科研队伍介绍：

太赫兹高功率波源研发团队由能源研究院、中科院合肥物质科学研究院、北京航空航天大学等多家国内外知名高校和科研院所科研人员组成，共计16人，其中正高级职称3人，副高级职称8人，中级职称1人，初级职称4人，具有博士学位8人，参与项目的博士、硕士研究生4人。关键核心人员长期从事电子回旋脉塞器件研发和高功率长脉冲回旋管系统工程研制和实验研究，学科分布较全面，在回旋管理论设计研制、长脉冲回旋管调试运行、高功率毫米波传输发射等方面有丰富的经验和扎实的研究基础。

科研平台：

能源研究院的高功率回旋管研究实验室现有面积800m2，新建实验室面积约1500m2，建立区域包括短脉冲回旋管性能测试区、大型仿真计算工作室、回旋管制造工艺区、零件部检测检验区、整管集成与高温处理区、超净间阴极装配区、金刚石窗镀膜与焊接区等，制定了完善的回旋管设计流程和制造生产工艺规范，能够保证回旋管研制和生产。在合肥综合性国家科学中心能源研究院的大力支持下，已建成了拥有多款专业软件和专业仪器设备的、适用于高功率回旋管研发的实验室，组建了一支专业技术过硬、工作经验丰富的研究团队，并在能源研究院重大培育项目支持下已研制出短脉冲170GHz高功率回旋管，性能指标国内领先。

现有已具备的工作条件和所能提供的保障措施主要包括：

分析计算软件和仪器设备

在实验测试方面，能源研究院已拥有毫米波、太赫兹波段实验测试仪器和分析设备，包括110~220GHz矢量网络分析仪、高精度频谱仪、太赫兹微波信号源、太赫兹波段检波器、高性能示波器和旋转接收台等，可为本项目开展高功率回旋管性能测试提供了频率、功率、波形等参数的仪器设备。

平台设施

能源研究院拥有大型真空排气台、小型真空焊接炉、氢气钎焊炉等工艺设备和检测设备等较为完善的电真空工艺平台和设备，可为回旋管以及各类电真空器件/组件制造提供完善的实验条件；中科院等离子体所拥有与高功率ECRH系统工程技术研发相关的大型电物理设备和平台设施：建有2兆瓦、长脉冲ECRH系统实验测试电源、智能调节水冷却系统，完全具备高功率回旋管稳态测试的工作条件。可为回旋管性能测试和高功率调试提供平台条件。

图5、真空高温焊接炉和大型高真空排气台

图6、金刚石窗金属化镀膜设备

图7、回旋管性能实验大厅和实验测试平台

研究成果：

针对我国磁约束核聚变装置ECRH系统的重大需求，为实现高性能回旋管器件的国产替代，解决“卡脖子”难题，2021年合肥能源研究院通过自主立项重大培育项目，开展了高功率长脉冲170GHz回旋管的研制工作。项目目标是突破回旋管的关键核心技术，掌握高性能回旋管的工程设计方法、精密制管工艺和性能实验调试等关键核心工艺和技术，研制出170GHz回旋管，并实验验证了回旋管性能，为后续开展高功率长脉冲回旋管工程化生产奠定基础。

能源研究院在高功率长脉冲回旋管研制方面，掌握关键核心技术和工艺；获得了两项研究成果，具有独立自主知识产权！

1. 形成了一套相对完整的回旋管理论分析计算和工程设计的技术方法；

2. 突破并掌握了高功率长脉冲回旋管的加工、组装、焊接、检验、排气等关键工艺，形成了回旋管的制造规范和流程；

突破了高功率回旋管研制的七项关键技术：

1. 高质量磁控注入电子枪优化设计及精密装配，初步形成了制造工艺规范；

2. 高功率回旋管模式选择和杂模抑制方法，掌握了开放式高频谐振腔的结构优化设计和精密加工工艺，突破了高阶模式稳定激励技术难题；

3. 高性能准光模式变换器理论分析和模拟计算，解决了三维建模和精密加工成型的技术瓶颈，实现了高阶波导模式与空间高斯模式的高效转换；

4. 大功率容量输出窗高匹配性能设计与测量技术，大尺寸输能窗片的金属化及高温封接工艺技术；

5. 单级降压收集极技术及收集极磁场周期扫描技术，实现了收集极区域电子轨迹磁控扫描，确保长脉冲回旋管稳定工作的目的。

6. 长脉冲高功率回旋管整管工程结构设计、真空封接工艺和高温处理技术，形成制管工艺流程规范，为回旋管小批量生产制造奠定了基础。

7. 高功率回旋管的性能调试技术，建全了高能波束功率精准测量、输出信号的频谱检测等难题，实现了回旋管性能在线动态检测。

针对磁约束核聚变装置ECRH系统所需的170GHz兆瓦级回旋管，合肥能源研究院在国内率先完成了功率横向输出的170GHz高功率回旋管样管。经过实验调试和性能老练，样管在阴极电压：-36.8 kV，阳极电压：16.5 kV，阴极电流：31.9 A，磁场强度6.4T工作条件下，实现了输出频率169.9GHz、峰值功率/脉冲宽度分布为520kW/0.21s、230KW/4.9s以及130KW、20s的测试成果，横向输出为高斯波束。性能指标达处于国内领先水平。

高性能输能窗制造技术

1、 突破了高性能蓝宝石介质片的匹配设计和高强度真空封接技术，研制直径100mm的170GHz回旋管的输出窗；

2、 突破了人造金刚石窗片的金属化覆膜和高温封接工艺技术，研制出高功率容量金刚石窗。金刚石窗经过高温焊接和烘烤后，真空漏率优于1×10-9 Pa•m3/s。

成果转化：在高功率长脉冲回旋管研制过程中发表相关学术论文8片，申请发明专利5项。