托卡馬克磁約束裝置是目前公認的最具有前景實現(xiàn)可控核聚變的裝置,要想實現(xiàn)可觀的聚變能,等離子體的溫度、密度和約束時間乘積需要達到足夠高的值。離子回旋射頻波（ICRF）加熱是托卡馬克中十分有效的加熱手段之一,在國內外托卡馬克裝置上都有使用,EAST中將投入12MW的ICRF加熱系統(tǒng)。ICRF天線是ICRF系統(tǒng)中轉換能量的器件,負責將射頻功率輻射到等離子體中,ICRF天線性能的好壞直接影響到ICRF加熱系統(tǒng)的效率。由于天線的性能與多種因素有關,對天線進行全面的三維電磁性能分析是十分有必要的。國內外對天線的電磁性能進行了大量的分析,但是不夠全面系統(tǒng)。本文利用三維電磁場軟件CST微波工作室（MWS）對EAST的現(xiàn)有的兩套ICRF天線進行了全面的分析：模擬計算了天線的散射參數、功率譜和天線表面的電流分布；系統(tǒng)的分析了天線到等離子體的距離、等離子體的密度、法拉第屏、電流條帶的尺寸、條帶之間距離、真空傳輸線的阻抗、盒子及隔板對天線性能的影響。這些較全面的分析和模擬計算為天線設計時尺寸的選擇提供理論基礎。在ICRF天線運行過程中,高壓擊穿打火和引入雜質問題是普遍存在的現(xiàn)象并且嚴重限制了天線的運行功率。目... 

【文章來源】：中國科學技術大學安徽省211工程院校985工程院校

【文章頁數】：123 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 聚變能研究及發(fā)展
        1.1.1 聚變能
        1.1.2 磁約束發(fā)展歷史
        1.1.3 我國磁約束歷史及未來發(fā)展
    1.2 聚變等離子體加熱的方法
    1.3 離子回旋加熱原理
    1.4 ICRF加熱系統(tǒng)發(fā)展狀況
    1.5 論文的研究意義和安排
第二章 EAST中離子回旋天線電磁場性能分析
    2.1 EAST中ICRF天線及建模
        2.1.1 目前EAST中ICRF天線系統(tǒng)
        2.1.2 天線建模
    2.2 等離子體模擬
    2.3 天線到等離子體的距離
    2.4 天線性能與天線結構尺寸的關系
        2.4.1 法拉第屏
        2.4.2 條帶的尺寸變化
        2.4.3 條帶之間的距離
        2.4.4 真空饋線
        2.4.5 盒子和隔板的結構變化
    2.5 功率譜
    2.6 電流分布
    2.7 本章小結
第三章 天線的電場擊穿研究
    3.1 擊穿打火理論和現(xiàn)象
        3.1.1 擊穿打火理論
        3.1.2 ICRF天線擊穿打火現(xiàn)象
    3.2 EAST中ICRF天線的電場分布
        3.2.1 四條帶天線的電場分析
        3.2.2 兩條帶天線的電場分析
    3.3 天線結構優(yōu)化減小高場區(qū)電場值
    3.4 本章小結
第四章 ICRF天線引入雜質分析
    4.1 雜質產生機制
    4.2 鞘層RF電勢
    4.3 相位對RF電勢影響
    4.4 限制器對RF電勢的影響
    4.5 波譜對RF電勢的影響
    4.6 本章小結
第五章 ICRF天線的矩量法計算
    5.1 矩量法原理
        5.1.1 矩量法
        5.1.2 基函數和試探函數選取
    5.2 電場方程求解和后處理
        5.2.1 電場積分方程
        5.2.2 代碼后處理
    5.3 天線建模
    5.4 模擬結果
        5.4.1 天線表面電流分布
        5.4.2 回波損耗
        5.4.3 波譜的計算
    5.5 本章小結
第六章 新ICRF天線設計探索
    6.1 已有ICRF天線類型歸納
        6.1.1 當前主要的ICRF天線類型性能對比
        6.1.2 其他一些新型ICRF天線類型介紹
    6.2 ICRF天線的阻抗
    6.3 多環(huán)形天線
    6.4 本章小結
第七章 總結與展望
參考文獻
致謝
在攻讀博士學位期間發(fā)表的論文


【參考文獻】：
期刊論文
[1]Mechanical Design and First Engineering Commissioning of ICRF Antenna for EAST[J]. 楊慶喜,宋云濤,武松濤,趙燕平.  Plasma Science and Technology. 2010(04)
[2]國際熱核實驗反應堆（ITER）計劃與未來核聚變能源[J]. 潘傳紅.  物理. 2010(06)
[3]匯聚192束激光的NIF——美國利弗莫爾實驗室國家點火裝置今夏“點火”[J]. 馮詩齊.  世界科學. 2009(05)
[4]Reference Design of ICRF Antenna for EAST[J]. 秦成明,趙燕平,Hiroyuki OKADA,張新軍,毛玉周,T.WATARI,R.KUMAZAWA,T.SEKI.  Plasma Science and Technology. 2006(03)
[5]EAST裝置離子回旋加熱液態(tài)阻抗匹配系統(tǒng)的研究[J]. 王鵬,趙燕平,毛玉周,秦成明,T Watari,R Kumazawa,T Mutoh,T Seki.  核聚變與等離子體物理. 2005(04)
[6]國際熱核聚變實驗堆（ITER）計劃[J]. 趙君煜.  物理. 2004(04)
[7]快波加熱的天線設計[J]. 朱學光,匡光力,趙燕平,李有宜,謝紀康.  計算物理. 2000(06)
[8]ICRF快波模轉換及快波傳播[J]. 李繼全,石秉仁,黃林.  核聚變與等離子體物理. 1992(03)
[9]散射參數[J]. 楊熙寧.  長春郵電學院學報. 1990(03)



本文編號：3617721