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-2A装置ECRH超导磁体磁场分布测量

测量了HL-2A装置ECRH超导磁体的磁场分布。测量结果析表明,其归一化纵向磁场在磁场中心20mm区域内大于0.992,径向分布在磁场中心平面上浮动小于1.48%,杂散场在贴近超导磁体表面时的最大分量小于50mT,满足实验要求。     

HL-2A装置ECRH的微波强度分布测量与分析

利用红外热像仪测量微波传播路径上的三个不同距离截平面上的微波强度分布,计算出辐射图的一阶及二阶矩并重建相位信息,可以确定微波波束的强度分布和准直度。使用该方法对两套ECRH系统传输线进行了定量的分析,获得了微波强度分布均为高斯分布、7m 3^#传输线的微波束线准直度为0.05°、6m 4^#传输线微波束线准直度为0.14°的结果。     

HL-2A装置ECRH系统指标介绍

在HL-2A装置上正在开展电子回旋共振加热（ECRH）项目的工程研制，系统具有1MW，68GHz，1s的微波规模。采用弱场侧O模式注入，ECRH的定域加热特性可以用于等离子体加热、电流驱动和分布控制以及改善约束等实验的物理研究。到目前为止，电子回旋共振加热的各项子系统正在设计和研制中，系统的总体物理和工程参数已经初步确定，在此对其作一介绍。     

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。     

HL-2A 装置ECRH天线系统的结构设计

HL- 2A 装置电子回旋共振加热的天线系统主要由天线外壳、椭球镜、平面镜、转动机构和推动机构组成。转动机构可以推动平面镜环向、极向转动, 进行不同区域的等离子体的加热和电流驱动。平面镜环向转动的角度范围为0°~ 37°, 极向转动的角度范围为0°~ 15 °。给出了驱动杆与平面镜转动角度之间的关系和对应曲线。介绍了椭球镜的安装和推动机构的结构, 给出了椭球镜的椭球面方程。整个天线系统结构紧凑, 安装和拆卸容易, 调节方便。     

HL-2A装置ECRH传输系统的概念设计

HL-2A装置将建造一个75GHz／1 MW／1s的ECRH系统。本文介绍了由传输线和水平天线构成的传输系统的概念设计(见图1)。详细介绍了系统的主要部件：波导，椭球镜，CVD窗(见图2)和可调节的平面镜。对天线的新设计能使波束极向可调，使得能量能沉积在不同区域。     

HL-2A装置上ECRH实验的初步结果和电子热输运分析

电子回旋共振加热（ECRH）是托卡马克等离子体一种最常用的辅助加热手段，也是进行等离子体电子热输运和约束性能研究的一种有效手段。本文介绍了HL-2A装置上ECRH实验的初步结果，分析了在ECRH实验期间的电子热输运特征和约束情况。     

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。     

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介绍了以Siemens S7-300PLC为控制核心的HL-2A装置电子回旋共振加热控制与保护系统的设计与实现。系统采用了基于工业以太网的分布式结构,使用VFC/FVC电路和光纤隔离技术传输高电压/大电流的测量与控制信号,确保了控制系统运行的电气安全性,增强了信号传输过程中的抗干扰能力;加热系统的保护采用基于CPLD/FPGA实现的快速保护技术。实验证明该控制与保护系统具有兼容装置现场强电磁干扰的能力,运行稳定可靠、功能完善并具有良好的扩充性能。     

基于PLC的HL-2A装置电子回旋共振加热系统控制与保护

介绍了以Siemens S7-300PLC为控制核心的HL-2A装置电子回旋共振加热控制与保护系统的设计与实现。系统采用了基于工业以太网的分布式结构,使用VFC/FVC电路和光纤隔离技术传输高电压/大电流的测量与控制信号,确保了控制系统运行的电气安全性,增强了信号传输过程中的抗干扰能力;加热系统的保护采用基于CPLD/FPGA实现的快速保护技术。实验证明该控制与保护系统具有兼容装置现场强电磁干扰的能力,运行稳定可靠、功能完善并具有良好的扩充性能。     

HL-2A装置ECRH水冷却系统的研制

研制了压强达0.6MPa总流量达94m3•h-1的HL-2A装置电子回旋共振加热水冷却系统,介绍了该系统的设计、水压控制和参数 测量。计算了水压降和高电压环境中水电阻,测得的回旋管阳极水回路中的漏电流小于1mA。     

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介绍了HL-2A装置电子回旋共振加热系统打火保护装置的改进。在改进设计过程中,实测了2类光电转换模块、4种型号的运算放大器芯片,定量测量了防自激电容的性能。选择了GGOE-2型光电转换器件,OPA128LM型运算放大器,确定了防自激电容为30pF。制作了30个原型机,满足了2009年HL-2A装置的要求。实验测得响应时间平均值为1.2μs,较改进前方案的小。此弧光探测器能够在不同强度的本底光和复杂电磁环境下稳定工作。     

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应用准光学原理设计了HL-2A装置电子回旋共振加热(ECRH)系统新的集束天线,该天线能使4束68GHz/500kW/1s电子回旋波通过椭球镜聚焦和平面镜的反射,从一个直径350mm装置窗口同时注入托卡马克,对等离子体实现加热。根据基模高斯束的传播原理得出,在装置环向横截面中心处单条波束的功率密度为158MW•m-2,功率密度降为中心密度的1/e2的半径为31.7mm,微波束经过镜面聚焦和反射产生的欧姆损失和衍射损失分别为0.27%和0.64%。利用有限元分析软件Ansys对镜面进行热分析得到,在1s脉冲载荷下最大镜面温升仅为0.47℃,镜面可以自然冷却。