east 6mw4.6ghz低杂波系统天线温度测量设计 design of antenna temperature measurement for east 6mw4.6ghz lhcd system.pdfVIP

第 36 卷 第 3 期 核 聚 变 与 等 离 子 体 物 理 Vol.36, No.3 2 0 1 6 年 9 月 Nuclear Fusion and Plasma Physics Sep. 2016 文章编号：0254−6086(2016)03−0231−06 DOI: 10.16568/j.0254-6086.201603008 EAST 6MW/4.6GHz 低杂波系统天线 温度测量设计 1 1 2 1 1 1 1 吴则革 ，杨 永 ，齐团结 ，刘 亮 ，王 茂 ，王 萍 ，杨 飞 (1. 中国科学院等离子体物理研究所，合肥 230031 ；2. 安徽海螺信息技术工程有限责任公司，芜湖 241000) 摘 要：为了实现对低杂波系统天线的保护需要测量天线温度，根据天线的特征，选择了 K 型热电偶作为测 量工具，使用快速温度巡检仪采集 8 路热电偶信号，温度数据由软件远程读取显示；为了克服托卡马克带来的电 磁干扰，测量回路使用了光纤通信的方法。结果表明，这种方式能够准确实时地反映出天线温度变化，为日后开 展天线热保护工作奠定了基础。 关键词：EAST装置；低杂波电流驱动；天线；温度测量 + 中图分类号：TL61 2.1 文献标识码：A 1 引言 导阵、天线直波导、模式变换器以及波导阵天线单 低杂波电流驱动是托卡马克上装置上常用的 元构成，整个天线运行在由天线真空室、焊接波纹 [1] 管、托卡马克真空室颈管以及马克内真空室构成的 非感应电流驱动手段之一，具有较高的驱动效率 。 EAST 装置目前建成了 6MW/4.6GHz 高功率低杂波 真空环境中，天线内部整体结构如图 1 所示。 系统，匹配负载下可以满功率连续输出 1000s，大 大增加了 EAST 电流驱动的能力。低杂波系统通过 天线将大功率微波耦合进等离子体，为了提高耦合 效率，降低波功率反射系数，天线一般要靠近等离 子体[2] 。等离子体放电时，中心区域的温度高达上 千万度，天线端面将直接受到高温等离子体热辐射 冲击。过高的温度容易使天线端面软化变形甚至熔 化，这不但会降低天线的通波能力，严重时有可能 彻底损坏天线。因此研究天线的受热情况，并设计 图 1 6MW/4.6GHz 低杂波天线整体结构图 [3] 相应的热保护系统是非常关键的问题 。 4.6GHz 低杂波耦合天线采用多结波导阵结构， 2 LHCD 天线介绍 共有 24 个天线单元，排列成 4×6 阵列形式，每行 天线是将大功率微波能量耦合到等离子体中 相邻天线单元之间插入 1 个无源子波导。每个天线 的关键器件，4.6GHz 低杂波天线主要由天线弯波 单元在竖向上被 E 面结分割成 8 列子波导单元，在 收稿日期：2015−09−07 ；修订日期：2016−03−09 基金项目：国家自然科学基金 ；中国科学院等离子体物理研究所科学基金(Y45ETY230B) 作者简介：吴则革(1987−) ，男，山东菏泽人，助理研究员，博士，等离子体物理专业。 232 核聚变与等离子体物理 第 36 卷 横向上被隔条分割成 3 行。因此，天线端面一共 576 低，再承受巨大的机械应力，会进一步加重自