High-power (1 MW), long-pulse operations up to 300 s were demonstrated by multi-frequency oscillations at 170 GHz, 137 GHz, and 104 GHz. A multi-frequency gyrotron based on the design of the ITER gyrotron has been developed and studied. By redesigning the built-in mode convertor and internal mirrors of the ITER gyrotron, the internal scattered power of the gyrotron was reduced while maintaining the same output beam size and beam direction for the three frequencies. In addition, the mirrors of a matching optics unit were designed to efficiently couple the RF beam at 170 GHz, 137 GHz, and 104 GHz oscillations to a waveguide 50 mm in diameter, the same size that will be used in ITER. An HE11 mode content of ∼94% was achieved for the three frequencies. Output powers of 1 MW at 170 GHz and 137 GHz, and 0.9 MW at 104 GHz were demonstrated up to 300 s. These oscillation frequencies can facilitate in a wide range of toroidal magnetic field operations at ITER, including plasma start-up and electron heating and current drive.
170 GHz、137 GHz、および104 GHzの多周波発振により、最大300 sの高出力(1 MW)長パルス運転が実証された。ITERジャイロトロンの設計に基づく多周波ジャイロトロンが開発され、研究された。ITERジャイロトロンの内蔵モード変換器と内部ミラーを再設計することにより、3つの周波数に対して同じ出力ビームサイズとビーム方向を維持しつつ、ジャイロトロンの内部散乱電力が低減された。さらに、マッチング光学ユニットのミラーは、170 GHz、137 GHz、および104 GHzの発振におけるRFビームを、ITERで使用されるものと同じ直径50 mmの導波管に効率的に結合するように設計された。3つの周波数について、約94%のHE11モード含有率が達成された。170 GHzおよび137 GHzでは1 MW、104 GHzでは0.9 MWの出力電力が、最大300 sにわたって実証された。これらの発振周波数は、ITERにおけるプラズマ立ち上げ、電子加熱、電流駆動を含む広範囲のトロイダル磁場運転を容易にすることができる。