[發(fā)明專利]一種大功率微波窗組件

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211725861.7
• 申請(qǐng)日: 2022-12-30
• 公開（公告）號(hào): CN115966863A
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賀艷明;王磊;劉鑫;趙小強(qiáng);王達(dá)達(dá);張成胤;李宏志;徐海濤;閭川陽(yáng);李華鑫;鄭文健;馬英鶴;楊建國(guó)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01P1/08
• 分類號(hào): H01P1/08;H05K7/20
• 代理公司: 杭州浙科專利事務(wù)所(普通合伙) 33213
• 代理人: 周紅芳

本發(fā)明公開了一種大功率微波窗組件，它包括兩個(gè)保護(hù)殼、冷卻診斷環(huán)、冷卻環(huán)、兩個(gè)圓波導(dǎo)管、兩個(gè)銅環(huán)及窗片，第一銅環(huán)、第二銅環(huán)設(shè)置在窗片兩側(cè)，第一圓波導(dǎo)管與第一銅環(huán)、第二圓波導(dǎo)管與第二銅環(huán)分別連接，且第一圓波導(dǎo)管、第二圓波導(dǎo)管與窗片之間留有間隙，冷卻診斷環(huán)、第一銅環(huán)、第二銅環(huán)及冷卻環(huán)組成微波窗組件的冷卻系統(tǒng)。本發(fā)明通過(guò)采用限定材料的部件，減少了組件的材料種類，利用同種材料焊接后的殘余應(yīng)力小，使得整體的結(jié)構(gòu)更加緊湊；在銅環(huán)增加了肋片的結(jié)構(gòu)，使得組件散熱性能更好，優(yōu)化了組件的整體結(jié)構(gòu)，使得其焊縫都為全焊透的焊縫，結(jié)構(gòu)更加安全可靠。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微波真空器件技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種回旋管輸出裝置，具體為新型聚變堆大功率微波窗組件。

背景技術(shù)

大功率微波窗是回旋管的重要部件之一，微波窗質(zhì)量決定回旋管的工作效率與使用壽命。在聚變堆中，微波通過(guò)窗片用于加熱等離子體以達(dá)到核聚變的目的，高能微波通過(guò)一側(cè)的波導(dǎo)管穿過(guò)窗片打到另一側(cè)的波導(dǎo)管內(nèi)，再將能量傳入等離子體，此處窗片是熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆真空室主真空邊界的一部分，具有約束氚的功能，起到隔斷的作用。

在微波傳輸過(guò)程中，如果微波窗的反射過(guò)高，在高輸出功率條件下反射回回旋管的功率也會(huì)過(guò)高，引起寄生模式在回旋管中自激振蕩，從而降低了回旋管的輸出功率及模式的純度，乃至于回旋管不能正常穩(wěn)定工作。回旋管輸出的微波要起到加熱等離子體的作用，窗片的輸出功率需要很大，在傳輸?shù)倪^(guò)程中，波導(dǎo)管存在介電損耗，輸出窗片上也會(huì)產(chǎn)生損耗，在波導(dǎo)管及窗片上會(huì)產(chǎn)生比較高的熱量，使得波導(dǎo)管和窗片的溫度過(guò)高，而導(dǎo)致組件失效。ITER(國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆)三代微波窗組件不銹鋼材料的波導(dǎo)管介電損耗大，導(dǎo)熱性能不夠，服役條件下溫度過(guò)高，傳輸效率不高，制造工序繁多，焊接殘余應(yīng)力大，服役可靠性不高，從而導(dǎo)致回旋管的性能不夠，因此發(fā)展第四代新型高功率、低反射、低損耗、高導(dǎo)熱的微波窗組件對(duì)于提升回旋管的性能具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了聚變堆第四代大功率微波窗組件的設(shè)計(jì)方案，該大功率微波窗組件降低了波導(dǎo)介質(zhì)損耗及窗片的損耗，增強(qiáng)了散熱，在提高傳輸功率及效率的同時(shí)，保證了組件的可靠性。

本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)上述問(wèn)題而采用技術(shù)方案是：

本發(fā)明限定的一種大功率微波窗組件，包括第一保護(hù)殼、第二保護(hù)殼、冷卻診斷環(huán)、冷卻環(huán)、第一圓波導(dǎo)管、第二圓波導(dǎo)管、第一銅環(huán)、第二銅環(huán)及窗片，第一銅環(huán)、第二銅環(huán)設(shè)置在窗片兩側(cè)，第一圓波導(dǎo)管與第一銅環(huán)、第二圓波導(dǎo)管與第二銅環(huán)分別連接，且第一圓波導(dǎo)管、第二圓波導(dǎo)管與窗片之間留有間隙，所述冷卻診斷環(huán)、第一銅環(huán)、第二銅環(huán)及冷卻環(huán)組成微波窗組件的冷卻系統(tǒng)。

進(jìn)一步地，為了更好的傳熱及焊接，本發(fā)明將窗片的材料為金剛石，冷卻診斷環(huán)、冷卻環(huán)、第一圓波導(dǎo)管及第二圓波導(dǎo)管的材料為銅鉻鋯合金，銅鉻鋯合金可以與銅環(huán)更好的連接。

進(jìn)一步地，本發(fā)明還限定了第一銅環(huán)、第二銅環(huán)及窗片之間采用釬焊連接，第一圓波導(dǎo)管與第一銅環(huán)、第二圓波導(dǎo)管與第二銅環(huán)采用電子束焊接連接。

進(jìn)一步地，本發(fā)明還限定了第一圓波導(dǎo)管、第二圓波導(dǎo)管與窗片之間的間隙為50-100μm。

進(jìn)一步地，本發(fā)明還限定了冷卻診斷環(huán)上設(shè)有冷卻通道及四個(gè)診斷孔，冷卻環(huán)上設(shè)有冷卻通道。

進(jìn)一步地，本發(fā)明還限定了冷卻診斷環(huán)與冷卻環(huán)同側(cè)的冷卻通道通過(guò)三通管連通，用于通冷卻水。

進(jìn)一步地，本發(fā)明還限定了第一銅環(huán)、第二銅環(huán)上設(shè)有若干肋片。

進(jìn)一步地，本發(fā)明還限定了微波無(wú)反射通過(guò)窗片時(shí)，窗片的厚度d計(jì)算公式為：

其中π為圓周率，ε_r為窗片的介電常數(shù)，c為光速，f為電磁波的頻率，μ_mn為m階貝塞爾函數(shù)導(dǎo)數(shù)的第n個(gè)零點(diǎn)，R為波導(dǎo)管的內(nèi)徑的一半。