Антенное устройство для возбуждения медленных волн в плазме, находящейся в магнитной ловушке

 

Изобретение относится к антенным устройствам для возбуждения электром гнитных волн в плазме тороидальных ловушек типа токамак, стелларзтор. Цель изобретения - упрощение конструкции известных антенных устройств путем сокращения количестаа волноводных выводов из вакуумной камеры. Устройство состоит из высокбчастотного источника мощности 1, который через волноводный тракт 2 подключен к одному из концов запитывающего волновода 3, ось которого параллельна силовым линиям магнитного поля ловушки. Широкая стен ка запитывающего волновода образована системой волноводных излучателей 4. открытые концы которых обращены к поверхности плазмы 5. Широкие стенки волноводных излучателей перпендикулярны направлению силовых линий магнитного поля. Электромагнитная волна в запитывающем волноводе возбуждается в месте подключения волноводного тракта 2 и распространяется к противоположному его концу. На широкой стенке запитывающего волновода образованной системой волноводных излучателей возбуждается электромагнитное поле с электрической составляющей параллельной магнитным силовым линиям. 1 ил. LO

. (1К1.1 С 10:(СКИХ

C()l (ИА((ИС 7ИЕ(ЕСКИХ

РЕС((УБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ CCCB

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (46) 07.04.92, Бюл,. (13 (21) 4717054/25 (22) 11.07.89 (72) А.В.Лонгинов (53) 533.9(088.8) (56) Галант В.Е. Высокочастотные методы нагрева плазмы в тороидальных термоядерных установках. — M.. Знергоиздат, 1986, с.

301.

PrambIlla М. Slow-wave launchingat the

lawer hybrid frequency using phased

wavegulde array. — Nuclear fusion, ч. 16, М 1, 1976, р. 47. (54) АНТЕННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ МЕДЛЕННЫХ ВОЛН В ПЛАЗМЕ, НАХОДЯЩЕЙСЯ В МАГНИТНОЙ

ЛОВУШКЕ (57) Изобретение.относится к антенным устройствам для возбуждения электромагнитных волн в плазме тороидальных ловушек типа токамак, стелларатор, Цель изобретения — упрощение конструкции известных антенных устройств путем сокращения коЧ

Изобретение относится к антенным устр зйствам для возбуждения электромагнит. ых волн в плазме и может найти применение в экспериментах по ВЧ нагреву плазмы и поддержанию стационарного тока в токамаках и стеллараторах, в том числе с параметрами термоядерного реактора, Целью изобретения является упрощение конструкции антенного устройства для возбуждения медленных волн в плазме магнитной ловушки.

На чертеже представлена схема антен-, ного устоойства.. Ж„„1612967 А1

v(>s Н 05 Н 1/00, G 21 В 1/00 личества волноводных выводов иэ вакуумной камеры. Устройство состоит из высокочастотного источника мощности 1, который через волноводный тракт 2 подключен к одному иэ концов запитывающего волновода

3, ось которого параллельна силовым линиям магнитного поля ловушки, Широкая стен. ка запитывающего волновода образована системой волноводных излучателей 4, открытые концы которых обращены к поверхности плазмы 5. Широкие стенки волноводных излучателей перпендикулярны направлению силовых линий магнитного поля. Электромагнитная волна в запитывающем волноводе возбуждается в месте подключения волноводного тракта 2 и распространяется к противоположному его концу. На широкой стенке запитывающего валновода образованной системой волно водных излучателей возбуждается электромагнитное поле с электрической составляющей параллельной магнитным cuJlo8b(M JlPIHHRM. 1 H/l.

Высокочастотный источник 1 через волноводный тракт 2 подключен к одному из концов запитывающего прямоугольного вол новода 3.

Ось эапитывающего волновода 3 параллельна силовым линиям магнитного поля Н магнитной ловушки. Широкая стенка запитывающего волновода 3 образована системой волноводных излучателей:4, открытые концы которых обращены к поверхности плазмы 5, причем широкая стенка волноводных излучателей перпендикулярна направлению силовых линий магнитного поля.

1612967

10

Устройство работает следующим образом.

Электромагнитная волна в запитывающем волноводе 3 возбуждается в ме .i е подключения волноводного тракта 2 и распространяется к противоположному концу эапитывающего волновода 3 с фазовой скоростью

С

Чф =- —% где Мц — величина замедления волны;

С вЂ” скорость света в вакууме, Фазовая скорость волны Чф должна быть меньше скорости света, т.е. М11 > 1. Это условие необходимо как для того, чтобы существовала такая распространяющаяся волна в эапитывающем волноводе (условно

Например, при в=2И =31 1010 (f = 5 ГГц), Ь =- 5 см, д - 1 см, иэ формулы следует, что величина замедления Мн =- 1,5 обеспечивается при h =2,5 см.

Приведенная формула справедлива, еслирасстояние между соседними волноводами д <<4 = Чф/f . При увеличении размера д )А/2 волна в волноводе будет коМплексной, что соответствует сулерпозиции волн бегущих в различных направлениях вдоль оси основного вол новода. Поэтому, для того. чтобы существовали только волны, бегущие в одном направлении вдоль оси основного волновода, необходимо, по крайней мере, обеспечить условие д < Ац/2.

Таким образом, в отсутствии плазмы вдоль эапитывающего волновода 3. будет распространяться бегущая электромагнитная волна с Оф< С, которая может поглощаться только за счет омических потерь в стенках волновода При этом на широкой 40 стенке эапитывающего волновода 3, образованного системой волноводов, обращенной в сторону плазмы 5, будет возбуждаться электромагнитное поле, имеющее требуемую для возбуждения в плазме медленных воон поляризацию, а именно: электрическее поле параллельно магнитным силовым линиям ловушки.

Поэтому при наличии плазмы, если ее концентрация не очень мола вблизи у

50 отсутствие излучения, когда отсутствует плазма), так и для воэможности возбуждения медленных волн в плазме, которые могут затем поглощаться на электронах плазмы эа счет черенковского эффекта.

Так, например, для целей поддержания стационарного тока в токамаке-реакторе с использованием поглощения медленных волн необходимо, чтобы Чф = 0,3-0,7 с(йп-1,3 3).

Анализ электродинамических характеристик такой системы показывает, что при данных размерах запитывающего волновода d и Ь (см, черт.), частоте в, величине Й11 высота h системы волноводных излучателей должна быть равна: волновода, в плазме будут возбуждаться электромагнитные (медленные) волны, уносящие энергию ВЧ поля в глубь плазмы. При этом волна, распространяющаяся вдоль запитывающего волновода 3, становится затухающей, т.е. ее интенсивность будет уменьшаться по мере распространения в запитывающем волноводе 3 из-за излучения в плазму. Поэтому, если длина эапитывающего волновода выбрана больше, чем длина затухания волны иэ-эа излучения в плазму 1, к другому концу запитывающего

I волновода, противоположному месту подключения. ВЧ источника, не будет доходить электромагнитная волна. а, следовательно, в системе будут отсутствовать отраженные волны, бегущие к ВЧ источнику, Следствием этого будет также отсутствие медленных волн в плазме, распространяющихся в различных направлениях вдоль силовых линий магнитного ноля, что и обеспечивает генерацию стационарного тока в плазме с максимальной эффективностью.

Так как размер запитывающего волновода ограничен требованием, чтобы ширина Ь< С/f (в противном случае система становится многомодовой), мощность. вводимая через отдельный такой волновод, будет ограниченной по условиям обеспечения электрической прочности, например, при f

-5 ГГц и максимальной напряженности электрического поля в волноводе Е =10 кВ/см, 1612967

Составитель Г.Шергин

Техред М.Моргентал Корректор Н.Король

Редактор Л.Письман

Заказ 2308 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретеничм и открытиям при ГКНТ С и ГКНТ ССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 максимальная мощность, вводимая в плазму, будег составлять МВт. Поэтому для ввода в плазму более высоких уровней ВЧ мощности (20-80 МВт в токамаке-реакторе) возможно применение системы таких устройств, расположенных вблизи друг к другу.

Преимущества изобретения заключается в значительном упрощении системы благодаря сокращению количества волноводов, которые необходимо выводить из вакуумной камеры с вакуумной электрической развязкой. Кроме того, в предложенной системе отсутствуют такие дополнительные элементы как фазовращатели, с помощью которых обеспечивается бегущее поле на раскрыве антенны.

Преимуществом является также ослабление влияния изменения параметров плазмы вблизи антенны на ее работу.

Изменение параметров плазмы, например ее плотности, в предлагаемом устройстве приведеттолькс к изменениюдлины затухания волны в запитывающем волноводе. По.этому, если длина эапиты вающего волновода больше максимально возможной длины затухания, то всегда будут отсутствовать отраженные волны от конца эапитывающего волновода, что и обеспечивает работоспособность системы даже при изменении параметров плазмы.

Формула изобретения

Антенное устройство для возбуждения

55 медленных волн в плазме, находящейся s магнитной ловушке, включающее систему прямоугольных волноводных излучателей, подключенных к высокочастотному источнику питания, открытые концы которых обращены к поверхности плазмы, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью его упрощения, дополнительно введен запитывающий прямоугольный волновод. система волноводных излучателей образована отрезками

5 волноводов, открытые концы которых с одной стороны обращены внутрь запитывающего прямоугольного волновода, образуя его широкую стенку, при этом ось запитываощего волновода параллельна силовым ли10 ниям магнитного поля ловушки, расстояние между соседними волноводами системы волноводных излучателей, меньше половины длины медленной: электромагнитной волны, при этом запитывающий волновод

15 подключен с одного конца к высокочастотному источнику питания, а его длина больше длины затухания медленной электромагнитной волны в нем.