HL-2A装置LHCD实验的控制

为了研究非感应方式等离子体电流的产生，在HL-2A装置上开展了低杂波电流驱动实验，并对LHCD实验进行了微机控制。在2004年的实验中准确无误地将微波投入了装置，实现了对整个LHCD系统运行状态的监控和系统保护。在等离子体破裂时，控制系统会立即切断微波对装置的投入。     

HL-2A装置3.7GHz LHCD系统传输线效率测量分析

介绍了HL-2A装置3.7GHz LHCD系统的功率测量方法。利用HFSS仿真发现,当定向耦合器隔离度30d B时,可以有效地抑制反向微波相位对前向功率测量产生的影响。经过对系统改进,2016年实验中LHCD传输系统总体传输线效率可达到89%,最大传输功率达到1.5MW。     

高功率速调管双管功率合成可行性与技术方案研究

对由两支500kW高功率速调管功率合成得到1MW长脉冲低混杂波(LHCD)微波源的可行性进行了分析，并设计了双管功率合成的方案。在HL-2A装置低杂波实验平台上，利用兆瓦级功率合成器，结合相位反馈技术，对两支高功率速调管、四路250kW进行相干微波功率合成，从而得到1MW LHCD微波。经过可行性分析得到，双管相位偏离15^o时合成效率下降约1.8%，幅度偏差10%时合成效率下降约0.1%。由此可得到双管功率合成技术的具体实施方案。     

HL-2A装置LHCD多节发射天线阵波谱的数值计算与分析

即将在HL-2A装置上使用的LHCD实验的天线是原来在HL-1M装置上使用并经过改进的天线。我们对多节发射天线阵各子波导间的相位、各主波导的反射系数和驻波比等参数进行了测量。本文介绍了对多节发射天线阵的各子波导间相差，主波导电压驻波比等参数的测量，及用这些值与理论值计算波谱的结果进行了比较，从而对天线系统有一个正确的认识和评价。这些测量无疑对将来的天线设计和在HL-2A装置上进行LHCD实验分析都是十分有益的。     

托卡马克LHCD实验中的电子加热

LHCD实验是托卡马克途径为实现稳态运行而进行的重要科研项目。我国的两个主要托卡马克实验装置HL－1M和HT－7已进行多年研究，在建的两大装置HL－2A和HT－7U也将在更高波功率下进行LHCD研究。虽然LHCD实验的主要目的是驱动电流，但波功率平衡问题是一个非常重要的物理问题，因为波功率最终不是被电子或离子吸收，这是通过某种机制损失了。     

HL-2M 低杂波电流驱动系统研制

HL-2M 装置的 LHCD 系统已经完成了包括 2MW 波源、2MW 传输线和 4MW 天线的工程研制,该 系统参数指标为 3.7GHz/2MW/3s,使用 4 只 TH2103C1 型速调管。建成了 4 条 500kW 功率容量的传输线,研制 了 1 套 4MW 功率容量的低杂波天线,并完成了与系统配套的电源、微波源、传输部件、控保系统以及水冷、真 空、测量采集等辅助系统的研制。     

低杂波微波激励源的分析与改进

在托卡马克实验装置上进行等离子体低杂波电流驱动和加热实验，需要输入兆瓦量级的微波功率。这些微波是由微波激励源产生的，其频率为2450MHz。在经过幅度稳定控制、频率稳定控制和中级行波管放大器进行功率放大后，最终输出幅度和频率稳定的、功率1．5～2．5W的微波到大功率速调管上进行放大，然后通过微波传输系统输送到天线，将大功率微波注入到HL-2A装置。由此可见，微波激励源工作特性的好坏将对实验的正常进行产生重要的影响。     

HL-2A 装置 LHCD 系统灯丝电源远程控制的 一种新方法

为解决 HL-2A 装置低杂波电流驱动(LHCD)系统灯丝电源无法远程控制的问题,介绍了基于西门子 WinCC 监测系统的 HL-2A 装置 LHCD 系统灯丝电源 MSComm 串行通信系统的设计与实现。在 WinCC 图形编辑 器中直接调用 MSComm 控件,编写 VBS 全局脚本实现对串口的访问,解决了硬件组态过程中串行通讯操作被 WinCC 所限制的问题。采用了虚拟串口技术、工业以太网通讯技术、光纤隔离技术等,提高了 WinCC 组态串口 设备的灵活性。HL-2A 装置 LHCD 实验证明,在 HL-2A 装置放电的复杂电磁环境下,LHCD 灯丝电源 MSComm 串行通信系统运行稳定、功能完善。     

HL-2A装置LHCD天线波谱测量与数值计算

用网络分析仪对HL-2A装置LHCD天线阵列子波导间的相位差,子波导间的相对功率和各主波导的电压驻波比等参数进行了测量。用测量值代入程序计算得到的波谱与理论计算的结果进行比较,表明天线发射的波谱与数值计算基本一致,能满足将要在HL-2A进行的LHCD实验。     

LHCD系统微波激励源性能优化设计

使用数字锁相环技术实现一定带宽内高精度可调节的频率输出,解决了速调管长期工作后响应频率发生偏移,模拟锁相环无法工作在系统最佳频率的问题;在移相器后增加功率幅度控制电路,保证了线性放大器的输出功率不会受到相位调节的影响;设计了一种基于数模转换(D/A)技术与微波电调技术相结合的波形控制单元,解决了激励源输出波形不可控的问题。通过以上三方面的改进,完成了HL-2M装置LHCD系统微波激励源的性能优化设计。     

HL-2A装置低杂波保护系统实时性能分析

1引言 在单只速调管的条件下，对低杂波（LHCD）系统整体进行了工程调试，并投入物理实验。为了保证低杂波系统的安全运行，对保护系统开展了深入的研究，保护系统对管体电流、微波打火和高压过流过压等现象进行了有效的测量和快速反馈保护，对低杂波系统的安全运行起到了积极的作用。因此，开展保护系统的研究与分析是低杂波电流驱动系统的重要内容之一。     

HL-2M 装置磁场电源逻辑保护系统

为了保障 HL-2M 装置磁场电源的供电安全，其逻辑保护系统设计了 4 级保护机制，分别在主机线 圈、电源变流器、整流变压器、交流开关柜设置保护检测器件，按保护等级确定逻辑保护策略。通过 HL-2M 装 置放电实验，验证了逻辑保护系统的可行性和稳定性。     

HL-2M 装置限制器系统设计及工艺研究

HL-2M 装置设计有 8 套固定极向限制器和 1 套活动极向限制器,其主要功能是进一步加强保护真空 室及其内部件,同时活动限制器还将提供不同孔栏位形用于等离子体物理实验。根据 HL-2M 装置总体运行需求, 活动限制器结构设计可移动有效距离为 120mm,活动限制器移动精度可控制在±0.1mm 以内。基于激光跟踪仪测 量方法对 HL-2M 装置限制器系统完成了高精度的安装,限制器的面向等离子体关键位置安装精度优于±0.5mm, 通过初始等离子体放电实验表明其运行状态均正常。      

HL-2A装置低杂波系统真空性能分析

低杂波电流驱动系统在2004年经过改造完成了重建工作，并在HL-2A装置上用单只速调管输出300～400kW的微波功率系统进行了工程调试。针对大功率微波的传输和发射，微波的局部打火和拉弧，低杂波传输线和天线作了相应的技术改造，设计了相对独立的真空系统，具备了抽气和充气的能力。     

4mm回旋管用于HL-1装置的初步预电离实验

本文给出了用4mm波段回旋管在HL-1装置进行的预电离实验结果。注入功率为40kW左右。初步观察到环电压降低与击穿延迟时间减少,以及由此引起的伏秒数节约、等离子体电流增加与等离子体过程提前。并简单地描述了回旋管及其超导磁体和微波传输系统。     

HL-2A装置上的微波反射测量系统

微波反射技术是近几年来在大中型核聚变装置上发展起来的一项重要的等离子体诊断。它具有非常好的时空分辨率，不仅可以用于测量等离子体电子密度的空间分布，还可以测量等离子体旋转和湍流的空间分布。微波反射测量系统用二个返波管作为扫频振荡源，其扫频范围为26-0GHz和40-60GHz，周期为1ms。我们利用这套微波反射测量系统在HL-2A装置上进行了测量，经过1年的试验，这套系统工作正常。     

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研制了HL-2A装置LHCD和ECRH系统使用的高压电源,其电源拓扑分别为晶闸管交流调压型和星点控制型高压电源,通过高压脉冲调制器给LHCD和ECRH系统供电,采用了波头补偿、前馈和反馈相结合的控制方法,弥补了电源拓扑本身固有的瞬态特性不足和发电机输出的不稳定性,使电源输出电压输出平顶的稳定度优于1%。介绍了高压电源的主回路结构,对高压电源的控制进行了论述,同时给出了实验结果。     

HL-2A装置辅助加热高压电源控制系统的设计与实现

研制了HL-2A装置LHCD和ECRH系统使用的高压电源,其电源拓扑分别为晶闸管交流调压型和星点控制型高压电源,通过高压脉冲调制器给LHCD和ECRH系统供电,采用了波头补偿、前馈和反馈相结合的控制方法,弥补了电源拓扑本身固有的瞬态特性不足和发电机输出的不稳定性,使电源输出电压输出平顶的稳定度优于1%。介绍了高压电源的主回路结构,对高压电源的控制进行了论述,同时给出了实验结果。     

HL-2M 装置电子回旋共振加热及电流驱动系统设计与研制进展

根据 HL-2M 装置物理实验加热的需求,完成了总功率为 8MW 的电子回旋共振加热及电流驱动 (ECRH/ECCD)系统设计,开展了波源、传输及天线等关键部件研制。8MW ECRH/ECCD 系统,由 8 套 105GHz/  1MW/3s 波源系统、8 条内径为 63.5mm 的真空传输线及三套极向实时可控的发射天线构成。目前,已完成 ECRH/ECCD 系统关键部件研制及其相关的桌面与高功率性能测试。测试结果表明,微波源回旋管输出微波功率 达到1MW/3s,在真空度为 10^‒2Pa 的过模波纹圆波导传输线中能低耗稳定传输,发射天线极向全量程角度转动响 应时间在 50ms 以内。      

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测量了HL-2A装置烘烤期间由于温度变化引起的LHCD天线系统位移,得到了装置真空室达到最高的温升112℃时的真空室和天线的总的最大位移为3.47mm,其中天线系统自身的位移为0.9mm。根据这个位移,定性地算出LHCD系统中可能产生的应力。据此,分析了烘烤对LHCD系统带来的影响以及提出了可能采取的缓解措施。