1.8 T直流磁体94 GHz连续波二次谐波回旋管

首次实现直流磁体W波段二次谐波回旋管连续波稳定运行。回旋管工作时所需1.8 T磁场由一个水冷直流线圈产生。直流线圈励磁电流为500 A,功耗28 kW,内孔直径66 mm,可直接将回旋管插入内孔中。回旋管内电子束由双阳极磁控注入电子枪产生。采用高效率内置准光模式变换器实现束波分离并输出准高斯波束。研制的回旋管工作频率为94.08 GHz,腔内工作模式为TE₀₂。实验中成功实现5 min连续稳定运行,输出功率达到12 kW。电子束电压为45 kV,电流1.7 A,对应的输出效率15.7 %。     

105/140 GHz双频兆瓦回旋管实现1.0 MW脉冲输出

报道了聚变应用的MW级双频（105/140 GHz）回旋管的最新实验进展。该回旋管的谐振腔、准光模式变换器、输出窗采用了双频共用的设计,电子枪采用了双频复用的双阳极磁控注入枪,收集极采用单极降压。最新的实验表明:在重频1 Hz短脉冲条件下,在105 GHz点和140 GHz点,测试得到脉冲功率分别为710 kW和1.057 MW,对应总效率分别为34%和49%。这是国内首次在回旋管实验中实现1.0 MW功率输出。     

105/140 GHz双频兆瓦级回旋管的设计与实验进展

介绍了105/140 GHz双频兆瓦级回旋管的设计和最新实验进展。该回旋管的谐振腔、准光模式变换器、BN输出窗采用了双频共用的设计,电子枪采用了双频复用的双阳极磁控注入枪,收集极采用单级降压。在现有实验室电网功率容量有限的情况下,进行脉冲调试,得到的实验结果为:在重频1 Hz、ms连续短脉冲条件下,在105 GHz点和140 GHz点脉冲功率分别达到710 kW和1.057 MW,脉宽0.7 ms,对应总效率分别为34%和49%。在105 GHz点通过脉宽延展和老炼,进一步得到300 kW/2 s和400 kW/1 s的秒级脉宽实验结果,BN窗片的温度在两种状态下温度分别达到606℃和503℃,波束频率单一,没有杂模。实验基本上验证了该器件的物理设计。     

自研28 GHz/50 kW回旋管实现长时间连续运行

介绍了中国工程物理研究院应用电子学研究所针对磁约束聚变装置电子回旋共振加热（ECRH）系统、重离子加速器电子回旋共振（ECR）离子源以及前沿科技探索应用研制的28 GHz/50 kW连续波回旋管最新实验结果。研究团队在2019年该回旋管实现50 kW/30 s运行的基础上,通过结构优化和稳定性设计验证,最终实现了在10～50 kW功率范围多个功率水平的稳定长时间连续运行,典型运行结果为16 kW/3 000 s、26 kW/900 s、46 kW/1 800 s、50 kW/300 s,特别在输出功率32 kW连续稳定工作了400 min。这是国内首次研制出小时级连续工作的中等功率回旋管。     

94 GHz回旋管准光模式变换器设计

基于几何光学理论和矢量绕射理论,研究了将回旋管及其他高功率微波器件的振荡输出模式转换成准光高斯波束的模式变换器,采用伏拉索夫(Vlasov)辐射器和三级准光反射面实现了准高斯模TEM₀₀的横向输出.研究了Vlasov辐射器的工作机理,运用矢量绕射理论计算出波导辐射场,口面电流分布的方法计算反射面辐射场.通过编写程序设计了将94 GHz,模式为TE₆₂的毫米波转化为准光高斯波束的内置式准光模式变换器. 关键词： 94 GHz回旋管 内置式准光模式变换器 Vlasov辐射器 矢量绕射理论     

双频回旋管内置准光模式变换器设计

回旋管一般使用准光模式变换器实现高阶腔体模式到高斯波束的转换。结合标量衍射理论、KS迭代算法、几何光学、最小均方法等方法设计了工作频率为140 GHz(TE24,9)和105 GHz(TE18,7)的双频准光模式变换器。仿真结果显示所设计的准光模式变换器工作频率为140 GHz(TE24,9)时能量传输效率99.0%、高斯含量99.7%,工作频率为105 GHz(TE18,7)时能量传输效率97.3%、高斯含量98.0%。能够满足MW级双频回旋管的应用需求。     

94GHz缓变结构回旋管设计与数值模拟研究

通过分析广义传输线理论中的模式耦合系数,优化设计了一支94GHz光滑缓变结构回旋管,当电子注电压50kV,电流6A,横纵速度比1.4,工作磁场3.548 5T时,在频率94.099GHz处得到了41%互作用效率,约120kW的功率输出;与折变结构回旋管相比,缓变结构回旋管中的工作模式纯度提高约27dB,注波互作用效率提高约7%。基于自洽非线性理论计算的互作用效率与PIC模拟结果有较好的一致性。     

HL-2Aװ��2MW���ӻ����������ϵͳ����

HL-2A装置电子回旋共振加热系统的主要指标是2MW/1s/68GHz,系统由4个单元组成,每个单元包括一只回旋管,微波传输系统,控制保护测量和冷却等子系统。通过对ECRH系统和回旋管的调试,每只管子微波输出功率500kW,脉冲宽度1s,四管并联运行时总输出功率达到1.63MW,系统使用效率高于80%。     

TE_(02)模式95 GHz三次谐波回旋管实验

首次实现W波段三次谐波回旋管输出功率突破10kW。谐波回旋管互作用结构采用带有光阑结构的圆柱型开放式谐振腔,工作模式为低损耗圆对称模式TE02。实验中,在脉冲宽度20μs、电子束电压45kV、电流3A、磁场1.23T时,测得工作频率为95.22GHz,输出功率13.4kW,对应效率9.9%。     

全三维110GHz和220GHz同轴腔双注回旋管数值模拟研究

为了打破传统单注回旋管只能产生较低功率的局限性, 本文基于自主研发的PIC粒子模拟软件CHIPIC 对110 GHz和220 GHz同轴腔双注回旋管进行全三维数值模拟研究. 在理论分析同轴双电子注电子枪设计模型和初始参数的基础上通过CHIPIC对其进行优化设计, 得到了具有横纵速度比为1.0, 最大速度零散约为5.4%的高性能电子束; 并将此优化后的双阳极双注电子枪取代传统回旋管数值模拟时采用的回旋 发射进行110 GHz和220 GHz双注回旋管整管的数值模拟, 并采用MPI四进程并行计算, 最终获得了具有双频分别为110 GHz和220 GHz、模式为TE₀₂模、平均输出功率约在70 kW、 效率达到8.75%的高性能双注回旋振荡管. 关键词： 同轴腔双注回旋管 同轴双电子注电子枪 横纵速度比 速度零散     

TE_(02)模式W波段三次谐波回旋管腔体设计

设计了用于W波段三次谐波回旋管的带有iris结构的开放式谐振腔。采用低损耗圆对称模式TE_(02)工作。起振电流为2.9A,欧姆效率67%。PIC数值模拟结果表明,TE_(02)模式在iris谐振腔中可以实现稳定的W波段三次谐波单模振荡。当电压为45kV、电流为4A、横纵速度比为1.5时,可以获得25.7kW功率输出,对应的工作效率为14.3%。     

95 GHz三次谐波回旋管设计

采用线性理论和非线性理论研究了回旋管谐振腔结构、寄生模式抑制及注波互作用等问题。设计了一支工作在95 GHz的三次谐波回旋管,注波互作用结构采用标准开放式谐振单腔,工作模式为TE64, 采用电压45 kV、电流5 A、横纵速度比为1.5的小回旋电子注。在不考虑电子注速度离散及厚度的情况下,非线性理论分析表明,该回旋管可以获得14 kW功率输出,横向互作用效率约为18%,整管效率约11%。     

Submillimeter-wave harmonic gyrotron experiment

A theoretical and experimental investigation of the operation of a harmonic gyrotron at submillimeter wavelengths is reported. Using a waveguide cavity with an iris at the output end of the straight section, 14 different second-harmonic modes were observed with frequencies of 301-503 GHz, output powers of 1-22 kW, and a 12-MHz emission frequency bandwidth. The highest output power was 22 kW, with a total efficiency of 3.5% at 467 GHz, and an output power of 15 kW with a 6% efficiency was obtained at 417 GHz. Research was conducted using a 65-75 kV up to 10-A electron gun with a 1/1.5-μs pulse length and a 4-Hz repetition rate, which produced a helical electron beam in magnetic fields of up to 14 T. These results represent the first operation of a high-power harmonic gyrotron in the submillimeter region     

Development of 170 GHz/500 kW gyrotron

A development of 170GHz/500kW level gyrotron was carried out as R&D work of ITER. The oscillation mode is TE_31,8. In a short pulse experiment, the maximum power of 750kW was achieved at 85kV/40A. The efficiency was 22%. In the depressed collector operation, 500kW/36%/50ms was obtained. The maximum efficiency of 40% was obtained at P_RF=470kW whereas the power decrease by the electron trapping was observed. Pulse extension was done up to 10s at P_RF=170kW with the depressed collector operation. The power was limited by the temperature increase of the output window.     

A 100 kW, 140 GHz pulsed gyrotron

The design and operation of a 100 kW, 140 GHz pulsed gyrotron are reported. To our knowledge, this is the highest frequency at which high gyrotron output power (>-100 kW) has been achieved. Results are presented for gyrotron operation in the range of magnetic field from 4 to 7 T, voltage from 23 to 80 kV and current up to 7.5 A. Near a value of magnetic field of 5.4 T, and output power of 100 kW was obtained at 140.4 GHz in single mode operation in the TE₀₃₁ resonator mode.