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Trabajo presentado al XII Simposium de la Unión Científica Internacional de Radio (URSI'97). Bilbao, septiembre de 1997. In this paper, a description of a new compact microwave oven system based on a tecnological gyrotron for material processing applications is presented. The whole system has been designed by the Institute of Applied Physics in Nizhny Novgorod (Russia) and nowadays is installed in the Forschungszentrum (Karlsruhe, Germany). It consists ot a technological gyrotron working at 30 GHz giving 10 Kw CW in the TE02 circular waveguide mode, a quasi-optical transmission line (optimized in this work) and the final very oversized cavity or applicator. The original transmission line had a transmission efficiency of about 70%, by using a Vlasov launcher to generate a fundamental gaussian beam from the TE02 mode. The power was driven through a total of three mirrors. The improved design presented here increases the transmission efficiency up to 91%, by using a higher order gaussian beam mode, azimuthaly polarized and conical profile, by using only two ellipsoidal mirrors. Este trabajo ha sido financiado a traves de unas Acciones Integradas Hispano-Alemanas (HA-29A) y un proyecto Cycit TIC96-0556-E.

ITER KOAXIALGYROTRONENTWICKLUNG - Schlußbericht - Kurzfasssung: Eine 4,5 MW Elektronenkanone (Diode) für Gyrotrons mit koaxialem Resonator, deren auf nahezu Erdpotential liegender zentraler Leiter vom Kathodenring umgeben ist (Inverse Magnetron Injection Gun, IMIG) wurde ausgelegt und hergestellt (Uc = 90 kV, Ib = 50 A, Geschwindigkeitsverhältnis 1,4 und Stromdichte am Emitter je=2,8 A/cm²). Der Emitter besteht aus LaB6 mit einem mittleren Radius von 56 mm. Die Eigenschaften des Elektronenstrahls wurden mittels der Gegenfeldmethode gemessen. Der mittlere Wert von ist in guter Übereinstimmung mit numerischen Vorhersagen. Die gemessene Geschwindigkeitsstreuung rms 9 % ist zwar relativ groß, aber immer noch klein genug, um einen verläßlichen Betrieb bei den Designparametern zu erlauben. 1,5 MW-Gyrotronoszillatoren mit koaxialem Resonator für die Moden TE28,16 und TE31,17 bei 140 bzw. 165 GHz wurde entwickelt und getestet. Eine maximale Ausgangsleistung von 1,17 MW bei einem Wirkungsgrad von 27.2 % wurde im Designmodus bei 140 GHz gemessen (Pulslänge 0,15 - 0,5 ms). In einem weiten Betriebsparameterbereich wurde Einmodenoszillation gefunden. Die experimentellen Ergebnisse stimmen gut mit Vielmodenrechnungen überein. Stufenweise Frequenzdurchstimmung wurde erfolgreich durchgeführt. Mit konstanter Magnetfeldkompression wurden im Frequenzbereich von 115,6 bis 164,2 GHz zwanzig Moden im Einmodenbetrieb angeregt. So wurden z.B. 0,9 MW im TE25,14 bei 123,0 GHz und 1,16 MW im TE32,18 bei 158,9 GHz gemessen. Die Auswahl von Betriebsfrequenz und Betriebsmodus der 165 GHz-Version wird durch die obere Grenze des verfügbaren supraleitenden Magneten und durch den Gebrauch der IMIG des 140 GHz \- TE28,16 - Koaxialgyrotrons bestimmt. Eine maximale Ausgangsleistung von 1,17 MW bei einem Wirkungsgrad von 26,7 % wurde im Designmodus TE31,17 gemessen. Der maximale Wirkungsgrad von 28,2 % wurde bei einer Ausgangsleistung von 0,9 MW beobachtet. Einmodenbetrieb wurde auch im TE32,17 bei 167,1 GHz, im TE33,17 bei 169,46 GHz und im TE34,17-Modus bei 171,8 GHz erreicht und zwar mit Ausgangsleistungen von 1,02 MW, 0,63 MW bzw. 0,35 MW. Die Leistungs- und Wirkungsgradbegrenzung zu hohen Frequenzen hin ist durch das maximal erreichbare Magnetfeld von 6.6 T bedingt. Optimierung und Auslegung eines quasioptischen Modenwandlersystems, das mit einem Zweistrahlauskoppelprinzip für koaxiale Gyrotrons mit zwei Ausgangsfenstern verträglich ist, werden auch vorgestellt. Die Zweistufen-Modenwandler-Sequenzen TE-28,16 nach TE+76,2 nach TEM00 bei 140 GHz und TE-31,17 nach TE+83,2 nach TEM00 bei 165 GHz, die beide jeweils zwei enggebündelte (60° an der Hohlleiterantenne) Ausgangsstrahlen erzeugen, wurden untersucht. Es werden hohe Konversionswirkungsgrade erwartet (94 % bzw. 92 %).

Trabajo presentado al X Simposium de la Unión Científica Internacional de Radio (URSI'95). Valladolid, septiembre de 1995. The possibility to employ low power gyrotron tubes (10-30 kW, CW) at millimeter wave frequencies (30-100 GHz) has potential applications in advanced ceramic sintering, surface coating, radar, remote sensing, etc.. In materials processing applications, the final shape of the beam is not relevant, because the experiment have to be done in a cavity which has a metallic mode stirrer in order to obtain inside a uniform distribution of the electromagnetic fields. In this paper, we present a preliminar study, showing that it is possible to use high order modes in the transmission line to carry the power to the final experiment efficiently. Este trabajo ha sido financiado por el MEC y el BMBF dentro del programa Acciónes Integradas Hispano Alemanas 1995.

Trabajo presentado a la 20th International Conference on Infrared and Millimeter Waves. Orlando (Estados Unidos), 1995. The use of medium power millimeter wave CW gyrotrons (10- 30 kW and 30-100 GHz) has several potential applications in advanced materials processing. Since a stochastic field distribution in the applicator is desirable no pencil beam is necessary. Then the possibility to couple the circular symmetric gyrotron output to a higher order free space mode can be considered. Beam waveguides based on iterative reflection of such high order beams on properly designed mirrors opens the possibility to increase the efficiency and to reduce costs of present compact transmission lines in gyrotron technological systems. This work has been supported by the MEC and the BMBF in the “Acciones Integradas Hispano Alemanas 1995” program.