Современные мощные гиротроны для термоядерных исследований способны генерировать на частотах 30–170 ГГц излучение мощностью до 1 МВт с КПД 40–50 % в импульсах длительностью до сотен секунд. Эти уникальные параметры обеспечиваются формированием мощного электронного потока с винтовыми траекториями частиц в сильном магнитном поле и использованием сверхразмерных цилиндрических резонаторов с очень высокими рабочими модами (например, ТЕ25.10.1). Наиболее мощные гиротроны оснащены искусственными алмазными выходными окнами, высокоэффективными квазиоптическими преобразователями рабочей моды в параксиальный волновой пучок и системами рекуперации остаточной энергии электронного пучка. Вследствие исключительно высокой теплопроводности и очень малых диэлектрических потерь алмазные окна гиротронов способны пропускать СВЧ-излучение с мощностью более 1 МВт. Прогресс в разработке численных методов анализа и синтеза многомодовых электродинамических систем позволил в последние годы довести эффективность преобразования рабочих мод высших типов в гауссовы волновые пучки до очень высоких значений 97–98 %, что необходимо для работы прибора с большой непрерывной мощностью. Использование в гиротронах коллекторов с рекуперацией не просто повышает КПД, но и принципиально упрощает реализацию источников питания и системы охлаждения коллекторов. Работы, направленные на дальнейшее повышение мощности и эффективности гиротронов, продолжаются, и в экспериментах уже продемонстрированы принципиальные возможности получения с помощью гиротронов еще большей непрерывной мощности (1,5–2 МВт) и более высокого (60–70 %) КПД. Для исследований импульсного теплового воздействия СВЧ-излучения на металлические структуры разработан релятивистский гиротрон с мощностью 10 МВт в импульсах длительностью 1–2 мкс при КПД 50 %.
Другим важным направлением в развитии гиротронов для УТС является исследование и разработка мегаваттных приборов с возможностью ступенчатой перестройки частоты. Использование таких гиротронов в плазменных установках УТС могло бы существенно повысить эффективность систем электронно-циклотронных волн, а также упростить антенные системы установок.
Гирорезонансные приборы разрабатываются в ИПФ в тесном взаимодействии с фирмой ГИКОМ, специализирующейся на изготовлении этих приборов и вспомогательного оборудования к ним для российских и зарубежных исследовательских центров. В этой деятельности кооперации ИПФ/ГИКОМ приходится конкурировать в международных тендерах с такими известными фирмами, как Toshiba (Япония), CPI (США), Thales (Франция). ИПФ выиграл многие конкурсы на поставку гиротронов, так что большинство современных установок типа «токамак» и «стелларатор» ведущих термоядерных лабораторий мира оснащены российскими гиротронами. Их применение позволило получить ряд принципиальных научных результатов, среди которых, в частности, подавление неустойчивостей в плазме (токамак ASDEX-Up, Германия) и поддержание разряда в течение часа (стелларатор LHD, Япония).

Российские гиротроны на плазменных установках УТС