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.pdf

1、在磁約束受控聚變研究中，電子回旋共振加熱(ECRH)因具有加熱局域性強(qiáng)、波與等離子體耦合效率高以及天線可遠(yuǎn)離等離子體等特點(diǎn)，被廣泛的用于等離子體加熱、電流驅(qū)動、輔助啟動、電流剖面控制、MHD不穩(wěn)定性抑制以及輸運(yùn)研究等方面。本文依托國內(nèi)大型偏濾器托卡馬克裝置HL-2M開展電子回旋共振加熱系統(tǒng)的研制，對基于過模波紋圓波導(dǎo)的ECRH傳輸系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)包括傳輸系統(tǒng)的導(dǎo)波理論、波傳輸過程中的損耗以及用于毫米波極化器設(shè)計(jì)的矢量衍射光柵理論等進(jìn)行了研究

2、；在理論和實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)和研制了用于HL-2M裝置ECRH真空傳輸系統(tǒng)(真空度優(yōu)于10-2Pa)的高功率毫米波部件，包括過模波紋圓波導(dǎo)、一體式換向波導(dǎo)、滑動及抽氣波導(dǎo)、隔直器以及可控極化器等。傳輸部件的功率容量為1MW/3 s。
　　本文主要包括三部分。
　　第一部分為第二章和第三章，詳細(xì)闡述了ECRH傳輸系統(tǒng)的導(dǎo)波理論，對波傳輸過程中產(chǎn)生的損耗進(jìn)行了詳細(xì)分析，為傳輸系統(tǒng)中與過模波紋圓波導(dǎo)相關(guān)的部件研制打下了基礎(chǔ)。該

3、部分首先從過模波紋圓波導(dǎo)的特征方程出發(fā)，對波導(dǎo)壁函數(shù)、特征值及壁損耗進(jìn)行了求解；對波導(dǎo)內(nèi)的兩個(gè)等價(jià)模式集合(混合模集和線極化模集)中各種模式的場分布進(jìn)行了推導(dǎo)，并給出了兩種模式集合中模式間的簡并關(guān)系；對波導(dǎo)內(nèi)多模傳輸條件下的傳輸特性進(jìn)行了研究。在此基礎(chǔ)上，利用模式匹配方法對ECRH傳輸系統(tǒng)內(nèi)模式激勵過程中理想和非理想情況下的模式轉(zhuǎn)換損耗進(jìn)行了詳細(xì)分析，并對非理想情況下波導(dǎo)內(nèi)激勵起的雜模問題進(jìn)行了討論；分析了波導(dǎo)連接過程中可能出現(xiàn)的錯(cuò)位以

4、及ECRH傳輸系統(tǒng)中間隙引起的模式轉(zhuǎn)換損耗，并討論了雜模的比例及相位等參數(shù)對間隙損耗的影響。最后，利用一套68GHz ECRH系統(tǒng)開展了實(shí)驗(yàn)研究，驗(yàn)證了傳輸系統(tǒng)的高效穩(wěn)定傳輸特性。
　　第二部分為第四章，對基于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法的矢量衍射光柵理論進(jìn)行了研究和探討，為ECRH傳輸系統(tǒng)可控極化器的設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)。第四章首先從坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法出發(fā)，得到了光柵的特征方程以及關(guān)于TE和TM極化波的線性方程組，編寫了基于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法的衍射光柵數(shù)值計(jì)

5、算程序，將計(jì)算結(jié)果與矢量積分方法進(jìn)行了比較。在此基礎(chǔ)上，對衍射光柵的極化特性進(jìn)行了研究，給出了光柵槽紋周期的選取原則，討論了光柵參數(shù)包括槽紋周期及深度等對極化特性的影響，并給出了線極化及橢圓極化光柵的一組與頻率無關(guān)的槽紋優(yōu)化參數(shù)。最后，通過在實(shí)驗(yàn)室搭建的低功率測試平臺驗(yàn)證了理論分析的正確性。
　　第三部分為第五章，在前面兩部分研究的基礎(chǔ)上完成了ECRH真空傳輸部件的設(shè)計(jì)與研制，對部件的損耗進(jìn)行了分析；并對部件的真空性能進(jìn)行了測試。

6、除可控極化外，所研制的其它部件均可在140 GHz和105 GHz兩個(gè)頻率下使用。該章首先對過模波紋圓波導(dǎo)的波紋參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，對波導(dǎo)的加工工藝特別是1m波導(dǎo)的加工工藝進(jìn)行了研究，研制了長度為200 mm、300 mm、500 mm及1000 mm的過模波紋圓波導(dǎo)，并對所研制波導(dǎo)在140 GHz和105 GHz兩種不同傳輸頻率下的損耗進(jìn)行了分析。在過模波紋圓波導(dǎo)設(shè)計(jì)和研制的基礎(chǔ)上，對和波導(dǎo)相關(guān)的器件包括一體式換向波導(dǎo)、滑動及抽氣波導(dǎo)以及