J-TEXT装置105GHz ECRH系统天线设计
发布时间：2021-07-25 01:42
在磁约束核聚变的研究中,电子回旋共振加热（ECRH）因具备局域性强,耦合效率高以及天线可远离等离子体等优点而被广泛应用于加热、电流驱动、辅助启动、MHD不稳定性抑制等方面。当前,J-TEXT装置上正在开展105GHz ECRH系统的研究工作。天线作为ECRH系统的重要子系统,对调节微波进入等离子体中的角度起着重要作用。基于此需求,本论文设计了一套环向和极向调节相互独立,能够使波在环向和极向的单向调节角度均达到28°的天线。理论计算表明该天线可使微波在等离子体中心的沉积半径在20mm左右,可满足J-TEXT装置加热和电流驱动等实验的需求。本文主要包含5个部分:第一部分简要介绍了ECRH系统,并结合ITER装置上的ECRH系统的天线,对天线结构等进行介绍。第二部分介绍了天线设计的基本理论。该部分分析了在波导口处HE11模近似为高斯基模的条件。结合Astron-Allis方程和CMA图,对波的可近性问题进行分析,证实J-TEXT装置ECRH系统的X2模电子回旋波满足可近性条件。最后给出电子回旋波与粒子共振的条件。第三部分从设计目标出发,给出天线设计的初步方案。结合J-T...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
托卡马克装置原理示意图
灯丝电源为灯丝供电，从而持续加热回旋管阴极，增强其发射；阴极电源为回旋管阴极供电，使阴极能发射及加速电子；阳极电源为回电，使阳极能加速电子，此外还可通过改变阳极电源电压来调制高阶射频影响最终输出的微波模式；钛泵电源主要用于保持回旋管的真空性能并实管的运行状态；超导磁体电源为超导磁体供电，使超导磁体能够产生稳恒导电子沿着磁力线作回旋运动，利用回旋辐射原理产生微波；此外，在上保护与控制系统负责控制整个系统时序以及实时监控各路信号并对故障信以触发保护；测量与采集系统负责测量和保存系统运行过程中的重要实验行进一步的数据分析；水冷系统对系统中如回旋管收集极、输出窗等热沉部件散热。中，波源采用的是俄罗斯 GYCOM 公司制造的回旋管。其实物图如图 1-3
图 1-5 ITER 装置 ECRH 系统示意图[22]上部天线的示意图如图 1-6 所示。8 条波导管分成 2 组，每组 4 束。微波从末端出来后，经过两组平面镜反射，再经过 4 面聚焦镜聚焦，最后经可转动的平反射进入等离子体中。天线在环向的角度固定在 20°，在极向上具备±12°的调节上部天线的细节如图 1-7 所示。利用镶嵌焊接的方式，在反射镜中间构建管道，却水后即可实现水冷降温，确保天线在长脉冲放电中镜面不会因为高温而损坏[2冷管道具备一定的柔性，确保不会影响天线小幅度的转动。天线的转动机构采用械摩擦的方式。中间利用挠曲枢轴，靠边缘的两边配备弹簧，从而让天线保持在状态。通过控制充入两边风箱中的氦气的体积不同，从而产生压差，迫使平面镜个方向转动[27]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]托卡马克的原理、发展与前景[J]. 张淦钧. 科技经济导刊. 2018(28)
[2]Investigation of impurity transport using laser blow-off technique in the HL-2A Ohmic and ECRH plasmas[J]. 张凯,崔正英,孙平,董春凤,邓玮,董云波,宋绍栋,蒋敏,李永高,卢平,杨青巍. Chinese Physics B. 2016(06)
[3]Development and Preliminary Commissioning Results of a Long Pulse 140 GHz ECRH System on EAST Tokamak（Invited）[J]. 徐旵东,王晓洁,刘甫坤,张健,黄懿赟,单家方,吴大俊,胡怀传,李波,李妙辉,杨永,冯建强,徐伟业,汤允迎,韦维,徐立清,刘永,赵海林,J.LOHR,Y.A.GORELOV,J.P.ANDERSON,马文东,吴则革,王健,张立元,郭斐,孙浩章,闫新胜,EAST Team. Plasma Science and Technology. 2016(04)
[4]EASTECRH天线平面镜转动机构参数计算与验证[J]. 胡泽凯,吴杰峰,李波,王晓洁. 核聚变与等离子体物理. 2015(04)
[5]EAST装置电子回旋共振加热系统波纹圆波导研究[J]. 吴大俊,王晓洁,徐旵东,刘甫坤,单家方. 微波学报. 2015(02)
[6]国际热核聚变装置用回旋管的现状及技术分析[J]. 李志良,冯进军,刘本田,王峨锋,曾旭. 真空电子技术. 2012(02)
[7]HL-2A装置ECRH系统的新天线设计[J]. 王超,周俊,曾建尔,陈罡宇,饶军. 核聚变与等离子体物理. 2010(04)
[8]HL-2A装置ECRH天线系统的结构设计[J]. 冉红,饶军,周俊,张劲松,陈罡宇,宋绍栋,刘德权. 核聚变与等离子体物理. 2005(04)
[9]平行对称曲柄滑块机构不对称防卡可靠性分析[J]. 史天录. 机械科学与技术. 2000(03)
博士论文
[1]J-TEXT托卡马克电子回旋共振加热极化技术研究[D]. 刘昌海.华中科技大学 2018
[2]HL-2M装置电子回旋共振加热传输系统关键技术研究[D]. 夏冬辉.华中科技大学 2014
硕士论文
[1]J-TEXT装置ECRH微波传输及天线系统研究[D]. 孙道磊.华中科技大学 2016
本文编号：3301847
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
托卡马克装置原理示意图
灯丝电源为灯丝供电，从而持续加热回旋管阴极，增强其发射；阴极电源为回旋管阴极供电，使阴极能发射及加速电子；阳极电源为回电，使阳极能加速电子，此外还可通过改变阳极电源电压来调制高阶射频影响最终输出的微波模式；钛泵电源主要用于保持回旋管的真空性能并实管的运行状态；超导磁体电源为超导磁体供电，使超导磁体能够产生稳恒导电子沿着磁力线作回旋运动，利用回旋辐射原理产生微波；此外，在上保护与控制系统负责控制整个系统时序以及实时监控各路信号并对故障信以触发保护；测量与采集系统负责测量和保存系统运行过程中的重要实验行进一步的数据分析；水冷系统对系统中如回旋管收集极、输出窗等热沉部件散热。中，波源采用的是俄罗斯 GYCOM 公司制造的回旋管。其实物图如图 1-3
图 1-5 ITER 装置 ECRH 系统示意图[22]上部天线的示意图如图 1-6 所示。8 条波导管分成 2 组，每组 4 束。微波从末端出来后，经过两组平面镜反射，再经过 4 面聚焦镜聚焦，最后经可转动的平反射进入等离子体中。天线在环向的角度固定在 20°，在极向上具备±12°的调节上部天线的细节如图 1-7 所示。利用镶嵌焊接的方式，在反射镜中间构建管道，却水后即可实现水冷降温，确保天线在长脉冲放电中镜面不会因为高温而损坏[2冷管道具备一定的柔性，确保不会影响天线小幅度的转动。天线的转动机构采用械摩擦的方式。中间利用挠曲枢轴，靠边缘的两边配备弹簧，从而让天线保持在状态。通过控制充入两边风箱中的氦气的体积不同，从而产生压差，迫使平面镜个方向转动[27]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]托卡马克的原理、发展与前景[J]. 张淦钧. 科技经济导刊. 2018(28)
[2]Investigation of impurity transport using laser blow-off technique in the HL-2A Ohmic and ECRH plasmas[J]. 张凯,崔正英,孙平,董春凤,邓玮,董云波,宋绍栋,蒋敏,李永高,卢平,杨青巍. Chinese Physics B. 2016(06)
[3]Development and Preliminary Commissioning Results of a Long Pulse 140 GHz ECRH System on EAST Tokamak（Invited）[J]. 徐旵东,王晓洁,刘甫坤,张健,黄懿赟,单家方,吴大俊,胡怀传,李波,李妙辉,杨永,冯建强,徐伟业,汤允迎,韦维,徐立清,刘永,赵海林,J.LOHR,Y.A.GORELOV,J.P.ANDERSON,马文东,吴则革,王健,张立元,郭斐,孙浩章,闫新胜,EAST Team. Plasma Science and Technology. 2016(04)
[4]EASTECRH天线平面镜转动机构参数计算与验证[J]. 胡泽凯,吴杰峰,李波,王晓洁. 核聚变与等离子体物理. 2015(04)
[5]EAST装置电子回旋共振加热系统波纹圆波导研究[J]. 吴大俊,王晓洁,徐旵东,刘甫坤,单家方. 微波学报. 2015(02)
[6]国际热核聚变装置用回旋管的现状及技术分析[J]. 李志良,冯进军,刘本田,王峨锋,曾旭. 真空电子技术. 2012(02)
[7]HL-2A装置ECRH系统的新天线设计[J]. 王超,周俊,曾建尔,陈罡宇,饶军. 核聚变与等离子体物理. 2010(04)
[8]HL-2A装置ECRH天线系统的结构设计[J]. 冉红,饶军,周俊,张劲松,陈罡宇,宋绍栋,刘德权. 核聚变与等离子体物理. 2005(04)
[9]平行对称曲柄滑块机构不对称防卡可靠性分析[J]. 史天录. 机械科学与技术. 2000(03)
博士论文
[1]J-TEXT托卡马克电子回旋共振加热极化技术研究[D]. 刘昌海.华中科技大学 2018
[2]HL-2M装置电子回旋共振加热传输系统关键技术研究[D]. 夏冬辉.华中科技大学 2014
硕士论文
[1]J-TEXT装置ECRH微波传输及天线系统研究[D]. 孙道磊.华中科技大学 2016
本文编号：3301847
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