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欧盟高功率回旋加热天线研制及关键技术应用
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  • 公布年份:
    2018
  • 中图分类:
    TN82
  • 关键词:
  • 成果简介:
    实现磁约束可控核聚变反应的首要条件就是对等离子体进行加热,满足聚变点火的要求。离子回旋共振(Iron Cyclotron Range of Frequency,以下简称ICRF)加热被证实且已被聚变界科学家认可为非常重要而又有效的加热手段。其核心技术可为射频微波、国防科技、高端医疗设备等领域提供强大的技术支撑。项目组以国际合作项目:欧盟核聚变实验装置高功率回旋加热天线设计研制项目为重要契机,通过技术集成和创新,研制并发展出多项关键技术并广泛推广应用到国内、外同类产品中。 主要创新和贡献为: 1.发展ICRF天线复杂部件成型、检测工艺技术,解决德国ASDEX-U装置和法国WEST装置ICRF天线复杂曲面部件成型精度低,易导致高驻波反射和真空泄露的技术难题。通过分析研究,优化了复杂三维曲面、长焊缝天线部件加工检测工艺,创新提出运用温度实时监控和变形实时测量来控制天线高精度部件焊接速度以及高温(250摄氏度)、高压(40bar)多循环检漏方法,突破德国ASDEX-U和法国WEST装置ICRF天线复杂曲面部件成型精度低,长焊缝变形难以控制以及密封部件常规漏率检测方法带来的泄露技术问题,解决因成型误差大导致打火,产生二次电子倍增和杂质,降低天线耦合阻抗造成高驻波反射关键科学技术问题。发明了拥有自己只是产权的真空馈口,解决了陶瓷易被拉裂的技术难题。 2.研发出千安级别载流能力、千秒级别稳态运行(远优于已有的数安级别滑动电接触)的射频滑动电接触,解决ICRF天线在数兆瓦量级大功率、高载流传输运行时易虚接触引起打火的技术难题。首次建立大功率ICRF天线滑动电接触理论分析模型,搭建了先进的高温、高真空多功能摩擦测试平台,研究射频滑动电接触在聚变极端环境下电接触性能。研发出千安级别载流能力、千秒级别稳态运行的射频滑动电接触。传输功率达15MW (远优于3MW设计要求),传输电流密度达4.73kA/m@1.9kA,总体性能达到国际领先水平,解决ICRF天线在数兆瓦量级大功率、高载流传输运行时虚接触引起打火的技术难题,实现ICRF天线大功率稳态传输运行。创制出能实现精确控制,快速切换的射频高功率同轴开关,能同时保障测试、运行和快速维护的功能需求。 3.创制出全水冷,快速调谐共轭天线,为法国WEST装置天线实现高功率,稳态连续波,快速调谐三方面兼顾的优异性能。创新设计一种全水冷,能适应天线耦合阻抗快速调谐共轭天线结构,使天线输入阻抗能够快速、稳定与传输线特性阻抗达到匹配状态。解决天线运行期间输入阻抗快速变化与传输线特性阻抗难以匹配发生反射,导致打火产生杂质,降低耦合功率,恶化真空环境的关键技术问题,为WEST装置ICRF天线实现高功率(3MW),稳态连续波,快速调谐(<80ms)三方面兼顾的优异性能奠定了技术基础。
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