EAST裝置上離子迴旋新型長天線的設計與耦合研究

《EAST裝置上離子迴旋新型長天線的設計與耦合研究》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由秦成明擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：EAST裝置上離子迴旋新型長天線的設計與耦合研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：秦成明
• 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院

項目摘要

離子迴旋系統是EAST裝置上非常重要的輔助加熱系統之一，EAST上的ICRF源功率即將升級到10MW以上。然而，在多輪實驗中發現由於傳輸線上的高駐波電壓造成頻繁的傳輸線打火嚴重限制了高功率運行，最大注入功率僅35%左右。如何降低傳輸線高電壓駐波是EAST上ICRF高功率運行目前急待解決的首要問題，天線設計是問題的關鍵。本項目提出一種新型的高輻射ICRF天線，能夠大幅度提高天線的耦合效率，從而有效地降低傳輸線上高電壓駐波。而且該天線不敏感於電漿阻抗參數的變化，可以降低大ELMY對ICRF發射機的影響，保證高約束模式的維持。本項目通過利用HFSS，CST對新天線進行仿真最佳化，結合可包含複雜天線模型及實際的電漿參數的耦合程式TOPICA對天線的耦合深入分析與研究。開展此項研究將為EAST上ICRF高功率穩態運行提供有力的保障；同時也為ITER裝置ICRF天線的設計與最佳化提供一條新途徑。

結題摘要

離子迴旋系統是EAST裝置上重要的加熱系統，目前EAST具有12MW的源功率，然而耦合效率僅為35%左右，其原因可能在於現有短天線阻抗較低，高功率運行期間傳輸線上高駐波電壓導致打火時常發生。如何提高天線耦合減低傳輸線電壓是EAST上離子迴旋目前急待解決的首要問題。本項目提出了一種新型的高輻射ICRF天線，能提高天線耦合，有效降低傳輸線上高電壓駐波。根據EAST裝置的參數，設計了一4電流帶高輻射長天線，利用HFSS對包含複雜天線結構的模型進行了電磁仿真，對天線的輻射性能和電磁特性進行了計算分析和物理評估。在天線物理設計基礎上完成了天線的工程研製並成功地安裝到EAST裝置上進行了初步的物理實驗。實驗結果驗證了該天線較好的耦合特性，與傳統天線相比能有效降低傳輸線駐波電壓，而且該天線不敏感於電漿阻抗參數的變化，可以降低大ELMY對ICRF發射機的影響，保證高約束模式的維持。通過新天線的發展，有效解決了低耦合、傳輸線高電壓駐波打火的問題，為提高天線耦合和系統功率容量提供一種新途徑。