【摘 要】
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在磁约束可控核聚变领域的的研究中,电子回旋共振加热（ECRH）具有与等离子体耦合效率高,微波天线远离等离子体等特点,被广泛应用与托卡马克装置的等离子体加热等方面的研究中。使用微波负载对微波功率的精确测量对于ECRH系统的调试以及安全运行具有重要意义。本文的研究内容主要包括以下三部分。第一部分中,开展了基于准光学理论的圆柱型微波负载分析方法研究,对微波负载内吸波材料的反射系数的特性进行了分析;建立了
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在磁约束可控核聚变领域的的研究中,电子回旋共振加热（ECRH）具有与等离子体耦合效率高,微波天线远离等离子体等特点,被广泛应用与托卡马克装置的等离子体加热等方面的研究中。使用微波负载对微波功率的精确测量对于ECRH系统的调试以及安全运行具有重要意义。本文的研究内容主要包括以下三部分。第一部分中,开展了基于准光学理论的圆柱型微波负载分析方法研究,对微波负载内吸波材料的反射系数的特性进行了分析;建立了微波负载的准光学模型,在考虑微波负载内微波多次反射的基础上,分析了微波的传播与反射等特性,简化了微波负载内反射波参量的计算方法。第二部分中,介绍了应用于J-TEXT装置ECRH系统微波负载的设计目标,发展了高功率短脉冲圆柱形微波负载的通用设计流程和优化方法,研究了微波负载各项参数对微波负载工作性能的影响,对微波负载进行了详细的设计与优化;比较了准光学模型与束线追踪仿真模型中,微波负载的反射率、轴向功率密度分布等参数的差异。比较结果表明该设计方案具有较高的可靠性。第三部分中,对微波负载的高功率测试的基本原理进行了详细阐述,并在JTEXT装置ECRH系统上搭建了微波负载的测试平台,开展了高功率实验,并对实验数据进行误差分析。实验结果表明所设计的微波负载测量误差约为5%,且工作稳定性高,符合设计目标。本文基于准光学理论,建立了圆柱型微波负载的准光学模型,发展了相关的数值计算程序;根据J-TEXT装置ECRH系统的实验需求设计了一套参数为105GHz/500k W/1s圆柱型微波负载,并采用束线追踪仿真模型对设计结果进行了验证;开展了微波负载的高功率测试,对实验数据进行了分析,实验结果证明该微波负载具有良好的测量精度与工作稳定性。
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