HL-2A装置低混杂波传输系统特性测量分析

2006年和2008年分别对HL-2A装置的低混杂波传输系统传输特性进行了冷测量和热测量工作。测量结果表明,冷测量传输率达到了94.05%,四个分路的最大相差为11.09°,功率分配也比较均匀;热测量传输率为76%~95%,但功率分配均匀度较差。另外,热测量功率超过230kW时,传输率有明显下降。     

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用低杂波鉴相器对相位测量系统各通道经进行了相位校准,得到了各通道的相位电压关系曲线,并进行了线性拟合,线性拟合误差小于3°;推导出了相位电压关系表达式,与校准得到的相位电压曲线相比平均误差小于0.7°。该系统已成功用于HL-2A装置低杂波实验,对4支速调管的输出相位进行了测量,并得到了放电过程中相位随阴极高压波动的曲线,得出了阴极电压波动2.2%引起相位波动13.8°的结论。     

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HL-2A装置的1MW低杂波电流驱动系统在单只速调管的条件下进行了系统的工程调试。建立了低杂波真空系统,天线真空度为2.3Pa,传输系统真空度为4.30×102Pa,天线对装置的漏率为1.675×10-4Pa?m3.s-1。采用低真空条件下充气的方法提高了系统的功率传输能力,有效地降低和避免了打火情况的发生,初步分析了低杂波系统的真空性能以及对HL-2A装置真空的影响。     

HL-2A 装置低杂波鉴相器标定与实验研究

用低杂波鉴相器对相位测量系统各通道经进行了相位校准,得到了各通道的相位电压关系曲线,并进行了线性拟合,线性拟合误差小于3°;推导出了相位电压关系表达式,与校准得到的相位电压曲线相比平均误差小于0.7°。该系统已成功用于HL-2A 装置低杂波实验,对4 支速调管的输出相位进行了测量,并得到了放电过程中相位随阴极高压波动的曲线,得出了阴极电压波动2.2%引起相位波动13.8°的结论。     

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基于微波奇偶模理论、叠加原理和阻抗匹配理论,设计了集成有3-dB功率分配器和固定移相器的子波导微波器件。使用高频电磁场仿真软件HFSS进行了结构仿真和参数优化分析,得到了优化结果,并且研制了子波导微波器件实物,测试结果和理论设计符合得很好。     

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HL-2A装置上建设了1套3.7GHz/2MW/2s的低杂波系统,高功率长脉冲波源使用TH2103型速调管。设计了1套可以固定探针的机构,完成了速调管配套磁体的磁场测量,得到了中心轴线上的磁场分布特性,中心磁场最强达到176mT。在不同的空间位置,3组线圈电流分别对磁场分布起主要影响。1号电源主要影响阴极附近磁场分布,同时对谐振腔也有部分影响;2号电源主要对谐振腔产生影响,同时在功率输出窗口附近有一定影响;3号电源主要在输出窗口附近有影响,其他位置影响不明显。结果为速调管工作状态优化提供了方向。     

HL-2A 装置低杂波系统高功率速调管调试

建立了低杂波系统调试平台,在此平台上对4 只TH2103A 型高功率速调管及传输线主要部件进行了短脉冲调试,对每只速调管运行参数进行了优化和标定。在50kV/20A 的束电流条件下,速调管工作脉冲脉宽为30ms,4 只速调管输出功率分别为449kW、417kW、460kW 和450kW。测试数据和调试结果为下一步在HL-2A 装置上建设低杂波系统、开展物理实验等提供了重要的参考数据。     

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基于微波奇偶模理论、叠加原理和阻抗匹配理论分析设计了3-dB功率分配器的结构参数,使用高频电磁场仿真软件HFSS进行结构仿真和参数优化,得到了最优结果：输入端口1的反射损耗RL=-41.42dB;1和4端口的隔离度Iso=-44.86dB;输出端口2、3的功分度为-3.02 dB和-3.01 dB;输入驻波比VSWR=1.017。     

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。     

HL-2A 装置LHCD 微波功率测量系统设计

为了解决在功率测量中检波器输出的非线性曲线和动态输入功率范围小等问题,为500kW/3.7GHz 的LHCD 系统设计了对数检波器,并由其组成新型线性微波功率测量系统。测试结果表明,该测量系统具有更大的动态功率测量范围,其特征曲线在本系统功率参数内具有优良的线性特性,对数一致性误差在-1dB~+1dB 范围内可输入微波功率动态范围>40dB,在系统可用范围内利用线性拟合获得的相关系数大于0.999。该结果优于以前设备测试结果。     

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为了解决在功率测量中检波器输出的非线性曲线和动态输入功率范围小等问题,为500k W/3.7GHz的LHCD系统设计了对数检波器,并由其组成新型线性微波功率测量系统。测试结果表明,该测量系统具有更大的动态功率测量范围,其特征曲线在本系统功率参数内具有优良的线性特性,对数一致性误差在-1d B~+1d B范围内可输入微波功率动态范围>40d B,在系统可用范围内利用线性拟合获得的相关系数大于0.999。该结果优于以前设备测试结果。     

The ECRH Transmission System for HL-2A Tokamak

Electron cyclotron resonance heating and electron cyclotron current drive （ ECRH/ECCD ） have been developed significantly in recent years in many devices such as Tore Supra, JT-60U, Heliotron J. It has many advantages over other means of heating and current drive. The EC power can be injected as narrow gaussian beams, giving rise to so highly localized power deposition as to make ECRH an ideal candidate for local MHD control.     

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。     

Control of LHCD on the HL-2A Tokamak

in order to study non-indutive plasma current production, the lower hybrid current drive（LHCD） experiment on the HL-2A tokamak is carried out. Simultaneously a microcomputer has been used to control the whole LHCD system. During the experiment this year, we can monitor and protect the LHCD system by use of the microcomputer control system, which will imediately switch off the microwave power to be launched into the tokamak if the plasma is disrupted. All this ensure that the microwave is injected into the equipment correctly.     

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The design and implement of logical control and monitor system of the lower hybrid current drive (LHCD) system on HL-2A tokamak was present. The system was based on the SIEMENS S7-400 series PLC. The performance on anti-interference was increased by using the industrial ethernet network, optical fiber isolation, embedded controller technology. The interlocks, parameter setting and remote monitor were established. The lower hybrid wave was injected into HL-2A plasma with the logical control system. It shows the logical control system was successfully developed.