Gyrotrons having a high output-frequency of more than 200 GHz will be necessary for future fusion devices, such as the DEMO reactor. At 170 GHz, gyrotrons for ITER achieved a high power of 1 MW with a high electrical efficiency of approximately 50% (oscillation efficiency of approximately 30%) in a long pulse operation. At frequencies higher than 200 GHz, no gyrotrons have achieved ITER-like performance, which this study attempted to demonstrate using a prototype multi-frequency gyrotron for 170 GHz, 203 GHz, and 236 GHz. At 203 GHz, an output power of 0.87 MW was achieved at the gyrotron window with an oscillation efficiency of 25% and an electrical efficiency of 41% in a long pulse operation of 100 s. Although this performance is lower than that of the ITER gyrotrons at 170 GHz, this study represents the first demonstration that ITER-like performance is achievable at frequencies above 200 GHz. In addition, short 1 ms pulse tests at 236 GHz achieved an output power of 1 MW.
200 GHzを超える高い出力周波数を有するジャイロトロンは、DEMO炉などの将来の核融合装置に必要となるであろう。170 GHzでは、ITER用ジャイロトロンは、長時間パルス運転において、約50%の高い電気効率(約30%の発振効率)で1 MWの高出力を達成した。200 GHzを超える周波数では、ITERと同等の性能を達成したジャイロトロンはなく、本研究は、170 GHz、203 GHz、および236 GHz用の試作多周波数ジャイロトロンを用いてこれを実証しようと試みた。203 GHzでは、100秒の長時間パルス運転において、ジャイロトロン窓で0.87 MWの出力電力が達成され、発振効率は25%、電気効率は41%であった。この性能は170 GHzにおけるITERジャイロトロンの性能よりも低いものの、本研究は、200 GHzを超える周波数でITERと同等の性能が達成可能であることを初めて実証したものである。さらに、236 GHzでの短い1 msパルス試験では、1 MWの出力電力が達成された。