文档介绍：HL-2A装置LHCD系统设计
低杂波系统概述
低杂波天线系统
低杂波传输系统
低杂波调制电源系统
激励源与相控系统
时序控制与数据采集系统
水冷却系统
小结
随着HL-2A托卡马克装置的建成与运行实验,辅助加热和电流驱动的工程配置显示出更加的迫切性和重要性,等离子体主要指标的提高和电流的维持,将有效地依赖于辅助加热方法的使用和工程规模的大小。利用电磁波与粒子相互作用加热和驱动等离子体成为发展聚变研究的主要方法,低杂波电流驱动就是有效的方法之一。本文根据HL-2A装置的条件,详细介绍低杂波电流驱动系统的设计。
摘要
根据HL-2A装置实验要求,在原有低杂波电流驱动系统的基础上,以现有的2只VARIAN公司生产的VKS-8269 大功率速调管为前提,通过技术改造,研制HL-2A装置低杂波电流驱动系统,该系统主要由天线系统、传输系统、电源系统、驱动系统、测量系统,控制保护系统,数据采集系统和水冷系统等子项目构成。整个系统的总体指标有:
总功率: 1MW 频率:
脉冲宽度: 1s 天线: 2×12
速调管电压: 70KV 速调管电流: 15A
天线相差: Δφ=900 N11
-2A装置低杂波电流驱动系统图
HL-2A装置是以ASDEX装置为基础经改进而建造的我国新的聚变研究装置,主要开展高参数等离子体条件下改善约束的物理实验研究,辅助加热研究,以及偏滤器物理和工程问题的研究。其主要的装置参数如下:
R=165cm a=40cm B0=
Zeff≈1 ne=-8×1013/cm-3 IP=250-450kA
图2 HL-2A装置LHCD天线位置
系统位置
天线系统主要由发射密封窗、移相段,多结天线阵、波导变换段、弹性段及真空抽气等部分组成(图3)。HL-2A装置使用的天线是2*12多结天线阵列,优点是结构紧凑,加工较为容易,馈能系统简单,且在Δφ=90°附近有自调节特性。
低杂波天线每一个子波导高是109mm,宽为8mm,壁厚为3mm,分为两层,每层12个子波导排列。使用网络分析仪对天线子波导间的相位和各子波导的功率分配进行了测量。利用碳粉吸收材料研制的子波导楔型负载。并将该结果和相差为90º时的理论计算相比较,非对称的波谱基本拟合,主要结果是:在相位测值与理论值相差2-30º的条件下,功率谱为不对称谱,N11=。
3. 低杂波传输系统
微波传输系统要求具有传输1 MW微波功率的能力,系统由BJ22型普通矩形波导、隔直器、环行器、功分器、移相器、定向耦合器、匹配负载等微波器件及各种类型的矩形波导器件组成,见图5。微波传输系统改造的重点是器件改进和建立完整的真空密封系统,允许充入F6S绝缘气体,保证波导的电气性能,实现高功率的微波传输。
波导器件的改造
在传输系统中,对隔直器,功分器,定向耦合器和匹配负载进行改造,从而满足真空性能的要求。
隔直器: 隔直器具有阻断直流电压(电流)的特性,允许高频微波信号无衰减的通过,使托克马克装置与低杂波波源分别处于两个独立的电器性能系统,避免相互之间的电干扰影响。
功率分配器: 在微波系统中需要把一路微波功率按一定比例分成N路输出,具有这种功能的元件称为功率分配器。反之能把N路功率叠加起来成一路输出的称微波相加器。一个完整的功率分配器应同时为一个功率相加器。功分器有等分和不等分两大类,在低杂波系统中采用的是等分类功分器,具有3dB功分性能。同时输出端之间的相位也发生变化,在传输微波的中心频率下,两输出端具有900的相差。两路等分功分器对频率要求较严格,当工作频率出现偏离中心频率时,它的隔离度和驻波比将会变差,这要特别注意。功分器的改进工作主要是针对调节部分的真空性能开展的。