Numéro
J. Phys. Colloques
Volume 50, Numéro C1, Janvier 1989
International Conference on the Physics of Multiply Charged Ions and International Workshop on E.C.R. Ion Sources
Page(s) C1-643 - C1-658
DOI https://doi.org/10.1051/jphyscol:1989171
International Conference on the Physics of Multiply Charged Ions and International Workshop on E.C.R. Ion Sources

J. Phys. Colloques 50 (1989) C1-643-C1-658

DOI: 10.1051/jphyscol:1989171

GYROTRONS FOR ECR ION SOURCES

H.-G. MATHEWS

ASEA BROWN BOVERI LTD, Department Electron Tubes (EKR), CH-4501 Baden, Switzerland


Résumé
L'amélioration des performances des sources d'ions excités à la résonance cyclotronique (ECR) requiert des générateurs microondes délivrant en continu une dizaine de kilowatts à des fréquences supérieures à 20 GHz. Les générateurs conventionnels, comme les klystrons où les tubes à ondes progressives atteignent la limite de leur capacités dans ce domaine, il est naturel de considérer comme alternative les gyrotrons. Après un rappel de la physique de gyrotron, nous présentons les deux concepts présentement développés par ABB, c. à d. : le gyrotron à cavité cylindrique et le gyrotron quasi-optique. Les divers aspects technologiques ainsi que l'opération de tels oscillateurs seront discutés en utilisant, comme illustration, un tube de 400 kW à 8 GHz en cours de test. Nous décrivons des études conceptuelles de gyrotrons à cavités cylindriques et de gyrotrons quasi-optiques spécialement conçus pour les sources d'ions ECR. Leur performances sont : fréquence 30 GHz ; puissance 20 kW. Le champ magnétique correspond à une opération à la fondamentale ou à la seconde harmonique de la fréquence cyclotronique. Les problèmes au transport du faisceau microonde du générateur à la source d'ions seront également discutés.


Abstract
To increase the performance of future ECR ion sources, microwave sources at frequencies above 20 GHz at cw power levels of some 10 kW are required. As conventional microwave tubes, like Klystrons or TWTs reach their limit at about these values, the application of gyrotron tubes is considered. The paper describes first the physics of the gyrotron interaction. Then the two gyrotron concepts pursued by ABB are presented, the cylindrical and the quasi-optical gyrotron, respectively. The technical realisation and the operation of a gyrotron oscillator is demonstrated with some experimental results of an 8 GHz, 400 kW tube presently under test. The layout of low power gyrotron oscillators for ECR plasma heating at 30 GHz with a cw output power of 20 kW follows. Operation at 1st and 2nd harmonic for both gyrotron concepts is evaluated. Finally some ideas concerning the r.f. transmission line and wave launching structure into an ECRIS are shown.