EAST离子回旋加热(ICRF)天线真空馈口电分析

2010-03-03 王成昊 中科院等离子体物理研究所

  蒸空度泵馈口对于EAST 最新型阴离子回转微波加热(ICRF)定向全向天线最至关重要零部件一种,做到穿透蒸空度泵与热离氮气的帮助。在ICRF 定向全向天线正常运行全过程中,馈口所无线连接的前后导体彼此输出功率可高达模型45KV,由此,增长馈口的穿透输出功率和变低其媒质耗损率是馈口制定中的至关重要工艺一种。本文作者针对性蒸空度泵馈口的电磁感应形态确定制定及浅析算出,证实其框架的可实施性。   阳阴离子旋回烧水(ICRF)当做一般的协助烧水方式方法之首以及被核实还有就是广泛性的app于世纪上各聚变器。而真空泵室泵馈口是阳阴离子旋回(ICRF)定向全向全向天线中是关键所在的那部分。在实践运转过程中 中,真空泵室泵馈口更好地发挥切断高真空泵室泵与外部高电压热惰性气体的用途,其结构的设计方案以及性真接影响力ICRF 定向全向全向天线运转境况虽然是EAST 器的维持性,此其电物理上的性是是极为重要的性之首。增强馈口的耐冲击工作能力,可不可以大大减少打火故事的形成才能可行地增强ICRF定向全向全向天线甚至整体化器的安会性。 一、抽真空馈口框架

  EAST 新型ICRF 天线的设计目标是为等离子体提供1000s 长脉冲可连续波加热,频率范围为30~100MHz,传输线阻抗为50Ω,加热功率为1.5~3MW。在ICRF 天线装置中,真空馈口位于真空传输线和高压气体传输线之间,起到隔绝真空的作用。真空馈口是ICRF 天线中最为脆弱也是最容易发生“打火”现象的部件。一旦发生打火现象,将有可能破坏馈口的密封性能,同时也有可能因为将绝缘陶瓷击穿而发生短路现象,从而造成ICRF 天线的故障甚至于导致整个实验装置的故障。因此当传输能量达到MW 量级时,真空馈口必须可以承受高达几十KV 的电压。真空馈口作为关键部件,其稳定性直接关系到ICRF 系统甚至是整个实验装置。正因为如此,世界各国的装置也都在不断地探索不同形式的馈口以满足实验要求。虽然各国的真空馈口结构形式各不相同,但是按照陶瓷的结构形状划分,真空馈口的结构可以划分为四种类型:分别是曲柄形状真空馈口,圆盘形状真空馈口,圆锥形状真空馈口和圆柱体形状的真空馈口(图1)。在LHD 装置中对这四种馈口的耐压性能进行了测试,结果如图2 所示,其中以圆柱及圆锥形馈口的耐压性能最好。

  EAST 新技术ICRF 无线天线高压气馈口来设计选取的是圆锥形形馈口机构,其缺点有哪些是是能能提高了耐冲击水平;又是能能以便变少因此导体变径所需来的特证电位差的改变,调低驻波比;还是能能加剧电粗度变少爬电物理现象的突发。其基本的机构如图下图3 下图,

  馈口由外导体,内导体及绝缘陶瓷焊接件三个主要部分组成。内外导体之间通过绝缘陶瓷焊接件进行真空隔绝,绝缘陶瓷两个端面焊接金属法兰,通过金属法兰与内外导体焊接从而实现密封的目的。绝缘陶瓷的材料为95 陶瓷,因为其低出气率,良好的绝缘性能以及成熟的制备技术成为真空馈口绝缘材料的首选。在图3 中,绝缘陶瓷左面充满了3atm 的热氮气,以提高传输线的耐压能力;右面是与EAST 真空室相同的真空环境。ICRF 天线运行时,内外导体之间电势差可达几十KV,所以对于真空馈口来说,如何在保证其密封性能的基础上,尽量提高其耐压能力,是关键之一。陶瓷锥度的选择应该尽量使得电势等势线平行于陶瓷表面,这样可以使得电场近乎垂直于陶瓷表面,从而降低了打火的可能性。

  但缩减卫浴工业瓷砖制品锥度的的同时,卫浴工业瓷砖制品直径太短可能会促使电绝缘层卫浴工业瓷砖制品更进一步敏感脆弱,也增大了提纯制造费。因为在EAST 一种新型ICRF 无线天线抽真空馈心中,电绝缘层卫浴工业瓷砖制品的锥度首选为11°,直径为275mm。 二、馈口了解   可能高压气体馈口是ICRF 同轴电缆中最易于引发打火的情况的结构件,在许多 装制中,高压气体馈口不谏为制衡ICRF 波热处理加热耐磨性的瓶颈问题。故此,在的定制中一定要将馈口电压值击穿电压值的能力最为根本考虑到的元素。对馈口的的定制开始分折估算实属常这个必要的。在同轴电缆工作的情况下,同轴传送数据线的许供电压值(即传送数据线的电压值击穿电压值)是可以用数学公式(1)求出:   V=2.42*106*Blog10(A/B) (1)   在这当中A,B 各为文件传递线外导体中径及内导身身体外径,V 为文件传递线的许居民民用直流电压。EAST 阴离子回转受热定向天线的文件传递线外导体中径及内导身身体外径各为230mm 及100mm,会按照计算公式(1)就可以算出同轴文件传递线的许居民民用直流电压约为87KV。而来说真空室馈口段,毕竟其形式非常复杂还有直流电压驻波比此时会出现波动性。   那么思考到实际上的工程状况,为了能升高安全保障数值,将许供电阻设为45KV。将此电阻值称为ICRF 启用时的工作上电阻,相对 馈口构成做阐述核算。有限的元核算模式化如图所显示4 所显示。   以內导体相电压为45KV,外导体接地线看做界限经济条件加入的到模型工具上。分析一下结果显示如图甲已知5已知:

  从图5中也可以判断,馈口段电势线大体上发生成平行线工作状态,耐压工业瓷质图片制品上的电势数据分布时间推移区域的不一样而不一样。相距耐压工业瓷质图片制品中间站越近,电势线与工业瓷质图片制品面的交角越小,最短交角共要为45°,而相距中间站越远的区域,电势越为平缓,工业瓷质图片制品外圆无线接缝处电势线与工业瓷质图片制品面交角约为30°。   此馈口设计中,最简易引起打火的好部位想必在陶瓷制品与内部因素和导体无线连接的好部位,这里如上归结为仰角较小处,由于减少了打火原因情况的将会性。故而该种设计馈口在ICRF 无线正常运作时,可满足了实验所规范要求。 三、理论依据:   看做ICRF 外置定向天线系统的中最懦弱的核心部件之五,直流高压气环境馈口提高认识要确保隔开高直流高压气环境与直流高压热氢气,一并还需要一 定阶段的抗压性能参数,才能要确保外置定向天线在读取MW 级热效率时不生成打火原因。这篇实现对直流高压气环境馈口构思的阐述同时对其确定的电势阐述,印证了用此直流高压气环境馈口形式的可实施性,为市政工程实践性供给了的理论基本原则。