High power gyrotron oscillators are mainly used as millimetre wave sources for electron cyclotron resonance heating (ECRH), electron cyclotron current drive (ECCD), stability control and diagnostics of magnetically confined plasmas for energy generation by controlled thermonuclear fusion. The maximum pulse length of commercially available 1.0 MW gyrotrons, employing open-ended cylindrical resonators and chemical vapour deposition diamond output windows is 12 s at 140 GHz and 9 s at 170 GHz, with efficiencies slightly above 30%. The energy world record of 160 MJ at a power level around 0.9 MW is held by the European FZK-CRPP-CEA-TED collaboration. Total efficiencies of up to 50% have been obtained using a single-stage depressed collector (SDC). To achieve output powers of around 2 MW in continous wave operation at the ITER reference frequency 170 GHz, it is necessary to use a coaxial cavity geometry. A maximum output power of 2.2 MW at 165 GHz was obtained at FZK with an efficiency of 28% (48% in SDC operation). The availability of gyrotrons with fast frequency tunability would permit the use of a simple, fixed, non-steerable mirror antenna for local current drive experiments on ITER. This work reports on the progress in gyrotron development and the status of advanced coaxial cavity gyrotrons and step-wise frequency tunable gyrotrons.
高出力ジャイロトロン発振管は、主に電子サイクロトロン共鳴加熱（ECRH）、電子サイクロトロン電流駆動（ECCD）、および核融合によるエネルギー生成のための磁気閉じ込めプラズマの安定性制御と診断におけるミリ波源として使用されています。市販の1.0 MWジャイロトロンは、開放端円筒共振器と化学蒸着ダイヤモンド出力窓を採用しており、最大パルス長は140 GHzで12秒、170 GHzで9秒、効率はわずかに30%を超えています。エネルギー分野における世界記録である160 MJは、約0.9 MWの出力で、欧州のFZK-CRPP-CEA共同研究チームによって達成されました。単段式デプレクトコレクタ（SDC）を用いることで、最大50%の総合効率が得られています。ITER基準周波数での連続波運転において約2 MWの出力を達成するには、同軸共振器構造が必要です。FZKでは、165 GHzで2.2 MWの出力が効率28%（SDC運転時48%）で達成されました。高速周波数チューニングが可能なジャイロトロンが利用できれば、ITERにおける局所電流駆動実験用の単純な固定式非可動ミラーアンテナの使用が可能になります。本稿では、ジャイロトロン開発の進捗状況と、先進的な同軸共振器ジャイロトロンおよび段階的周波数チューニング可能ジャイロトロンの現状について報告します。