电子回旋共振加热系统中阳极高压电源研制及其控制技术

电子回旋共振加热系统在磁约束核聚变实验研究中有着很重要的作用。回旋管阳极供电需具备幅值快速可调、高稳定度以及波形前沿可变等条件。使用场效应管与快恢复二极管为主要器件研制出开关模块;在电路结构上将59个SM模块与同电压等级的1个BUCK电路依次串联起来。通过分别使用脉冲步进调制与高频脉冲宽度调制控制技术,实现输出幅值连续可调;并且研究了2种调制的控制方法,让输出波形的前沿时间既可在3 ms之内缓慢步进上升,也可以在60μs内快速输出。所有模块由数字信号处理器(DSP)控制的高频逆变电路实现恒压供电。样机实验结果证明:研制的电路与控制方法可行,整个电源输出的电压最大达到36 k V,电流200 m A,且全量程范围内连续可调,稳定度<1%。最大调制频率可以达到1 k Hz,可以在20μs完成各种关断保护,完全满足回旋管装置要求。

HL-2A装置1MW电子回旋共振加热传输系统研制

HL-2A装置1MW/68GHz/1s电子回旋共振加热传输系统有两条传输线,每条传输线包括波纹波导、换向波导和直流隔离器。HE11模式微波在波导中传输,微波损失小且模式纯度高。用激光校准及用热敏纸测量短脉冲微波模式分布的手段确保传输线的准直性。传输线的倾斜角度小于0.0054rad。

射频试验装置(RFTF)的电子回旋加热(ECH)微波系统

在橡树岭国家试验室(ORNL)的 RFTF,利用一个28GHz、连续波功率200kW 的回旋管来产生电子回旋加热(ECH)放电等离子体。利用此装置来模拟连续波等离子体对高功率离子回旋加热天线的影响,此天线是 ORNL为聚变能量研究而研制的。在6.35cm 直径的混合模真空波导内由回旋管把功率递送给等离子体负载。在这篇介绍里将讨论此系统设计和工作情况。

HL-2A装置电子回旋加热系统传输线机械设计

68GHz ECRH系统由6套0.5MW/1s(1.5s)子系统构成,140GHz ECRH系统由2套1MW/3s子系统构成。每套子系统由独立的传输线与天线相连,再通过天线注入等离子体。68GHz ECRH子系统为非真空传输线,以内径为80mm的过模波纹圆波导为主要传输部件,包括隔直器、弹性波导、换向波导和一个槽纹深度为l/2的极化器;140GHz ECRH子系统为真空传输线,以内径为63.5mm的过模波纹圆波导为主要传输部件,包括隔直器、弹性波导、换向波导、转换开关、抽气波导和槽纹深度分别为l/4与l/8的极化器。经过不断地完善,68GHz ECRH系统传输线已成功运用于ECRH运行中,整条传输线的输送效率可以达到90%左右。对于140GHz ECRH系统,已完成了传输部件的整体设计,目前正在进行相关部件加工测试。

HL-3装置电子回旋用大功率脉冲高压电源

阴极高压电源采用单相桥式整流电源模块串联的结构,通过优化的控制算法控制不可调电源模块的开通个数,实现高压输出的初步建立,再利用算法使其可调电源模块动态输出,实现快速跟踪设定值以达到高稳定度的电压波形输出。目前该80 kV/50 A/3s电源控制系统已完成输出电压、电流、电压纹波、过流保护时间等多次统计测试。测试结果表明,其在输出电压53 kV时,平顶电压纹波系数为0.57%,可满足电子回旋共振加热系统相关指标要求。

电子回旋共振加热控制系统的设计与应用

介绍了电子回旋共振加热(ECRH)系统,重点阐述了ECRH控制系统的结构组成和功能。基于PLC、组态软件的控制系统具有结构紧凑、功能强大、保护可靠的特点,并能实时监控现场和数据采集、处理,实现了ECRH系统在托卡马克实验上的自动运行。

电子回旋共振加热波参数控制系统设计

为确保电子回旋系统稳定可靠的运行,基于图形化编程语言LabView设计了电子回旋共振加热波参数控制系统实现对超导磁体电源、阳极电源和灯丝电源的监测和控制,设置电源电压、电流等基本参数;以及在TORAY等计算程序的协同作用下,通过其计算得到的波束入射角度等参数实现对极化器电机的控制,促进等离子体对电子回旋波的吸收。

电子回旋共振加热稳态运行控制系统设计

为了实现EAST上电子回旋共振加热(ECRH)系统在长脉冲放电下的稳态运行,设计了一套ECRH稳态运行控制系统。该系统通过多种模式切换,运用重新启动和多组回旋管轮流运行的方案提高ECRH系统在EAST装置的400~1000s长脉冲放电过程中的连续运行能力。本设计采用NI CompactRIO及其组件作为下位机,使用LabVIEW语言编写程序。本系统响应迅速,时序准确,能够实现长脉冲放电下ECRH系统的稳态运行。

宽进气道电子回旋共振离子源电磁场和中性粒子计算研究

传统10cm电子回旋共振离子推力器(ECRIT)离子源的进气道进气面积小、压强损失大,无法直接应用于吸气式电推进系统(ABEP)。针对该问题,本文提出了抗流槽和栅格两种宽面积进气道方案,基于多物理场仿真软件COMSOL、直接蒙特卡洛模拟(DSMC)方法,研究了不同进气道离子源内的微波电磁场分布、中性粒子分布,并通过实验验证了方案的可行性。研究结果表明:抗流槽和栅格进气道的最优结构分别为抗流槽中段长度4mm、栅格厚度2mm,最优结构下,两者离子源放电室微波能量均不低于传统离子源;传统离子源和栅格进气道离子源的推进剂供给压强均随流量线性增加,传统离子源所需供给压强约为栅格进气道离子源的3.86倍;当推进剂流量为2cm^(3)/min时,栅格进气道离子源可正常工作,所需的推进剂供给压强为0.14Pa;对比相近工况下传统氮工质10cm ECR离子源,栅格进气道离子源工作性能未见明显衰减。

HL-2A电子回旋波加热传输系统设计

电子回旋共振加热（ECRH）被公认为是一种最有效的、在技术上最具有吸引力的聚变等离子体二级加热方法之一。ECRH有多种用途：用于加热，通过定点加热控制电流截面；ECRH还可以用预电离，产生初始等离子体。ECRH与其他辅助加热相比，具有十分突出的优点：加热的局域性能好。有较高的耦合效率，天线结构简单。

超声辅助腌制对微波乌鳢鱼片的风味影响

为研究超声辅助腌制对微波乌鳢鱼片风味的影响,本文以乌鳢为研究对象,优化了超声辅助腌制乌鳢鱼片的条件,随后进行微波熟化鱼片的电子鼻、电子舌、挥发性风味物质含量以及游离氨基酸物质含量的测定。结果表明,超声辅助腌制最佳条件为盐浓度4 g/mL,固液比1:4 g/mL,恒温(24±1)℃,超声频率40 kHz,超声功率200 W,超声时间60 min。在电子鼻及挥发性风味物质分析中,超声腌制处理有效抑制了微波熟化鱼片中有机硫化物的生成,并使5种挥发性物质(醇类、醛类、酮类、酸类和酯类)含量上升。在电子舌和游离氨基酸物质含量分析中,超声腌制处理对酸味和苦味响应度最低,对咸味、鲜味和甜味的响应度最高,且超声处理能提高13种游离氨基酸的含量。超声及腌制处理使得微波熟化鱼片的风味更佳。经过双因素方差分析发现,超声处理对气味的影响更为显著,腌制处理对滋味的影响更为显著。该研究结果对工业化生产预制调理水产品提供了理论支持。

斜变法在HL-2A电子回旋加热功率沉积计算中的应用

介绍了用斜变法计算等离子体在辅助加热中能量沉积剖面的基本原理,并首次在HL-2A上利用斜变法处理在电子回旋波注入时刻电子的温度密度等参数数据,得出了电子回旋在轴加热和离轴加热的功率沉积剖面,验证了该方法的适用性。

HL-2A装置电子回旋系统弧光探测器的改进

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。

HL-2A装置电子回旋传输系统

近年来，电子回旋共振加热和驱动在许多装置上得到应用，例如：Tore Supra。JT-60U和Heliotron J，与其它加热和驱动方法相比，它具有以下优点。电子回旋波能以能量集中的高斯模式注入，产生高度集中的功率沉积，能进行理想的MHD不稳定性控制。

奥迪Q7配备微波雷达车线变更辅助系统

德国大众日前向新闻媒体开放了位于美国加利福尼亚PaloAlto的电子专业研竞所“Eleclfonics Research Laboratory（IERL）”。记者招待会上，奥迪公司公开了正在开发的车线变更辅助系统。

材料表面处理用强流电子回旋共振离子源

介绍一台2.45GHz永磁强流电子回旋共振离子源,其外径160mm,高90mm,放电室直径70mm,高50mm。微波馈入采用介质耦合方式,微波窗由一块50mm×10mm柱形BN和两块30mm×10mm的柱形陶瓷构成。离子源工作在脉冲模式下,采用三电极引出系统,最高引出电压达到100kV,在微波输入功率300W、进气量0.4mL/min时,可引出峰值超过30mA的氮离子束,在距离离子源引出孔1200mm位置处的束流均匀区直径大于200mm。

ECRIT等离子体特性数值模拟分析

针对航天器推进系统电子回旋共振离子推力器(ECRIT)电离效率易受放电室结构参数和工作参数影响,主要技术参数之间存在耦合不能单独优化的问题,文章采用多物理场仿真软件开展数值模拟,利用自适应函数细化电子回旋共振(ECR)区网格法提高仿真精度,探究不同磁路结构参数、工质气体、天线构型、微波功率对ECR推力器性能的影响规律,使电子在ECR区能够获得最大能量,经部分试验验证(微波输入功率和工质气体对放电影响),结果表明:磁环间距、内磁环-波导小端面距离和磁体高度对ECR区的分布影响较大,磁体宽度的影响较小;氙气的电子数密度高于氩气;L型天线电子密度和功率沉积高于杆天线;电子数密度和碰撞功率损耗随着入射微波功率增大而增大,可为ECR推力器设计提供参考。

HL-1M装置ECRH系统的研制与实验

在HL 1M装置上研制了一套75GHz、500kW/50ms的大型电子回旋共振加热系统,设计了准光学传输系统和顶部、水平两套天线,对系统进行了调试,获得了最佳的系统参数和运行条件,并开展了各种O模和X模实验。在单管250kW的基波O模的实验中,获得电子温度提高40%,电流位形负剪切分布以及鱼骨模不稳定性研究等重要的物理实验结果。

ECRH负高压脉冲电源系统控制特性研究

负高压脉冲电源是ECRH系统最重要的组成部分之一。电源系统工作的可靠性与稳定性直接影响整个ECRH系统的运行。给出了电源系统各环节的动态数学模型,设计出带有前馈的PI调节器。利用MATLAB仿真确定了调节器参数。实验结果显示,该电源系统具有较好的控制特性。

HL-2A装置ECRH系统的新天线设计

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。