托卡马克中离子回旋天线的相关理论研究
发布时间：2022-02-09 22:07
托卡马克磁约束装置是目前公认的最具有前景实现可控核聚变的装置,要想实现可观的聚变能,等离子体的温度、密度和约束时间乘积需要达到足够高的值。离子回旋射频波（ICRF）加热是托卡马克中十分有效的加热手段之一,在国内外托卡马克装置上都有使用,EAST中将投入12MW的ICRF加热系统。ICRF天线是ICRF系统中转换能量的器件,负责将射频功率辐射到等离子体中,ICRF天线性能的好坏直接影响到ICRF加热系统的效率。由于天线的性能与多种因素有关,对天线进行全面的三维电磁性能分析是十分有必要的。国内外对天线的电磁性能进行了大量的分析,但是不够全面系统。本文利用三维电磁场软件CST微波工作室（MWS）对EAST的现有的两套ICRF天线进行了全面的分析：模拟计算了天线的散射参数、功率谱和天线表面的电流分布；系统的分析了天线到等离子体的距离、等离子体的密度、法拉第屏、电流条带的尺寸、条带之间距离、真空传输线的阻抗、盒子及隔板对天线性能的影响。这些较全面的分析和模拟计算为天线设计时尺寸的选择提供理论基础。在ICRF天线运行过程中,高压击穿打火和引入杂质问题是普遍存在的现象并且严重限制了天线的运行功率。目...
【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】：123 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 聚变能研究及发展
1.1.1 聚变能
1.1.2 磁约束发展历史
1.1.3 我国磁约束历史及未来发展
1.2 聚变等离子体加热的方法
1.3 离子回旋加热原理
1.4 ICRF加热系统发展状况
1.5 论文的研究意义和安排
第二章 EAST中离子回旋天线电磁场性能分析
2.1 EAST中ICRF天线及建模
2.1.1 目前EAST中ICRF天线系统
2.1.2 天线建模
2.2 等离子体模拟
2.3 天线到等离子体的距离
2.4 天线性能与天线结构尺寸的关系
2.4.1 法拉第屏
2.4.2 条带的尺寸变化
2.4.3 条带之间的距离
2.4.4 真空馈线
2.4.5 盒子和隔板的结构变化
2.5 功率谱
2.6 电流分布
2.7 本章小结
第三章 天线的电场击穿研究
3.1 击穿打火理论和现象
3.1.1 击穿打火理论
3.1.2 ICRF天线击穿打火现象
3.2 EAST中ICRF天线的电场分布
3.2.1 四条带天线的电场分析
3.2.2 两条带天线的电场分析
3.3 天线结构优化减小高场区电场值
3.4 本章小结
第四章 ICRF天线引入杂质分析
4.1 杂质产生机制
4.2 鞘层RF电势
4.3 相位对RF电势影响
4.4 限制器对RF电势的影响
4.5 波谱对RF电势的影响
4.6 本章小结
第五章 ICRF天线的矩量法计算
5.1 矩量法原理
5.1.1 矩量法
5.1.2 基函数和试探函数选取
5.2 电场方程求解和后处理
5.2.1 电场积分方程
5.2.2 代码后处理
5.3 天线建模
5.4 模拟结果
5.4.1 天线表面电流分布
5.4.2 回波损耗
5.4.3 波谱的计算
5.5 本章小结
第六章 新ICRF天线设计探索
6.1 已有ICRF天线类型归纳
6.1.1 当前主要的ICRF天线类型性能对比
6.1.2 其他一些新型ICRF天线类型介绍
6.2 ICRF天线的阻抗
6.3 多环形天线
6.4 本章小结
第七章 总结与展望
参考文献
致谢
在攻读博士学位期间发表的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]Mechanical Design and First Engineering Commissioning of ICRF Antenna for EAST[J]. 杨庆喜,宋云涛,武松涛,赵燕平. Plasma Science and Technology. 2010(04)
[2]国际热核实验反应堆（ITER）计划与未来核聚变能源[J]. 潘传红. 物理. 2010(06)
[3]汇聚192束激光的NIF——美国利弗莫尔实验室国家点火装置今夏“点火”[J]. 冯诗齐. 世界科学. 2009(05)
[4]Reference Design of ICRF Antenna for EAST[J]. 秦成明,赵燕平,Hiroyuki OKADA,张新军,毛玉周,T.WATARI,R.KUMAZAWA,T.SEKI. Plasma Science and Technology. 2006(03)
[5]EAST装置离子回旋加热液态阻抗匹配系统的研究[J]. 王鹏,赵燕平,毛玉周,秦成明,T Watari,R Kumazawa,T Mutoh,T Seki. 核聚变与等离子体物理. 2005(04)
[6]国际热核聚变实验堆（ITER）计划[J]. 赵君煜. 物理. 2004(04)
[7]快波加热的天线设计[J]. 朱学光,匡光力,赵燕平,李有宜,谢纪康. 计算物理. 2000(06)
[8]ICRF快波模转换及快波传播[J]. 李继全,石秉仁,黄林. 核聚变与等离子体物理. 1992(03)
[9]散射参数[J]. 杨熙宁. 长春邮电学院学报. 1990(03)
本文编号：3617721
【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】：123 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 聚变能研究及发展
1.1.1 聚变能
1.1.2 磁约束发展历史
1.1.3 我国磁约束历史及未来发展
1.2 聚变等离子体加热的方法
1.3 离子回旋加热原理
1.4 ICRF加热系统发展状况
1.5 论文的研究意义和安排
第二章 EAST中离子回旋天线电磁场性能分析
2.1 EAST中ICRF天线及建模
2.1.1 目前EAST中ICRF天线系统
2.1.2 天线建模
2.2 等离子体模拟
2.3 天线到等离子体的距离
2.4 天线性能与天线结构尺寸的关系
2.4.1 法拉第屏
2.4.2 条带的尺寸变化
2.4.3 条带之间的距离
2.4.4 真空馈线
2.4.5 盒子和隔板的结构变化
2.5 功率谱
2.6 电流分布
2.7 本章小结
第三章 天线的电场击穿研究
3.1 击穿打火理论和现象
3.1.1 击穿打火理论
3.1.2 ICRF天线击穿打火现象
3.2 EAST中ICRF天线的电场分布
3.2.1 四条带天线的电场分析
3.2.2 两条带天线的电场分析
3.3 天线结构优化减小高场区电场值
3.4 本章小结
第四章 ICRF天线引入杂质分析
4.1 杂质产生机制
4.2 鞘层RF电势
4.3 相位对RF电势影响
4.4 限制器对RF电势的影响
4.5 波谱对RF电势的影响
4.6 本章小结
第五章 ICRF天线的矩量法计算
5.1 矩量法原理
5.1.1 矩量法
5.1.2 基函数和试探函数选取
5.2 电场方程求解和后处理
5.2.1 电场积分方程
5.2.2 代码后处理
5.3 天线建模
5.4 模拟结果
5.4.1 天线表面电流分布
5.4.2 回波损耗
5.4.3 波谱的计算
5.5 本章小结
第六章 新ICRF天线设计探索
6.1 已有ICRF天线类型归纳
6.1.1 当前主要的ICRF天线类型性能对比
6.1.2 其他一些新型ICRF天线类型介绍
6.2 ICRF天线的阻抗
6.3 多环形天线
6.4 本章小结
第七章 总结与展望
参考文献
致谢
在攻读博士学位期间发表的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]Mechanical Design and First Engineering Commissioning of ICRF Antenna for EAST[J]. 杨庆喜,宋云涛,武松涛,赵燕平. Plasma Science and Technology. 2010(04)
[2]国际热核实验反应堆（ITER）计划与未来核聚变能源[J]. 潘传红. 物理. 2010(06)
[3]汇聚192束激光的NIF——美国利弗莫尔实验室国家点火装置今夏“点火”[J]. 冯诗齐. 世界科学. 2009(05)
[4]Reference Design of ICRF Antenna for EAST[J]. 秦成明,赵燕平,Hiroyuki OKADA,张新军,毛玉周,T.WATARI,R.KUMAZAWA,T.SEKI. Plasma Science and Technology. 2006(03)
[5]EAST装置离子回旋加热液态阻抗匹配系统的研究[J]. 王鹏,赵燕平,毛玉周,秦成明,T Watari,R Kumazawa,T Mutoh,T Seki. 核聚变与等离子体物理. 2005(04)
[6]国际热核聚变实验堆（ITER）计划[J]. 赵君煜. 物理. 2004(04)
[7]快波加热的天线设计[J]. 朱学光,匡光力,赵燕平,李有宜,谢纪康. 计算物理. 2000(06)
[8]ICRF快波模转换及快波传播[J]. 李继全,石秉仁,黄林. 核聚变与等离子体物理. 1992(03)
[9]散射参数[J]. 杨熙宁. 长春邮电学院学报. 1990(03)
本文编号：3617721
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hkxlw/3617721.html
