ICRH天线系统与等离子体相互作用的理论研究

The interaction between the ion cyclotron resonance heating (ICRH) antenna system and plasma is studied under tokamak plasma high-performance running mode: the antenna input impedance and plasma coupling power are firstly.calculated for the antenna system-plasma coupling by full-wave method; then, an equivalent circuit model is built to describe the antenna system-plasma interaction, and the functional relations between the adjustable parameters of the ICRH antenna system and antenna input impedance, plasma parameters, plasma coupling power can be deduced by transmission line theory according to the impedance match conditions; at last,the correlation equations are solved numerically to get the variable relationships among each component's adjustment range in impedance matching network and the antenna input impedance, plasma parameters, plasma coupling power. All in all, the research of this project can provide some theoretical guidance for the ICRH experiments on the present and future fusion devices.

在托卡马克等离子体高性能运行模式下，研究离子回旋共振加热（ICRH）天线系统与等离子体的相互作用：首先，采用全波法计算ICRH天线系统与等离子体耦合时的天线输入阻抗和等离子体耦合功率；然后，建立ICRH天线系统与等离子体相互作用的等效电路模型，利用传输线理论推导出阻抗匹配时ICRH天线系统的调配参数与天线输入阻抗、等离子体参数以及等离子体耦合功率的函数关系式；最后，对相关方程进行数值求解，计算出阻抗匹配网络各元件的调配范围随天线输入阻抗、等离子体参数以及等离子体耦合功率的变化关系。开展这一课题的研究可为现行的和未来的聚变装置上的离子回旋共振加热实验提供一定的理论指导。

本项目研究了离子回旋共振加热（ICRH）天线系统与等离子体的相互作用。首先，采用全波法计算了ICRH 天线系统与等离子体耦合时的天线输入阻抗和等离子体耦合功率；然后，建立ICRH 天线系统与等离子体相互作用的等效电路模型，利用传输线理论重点推导出阻抗匹配时ICRH 天线系统三支节液态调配器的调配参数与天线输入阻抗、波源频率以及等离子体参数的变化关系。研究表明，ICRH天线的发射谱n||、波源频率以及等离子体密度剖面对等离子体耦合效果有一定影响；当密度截面变化时，三支节液态调配器满足阻抗匹配的优化液面高度的变化比波源频率变化时相对平缓；频率调制技术能很好地加强离子回旋共振加热时三支节液态调配器的阻抗匹配效果。研究工作中提出的这种阻抗匹配分析方法给出了等离子体参数、波源频率与调配参数之间的联系，有可能提高离子回旋加热时阻抗匹配装置的调配速度，提供了另外一种分析ICRH天线系统阻抗匹配过程的途径。