Email alert
RSS
近日，中国工程物理研究院应用电子学研究所研制出国内首支基于电子回旋加热应用的28 GHz/50 kW准光输出大功率连续波回旋管。该回旋管采用了双阳极磁控注入枪，TE02模式谐振腔，内置准光模式变换器，单级降压收集极。回旋管采用无液氦制冷超导磁体提供稳态磁场。实验中成功实现54.8 kW/1 s短脉冲输出和45.8 kW/30 s的连续波输出，工作频率为28.08 GHz，总效率达到57%。
回旋管是磁约束聚变系装置实现电子回旋加热（ECH)、电子回旋电流驱动(ECCD)及电子Bernstein波（EBW)加热的关键器件。近年来，一些等离子体装置的电子回旋加热物理实验需要相对低频率（如14~35 GHz）的回旋管。例如，日本Q-shu大学的稳态球形托卡马克实验（QUEST)，需要用到28 GHz/400 kW连续波回旋管；Tsukuba大学和Kyushu大学联合采用28 GHz/1 MW回旋管用于QUEST的电子回旋加热系统，并演示了等离子体加热和电流驱动效应。
研究人员采用TE02谐振腔模式研制出了大功率28 GHz/50 kW连续波准高斯波束输出回旋管。该回旋管电子枪采用了双阳极磁控注入电子枪，谐振腔工作模式为圆对称TE02模式，通过内置准光模式变换器实现波束分离和TE02模式-准高斯波束转换，理论计算得到高斯波束转换效率约95%。回旋管由超导磁场提供稳态的磁场，工作磁场大小为1.05 T。
目前通过实验调试，完成了回旋管的状态参数调试。单次120 ms脉冲运行后在水负载口面的热敏纸上得到的束斑图案，其直径约60 mm。在阴极电压-40 kV、阳极电压+11 kV条件下，该管实现了短脉冲1 s/54.8 kW功率输出。此时电子束电流2.4 A，对应总效率为57%。
通过延展脉宽，该回旋管的工作时间达到30 s，由于阴极的Nottingham效应，阴极发射平均电流2.0 A，输出平均功率为45.6 kW，对应总效率为57 %。采用混频法，测试回旋管的工作频率为28.079 GHz。这是国内首次研制出可实用28 GHz准光输出连续波回旋管。该管的研制对于国内磁约束聚变装置ECH，ECCD系统的研制和实验具有积极意义。
该研究得到了国家自然科学基金项目（U1830201）、中物院创新发展基金项目（CX2019038）、中物院创新发展基金培育项目（PY2019130）的支持。
