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采用等离子体分层模型,利用WKB近似研究了离子回旋共振加热(ICRH)天线发射谱n||对离子回旋波在托卡马克等离子体的表面功率反射系数、吸收衰减的影响,数值模拟了不同天线发射谱n||条件下快波少数离子加热的效果.模拟结果表明,当其它实验参数一定时,ICRH天线发射合适的n||能提高天线与等离子体的耦合效率,增强少数离子加热的效果.     

托卡马克等离子体非全吸收离子回旋波的耦合计算

详细地讨论了托卡马克等离子体对离子回旋波非全吸收，离子回旋共振加热天线为三维模型的条件下，离子回旋波与等离子体的耦合问题。与全吸收等离子体模型所计算得到的结果相比，本文得到的波的驻波场的解及耦合阻抗谐振特性的理论计算结果与中小型托卡马克实验所观察到的现象更为接近。     

HT—6M装置上离子回旋波的传播和吸收

本文从波与粒子相互作用的线性理论出发，结合ＨＴ－６Ｍ托卡马克少数离子为氢，基本离子为氘的等离子体离子回旋共振加热为例，讨论了离子回旋波在这特定的等离子体中传播、吸收与少数离子氢的浓度ＲＨ和平行波数ＫⅡ的关系。文中最后还给出ＨＴ－６Ｍ托卡马克离子回旋共振加热的优化实验方案。     

离子回旋波射线轨迹分析

运用离子回旋共振加热天线耦合模型,并采用波束分解的方法设定每一波束的初始条件,用射线轨迹方法计算了离子回旋波在等离子体中的功率沉积。用这种方法只需较少的射线波束,就能给出较精确的计算结果。     

洞穴内二维带状天线的耦合计算

在托卡马克中采用离子回旋共振加热时，为了更好地保护天线，常常把天线地洞穴内，由于不产内的边界条件比较复杂，其耦合计算也相对较难。对洞穴二维带状天线进行了计算。给出了该体制天线的耦合阻抗随天线尺寸的变化关系。     

HT－6M装置上离子回旋波的传播和吸收

本文从波与粒子相互作用的线性理论出发，结合ＨＴ－６Ｍ托卡马克少数离子为氢，基本离子为氘［Ｈ（Ｄ）］的等离子体离子回旋共振加热（ＩＣＲＨ）为例，讨论了离子回旋波在这特定的等离子体中传播、吸收与少数离子氢的浓度ＲＨ（定义为ｎＨ／ｎｅ，ｎＨ为氢离子密度，ｎｅ是等离子体总密度）和平行波数ｋ‖的关系。文中最后还给出了ＨＴ－６Ｍ托卡马克离子回旋共振加热的优化实验方案。     

快波加热的天线设计

托卡马克中离子回旋频段的天线耦合效率主要取决于天线的体制和天线的尺寸。根据等离子体对不同谱分量的吸收性能差别,以及天线激励电流的谱应与等离子体对射频波吸收谱相匹配,对快波加热天线设计问题进行了细致地探讨。     

托卡马克等离子体非全吸收离子迴旋波的耦合计算

详细地讨论了托卡马克等离子体对离子迴旋波非全吸收,离子迴旋共振加热天线为三维模型的条件下,离子迴旋波与等离子体的耦合问题。与全吸收等离子体模型(或称单次吸收模型)所计算得到的结果相比,本文得到的波的驻波场的解及耦合阻抗谐振特性的理论计算结果与中小型托卡马克实验所观察到的现象更为接近。     

高频加热磁镜装置等离子体离子能量分布的测量

利用圆柱形低能离子静电分析器,对穿过高频加热磁镜装置逸出锥的逃逸离子和电荷交换生成的中性粒子的能量进行了测量,得到了等离子体离子的能量分布、离子回旋共振条件、以及发生离子回族共振时等离子体离子平均温度与加热净功率之间的线性关系。当加热净功率为100kW时,等离子体离子平均温度约为45eV。每1kW加热净功率大约提高离子温度0.4eV。     

共轭T型回路结合单支节调配器时ICRH天线系统的阻抗匹配过程分析

采用传输线理论,分析了共轭T型回路结合单支节调配器时离子回旋共振加热天线系统的阻抗匹配过程,并数值模拟了共轭T型回路的可调传输线长度的选取对系统阻抗匹配效果的影响.模拟结果表明在其它实验条件一定时,优化选取的长度,能更好地降低传输线上的反射系数,提高系统的调配速度,使发射机的能量更有效地传递到天线,从而提高离子回旋共振加热的效果.     

EAST装置上W波段多道极向相关反射仪的研制

在EAST装置上安装了X模极化W波段多道相关反射仪，用于测量等离子体芯部密度涨落。该诊断利用低损耗(<3dB)多工器将4个不同频率(79.2GHz，85.2GHz，91.8GHz和96GHz)的微波耦合在一起，通过同一个天线发射。反射波由两个极向分离(~5cm)的天线接收，通过下变频技术实现外差测量。通过对两个极向天线接收的信号进行相关分析，获得芯部湍流垂直速度。对2018年低约束模式(L模)放电进行分析发现，在电子回旋共振加热(ECRH)等离子体中，芯部湍流垂直速度在电子逆磁漂移方向。而在注入同向中性束(co-NBI)后，芯部湍流垂直速度变为离子逆磁漂移方向。     

Design of the Upgraded TJ-II Quasi-optical Transmission Line

TJ-II plasma start-up and heating are made by electron cyclotron resonance waves at the second harmonic of the electron cyclotron frequency. Two quasi-optical transmission lines transmit the microwave power of the gyrotrons to the vacuum vessel. The first line launches the microwave power under fixed injection geometry, i.e. there is no possibility to change the launching angle and the wave polarization. The second line has a moveable mirror installed inside the TJ-II vessel. To get high absorption efficiency and a narrow energy deposition profile the internal mirror focuses the wave beam at plasma center.To get more flexibility in the experiments on heating and current drive the first transmission line needs to be upgraded. The design is presented in this paper. The new launching antenna includes an internal mirror to focus the beam and to change the injection angle. Both launchers are then symmetrical. A polarizer consisting of two corrugated mirrors is used to get any wave polarization. Two mirrors with an array of coupling holes and calorimetric measurements of the energy absorbed in the barrier window allow the estimation of the microwave power launched into the TJ-II.     

微型电子回旋共振离子推力器离子源结构优化实验研究

微型电子回旋共振(ECR)离子推力器可满足微小航天器空间探测的推进需求. 为此, 本文开展直径20 mm的微型ECR离子源结构优化实验研究. 根据放电室内静磁场和ECR谐振区的分布特点, 研究不同微波耦合输入位置对离子源性能的影响, 结果表明环形天线处在高于ECR谐振强度的强磁场区域时, 微波与等离子体实现无损耦合, 电子共振加热效果显著, 引出离子束流较大. 根据放电室电磁截止特性, 结合微波电场计算, 研究放电容积对离子源性能的影响, 实验表明过长或过短的腔体长度会导致引出离子束流下降甚至等离子体熄灭. 经优化后离子源性能测试表明, 在入射微波功率2.1 W、氩气流量14.9 μg/s下, 可引出离子束流5.4 mA, 气体放电损耗和利用率分别为389 W/A和15%.     

碳纳米管光学天线的有效波长和谐振特性

将经典金属自由电子气模型应用于金属型碳纳米管, 基于光学天线有效波长理论, 得出了金属型碳纳米管光学天线响应的有效波长与碳纳米管介电特性之间的普适关系. 在对碳纳米管介电特性进行第一性原理计算的基础上, 以金属型4 Å碳纳米管为例, 进一步研究了金属型碳纳米管光学天线响应的有效波长与入射波长之间的关系, 以及金属型碳纳米管光学偶极子天线的谐振特性. 通过将已有传统金属光学天线和碳纳米管天线有效波长的研究结果进行对比, 验证了本文理论的正确性. 结果表明, 碳纳米管光学天线响应的有效波长与入射波长呈近似线性关系, 与传统金属材料构成的同直径光学天线相比, 碳纳米管天线显示出了更强的波长压缩能力, 并且在可见光到红外波段内易于发生谐振. 该研究方法可为碳纳米管光学天线研究提供新的思路.     

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采用三支节液态调配器使离子回旋加热(ICRH)天线系统达到阻抗匹配,在阻抗匹配的条件下结合频率调制技术来减小由天线输入阻抗变化所引起的反射功率。数值模拟了频率调制前后天线负载与反射系数的变化关系,用来验证频率调制对ICRH天线中阻抗匹配装置的影响。模拟结果表明:三支节液态调配器结合频率调制方法,能更好地降低天线传输系统的反射系数,使得发射机的功率通过天线辐射更加有效地耦合到等离子体中去。     

频率调制对ICRH 天线阻抗匹配的影响研究

采用三支节液态调配器使离子回旋加热(ICRH)天线系统达到阻抗匹配,在阻抗匹配的条件下结合频率调制技术来减小由天线输入阻抗变化所引起的反射功率。数值模拟了频率调制前后天线负载与反射系数的变化关系,用来验证频率调制对ICRH 天线中阻抗匹配装置的影响。模拟结果表明：三支节液态调配器结合频率调制方法,能更好地降低天线传输系统的反射系数,使得发射机的功率通过天线辐射更加有效地耦合到等离子体中去。     

Measurement of the resonant lengths of infrared dipole antennas

The resonant lengths of infrared dipole antennas at 10.6 and 3.39 μm are experimentally investigated. For this purpose, submicron-sized microbolometers coupled to dipole antennas with lengths between 0.7 and 20 μm were fabricated on a SiO₂-on-Si substrate. The response of the detector to 10.6 μm radiation shows a first resonance for an antenna length between 1.0 and 2.5 μm. A subsequent zero and a second attenuated resonance are observed as the antenna length increases. Similar behavior is observed for illumination at 3.39 μm, with a first resonance occurring at a length shorter than 1 μm. The results permit evaluation of an effective dielectric permittivity and shows the effect of the surface impedance of the metal on the propagation of current-wave on the antenna. The resonance behavior is further studied by changing the irradiation conditions of the detectors. Air-side and substrate-side illumination exhibit identical resonant antenna lengths, but different efficiencies of power collection. The antenna patterns as a function of incident angle have also been measured at 10.6 μm, showing a transition from a primary broadside lobe to the development of side lobes for longer antennas. Finally, an antenna response is measured at visible frequencies. Our measurements point out similarities, as well as differences, between infrared antennas and their counterparts at microwave frequencies, and provide insights useful for the design optimization of planar infrared antennas.     

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介绍了离子回旋波加热领域研究进展,具体分析了快波少子加热模式转换情况以及影响模式转换分量大小和位置的因素。通过控制波的频率及少子浓度,使得波能够顺利传播到托卡马克等离子体的离子混合共振与截止的区域附近,并转换为离子Bernstein波而被等离子体有效吸收,因而能够改善加热效果。