空胴共振器の極小化による第三次高調波ジャイロトロンの研究

空腔谐振器最小化三次谐波回旋管研究

• 批准号: 22K04214
• 负责人: 山口 裕資
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: University of Fukui
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04214/
• 关键词: テラヘルツ波; 高周波ジャイロトロン; 第三次高調波発振; PID制御; ジャイロトロン; 高調波発振

情報通信や物質科学研究等における電磁波の需要拡大に伴い，テラヘルツ帯の利用が注目されている．本研究の全体構想は，テラヘルツ帯で高出力かつ定常発振が可能な波源（高周波ジャイロトロン）を開発し，応用研究に資することである．ジャイロトロンは，磁場中の電子の回転運動を電磁波へエネルギー変換する装置であり，原理的には電子の回転周波数の整数（N）倍の周波数で発振させることが可能である．ただし，N の増加に伴い，その難易度は極端に上がる．これまで，N = 1 または 2 でのジャイロトロン発振については数多くの研究報告があるが， N が 3 以上の安定発振については報告例がない．本研究では，N = 3 （第三次高調波）でのジャイロトロン発振を狙う．特に，安定発振の妨げとなるモード競合現象を抑制すべく，電磁波発生部（空胴共振器）の形状に工夫を施す（円筒半径の極小化を試みる）．本年度は，当該共振器を搭載可能なジャイロトロンの筐体を新たに設計，製作した．製作時，部品間の接合に際して歪や気密漏れが発生し易く，工作に想定を大きく超える時間を要したが，仕様を満たす物が完成した．今後，空胴共振器の製作に移行する予定である．他方，将来の実用化を念頭に，ジャイロトロンの汎用性を向上させる制御技法の開発にも着手した．現在，N = 2 までの発振が可能な既存ジャイロトロンを用い，応用研究に携わる学内外の共同研究者の要望に応える形で開発を進めている．本年度は，ジャイロトロンの動作（出力，発振パルス長，パルスの繰返し周波数）を自動調節して電磁波の被照射試料の温度を一定に維持するフィードバック（PID）制御器を実現した．以上の結果について，国内外の学会にて報告した．

随着信息通信和材料科学研究对电磁波的需求不断增加，太赫兹频段的使用引起了人们的关注。这项研究的总体构想是开发一种能够在太赫兹频段高输出且恒定振荡的波源（高频回旋管），并为应用研究做出贡献。陀螺仪是一种将磁场中电子的旋转运动转换为电磁波的装置，原则上，它可以以电子旋转频率的整数 (N) 倍的频率振荡。然而，随着N的增加，难度变得极高。迄今为止，关于N=1或2的回旋管振荡的研究报道较多，但尚未见关于N=3及以上的稳定振荡的报道。在本研究中，我们的目标是 N = 3（三次谐波）下的回旋管振荡。特别是，为了抑制妨碍稳定振荡的模式竞争现象，我们将改进电磁波发生器（空腔谐振器）的形状（尽量减小圆柱半径）。今年，我们设计并制造了一种可容纳谐振器的新型回旋管外壳。在制造过程中，零件连接时可能会发生变形和气密泄漏，工作时间比预期要长得多，但我们能够完成符合规格的产品。未来，我们计划继续制造空腔谐振器。另一方面，着眼于未来的实际应用，我们也开始开发控制技术，以提高陀螺仪的多功能性。目前，我们正在使用现有的可振荡至N = 2的陀螺仪，并根据参与应用研究的大学内外合作研究人员的要求进行开发。今年，我们实现了一种反馈（PID）控制器，可以自动调节陀螺仪的操作（输出、振荡脉冲长度和脉冲重复频率），以维持电磁波照射的样品的恒定温度。上述成果在国内外学术会议上均有报道。

项目成果

Development of Sub-THz Gyrotron System for Application to Biological Science Research

应用于生物科学研究的亚太赫兹回旋管系统的开发

• 发表时间: 2022
• 作者: Yuusuke Yamaguchi;Masafumi Fukunari;Yoshinori Tatematsu
• 通讯作者: Yoshinori Tatematsu

テラヘルツ波照射により変化するエピジェネティックな発現制御機構の解明

阐明太赫兹波照射改变的表观遗传表达控制机制

• 发表时间: 2022
• 作者: Yuusuke Yamaguchi;Masato Watanabe;Masaki Higashide;Masafumi Fukunari;Yoshinori Tatematsu and Teruo Saito;山口裕資，南方一輝，越戸義貴，福成雅史，立松芳典;南方一輝，山口裕資，越戸義貴，福成雅史，立松芳典;山下明日香，山口裕資，谷正彦，沖昌也
• 通讯作者: 山下明日香，山口裕資，谷正彦，沖昌也

110 ～ 220 GHz 帯における三段共振器ジャイロトロンの周波数包含率の最大化

最大化 110-220 GHz 频段内三级谐振器回旋管的频率覆盖范围

• 发表时间: 2022
• 作者: Yuusuke Yamaguchi;Masato Watanabe;Masaki Higashide;Masafumi Fukunari;Yoshinori Tatematsu and Teruo Saito;山口裕資，南方一輝，越戸義貴，福成雅史，立松芳典;南方一輝，山口裕資，越戸義貴，福成雅史，立松芳典
• 通讯作者: 南方一輝，山口裕資，越戸義貴，福成雅史，立松芳典

Structural Regulation of Fiber Biomaterials by Far-IR Radiation

远红外辐射对纤维生物材料的结构调控

• DOI: 10.1109/irmmw-thz50927.2022.9895731
• 发表时间: 2022
• 期刊: 2022 47th International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves (IRMMW-THz)
• 作者: Takayasu Kawasaki;Yuusuke Yamaguchi;Hideaki Kitahara;Akinori Irizawa;Masahiko Tani
• 通讯作者: Masahiko Tani

テラヘルツ波と薬剤の併用における大腸菌の生存率の変化

太赫兹波与药物结合导致大肠杆菌存活率的变化

• 发表时间: 2023
• 作者: Takayasu Kawasaki;Yuusuke Yamaguchi;Hideaki Kitahara;Akinori Irizawa;Masahiko Tani;松塚梨紗，柿川真紀子，山口裕資
• 通讯作者: 松塚梨紗，柿川真紀子，山口裕資