A new gyrotron operation technique to increase oscillation efficiency was developed using the JT-60 electron cyclotron range of frequency (ECRF) system. In order to increase the efficiency without a significant increase in the anode leakage current by trapped electrons that limits the efficiency of gyrotrons with a collector potential depression technology, we actively optimized the electron pitch factor by controlling only the anode voltage within ∼0.1 s after the start of the gyrotron operation, and a high-efficiency oscillation in the so-called hard-self-excitation region was achieved from the start of the oscillation. As an application of this technique in the JT-60 ECRF system, the gyrotron output power of 1.5 MW for 4 s, which is the longest pulse length in the world at an output power of 1.5 MW, was recorded with a successful reduction in the collector heat load by 20% as compared with the conventional operation. The reduced collector heat load at the 1.5 MW operation was acceptable for a steady-state operation. Further progress was made with respect to the expansion of the long-pulse capability of the ECRF system. A new gyrotron with an improved mode converter was developed in order to demonstrate a reduction in the stray radiation in the gyrotron; such radiation has thus far hindered long-pulse operations by causing an unacceptable heat load. We confirmed that the stray radiation was reduced to 1/3 of that of the original gyrotron; this reduced heat load is acceptable for steady-state operation. A conditioning operation of the improved gyrotron proceeds up to 31 s at 1 MW. This progress significantly contributes to an enhancement in the high-power and long-pulse capability of the ECRF system used in JT-60SA, where a total output power of 9 MW for 100 s is planned.
新しいジャイロトロン運転技術として、JT-60の電子サイクロトロン周波数帯（ECRF）システムを用いて発振効率を向上させる手法を開発した。コレクタ電位降下技術を有するジャイロトロンの効率を制限する捕捉電子による陽極漏れ電流を大幅に増加させずに効率を向上させるため、ジャイロトロン運転開始後約0.1秒以内に陽極電圧のみを制御して電子ピッチファクタを能動的に最適化し、いわゆるハード自励発振領域での高効率発振を開始時から達成した。この技術をJT-60 ECRFシステムに適用した結果、1.5 MWの出力で4秒間のジャイロトロン出力が記録された。これは1.5 MW出力における世界最長のパルス長であり、従来運転と比較してコレクタ熱負荷を20%低減することに成功した。1.5 MW運転における低減されたコレクタ熱負荷は、定常運転に許容できるものであった。ECRFシステムの長パルス能力の拡張に関してさらなる進展が得られた。ジャイロトロン内の迷走放射の低減を実証するために、改良されたモード変換器を備えた新しいジャイロトロンを開発した。このような放射は、許容できない熱負荷を引き起こすことにより、これまで長パルス運転を妨げてきた。迷走放射が元のジャイロトロンの1/3に低減されたことを確認した。この低減された熱負荷は定常運転に許容できるものである。改良されたジャイロトロンのコンディショニング運転は、1 MWで31秒まで進行した。この進展は、合計出力9 MWで100秒間の運転が計画されているJT-60SAで使用されるECRFシステムの高出力・長パルス能力の向上に大きく貢献する。