓を用いて、134〜169.5 GHzの周波数範囲で、約2.2 GHzの周波数間隔を持つ19の異なるモードが、1 MW以上の出力で励起された。