EAST电子回旋加热高功率毫米波传输关键技术研究
发布时间：2021-10-25 12:40
电子回旋共振加热（ECRH）具有耦合效率高、局域性好及调节灵活等诸多技术优势,是聚变等离子体的重要加热方法之一,广泛应用于等离子体电流剖面控制、磁流体不稳定性控制及等离子体辅助启动等。本文以EAST装置正在建设的140GHz/4MW/100s ECRH系统传输线技术需求为背景,开展高功率毫米波高效传输、功率耦合检测、波极化状态调控及终端功率吸收等关键技术研究。EAST ECRH系统采用过模波纹圆波导将回旋管输出的兆瓦级毫米波功率传输至天线,论文首先进行波纹圆波导导波理论分析,讨论周期槽纹边界条件下电磁波的传输特性及波导内混合模集合和线极化模式集的场表达式,并对模式特征值进行求解。在导波理论分析基础上,进行传输线所需波纹圆波导参数设计,并对所设计波导的传输损耗及端口辐射特性进行计算。过模波导在非理想准直情况下极易发生模式转换,论文利用模式匹配法详细分析了波纹圆波导传输线中模式转换机理,定量给出模式转换损耗与传输线准直特性关系。发展了基于相位重构法的波导端口模式纯度检测方法,可用于对ECRH传输线准直状态进行精确评估与校正。ECRH实验运行时需对波源的输出功率进行实时检测,以保障回旋管运行...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：128 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 引言
1.1 核能与磁约束聚变
1.2 磁约束聚变与电子回旋加热
1.3 电子回旋加热传输线介绍
1.4 EAST电子回旋加热系统
1.5 论文的研究意义及主要内容
1.5.1 论文研究意义
1.5.2 论文主要内容
第二章 电子回旋加热传输波导分析设计
2.1 波纹圆波导电磁波传输特性分析
2.2 波纹圆波导线极化模式集
2.3 EAST电子回旋加热波纹圆波导设计
2.3.1 波导参数设计
2.3.2 波导传输壁损耗
2.3.3 波导端口辐射性能
2.4 波纹圆波导件加工
2.5 本章小结
第三章 电子回旋加热传输线模式转换损耗分析与检测技术研究
3.1 模式匹配法原理
3.2 电子回旋加热传输线模式转换损耗分析
3.2.1 波源与波导对接模式转换损耗
3.2.2 波导轴向弯曲及径向偏差模式转换损耗
3.2.3 波导间隙模式转换损耗
3.2.4 换向波导内模式转换损耗
3.3 波导端口模式组成检测分析方法
3.3.1 基本原理
3.3.2 相位重构算法
3.3.3 模式分析程序与模拟验证
3.4 本章小结
第四章 电子回旋加热传输功率监测技术研究
4.1 波导定向耦合器理论
4.2 波纹圆波导定向耦合器设计
4.2.1 结构设计及指标确定
4.2.2 耦合形式及副波导尺寸设计
4.2.3 单孔耦合特性分析
4.2.4 多孔耦合阵列设计
4.3 定向耦合器加工
4.4 本章小结
第五章 电子回旋波极化控制与模式耦合特性研究
5.1 极化需求原理分析
5.2 槽纹极化镜面设计
5.2.1 槽纹极化镜原理分析
5.2.2 光栅衍射理论及计算方法
5.2.3 槽纹极化镜相位差函数求解
5.3 极化镜加工与性能测试
5.4 模式耦合控制程序研究
5.4.1 EAST电子回旋加热系统极化需求分析
5.4.2 模式耦合控制程序编写与验证
5.5 本章小结
第六章 高功率毫米波吸收技术研究
6.1 微波负载分类
6.2 兆瓦级水负载设计
6.2.1 总体结构设计
6.2.2 散射锥镜结构设计
6.2.3 涂层材料设计
6.2.4 水冷结构设计
6.3 本章小结
第七章 论文总结及展望
7.1 论文的总结
7.2 论文创新点
7.3 工作展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]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)
[2]空气中微波击穿电场的计算[J]. 翁明,王瑞,崔万照. 真空科学与技术学报. 2013(06)
[3]HL-2A装置2MW电子回旋共振加热系统研制[J]. 饶军,李波,周俊,姚列英,康自华,王明伟,李立,冯鲲,黄梅,陆志鸿,张劲松,李青,刘永. 核聚变与等离子体物理. 2009(04)
[4]新型大功率水负载的微波和流体设计[J]. 刘亮,单家方,刘甫坤,匡光力. 微波学报. 2008(06)
[5]波纹圆波导电磁特性的综合分析[J]. 韩天成,许福永. 微波学报. 2008(02)
[6]HL-2A装置ECRH的微波强度分布测量与分析[J]. 黄梅,陈罡宇,饶军,周俊,刘永,康自华. 核聚变与等离子体物理. 2008(01)
[7]我国超导托卡马克的现状及发展[J]. 李建刚. 中国科学院院刊. 2007(05)
[8]雷达吸波材料对斜入射电磁波的反射[J]. 赵振声,吴明忠,何华辉. 华中理工大学学报. 1998(04)
[9]弯曲波纹圆波导中模式耦合系数的研究[J]. 李宏福,Manfred Thumm. 红外与毫米波学报. 1992(06)
[10]雷达吸波材料在不同入射角和极化下的吸收特性的机助分析[J]. 饶克谨,赵伯琳. 宇航材料工艺. 1989(Z1)
博士论文
[1]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
[2]用于高功率微波测量的孔耦合定向耦合器研究与设计[D]. 曹乃胜.电子科技大学 2008
本文编号：3457421
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：128 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 引言
1.1 核能与磁约束聚变
1.2 磁约束聚变与电子回旋加热
1.3 电子回旋加热传输线介绍
1.4 EAST电子回旋加热系统
1.5 论文的研究意义及主要内容
1.5.1 论文研究意义
1.5.2 论文主要内容
第二章 电子回旋加热传输波导分析设计
2.1 波纹圆波导电磁波传输特性分析
2.2 波纹圆波导线极化模式集
2.3 EAST电子回旋加热波纹圆波导设计
2.3.1 波导参数设计
2.3.2 波导传输壁损耗
2.3.3 波导端口辐射性能
2.4 波纹圆波导件加工
2.5 本章小结
第三章 电子回旋加热传输线模式转换损耗分析与检测技术研究
3.1 模式匹配法原理
3.2 电子回旋加热传输线模式转换损耗分析
3.2.1 波源与波导对接模式转换损耗
3.2.2 波导轴向弯曲及径向偏差模式转换损耗
3.2.3 波导间隙模式转换损耗
3.2.4 换向波导内模式转换损耗
3.3 波导端口模式组成检测分析方法
3.3.1 基本原理
3.3.2 相位重构算法
3.3.3 模式分析程序与模拟验证
3.4 本章小结
第四章 电子回旋加热传输功率监测技术研究
4.1 波导定向耦合器理论
4.2 波纹圆波导定向耦合器设计
4.2.1 结构设计及指标确定
4.2.2 耦合形式及副波导尺寸设计
4.2.3 单孔耦合特性分析
4.2.4 多孔耦合阵列设计
4.3 定向耦合器加工
4.4 本章小结
第五章 电子回旋波极化控制与模式耦合特性研究
5.1 极化需求原理分析
5.2 槽纹极化镜面设计
5.2.1 槽纹极化镜原理分析
5.2.2 光栅衍射理论及计算方法
5.2.3 槽纹极化镜相位差函数求解
5.3 极化镜加工与性能测试
5.4 模式耦合控制程序研究
5.4.1 EAST电子回旋加热系统极化需求分析
5.4.2 模式耦合控制程序编写与验证
5.5 本章小结
第六章 高功率毫米波吸收技术研究
6.1 微波负载分类
6.2 兆瓦级水负载设计
6.2.1 总体结构设计
6.2.2 散射锥镜结构设计
6.2.3 涂层材料设计
6.2.4 水冷结构设计
6.3 本章小结
第七章 论文总结及展望
7.1 论文的总结
7.2 论文创新点
7.3 工作展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]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)
[2]空气中微波击穿电场的计算[J]. 翁明,王瑞,崔万照. 真空科学与技术学报. 2013(06)
[3]HL-2A装置2MW电子回旋共振加热系统研制[J]. 饶军,李波,周俊,姚列英,康自华,王明伟,李立,冯鲲,黄梅,陆志鸿,张劲松,李青,刘永. 核聚变与等离子体物理. 2009(04)
[4]新型大功率水负载的微波和流体设计[J]. 刘亮,单家方,刘甫坤,匡光力. 微波学报. 2008(06)
[5]波纹圆波导电磁特性的综合分析[J]. 韩天成,许福永. 微波学报. 2008(02)
[6]HL-2A装置ECRH的微波强度分布测量与分析[J]. 黄梅,陈罡宇,饶军,周俊,刘永,康自华. 核聚变与等离子体物理. 2008(01)
[7]我国超导托卡马克的现状及发展[J]. 李建刚. 中国科学院院刊. 2007(05)
[8]雷达吸波材料对斜入射电磁波的反射[J]. 赵振声,吴明忠,何华辉. 华中理工大学学报. 1998(04)
[9]弯曲波纹圆波导中模式耦合系数的研究[J]. 李宏福,Manfred Thumm. 红外与毫米波学报. 1992(06)
[10]雷达吸波材料在不同入射角和极化下的吸收特性的机助分析[J]. 饶克谨,赵伯琳. 宇航材料工艺. 1989(Z1)
博士论文
[1]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
[2]用于高功率微波测量的孔耦合定向耦合器研究与设计[D]. 曹乃胜.电子科技大学 2008
本文编号：3457421
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hkxlw/3457421.html
