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电子回旋共振加热(ECH)有着诸如准光学传输、局域吸收、高效和直接加热电子等特性,使得它成为对托卡马克等离子体进行加热和温度/电流剖面控制的首选方法。随着世界上第一个全超导托卡马克装置EAST的建成和首次放电成功,研制一套110GHz的ECH系统用于辅助等离子体启动、局部加热、MHD控制、空壳等离子体运行、非感应加热、温度及电流剖面控制等成为当前的重要任务之一。
本文分析了EC波与等离子体相互作用的机理,综合世界上各大托卡马克装置运行的最新ECH技术,通过对微波源系统、微波传输系统、高压电源系统以及辅助和控制系统的研究,给出了用于EAST超导托卡马克装置的频率110GHz、输出微波功率2MW、脉冲时间可达10S的ECH系统的技术方案。研究设计了运用四极管(MOD/REG)调整特性通过串联反馈得到高精度和稳定度的高压电源(电压80KV,脉宽10S,精度0.3%),包括四极管栅极驱动、PI调节器、撬棒保护系统以及总控系统的分析设计。通过100mS、7A的正高压电源在诊断中性束(DNB)系统中的实验结果表明高压电源的设计是合理的、可靠的。相关的实验表明,110GHz的ECH系统设计是可行的和经济的,它的最终建成必将对于在EAST上利用ECH实现高水平的物理研究奠定良好的技术基础。