[发明专利]高耐受等离子体变化的离子回旋加热长天线

说明书

技术领域

本发明涉及离子回旋波加热系统射频功率耦合技术领域，具体是一种高耐受等离子体变化的离子回旋加热长天线。

背景技术

离子回旋共振加热(ICRH)是托卡马克装置中非常有效的辅助加热手段之一，能直接有效地加热等离子体的离子。在受控核聚变的研究中，为提高等离子体中的能量，普遍采用大功率射频波加热等离子体的加热方式。离子回旋共振加热系统是我国托卡马克装置（EAST）上一种重要的等离子体辅助加热系统，目前EAST上的离子回旋波源功率已达到12MW。然而，在高功率运行实验中发现传输线上的高驻波电压导致传输线击穿打火。降低传输线高驻波电压是EAST上离子回旋高功率运行目前急需解决的首要问题，天线结构设计是尤为关键。对于传统的天线，为了避免电压驻波在天线电流带上形成，目前多数国外核聚变托卡马克装置上的离子回旋加热天线，大都采用短天线体制。这种短天线的确降低了在天线上的电压，但由于天线短（约20cm），辐射阻抗小，天线的耦合对等离子体变化非常敏感，主要依赖于系统的调配器。尽管高电压驻波不在电流带上形成，但由于天线的低阻抗，高电压驻波将转移到传输线上，通常高电压驻波区域分布在调配器与天线之间，容易导致传输线打火。尤其，当有大的边界局域模（ELMY）发生时，边界等离子体参数快速发生变化，天线的耦合也随之改变，而传输线匹配系统无法快速响应这些变化，极大可能导致系统完全失配，大份额反射功率沿着传输线回到发射机，对贵重的发射机造成损害，严重影响系统的稳定性。

发明内容

本发明的目的是提供一种高耐受等离子体变化的离子回旋加热长天线，能够大幅度提高天线的耦合效率，从而有效地降低传输线上高电压驻波；而且该天线不敏感于边界等离子体参数的变化，可以降低大ELMY对离子回旋发射机的影响，保证高约束模式的维持。

本发明的技术方案如下：

一种高耐受等离子体变化的离子回旋加热长天线，包括有背板、法拉第屏蔽罩和多条天线电流带，其特征在于：所述的法拉第屏蔽罩固定安装在所述背板的前侧，所述的多条天线电流带分别呈竖向固定安装在所述背板的前侧，并位于所述背板与所述法拉第屏蔽罩之间，多条天线电流带通过跨接板两两相串联，位于最外侧的二条天线电流带的馈入端分别连接有射频传输线。

所述的高耐受等离子体变化的离子回旋加热长天线，其特征在于：所述法拉第屏蔽罩的两侧分别安装有保护限制器。

所述的高耐受等离子体变化的离子回旋加热长天线，其特征在于：所述的多条天线电流带有四条，分别通过陶瓷绝缘支撑固定安装在所述背板的前侧。

所述的高耐受等离子体变化的离子回旋加热长天线，其特征在于：所述背板、法拉第屏蔽罩、多条天线电流带、跨接板和保护限制器的基板材料均为316L无磁不锈钢。

所述的高耐受等离子体变化的离子回旋加热长天线，其特征在于：所述保护限制器的基板上安装有石墨瓦。

本发明的有益效果：

1、本发明能够大幅度提高天线的耦合效率，有效地降低了传输线上的高电压驻波，而且该天线不敏感于等离子体阻抗参数的变化，可以降低大ELMY对射频发射机的影响，保证了高约束模式的维持。

2、本发明的特点在于具有很好的辐射性能，而且天线激发的功率谱比传统天线更集中，更有利于加热，因而通过长天线辐射出去的能量不被反射回来，而且都用于加热等离子体，使得天线与等离子体的耦合效率得以大大提高。

3、由于本发明具有较好的耦合性能，不敏感于等离子阻抗的变化，因而可以缓解 ELMY 对系统的影响，从根本上解决了传输线高电压驻波打火的问题。

附图说明

图1为本发明结构主视图。

图2为本发明结构剖视图。

具体实施方式

参见图1、2，一种高耐受等离子体变化的离子回旋加热长天线，包括有背板1、法拉第屏蔽罩5和四条天线电流带2、7、8、9，法拉第屏蔽罩5固定安装在背板1的前侧，四条天线电流带2、7、8、9分别呈竖向固定安装在背板1的前侧，并位于背板1与法拉第屏蔽罩5之间，距离法拉第屏蔽罩5有一定的距离，四条天线电流带2、7、8、9通过跨接板4、15、16两两相串联，位于最外侧的二条天线电流带2、9的馈入端分别连接有射频传输线17、18。

本发明中，法拉第屏蔽罩5的两侧分别安装有保护限制器6。

四条天线电流带2、7、8、9分别通过陶瓷绝缘支撑3、10、11、12、13、14固定安装在背板1的前侧。