【摘 要】
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在聚变能研究领域中,辅助加热和驱动系统已成为各类磁约束聚变装置的重要组成部分。其中,电子回旋共振加热（ECRH）系统因具有局域加热性好、波与等离子体耦合机制简单以及天线远离等离子体等特点,已经被广泛的运用于各种实验研究。电子回旋波的模式纯度作为该系统的一个重要指标,不仅与系统的安全稳定运行密不可分,而且还将影响相关实验的加热与驱动效率等。此外,电子回旋波的模式信息也是传输系统准直、准光模式变换单元
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在聚变能研究领域中,辅助加热和驱动系统已成为各类磁约束聚变装置的重要组成部分。其中,电子回旋共振加热（ECRH）系统因具有局域加热性好、波与等离子体耦合机制简单以及天线远离等离子体等特点,已经被广泛的运用于各种实验研究。电子回旋波的模式纯度作为该系统的一个重要指标,不仅与系统的安全稳定运行密不可分,而且还将影响相关实验的加热与驱动效率等。此外,电子回旋波的模式信息也是传输系统准直、准光模式变换单元（MOU）等子系统设计的重要依据。本文根据这些需求,对电子回旋波的自由空间辐射理论、基于电子回旋波幅值的相位重建理论与模式分析理论等进行了研究。在上述理论研究的基础上,为了得到用于相位重建的幅值信息,进一步研究了电子回旋波的强度测量技术,并设计和搭建了电子回旋波强度测量平台,同时依托一套68GHz ECRH系统完成了MOU输出电子回旋波的模式分析工作。本文主要包括以下四个部分:第一部分简要介绍了在聚变研究中辅助加热ECRH系统与托卡马克聚变装置的紧密联系,分析了ECRH系统中电子回旋波模式纯度的重要性,并描述了国内外现有的电子回旋波模式分析手段。第二部分阐述了电子回旋波的自由空间辐射理论、基于电子回旋波幅值的相位重建理论与模式分析理论等,对相位重建过程以及迭代算法的收敛性进行了详细地推导与说明,并编写了用于计算自由空间中电子回旋波场分布的程序、相应的相位重建以及模式分析程序,为实际ECRH系统的电子回旋波模式分析奠定了基础;另外,还采用了TEM00模与线极化模LP01模与LP02模对所设计的程序进行了验证,结果表明了基于上述理论方法编写的程序的正确性。第三部分着重介绍了电子回旋波强度测量系统的设计,包括靶板与红外相机的参数设计、红外相机的空间可调节高度与角度的范围设计等;最后,在保证测量结果可靠以及测量设备安全的情况下,给出了电子回旋波强度测量平台的设计结果。第四部分针对一套68GHz ECRH系统设计了MOU输出电子回旋波强度测量实验,并对实验得到的数据进行了详细地处理与分析,涉及到红外相机测量结果的坐标计算、测量数据滤波以及电子回旋波的自由空间传播特点分析等;然后基于所设计的程序,开展了相应的相位重建和模式分析工作,并给出了模式分析结果。
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