The design of a compact matched load for high-power measurements and testing of gyrotrons and transmission lines in ECRH plants for fusion research applications is currently in an advanced phase. The aim is to provide more than 95% absorption and precise calorimetric measurement of the input power in CW. This work is based on the results of tests at high power and short pulse length (140 GHz, 0.5 MW, 0.5 s) on loads installed on the ECRH plant of the FTU Tokamak in Frascati. The loads consist basically of hollow spheres of copper with the inner wall covered by plasma-sprayed lossy ceramics. Tests at higher power and longer pulses on the ASDEX-Upgrade ECRH plant showed, after a number of successful pulses, progressive damage on the absorbing layer, marked by the appearance of electrical arcs. The absorber degradation, showing specific damage patterns, due to exposure to high-power millimetre waves, has been analysed in detail and strategies are proposed, in order to improve the power-handling capabilities and the energy extraction rate. New measurements of millimetric absorption and thermal conductivity have been performed on samples of different ceramics, for choosing the best absorbing layer.A modified expander mirror surface with a better deposition profile, numerically computed with a multi-reflection model of the sphere, is designed to avoid radiation accumulation close to the entrance port. Improved cooling channels, which in principle can exploit the increased heat transfer rate due to surface boiling, as used in high-performance cooling circuits such as plasma-facing components, will provide 1-MW CW power capability. In this paper, some technical solutions for the construction and the constraints on the allowable deformation during pulses are given.
核融合研究応用のためのECRHプラントにおけるジャイロトロンおよび伝送線路の高電力測定・試験用のコンパクトな整合負荷の設計は、現在高度な段階にある。その目的は、CWにおいて95%以上の吸収と入力電力の精密な熱量測定を提供することである。この研究は、フラスカーティのFTUトカマクのECRHプラントに設置された負荷における高電力・短パルス（140 GHz、0.5 MW、0.5 s）での試験結果に基づいている。負荷は基本的に、内壁がプラズマ溶射された損失性セラミックスで覆われた銅製の中空球から構成される。ASDEX-Upgrade ECRHプラントでのより高電力・長パルスの試験では、多数の成功したパルスの後、吸収層に進行性の損傷が示され、それは電気アークの出現によって特徴づけられた。高電力ミリ波への曝露による、特定の損傷パターンを示す吸収体の劣化が詳細に分析され、電力処理能力とエネルギー抽出率を向上させるための戦略が提案されている。最適な吸収層を選択するために、異なるセラミックスのサンプルについてミリ波吸収と熱伝導率の新しい測定が実施された。球の多重反射モデルを用いて数値計算された、より良好な堆積プロファイルを有する修正エキスパンダーミラー表面は、入口ポート近傍での放射の蓄積を回避するように設計されている。改善された冷却チャネルは、原理的には表面沸騰による熱伝達率の増加を利用でき、プラズマ対向部品などの高性能冷却回路で使用されるように、1MW CWの電力能力を提供するだろう。本論文では、構造に関するいくつかの技術的解決策と、パルス中の許容変形に関する制約が示されている。