RF负氢离子源激励器的主体结构设计

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基于负离子束的中性束注入(Negative Neutral Beam Injector,N-NBI)是未来大型磁约束核聚变反应堆等离子体加热的主要方式之一。大功率负氢离子源是中性束注入系统的核心部件。RF激发的负离子源由于可靠性好、寿命长、可长期免维护运行等特点,被选为ITER的参考离子源,是国际中性束注入研究的热点。我校2011年起在国家科技部ITER专项支持下开展RF负离子源关键技术研究,本文是该项工作的一部分,主要研究的是RF负离子激励器的设计,包括激励器的结构设计,气压系统的设计和阻抗匹配系统的设计。  本文RF负氢离子激励器的设计主要包括三个部分:第一部分,在物理需求的基础上明确激励器的结构设计要求并选择合适的结构材料,对激励器的主体真空结构、密封结构和绝缘结构进行设计,并对法拉第屏蔽和扩展腔结构进行优化;第二部分,基于激励器的极限真空要求和工作气压要求,根据抽气量与供气量的平衡关系,对真空系统与供气系统组合的气压系统进行设计。第三部分,为使RF大功率源实现最大功率传输,进行阻抗匹配系统的初步设计,并提出了工程上可行的自动匹配系统设计方案。  目前激励器的各系统包括机械结构、气压系统和阻抗匹配系统已完成实际的加工、调试,并且在一个小的试验激励器上成功激发产生等离子体,证明了所设计的各系统在工程中的可行性。通过激励器的设计,掌握了大功率RF负离子源工程设计的方法和规律,为后续成功研制RF负氢离子源做了大量技术和方案储备。
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