發(fā)布時(shí)間：2020-11-18 01:26

　　 電子回旋共振加熱和電子回旋電流驅(qū)動(dòng)是可控核聚變實(shí)驗(yàn)中等離子體輔助加熱和非感應(yīng)電流驅(qū)動(dòng)的重要方法之一,因此電子回旋波加熱系統(tǒng)對(duì)CFETR托卡馬克裝置尤為關(guān)鍵。根據(jù)CFETR的裝置參數(shù),選取170GHz作為電子回旋波系統(tǒng)微波源的工作頻率,向等離子體中注入20MW長脈沖電子回旋波。本文首先介紹了電子回旋波加熱系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案,電子回旋波加熱系統(tǒng)由微波、高壓電源、監(jiān)控保護(hù)以及真空、水冷等子系統(tǒng)構(gòu)成,其中微波源、傳輸線和天線組成微波子系統(tǒng),分別表示微波的產(chǎn)生、傳輸及饋入過程。高壓電源負(fù)責(zé)給微波源供電,監(jiān)控保護(hù)、真空及水冷保障整個(gè)電子回旋波系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。其次圍繞電子回旋波系統(tǒng)中的微波子系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì),分別從微波源、傳輸線和天線這三個(gè)部分進(jìn)行介紹：(1)對(duì)于微波源的探究,從目前國際上回旋管的研制現(xiàn)狀出發(fā),選擇20只170GHz/1MW長脈沖回旋管組成微波源。以減少微波源占地面積、便利傳輸線走線為原則,對(duì)總體微波源及單個(gè)回旋管周邊進(jìn)行布局,微波源總體占地面積約484m2。最后從未來回旋管的發(fā)展前景角度,對(duì)單管功率2MW的長脈沖回旋管組成的微波源進(jìn)行分析和部署。(2)以1MW/170GHz長脈沖回旋管組成微波源為前提對(duì)20路傳輸線的布局和走向進(jìn)行研究,共設(shè)計(jì)了兩種傳輸線部署方案。對(duì)每條傳輸線中的微波器件進(jìn)行選取和配置,使得最終每條傳輸線的功率損耗約為8.7%。(3)采用準(zhǔn)光學(xué)傳輸模式,設(shè)計(jì)了水平天線和頂部天線兩種類型的準(zhǔn)光學(xué)集束天線,整個(gè)天線以port-plug模塊式結(jié)構(gòu)安裝于CFETR裝置水平窗口或頂部窗口。在天線的具體研究中,首先利用C3PO/LUKE程序計(jì)算出天線中可轉(zhuǎn)動(dòng)入射鏡子的發(fā)射位置及發(fā)射角度,然后根據(jù)高斯光束傳輸特性采用ZEMAX光學(xué)仿真軟件對(duì)所有波束的傳輸路徑及匯聚情況進(jìn)行優(yōu)化,進(jìn)而可以得到天線中傳輸線的排布及各個(gè)光學(xué)鏡子的信息。接著對(duì)天線中的其他器件，如聚焦鏡和可轉(zhuǎn)動(dòng)鏡的水冷結(jié)構(gòu)、可轉(zhuǎn)動(dòng)鏡的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)、包層屏蔽模塊及內(nèi)部屏蔽模塊、真空隔離擋板、支撐結(jié)構(gòu)等進(jìn)行探索。最后結(jié)合電磁仿真軟件MAXWELL和有限元分析軟件ANSYS,對(duì)天線受到的電磁力情況進(jìn)行分析并評(píng)估電磁力在BSM上所造成的應(yīng)力。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：TL631.24
【部分圖文】：

國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆?ＩＴＥＲ?（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ?Ｔｈｅｒｍｏｎｕｃｌｅａｒ?Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ??Ｒｅａｃｔｏｒ）?［１３］是一個(gè)正在規(guī)劃建設(shè)中的、為驗(yàn)證全尺寸可控核聚變技術(shù)可行性??冊設(shè)計(jì)的國際超導(dǎo)托卡馬克實(shí)驗(yàn)堆，如下圖１．１所示。??圖１．１?ＩＴＥＲ托卡馬克裝置??ＩＴＥＲ的目標(biāo)是對(duì)長脈沖氣氣自持燃燒物理進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)現(xiàn)＇點(diǎn)火＂。ｉｔｅｒ??計(jì)劃的運(yùn)行階段分為Ｈ個(gè)時(shí)間段［１４］：?（１）?Ｈ階段：這是一個(gè)非核階段，僅僅??使用氨或者氨等離子體，主要完成一些非核環(huán)境中托卡馬克系統(tǒng)的任務(wù)。同時(shí)，??在這個(gè)階段可Ｗ開展和模擬在完全Ｄ－Ｔ階段的放電操作情況。（２）Ｄ階段：除了??大量ａ粒子加熱這一方面，気等離子體的特性與気氣等離子體特性非常相似，因??此對(duì)于気氣實(shí)驗(yàn)中的髙Ｑ值、感應(yīng)運(yùn)行及非感應(yīng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)都可Ｗ在気階段??２??

國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆?ＩＴＥＲ?（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ?Ｔｈｅｒｍｏｎｕｃｌｅａｒ?Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ??Ｒｅａｃｔｏｒ）?［１３］是一個(gè)正在規(guī)劃建設(shè)中的、為驗(yàn)證全尺寸可控核聚變技術(shù)可行性??冊設(shè)計(jì)的國際超導(dǎo)托卡馬克實(shí)驗(yàn)堆，如下圖１．１所示。??圖１．１?ＩＴＥＲ托卡馬克裝置??ＩＴＥＲ的目標(biāo)是對(duì)長脈沖氣氣自持燃燒物理進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)現(xiàn)＇點(diǎn)火＂。ｉｔｅｒ??計(jì)劃的運(yùn)行階段分為Ｈ個(gè)時(shí)間段［１４］：?（１）?Ｈ階段：這是一個(gè)非核階段，僅僅??使用氨或者氨等離子體，主要完成一些非核環(huán)境中托卡馬克系統(tǒng)的任務(wù)。同時(shí)，??在這個(gè)階段可Ｗ開展和模擬在完全Ｄ－Ｔ階段的放電操作情況。（２）Ｄ階段：除了??大量ａ粒子加熱這一方面，気等離子體的特性與気氣等離子體特性非常相似，因??此對(duì)于気氣實(shí)驗(yàn)中的髙Ｑ值、感應(yīng)運(yùn)行及非感應(yīng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)都可Ｗ在気階段??２??

?況下）同樣適用。在此安裝場地，電子回旋加熱系統(tǒng)主要由＾乂下子系統(tǒng)組成［３８］：??．１３個(gè)窩壓電源，２６個(gè)回旋管，Ｓ２４路傳輸線，５個(gè)發(fā)射天線Ｌ義及一些重要的輔助??巧設(shè)備，如控制子系統(tǒng)，冷卻子系統(tǒng)等，如圖２．２所示。其中，５個(gè)發(fā)射天線為１??個(gè)水平天線和４個(gè)頂部天線，兩種類型天線的功能與初步方案中設(shè)計(jì)的天線功能??．■?差別不大，水平天線用來等離子體中如加熱、電流驅(qū)動(dòng)和電流剖面控制．頂部天??線主要通過提供一個(gè)非常集中的峰值電流密度分布來控制等離子體的不穩(wěn)定性??（ＮＴＭｓ不穩(wěn)定性控制和鍋齒波不穩(wěn)定性控制）［３９］。??１０??
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5 彭曉煒,龔學(xué)余,尹陳艷;電子回旋波在托卡馬克等離子體中的傳播[J];南華大學(xué)學(xué)報(bào)(理工版);2004年01期

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10 彭曉煒;龔學(xué)余;劉文艷;高金生;劉燕;黃千紅;李新霞;;發(fā)射波功率密度對(duì)電子回旋波電流驅(qū)動(dòng)的影響[J];核聚變與等離子體物理;2010年01期

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