番茄花园SWIP.ppt

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1、,SWIP,HL-2A 托卡马克2MW/68GHz/1S电子回旋共振加热（ECRH）传输系统采用四条传输线，每条传输线包括波纹波导，换向波导和隔直器。微波以HE11模在波导中传输，微波传输损失小，模式纯度高。传输线的准直是一个难点，分以下三步进行准直：利用激光对传输线进行准直；利用热敏纸观察微波模式；利用红外热像仪测量微波在波导中的倾斜角度和微波模式。系统具有很高的稳定性，在2006年度300次ECRH加热物理实验期间，4条传输线一共只发生了11次打火，传输微波的功率达1.62MW，脉冲宽度达0.5S。,H2 inlet,波纹波导传输HE11模，对于内径为80mm的过模波导能传输1MW/1s的

2、微波；传输损失小，在毫米波段内，100米的损失不到1%；为了避免微波打火，如图3所示，选用余弦波纹，选用波纹波导的内波纹深度函数为：,滑动波导为了消除热效应和装置震动对转输线的影响，也为了方便系统安装和传输线的准直测试，研制了滑动波导，如图5所示。滑动波导的缝隙长度可以利用波纹管的压缩进行调节，使用一个套管保证轴线一致。由于HE11模在波纹波导壁的电场很低，衍射损失小。为了更进一步地减少微波的衍射损失和杂模，采用在外部套管的内壁也采用相同的波纹结构。,光学匹配单元,光学匹配单元结构如图2 所示，由两面相位校准镜，冷却水管，密封箱构成。椭圆高斯分布的微波从回旋管输出窗口进入MOU，经两面相位校准

3、镜后在波导口形成圆形高斯分布的微波，与波导中HE11模耦合。回旋管输出的杂模形式的微波，在MOU中产生的杂模微波和传输线中因反射而进入MOU中的反射波都大部份被腔体周围的冷却水所吸收。,换向波导,换向波导如图4所示，包括一个金属外套，并分别有输入波导，输出波导和将波从输入波导反射到输出波导的反射镜。采用在波导两端接入一个平面镜，微波以450角入射到平面镜，然后反射到另一段波导，从而改变微波的传输方向。在平面镜边，留出两小孔，以便于安放弧光探测器用于监测在传输线内是否打火。换向波导的传输损失的理论值为1%。,核工业西南物理研究院,第十三届全国等离子体科学技术会议 2007,8,20-22 成都,

4、Hl-2A 装置上2MW电子回旋共振加热传输系统研制,周俊，饶军，陈罡宇，张劲松，黄梅，宋绍栋核工业西南物理研究院,2MW ECRH 传输系统的结构在磁约束聚变研究中，电子回旋共振加热（ECRH）是一种主要的加热方法之一。它是将回旋管所产生的高功率毫米波经过微波传输系统和天线发射系统将其注入等离子体中，利用波与等离子体相互作用加热等离子体。HL-2A装置上2MWECRH系统由4套500KW/68GHz/1S的子系统组成，每套子系统包括回旋管，超导磁体，电源，水冷却，微波传输线，微波发射天线，测量，控制与保护等部分。图1为HL-2A装置上3，4#ECRH传输线。,ECRH传输系统共包括4条传输线

5、，每条传输线包括1：一套光学匹配单（MOU)；7m过模波纹波导；一段换向波导；一段隔直器，两段滑动波导。传输线的特点是:功率容量大；传输效率高；微波模式纯；便于微波测量和弧光保护系统的设置；系统封闭，微波泄漏少；传输线布置可根据现场条件任意调整。,图1 HL-2A装置上3，4#ECRH传输线,当高斯束束腰位于波导口，且束腰半径为波导半径的0.64倍时，高斯模能与HE11模耦合，耦合效率为98%。,图2 光学匹配单元（MOU),图3 波纹波导设计图,。如果,波纹波导,换向波导,图4 换向波导结构图,图5 滑动波导结构图,为了隔断HL-2A装置与回旋管之间的电连接，采用在波导中预留3mm缝隙的方法

6、设计了隔直器如图6所示。此隔直器微波泄漏少，衍射损失少，产生的杂模少。利用检波晶体测量缝隙中衍射的低功率微波还可以测量回旋管输出微波的脉冲宽度。,隔直器,传输线准直对于传输线的准直具有很高的要求，倾斜角度要求小于0.10，轴向偏移量应小于2.4mm。采用了以下方法：采用激光器对传输部件进行安装时粗调；采用短脉冲微波和热敏纸进行准直；采用红外热像仪测量微波在波导中的倾斜角度。利用热敏纸测得的4#传输线微波输出模式如图7所示，从图中可以看出传输线略有向右上方倾斜，但倾斜角度很小。利用红外热像仪测量距离波导出口200，500，700mm处微波的强度，如图8所示，采用矩方法分析出4#传输线倾斜小于0.

7、10。由倾斜产生的杂模而导致的传输损失小于1%2。,周俊等.第十三届全国等离子体科学技术会议 2007,8,20-22,成都,图6 隔直器结构图,图8 红外热像仪测量微波 强 度分布布置图,图7热敏纸测得的微波模式分布,结 论,HL-2A装置上2MW/68GHz/1S ECRH传输系统采用基于波纹波导的传输线，传输HE11模形式的微波。该系统传输容量大，传输效率高，系统稳定性好。在2006年度HL-2A装置300次4支回旋管联合ECRH物理实验中，只有11次传输线打火，传输微波的功率达1.62MW，脉冲宽度达0.5S。,参考文献;1 周俊等，核聚变与等离子体物理，2007年，第4期。2黄梅等，核聚变与等离子体物理，2007年，第4期。,