HL-2A装置ECRH系统传输效率的测量研究

介绍了HL-2A装置ECRH系统传输效率的测量方法。通过对MOU、回旋管输出窗口及真空密封窗口吸收功率的测量,得到HL-2A电子回旋系统的传输效率为90％左右。提出了除由MOU处测量微波功率外,可以由传输线的其他部位确定功率的方法。     

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介绍了HL-2A装置ECRH系统传输效率的测量方法。通过对MOU、回旋管输出窗口及真空密封窗口吸收功率的测量,得到HL-2A电子回旋系统的传输效率为90％左右。提出了除由MOU处测量微波功率外,可以由传输线的其他部位确定功率的方法。     

HL-2Aװ��3MW 68GHz ECRHϵͳ����������

HL-2A装置3MW ECRH系统采用双高压电源形式的电子回旋管,阴极高压电源为回旋管提供加速束电流,阳极高压电源对通过转换区后的束电流施加减速作用,利于回旋管收集极吸收。根据回旋管运行特点和各回旋管不同的工作特性,合理优化回旋管阴极、阳极高压电源工作电压和其他参数。通过远程监控系统,使同时工作的回旋管处于较好的工作状态,充分提高 HL-2A 装置 ECRH 系统多管运行的微波输出功率。实验中,6支回旋管同时运行时,微波最高输出功率2.5MW,达到设计额定值83%,使HL-2A装置中等离子体得到了有效的加热。     

HL-2A装置3MW 68GHz ECRH系统调试与运行

HL-2A装置3MW ECRH系统采用双高压电源形式的电子回旋管,阴极高压电源为回旋管提供加速束电流,阳极高压电源对通过转换区后的束电流施加减速作用,利于回旋管收集极吸收。根据回旋管运行特点和各回旋管不同的工作特性,合理优化回旋管阴极、阳极高压电源工作电压和其他参数。通过远程监控系统,使同时工作的回旋管处于较好的工作状态,充分提高HL-2A装置ECRH系统多管运行的微波输出功率。实验中,6支回旋管同时运行时,微波最高输出功率2.5MW,达到设计额定值83%,使HL-2A装置中等离子体得到了有效的加热。     

HL-2A装置ECRH系统回旋管次高压电源研制

ECRH作为一种有效的加热手段，在托卡马克聚变装置实验中运用广泛，HL-2A装置ECRH系统采用了双高压电源模式的电子回旋管。这种结构的回旋管最大优点是输出效率高，对主高压电源要求相对较低。为了满足实验要求，使回旋管正常工作并得到较大的输出功率，研制性能稳定可靠、控制方便并具有较高技术指标的次高压电源必不可少。     

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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%。     

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。      

电子回旋微波系统弧光打火实时保护电路的应用

在2005年对电子回旋共振加热（ECRH）系统进行了整体工程调试，并投入到HL-2A物理实验中。为了保证ECRH系统的安全运行，对保护系统开展了深入的研究，建立了有效的测量和快速反馈保护系统，对ECRH系统的安全运行起到了积极的作用。电子回旋共振加热保护系统的首要任务是对回旋管的保护，这对回旋管实施拉弧打火保护是极为重要的。     

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。     

同轴腔自由电子回旋脉塞的输出功率

 介绍了同轴腔自由电子回旋脉塞输出功率受电子束错位的影响,并就德国卡鲁斯研究中心(FZK)正在建造的波长为2mm、输出功率为1.5MW的同轴腔回旋脉塞,进行了数值计算分析。结果表明:电子束错位会使输出功率下降,但对工作模TE_82,16,1模的影响,比对竞争模TE_27,16,1模的影响更小。     

Hybrid Transmission Line for ECRH in the Helically Symmetric Experiment

The HSX oversized, mode-converting ECRH transmission line has been upgraded to a hybrid system to increase launched microwave power and reduce electrical arcing. Filtering of high-order, spurious modes ensures efficient coupling to a Gaussian beam for optimal electron heating. A Vlasov mode converter and two phase-correcting ellipsoidal mirrors convert the TE₀₂ gyrotron output mode to a symmetric, linearly polarized, microwave beam. A swappable twist reflector plate rotates beam polarization for 2nd-harmonic X-mode or fundamental O-mode ECRH. Long distances are traversed by coupling the beam to a dual-mode (TE₁₁ + TM₁₁), smooth, circular cross-section waveguide. This system has been successfully tested without arcing for 50 ms pulses and over 100 kW of launched power. Analysis of the microwave beam for 50 kW, 2 ms microwave pulses reveals agreement with predicted beam shapes at two beam locations. The new system has also demonstrated increased plasma stored energy for ECRH plasmas with equal launched power.     

CONCEPTUAL DESIGN STUDIES OF AN 84 GHz, 500 kW, CW GYROTRON

The feasibility of an 84 GHz, 500 kW, CW gyrotron for ECRH on an experimental tokamak will be presented in this paper. Mode competition and mode selection procedures are carefully investigated by considering various candidate modes and the TE_10,4 mode is chosen as the operating mode. A conventional cylindrical cavity resonator with weak input and output tapers and parabolic roundings is considered for interaction studies. Self-consistent, both single mode and time-dependent, calculations are carried out and power and efficiencies are computed for a typical set of beam parameters. The results show that an output power of well over 500 kW, CW and efficiency around 40% can be reached without a depressed collector.     

电子束注入简单磁镜中被电子迴旋共振加热捕获的实验研究

在简单磁镜MM-2中,在采用15GHz大功率迴旋管进行电子迴旋共振加热(ECRH)的同时,以不同的方式向磁镜中注入电子束,进行了ECRH捕获电子束的实验研究。结果表明:由于电子束的提前注入,等离子体的预电离时间被大大地缩短。由上ECRH对电子束的捕获,使得热电子环参数得到很大的改善,热电子环的反磁β值约增加62%,对应反磁增加的捕获效率约为(30—40)%。在迴旋管输出约30kW的条件下,适应建立热电环的气体压力窗为(4.67—21.3)×10^-4Pa。 关键词：     

用于回旋管测试台的高压电源及控制系统设计北大核心CSCD

从一套用于回旋管测试台的基于脉冲阶梯调制(PSM)技术的-60kV DC/50A高压电源入手,提出了一套基于单片机和现场可编程门阵列(FPGA)的控制系统设计,不仅满足了电源系统各种运行尤其是1kHz调制的要求以及各种监控的要求,还满足了回旋管测试台的各种逻辑控制与快速联锁保护的要求。最终测试结果表明:该套电源及控制系统逻辑结构清晰,操作简洁,运行可靠,能够满足测试台系统对高压电源各项逻辑控制、精确定时控制、快速保护等控制要求。     

Continuous-Wave Operation of a Frequency-Tunable 460-GHz Second-Harmonic Gyrotron for Enhanced Nuclear Magnetic Resonance

The design, operation, and characterization of a continuous-wave (CW) tunable second-harmonic 460-GHz gyrotron are reported. The gyrotron is intended to be used as a submillimeter-wave source for 700-MHz nuclear magnetic resonance experiments with sensitivity enhanced by dynamic nuclear polarization. The gyrotron operates in the whispering-gallery mode TE(11,2) and has generated 16 W of output power with a 13-kV 100-mA electron beam. The start oscillation current measured over a range of magnetic field values is in good agreement with theoretical start currents obtained from linear theory for successive high-order axial modes TE(11,2,q). The minimum start current is 27 mA. Power and frequency tuning measurements as a function of the electron cyclotron frequency have also been carried out. A smooth frequency tuning range of 1 GHz was obtained for the operating second-harmonic mode either by magnetic field tuning or beam voltage tuning. Long-term CW operation was evaluated during an uninterrupted period of 48 h, where the gyrotron output power and frequency were kept stable to within ±0.7% and ±6 ppm, respectively, by a computerized control system. Proper operation of an internal quasi-optical mode converter implemented to transform the operating whispering-gallery mode to a Gaussian-like beam was also verified. Based on the images of the gyrotron output beam taken with a pyroelectric camera, the Gaussian-like mode content of the output beam was computed to be 92% with an ellipticity of 12%.