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电子回旋共振加热系统 真空抽气波导

阅读：87发布：2020-05-11

专利汇可以提供电子回旋共振加热系统真空抽气波导专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明属于微波技术领域，具体涉及一种电子回旋共振加热系统真空抽气波导。本发明的抽气波导包括两个波纹波导、一个波导套管及一个真空抽口；两个波纹波导分别与传输系统的传输线相连，二者通过波导套管同轴定位组成一个整体，二者之间留有一定间隙；波导套管设有真空抽口，真空抽口连接真空抽气机组，用于传输系统的真空抽气。本发明的抽气波导解决了现有抽气波导难以兼顾有效抽速大且微波功率损耗小技术要求的技术问题；适用于传输线真空抽气，有效抽速大且微波功率损耗小，使传输系统能够稳定高效的传输大功率微波。，下面是电子回旋共振加热系统真空抽气波导专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种电子回旋共振加热系统真空抽气波导，包括两个波纹波导(1、3)、一个波导套管(2)及一个真空抽口(4)；其特征在于：两个波纹波导(1、3)分别与传输系统的传输线相连，二者通过波导套管(2)同轴定位组成一个整体，二者之间留有一定间隙；波导套管(2)设有真空抽口(4)，真空抽口(4)连接真空抽气机组，用于传输系统的真空抽气。
2.根据权利要求1所述的电子回旋共振加热系统真空抽气波导，其特征在于：所述两个波纹波导(1、3)采用正弦波纹结构设计，波纹波导(1、3)内壁为光滑曲面。
3.根据权利要求2所述的电子回旋共振加热系统真空抽气波导，其特征在于：所述两个波纹波导(1、3)的波纹深度为传输系统内微波波长的1/4倍。
4.根据权利要求3所述的电子回旋共振加热系统真空抽气波导，其特征在于：所述两个波纹波导(1、3)的波纹深度为0.54mm。
5.根据权利要求1或2所述的电子回旋共振加热系统真空抽气波导，其特征在于：综合考虑真空抽口(4)的横截面积、真空抽气机组的抽速、微波功率损耗，确定波导套管(2)内两个波纹波导(1、3)的间隙。
6.根据权利要求5所述的电子回旋共振加热系统真空抽气波导，其特征在于：波导套管(2)内两个波纹波导(1、3)的间隙为5mm。
7.根据权利要求1或2所述的电子回旋共振加热系统真空抽气波导，其特征在于：电子回旋共振加热系统真空抽气波导还包括水冷结构，用于部件冷却。
8.根据权利要求1或2所述的电子回旋共振加热系统真空抽气波导，其特征在于：所述真空抽口(4)采用标准KF快接抽口。
9.根据权利要求1或2所述的电子回旋共振加热系统真空抽气波导，其特征在于：电子回旋共振加热系统真空抽气波导采用硬铝材料。
10.根据权利要求1或2所述的电子回旋共振加热系统真空抽气波导，其特征在于：所述波纹波导(1、3)及真空抽口4通过焊接的方式与波导套管(2)相连。

说明书全文

电子回旋共振加热系统 真空抽气波导

技术领域

[0001] 本发明属于微波技术领域，具体涉及一种电子回旋共振加热系统真空抽气波导。

背景技术

[0002] 在核聚变研究中，为了将等离子体加热到聚变反应所需的温度，通常需要采用多种加热手段，电子回旋共振加热是一种重要的等离子体加热手段。电子回旋共振加热系统主要由波源系统、传输系统、发射系统及控保系统等组成，单套系统的功率通常为500kW到1MW。其中，传输系统的主要作用是将波源系统输出的高功率微波高效的传输到发射系统，从而注入到等离子体中加热等离子体。

[0003] 对于电子回旋共振加热系统传输线而言，当传输的微波功率大于500kW时，为了有效的避免传输线因气体击穿而引起打火，通常需要使用真空传输线，使传输线的真空优-2于10 Pa。真空传输线除各部件法兰接口需要采用真空密封外，还需要采用抽气波导用于排除传输线内的气体，使传输线真空达到所需要求。上述抽气波导需要满足以下要求：(1)流导满足要求，能够快速的将传输系统内的气体排除；(2)考虑到抽气波导需要作为传输系统的组成部件用于微波传输，因此需要该部件所造成的微波功率损耗应尽可能小。

[0004] 现有技术中的抽气波导难以兼顾有效抽速大且微波功率损耗小的技术要求。

发明内容

[0005] 本发明需要解决的技术问题为：现有技术中的抽气波导难以兼顾有效抽速大且微波功率损耗小的技术要求。

[0006] 本发明的技术方案如下所述：

[0007] 一种电子回旋共振加热系统真空抽气波导，包括两个波纹波导、一个波导套管及一个真空抽口；两个波纹波导分别与传输系统的传输线相连，二者通过波导套管同轴定位组成一个整体，二者之间留有一定间隙；波导套管设有真空抽口，真空抽口连接真空抽气机组，用于传输系统的真空抽气。

[0008] 作为优选方案，

[0009] 所述两个波纹波导采用正弦波纹结构设计，波纹波导内壁为光的曲面。所述两个波纹波导的波纹深度优选为传输系统内微波波长的1/4倍，如0.54mm。

[0010] 作为进一步的优选方案，

[0011] 综合考虑真空抽口的横截面积、真空抽气机组的抽速、微波功率损耗，确定波导套管内两个波纹波导的间隙。波导套管内两个波纹波导的间隙可以为5mm。

[0012] 电子回旋共振加热系统真空抽气波导还可以包括水冷结构，用于部件冷却。

[0013] 所述真空抽口可以采用标准KF快接抽口。

[0014] 电子回旋共振加热系统真空抽气波导可以选用硬铝材料。

[0015] 所述波纹波导、波纹波导及真空抽口可以通过焊接的方式与波导套管相连。

[0016] 本发明的有益效果为：

[0017] 本发明的电子回旋共振加热系统真空抽气波导适用于传输线真空抽气，有效抽速大且微波功率损耗小，使传输系统能够稳定高效的传输大功率微波。附图说明

[0018] 图1为本发明的电子回旋共振加热系统真空抽气波导结构示意图；

[0019] 图2为本发明的电子回旋共振加热系统真空抽气波导的波纹波导内壁结构示意图；

[0020] 图3为波纹波导内壁条件|Y|与波纹波导波纹深度的关系图；

[0021] 图4为微波模式匹配损耗与波纹波导间隙的关系图。

[0022] 图中，1-波纹波导；2-真空套管；3-波纹波导；4-真空抽口。

具体实施方式

[0023] 下面结合附图和实施例对本发明的电子回旋共振加热系统真空抽气波导进行详细说明。

[0024] 如图1所示，本发明的电子回旋共振加热系统真空抽气波导包括：波纹波导1、波纹波导3、波导套管2及真空抽口4。其中，电子回旋共振加热系统真空抽气波导作为传输系统的一部分，所述波纹波导1和波纹波导3分别与传输线相连，波纹波导1和波纹波导3通过波导套管2同轴定位组成一个整体，并且二者之间留有一定间隙；波导套管2设有真空抽口4，真空抽口4连接真空抽气机组，用于传输系统的真空抽气。

[0025] 本发明的电子回旋共振加热系统真空抽气波导选用适宜大功率微波传输系统的硬铝材料。

[0026] 所述波纹波导1、波纹波导3及真空抽口4通过焊接的方式与波导套管2相连。

[0027] 所述真空抽口4采用标准KF快接抽口。

[0028] 所述波导套管2能够进行波导定位，使波纹波导1与波纹波导3同轴定位组成一个整体。本实施例中，波导套管2与波纹波导1、3相接触的部分，其内径与波纹波导1、3的外径尺寸相同，实现波导定位。

[0029] 如图2所示，所述波纹波导1和波纹波导3采用正弦波纹结构设计，波导内壁为相对光滑的曲面，能有效的避免尖端放电。

[0030] 下面对波纹波导的波纹深度的选取进行进一步说明。微波通过波纹波导进行传输时会有一定的欧姆损耗，损耗的大小与波导壁条件Y绝对值的大小成正比，其中，Y表示波纹波导内壁。如图3所示，当波纹深度d为微波波长λ的1/4倍，即d=λ/4时，Y的绝对值|Y|≈0，此时单位长度的欧姆损耗最小，进而减小一部分微波功率损耗。本实施例中，传输的微波频率f=140GHz，即微波波长λ=2.14mm，波纹波导的波纹深度的取值为d≈0.54mm，使单位长度的欧姆损耗最小。本实施例中，当波纹波导的波纹深度d确定后，在一定的微波频率范围70GHz~200GHz，微波传输的欧姆损耗亦很小，表明该波纹波导在很宽的频率范围内都能高效的传输微波，即波纹波导的带宽很宽。波纹波导的功率容量很大，在真空优于-210 Pa的条件下可稳定的传输1MW的微波。因此，该波纹波导具有功率容量大、传输损耗低及带宽宽等特点。

[0031] 在连接两个波纹波导1、3的波导套管2内，两个波纹波导1、3之间留有一定的间隙L，作为传输线内气体的出口。间隙主要用于真空抽气，而间隙L的存在会引起微波的模式匹配损耗，故间隙L大小的选择主要取决于抽速大小及微波功率损耗的要求。从抽速角度考虑，希望间隙L越大越好；而从微波功率损耗角度考虑，希望间隙L越小越好。本实施3
例中，传输线作为真空室，其体积约为1m，正常工作时，为了尽快将传输线从大气条件下抽-2
到真空度优于10 Pa水平，综合考虑真空抽口的横截面积和真空抽气机组的抽速，间隙L的大小不小于4mm；而从图4可以看出，为了使微波功率损耗小于0.03%，要求间隙L的大小不大于8mm；综合考虑，取间隙L=5mm，对应的微波功率损耗约为0.015%。图4所示微波模式匹配损耗与波纹波导间隙的关系图采用现有技术中的公式计算而得。本实施例中，电子回旋共振加热系统中传输的是1MW/2s的微波，0.015%的损耗对应的热量1MW*0.015%*2J=300J。

[0032] 对于脉冲式运行的电子回旋共振加热系统，由于微波功率损耗造成的抽气波导局部温度上升可以在脉冲间隔时间内恢复，故不需要考虑水冷；对于连续运行的电子回旋共振加热系统，考虑到温升的累积效应，其真空抽气波导在设计时需要考虑水冷结构：本实施例中，采用在抽气波导外部设置水冷管的方法进行部件冷却。

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