電子回旋共振加熱系統(tǒng)真空抽氣波導(dǎo)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于微波【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種電子回旋共振加熱系統(tǒng)真空抽氣波導(dǎo)。本發(fā)明的抽氣波導(dǎo)包括兩個波紋波導(dǎo)、一個波導(dǎo)套管及一個真空抽口；兩個波紋波導(dǎo)分別與傳輸系統(tǒng)的傳輸線相連，二者通過波導(dǎo)套管同軸定位組成一個整體，二者之間留有一定間隙；波導(dǎo)套管設(shè)有真空抽口，真空抽口連接真空抽氣機組，用于傳輸系統(tǒng)的真空抽氣。本發(fā)明的抽氣波導(dǎo)解決了現(xiàn)有抽氣波導(dǎo)難以兼顧有效抽速大且微波功率損耗小技術(shù)要求的技術(shù)問題；適用于傳輸線真空抽氣，有效抽速大且微波功率損耗小，使傳輸系統(tǒng)能夠穩(wěn)定高效的傳輸大功率微波。
【專利說明】電子回旋共振加熱系統(tǒng)真空抽氣波導(dǎo)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微波【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種電子回旋共振加熱系統(tǒng)真空抽氣波導(dǎo)。【背景技術(shù)】
[0002]在核聚變研究中，為了將等離子體加熱到聚變反應(yīng)所需的溫度，通常需要采用多種加熱手段，電子回旋共振加熱是一種重要的等離子體加熱手段。電子回旋共振加熱系統(tǒng)主要由波源系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、發(fā)射系統(tǒng)及控保系統(tǒng)等組成，單套系統(tǒng)的功率通常為500kW到1MW。其中，傳輸系統(tǒng)的主要作用是將波源系統(tǒng)輸出的高功率微波高效的傳輸?shù)桨l(fā)射系統(tǒng)，從而注入到等離子體中加熱等離子體。
[0003]對于電子回旋共振加熱系統(tǒng)傳輸線而言，當(dāng)傳輸?shù)奈⒉üβ蚀笥?00kW時，為了有效的避免傳輸線因氣體擊穿而引起打火，通常需要使用真空傳輸線，使傳輸線的真空優(yōu)于10_2Pa。真空傳輸線除各部件法蘭接口需要采用真空密封外，還需要采用抽氣波導(dǎo)用于排除傳輸線內(nèi)的氣體，使傳輸線真空達(dá)到所需要求。上述抽氣波導(dǎo)需要滿足以下要求:(I)流導(dǎo)滿足要求，能夠快速的將傳輸系統(tǒng)內(nèi)的氣體排除；(2)考慮到抽氣波導(dǎo)需要作為傳輸系統(tǒng)的組成部件用于微波傳輸，因此需要該部件所造成的微波功率損耗應(yīng)盡可能小。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中的抽氣波導(dǎo)難以兼顧有效抽速大且微波功率損耗小的技術(shù)要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題為:現(xiàn)有技術(shù)中的抽氣波導(dǎo)難以兼顧有效抽速大且微波功率損耗小的技術(shù)要求。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下所述:
[0007]一種電子回旋共振加熱系統(tǒng)真空抽氣波導(dǎo)，包括兩個波紋波導(dǎo)、一個波導(dǎo)套管及一個真空抽口 ；兩個波紋波導(dǎo)分別與傳輸系統(tǒng)的傳輸線相連，二者通過波導(dǎo)套管同軸定位組成一個整體，二者之間留有一定間隙；波導(dǎo)套管設(shè)有真空抽口，真空抽口連接真空抽氣機組，用于傳輸系統(tǒng)的真空抽氣。
[0008]作為優(yōu)選方案，
[0009]所述兩個波紋波導(dǎo)采用正弦波紋結(jié)構(gòu)設(shè)計，波紋波導(dǎo)內(nèi)壁為光的曲面。所述兩個波紋波導(dǎo)的波紋深度優(yōu)選為傳輸系統(tǒng)內(nèi)微波波長的1/4倍，如0.54mm。
[0010]作為進一步的優(yōu)選方案，
[0011]綜合考慮真空抽口的橫截面積、真空抽氣機組的抽速、微波功率損耗，確定波導(dǎo)套管內(nèi)兩個波紋波導(dǎo)的間隙。波導(dǎo)套管內(nèi)兩個波紋波導(dǎo)的間隙可以為5_。
[0012]電子回旋共振加熱系統(tǒng)真空抽氣波導(dǎo)還可以包括水冷結(jié)構(gòu)，用于部件冷卻。
[0013]所述真空抽口可以采用標(biāo)準(zhǔn)KF快接抽口。
[0014]電子回旋共振加熱系統(tǒng)真空抽氣波導(dǎo)可以選用硬鋁材料。
[0015]所述波紋波導(dǎo)、波紋波導(dǎo)及真空抽口可以通過焊接的方式與波導(dǎo)套管相連。
[0016]本發(fā)明的有益效果為:[0017]本發(fā)明的電子回旋共振加熱系統(tǒng)真空抽氣波導(dǎo)適用于傳輸線真空抽氣，有效抽速大且微波功率損耗小，使傳輸系統(tǒng)能夠穩(wěn)定高效的傳輸大功率微波。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明的電子回旋共振加熱系統(tǒng)真空抽氣波導(dǎo)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為本發(fā)明的電子回旋共振加熱系統(tǒng)真空抽氣波導(dǎo)的波紋波導(dǎo)內(nèi)壁結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3為波紋波導(dǎo)內(nèi)壁條件I Y|與波紋波導(dǎo)波紋深度的關(guān)系圖；
[0021]圖4為微波模式匹配損耗與波紋波導(dǎo)間隙的關(guān)系圖。
[0022]圖中，1-波紋波導(dǎo)；2_真空套管；3_波紋波導(dǎo)；4_真空抽口。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的電子回旋共振加熱系統(tǒng)真空抽氣波導(dǎo)進行詳細(xì)說明。
[0024]如圖1所示，本發(fā)明的電子回旋共振加熱系統(tǒng)真空抽氣波導(dǎo)包括:波紋波導(dǎo)1、波紋波導(dǎo)3、波導(dǎo)套管2及真空抽口 4。其中，電子回旋共振加熱系統(tǒng)真空抽氣波導(dǎo)作為傳輸系統(tǒng)的一部分，所述波紋波導(dǎo)I和波紋波導(dǎo)3分別與傳輸線相連，波紋波導(dǎo)I和波紋波導(dǎo)3通過波導(dǎo)套管2同軸定位組成一個整體，并且二者之間留有一定間隙；波導(dǎo)套管2設(shè)有真空抽口 4，真空抽口 4連接真空抽氣機組，用于傳輸系統(tǒng)的真空抽氣。
[0025]本發(fā)明的電子回旋共振加熱系統(tǒng)真空抽氣波導(dǎo)選用適宜大功率微波傳輸系統(tǒng)的硬鋁材料。
[0026]所述波紋波導(dǎo)1、波紋波導(dǎo)3及真空抽口 4通過焊接的方式與波導(dǎo)套管2相連。
[0027]所述真空抽口 4采用標(biāo)準(zhǔn)KF快接抽口。
[0028]所述波導(dǎo)套管2能夠進行波導(dǎo)定位，使波紋波導(dǎo)I與波紋波導(dǎo)3同軸定位組成一個整體。本實施例中，波導(dǎo)套管2與波紋波導(dǎo)1、3相接觸的部分，其內(nèi)徑與波紋波導(dǎo)1、3的外徑尺寸相同，實現(xiàn)波導(dǎo)定位。
[0029]如圖2所示，所述波紋波導(dǎo)I和波紋波導(dǎo)3采用正弦波紋結(jié)構(gòu)設(shè)計，波導(dǎo)內(nèi)壁為相對光滑的曲面，能有效的避免尖端放電。
[0030]下面對波紋波導(dǎo)的波紋深度的選取進行進一步說明。微波通過波紋波導(dǎo)進行傳輸時會有一定的歐姆損耗，損耗的大小與波導(dǎo)壁條件Y絕對值的大小成正比，其中，Y表示波紋波導(dǎo)內(nèi)壁。如圖3所示，當(dāng)波紋深度d為微波波長λ的1/4倍，即d= λ/4時，Y的絕對值IyI?0，此時單位長度的歐姆損耗最小，進而減小一部分微波功率損耗。本實施例中，傳輸?shù)奈⒉l率f=140GHz，即微波波長λ =2.14mm，波紋波導(dǎo)的波紋深度的取值為d?0.54mm,使單位長度的歐姆損耗最小。本實施例中，當(dāng)波紋波導(dǎo)的波紋深度d確定后，在一定的微波頻率范圍70GHz?200GHz，微波傳輸?shù)臍W姆損耗亦很小，表明該波紋波導(dǎo)在很寬的頻率范圍內(nèi)都能高效的傳輸微波，即波紋波導(dǎo)的帶寬很寬。波紋波導(dǎo)的功率容量很大，在真空優(yōu)于IO-2Pa的條件下可穩(wěn)定的傳輸I麗的微波。因此，該波紋波導(dǎo)具有功率容量大、傳輸損耗低及帶寬寬等特點。
[0031]在連接兩個波紋波導(dǎo)1、3的波導(dǎo)套管2內(nèi)，兩個波紋波導(dǎo)1、3之間留有一定的間隙L，作為傳輸線內(nèi)氣體的出口。間隙主要用于真空抽氣，而間隙L的存在會引起微波的模式匹配損耗，故間隙L大小的選擇主要取決于抽速大小及微波功率損耗的要求。從抽速角度考慮，希望間隙L越大越好；而從微波功率損耗角度考慮，希望間隙L越小越好。本實施例中，傳輸線作為真空室，其體積約為lm3，正常工作時，為了盡快將傳輸線從大氣條件下抽到真空度優(yōu)于KT2Pa水平，綜合考慮真空抽口的橫截面積和真空抽氣機組的抽速，間隙L的大小不小于4mm ;而從圖4可以看出，為了使微波功率損耗小于0.03%,要求間隙L的大小不大于8mm ;綜合考慮，取間隙L=5mm，對應(yīng)的微波功率損耗約為0.015%。圖4所示微波模式匹配損耗與波紋波導(dǎo)間隙的關(guān)系圖采用現(xiàn)有技術(shù)中的公式計算而得。本實施例中，電子回旋共振加熱系統(tǒng)中傳輸?shù)氖?MW/2S的微波，0.015%的損耗對應(yīng)的熱量1MW*0.015%*2J=300J。
[0032]對于脈沖式運行的電子回旋共振加熱系統(tǒng)，由于微波功率損耗造成的抽氣波導(dǎo)局部溫度上升可以在脈沖間隔時間內(nèi)恢復(fù)，故不需要考慮水冷；對于連續(xù)運行的電子回旋共振加熱系統(tǒng)，考慮到溫升的累積效應(yīng)，其真空抽氣波導(dǎo)在設(shè)計時需要考慮水冷結(jié)構(gòu):本實施例中，采用在抽氣波導(dǎo)外部設(shè)置水冷管的方法進行部件冷卻。
【權(quán)利要求】
1.一種電子回旋共振加熱系統(tǒng)真空抽氣波導(dǎo)，包括兩個波紋波導(dǎo)(1、3)、一個波導(dǎo)套管(2)及一個真空抽口(4);其特征在于:兩個波紋波導(dǎo)(1、3)分別與傳輸系統(tǒng)的傳輸線相連，二者通過波導(dǎo)套管(2)同軸定位組成一個整體，二者之間留有一定間隙；波導(dǎo)套管(2)設(shè)有真空抽口(4)，真空抽口(4)連接真空抽氣機組，用于傳輸系統(tǒng)的真空抽氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子回旋共振加熱系統(tǒng)真空抽氣波導(dǎo)，其特征在于:所述兩個波紋波導(dǎo)(1、3)采用正弦波紋結(jié)構(gòu)設(shè)計，波紋波導(dǎo)(1、3)內(nèi)壁為光滑曲面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電子回旋共振加熱系統(tǒng)真空抽氣波導(dǎo)，其特征在于:所述兩個波紋波導(dǎo)(1、3)的波紋深度為傳輸系統(tǒng)內(nèi)微波波長的1/4倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電子回旋共振加熱系統(tǒng)真空抽氣波導(dǎo)，其特征在于:所述兩個波紋波導(dǎo)(1、3)的波紋深度為0.54_。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電子回旋共振加熱系統(tǒng)真空抽氣波導(dǎo)，其特征在于:綜合考慮真空抽口(4)的橫截面積、真空抽氣機組的抽速、微波功率損耗，確定波導(dǎo)套管(2)內(nèi)兩個波紋波導(dǎo)(1、3)的間隙。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電子回旋共振加熱系統(tǒng)真空抽氣波導(dǎo)，其特征在于:波導(dǎo)套管⑵內(nèi)兩個波紋波導(dǎo)(1、3)的間隙為5mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電子回旋共振加熱系統(tǒng)真空抽氣波導(dǎo)，其特征在于:電子回旋共振加熱系統(tǒng)真空抽氣波導(dǎo)還包括水冷結(jié)構(gòu)，用于部件冷卻。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電子回旋共振加熱系統(tǒng)真空抽氣波導(dǎo)，其特征在于:所述真空抽口(4)采用標(biāo)準(zhǔn)KF快接抽口。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電子回旋共振加熱系統(tǒng)真空抽氣波導(dǎo)，其特征在于:電子回旋共振加熱系統(tǒng)真空抽氣波導(dǎo)采用硬鋁材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電子回旋共振加熱系統(tǒng)真空抽氣波導(dǎo)，其特征在于:所述波紋波導(dǎo)(1、3)及真空抽口 4通過焊接的方式與波導(dǎo)套管(2)相連。
【文檔編號】H05H7/00GK103874317SQ201210531624
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月11日
【發(fā)明者】陳罡宇, 周俊, 夏冬輝, 雷建新 申請人:核工業(yè)西南物理研究院