在磁約束核聚變的研究中,電子回旋共振加熱（ECRH）因具備局域性強,耦合效率高以及天線可遠(yuǎn)離等離子體等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于加熱、電流驅(qū)動、輔助啟動、MHD不穩(wěn)定性抑制等方面。當(dāng)前,J-TEXT裝置上正在開展105GHz ECRH系統(tǒng)的研究工作。天線作為ECRH系統(tǒng)的重要子系統(tǒng),對調(diào)節(jié)微波進入等離子體中的角度起著重要作用。基于此需求,本論文設(shè)計了一套環(huán)向和極向調(diào)節(jié)相互獨立,能夠使波在環(huán)向和極向的單向調(diào)節(jié)角度均達(dá)到28°的天線。理論計算表明該天線可使微波在等離子體中心的沉積半徑在20mm左右,可滿足J-TEXT裝置加熱和電流驅(qū)動等實驗的需求。本文主要包含5個部分:第一部分簡要介紹了ECRH系統(tǒng),并結(jié)合ITER裝置上的ECRH系統(tǒng)的天線,對天線結(jié)構(gòu)等進行介紹。第二部分介紹了天線設(shè)計的基本理論。該部分分析了在波導(dǎo)口處HE₁₁模近似為高斯基模的條件。結(jié)合Astron-Allis方程和CMA圖,對波的可近性問題進行分析,證實J-TEXT裝置ECRH系統(tǒng)的X2模電子回旋波滿足可近性條件。最后給出電子回旋波與粒子共振的條件。第三部分從設(shè)計目標(biāo)出發(fā),給出天線設(shè)計的初步方案。結(jié)合J-T... 

【文章來源】：華中科技大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：63 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

托卡馬克裝置原理示意圖

燈絲電源為燈絲供電，從而持續(xù)加熱回旋管陰極，增強其發(fā)射；陰極電源為回旋管陰極供電，使陰極能發(fā)射及加速電子；陽極電源為回電，使陽極能加速電子，此外還可通過改變陽極電源電壓來調(diào)制高階射頻影響最終輸出的微波模式；鈦泵電源主要用于保持回旋管的真空性能并實管的運行狀態(tài)；超導(dǎo)磁體電源為超導(dǎo)磁體供電，使超導(dǎo)磁體能夠產(chǎn)生穩(wěn)恒導(dǎo)電子沿著磁力線作回旋運動，利用回旋輻射原理產(chǎn)生微波；此外，在上保護與控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)控制整個系統(tǒng)時序以及實時監(jiān)控各路信號并對故障信以觸發(fā)保護；測量與采集系統(tǒng)負(fù)責(zé)測量和保存系統(tǒng)運行過程中的重要實驗行進一步的數(shù)據(jù)分析；水冷系統(tǒng)對系統(tǒng)中如回旋管收集極、輸出窗等熱沉部件散熱。中，波源采用的是俄羅斯 GYCOM 公司制造的回旋管。其實物圖如圖 1-3

圖 1-5 ITER 裝置 ECRH 系統(tǒng)示意圖[22]上部天線的示意圖如圖 1-6 所示。8 條波導(dǎo)管分成 2 組，每組 4 束。微波從末端出來后，經(jīng)過兩組平面鏡反射，再經(jīng)過 4 面聚焦鏡聚焦，最后經(jīng)可轉(zhuǎn)動的平反射進入等離子體中。天線在環(huán)向的角度固定在 20°，在極向上具備±12°的調(diào)節(jié)上部天線的細(xì)節(jié)如圖 1-7 所示。利用鑲嵌焊接的方式，在反射鏡中間構(gòu)建管道，卻水后即可實現(xiàn)水冷降溫，確保天線在長脈沖放電中鏡面不會因為高溫而損壞[2冷管道具備一定的柔性，確保不會影響天線小幅度的轉(zhuǎn)動。天線的轉(zhuǎn)動機構(gòu)采用械摩擦的方式。中間利用撓曲樞軸，靠邊緣的兩邊配備彈簧，從而讓天線保持在狀態(tài)。通過控制充入兩邊風(fēng)箱中的氦氣的體積不同，從而產(chǎn)生壓差，迫使平面鏡個方向轉(zhuǎn)動[27]。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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[2]HL-2M裝置電子回旋共振加熱傳輸系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 夏冬輝.華中科技大學(xué) 2014

碩士論文
[1]J-TEXT裝置ECRH微波傳輸及天線系統(tǒng)研究[D]. 孫道磊.華中科技大學(xué) 2016



本文編號：3301847