磁約束核聚變能是目前人類認(rèn)識到可以根本解決人類能源問題的重要途徑之一。電子回旋共振加熱（ECRH）和電流驅(qū)動（ECCD）是核聚變裝置等離子體溫度達(dá)到約1億度穩(wěn)定聚變條件的主要加熱方式。而回旋管是ECRH系統(tǒng)高功率微波源的核心器件。本文針對磁約束核聚變能ECRH系統(tǒng)所需的高功率微波源介紹了國內(nèi)外兆瓦級回旋管的技術(shù)發(fā)展、研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢,并探討了回旋管的未來研究方向。 

【文章來源】：微波學(xué)報. 2020,36(01)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

同軸諧振腔內(nèi)導(dǎo)體散熱結(jié)構(gòu)

回旋管的結(jié)構(gòu)如圖1所示,主要由磁控注入電子槍、輸能耦合電路、高頻互作用電路、收集極、磁場系統(tǒng)五個部分組成。回旋管的功率輸出可以分為軸向輸出和橫向輸出,如圖1(a)和圖1(b)所示。熱核聚變用回旋管通常采用橫向輸出,一方面可通過準(zhǔn)光模式變換系統(tǒng)實現(xiàn)高斯波束輸出,實現(xiàn)遠(yuǎn)距離能量饋入聚變裝置對等離子體加熱;另一方面可采用降壓收集極系統(tǒng),提高回旋管的工作效率。1.1 磁控注入電子槍

無場絕熱壓縮區(qū)是磁控注入電子槍的組成部分,通常采用銅環(huán)和陶瓷環(huán)周期疊放的結(jié)構(gòu)形式,如圖2所示,由衰減陶瓷吸收雜散模式的射頻場,以抑制電子通道內(nèi)的雜散波[12]。目前衰減陶瓷通常采用氧化鈹(BeO)、碳化硅(SiC)和氮化硅(SiN)[13]。當(dāng)回旋管高功率連續(xù)波工作時,無場絕熱壓縮區(qū)將會吸收大量能量,因此需要充分考慮該結(jié)構(gòu)的有效散熱問題。為了提升輸出功率,需要進(jìn)一步增加電子注電流,但受到超導(dǎo)磁體溫孔半徑的限制,陰極半徑無法增加;同時,為了降低電子注的速度零散,陰極寬度也無法增加,這就導(dǎo)致常規(guī)磁控注入電子槍所產(chǎn)生的電子注電流受限。此外,常規(guī)磁控注入電子槍在大電流條件下還存在較為嚴(yán)重的電子注截獲情況[14]。為了解決上述問題,可以采用陰陽極位置交換的倒置磁控注入電子槍(Inverse Magnetron Injection Gun,IMIG)的結(jié)構(gòu),如圖3所示,該結(jié)構(gòu)的電子槍具有以下優(yōu)點:

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]170 GHz,1 MW回旋管收集極系統(tǒng)的研究[J]. 張亦弛,劉本田,曾旭.  真空電子技術(shù). 2018(05)
[2]W波段回旋管收集極橫向場掃描散焦系統(tǒng)的設(shè)計與仿真[J]. 王亞茹,耿志輝,徐壽喜,劉高峰,侯筱琬,顧偉,張珊,趙國慧.  真空科學(xué)與技術(shù)學(xué)報. 2016(11)



本文編號：3356930