J-TEXT裝置ECRH微波傳輸及天線系統(tǒng)研究.pdf

1、等離子體是具有一定電阻率的良導(dǎo)體，可利用其電阻效應(yīng)進(jìn)行加熱。但等離子體的電阻率隨著溫度升高而降低，傳統(tǒng)歐姆加熱效率也隨等離子體電阻率降低而下降。為使等離子體達(dá)到10keV量級(jí)的聚變溫度，須在傳統(tǒng)歐姆加熱的基礎(chǔ)上使用輔助加熱。其中具有局域加熱性好、波與等離子體耦合簡(jiǎn)單及天線遠(yuǎn)離等離子體等優(yōu)點(diǎn)的電子回旋共振加熱（ECRH），已經(jīng)在磁約束核聚變裝置中得到廣泛應(yīng)用。J-TEXT裝置為華中科技大學(xué)中型托卡馬克裝置，主要用于聚變?nèi)瞬诺呐囵B(yǎng)。為更好的

2、在J-TEXT裝置開展相關(guān)領(lǐng)域研究，華中科技大學(xué)通過國(guó)際合作于2013年從英國(guó)卡拉姆實(shí)驗(yàn)室引進(jìn)6套總功率為1.2MW的ECRH系統(tǒng)，并于2014年開始了系統(tǒng)重建工作。作為ECRH系統(tǒng)重要的組成部分，傳輸線和天線的主要作用是將回旋管輸出的高功率微波高效傳輸和注入等離子體中，并根據(jù)物理實(shí)驗(yàn)要求改變波的入射角度和極化方式。本文主要工作是對(duì)J-TEXT裝置ECRH系統(tǒng)傳輸線整體分析、布局設(shè)計(jì)、搭建和準(zhǔn)直首條傳輸線；對(duì)極化可控的天線系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)；

3、基于回旋管和傳輸線的打火保護(hù)需求，設(shè)計(jì)具有高可靠性的弧光探測(cè)器。
　　本文介紹了J-TEXT裝置ECRH系統(tǒng)微波傳輸原理，根據(jù)原理進(jìn)一步對(duì)波導(dǎo)參數(shù)分析和材料選擇，對(duì)TE02-TE01、TE01-TE11、TE11-HE11模式變換器機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析；根據(jù)現(xiàn)有托卡馬克裝置和ECRH大廳相對(duì)位置對(duì)傳輸線系統(tǒng)進(jìn)行整體布局；完成一條長(zhǎng)度約35米傳輸線系統(tǒng)的搭建和準(zhǔn)直工作；基于回旋管和傳輸線系統(tǒng)對(duì)打火保護(hù)的需求，設(shè)計(jì)一套具有高可靠性的弧光探

4、測(cè)保護(hù)器；并對(duì)其延時(shí)進(jìn)行測(cè)試，經(jīng)過200次模擬打火測(cè)試，該弧光探測(cè)器最大延時(shí)3.2?s，平均延時(shí)2.8?s，滿足保護(hù)要求。利用波束在自由空間傳播的光學(xué)特性設(shè)計(jì)首套天線系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要部件包含可控極化鏡、橢球鏡和可控平面鏡；其中可控極化鏡用于改變微波的極化方式；橢球鏡用于波束的聚焦；可控平面鏡用于將極化和聚焦后的波束以不同的環(huán)向和極向角注入等離子體。通過對(duì)天線系統(tǒng)進(jìn)行組裝、測(cè)試和標(biāo)定，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行交叉對(duì)比，驗(yàn)證了該天線的可行