LHCD系统微波激励源性能优化设计

使用数字锁相环技术实现一定带宽内高精度可调节的频率输出,解决了速调管长期工作后响应频率发生偏移,模拟锁相环无法工作在系统最佳频率的问题;在移相器后增加功率幅度控制电路,保证了线性放大器的输出功率不会受到相位调节的影响;设计了一种基于数模转换(D/A)技术与微波电调技术相结合的波形控制单元,解决了激励源输出波形不可控的问题。通过以上三方面的改进,完成了HL-2M装置LHCD系统微波激励源的性能优化设计。

TH2103A型速调管阳极电流测量和保护系统

[目的]工作频率3.7 GHz的TH2103A型高功率速调管广泛应用在托卡马克实验装置中。为了简化高压供电系统(去掉阳极调制中的电真空四极管),在HL-2A装置的TH2103A型速调管中引入了一种基于分压模式的供电方式。为了保证速调管在该供电模式下安全运行,研制了阳极电流的测量和保护系统。[方法]对该供电模式下的阳极电流特点进行了分析:阳极电流会出现正常、正向过流或反向过流的情况。当阳极电流出现正向过流或反向过流时,代表有大量的电子轰击阳极或大量电子从阳极流出,这些现象对速调管来说都是非常危险的,通常会引起速调管钛泵过流,甚至损坏速调管。因此对阳极电流进行准确的测量以及当阳极电流出现过流时切断高压对速调管进行保护非常重要。文章介绍了阳极电流测量系统的原理和供电模式,阳极保护系统的原理和实施方案,在实验过程中对阳极电流的测量和保护系统的可靠性进行了验证。[结果]证明了该供电模式下阳极电流测量和保护系统的有效性和可靠性。[结论]文章所述供电模式和阳极测量保护系统对基于TH2103A型速调管的运行和维护具有重要参考意义。

用于HL-1M装置LHCD的多结发射天线阵

采用对天线阵主要物理参数优化设计的方法，研制出了用于ＨＬ－１Ｍ装置ＬＨＣＤ实验的兆瓦级多结发射天线阵。研制出的天线阵为双层密封窗２×１２多结型天线阵，投入使用后经受住了大功率微波的考验，已成功地用于ＨＬ－１Ｍ装置的ＬＨＣＤ实验。

LHCD期间HL-1M装置等离子体中心区域的MHD行为

本文叙述低杂波电流驱动（ＬＨＣＤ）对ＨＬ－１Ｍ等离子体中心ＭＨＤ不稳定性［锯齿振荡（ｍ＝０），ｍ＝１模］的影响。不稳定性的振荡幅度是进入等离子体的低杂波功率的函数。当功率超过某阈值时，不稳定性被抑制，而且存在一个最佳抑制功率范围。在一定条件下，低杂波功率脉冲会激发ＭＨＤ不稳定性。

HL-2A装置LHCD天线波谱测量与数值计算

用网络分析仪对HL 2A装置LHCD天线阵列子波导间的相位差,子波导间的相对功率和各主波导的电压驻波比等参数进行了测量。用测量值代入程序计算得到的波谱与理论计算的结果进行比较,表明天线发射的波谱与数值计算基本一致,能满足将要在HL 2A进行的LHCD实验。

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。

HL-1M装置LHCD系统双管运行及长脉冲实验

通过对ＨＬ－１Ｍ装置的ＬＨＣＤ工程系统的微波耦合天线、传输线、高压调制电源、激励电源、辅助电源、冷却系统的改进，实现了双管并联运行和单管长脉冲输出，双管输出微波功率８５０ｋＷ，单管长脉冲宽度１０５０ｍｓ，耦合效率达到８５％。

LHCD期间HL-1M等离子体密度的锯齿现象

利用ＨＣＮ激光多道干涉仪，首次在ＨＬ－１Ｍ装置上在低混杂电流驱动（ＬＨＣＤ）期间观测到密度锯齿现象。分析表明，密度锯齿不是通常的ｑ＝１锯齿。

HL-2A装置3.7GHz LHCD系统传输线效率测量分析

介绍了HL-2A装置3.7GHz LHCD系统的功率测量方法。利用HFSS仿真发现,当定向耦合器隔离度>30d B时,可以有效地抑制反向微波相位对前向功率测量产生的影响。经过对系统改进,2016年实验中LHCD传输系统总体传输线效率可达到89%,最大传输功率达到1.5MW。

HL-2M装置LHCD系统3.7GHz微波激励源设计

介绍了HL-2M装置低混杂波系统中3.7GHz微波激励源的设计。微波激励源设计为模块化形式，由3.7GHz 点频固态源单元、功率分配器单元、功率放大器单元和现场控制器单元等组成。微波激励源有8路输出端口，每个端口的输出功率在0~10W 范围内连续可调，并可以实现远程控制输出功率；采用取样鉴相锁相环技术使微波输出信号具有相位噪声低、频率稳定度高、杂散抑制好等优点。频偏1kHz时，相位噪声是-115dBc/Hz，频偏10kHz 时，相位噪声是-117dBc/Hz ，频偏100kHz 时，相位噪声是-122dBc/Hz；输出频率稳定度≤0.03ppm/30min；杂散抑制≤-80dBc。

三电极气体开关在LHCD高压电源中的应用研究

为在低杂波电流驱动(LHCD)系统打火等严重故障时及时保护高压电源,提出了设置三电极气体开关作为第一级快保护方案,并研制了一套能通流60 k A、5μs快速导通的三电极气体开关。通过联合LHCD高压电源与开关进行短路故障保护实验,证明了开关工作性能稳定,大大提高了LHCD高压电源运行的安全性与可靠性,在脉冲功率装置中具有较好的应用前景。

壁涂覆后和LHCD期间HL-1M装置辐射损失测量

本文叙述了第一壁涂覆（硼化、硅化和锂化）和低杂波电流驱动（ＬＨＣＤ）对ＨＬ－１Ｍ装置等离子体辐射损失的影响。测量结果表明，第一壁经硼化、硅化和锂化处理后，等离子体辐射损失明显减少，说明壁处理技术对减少等离子体中杂质辐射有显著作用。本文还初步分析了注入低杂波（ＬＨＷ）期间等离子体辐射损失功率下降或上升的原因，为研究等离子体性能提供了实验数据。

HL-1M托卡马克LHCD加热离子温度测量和杂质辐射特性

叙述了在ＨＬ－１Ｍ托卡马克ＬＨＣＤ实验中观测到的杂质ＶＵＶ辐射特性。用谱线的都卜勒展宽测量了离子温度。在一定的电子密度下，ＬＨＣＤ改善了等离子体的约束性能，对离子有显著的加热效果。

EAST 4.6GHz LHCD系统真空室支撑架及限位机构结构设计与分析

新建设的EAST 4.6GHz低杂波系统的真空室要求具有100mm的移动距离,同时必须有非常稳固的基础和绝对可靠的限位机构。为达到远高于普通型材的结构强度,设计了支撑架、固定地脚和限位机构三种不同结构型式的高强度焊接支撑,所用材料均为316L不锈钢。三种结构分别为方钢框架结构、塞焊复合型材结构和"日"字形梁门式塞焊焊接结构。ANSYS有限元结构分析显示这几种结构强度远大于实际工况要求,可以很好地保证低杂波系统的稳定、稳固和可靠。

HL-2A装置LHCD系统灯丝电源远程控制的一种新方法

为解决HL-2A装置低杂波电流驱动(LHCD)系统灯丝电源无法远程控制的问题,介绍了基于西门子WinCC监测系统的HL-2A装置LHCD系统灯丝电源MSComm串行通信系统的设计与实现。在WinCC图形编辑器中直接调用MSComm控件,编写VBS全局脚本实现对串口的访问,解决了硬件组态过程中串行通讯操作被WinCC所限制的问题。采用了虚拟串口技术、工业以太网通讯技术、光纤隔离技术等,提高了WinCC组态串口设备的灵活性。HL-2A装置LHCD实验证明,在HL-2A装置放电的复杂电磁环境下,LHCD灯丝电源MSComm串行通信系统运行稳定、功能完善。

HL-2A装置的LHCD运行区域与驱动电流分布控制

讨论了低杂波电流驱动 (LHCD)实验中电流驱动效率、电流分布控制与等离子体参数和入射波谱的关系 ,以及波的可近性对确定功率沉积分布的作用。讨论了控制电流密度分布的方法及在HL

HT-7托卡马克LHCD及IBW加热实验中MHD的实时检测及抑制

在HT-7超导托卡马克成功进行了大功率低混杂波电流驱动(LHCD)及离子伯恩斯坦波(IBW)加热实验。在HT-7超导托卡马克物理实验中,磁流体不稳定性(MHD)是一个重要的研究课题。对于大功率低混杂波电流驱动条件下的高参数长脉冲等离子体,抑制和控制撕裂模不稳定性更为重要。HT-7超导托卡马克实验研究中,成功建成了快速主动反馈监测MHD系统。本文以凌华公司生产的DAQ2010高速采集卡为硬件对象,介绍了HT-7超导托卡马克LHCD和IBW实验中MHD的实时检测反馈系统的研制。

EAST-LHCD 4.6G频率源的研制

EAST超导托卡马克是我国开展受控核聚变研究的新一代实验装置,低杂波电流驱动系统(LHCD)是在该装置中维持长脉冲等离子体和改善其等离子体约束的重要手段之一。LHCD要求一台低相位噪声、高稳定度的频率源。使用锁相环技术,通过良好的方案设计和合理的电路布局,研制了一台4.6G频率源,作为该系统微波驱动电路的信号源。

基于PLC的EAST LHCD高压电源反馈控制系统设计

介绍了基于PLC的EAST LHCD-35kV/5.6MW高压电源反馈控制系统设计。系统采用工控微机(PC)和PLC对高压电源进行控制,采用PID控制算法实现高压电源电压的反馈控制。操作系统是基于QNX实时操作系统。实验结果证明,该反馈控制系统具有良好的控制性和可靠的保护性。

LHCD实验装置数据管理系统的探讨

低杂波控制系统是一个分布式实时控制系统,其实验数据和运行参数对核聚变的研究具有重要的意义。但是,因为该系统结构复杂,实时性和可靠性要求高,控制对象多样,各种数据的研究需求都不相同,因此给数据管理系统的设计带来了一定的难度。该数据管理系统针对低杂波系统的数据特点,采用了双数据库平台管理数据,重点介绍了MDSPlus模型驱动数据库及其在低杂波系统中的应用,并通过测试数据证明了该设计的可行性。