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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。     

HL-2A装置ECRH主高压电源的研制

介绍了HL-2A装置电子回旋系统主高压电源的研制。用星点控制技术实现了高压直流平台输出电压的调节;用TM-703FB大功率调制管为核心的高压调制技术实现了高压电源输出电压的快速升降及电源的快速保护。用前馈补偿和反馈控制技术实现了输出电压波纹小于1%。电源输出总体指标为-60kV/(25A×4)/1s,满足了ECRH系统的要求。     

W波段三次谐波回旋管实验研究

国内首次成功进行W波段三次谐波回旋管实验。回旋管工作模式为TE61,磁场1.2 T,采用拍频法测定工作频率为94.86 GHz。电子束电压为45 kV时,电流1.6 ~ 4.4 A范围内都观测到了三次谐波振荡信号。采用焦热计测定最大输出功率4.9 kW,效率约 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%。     

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。     

W波段回旋行波管绝对不稳定性的分析

 绝对不稳定性是制约回旋行波管性能的主要因素之一。通过回旋行波管色散方程，详细分析了W波段基波回旋行波管绝对不稳定性的形成和特征，提出了采用多段损耗波导来抑制绝对不稳定性的方法。分析表明，绝对不稳定性的起振存在一定阈值，起振电流对电子注参数和电路参数极其敏感，确定起振电流是稳定器件工作的前提条件。通过PIC模拟，给出了采用无损耗波导结构，且工作电流为25 A和10 A条件下的放大器频谱图和功率图，结果表明绝对不稳定性的出现与否主要由工作电流是否超过起振的阈值电流决定，损耗波导是抑制绝对不稳定性的有效手段。     

ECRH主高压电源控制系统的设计

1引言 在托卡马克聚变研究装置中，ECRH主要被用于整体或局部的电子加热、控制电子温度和等离子体电流等重要参数的分布截面、抑制等离子体磁流体动力学不稳定性、改善等离子体约束等。ECRH高压电源的参数为：电压-55kV，电流25～30A，稳定度1％，另外，要求电源系统不仅具有快速的保护性能，并且要具有较高的稳定度。     

HL-2A 装置ECRH系统阳极回路的计算与分析

频率为68GHz，总功率为1．7MW（4只管子）的电子回旋共振加热系统（ECRH）已经在HL-2A装置上建成。在2004年的工程调试中频繁出现的一个问题是，阳极电压回路在电源接通瞬间出现电流尖峰。这个峰值可以比电路中正常电流大得多，有时甚至为其几倍。频繁的触发严重影响了调制器保护电路的正常工作和电子回旋管的调试进度。本文给出了ECRH供电回路的一组解析方程，用来分析阳极回路出现的问题。基于这组公式编辑的程序进行的数值模拟计算结果和示波器记录的波形是精确地吻合的。计算结果和分析表明，当回路中电源电压一定时，电流峰值与回路中电缆的特征电容C、阳极电压上升沿的斜率和电感有关。减小电缆的特征电容C，减缓电压的上升沿可有效地消除电流尖峰的影响。     

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。     

94GHz基波复合腔回旋管数值模拟

通过对94 GHz基波复合腔回旋管中谐振腔结构、电子注参数以及注-波互作用过程的模拟计算研究,分析了复合腔回旋管的高频结构特性和工作参数优化问题.给出了基波H61 -H62模式对复合腔回旋管的模拟设计结果.数值模拟结果表明:在电子注电压40 kV、电流5A、电子横纵速度比1.3、工作磁场3.6T时,回旋管可获得78 k...     

W波段连续波30 kW回旋振荡管高频系统和收集极的设计

 根据回旋管的电子回旋脉塞理论,借助于编写的回旋振荡管自洽非线性注-波互作用计算程序,设计出了工作频率94 GHz、工作电压30 kV、工作电流3 A的基次谐波连续波单腔回旋振荡管,工作模式为TE02模。设计的回旋振荡管在电压30.0 kV、电流3.0 A、速度横纵比1.5的条件下,获得了31.8 kW的输出功率,电子效率约35％。利用粒子模拟仿真软件对设计的回旋管收集极辅助线包散焦系统进行了粒子模拟仿真分析,模拟结果表明：借助于辅助线包散焦系统可以有效缩短回旋振荡管的轴向尺寸,并使回旋管收集极上的电子束功率密度低于500 W/cm2; W波段回旋振荡管收集极的热测试验结果表明：利用粒子模拟仿真获得的收集极上的电子束功率密度分布与其试验测量结果比较吻合。     

HL-2A装置ECRH系统的微波功率测量

新研制的微波功率测量系统主要由温度传感器、功率标定电源、电子学处理单元、数据采集和数据处理单元等几部分组成,通过测量EC系统MOU部件冷却水回路进水口和出水口的温度变化,得到MOU吸收的杂模功率。根据回旋管输出功率中的杂模含量比,计算得到回旋管的输出功率。在回旋管调试和ECRH实验期间,測量了4路回旋管的输出功率。从测量结果可知,HL-2A装置ECRH系统可提供大于1.6MW的总输出功率。     

HL-2A装置等离子体电子回旋加热的理论研究

电子回旋加热是HL-2A装置主要二级加热手段之一。在通常运行条件下，HL-2A装置欧姆加热功率估计为300-450kW范围（按总环向电流300kA，环压1-1．5V估算）。而电子回旋加热的总功率已达1MW，有望增加到2MW。     

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%。     

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 %。     

螺旋波纹波导回旋行波管注波互作用非线性理论

螺旋波纹波导回旋行波管与采用光滑圆波导的回旋管相比,有较大的带宽。介绍了该类回旋行波管的非线性注波互作用理论。计算结果表明该理论计算结果与实际实验报道的结果基本符合,相应的电子效率达到29%,饱和增益达到37 dB,工作磁场0.21 T,电压185 kV,电流19 A。     

Kα波段TE01模基波回旋速调放大器的设计与实验

在回旋速调放大器自洽非线性大信号理论分析和数值计算的基础上,给出了一支Kα波段TE₀₁模4腔基波回旋速调放大器的设计方案,并完成了样管的研制.同时对样管进行了热测实验,得到了如下实验结果:注电压为70 kV,电流为10 A,输入功率为60 W,磁场强度1.31 T,中心频率34 GHz,峰值功率245 kW,平均功率大于3 kW,增益36.1 dB,效率 35%,3 dB带宽大于280 MHz. 关键词： 回旋速调放大器 注-波互作用 群聚腔 输入腔     

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%。