J-TEXT装置ECRH微波传输及天线系统研究

发布时间：2020-08-19 21:42

【摘要】：等离子体是具有一定电阻率的良导体,可利用其电阻效应进行加热。但等离子体的电阻率随着温度升高而降低,传统欧姆加热效率也随等离子体电阻率降低而下降。为使等离子体达到10 ke V量级的聚变温度,须在传统欧姆加热的基础上使用辅助加热。其中具有局域加热性好、波与等离子体耦合简单及天线远离等离子体等优点的电子回旋共振加热(ECRH),已经在磁约束核聚变装置中得到广泛应用。J-TEXT装置为华中科技大学中型托卡马克装置,主要用于聚变人才的培养。为更好的在J-TEXT装置开展相关领域研究,华中科技大学通过国际合作于2013年从英国卡拉姆实验室引进6套总功率为1.2MW的ECRH系统,并于2014年开始了系统重建工作。作为ECRH系统重要的组成部分,传输线和天线的主要作用是将回旋管输出的高功率微波高效传输和注入等离子体中,并根据物理实验要求改变波的入射角度和极化方式。本文主要工作是对J-TEXT装置ECRH系统传输线整体分析、布局设计、搭建和准直首条传输线;对极化可控的天线系统进行设计;基于回旋管和传输线的打火保护需求,设计具有高可靠性的弧光探测器。本文简要介绍了J-TEXT装置ECRH系统微波传输原理,根据原理进一步对波导参数分析和材料选择,对TE02-TE01、TE01-TE11、TE11-HE11模式变换器机械结构进行分析;根据现有托卡马克装置和ECRH大厅相对位置对传输线系统进行整体布局;完成一条长度约35米传输线系统的搭建和准直工作;基于回旋管和传输线系统对打火保护的需求,设计一套具有高可靠性的弧光探测保护器;并对其延时进行测试,经过200次模拟打火测试,该弧光探测器最大延时3.2?s,平均延时2.8?s,满足保护要求。利用波束在自由空间传播的光学特性设计首套天线系统。该系统主要部件包含可控极化镜、椭球镜和可控平面镜;其中可控极化镜用于改变微波的极化方式;椭球镜用于波束的聚焦;可控平面镜用于将极化和聚焦后的波束以不同的环向和极向角注入等离子体。通过对天线系统进行组装、测试和标定,根据实验结果和设计参数进行交叉对比,验证了该天线的可行性和准确性。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TL631.24

【参考文献】