Система высокочастотного нагрева плазмы
Система предназначена для ввода энергии и нагрева плазмы в вакуумной камере и построена на принципе автогенерации колебаний в сложной распределительной цепи. Альтернативный подход в создании ВЧ комплексов для ИЦ- нагрева плазмы состоит в построении однокаскадных автоколебательных систем на основе мощных генераторных триодов. Принципиальной особенностью таких систем является то, что антенна и, следовательно, вносимый плазмой импеданс являются составными частями сложного распределенного колебательного контура, в котором происходит самовозбуждение колебаний на одной из собственных частот цепи. Достаточным условием стабильной автогенерации является наличие в полосе положительной обратной связи одного резонанса с добротностью Q > 10÷15. Если добиться выполнения этого условия при максимальном сопротивлении излучения антенны в плазму rant, то работоспособность системы может быть обеспечена во всем диапазоне плазменных нагрузок rant вплоть до ее полного отсутствия. Таким образом, автогенераторные системы для ИЦ- нагрева плазмы оказываются значительно менее чувствительными к изменениям параметров плазмы и условий ввода ВЧ мощности. В состав ВЧ- комплекса входят компактная модульная резонансная антенна, коаксиальные фидеры, ВЧ генератор, источник высоковольтного анодного питания, система диагностики и управления. Автогенератор выполнен на двух мощных триодах (например, ГУ-88А) по симметричной схеме с общим заземленным катодом и снабжен двумя независимыми цепями селективной обратной связи и общим анодным контуром с регулируемой собственной частотой. Генератор допускает настройку и испытания в режиме холостого хода при работе с закороченными выходными разъемами. В генераторе предусмотрено принудительное водяное охлаждение анодов и воздушное охлаждение сеток ламп.
Высокочастотный тракт
Импульсный генератор предназначен для дополнительного нагрева высокотемпературной плазмы в токамаке КТМ. Система ВЧ питания состоит из четырех ВЧ модулей с симметричным выходом, каждый из которых работает на свою антенну, подключенную через коаксиальный фидер.
Основные параметры ВЧ модуля:
- Рабочая частота 13,0±0,5МГц
- Номинальная выходная мощность 2МВт
- Максимальная длительность импульса 5с
- Минимальный период следования импульсов 15мин
- Максимальное напряжение на каждом плече антенны 25-30кВ
- Волновое сопротивление антенного контура 25 Ом
Генератор собран по двухтактной схеме с самовозбуждением на двух экспериментальных лампах ГУ - 88. Анодное напряжение от постороннего источника через «П»-образный фильтр поступает на аноды генераторных ламп. Анодный контур генератора состоит из емкостей и индуктивности, состоящей из индуктивности монтажа, разъемов и кабелей.
Постоянное напряжение смещения на сетках генераторных ламп образуется на сопротивлениях гридликов за счет протекания по ним постоянных составляющих сеточных токов генераторных ламп.
С помощью полуволновой линии обеспечивается противофазность колебания в разных плечах.
Восемь радиочастотных кабелей, питающих нагрузку (антенны), подсоединяются через разъемы к задней стенке генератора. Включение и выключение генерации производится подачей прямоугольного импульса необходимой формы от постороннего источника постоянного напряжения.
Антенный модуль ВЧ-генератора
Нагрузкой ВЧ генератора является антенна, которая в общем случае является системой с распределенными параметрами, но вблизи рабочей частоты может рассматриваться как сосредоточенная индуктивность. До возникновения плазмы активное сопротивление составляет доли ома и образуется за счет омических потерь в антенне, камере, системе ввода ВЧ энергии. После возникновения плазмы активное сопротивление увеличивается до единиц ом. Электрическая схема модуля ВЧ комплекса токамака КТМ показана на рисунке ниже. Технические характеристики антенного модуля
- максимальная мощность - 2МВт
- максимальное напряжение на каждом плече - 25-30 кВ
- максимальная длительность ВЧ импульса - 5 сек
- собственная частота - 13.0+0.5МГц
- расстояние от лимитера антенного модуля до сепаратрисы плазмы - 2.5см