大功率射頻離子源驅(qū)動器等效阻抗特性分析

陽璞瓊 劉 波 蔣才超 韋江龍 謝亞紅 謝遠(yuǎn)來 潘軍軍 胡純棟

1（南華大學(xué)電氣工程學(xué)院 衡陽421001）

2（中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院等離子體物理研究所 合肥230031）

中性束注入系統(tǒng)是EAST（Experimental and Advanced Superconducting Tokamak）托卡馬克裝置主要的輔助加熱手段之一［1］。射頻離子源是未來中性束用離子源的首選，根據(jù)射頻離子源的耦合方式和驅(qū)動器的設(shè)計結(jié)構(gòu)，中性束注入系統(tǒng)［2］大功率射頻離子源功率饋入系統(tǒng)主要由大功率射頻功率源、傳輸饋管、阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)、射頻天線線圈構(gòu)成［3］。在射頻離子源運行時，如若阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)參數(shù)調(diào)節(jié)不夠精確，將會導(dǎo)致過高的駐波比，從而造成等離子體激發(fā)失敗，進(jìn)一步可能導(dǎo)致激勵線圈、匹配網(wǎng)絡(luò)和射頻功率源的損壞［4］。為實現(xiàn)射頻離子源的穩(wěn)定可靠運行，必須要合理估算射頻離子源驅(qū)動器等效阻抗［5］，從而為射頻離子源的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計和參數(shù)核定，以及運行時的阻抗匹配調(diào)諧提供相關(guān)依據(jù)。在射頻離子源驅(qū)動器等效阻抗特性分析方法上，國外意大利帕多瓦大學(xué)建立過電磁解析模型［6］和多絲模型［7］，國內(nèi)華中科技大學(xué)建立過電磁解析模型和全局模型［8］，大連理工大學(xué)在感性耦合等離子體建模方面更是有著極為深入的研究［9-10］。本文將采用感性耦合等離子體電磁模型和變壓器模型相結(jié)合的方法，建立射頻離子源驅(qū)動器等效阻抗計算的解析模型。

1 射頻離子源驅(qū)動器等效阻抗計算的解析模型

在射頻離子源等離子體放電時，要獲得射頻離子源驅(qū)動器的等效阻抗特性，可以從兩個方面出發(fā)：一個是等離子體內(nèi)部的加熱機(jī)制，另一個是等離子體-電耦合機(jī)制。……