用于磁约束核聚变电子回旋共振加热系统的兆瓦级回旋管

发布时间：2021-08-22 03:44

　　磁约束核聚变能是目前人类认识到可以根本解决人类能源问题的重要途径之一。电子回旋共振加热（ECRH）和电流驱动（ECCD）是核聚变装置等离子体温度达到约1亿度稳定聚变条件的主要加热方式。而回旋管是ECRH系统高功率微波源的核心器件。本文针对磁约束核聚变能ECRH系统所需的高功率微波源介绍了国内外兆瓦级回旋管的技术发展、研究现状和发展趋势,并探讨了回旋管的未来研究方向。 

【文章来源】：微波学报. 2020,36(01)北大核心CSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

同轴谐振腔内导体散热结构

回旋管的结构如图1所示,主要由磁控注入电子枪、输能耦合电路、高频互作用电路、收集极、磁场系统五个部分组成。回旋管的功率输出可以分为轴向输出和横向输出,如图1(a)和图1(b)所示。热核聚变用回旋管通常采用横向输出,一方面可通过准光模式变换系统实现高斯波束输出,实现远距离能量馈入聚变装置对等离子体加热;另一方面可采用降压收集极系统,提高回旋管的工作效率。1.1 磁控注入电子枪

无场绝热压缩区是磁控注入电子枪的组成部分,通常采用铜环和陶瓷环周期叠放的结构形式,如图2所示,由衰减陶瓷吸收杂散模式的射频场,以抑制电子通道内的杂散波[12]。目前衰减陶瓷通常采用氧化铍(BeO)、碳化硅(SiC)和氮化硅(SiN)[13]。当回旋管高功率连续波工作时,无场绝热压缩区将会吸收大量能量,因此需要充分考虑该结构的有效散热问题。为了提升输出功率,需要进一步增加电子注电流,但受到超导磁体温孔半径的限制,阴极半径无法增加;同时,为了降低电子注的速度零散,阴极宽度也无法增加,这就导致常规磁控注入电子枪所产生的电子注电流受限。此外,常规磁控注入电子枪在大电流条件下还存在较为严重的电子注截获情况[14]。为了解决上述问题,可以采用阴阳极位置交换的倒置磁控注入电子枪(Inverse Magnetron Injection Gun,IMIG)的结构,如图3所示,该结构的电子枪具有以下优点:

【参考文献】：
期刊论文
[1]170 GHz,1 MW回旋管收集极系统的研究[J]. 张亦弛,刘本田,曾旭.  真空电子技术. 2018(05)
[2]W波段回旋管收集极横向场扫描散焦系统的设计与仿真[J]. 王亚茹,耿志辉,徐寿喜,刘高峰,侯筱琬,顾伟,张珊,赵国慧.  真空科学与技术学报. 2016(11)



本文编号：3356930