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电子回旋共振加热(ECRH)具有耦合效率高、局域性好及调节灵活等诸多技术优势,是聚变等离子体的重要加热方法之一,广泛应用于等离子体电流剖面控制、磁流体不稳定性控制及等离子体辅助启动等。本文以EAST装置正在建设的140GHz/4MW/100s ECRH系统传输线技术需求为背景,开展高功率毫米波高效传输、功率耦合检测、波极化状态调控及终端功率吸收等关键技术研究。EAST ECRH系统采用过模波纹圆波导将回旋管输出的兆瓦级毫米波功率传输至天线,论文首先进行波纹圆波导导波理论分析,讨论周期槽纹边界条件下电磁波的传输特性及波导内混合模集合和线极化模式集的场表达式,并对模式特征值进行求解。在导波理论分析基础上,进行传输线所需波纹圆波导参数设计,并对所设计波导的传输损耗及端口辐射特性进行计算。过模波导在非理想准直情况下极易发生模式转换,论文利用模式匹配法详细分析了波纹圆波导传输线中模式转换机理,定量给出模式转换损耗与传输线准直特性关系。发展了基于相位重构法的波导端口模式纯度检测方法,可用于对ECRH传输线准直状态进行精确评估与校正。ECRH实验运行时需对波源的输出功率进行实时检测,以保障回旋管运行的安全。论文完成了基于换向波导结构的-70dB定向功率耦合器设计,研究了E面换向波导和H面换向波导的不同耦合特性。分析不同孔阵列分布规则对功率耦合性能的影响,完成孔数为18和19两种阵列孔的参数优化设计,获得较好的方向性和带内平坦度,并开展基于两种阵列孔的定向耦合器件加工。EAST ECRH系统采用非寻常模(X模)的二次谐波进行加热,需在传输线中安装两面极化镜对传输波极化状态进行调控,以实现任意注入角度下纯X模的耦合。论文利用矢量光栅衍射理论对周期槽纹镜进行原理分析,分别用矢量积分法和坐标变换法开展槽纹镜面衍射波求解,完成系统所需旋转极化镜及椭圆极化镜参数优化设计及镜面加工。进行140GHz极化器低功率测试台建设,开展双极化镜极化调控性能测试,测试结果与理论值吻合。分析EAST ECRH实验极化需求,完成极化镜转角、波束入射角度及等离子体内X模纯度三者数学关系推导,并编写成控制程序,利用短脉冲电子回旋加热实验完成对程序的实测验证。论文最后开展高功率毫米波功率吸收技术研究,进行兆瓦级圆柱形水负载结构设计。利用散射圆锥镜及内壁涂层介质材料实现入射毫米波功率在圆柱腔体内壁均匀沉积。对散射圆锥镜体及圆柱腔体的水冷需求进行分析,完成水冷结构设计,通过对金属镜体及圆柱腔的温度及热应力分析完成冷却效果验证。