EA044281B1 - PLASMA CONTAINMENT SYSTEM AND METHODS OF ITS USAGE - Google Patents
PLASMA CONTAINMENT SYSTEM AND METHODS OF ITS USAGE Download PDFInfo
- Publication number
- EA044281B1 EA044281B1 EA201991680 EA044281B1 EA 044281 B1 EA044281 B1 EA 044281B1 EA 201991680 EA201991680 EA 201991680 EA 044281 B1 EA044281 B1 EA 044281B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- electrode
- inner electrode
- voltage
- valves
- plasma
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 56
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 77
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 9
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 3
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 claims 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 123
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 9
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 9
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 9
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 8
- YZCKVEUIGOORGS-OUBTZVSYSA-N Deuterium Chemical compound [2H] YZCKVEUIGOORGS-OUBTZVSYSA-N 0.000 description 7
- 229910052805 deuterium Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 6
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 6
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 6
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- YZCKVEUIGOORGS-NJFSPNSNSA-N Tritium Chemical compound [3H] YZCKVEUIGOORGS-NJFSPNSNSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-IGMARMGPSA-N helium-4 atom Chemical class [4He] SWQJXJOGLNCZEY-IGMARMGPSA-N 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 description 1
- WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N rhenium atom Chemical compound [Re] WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 229910052722 tritium Inorganic materials 0.000 description 1
Description
Перекрестная ссылка на родственную заявкуCross reference to related application
Настоящая заявка испрашивает приоритет по предварительной патентной заявке США № 62/462779, которая опубликована 23 февраля 2017 и содержание которой полностью включено в настоящую заявку посредством ссылки.This application claims benefit from U.S. Provisional Patent Application No. 62/462,779, which was published February 23, 2017, the contents of which are incorporated herein by reference in their entirety.
Заявление об исследованиях или разработках, финансируемых из федерального бюджетаStatement of Federally Funded Research or Development
Настоящее изобретение было создано благодаря правительственной помощи в виде грантов №№ DE-AR0000571, DE-FG02-04ER54756 и DE-NA0001860, предоставленных Министерством энергетики (Department of Energy, DOE). Правительство имеет определенные права на настоящее изобретение.The present invention was made possible through government assistance in the form of Grant Nos. DE-AR0000571, DE-FG02-04ER54756 and DE-NA0001860 from the Department of Energy (DOE). The Government has certain rights to the present invention.
Предпосылки создания изобретенияPrerequisites for creating the invention
Если в настоящем изобретении не указано иное, то материалы, описанные в данном разделе, не являются известными из уровня техники по отношению к формуле изобретения в настоящем изобретении и не признаются известными из уровня техники вследствие включения в данный раздел.Unless otherwise stated in the present invention, the materials described in this section are not known in the art with respect to the claims of the present invention and are not considered to be known in the art by virtue of their inclusion in this section.
Ядерный синтез представляет собой процесс слияния двух ядер. При слиянии двух ядер элементов с атомными номерами, меньшими, чем у железа, происходит выделение энергии. Выделение энергии объясняется некоторой разностью масс между реагирующими компонентами с одной стороны и продуктами реакции синтеза с другой стороны и выражается формулой AE=Amc2. Выделение энергии также зависит от притягивающего сильного ядерного взаимодействия между реагирующими ядрами с преодолением силы электростатического отталкивания между реагирующими ядрами.Nuclear fusion is the process of fusing two nuclei. When two nuclei of elements with atomic numbers lower than that of iron fuse, energy is released. The release of energy is explained by a certain mass difference between the reacting components on the one hand and the products of the synthesis reaction on the other hand and is expressed by the formula AE=Amc 2 . Energy release also depends on the attractive strong nuclear force between the reacting nuclei, overcoming the electrostatic repulsion force between the reacting nuclei.
Реакция синтеза, требующая наименьшей температуры плазмы, происходит между дейтерием (ядрами водорода с одним протоном и одним нейтроном) и тритием (ядрами водорода, имеющими один протон и два нейтрона). Эта реакция дает на выходе ядро гелия-4 и нейтрон.The fusion reaction that requires the lowest plasma temperature occurs between deuterium (hydrogen nuclei with one proton and one neutron) and tritium (hydrogen nuclei with one proton and two neutrons). This reaction produces a helium-4 nucleus and a neutron.
Один из подходов достижения ядерного синтеза состоит в возбуждении газа, содержащего реагирующие компоненты синтеза, внутри реакционной камеры. Благодаря ионизации происходит преобразование возбужденного газа в плазму. Для достижения условий по температурам и плотностям, подходящим для синтеза, необходимо удерживать плазму.One approach to achieving nuclear fusion is to excite a gas containing the reacting fusion components inside a reaction chamber. Thanks to ionization, the excited gas is converted into plasma. To achieve conditions of temperatures and densities suitable for synthesis, it is necessary to contain the plasma.
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention
Первый аспект настоящего изобретения относится к системе удержания плазмы, которая содержит внутренний электрод; внешний электрод, который по существу окружает внутренний электрод; один или более первых клапанов, выполненных с возможностью направления газа от внутренней части внутреннего электрода к области ускорения; два или более вторых клапанов, выполненных с возможностью направления газа от внешней части внешнего электрода к области ускорения; и источник питания, выполненный с возможностью прикладывания напряжения между внутренним электродом и внешним электродом. Второй аспект настоящего изобретения относится к способу управления системой удержания плазмы. Способ включает этапы, согласно которым: направляют газ через один или более первых клапанов от внутренней части внутреннего электрода к области ускорения между внутренним электродом и внешним электродом, который по существу окружает внутренний электрод; направляют газ через два или более вторых клапанов от внешней части внешнего электрода к области ускорения; и прикладывают, посредством источника питания, напряжение между внутренним электродом и внешним электродом, что обеспечивает преобразование по меньшей мере части направляемого газа в плазму, имеющую по существу круглое сечение и протекающую в осевом направлении внутри области ускорения в сторону первого конца внутреннего электрода и первого конца внешнего электрода, с последующим получением Zпинч-плазмы, которая протекает между первым концом внешнего электрода и первым концом внутреннего электрода.The first aspect of the present invention relates to a plasma confinement system that includes an internal electrode; an outer electrode that substantially surrounds the inner electrode; one or more first valves configured to direct gas from the interior of the inner electrode to the acceleration region; two or more second valves configured to direct gas from the outer portion of the outer electrode to the acceleration region; and a power supply configured to apply a voltage between the inner electrode and the outer electrode. A second aspect of the present invention relates to a method for controlling a plasma confinement system. The method includes the steps of: directing gas through one or more first valves from an interior portion of the inner electrode to an acceleration region between the inner electrode and the outer electrode that substantially surrounds the inner electrode; directing gas through two or more second valves from the outer portion of the outer electrode to the acceleration region; and applying, by means of a power source, a voltage between the inner electrode and the outer electrode, which converts at least a portion of the directed gas into a plasma having a substantially circular cross-section and flowing in an axial direction within the acceleration region toward the first end of the inner electrode and the first end of the outer electrode electrode, subsequently producing a Zpinch plasma that flows between the first end of the outer electrode and the first end of the inner electrode.
Третий аспект настоящего изобретения относится к системе удержания плазмы, которая содержит: внутренний электрод; промежуточный электрод, который по существу окружает внутренний электрод; внешний электрод, который по существу окружает промежуточный электрод; один или более первых клапанов, выполненных с возможностью направления газа от внутренней части внутреннего электрода к области ускорения между внутренним электродом и промежуточным электродом; два или более вторых клапанов, выполненных с возможностью направления газа от внешней части промежуточного электрода к области ускорения; первый источник питания, выполненный с возможностью прикладывания напряжения между внутренним электродом и промежуточным электродом; и второй источник питания, выполненный с возможностью прикладывания напряжения между внутренним электродом и внешним электродом.A third aspect of the present invention relates to a plasma confinement system which includes: an internal electrode; an intermediate electrode that substantially surrounds the inner electrode; an outer electrode that substantially surrounds the intermediate electrode; one or more first valves configured to direct gas from the inside of the inner electrode to an acceleration region between the inner electrode and the intermediate electrode; two or more second valves configured to direct gas from the outer portion of the intermediate electrode to the acceleration region; a first power supply configured to apply a voltage between the inner electrode and the intermediate electrode; and a second power supply configured to apply a voltage between the inner electrode and the outer electrode.
Четвертый аспект настоящего изобретения относится к способу управления системой удержания плазмы. Способ включает этапы, согласно которым: направляют газ через один или более первых клапанов от внутренней части внутреннего электрода к области ускорения между внутренним электродом и промежуточным электродом, который по существу окружает внутренний электрод; направляют газ через два или более вторых клапанов от внешней части промежуточного электрода к области ускорения; прикладывают, посредством первого источника питания напряжение между внутренним электродом и промежуточным электродом, что обеспечивает преобразование по меньшей мере части направляемого газа в плазму, имеющую по существу круглое сечение и протекающую в осевом направлении внутри области ускорения в сторону первого конца внутреннего электрода и первого конца внешнего электрода; и при- 1 044281 кладывают, посредством второго источника питания напряжение между внутренним электродом и внешним электродом для получения Z-пинч-плазмы, которая протекает между первым концом внешнего электрода и первым концом внутреннего электрода.A fourth aspect of the present invention relates to a method for controlling a plasma confinement system. The method includes the steps of: directing gas through one or more first valves from an interior portion of the inner electrode to an acceleration region between the inner electrode and an intermediate electrode that substantially surrounds the inner electrode; directing gas through two or more second valves from the outer portion of the intermediate electrode to the acceleration region; applying, through a first power source, a voltage between the inner electrode and the intermediate electrode, which converts at least a portion of the directed gas into a plasma having a substantially circular cross-section and flowing in an axial direction within the acceleration region toward the first end of the inner electrode and the first end of the outer electrode ; and applying, through a second power supply, a voltage between the inner electrode and the outer electrode to produce a Z-pinch plasma that flows between the first end of the outer electrode and the first end of the inner electrode.
Пятый аспект настоящего изобретения относится к системе удержания плазмы, которая содержит: внутренний электрод; внешний электрод, который по существу окружает внутренний электрод; промежуточный электрод, который обращен к внутреннему электроду; один или более первых клапанов, выполненных с возможностью направления газа от внутренней части внутреннего электрода к области ускорения между внутренним электродом и внешним электродом; два или более вторых клапанов, выполненных с возможностью направления газа от внешней части внешнего электрода к области ускорения; первый источник питания, выполненный с возможностью прикладывания напряжения между внутренним электродом и внешним электродом; и второй источник питания, выполненный с возможностью прикладывания напряжения между внутренним электродом и промежуточным электродом.A fifth aspect of the present invention relates to a plasma confinement system, which includes: an internal electrode; an outer electrode that substantially surrounds the inner electrode; an intermediate electrode that faces the inner electrode; one or more first valves configured to direct gas from the inside of the inner electrode to an acceleration region between the inner electrode and the outer electrode; two or more second valves configured to direct gas from the outer portion of the outer electrode to the acceleration region; a first power supply configured to apply a voltage between the inner electrode and the outer electrode; and a second power supply configured to apply a voltage between the inner electrode and the intermediate electrode.
Шестой аспект настоящего изобретения относится к способу управления системой удержания плазмы. Способ включает этапы, согласно которым: направляют газ через один или более первых клапанов от внутренней части внутреннего электрода к области ускорения между внутренним электродом и внешним электродом, который по существу окружает внутренний электрод; направляют газ через два или более вторых клапанов от внешней части внешнего электрода к области ускорения; прикладывают, посредством первого источника питания напряжение между внутренним электродом и внешним электродом, что обеспечивает преобразование по меньшей мере части направляемого газа в плазму, имеющую по существу круглое сечение и протекающую в осевом направлении внутри области ускорения в сторону первого конца внутреннего электрода и первого конца внешнего электрода; и прикладывают напряжение с помощью второго источника питания между внутренним электродом и промежуточным электродом для получения Z-пинч-плазмы, которая протекает между промежуточным электродом и первым концом внутреннего электрода, причем промежуточный электрод размещен на первом конце внешнего электрода. При использовании в данном документе термина по существу или приблизительно подразумевается, что названные характеристика, параметр или значение не обязательно должны быть достигнуты в точности, и могут иметь место отклонения или вариации, включая, например, допуски, ошибку измерения, пределы точности измерения и другие факторы, известные специалистам в данной области техники, причем их величина не мешает эффекту, достижение которого призвана обеспечить данная характеристика. В некоторых примерах, раскрытых в данном документе, по существу или приблизительно означает ±5% от названной величины.A sixth aspect of the present invention relates to a method for controlling a plasma confinement system. The method includes the steps of: directing gas through one or more first valves from an interior portion of the inner electrode to an acceleration region between the inner electrode and the outer electrode that substantially surrounds the inner electrode; directing gas through two or more second valves from the outer portion of the outer electrode to the acceleration region; applying, through a first power source, a voltage between the inner electrode and the outer electrode, which converts at least a portion of the directed gas into a plasma having a substantially circular cross-section and flowing in an axial direction within the acceleration region toward the first end of the inner electrode and the first end of the outer electrode ; and applying a voltage using a second power supply between the inner electrode and the intermediate electrode to produce a Z-pinch plasma that flows between the intermediate electrode and the first end of the inner electrode, the intermediate electrode being disposed at the first end of the outer electrode. When a term is used herein substantially or approximately, it is intended that the stated characteristic, parameter or value may not necessarily be achieved exactly and that deviations or variations may occur including, for example, tolerances, measurement error, limits of measurement accuracy and other factors , known to specialists in the art, and their magnitude does not interfere with the effect that this characteristic is intended to achieve. In some examples disclosed herein, substantially or approximately ±5% of the stated value.
Эти, а также другие аспекты, преимущества и альтернативы станут понятны специалистам в данной области техники при прочтении нижеследующего подробного описания со ссылками, там где это необходимо, на сопроводительные чертежи. Кроме того, следует понимать, что данный раздел Раскрытие сущности изобретения и другие описания и фигуры предназначены лишь для иллюстрации настоящего изобретения на примерах и, следовательно, возможны различные вариации.These and other aspects, advantages and alternatives will become apparent to those skilled in the art upon reading the following detailed description with reference, where appropriate, to the accompanying drawings. In addition, it should be understood that this Disclosure of the Invention and other descriptions and figures are intended only to illustrate the present invention by example and, therefore, various variations are possible.
Краткое описание чертежейBrief description of drawings
На фиг. 1 схематически показан вид в разрезе системы удержания плазмы согласно примеру варианта осуществления.In fig. 1 is a schematic cross-sectional view of a plasma confinement system according to an example embodiment.
На фиг. 2 схематически показан вид в разрезе системы удержания плазмы согласно примеру варианта осуществления.In fig. 2 is a schematic cross-sectional view of a plasma confinement system according to an example embodiment.
На фиг. 3 схематически показан вид в разрезе системы удержания плазмы согласно примеру варианта осуществления.In fig. 3 is a schematic cross-sectional view of a plasma confinement system according to an example embodiment.
На фиг. 4 показана блок-схема способа управления системой удержания плазмы согласно примеру варианта осуществления.In fig. 4 is a flowchart of a method for controlling a plasma confinement system according to an example embodiment.
На фиг. 5А показаны некоторые аспекты системы удержания плазмы и способа управления ею согласно примеру варианта осуществления.In fig. 5A illustrates certain aspects of a plasma confinement system and a method for controlling it according to an example embodiment.
На фиг. 5В показаны некоторые аспекты системы удержания плазмы и способа управления ею согласно примеру варианта осуществления.In fig. 5B illustrates certain aspects of a plasma confinement system and a method for controlling it according to an example embodiment.
На фиг. 5С показаны некоторые аспекты системы удержания плазмы и способа управления ею согласно примеру варианта осуществления.In fig. 5C illustrates certain aspects of a plasma confinement system and a method for controlling it according to an example embodiment.
На фиг. 5D показаны некоторые аспекты системы удержания плазмы и способа управления ею согласно примеру варианта осуществления.In fig. 5D illustrates certain aspects of a plasma confinement system and a method for controlling it according to an example embodiment.
На фиг. 5Е показаны некоторые аспекты системы удержания плазмы и способа управления ею согласно примеру варианта осуществления.In fig. 5E illustrates certain aspects of a plasma confinement system and a method for controlling it according to an example embodiment.
На фиг. 5F показаны некоторые аспекты системы удержания плазмы и способа управления ею согласно примеру варианта осуществления.In fig. 5F shows some aspects of a plasma confinement system and a method for controlling it according to an example embodiment.
На фиг. 6 показаны формы сигналов напряжения, относящихся к способу управления системой удержания плазмы, согласно примеру варианта осуществления.In fig. 6 shows voltage waveforms related to a control method of a plasma confinement system according to an example embodiment.
На фиг. 7 показаны профили давления газа, относящиеся к способу управления системой удержания плазмы, согласно примеру варианта осуществления.In fig. 7 shows gas pressure profiles related to a control method for a plasma confinement system according to an example embodiment.
На фиг. 8 показана блок-схема способа управления системой удержания плазмы согласно примеруIn fig. 8 shows a block diagram of a method for controlling a plasma confinement system according to an example.
- 2 044281 варианта осуществления.- 2 044281 embodiments.
На фиг. 9А показаны некоторые аспекты системы удержания плазмы и способа управления ею согласно примеру варианта осуществления.In fig. 9A illustrates certain aspects of a plasma confinement system and a method for controlling it according to an example embodiment.
На фиг. 9В показаны некоторые аспекты системы удержания плазмы и способа управления ею согласно примеру варианта осуществления.In fig. 9B illustrates certain aspects of a plasma confinement system and a method for controlling it according to an example embodiment.
На фиг. 9С показаны некоторые аспекты системы удержания плазмы и способа управления ею согласно примеру варианта осуществления.In fig. 9C illustrates certain aspects of a plasma confinement system and a method for controlling it according to an example embodiment.
На фиг. 9D показаны некоторые аспекты системы удержания плазмы и способа управления ею согласно примеру варианта осуществления.In fig. 9D illustrates certain aspects of a plasma confinement system and a method for controlling it according to an example embodiment.
На фиг. 9Е показаны некоторые аспекты системы удержания плазмы и способа управления ею согласно примеру варианта осуществления.In fig. 9E illustrates certain aspects of a plasma confinement system and a method for controlling it according to an example embodiment.
На фиг. 9F показаны некоторые аспекты системы удержания плазмы и способа управления ею согласно примеру варианта осуществления.In fig. 9F illustrates certain aspects of a plasma confinement system and a method for controlling it according to an example embodiment.
На фиг. 10 показаны формы сигналов напряжения, относящихся к способу управления системой удержания плазмы, согласно примеру варианта осуществления.In fig. 10 shows voltage waveforms related to a control method of a plasma confinement system according to an example embodiment.
На фиг. 11 показаны профили давления газа, относящиеся к системе удержания плазмы, согласно примеру варианта осуществления.In fig. 11 shows gas pressure profiles related to a plasma confinement system according to an example embodiment.
На фиг. 12 показана блок-схема способа управления системой удержания плазмы согласно примеру варианта осуществления.In fig. 12 is a flowchart of a method for controlling a plasma confinement system according to an example embodiment.
На фиг. 13А показаны некоторые аспекты системы удержания плазмы и способа управления ею согласно примеру варианта осуществления.In fig. 13A illustrates certain aspects of a plasma confinement system and a method for controlling it according to an example embodiment.
На фиг. 13В показаны некоторые аспекты системы удержания плазмы и способа управления ею согласно примеру варианта осуществления.In fig. 13B illustrates certain aspects of a plasma confinement system and a method for controlling it according to an example embodiment.
На фиг. 13С показаны некоторые аспекты системы удержания плазмы и способа управления ею согласно примеру варианта осуществления.In fig. 13C illustrates certain aspects of a plasma confinement system and a method for controlling it according to an example embodiment.
На фиг. 13D показаны некоторые аспекты системы удержания плазмы и способа управления ею согласно примеру варианта осуществления.In fig. 13D illustrates certain aspects of a plasma confinement system and a method for controlling it according to an example embodiment.
На фиг. 13Е показаны некоторые аспекты системы удержания плазмы и способа управления ею согласно примеру варианта осуществления.In fig. 13E illustrates certain aspects of a plasma confinement system and a method for controlling it according to an example embodiment.
На фиг. 13F показаны некоторые аспекты системы удержания плазмы и способа управления ею согласно примеру варианта осуществления.In fig. 13F illustrates certain aspects of a plasma confinement system and a method for controlling it according to an example embodiment.
На фиг. 14 показаны формы сигналов напряжения, относящихся к способу управления системой удержания плазмы, согласно примеру варианта осуществления.In fig. 14 shows voltage waveforms related to a control method of a plasma confinement system according to an example embodiment.
На фиг. 15 показаны профили давления газа, относящиеся к способ управления системой удержания плазмы, согласно примеру варианта осуществления.In fig. 15 shows gas pressure profiles related to a method of controlling a plasma confinement system according to an example embodiment.
Осуществление изобретенияCarrying out the invention
В данном документе раскрыты различные варианты осуществления систем удержания плазмы и способов их использования. Раскрытые варианты осуществления, по сравнению с существующими системами и способами, обеспечивают возможность содействия повышению стабильности плазмы, повышению устойчивости срезанного плазменного потока, уменьшению радиуса Z-пинч-плазмы, повышению магнитных полей и/или повышению температуры плазмы. Некоторые из раскрытых вариантов осуществления также обеспечивают возможность независимого управления ускорением плазмы и сжатием плазмы.Various embodiments of plasma confinement systems and methods for using them are disclosed herein. The disclosed embodiments, when compared to existing systems and methods, provide the ability to promote increased plasma stability, increased shear plasma flow stability, decreased Z-pinch plasma radius, increased magnetic fields, and/or increased plasma temperature. Some of the disclosed embodiments also provide the ability to independently control plasma acceleration and plasma compression.
На фиг. 1 схематически показан вид в разрезе системы 100 удержания плазмы. Система 100 удержания плазмы содержит внутренний электрод 102 и внешний электрод 104, который по существу окружает внутренний электрод 102. Система 100 удержания плазмы также содержит один или более первых клапанов 106, выполненных с возможностью направления газа от внутренней части внутреннего электрода 102 к области 110 ускорения между внутренним электродом 102 и внешним электродом 104; и два или более вторых клапанов 112, выполненных с возможностью направления газа от внешней части внешнего электрода 104 к области 110 ускорения. Система 100 удержания плазмы также содержит источник 114 питания, выполненный с возможностью прикладывания напряжения между внутренним электродом 102 и внешним электродом 104.In fig. 1 is a schematic cross-sectional view of a plasma confinement system 100. The plasma confinement system 100 includes an inner electrode 102 and an outer electrode 104 that substantially surrounds the inner electrode 102. The plasma confinement system 100 also includes one or more first valves 106 configured to direct gas from the interior of the inner electrode 102 to the acceleration region 110 between an inner electrode 102 and an outer electrode 104; and two or more second valves 112 configured to direct gas from the outer portion of the outer electrode 104 to the acceleration region 110. The plasma confinement system 100 also includes a power source 114 configured to apply a voltage between the inner electrode 102 and the outer electrode 104.
Внутренний электрод 102 в целом имеет форму электропроводной оболочки (например, из нержавеющей стали), имеющей по существу цилиндрический корпус 116. Внутренний электрод 102 имеет первый конец 118 (например, закругленный конец) и противоположный второй конец 120 (например, по существу круглый конец). Более конкретно, первый конец 118 может иметь коническую форму с закругленной вершиной. Внутренний электрод 102 может содержать один или более трактов или каналов (не показаны) для прохождения газа от указанных одного или более первых клапанов 106 к области 110 ускорения.Inner electrode 102 is generally in the form of an electrically conductive sheath (e.g., stainless steel) having a generally cylindrical body 116. Inner electrode 102 has a first end 118 (e.g., a rounded end) and an opposing second end 120 (e.g., a generally round end) . More specifically, the first end 118 may have a conical shape with a rounded top. The internal electrode 102 may include one or more paths or channels (not shown) for passing gas from the one or more first valves 106 to the acceleration region 110.
Внешний электрод 104 также имеет в целом форму электропроводной оболочки (например, из нержавеющей стали), имеющей по существу цилиндрический корпус 128. Внешний электрод 104 имеет первый конец 122 (например, по существу дискообразный конец) и противоположный второй конец 124The outer electrode 104 also has the general shape of an electrically conductive sheath (e.g., stainless steel) having a generally cylindrical body 128. The outer electrode 104 has a first end 122 (e.g., a generally disc-shaped end) and an opposing second end 124
- 3 044281 (например, по существу круглый конец). Как показано на фиг. 1, первый конец 118 внутреннего электрода 102 расположен между первым концом 122 внешнего электрода 104 и вторым концом 124 внешнего электрода 104. Внешний электрод 104 окружает большую часть внутреннего электрода 102. Внутренний электрод 102 и внешний электрод 104 могут быть концентричными и обладать радиальной симметрией относительно одной и той же оси. Внешний электрод 104 может содержать один или более трактов или каналов (не показаны) для прохождения газа от указанных двух или более вторых клапанов 112 к области 110 ускорения.- 3 044281 (eg substantially round end). As shown in FIG. 1, the first end 118 of the inner electrode 102 is located between the first end 122 of the outer electrode 104 and the second end 124 of the outer electrode 104. The outer electrode 104 surrounds a large portion of the inner electrode 102. The inner electrode 102 and the outer electrode 104 may be concentric and have radial symmetry about one and the same axis. The outer electrode 104 may include one or more paths or channels (not shown) for passing gas from the two or more second valves 112 to the acceleration region 110.
Один или более первых клапанов 106 могут иметь форму газоструйных клапанов, однако они могут включать любые типы клапанов, выполненных с возможностью направления газа (например, водорода или дейтерия) от внутренней части внутреннего электрода 102 к области 110 ускорения между внутренним электродом 102 и внешним электродом 104. Как показано на фиг. 1, один или более первых клапанов 106 размещены в осевом направлении между первым концом 118 внутреннего электрода 102 и вторым концом 120 внутреннего электрода 102. В качестве альтернативы один или более первых клапанов могут быть размещены на первом конце 118 или на втором конце 120 внутреннего электрода 102. Согласно фиг. 1, один или более первых клапанов 106 размещены внутри внутреннего электрода 102, но возможны и другие примеры. Один или более первых клапанов 106 могут управляться путем подачи управляющего напряжения на указанные один или более первых клапанов 106, как описано ниже.The one or more first valves 106 may be in the form of gas jet valves, but may include any type of valve configured to direct gas (e.g., hydrogen or deuterium) from the interior of the inner electrode 102 to the acceleration region 110 between the inner electrode 102 and the outer electrode 104 .As shown in Fig. 1, one or more first valves 106 are located axially between the first end 118 of the internal electrode 102 and the second end 120 of the internal electrode 102. Alternatively, one or more first valves may be located on the first end 118 or on the second end 120 of the internal electrode 102. .According to Fig. 1, one or more first valves 106 are located within the inner electrode 102, but other examples are possible. The one or more first valves 106 may be controlled by applying a control voltage to the one or more first valves 106, as described below.
Область 110 ускорения имеет по существу круглое сечение, определяемое формами внутреннего электрода 102 и внешнего электрода 104.The acceleration region 110 has a substantially circular cross-section defined by the shapes of the inner electrode 102 and outer electrode 104.
Один или более вторых клапанов 112 могут иметь форму газоструйных клапанов, однако они могут включать любые типы клапанов, выполненных с возможностью направления газа (например, водорода или дейтерия) от внешней части внешнего электрода 104 к области 110 ускорения. Как показано на фиг. 1, два или более вторых клапанов 112 размещены в осевом направлении между первым концом 122 внешнего электрода 104 и вторым концом 124 внешнего электрода 104. В качестве альтернативы, указанные два или более вторых клапанов могут быть размещены на втором конце 124 или на первом конце 122. Два или более вторых клапанов 112 будут в целом размещены вокруг внешнего электрода 104. Как показано на фиг. 1, один или более первых клапанов 106 выравнены в осевом направлении с указанными двумя или более вторыми клапанами 112, однако возможны и другие примеры. Два или более вторых клапанов 112 могут управляться путем прикладывания на эти два или более вторых клапанов 112 управляющего напряжения, как описано ниже. Источник 114 питания будет в целом иметь форму батареи конденсаторов, способной накапливать энергию, например, до 500 кДж или до 3-4 МДж. Положительный зажим источника 114 питания может быть соединен с внутренним электродом 102 или, в качестве альтернативы, с внешним электродом 104. Система 100 удержания плазмы содержит область 126 собирания внутри внешнего электрода 104 между первым концом 118 внутреннего электрода 102 и первым концом 122 внешнего электрода 104. Система 100 удержания плазмы выполнена с возможностью удержания Z-пинч-плазмы внутри области 126 собирания, как описано ниже.The one or more second valves 112 may be in the form of gas jet valves, but may include any type of valve configured to direct gas (eg, hydrogen or deuterium) from the outer portion of the outer electrode 104 to the acceleration region 110. As shown in FIG. 1, two or more second valves 112 are located axially between the first end 122 of the outer electrode 104 and the second end 124 of the outer electrode 104. Alternatively, the two or more second valves may be located at the second end 124 or at the first end 122. Two or more second valves 112 will be generally located around the outer electrode 104. As shown in FIG. 1, one or more first valves 106 are axially aligned with said two or more second valves 112, but other examples are possible. The two or more second valves 112 may be controlled by applying a control voltage to the two or more second valves 112, as described below. The power source 114 will generally take the form of a bank of capacitors capable of storing energy, for example, up to 500 kJ or up to 3-4 MJ. The positive terminal of the power supply 114 may be coupled to the inner electrode 102 or, alternatively, to the outer electrode 104. The plasma confinement system 100 includes a collection region 126 within the outer electrode 104 between the first end 118 of the inner electrode 102 and the first end 122 of the outer electrode 104. The plasma confinement system 100 is configured to contain the Z-pinch plasma within the collection region 126, as described below.
Система 100 удержания плазмы также содержит источник 130 газа (например, емкость со сжатым газом) и один или более первых регуляторов 132, выполненных с возможностью регулирования расхода газа от источника 130 газа через соответствующие один или более первых клапанов 106. Соединения (например, трубопроводы) между указанными одним или более регуляторами 132 с одной стороны и указанными одним или более первыми клапанами 106 с другой не показаны на фиг. 1 для упрощения.The plasma confinement system 100 also includes a gas source 130 (e.g., a compressed gas container) and one or more first regulators 132 configured to regulate gas flow from the gas source 130 through respective one or more first valves 106. Connections (e.g., piping) between said one or more regulators 132 on one side and said one or more first valves 106 on the other are not shown in FIG. 1 for simplicity.
Система 100 удержания плазмы также содержит два или более вторых регуляторов 134, выполненных с возможностью регулирования расхода газа от источника 130 газа через соответствующие два или более вторых клапанов 112. Соединения (например, трубопроводы) между указанными одним или более регуляторами 132 с одной стороны и указанными двумя или более первыми клапанами 112 с другой не показаны на фиг. 1 для упрощения.Plasma confinement system 100 also includes two or more second regulators 134 configured to regulate gas flow from gas source 130 through respective two or more second valves 112. Connections (e.g., piping) between said one or more regulators 132 on one side and said two or more first valves 112 on the other are not shown in FIG. 1 for simplicity.
Система 100 удержания плазмы также содержит изолятор 136 между вторым концом 124 внешнего электрода 104 и внутренним электродом 102 для поддержания электрической изоляции между внутренним электродом 102 и внешним электродом 104. Изолятор 136 (например, из керамического материала) в целом имеет круглое сечение.The plasma confinement system 100 also includes an insulator 136 between the second end 124 of the outer electrode 104 and the inner electrode 102 to maintain electrical insulation between the inner electrode 102 and the outer electrode 104. The insulator 136 (eg, ceramic material) has a generally circular cross-section.
Система удержания плазмы также содержит вакуумную камеру 138 (например, емкость из нержавеющей стали), которая по меньшей мере частично окружает внутренний электрод 102 и внешний электрод 104, как показано на фиг. 1. На фиг. 2 показан схематичный вид в разрезе системы 200 удержания плазмы. Система 200 удержания плазмы содержит внутренний электрод 202, промежуточный электрод 203, который по существу окружает внутренний электрод 202, и внешний электрод 204, который по существу окружает промежуточный электрод 203. Система 200 удержания плазмы также содержит один или более первых клапанов 206, выполненных с возможностью направления газа от внутренней части внутреннего электрода 202 к области 210 ускорения между внутренним электродом 202 и промежуточным электродом 203. Система 200 удержания плазмы также содержит два или более вторых клапанов 212, выполненных с возможностью направления газа от внешней части промежуточного электрода 203 к области 210 ускорения. Система 200 удержания плазмы также содержит первый источник 214 питания, выполненный с возможностью прикладывания напряжения между внутренним электродом 202 и проме- 4 044281 жуточным электродом 203, и второй источник 215 питания, выполненный с возможностью прикладывания напряжения между внутренним электродом 202 и внешним электродом 204.The plasma confinement system also includes a vacuum chamber 138 (eg, a stainless steel container) that at least partially surrounds the inner electrode 102 and the outer electrode 104, as shown in FIG. 1. In FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a plasma confinement system 200. The plasma confinement system 200 includes an inner electrode 202, an intermediate electrode 203 that substantially surrounds the inner electrode 202, and an outer electrode 204 that substantially surrounds the intermediate electrode 203. The plasma confinement system 200 also includes one or more first valves 206 configured to directing gas from the interior of the inner electrode 202 to the acceleration region 210 between the inner electrode 202 and the intermediate electrode 203. The plasma confinement system 200 also includes two or more second valves 212 configured to direct gas from the exterior of the intermediate electrode 203 to the acceleration region 210. The plasma confinement system 200 also includes a first power supply 214 configured to apply a voltage between the inner electrode 202 and the intermediate electrode 203, and a second power source 215 configured to apply a voltage between the inner electrode 202 and the outer electrode 204.
Внутренний электрод 202 в целом имеет форму электропроводной оболочки (например, из нержавеющей стали), имеющей по существу цилиндрический корпус 216. Внутренний электрод 202 имеет первый конец 218 (например, закругленный конец) и противоположный второй конец 220 (например, по существу круглый конец). Более конкретно, первый конец 218 может иметь коническую форму с закругленной вершиной. Внутренний электрод 202 в целом сходен с внутренним электродом 102, описанным выше. Внутренний электрод 202 может содержать один или более трактов или каналов (не показаны) для прохождения газа от указанных одного или более первых клапанов 206 к области 210 ускорения.Inner electrode 202 is generally in the form of an electrically conductive sheath (e.g., stainless steel) having a generally cylindrical body 216. Inner electrode 202 has a first end 218 (e.g., a rounded end) and an opposing second end 220 (e.g., a generally round end) . More specifically, the first end 218 may have a conical shape with a rounded top. The inner electrode 202 is generally similar to the inner electrode 102 described above. The internal electrode 202 may include one or more paths or channels (not shown) for passing gas from the one or more first valves 206 to the acceleration region 210.
Внешний электрод 204 также имеет в целом форму электропроводной оболочки (например, из нержавеющей стали), имеющей по существу цилиндрический корпус 228. Первый конец 222 внешнего электрода 204 выполнен по существу дискообразным, а второй конец 224 внешнего электрода выполнен по существу круглым. Внешний электрод 204 окружает большую часть внутреннего электрода 202 и большую часть промежуточного электрода 203. Внутренний электрод 202, промежуточный электрод 203 и внешний электрод 204 могут быть концентричными и обладать радиальной симметрией относительно одной и той же оси. Промежуточный электрод 203 в целом имеет форму электропроводной оболочки (например, из нержавеющей стали), имеющей по существу цилиндрический корпус 229. Промежуточный электрод 203 имеет первый конец 219, который выполнен по существу круглым, и противоположный второй конец 221, который также выполнен по существу круглым. Промежуточный электрод 203 может содержать один или более трактов или каналов (не показаны) для прохождения газа от указанных двух или более вторых клапанов 212 к области 210 ускорения.The outer electrode 204 also has the general shape of an electrically conductive sheath (eg, stainless steel) having a generally cylindrical body 228. The first end 222 of the outer electrode 204 is substantially disk-shaped and the second end 224 of the outer electrode 224 is substantially circular. The outer electrode 204 surrounds the majority of the inner electrode 202 and the majority of the intermediate electrode 203. The inner electrode 202, the intermediate electrode 203, and the outer electrode 204 may be concentric and radially symmetric about the same axis. The intermediate electrode 203 is generally in the form of an electrically conductive sheath (e.g., stainless steel) having a generally cylindrical body 229. The intermediate electrode 203 has a first end 219 that is substantially circular and an opposing second end 221 that is also substantially circular. . The intermediate electrode 203 may include one or more paths or channels (not shown) for passing gas from the two or more second valves 212 to the acceleration region 210.
Первый конец 218 внутреннего электрода 202 расположен между первым концом 222 внешнего электрода 204 и вторым концом 224 внешнего электрода 204. Первый конец 219 промежуточного электрода 203 расположен между первым концом 222 внешнего электрода 204 и вторым концом 224 внешнего электрода 204. Один или более первых клапанов 206 могут иметь форму газоструйных клапанов, однако они могут включать любые типы клапанов, выполненных с возможностью направления газа (например, водорода или дейтерия) от внутренней части внутреннего электрода 202 к области 210 ускорения между внутренним электродом 202 и промежуточным электродом 203. Как показано на фиг. 2, указанные один или более первых клапанов 206 размещены в осевом направлении между первым концом 218 внутреннего электрода 202 и вторым концом 220 внутреннего электрода 202. В качестве альтернативы один или более первых клапанов могут быть размещены на первом конце 218 или на втором конце 220 внутреннего электрода 202. Согласно фиг. 2, один или более первых клапанов 206 размещены внутри внутреннего электрода 202, но возможны и другие примеры. Один или более первых клапанов 206 могут управляться путем подачи управляющего напряжения на указанные один или более первых клапанов 206, как описано ниже.The first end 218 of the inner electrode 202 is located between the first end 222 of the outer electrode 204 and the second end 224 of the outer electrode 204. The first end 219 of the intermediate electrode 203 is located between the first end 222 of the outer electrode 204 and the second end 224 of the outer electrode 204. One or more first valves 206 may take the form of gas jet valves, but may include any type of valve configured to direct gas (eg, hydrogen or deuterium) from the interior of the inner electrode 202 to the acceleration region 210 between the inner electrode 202 and the intermediate electrode 203. As shown in FIG. 2, said one or more first valves 206 are located axially between the first end 218 of the internal electrode 202 and the second end 220 of the internal electrode 202. Alternatively, one or more first valves may be located on the first end 218 or on the second end 220 of the internal electrode 202. Referring to FIG. 2, one or more first valves 206 are located within the inner electrode 202, but other examples are possible. The one or more first valves 206 may be controlled by applying a control voltage to the one or more first valves 206, as described below.
Область 210 ускорения имеет по существу круглое сечение, определяемое формами внутреннего электрода 202 и внешнего электрода 203.The acceleration region 210 has a substantially circular cross-section defined by the shapes of the inner electrode 202 and outer electrode 203.
Один или более вторых клапанов 212 могут иметь форму газоструйных клапанов, однако они могут включать любые типы клапанов, выполненных с возможностью направления газа (например, водорода или дейтерия) от внешней части внешнего электрода 203 к области 210 ускорения. Как показано на фиг. 2, два или более вторых клапанов 212 размещены на втором конце промежуточного электрода 203, но возможны и другие примеры. Эти два или более вторых клапанов 212 размещены, например, за пределами внешнего электрода 204 и за пределами промежуточного электрода 203. В других примерах указанные два или более вторых клапанов 212 могут быть размещены внутри внешнего электрода и за пределами промежуточного электрода. Эти два или более вторых клапанов 212 выполнены с возможностью направления газа между первым изолятором 236 и вторым изолятором 237. Эти два или более вторых клапанов 212 могут управляться путем подачи управляющего напряжения на указанные два или более вторых клапанов 212, как описано ниже.The one or more second valves 212 may be in the form of gas jet valves, but may include any type of valve configured to direct gas (eg, hydrogen or deuterium) from the outer portion of the outer electrode 203 to the acceleration region 210. As shown in FIG. 2, two or more second valves 212 are located at the second end of the intermediate electrode 203, but other examples are possible. The two or more second valves 212 are located, for example, outside the outer electrode 204 and outside the intermediate electrode 203. In other examples, the two or more second valves 212 may be located inside the outer electrode and outside the intermediate electrode. The two or more second valves 212 are configured to direct gas between the first insulator 236 and the second isolator 237. The two or more second valves 212 can be controlled by applying a control voltage to the two or more second valves 212, as described below.
Первый источник 214 питания и второй источник 215 питания будут в целом иметь форму батарей конденсаторов, способных накапливать энергию, например, до 100-200 кДж или до 3-4 МДж.The first power source 214 and the second power source 215 will generally be in the form of capacitor banks capable of storing energy, for example, up to 100-200 kJ or up to 3-4 MJ.
Система 200 удержания плазмы содержит область 226 собирания внутри внешнего электрода 204 между первым концом 218 внутреннего электрода 202 и первым концом 222 внешнего электрода 204. Система 200 удержания плазмы выполнена с возможностью удержания Z-пинч-плазмы внутри области 226 собирания, как описано ниже.The plasma confinement system 200 includes a collection region 226 within the outer electrode 204 between the first end 218 of the inner electrode 202 and the first end 222 of the outer electrode 204. The plasma confinement system 200 is configured to contain the Z-pinch plasma within the collection region 226, as described below.
Система 200 удержания плазмы также содержит источник 230 газа (например, емкость со сжатым газом) и один или более первых регуляторов 232, выполненных с возможностью регулирования расхода газа от источника 230 газа через соответствующие один или более первых клапанов 206. Соединения (например, трубопроводы) между указанными одним или более первыми регуляторами 232 с одной стороны и указанными одним или более первыми клапанами 206 с другой не показаны на фиг. 2 для упрощения.The plasma confinement system 200 also includes a gas source 230 (e.g., a compressed gas container) and one or more first regulators 232 configured to regulate the flow of gas from the gas source 230 through respective one or more first valves 206. Connections (e.g., piping) between said one or more first regulators 232 on one side and said one or more first valves 206 on the other are not shown in FIG. 2 for simplicity.
Система 200 удержания плазмы также содержит два или более вторых регуляторов 234, выполненных с возможностью регулирования расхода газа от источника 230 газа через соответствующие два или более вторых клапанов 212.The plasma confinement system 200 also includes two or more second regulators 234 configured to regulate the flow of gas from the gas source 230 through the corresponding two or more second valves 212.
- 5 044281- 5 044281
Соединения (например, трубопроводы) между указанными одним или более вторыми регуляторамиConnections (e.g., piping) between said one or more second controllers
234 с одной стороны и указанными двумя или более вторыми клапанами 212 с другой не показаны на фиг. 2 для упрощения.234 on one side and said two or more second valves 212 on the other are not shown in FIG. 2 for simplicity.
Система 200 удержания плазмы также содержит первый изолятор 236 между вторым концом 224 внешнего электрода 204 и промежуточным электродом 203. Первый изолятор 236 в целом имеет круглое сечение.The plasma confinement system 200 also includes a first insulator 236 between the second end 224 of the outer electrode 204 and the intermediate electrode 203. The first insulator 236 has a generally circular cross-section.
Система 200 удержания плазмы также имеет второй изолятор 237 между вторым концом 221 промежуточного электрода 203 и внутренним электродом 202. Второй изолятор 237 в целом имеет круглое сечение.The plasma confinement system 200 also has a second insulator 237 between the second end 221 of the intermediate electrode 203 and the inner electrode 202. The second insulator 237 has a generally circular cross-section.
Система 200 удержания плазмы также содержит вакуумную камеру 238 (например, стальную емкость), которая по меньшей мере частично окружает внутренний электрод 202, промежуточный электрод 203 и внешний электрод 204, как показано на фиг. 2.The plasma confinement system 200 also includes a vacuum chamber 238 (eg, a steel container) that at least partially surrounds the inner electrode 202, the intermediate electrode 203, and the outer electrode 204, as shown in FIG. 2.
На фиг. 3 схематически показан вид в разрезе системы 300 удержания плазмы. Система 300 удержания плазмы содержит внутренний электрод 302, внешний электрод 304, который по существу окружат внутренний электрод 302, и промежуточный электрод 303, который обращен к внутреннему электроду 302.In fig. 3 is a schematic cross-sectional view of a plasma confinement system 300. The plasma confinement system 300 includes an inner electrode 302, an outer electrode 304 that substantially surrounds the inner electrode 302, and an intermediate electrode 303 that faces the inner electrode 302.
Система 300 удержания плазмы также содержит один или более первых клапанов 306, выполненных с возможностью направления газа от внутренней части внутреннего электрода 302 к области 310 ускорения между внутренним электродом 302 и внешним электродом 304, и два или более вторых клапанов 312, выполненных с возможностью направления газа от внешней части внешнего электрода 304 к области 310 ускорения.The plasma confinement system 300 also includes one or more first valves 306 configured to direct gas from the interior of the inner electrode 302 to an acceleration region 310 between the internal electrode 302 and the outer electrode 304, and two or more second valves 312 configured to direct the gas. from the outer portion of the outer electrode 304 to the acceleration region 310.
Система 300 удержания плазмы также содержит первый источник 314 питания, выполненный с возможностью прикладывания напряжения между внутренним электродом 302 и внешним электродом 304, и второй источник 315 питания, выполненный с возможностью прикладывания напряжения между внутренним электродом 302 и промежуточным электродом 303.The plasma confinement system 300 also includes a first power supply 314 configured to apply a voltage between the inner electrode 302 and an outer electrode 304, and a second power source 315 configured to apply a voltage between the inner electrode 302 and the intermediate electrode 303.
Внутренний электрод 302 в целом имеет форму электропроводной оболочки (например, из нержавеющей стали), имеющей по существу цилиндрический корпус 316. Внутренний электрод 302 имеет первый конец 318 (например, закругленный конец) и противоположный второй конец 320 (например, по существу круглый конец). Более конкретно, первый конец 318 может иметь коническую форму с закругленной вершиной. Внутренний электрод 302 в целом сходен с вышеописанными внутренним электродом 102 и внутренним электродом 202. Внутренний электрод 302 может содержать один или более трактов или каналов (не показаны) для прохождения газа от указанных одного или более первых клапанов 306 к области 310 ускорения. Внешний электрод 304 также имеет в целом форму электропроводной оболочки (например, из нержавеющей стали), имеющей по существу цилиндрический корпус 328. Первый конец 322 внешнего электрода 304 выполнен по существу круглым, и второй конец 324 внешнего электрода также выполнен по существу круглым. Внешний электрод 304 окружает большую часть внутреннего электрода 302. Внутренний электрод 302 и внешний электрод 304 могут быть концентричными и обладать радиальной симметрией относительно одной и той же оси. Первый конец 318 внутреннего электрода 302 расположен между первым концом 322 внешнего электрода 304 и вторым концом 324 внешнего электрода 304. Внешний электрод 304 может содержать один или более трактов или каналов (не показаны) для прохождения газа от указанных двух или более вторых клапанов 312 к области 310 ускорения. Промежуточный электрод 303 также изготовлен из электропроводного материала (например, из нержавеющей стали) и выполнен по существу дискообразным.Inner electrode 302 is generally in the form of an electrically conductive sheath (e.g., stainless steel) having a generally cylindrical body 316. Inner electrode 302 has a first end 318 (e.g., a rounded end) and an opposing second end 320 (e.g., a generally round end) . More specifically, the first end 318 may have a conical shape with a rounded top. Inner electrode 302 is generally similar to inner electrode 102 and inner electrode 202 described above. Inner electrode 302 may include one or more paths or channels (not shown) for passing gas from said one or more first valves 306 to acceleration region 310. The outer electrode 304 also has the general shape of an electrically conductive sheath (eg, stainless steel) having a generally cylindrical body 328. The first end 322 of the outer electrode 304 is substantially circular, and the second end 324 of the outer electrode is also substantially circular. The outer electrode 304 surrounds the majority of the inner electrode 302. The inner electrode 302 and the outer electrode 304 may be concentric and radially symmetric about the same axis. The first end 318 of the inner electrode 302 is located between the first end 322 of the outer electrode 304 and the second end 324 of the outer electrode 304. The outer electrode 304 may include one or more paths or channels (not shown) for the passage of gas from the two or more second valves 312 to the area 310 acceleration. The intermediate electrode 303 is also made of an electrically conductive material (eg, stainless steel) and is substantially disc-shaped.
Указанные один или более первых клапанов 306 могут иметь форму газоструйных клапанов, однако они могут включать любые типы клапанов, выполненных с возможностью направления газа (например, водорода или дейтерия) от внутренней части внутреннего электрода 302 к области 310 ускорения между внутренним электродом 302 и внешним электродом 304. Как показано на фиг. 3, указанные один или более первых клапанов 306 размещены в осевом направлении между первым концом 318 внутреннего электрода 302 и вторым концом 320 внутреннего электрода 302. В качестве альтернативы, указанные один или более первых клапанов могут быть размещены на первом конце 318 или на втором конце 320 внутреннего электрода 302. Согласно фиг. 3, указанные один или более первых клапанов 306 размещены внутри внутреннего электрода 302, однако возможны и другие примеры. Указанные один или более первых клапанов 306 могут управляться путем подачи управляющего напряжения на указанные один или более первых клапанов 306, как описано ниже.The one or more first valves 306 may be in the form of gas jet valves, however they may include any type of valves configured to direct gas (e.g., hydrogen or deuterium) from the interior of the inner electrode 302 to the acceleration region 310 between the inner electrode 302 and the outer electrode 304. As shown in FIG. 3, said one or more first valves 306 are positioned axially between the first end 318 of the internal electrode 302 and the second end 320 of the internal electrode 302. Alternatively, the one or more first valves may be positioned at the first end 318 or at the second end 320 inner electrode 302. Referring to FIG. 3, the one or more first valves 306 are located within the internal electrode 302, but other examples are possible. The one or more first valves 306 may be controlled by applying a control voltage to the one or more first valves 306, as described below.
Область 310 ускорения имеет по существу круглое сечение, определяемое формами внутреннего электрода 302 и внешнего электрода 304.The acceleration region 310 has a substantially circular cross-section defined by the shapes of the inner electrode 302 and the outer electrode 304.
Указанные два или более вторых клапанов 312 могут иметь форму газоструйных клапанов, однако они могут включать любые типы клапанов, выполненных с возможностью направления газа (например, водорода или дейтерия) от внешней части внешнего электрода 304 к области 310 ускорения. Как показано на фиг. 3, указанные два или более вторых клапанов 312 размещены в осевом направлении между первым концом 322 внешнего электрода 304 и вторым концом 324 внешнего электрода 304. В качестве альтернативы, указанные два или более вторых клапанов могут быть размещены на втором конце 324 или на первом конце 322. Указанные два или более вторых клапанов 312 будут в целом размещеныThe two or more second valves 312 may be in the form of gas jet valves, but may include any type of valve configured to direct gas (eg, hydrogen or deuterium) from the outer portion of the outer electrode 304 to the acceleration region 310. As shown in FIG. 3, the two or more second valves 312 are positioned axially between the first end 322 of the outer electrode 304 and the second end 324 of the outer electrode 304. Alternatively, the two or more second valves may be located at the second end 324 or at the first end 322 Said two or more second valves 312 will be generally arranged
- 6 044281 вокруг (например, за пределами) внешнего электрода 304. Как показано на фиг. 3, указанные один или более первых клапанов 306 выравнены в осевом направлении с указанными двумя или более вторыми клапанами 312, но возможны и другие примеры. Указанные два или более вторых клапанов 312 могут управляться путем прикладывания на эти два или более вторых клапанов 312 управляющего напряжения, как описано ниже. Первый источник 314 питания и второй источник 315 питания будет в целом иметь форму соответствующих батарей конденсаторов, способных накапливать энергию, например, до 100-200 кДж или 3-4 МДж.- 6 044281 around (eg, outside) the outer electrode 304. As shown in FIG. 3, said one or more first valves 306 are axially aligned with said two or more second valves 312, but other examples are possible. The two or more second valves 312 may be controlled by applying a control voltage to the two or more second valves 312, as described below. The first power source 314 and the second power source 315 will generally take the form of respective capacitor banks capable of storing energy, for example, up to 100-200 kJ or 3-4 MJ.
Система 300 удержания плазмы содержит область 326 собирания внутри внешнего электрода 304 между первым концом 318 внутреннего электрода 302 и промежуточным электродом 303. Система 300 удержания плазмы выполнена с возможностью удержания Z-пинч-плазмы внутри области 326 собирания, как описано ниже.The plasma confinement system 300 includes a collection region 326 within the outer electrode 304 between the first end 318 of the inner electrode 302 and the intermediate electrode 303. The plasma confinement system 300 is configured to contain the Z-pinch plasma within the collection region 326, as described below.
Система 300 удержания плазмы также содержит источник 330 газа (например, емкость со сжатым газом) и один или более регуляторов 332, выполненных с возможностью регулирования расхода газа от источника 330 газа через соответствующие один или более первых клапанов 306. Соединения (например, трубопроводы) между указанными одним или более регуляторами 332 с одной стороны и указанными одним или более первыми клапанами 306 с другой не показаны на фиг. 3 для упрощения.The plasma confinement system 300 also includes a gas source 330 (e.g., a compressed gas container) and one or more regulators 332 configured to regulate the flow of gas from the gas source 330 through respective one or more first valves 306. Connections (e.g., piping) between said one or more regulators 332 on one side and said one or more first valves 306 on the other are not shown in FIG. 3 for simplicity.
Система 300 удержания плазмы также содержит два или более вторых регуляторов 334, выполненных с возможностью регулирования расхода газа от источника 330 газа через соответствующие два или более вторых клапанов 312. Соединения (например, трубопроводы) между указанными двумя или более вторыми регуляторами 334 с одной стороны и указанными двумя или более вторыми клапанами 312 с другой не показаны на фиг. 3 для упрощения.Plasma confinement system 300 also includes two or more second regulators 334 configured to regulate gas flow from gas source 330 through respective two or more second valves 312. Connections (e.g., piping) between said two or more second regulators 334 on one side and said two or more second valves 312 on the other are not shown in FIG. 3 for simplicity.
Система 300 удержания плазмы также содержит первый изолятор 336 (например, имеющий круглое сечение) между внешним электродом 304 и внутренним электродом 302 для поддержания электрической изоляции между внутренним электродом 302 и внешним электродом 304.The plasma confinement system 300 also includes a first insulator 336 (e.g., having a circular cross-section) between the outer electrode 304 and the inner electrode 302 to maintain electrical insulation between the inner electrode 302 and the outer electrode 304.
Система 300 удержания плазмы также имеет второй изолятор 337 (например, имеющий круглое сечение) между вторым концом 322 внешнего электрода 304 и промежуточным электродом 303 для поддержания электрической изоляции между промежуточным электродом 303 и внешним электродом 304. Система 300 удержания плазмы также содержит вакуумную камеру 338, которая по меньшей мере частично окружает внутренний электрод 302, промежуточный электрод 303 и/или внешний электрод 304.The plasma confinement system 300 also has a second insulator 337 (e.g., having a circular cross-section) between the second end 322 of the outer electrode 304 and the intermediate electrode 303 to maintain electrical insulation between the intermediate electrode 303 and the outer electrode 304. The plasma confinement system 300 also includes a vacuum chamber 338, which at least partially surrounds the inner electrode 302, the intermediate electrode 303 and/or the outer electrode 304.
На фиг. 4 показана блок-схема способа 400 управления системой удержания плазмы (например, системой 100 удержания плазмы). На фиг. 1, 5A-5F, 6 и 7, рассматриваемых в совокупности, показаны некоторые из аспектов способа 400, описанного ниже. На фиг. 5A-5F, показаны упрощенные изображения частей системы 100 удержания плазмы, а также показаны функции системы 100 удержания плазмы. На этапе 402 способа 400 направляют газ через один или более первых клапанов от внутренней части внутреннего электрода к области ускорения между внутренним электродом и внешним электродом, который по существу окружает внутренний электрод.In fig. 4 shows a flow diagram of a method 400 for controlling a plasma confinement system (eg, plasma confinement system 100). In fig. 1, 5A-5F, 6 and 7, taken together, illustrate some of the aspects of the method 400 described below. In fig. 5A-5F, simplified views of parts of the plasma confinement system 100 are shown, and functions of the plasma confinement system 100 are also shown. At step 402 of method 400, gas is directed through one or more first valves from the inside of the inner electrode to an acceleration region between the inner electrode and the outer electrode that substantially surrounds the inner electrode.
Например, указанные один или более первых клапанов 106 могут направлять газ 412 (см. фиг. 5А-В) от внутренней части внутреннего электрода 102 к области 110 ускорения между внутренним электродом 102 и внешним электродом 104, который по существу окружает внутренний электрод 102. На фиг. 5А показано первоначальное количество газа 412, поступающего к области 110 ускорения, и на фиг. 5В показано дополнительное количество газа 412, поступающего к области 110 ускорения. На фиг. 6 показаны некоторые другие возможные признаки способа 400. Напряжения, формы сигналов и время, показанные на фиг. 6, необязательно показаны в масштабе. В некоторых вариантах осуществления направление газа 412 через указанные один или более первых клапанов 106 включает подачу (с помощью источника питания, такого как батарея конденсаторов, которая не показана) первого клапанного напряжения 420 на указанные один или более первых клапанов 106 (например, на управляющие зажимы указанных одного или более первых клапанов 106) и последующую подачу второго клапанного напряжения 422 (например, с помощью источника питания постоянного тока) на указанные один или более первых клапанов 106.For example, the one or more first valves 106 may direct gas 412 (see FIGS. 5A-B) from the inside of the inner electrode 102 to an acceleration region 110 between the inner electrode 102 and the outer electrode 104, which substantially surrounds the inner electrode 102. fig. 5A shows the initial amount of gas 412 supplied to the acceleration region 110, and FIG. 5B shows an additional amount of gas 412 supplied to the acceleration region 110. In fig. 6 shows some other possible features of the method 400. The voltages, waveforms, and times shown in FIG. 6 are not necessarily shown to scale. In some embodiments, directing gas 412 through said one or more first valves 106 involves applying (via a power source such as a bank of capacitors, which is not shown) a first valve voltage 420 to said one or more first valves 106 (e.g., control terminals said one or more first valves 106) and then applying a second valve voltage 422 (e.g., via a DC power supply) to said one or more first valves 106.
В данном контексте первое клапанное напряжение 420 в целом находится в диапазоне от 270 до 330 В, в диапазоне от 290 до 310 В или в диапазоне от 295 до 305 В. Напряжения, приведенные в данном документе, как правило представляют собой напряжения постоянного тока, если не указано иное. Первое клапанное напряжение 420 может подаваться в течение промежутка времени 424 в диапазоне от 90 до 110 мкс, в диапазоне от 95 до 105 мкс или в диапазоне от 98 до 102 мкс. Следует отметить, что соответствующие сигналы первого клапанного напряжения 420 и второго клапанного напряжения 422 в реальности не будут представлять собой сигналы прямоугольной формы, а будут в целом иметь более плавную форму сигнала с переходным участком между первым клапанным напряжением 420 и вторым клапанным напряжением 422, что характерно для RLC-цепи.In this context, the first valve voltage 420 is generally in the range of 270 to 330 V, in the range of 290 to 310 V, or in the range of 295 to 305 V. The voltages given herein are generally DC voltages if not otherwise stated. The first valve voltage 420 may be applied for a period of time 424 in the range of 90 to 110 μs, in the range of 95 to 105 μs, or in the range of 98 to 102 μs. It should be noted that the respective first valve voltage 420 and second valve voltage 422 signals will not actually be square wave signals, but will generally have a smoother waveform with a transition portion between the first valve voltage 420 and the second valve voltage 422, which is typical for RLC circuit.
Второе клапанное напряжение 422 может находится в диапазоне от 13,5 до 16,5 В, в диапазоне от 14 до 16 В или в диапазоне от 14,5 до 15,5 В. Например, второе клапанное напряжение 422 может подаваться в течение промежутка времени 426 в диапазоне от 0,5 до 5 мс или в диапазоне от 0,65 до 3,5 мс, или в диапазоне от 0,75 до 2 мс. Обычно первое клапанное напряжение 420 выше, чем второе клапанное напряжение 422, и второе клапанное напряжение 422 подается сразу же после подачи первого клапанноThe second valve voltage 422 may be in the range of 13.5 to 16.5 V, in the range of 14 to 16 V, or in the range of 14.5 to 15.5 V. For example, the second valve voltage 422 may be applied for a period of time 426 in the range from 0.5 to 5 ms or in the range from 0.65 to 3.5 ms, or in the range from 0.75 to 2 ms. Typically, the first valve voltage 420 is higher than the second valve voltage 422, and the second valve voltage 422 is applied immediately after the first valve voltage is applied.
- 7 044281 го напряжения 420.- 7 044281 voltage 420.
После приведения в действие указанных одного или более первых клапанов 106, давление 428 газа (см. фиг. 7) вблизи указанных одного или более первых клапанов 106 может находиться в диапазоне от 1000 до 5800 Торр (от 133322 до 773269,7 Па) (например, от 5450 до 5550 Торр (от 726606,9 до 739939,1 Па)) перед приложением напряжения 414 (см. фиг. 6) между внутренним электродом 102 и внешним электродом 104 с помощью источника 114 питания.Upon activation of the one or more first valves 106, the gas pressure 428 (see FIG. 7) in the vicinity of the one or more first valves 106 may be in the range of 1000 to 5800 Torr (133322 to 773269.7 Pa) (for example , from 5450 to 5550 Torr (from 726606.9 to 739939.1 Pa)) before applying a voltage 414 (see Fig. 6) between the inner electrode 102 and the outer electrode 104 using the power supply 114.
Направление газа 412 через указанные один или более первых клапанов 106 может включать открывание указанных одного или более первых клапанов 106 в течение промежутка времени в диапазоне от 1,1 до 2 мс или в диапазоне от 1,3 до 1,5 мс. Кроме того, направление газа 412 через указанные один или более первых клапанов 106 может включать открывание указанных одного или более первых клапанов 106 в течение промежутка времени от 1,0 до 1,6 мс или от 1,3 до 1,5 мс перед приложением напряжения 414 между внутренним электродом 102 и внешним электродом 104 с помощью источника 114 питания.Directing gas 412 through said one or more first valves 106 may involve opening said one or more first valves 106 for a period of time in the range of 1.1 to 2 ms or in the range of 1.3 to 1.5 ms. In addition, directing gas 412 through said one or more first valves 106 may include opening said one or more first valves 106 for a period of time from 1.0 to 1.6 ms or from 1.3 to 1.5 ms before applying voltage 414 between the inner electrode 102 and the outer electrode 104 using a power supply 114.
На этапе 404 способа 400 направляют газ через два или более вторых клапанов от внешней части внешнего электрода к области ускорения. Например, указанные два или более вторых клапанов 112 могут направлять часть газа 412 к области 110 ускорения, как показано на фиг. 5А-5В.At step 404, method 400 directs gas through two or more second valves from the outer portion of the outer electrode to the acceleration region. For example, the two or more second valves 112 may direct a portion of the gas 412 to the acceleration region 110, as shown in FIG. 5A-5B.
В некоторых вариантах осуществления направление газа 412 через указанные два или более вторых клапанов 112 включает подачу (с помощью источника питания, такого как батарея конденсаторов, которая не показана) третьего клапанного напряжения 430 (см. фиг. 6) на указанные два или более вторых клапанов 112 (например, на управляющие зажимы указанных двух или более вторых клапанов 112) и последующую подачу четвертого клапанного напряжения 422 (например, с помощью источника питания постоянного тока) на указанные два или более вторых клапанов 112.In some embodiments, directing gas 412 through said two or more second valves 112 involves applying (via a power source such as a bank of capacitors, which is not shown) a third valve voltage 430 (see FIG. 6) to said two or more second valves. 112 (e.g., to the control terminals of said two or more second valves 112) and then applying a fourth valve voltage 422 (e.g., via a DC power supply) to said two or more second valves 112.
В данном контексте третье клапанное напряжение 430 в целом находится в диапазоне от 270 до 330 В, в диапазоне от 290 до 310 В или в диапазоне от 295 до 305 В. Третье клапанное напряжение 430 может подаваться в течение промежутка времени 434 в диапазоне от 90 до 110 мкс, в диапазоне от 95 до 105 мкс или в диапазоне от 98 до 102 мкс. Следует отметить, что соответствующие сигналы третьего клапанного напряжения 430 и четвертого клапанного напряжения 432 в реальности не будут представлять собой сигналы прямоугольной формы, а будут в целом иметь более плавную форму сигнала с переходным участком между третьим клапанным напряжением 430 и четвертым клапанным напряжением 432, что характерно для RLC-цепи.In this context, the third valve voltage 430 is generally in the range of 270 to 330 V, in the range of 290 to 310 V, or in the range of 295 to 305 V. The third valve voltage 430 may be applied for a period of time 434 in the range of 90 to 110 µs, in the range from 95 to 105 µs or in the range from 98 to 102 µs. It should be noted that the respective third valve voltage 430 and fourth valve voltage 432 signals will not actually be square wave signals, but will generally have a smoother waveform with a transition portion between the third valve voltage 430 and the fourth valve voltage 432, which is typical for RLC circuit.
Четвертое клапанное напряжение 432 в целом находится в диапазоне от 13,5 до 16,5 В, в диапазоне от 14 до 16 В или в диапазоне от 14,5 до 15,5 В. Четвертое клапанное напряжение 432 может подаваться в течение промежутка времени 436 в диапазоне от 0,5 до 5 мс, в диапазоне от 0,65 до 3,5 мс или в диапазоне от 0,75 до 2 мс. Третье клапанное напряжение 450 обычно выше, чем четвертое клапанное напряжение 432. Четвертое клапанное напряжение 432 в целом подается сразу же после подачи третьего клапанного напряжения 430. После приведения в действие указанных двух или более вторых клапанов 112, давление 438 газа (см. фиг. 7) вблизи указанных двух или более вторых клапанов 112 может находиться в диапазоне от 1000 до 5800 Торр (от 133322 до 773269,7 Па) (например, от 5450 до 5550 Торр (от 726606,9 до 739939,1 Па)) перед приложением напряжения 414 между внутренним электродом 102 и внешним электродом 104 с помощью источника 114 питания.The fourth valve voltage 432 is generally in the range of 13.5 to 16.5 V, in the range of 14 to 16 V, or in the range of 14.5 to 15.5 V. The fourth valve voltage 432 may be applied for a period of time 436 in the range of 0.5 to 5 ms, in the range of 0.65 to 3.5 ms, or in the range of 0.75 to 2 ms. The third valve voltage 450 is generally higher than the fourth valve voltage 432. The fourth valve voltage 432 is generally applied immediately after the third valve voltage 430 is applied. After the two or more second valves 112 are actuated, the gas pressure 438 (see FIG. 7 ) in the vicinity of said two or more second valves 112 may be in the range of 1000 to 5800 Torr (e.g., 5450 to 5550 Torr (726606.9 to 739939.1 Pa)) before voltage is applied 414 between the inner electrode 102 and the outer electrode 104 using a power supply 114.
Направление газа 412 через указанные два или более вторых клапанов 112 может включать открывание указанных двух или более вторых клапанов 112 в течение промежутка времени в диапазоне от 0,75 до 1 мс или в диапазоне от 0,8 до 0,95 мс. Кроме того, направление газа 412 через указанные два или более вторых клапанов 112 может включать открывание указанных двух или более вторых клапанов 112 в течение промежутка времени от 0,6 до 1,2 мс или от 0,7 до 0,9 мс перед приложением напряжения 414 между внутренним электродом 102 и внешним электродом 104 с помощью источника 114 питания.Directing gas 412 through said two or more second valves 112 may include opening said two or more second valves 112 for a period of time in the range of 0.75 to 1 ms or in the range of 0.8 to 0.95 ms. In addition, directing gas 412 through said two or more second valves 112 may include opening said two or more second valves 112 for a period of time from 0.6 to 1.2 ms or from 0.7 to 0.9 ms before applying voltage 414 between the inner electrode 102 and the outer electrode 104 using a power supply 114.
После приведения в действие указанных одного или более первых клапанов 106 и указанных двух или более вторых клапанов 112, давление 440 газа (см. фиг. 7) внутри области 110 ускорения может находиться в диапазоне от 1000 до 5800 Торр (от 133322 до 773269,7 Па) (например, от 5450 до 5550 Торр (от 726606,9 до 739939,1 Па)) перед приложением напряжения между внутренним электродом 102 и внешним электродом 104 с помощью источника 114 питания. Давление газа в области ускорения будет в целом снижаться с увеличением расстояния от точки ввода газа и с течением времени с момента прекращения ввода газа к области ускорения.Upon activation of said one or more first valves 106 and said two or more second valves 112, the gas pressure 440 (see FIG. 7) within the acceleration region 110 may be in the range of 1000 to 5800 Torr (133322 to 773269.7 Pa) (e.g., 5450 to 5550 Torr (726606.9 to 739939.1 Pa)) before applying a voltage between the inner electrode 102 and the outer electrode 104 by power supply 114. The gas pressure in the acceleration region will generally decrease with increasing distance from the gas injection point and with the passage of time from the moment gas injection to the acceleration region ceases.
На этапе 406 способа 400 прикладывают, посредством источника питания, напряжение между внутренним электродом и внешним электродом, что обеспечивает преобразование по меньшей мере части направляемого газа в плазму, имеющую по существу круглое сечение и протекающую в осевом направлении внутри области ускорения в сторону первого конца внутреннего электрода и первого конца внешнего электрода, с последующим получением Z-пинч-плазмы, которая протекает между первым концом внешнего электрода и первым концом внутреннего электрода. Например, источник 114 питания может подавать напряжение 414 между внутренним электродом 102 и внешним электродом 104, что обеспечивает преобразование по меньшей мере части направляемого газа 412 в плазму 416 (см. фиг. 5C-5D), имеющую по существу круглое сечение. Благодаря магнитному полю, генерируемому под действием своего собственного тока, плазма 416 имеет возможность протекания в осевом направлении в области 110 ускоAt step 406 of method 400, a voltage is applied, via a power source, between the inner electrode and the outer electrode, which converts at least a portion of the directed gas into a plasma having a substantially circular cross-section and flowing axially within the acceleration region toward the first end of the inner electrode. and a first end of the outer electrode, subsequently producing a Z-pinch plasma that flows between the first end of the outer electrode and the first end of the inner electrode. For example, the power supply 114 may apply a voltage 414 between the inner electrode 102 and the outer electrode 104, which converts at least a portion of the directed gas 412 into a plasma 416 (see FIGS. 5C-5D) having a substantially circular cross-section. Due to the magnetic field generated by its own current, the plasma 416 is able to flow in the axial direction in the region 110
- 8 044281 рения в сторону первого конца 118 внутреннего электрода 102 и первого конца 122 внешнего электрода 104, как показано на фиг. 5C-5D. При выходе плазмы 416 за пределы области 110 ускорения, образуется Z-пинч-плазма 418 (см. фиг. 5E-F), протекающая между первым концом 122 внешнего электрода 104 и первым концом 118 внутреннего электрода 102. Z-пинч-плазма 418 в целом протекает в области 126 собирания внутри внешнего электрода 104 между первым концом 118 внутреннего электрода 102 и первым концом 122 внешнего электрода 104.- 8 044281 rhenium towards the first end 118 of the inner electrode 102 and the first end 122 of the outer electrode 104, as shown in FIG. 5C-5D. When plasma 416 exits the acceleration region 110, a Z-pinch plasma 418 is formed (see FIGS. 5E-F) flowing between the first end 122 of the outer electrode 104 and the first end 118 of the inner electrode 102. Z-pinch plasma 418 in generally flows in the collection region 126 within the outer electrode 104 between the first end 118 of the inner electrode 102 and the first end 122 of the outer electrode 104.
Напряжение 414, подаваемое с помощью источника 114 питания между внутренним электродом 102 и внешним электродом 104, может находиться в диапазоне от 2 до 30 кВ. Напряжение 414 может подаваться в течение промежутка времени 442 (см. фиг. 6) в диапазоне от 50 до 400 мкс.The voltage 414 supplied by the power supply 114 between the inner electrode 102 and the outer electrode 104 may be in the range of 2 kV to 30 kV. Voltage 414 may be applied for a period of time 442 (see FIG. 6) in the range of 50 to 400 μs.
Напряжение 414, прикладываемое между внутренним электродом 102 и внешним электродом 104, способно создавать радиальное электрическое поле в области 110 ускорения в диапазоне от 30 кВ/м до 300 уВ/м.The voltage 414 applied between the inner electrode 102 and the outer electrode 104 is capable of producing a radial electric field in the acceleration region 110 in the range of 30 kV/m to 300 uV/m.
Z-пинч-плазма 418 может образовывать срезанный осевой поток и иметь радиус от 0,1 до 3 нм, ионную температуру от 900 до 2000 эВ, электронную температуру более 500 эВ, плотность ионов более 1х1023 ионов/м3 или плотность электронов 1х1023 электронов/м3, магнитное поле свыше 8 Т, и/или она может быть стабильной в течение по меньшей мере 10 мкс.Z-pinch plasma 418 can produce sheared axial flow and have a radius of 0.1 to 3 nm, an ion temperature of 900 to 2000 eV, an electron temperature of more than 500 eV, an ion density of more than 1x10 23 ions/m 3 or an electron density of 1x10 23 electrons/m 3 , a magnetic field greater than 8 T, and/or it can be stable for at least 10 μs.
На фиг. 8 показана блок-схема способа 800 управления системой удержания плазмы (например, системой 200 удержания плазмы). На фиг. 2, 9A-F, 10 и 11, рассматриваемых в совокупности, показаны некоторые из аспектов способа 800, описанные ниже. Фиг. 9A-F содержат упрощенные схемы частей системы 200 удержания плазмы, а также показывают функции системы 200 удержания плазмы. На этапе 802 способа 800 направляют газ через один или более первых клапанов от внутренней части внутреннего электрода к области ускорения между внутренним электродом и промежуточным электродом, который по существу окружает внутренний электрод.In fig. 8 shows a flow diagram of a method 800 for controlling a plasma confinement system (eg, plasma confinement system 200). In fig. 2, 9A-F, 10 and 11, taken together, illustrate some of the aspects of the method 800 described below. Fig. 9A-F contain simplified diagrams of parts of the plasma confinement system 200 and also show the functions of the plasma confinement system 200. At step 802 of method 800, gas is directed through one or more first valves from the interior of the inner electrode to an acceleration region between the inner electrode and the intermediate electrode that substantially surrounds the inner electrode.
Например, указанные один или более первых клапанов 206 могут направлять газ 812 от внутренней части внутреннего электрода 202 к области 210 ускорения между внутренним электродом 202 и промежуточным электродом 203, который по существу окружает внутренний электрод 202. На фиг. 9А показано первоначальное количество газа 812, поступающего к области 210 ускорения, и на фиг. 9В показано дополнительное количество газа 812, поступающего к области 210 ускорения.For example, the one or more first valves 206 may direct gas 812 from the interior of the inner electrode 202 to an acceleration region 210 between the inner electrode 202 and the intermediate electrode 203 that substantially surrounds the inner electrode 202. FIG. 9A shows the initial amount of gas 812 supplied to the acceleration region 210, and FIG. 9B shows an additional amount of gas 812 supplied to the acceleration region 210.
На фиг. 10 показаны некоторые другие признаки способа 800. Напряжения, формы сигналов и время, показанные на фиг. 10, необязательно показаны в масштабе. В некоторых вариантах осуществления направление газа 812 через указанные один или более первых клапанов 206 включает подачу (с помощью источника питания, такого как батарея конденсаторов, которая не показана) первого клапанного напряжения 820 на указанные один или более первых клапанов 206 (например, на управляющие зажимы указанных одного или более первых клапанов 206) и последующую подачу второго клапанного напряжения 822 (например, с помощью источника питания постоянного тока) на указанные один или более первых клапанов 206. В данном контексте первое клапанное напряжение 820 в целом находится в диапазоне от 270 до 330 В, в диапазоне от 290 до 310 В или в диапазоне от 295 до 305 В. Напряжения, приведенные в данном документе, представляют собой напряжения постоянного тока, если не указано иное. Первое клапанное напряжение 820 может подаваться в течение промежутка времени 824 в диапазоне от 90 до 110 мкс, в диапазоне от 95 до 105 мкс или в диапазоне от 98 до 102 мкс. Следует отметить, что соответствующие сигналы первого клапанного напряжения 820 и второго клапанного напряжения 822 в реальности не будут представлять собой сигналы прямоугольной формы, а будут в целом иметь более плавную форму сигнала с переходным участком между первым клапанным напряжением 820 и вторым клапанным напряжением 822, что характерно для RLC-цепи.In fig. 10 shows some other features of the method 800. The voltages, waveforms, and times shown in FIG. 10 are not necessarily shown to scale. In some embodiments, directing gas 812 through said one or more first valves 206 involves applying (via a power source such as a bank of capacitors, which is not shown) a first valve voltage 820 to said one or more first valves 206 (e.g., control terminals said one or more first valves 206) and then applying a second valve voltage 822 (e.g., via a DC power supply) to said one or more first valves 206. In this context, the first valve voltage 820 is generally in the range of 270 to 330 V, in the range of 290 to 310 V or in the range of 295 to 305 V. The voltages given in this document are DC voltages unless otherwise noted. The first valve voltage 820 may be applied for a period of time 824 in the range of 90 to 110 μs, in the range of 95 to 105 μs, or in the range of 98 to 102 μs. It should be noted that the respective first valve voltage 820 and second valve voltage 822 signals will not actually be square wave signals, but will generally have a smoother waveform with a transition portion between the first valve voltage 820 and the second valve voltage 822, which is typical for RLC circuit.
Второе клапанное напряжение 822 может находиться в диапазоне от 13,5 до 16,5 В, в диапазоне от 14 до 16 В или в диапазоне от 14,5 до 15,5 В. Например, второе клапанное напряжение 822 может подаваться в течение промежутка времени 826 в диапазоне от 0,5 до 5 мс, в диапазоне от 0,65 до 3,5 мс или в диапазоне от 0,75 до 2 мс. Обычно первое клапанное напряжение 820 выше, чем второе клапанное напряжение 822, и это второе клапанное напряжение 822 подается сразу же после подачи первого клапанного напряжения 820.The second valve voltage 822 may be in the range of 13.5 to 16.5 V, in the range of 14 to 16 V, or in the range of 14.5 to 15.5 V. For example, the second valve voltage 822 may be applied for a period of time 826 in the range of 0.5 to 5 ms, in the range of 0.65 to 3.5 ms, or in the range of 0.75 to 2 ms. Typically, the first valve voltage 820 is higher than the second valve voltage 822, and the second valve voltage 822 is applied immediately after the first valve voltage 820 is applied.
После приведения в действие указанных одного или более первых клапанов 206, давление 828 газа (см. фиг. 11) вблизи указанных одного или более первых клапанов 206 может находиться в диапазоне от 1000 до 5800 Торр (от 133322 до 773269,7 Па) (например, от 5450 до 5550 Торр (от 726606,9 до 739939,1 Па)) перед приложением напряжения 814 (см. фиг. 10) между внутренним электродом 202 и промежуточным электродом 203 с помощью источника 214 питания.After activation of the one or more first valves 206, the gas pressure 828 (see FIG. 11) in the vicinity of the one or more first valves 206 may be in the range of 1000 to 5800 Torr (133322 to 773269.7 Pa) (for example , from 5450 to 5550 Torr (726606.9 to 739939.1 Pa)) before applying a voltage 814 (see FIG. 10) between the inner electrode 202 and the intermediate electrode 203 using the power supply 214.
Направление газа 812 через указанные один или более первых клапанов 206 может включать открывание указанных одного или более первых клапанов 206 в течение промежутка времени в диапазоне от 1,1 до 2 мс или в диапазоне от 1,3 до 15 мс. Кроме того, направление газа 812 через указанные один или более первых клапанов 206 может включать открывание указанных одного или более первых клапанов 206 в течение промежутка времени от 1,0 до 1,6 мс или от 1,3 до 1,5 мс перед приложением напряжения 814 между внутренним электродом 202 и промежуточным электродом 203 с помощью источника 214 питания.Directing gas 812 through said one or more first valves 206 may include opening said one or more first valves 206 for a period of time in the range of 1.1 to 2 ms or in the range of 1.3 to 15 ms. In addition, directing gas 812 through said one or more first valves 206 may include opening said one or more first valves 206 for a period of time from 1.0 to 1.6 ms or from 1.3 to 1.5 ms before applying voltage 814 between the inner electrode 202 and the intermediate electrode 203 using a power supply 214.
- 9 044281- 9 044281
На этапе 804 способа 800 направляют газ через указанные два или более вторых клапанов от внешней части промежуточного электрода к области ускорения. Например, указанные два или более вторых клапанов 212 могут направлять часть газа 812 к области 210 ускорения, как показано на фиг. 9А-9В.At step 804 of the method 800, gas is directed through said two or more second valves from the outer portion of the intermediate electrode to the acceleration region. For example, the two or more second valves 212 may direct a portion of the gas 812 to the acceleration region 210, as shown in FIG. 9A-9B.
В некоторых вариантах осуществления направление газа 812 через указанные два или более вторых клапанов 212 включает подачу (с помощью источника питания, такого как батарея конденсаторов, которая не показана) третьего клапанного напряжения 830 на указанные два или более вторых клапанов 212 (например, на управляющие зажимы указанных двух или более вторых клапанов 212) и последующую подачу четвертого клапанного напряжения 832 (например, с помощью источника питания постоянного тока) на указанные два или более вторых клапанов 212.In some embodiments, directing gas 812 through said two or more second valves 212 involves applying (via a power source such as a bank of capacitors, which is not shown) a third valve voltage 830 to said two or more second valves 212 (e.g., control terminals said two or more second valves 212) and then applying a fourth valve voltage 832 (e.g., via a DC power supply) to said two or more second valves 212.
В данном контексте третье клапанное напряжение 830 в целом находится в диапазоне от 270 до 330 В, в диапазоне от 290 до 310 В или в диапазоне от 295 до 305 В. Третье клапанное напряжение 830 может подаваться в течение промежутка времени 834 в диапазоне от 90 до 110 мкс, в диапазоне от 95 до 105 мкс или в диапазоне от 98 до 102 мкс. Следует отметить, что соответствующие сигналы третьего клапанного напряжения 830 и четвертого клапанного напряжения 832 в реальности не будут представлять собой сигналы прямоугольной формы, а будут в целом иметь более плавную форму сигнала с переходным участком между третьим клапанным напряжением 830 и четвертым клапанным напряжением 832, что характерно для RLC-цепи.In this context, the third valve voltage 830 is generally in the range of 270 to 330 V, in the range of 290 to 310 V, or in the range of 295 to 305 V. The third valve voltage 830 may be applied for a period of time 834 in the range of 90 to 110 µs, in the range from 95 to 105 µs or in the range from 98 to 102 µs. It should be noted that the respective third valve voltage 830 and fourth valve voltage 832 signals will not actually be square wave signals, but will generally have a smoother waveform with a transition portion between the third valve voltage 830 and the fourth valve voltage 832, which is typical for RLC circuit.
Четвертое клапанное напряжение 832 в целом находится в диапазоне от 13,5 до 16,5 В, в диапазоне от 14 до 16 В или в диапазоне от 14,5 до 15,5 В. Четвертое клапанное напряжение 832 может подаваться в течение промежутка времени 836 в диапазоне от 0,5 до 5 мс, в диапазоне от 0,65 до 3,5 мс или в диапазоне от 0,75 до 2 мс.The fourth valve voltage 832 is generally in the range of 13.5 to 16.5 V, in the range of 14 to 16 V, or in the range of 14.5 to 15.5 V. The fourth valve voltage 832 may be applied for a period of time 836 in the range of 0.5 to 5 ms, in the range of 0.65 to 3.5 ms, or in the range of 0.75 to 2 ms.
Третье клапанное напряжение 830 обычно выше, чем четвертое клапанное напряжение 832. Четвертое клапанное напряжение 832 в целом подается сразу же после подачи третьего клапанного напряжения 830.The third valve voltage 830 is generally higher than the fourth valve voltage 832. The fourth valve voltage 832 is generally applied immediately after the third valve voltage 830 is applied.
После приведения в действие указанных двух или более вторых клапанов 212, давление 838 газа (см. фиг. 11) вблизи указанных двух или более вторых клапанов 212 может находиться в диапазоне от 1000 до 5800 Торр (от 133322 до 773269,7 Па) (например, от 5450 до 5550 Торр (от 726606,9 до 739939,1 Па)) перед приложением напряжения 814 между внутренним электродом 202 и внешним электродом 203 с помощью источника 214 питания.Upon activation of the two or more second valves 212, the gas pressure 838 (see FIG. 11) in the vicinity of the two or more second valves 212 may be in the range of 1000 to 5800 Torr (133322 to 773269.7 Pa) (for example , from 5450 to 5550 Torr (from 726606.9 to 739939.1 Pa)) before applying a voltage 814 between the inner electrode 202 and the outer electrode 203 using the power supply 214.
Направление газа 812 через указанные два или более вторых клапанов 212 может включать открывание указанных двух или более вторых клапанов 212 в течение промежутка времени в диапазоне от 0,75 до 1 мс или в диапазоне от 0,8 до 0,95 мс. Кроме того, направление газа 812 через указанные два или более вторых клапанов 212 может включать отрывание указанных двух или более вторых клапанов 212 в течение промежутка времени от 0,6 до 1,2 мс или от 0,7 до 0,9 мс перед приложением напряжения 814 между внутренним электродом 202 и промежуточным электродом 203 с помощью источника 214 питания.Directing gas 812 through said two or more second valves 212 may include opening said two or more second valves 212 for a period of time in the range of 0.75 to 1 ms or in the range of 0.8 to 0.95 ms. In addition, directing gas 812 through said two or more second valves 212 may involve opening said two or more second valves 212 for a period of 0.6 to 1.2 ms or 0.7 to 0.9 ms before applying voltage. 814 between the inner electrode 202 and the intermediate electrode 203 using a power supply 214.
После приведения в действие указанных одного или более первых клапанов 206, давление 840 газа (см. фиг. 11) в области 210 ускорения может находиться в диапазоне от 1000 до 5800 Торр (от 133322 до 773269,7 Па) (например, от 5450 до 5550 Торр (от 726606,9 до 739939,1 Па)) перед приложением напряжения 814 между внутренним электродом 102 и промежуточным электродом 203 с помощью источника 214 питания. Давление газа в области ускорения будет в целом снижаться с увеличением расстояния от точки ввода газа и с течением времени с момента прекращения ввода газа к области ускорения.After actuating the one or more first valves 206, the gas pressure 840 (see FIG. 11) in the acceleration region 210 may be in the range of 1000 to 5800 Torr (133322 to 773269.7 Pa) (for example, 5450 to 5550 Torr (726606.9 to 739939.1 Pa)) before applying a voltage 814 between the inner electrode 102 and the intermediate electrode 203 using the power supply 214. The gas pressure in the acceleration region will generally decrease with increasing distance from the gas injection point and with the passage of time from the moment gas injection to the acceleration region ceases.
На этапе 806 способа 800 прикладывают, посредством источника питания, напряжение между внутренним электродом и промежуточным электродом, что обеспечивает преобразование по меньшей мере части направляемого газа в плазму, имеющую по существу круглое сечение и протекающую в осевом направлении в области ускорения в сторону первого конца внутреннего электрода и первого конца внешнего электрода.At step 806 of method 800, a voltage is applied, via a power source, between the inner electrode and the intermediate electrode, which converts at least a portion of the directed gas into a plasma having a substantially circular cross-section and flowing axially in the acceleration region toward the first end of the inner electrode. and the first end of the outer electrode.
Например, первый источник 214 питания может подавать напряжение 814 (см. фиг. 10) между внутренним электродом 202 и промежуточным электродом 203, что обеспечивает преобразование по меньшей мере части направляемого газа 812 в плазму 816 (см. фиг. 9C-9D), имеющую по существу круглое сечение. Благодаря магнитному полю, генерируемому под действием своего собственного тока, плазма 816 имеет возможность протекания в осевом направлении в области 210 ускорения в сторону первого конца 218 внутреннего электрода 202 и первого конца 222 внешнего электрода 204, как показано на фиг. 9C-D.For example, the first power supply 214 may apply a voltage 814 (see FIG. 10) between the inner electrode 202 and the intermediate electrode 203, which converts at least a portion of the directed gas 812 into a plasma 816 (see FIGS. 9C-9D) having essentially circular in cross-section. Due to the magnetic field generated by its own current, the plasma 816 is allowed to flow axially in the acceleration region 210 toward the first end 218 of the inner electrode 202 and the first end 222 of the outer electrode 204, as shown in FIG. 9C-D.
Напряжение 814, подаваемое с помощью источника 214 питания между внутренним электродом 202 и промежуточным электродом 203, может находиться в диапазоне от 2 кВ до 30 кВ. Напряжение 814 может подаваться в течение промежутка времени 842 (см. фиг. 10) в диапазоне от 50 до 400 мкс.The voltage 814 supplied by the power supply 214 between the inner electrode 202 and the intermediate electrode 203 may be in the range of 2 kV to 30 kV. Voltage 814 may be applied for a period of time 842 (see FIG. 10) in the range of 50 to 400 μs.
Напряжение 814, прикладываемое между внутренним электродом 202 и промежуточным электродом 203, способно создавать радиальное электрическое поле в области 210 ускорения в диапазоне от 30 до 500 кВ/м.The voltage 814 applied between the inner electrode 202 and the intermediate electrode 203 is capable of producing a radial electric field in the acceleration region 210 in the range of 30 to 500 kV/m.
На этапе 808 способа 800 с помощью второго источника питания прикладывают напряжение между внутренним электродом и внешним электродом для получения Z-пинч-плазмы, которая протекает междуAt step 808 of method 800, using a second power source, a voltage is applied between the inner electrode and the outer electrode to produce a Z-pinch plasma that flows between
- 10 044281 первым концом внешнего электрода и первым концом внутреннего электрода.- 10 044281 the first end of the outer electrode and the first end of the inner electrode.
Например, второй источник 215 питания может подавать напряжение 815 (см. фиг. 10) между внутренним электродом 202 и внешним электродом 204 для получения Z-пинч-плазмы 818 (см. фиг. 9E-F), которая протекает между первым концом 222 внешнего электрода 204 и первым концом 218 внутреннего электрода 202. При выходе плазмы 816 за пределы области 210 ускорения, образуется Z-пинч-плазма 818 в области 226 собирания внутри внешнего электрода 204 между первым концом 218 внутреннего электрода 202 и первым концом 222 внешнего электрода 204. Следует отметить, что этапы 806 и 808 также могут быть осуществлены с помощью других средств регулирования (a) напряжения между внутренним электродом 202 и промежуточным электродом 203 и (b) напряжения между промежуточным электродом 203 и внешним электродом 204, как будет понятно специалистам в данной области техники. Например, источник питания может подавать напряжение между промежуточным электродом 203 и внешним электродом 204, а не между внутренним электродом и внешним электродом.For example, the second power supply 215 may apply a voltage 815 (see FIG. 10) between the inner electrode 202 and the outer electrode 204 to produce a Z-pinch plasma 818 (see FIG. 9E-F) that flows between the first end 222 of the outer electrode 204 and the first end 218 of the inner electrode 202. When the plasma 816 leaves the acceleration region 210, a Z-pinch plasma 818 is formed in the collection region 226 within the outer electrode 204 between the first end 218 of the inner electrode 202 and the first end 222 of the outer electrode 204. It should be noted that steps 806 and 808 may also be accomplished by other means of adjusting (a) the voltage between the inner electrode 202 and the intermediate electrode 203 and (b) the voltage between the intermediate electrode 203 and the outer electrode 204, as will be appreciated by those skilled in the art. technology. For example, the power supply may supply voltage between the intermediate electrode 203 and the outer electrode 204 rather than between the inner electrode and the outer electrode.
Прикладывание напряжения между внутренним электродом 202 и внешним электродом 204 может включать начало прикладывания напряжения между внутренним электродом 202 и внешним электродом 204 через 17-27 мкм или 19-22 мкс после начала прикладывания напряжения между внутренним электродом 202 и промежуточным электродом 203.Applying a voltage between the inner electrode 202 and the outer electrode 204 may include beginning to apply a voltage between the inner electrode 202 and the outer electrode 204 17-27 μm or 19-22 μs after the start of applying the voltage between the inner electrode 202 and the intermediate electrode 203.
Напряжение 815, подаваемое источником 215 питания между внутренним электродом 202 и внешним электродом 204, в целом находится в диапазоне от 2 кВ до 30 кВ. Напряжение 815 может подаваться в течение промежутка времени 844 в диапазоне 50-400 мкс.The voltage 815 supplied by the power supply 215 between the inner electrode 202 and the outer electrode 204 is generally in the range of 2 kV to 30 kV. The voltage 815 may be applied for a period of time 844 in the range of 50-400 μs.
Z-пинч-плазма 818 может образовывать срезанный осевой поток и иметь радиус от 0,1 мм до 5 мм, ионную температуру от 900 до 2000 эВ, электронную температуру более 500 эВ, плотность ионов более 1х1023 ионов/м3 или плотность электронов 1х1023 электронов/м3, магнитное поле свыше 8 Т, и/или она может быть стабильной в течение по меньшей мере 10 мкс.Z-pinch plasma 818 can produce sheared axial flow and have a radius from 0.1 mm to 5 mm, an ion temperature from 900 to 2000 eV, an electron temperature greater than 500 eV, an ion density greater than 1x10 23 ions/m 3 or an electron density of 1x10 23 electrons/m 3 , magnetic field greater than 8 T, and/or it can be stable for at least 10 μs.
На фиг. 12 показана блок-схема способа 900 управления системой удержания плазмы (например, системой 300 удержания плазмы). На фиг. 3, 13A-F, 14 и 15, рассматриваемых в совокупности, показаны некоторые из аспектов способа 900, описанного ниже. На фиг. 13A-F показаны упрощенные схемы частей системы 300 удержания плазмы, а также показаны функции системы 300 удержания плазмы. На этапе 902 способа 900 направляют газ через указанные один или более первых клапанов от внутренней части внутреннего электрода к области ускорения между внутренним электродом и внешним электродом, который по существу окружает внутренний электрод.In fig. 12 shows a flow diagram of a method 900 for controlling a plasma confinement system (eg, plasma confinement system 300). In fig. 3, 13A-F, 14 and 15, taken together, illustrate some of the aspects of the method 900 described below. In fig. 13A-F show simplified diagrams of parts of the plasma confinement system 300, and also show the functions of the plasma confinement system 300. At step 902 of the method 900, gas is directed through said one or more first valves from the interior of the inner electrode to an acceleration region between the inner electrode and the outer electrode that substantially surrounds the inner electrode.
Например, указанные один или более первых клапанов 306 могут направлять газ 912 (см. фиг. 13А-В) от внутренней части внутреннего электрода 302 к области 310 ускорения между внутренним электродом 302 и внешним электродом 304, который по существу окружает внутренний электрод 302. На фиг. 13А показано первоначальное количество газа 912, поступающего к области 310 ускорения, и на фиг. 13В показано дополнительное количество газа 912, поступающего к области 310 ускорения. На фиг. 14 показаны некоторые другие возможные признаки способа 900. Напряжения, формы сигналов и время, показанные на фиг. 6, необязательно показаны в масштабе. В некоторых вариантах осуществления направление газа 912 через указанные один или более первых клапанов 306 включает подачу (с помощью источника питания, такого как батарея конденсаторов, которая не показана) первого клапанного напряжения 920 на указанные один или более первых клапанов 306 (например, на управляющие зажимы указанных одного или более первых клапанов 306) и последующую подачу второго клапанного напряжения 922 (например, с помощью источника питания постоянного тока) на указанные один или более первых клапанов 306.For example, the one or more first valves 306 may direct gas 912 (see FIGS. 13A-B) from the interior of the inner electrode 302 to an acceleration region 310 between the inner electrode 302 and the outer electrode 304, which substantially surrounds the inner electrode 302. fig. 13A shows the initial amount of gas 912 supplied to the acceleration region 310, and FIG. 13B shows an additional amount of gas 912 supplied to the acceleration region 310. In fig. 14 shows some other possible features of the method 900. The voltages, waveforms, and times shown in FIG. 6 are not necessarily shown to scale. In some embodiments, directing gas 912 through said one or more first valves 306 involves applying (via a power source such as a bank of capacitors, which is not shown) a first valve voltage 920 to said one or more first valves 306 (e.g., control terminals said one or more first valves 306) and then applying a second valve voltage 922 (e.g., via a DC power supply) to said one or more first valves 306.
В данном контексте первое клапанное напряжение 920 в целом находится в диапазоне от 270 до 330 В, в диапазоне от 290 до 310 В или в диапазоне от 295 до 305 В. Напряжения, приведенные в данном документе, как правило представляют собой напряжения постоянного тока, если не указано иное. Первое клапанное напряжение 920 может подаваться в течение промежутка времени 924 в диапазоне от 90 до 110 мкс, в диапазоне от 95 до 105 мкс или в диапазоне от 98 до 102 мкс. Следует отметить, что соответствующие сигналы первого клапанного напряжения 920 и второго клапанного напряжения 922 в реальности не будут представлять собой сигналы прямоугольной формы, а будут в целом иметь более плавную форму сигнала с переходным участком между первым клапанным напряжением 920 и вторым клапанным напряжением 922, что характерно для RLC-цепи.As used herein, the first valve voltage 920 is generally in the range of 270 to 330 V, in the range of 290 to 310 V, or in the range of 295 to 305 V. The voltages given herein are generally DC voltages if not otherwise stated. The first valve voltage 920 may be applied for a period of time 924 in the range of 90 to 110 μs, in the range of 95 to 105 μs, or in the range of 98 to 102 μs. It should be noted that the respective first valve voltage 920 and second valve voltage 922 signals will not actually be square wave signals, but will generally have a smoother waveform with a transition portion between the first valve voltage 920 and the second valve voltage 922, which is typical for RLC circuit.
Второе клапанное напряжение 922 может находится в диапазоне от 13,5 до 16,5 В, в диапазоне от 14 до 16 В или в диапазоне от 14,5 до 15,5 В. Например, второе клапанное напряжение 922 может подаваться в течение промежутка времени 926 в диапазоне от 0,5 до 5 мс, в диапазоне от 0,65 до 3,5 мс, или в диапазоне от 0,75 до 2 мс. Обычно первое клапанное напряжение 920 выше, чем второе клапанное напряжение 922, и второе клапанное напряжение 922 подается сразу же после подачи первого клапанного напряжения 920.The second valve voltage 922 may be in the range of 13.5 to 16.5 V, in the range of 14 to 16 V, or in the range of 14.5 to 15.5 V. For example, the second valve voltage 922 may be applied for a period of time 926 in the range of 0.5 to 5 ms, in the range of 0.65 to 3.5 ms, or in the range of 0.75 to 2 ms. Typically, the first valve voltage 920 is higher than the second valve voltage 922, and the second valve voltage 922 is applied immediately after the first valve voltage 920 is applied.
После приведения в действие указанных одного или более первых клапанов 306, давление 928 газа (см. фиг. 15) вблизи указанных одного или более первых клапанов 306 может находиться в диапазоне от 1000 до 5800 Торр (от 133322 до 773269,7 Па) (например, от 5450 до 5550 Торр (от 726606,9 до 739939,1 Па)) перед приложением напряжения 914 (см. фиг. 14) между внутренним электродом 302 иUpon activation of the one or more first valves 306, the gas pressure 928 (see FIG. 15) in the vicinity of the one or more first valves 306 may be in the range of 1000 to 5800 Torr (133322 to 773269.7 Pa) (for example , 5450 to 5550 Torr (726606.9 to 739939.1 Pa)) before applying voltage 914 (see FIG. 14) between inner electrode 302 and
- 11 044281 внешним электродом 304 с помощью источника 314 питания.- 11 044281 external electrode 304 using power supply 314.
Направление газа 912 через указанные один или более первых клапанов 306 может включать открывание указанных одного или более первых клапанов 306 в течение промежутка времени в диапазоне от 1,1 до 2 мс или в диапазоне от 1,3 до 1,5 мс. Кроме того, направление газа 912 через указанные один или более первых клапанов 306 может включать открывание указанных одного или более первых клапанов 306 в течение промежутка времени от 1,0 до 1,6 мс или от 1,3 до 1,5 мс перед приложением напряжения 914 между внутренним электродом 302 и внешним электродом 304 с помощью источника 314 питания. На этапе 904 способа 900 направляют газ через два или более вторых клапанов от внешней части внешнего электрода к области ускорения. Например, указанные два или более вторых клапанов 312 могут направлять часть газа 912 к области 310 ускорения, как показано на фиг. 13А-В.Directing gas 912 through said one or more first valves 306 may include opening said one or more first valves 306 for a period of time in the range of 1.1 to 2 ms or in the range of 1.3 to 1.5 ms. In addition, directing gas 912 through said one or more first valves 306 may include opening said one or more first valves 306 for a period of time from 1.0 to 1.6 ms or from 1.3 to 1.5 ms before applying voltage 914 between the inner electrode 302 and the outer electrode 304 using a power supply 314. At step 904, method 900 directs gas through two or more second valves from the outer portion of the outer electrode to the acceleration region. For example, the two or more second valves 312 may direct a portion of the gas 912 to the acceleration region 310, as shown in FIG. 13A-B.
В некоторых вариантах осуществления направление газа 912 через указанные два или более вторых клапанов 312 включает подачу (с помощью источника питания, такого как батарея конденсаторов, которая не показана) третьего клапанного напряжения 930 (см. фиг. 14) на указанные два или более вторых клапанов 312 (например, на управляющие зажимы указанных двух или более вторых клапанов 312) и последующую подачу четвертого клапанного напряжения 932 (например, с помощью источника питания постоянного тока) на указанные два или более вторых клапанов 312.In some embodiments, directing gas 912 through said two or more second valves 312 involves applying (via a power source such as a bank of capacitors, which is not shown) a third valve voltage 930 (see FIG. 14) to said two or more second valves. 312 (e.g., to the control terminals of said two or more second valves 312) and then applying a fourth valve voltage 932 (e.g., via a DC power supply) to said two or more second valves 312.
В данном контексте третье клапанное напряжение 930 в целом находится в диапазоне от 270 до 330 В, в диапазоне от 290 до 310 В или в диапазоне от 295 до 305 В. Третье клапанное напряжение 930 может подаваться в течение промежутка времени 934 в диапазоне от 90 до 110 мкс, в диапазоне от 95 до 105 мкс или в диапазоне от 98 до 102 мкс. Следует отметить, что соответствующие сигналы третьего клапанного напряжения 930 и четвертого клапанного напряжения 932 в реальности не будут представлять собой сигналы прямоугольной формы, а будут в целом иметь более плавную форму сигнала с переходным участком между третьим клапанным напряжением 930 и четвертым клапанным напряжением 932, что характерно для RLC-цепи.In this context, the third valve voltage 930 is generally in the range of 270 to 330 V, in the range of 290 to 310 V, or in the range of 295 to 305 V. The third valve voltage 930 may be applied for a period of time 934 in the range of 90 to 110 µs, in the range from 95 to 105 µs or in the range from 98 to 102 µs. It should be noted that the respective third valve voltage 930 and fourth valve voltage 932 signals will not actually be square wave signals, but will generally have a smoother waveform with a transition portion between the third valve voltage 930 and the fourth valve voltage 932, which is typical for RLC circuit.
Четвертое клапанное напряжение 932 в целом находится в диапазоне от 13,5 до 16,5 В, в диапазоне от 14 до 16 В или в диапазоне от 14,5 до 15,5 В. Четвертое клапанное напряжение 932 может подаваться в течение промежутка времени 936 в диапазоне от 0,5 до 5 мс, в диапазоне от 0,65 до 3,5 мс или в диапазоне от 0,75 до 2 мс. Третье клапанное напряжение 930 обычно выше, чем четвертое клапанное напряжение 932. Четвертое клапанное напряжение 932 в целом подается сразу же после подачи третьего клапанного напряжения 930.The fourth valve voltage 932 is generally in the range of 13.5 to 16.5 V, in the range of 14 to 16 V, or in the range of 14.5 to 15.5 V. The fourth valve voltage 932 may be applied for a period of time 936 in the range of 0.5 to 5 ms, in the range of 0.65 to 3.5 ms, or in the range of 0.75 to 2 ms. The third valve voltage 930 is generally higher than the fourth valve voltage 932. The fourth valve voltage 932 is generally applied immediately after the third valve voltage 930 is applied.
После приведения в действие указанных двух или более вторых клапанов 312, давление 938 газа (см. фиг. 15) вблизи указанных двух или более вторых клапанов 312 может находиться в диапазоне от 1000 до 5800 Торр (от 133322 до 773269,7 Па) (например, от 5450 до 5550 Торр (от 726606,9 до 739939,1 Па)) перед приложением напряжения 914 между внутренним электродом 302 и внешним электродом 304 с помощью источника 314 питания.Upon activation of the two or more second valves 312, the gas pressure 938 (see FIG. 15) in the vicinity of the two or more second valves 312 may be in the range of 1000 to 5800 Torr (133322 to 773269.7 Pa) (for example , from 5450 to 5550 Torr (726606.9 to 739939.1 Pa)) before applying a voltage 914 between the inner electrode 302 and the outer electrode 304 using the power supply 314.
Направление газа 912 через указанные два или более вторых клапанов 312 может включать открывание указанных двух или более вторых клапанов 312 в течение промежутка времени в диапазоне от 0,75 до 1 мс или в диапазоне от 0,8 до 0,95 мс. Кроме того, направление газа 912 через указанные два или более вторых клапанов 312 может включать открывание указанных двух или более вторых клапанов 312 в течение промежутка времени от 0,6 до 1,2 мс или от 0,7 до 0,9 мс перед приложением напряжения 914 между внутренним электродом 302 и внешним электродом 304 с помощью источника 314 питания.Directing gas 912 through said two or more second valves 312 may include opening said two or more second valves 312 for a period of time in the range of 0.75 to 1 ms or in the range of 0.8 to 0.95 ms. In addition, directing gas 912 through said two or more second valves 312 may include opening said two or more second valves 312 for a period of time from 0.6 to 1.2 ms or from 0.7 to 0.9 ms before applying voltage 914 between the inner electrode 302 and the outer electrode 304 using a power supply 314.
После приведения в действие указанных одного или более первых клапанов 306 и указанных двух или более вторых клапанов 312, давление 940 газа (см. фиг. 15) в области 310 ускорения может находиться в диапазоне от 1000 до 5800 Торр (от 133322 до 773269,7 Па) (например, от 5450 до 5550 Торр (от 726606,9 до 739939,1 Па)) перед приложением напряжения 914 между внутренним электродом 302 и внешним электродом 304 с помощью источника 314 питания. Давление газа в области ускорения будет в целом снижаться с увеличением расстояния от точки ввода газа и с течением времени с момента прекращения ввода газа к области ускорения.After actuating the one or more first valves 306 and the two or more second valves 312, the gas pressure 940 (see FIG. 15) in the acceleration region 310 may be in the range of 1000 to 5800 Torr (133322 to 773269.7 Pa) (e.g., 5450 to 5550 Torr (726606.9 to 739939.1 Pa)) before applying a voltage 914 between the inner electrode 302 and the outer electrode 304 by power supply 314. The gas pressure in the acceleration region will generally decrease with increasing distance from the gas injection point and with the passage of time from the moment gas injection to the acceleration region ceases.
На этапе 906 способа 900 с помощью источника питания прикладывают напряжение между внутренним электродом и внешним электродом, что обеспечивает преобразование по меньшей мере части направляемого газа в плазму, имеющую по существу круглое сечение и протекающую в осевом направлении в области ускорения в сторону первого конца внутреннего электрода и первого конца внешнего электрода. Например, источник 314 питания может подавать напряжение 914 между внутренним электродом 302 и внешним электродом 304, что обеспечивает преобразование по меньшей мере части направляемого газа 912 в плазму 916 (см. фиг. 13C-D), имеющую по существу круглое сечение. Благодаря магнитному полю, генерируемому под действием своего собственного тока, плазма 916 имеет возможность протекания в осевом направлении в области 310 ускорения в сторону первого конца 318 внутреннего электрода 302 и первого конца 322 внешнего электрода 204, как показано на фиг. 13C-D.At step 906 of method 900, a voltage is applied between the inner electrode and the outer electrode using a power source, which converts at least a portion of the directed gas into a plasma having a substantially circular cross-section and flowing axially in the acceleration region toward the first end of the inner electrode and the first end of the outer electrode. For example, the power supply 314 may apply a voltage 914 between the inner electrode 302 and the outer electrode 304, which converts at least a portion of the directed gas 912 into a plasma 916 (see FIGS. 13C-D) having a substantially circular cross-section. Due to the magnetic field generated by its own current, the plasma 916 is allowed to flow axially in the acceleration region 310 toward the first end 318 of the inner electrode 302 and the first end 322 of the outer electrode 204, as shown in FIG. 13C-D.
Напряжение 914, подаваемое источником 314 питания между внутренним электродом 302 и внешним электродом 304, может находиться в диапазоне от 2 кВ до 30 кВ. Напряжение 914 может подаваться в течение промежутка времени 942 (см. фиг. 14) в диапазоне от 50 до 400 мкс. Напряжение 914, прикладываемое между внутренним электродом 302 и внешним электродом 304, способно создавать радиальноеThe voltage 914 supplied by the power supply 314 between the inner electrode 302 and the outer electrode 304 may range from 2 kV to 30 kV. Voltage 914 may be applied for a period of time 942 (see FIG. 14) in the range of 50 to 400 μs. The voltage 914 applied between the inner electrode 302 and the outer electrode 304 is capable of producing a radial
--
Claims (6)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US62/462,779 | 2017-02-23 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA044281B1 true EA044281B1 (en) | 2023-08-11 |
Family
ID=
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7122760B2 (en) | Plasma confinement system and method of use | |
| EP2158796B1 (en) | Beam transport system and method for linear accelerators | |
| US7576499B2 (en) | Sequentially pulsed traveling wave accelerator | |
| EP1946624B1 (en) | Sequentially pulsed traveling wave accelerator | |
| US20100032580A1 (en) | Compact Accelerator For Medical Therapy | |
| Zaïm et al. | Relativistic acceleration of electrons injected by a plasma mirror into a radially polarized laser beam | |
| JP2015097209A (en) | Ion engine | |
| EA044281B1 (en) | PLASMA CONTAINMENT SYSTEM AND METHODS OF ITS USAGE | |
| US3660715A (en) | Ion source with mosaic ion extraction means | |
| EA048331B1 (en) | PLASMA CONTAINMENT SYSTEM AND METHODS OF ITS USE | |
| US20130188764A1 (en) | Systems and methods for generating electron spiral toroids | |
| HK40084985A (en) | Plasma confinement system and methods for use | |
| HK40015429B (en) | Plasma confinement system and methods for use | |
| HK40015429A (en) | Plasma confinement system and methods for use | |
| US4396867A (en) | Inductive intense beam source | |
| Nishiura et al. | Plasma perturbation induced by laser photodetachment | |
| CN112930019B (en) | Compact synchrotron radiation produces device | |
| Okamura | Laser ion source for high brightness heavy ion beam | |
| WO2005048662A1 (en) | Method for generating high-temperature high-density plasma by cusp cross-section pinch | |
| Roy et al. | A solenoid final focusing system with plasma neutralization for target heating experiments | |
| US20150270020A1 (en) | Device for creating nuclear fusion | |
| Masoud | Status of plasma physics research activities in Egypt | |
| Dothan et al. | Plasma dynamics in a Z-pinch particle lens |