大面积NBI射频离子源电气参数设计分析

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1、第36卷第3期核聚变与等离子体物理＼，0l_36．NO．32016年9月NuclearFusionandPlasmaPhysicsSep．2016文章编号：0254—6086(2016)03—0243-o4DOI：10．16568~．0254—6086．201603010大面积NBI射频离子源电气参数设计分析陈俞钱，谢亚红，胡纯栋，蒋才超，崔庆龙(中国科学院等离子体物理研究所，合肥230031)摘要：为探究射频离子源驱动器线圈电气参数对射频放电的影响，主要进行了射频离子源等离子体激发的物理分析，并计算了射频电源的频率选择与

2、线圈放电电流、线圈匝间电压以及放电气压之间的关系，设计了射频离子源驱动器的主要参数。研制的射频离子源驱动器装置，成功获得氢等离子体射频放电。实验结果和理论计算结果符合很好。关键词：射频离子源；EASTNBI射频驱动器中图分类号：TL623文献标识码：A1引言的一方面，射频离子源又是稳态强流离子源的首随着中性束系统对强流离子源的需求，在几十选。射频离子源还有一些独有的特点，例如其放电年的离子源研制过程中研制了多种类型的强流离产生的质子比大，质子比一般为70％～90％，这是子源，主要包括多磁极线会切离子源、双潘宁离子射频离子源

3、突出的优点；其次其结构不复杂、工作源、无磁场多灯丝源、环式等离子体源和射频离子可靠、寿命长，射频离子源的结构虽不能说简单，源。相对于灯丝驱动离子源，射频驱动离子源有诸但不复杂；最后由于没有易损坏的钨灯丝，它能够多的优点，尤其在长脉冲运行方面，因此世界各国长期可靠地工作。因此，可以说基于射频激发等离都进行了相关的研制和实验研究。通过射频驱动的子体放电模式的射频强流离子源很好的弥补了热无灯丝结构，离子源寿命长、结构简单、安装维护阴极强流离子源的缺点，射频离子源正成为国内外方便、无电极污染、没有灯丝电源和弧电源、供电聚变中性束注

4、入系统用强流离子源研究的重要内系统简单、射频功率通过传输隔离、射频驱动电源容。而射频驱动器的研制和试验研究是射频离子源无需工作于高压区、等离子体密度高、引出束流均研究的重中之重。匀易控制等，正是由于射频离子源具有以上种种优2射频离子源点，ITER中性束在2007年选用了基于射频激励放EASTNBI现有采用的热阴极离子源由于阴极电的负离子源。灯丝寿命短、有污染等缺点，不能满足未来聚变装EAST是全超导托卡马克，其设计指标为1000s稳定运行，为稳态磁约束聚变尚存在的前沿问题进置长脉冲稳态运行的要求，所以发展能够长脉冲稳行相关

5、的研究。为此，需要研制可稳态运行的中性态洁净运行的离子源等离子体放电方式至为重要。中性柬注入(NBI1是受控磁约束核聚变装置主束注入系统，而稳态运行的强流离子源是其中重要要的辅助加热手段之一，大功率强流离子源是其的收稿日期：2015-06-23：修订日期：2016--02—18基金项目：国家磁约束核聚变能发展研究专项(2013GB101000，2013GB101001)；国家自然科学基金(11405207)作者简介：陈俞钱(1987一)，男，安徽枞阳人，博士研究生，主要研究方向为强流离子源长脉冲放电运行。通讯作者：谢亚红(

6、1982_)，男，安徽合肥人，博士，副研究员，主要研究方向为离子源物理。核聚变与等离子体物理第36卷核心部件¨。射频离子源是基于射频技术通过天线场E．和磁场变化产生的涡旋电场Eo，如图2所示。将射频功率感应耦合到放电空间产生放电等离子线圈共有6匝，设线圈半径为a，长为，，轴向电场体。射频等离子体放电驱动器的结构简单、造价低、的电压振幅为，单位长度线圈的匝数为=孚。工作可靠、可以长期免维护运行。图1给出了典型部分计算参及单位列于表1中。的射频离子源的组成，可以有一个或多个驱动器。表1部分计算参数及单位主要计算参数参数数值线圈

7、半径aimo．11线圈长度／／mO．065高频频~flMHzl电子碰撞频率v／MHz~6．3图l射频离子源组成示意图1——石英玻璃；2——RF线圈；3——灯丝；4——进气孔；5——法拉第屏蔽；6——约束磁体；7——射频探针(可伸缩)；8——探针调节旋钮；9——引出系统。EASTNBI射频离子源组成部分包括：射频功率发射机、传输电缆、功率匹配器、射频线圈、放电室以及引出系统。目前正在研制的EASTNBI射图2射频驱动器放电空间电磁示意图频离子源只包括等离子体激发产生部分，装配有一个驱动器。在高频电场作用下：E：旦：删z(1)

8、3射频离子源驱动器主要设计参数‘dfdf式中，B=flonI为磁感应强度；L=兀以nl#o为气作为一台研究测试装置，EASTNBI射频离子体放电击穿之前线圈电感，其中，，为电流、为源采用在放电扩展区安装一台驱动器。射频线圈缠真空磁导率。涡旋电场的最大值等于感应电压除以绕在石英玻璃放电室外，在石英玻璃放电