[發明專利]托卡馬克裝置用高功率連續波速調管

無效

• 申請號: 201410409632.3
• 申請日: 2014-08-19
• 公開（公告）號: CN104157538A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 鐘勇;王勇;范俊杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: H01J25/10
• 分類號: H01J25/10
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術領域

本發明涉及電真空技術領域，尤其涉及一種托卡馬克裝置用高功率連續波速調管。

背景技術

隨著經濟的發展和生活水平的提高，人類對能源的需求日益增大。目前人類使用的能源，主要是化石燃料，還有裂變核能和再生能源?；茉吹拇罅渴褂迷斐傻臏厥倚捌鋵Υ髿?、土壤和水體的污染，裂變核能的使用會產生大量的輻射和安全隱患，甚至會給世界環境帶來災難性的后果。

采用可控熱核聚變可以實現清潔能源的產生，而且沒有輻射，能夠安全工作，對人類環境沒有任何破壞性的影響。但是熱核聚變反應需要數億攝氏度的溫度。因此，要在核聚變的反應室托卡馬克裝置中，產生數億攝氏度的高溫，采用由高平均功率或高功率連續波速調管組成的低雜波電流驅動系統是其中的一個重要組成部分。因此實現熱核聚變裝置穩態運行的關鍵問題之一就是要提供連續的環向等離子體驅動電流。利用速調管產生微波波段的電磁波，通過特定的天線耦合到等離子體反應室中，激發在磁約束等離子體中以低雜模式傳播的準靜電波，低雜波在環向與電子通過朗道阻尼作用，把動量和能量傳給平行于磁場方向的速度與波的相速度近似的電子，使得這些電子在沿著波動量方向的運動速度增加，形成電流，即低雜波驅動電流。這些攜帶電流的快電子(或者稱為超熱電子)在環向與背景等離子體碰撞，導致等離子體溫度升高。因此，通過低雜波系統既可以實現電流驅動，維持等離子體持續穩定運行，又可以為等離子體加熱，同時解決了兩個主要問題。

由于低雜波系統具有明顯的技術優勢，因此，目前世界上大多數托卡馬克裝置上都采用了由連續波高功率速調管組成的低雜波系統來實現等離子體加熱。由于國際ITER計劃將采用大量的高功率連續波速調管，因此怎樣發展更高功率連續波速調管就是擺在各國科學家面前迫在眉睫的一個難題。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種托卡馬克裝置用高功率連續波速調管，以實現高功率和高效率的微波放大輸出。

為了實現上述目的，本發明提供了一種托卡馬克裝置用高功率連續波速調管，包括：

電子聚焦系統，用于實現電子束的發射和會聚，將會聚的電子束傳輸到高頻注-波互作用系統中；

高頻注-波互作用系統，用于將輸入的電子束調制成電子注，通過電子注的注-波互作用將輸入的高頻微波信號放大輸出；

收集極10，用于收集完成注-波互作用的電子注的剩余能量。

其中，所述電子聚焦系統包括陰極1、控制極2和陽極5，所述陰極1發射的電子束被所述控制極2和所述陽極5會聚，經過所述陰極1與所述陽極5之間的高壓加速后，形成圓形電子束，到達所述高頻注-波互作用系統。

其中，所述高頻注-波互作用系統采用獨立的重入式圓柱諧振腔。

其中，所述高頻注-波互作用系統包括通過漂移通道11順次連接的輸入腔6、群聚腔8和輸出腔9。

其中，所述輸入腔6包括波導和間隙，間隙位于漂移通道11相對兩側，微波從所述波導入口饋入輸入腔6，并在所述間隙處產生高頻電場，所述電場對所述電子聚焦系統輸入的電子束進行調制。

其中，所述高頻注-波互作用系統包括N個群聚腔8，用于對所述電子聚焦系統輸入的電子束進行進一步調制，其中N為正整數。

其中，所述高頻注-波互作用系統包括3個群聚腔8，前兩個采用的是對稱的圓柱形重入式諧振腔，末前一腔采用的是非對稱結構。

其中，所述輸出腔9包括間隙和波導，所述調制后的電子注通過在輸出腔9的間隙處發生能量交換，實現了高頻微波從所述輸出腔9的所述波導的輸出。

其中，所述輸出腔9為非對稱的圓柱形重入式諧振腔。

其中，所述收集極10內部軸向形成通道，所述通道中通冷卻水來吸收所述收集極10產生的熱量，所述冷卻水的通道為沿圓周均勻分布的多條管路。

從上述技術方案可知，本發明的托卡馬克裝置用高功率連續波速調管采用非對稱圓柱形重入式諧振腔，具有較高的功率和效率；而采用對稱與非對稱的圓柱形重入式諧振腔，結構也簡單易行，在提高功率和效率方面有其獨特的優勢。

附圖說明

圖1為本發明的托卡馬克裝置用速調管的結構示意圖；

圖2為本發明的托卡馬克裝置用速調管輸入腔的結構示意圖；

圖3為本發明的托卡馬克裝置用速調管輸入腔的電場分布圖；

圖4a、4b分別為本發明的托卡馬克裝置用速調管群聚腔的對稱結構和非對稱結構示意圖；

圖5a、5b分別為本發明的托卡馬克裝置用速調管群聚腔的對稱結構和非對稱結構的電場分布圖；