AbstractA hemispherical Fabry–Perot resonator was investigated for the determination of the mm-wave dielectric properties of CVD-diamond disks at elevated temperatures (300–750 K) with the plane mirror locally heated and the specimen fixed to it. It was found that the uncertainties in the dielectric loss measurements are strongly enhanced by convection in ambient atmosphere. Measurements under vacuum conditions have to account for systematic deviations in the apparent permittivity data arising from unbalanced thermal profiles. Measurements on large disks (4 inch diameter) for gyrotrons show only small steady increases for temperatures up to 750 K. Post-irradiation studies on small disks of advanced CVD-diamond grades (‘scale-up’ and ‘window’ grade) have been finished with the dielectric and thermophysical measurements performed on the specimen set irradiated to the final fast neutron fluence of 1022 n/m2 (E>0.1 MeV). Whereas after the previous irradiations to 1020 n/m2 and 1021 n/m2, no apparent indications for the degradation of dielectric properties were observed, substantial radiation-induced changes were identified at the fluence level of 1022 n/m2. Independent of the diamond grade, the permittivity was shifted from 5.67 to 5.73 and dielectric loss levels were increased by a factor of 2–3 at mm waves (90 GHz, 145 GHz). A very pronounced effect was found for the thermal conductivity, where after the final irradiation values of 200 W/mK were identified which have to be compared to the initially very high levels of 1700–1800 W/mK. For the test of a 170 GHz torus window unit for ITER which uses a CVD-diamond disk irradiated with fast neutrons to a fluence of 1021 n/m2 (E>0.1 MeV), the pre-irradiation characterisation of the window material was performed with respect to the dielectric parameters at millimeter wavelengths. The 170 GHz CVD-diamond window unit of the Forschungszentrum Karlsruhe (DeBeers, disk diameter 119 mm, thickness 2.22 mm, aperture 100 mm) has been welded to the new GYCOM-M 170 GHz ITER gyrotron with single-stage depressed collector. Up to now the experimental parameters are very promising: 0.7 MW, 0.5 s, 45% efficiency, without any problems with the window.
半球状ファブリ・ペロー共振器を用いて、高温（300～750 K）におけるCVDダイヤモンドディスクのミリ波誘電特性を、平面鏡を局所加熱し試料をそれに固定した状態で測定する方法について検討した。周囲雰囲気中の対流により、誘電損失測定の不確かさが大幅に増大することが見出された。真空条件下での測定では、不均一な温度プロファイルに起因する見かけの誘電率データの系統的偏差を考慮する必要がある。ジャイロトロン用の大口径ディスク（直径4インチ）の測定では、750 Kまでの温度上昇に対して、誘電特性の緩やかな増加のみが観測された。先進CVDダイヤモンドグレード（「スケールアップ」および「ウィンドウ」グレード）の小口径ディスクに関する照射後試験が完了し、最終高速中性子フルエンス1022 n/m²（E>0.1 MeV）まで照射された試料セットに対して誘電特性および熱物性測定が実施された。これまでの1020 n/m²および1021 n/m²の照射後では、誘電特性の劣化を示す明確な兆候は観測されなかったが、1022 n/m²のフルエンスレベルでは、放射線誘起による顕著な変化が確認された。ダイヤモンドグレードに関係なく、誘電率は5.67から5.73へシフトし、誘電損失はミリ波帯（90 GHz、145 GHz）において2～3倍に増加した。熱伝導率については非常に顕著な影響が見られ、最終照射後には200 W/mKの値が得られたが、これは初期の非常に高い値である1700～1800 W/mKと比較されるべきものである。ITER用の170 GHzトーラス窓ユニットの試験として、高速中性子フルエンス1021 n/m²（E>0.1 MeV）まで照射されたCVDダイヤモンドディスクを使用し、窓材料の照射前特性評価をミリ波帯の誘電パラメータに関して実施した。カールスルーエ研究センター（DeBeers社製、ディスク直径119 mm、厚さ2.22 mm、アパーチャ100 mm）の170 GHz CVDダイヤモンド窓ユニットは、単段コレクタ付き新型GYCOM-M 170 GHz ITERジャイロトロンに溶接された。これまでのところ、実験パラメータは非常に有望であり、窓に関して何らの問題もなく、0.7 MW、0.5秒、45%の効率が達成されている。