The electron cyclotron resonance heating (ECRH) system on the EAST tokamak is undergoing a significant expansion to enhance its plasma heating capability. This upgrade introduces two new gyrotron systems (#5 and #6), increasing the total output power at 140 GHz to 4.5 MW for pulses of up to 1000 s. To accommodate EAST’s full toroidal magnetic field range, the systems are designed to operate primarily at 140 GHz while retaining the flexibility to switch to a secondary frequency of 105 GHz for low-toroidal-field operations. The expansion includes dual-frequency transmission lines, quasi-optical antennas, and an independent control system tailored for robust long-pulse operation. The transmission lines feature corrugated circular waveguides with a radius of 31.75 mm, optimized for low-loss propagation of high-power millimeter waves. Each line incorporates functional miter bends, such as polarizers and power monitors, and is supported by three vacuum pumping stations. The antenna system, integrated into EAST’s Port B, employs quasi-optical components—including ellipsoidal focusing mirrors and steerable mirrors—to direct the beam precisely into the plasma. Multiphysics simulations confirm the thermal and structural reliability of these components under high-power loads. A key innovation lies in the control system, which introduces a central timing controller with three operational modes: self-check, test, and EAST experiment mode. The system supports automatic restart functionality to swiftly recover from transient faults, minimizing disruption to plasma experiments. Additionally, a real-time power control subsystem interfaces with EAST’s Plasma Control System to dynamically adjust gyrotron output power, while an RF protection mechanism safeguards against reflected power and mode competition. This expansion not only augments EAST’s heating capacity but also strengthens its capability to explore advanced plasma scenarios, including turbulence suppression and edge-localized mode control. By enabling sustained, high-power operations, the upgraded ECRH system aligns with EAST’s objective of achieving steady-state fusion conditions.
EASTトカマクの電子サイクロトロン共鳴加熱(ECRH)システムは、そのプラズマ加熱能力を強化するために大幅な拡張が進行中である。この拡張では、2つの新しいジャイロトロンシステム(#5および#6)を導入し、140GHzにおける総出力電力を、最大1000秒のパルスに対して4.5MWに増加させる。EASTの全トロイダル磁場範囲に対応するため、システムは主に140GHzで動作するように設計されており、低トロイダル磁場運転用に副周波数である105GHzへ切り替える柔軟性を保持している。拡張には、二周波数伝送線路、準光学アンテナ、そして堅牢な長パルス運転に特化した独立の制御システムが含まれる。伝送線路は、半径31.75mmのコルゲート円形導波管を備え、高出力ミリ波の低損失伝搬に最適化されている。各線路には、偏波器やパワーモニタなどの機能的なマイターベンドが組み込まれており、3つの真空排気ステーションによって支持されている。EASTのポートBに統合されたアンテナシステムは、楕円体集束ミラーや可動ミラーなどの準光学部品を用いて、ビームをプラズマ内へ正確に導く。マルチフィジックスシミュレーションにより、高出力負荷下におけるこれらの部品の熱的および構造的信頼性が確認されている。重要な革新は制御システムにあり、そこでは3つの動作モード(自己診断、試験、EAST実験モード)を持つ中央タイミングコントローラが導入されている。このシステムは自動再起動機能をサポートし、過渡故障から迅速に回復して、プラズマ実験の中断を最小限に抑える。さらに、リアルタイム電力制御サブシステムはEASTのプラズマ制御システムとインターフェースし、ジャイロトロンの出力電力を動的に調整する。一方、RF保護機構は反射電力とモード競合から保護する。この拡張は、EASTの加熱能力を増強するだけでなく、乱流抑制や周辺局在モード制御などの高度なプラズマシナリオを探求する能力も強化する。持続的な高出力運転を可能にすることで、アップグレードされたECRHシステムは、定常核融合条件の達成というEASTの目標と合致する。