[发明专利]用于生成等离子体和维持等离子体磁场的系统和方法有效

专利信息
申请号: 201880089791.6 申请日: 2018-02-28
公开(公告)号: CN111742621B 公开(公告)日: 2022-09-23
发明(设计)人: 米歇尔·乔治斯·拉伯格;凯丽·伯纳德·艾普;布雷克·肯顿·拉布莱;梅瑞特·维恩·雷诺兹;亚历山大·道格拉斯·莫斯曼;斯蒂芬·詹姆斯·霍华德 申请(专利权)人: 通用融合公司
主分类号: H05H1/00 分类号: H05H1/00;H05H1/04;H05H1/26
代理公司: 北京柏杉松知识产权代理事务所(普通合伙) 11413 代理人: 程强;刘继富
地址: 加拿大大不列*** 国省代码: 暂无信息
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摘要:
搜索关键词: 用于 生成 等离子体 维持 磁场 系统 方法
【说明书】:

一种用于生成磁化等离子体并维持等离子体磁场的系统,包括:等离子体生成器,用于生成磁化等离子体;和通量保器,所生成的磁化等离子体注射到其中并约束在其中。中心导体包括上中心导体和下中心导体,它们电连接而形成单个集成导体。上中心导体和外电极形成环形等离子体传播通道。下中心导体延伸到等离子体生成器之外并进入通量保器,使得内电极的一端电连接到通量保器壁。功率系统将形成电流脉冲和维持电流脉冲提供到中心导体以形成磁化等离子体,将这种等离子体注射到通量保器中,并维持等离子体磁场。

技术领域

本公开内容整体上涉及用于生成磁化等离子体的系统和方法,特别是涉及一种具有中心导体的等离子体生成系统,用于等离子体形成和等离子体磁场的维持。

背景技术

除非本文中另行指出,否则本节中所述材料并非对于本申请中权利要求的现有技术,也不会由于包含此节而被认为是现有技术。

等离子体是一种物质状态,类似于气体,其中,至少部分粒子被离子化。具有强磁场足以影响带电粒子运动的等离子体称为磁化等离子体。如果磁场线被构造为以闭合轨道自身环回(可能长度无限),则等离子体内的磁场可限制等离子体粒子更长时段。磁化等离子体中的大部分磁场通过在等离子体自身中和/或在包含等离子体的室的壁中流动的电流形成。存在各种方法和系统生成高能量等离子体。通常,等离子体可通过将气体经由一个或多个阀引入等离子体生成器中至一对电极之间而生成。高电压脉冲在电极之间放电以离子化气体和形成等离子体。为了发生气体击穿,需要注射足够气体以填充电极之间的间隙。击穿过程涉及自由电子加速、与中性原子撞击、和触发雪崩电离过程。为了在电极之间生成高电压脉冲,需要放电电路采用快速开关或多开关系统将高能量电流脉冲从电容器组(高电压脉冲功率源)快速传输到电极。

图1显示出用于生成磁化等离子体和维持等离子体磁场的现有技术系统。该系统包括等离子体生成器12和通量保持室14(有时也被称为通量保器)。生成器12被构造以生成磁化等离子体并可具有中心形成电极11和外电极13,外电极13共轴于且围绕形成电极11,从而在它们之间形成环形等离子体传播通道。一系列磁线圈15可用于在等离子体传播通道中形成初始(填充)磁场。气态等离子体燃料通过多个阀16被注射到传播通道中。通过功率源17将形成电流脉冲提供到形成电极11,使得任一极性的电流可流过被注射到传播通道中处于形成电极11与外电极13之间的气态等离子体燃料,以离子化气态等离子体燃料和形成等离子体。这种电流可形成等离子体环向磁场,其可使等离子体朝向通量保器14运动。随着等离子体向前运动,其与填充磁场相互作用,使得当前行等离子体挣脱时,磁场卷绕等离子体而形成磁化等离子体环面(torus)。该系统进一步包括:细长中心轴线轴18,其延伸到生成器12之外进入通量保器14中并通过间隙19电隔离于形成电极11。沿中心轴线轴18和通量保器14的壁驱动额外电流脉冲,以在等离子体生成器12和通量保器14中提供环向磁场以维持等离子体磁场。通量保器14中生成的环向磁场可扩散到等离子体中以维持等离子体磁场,因而改善等离子体局限且增加等离子体寿命。如图1中所示,轴18通过间隙19电隔离于形成电极11,使得功率源可将形成脉冲提供到形成电极11和将维持脉冲提供到中心轴18。在一些实施方案中,隔离体可设置在形成电极11与中心轴18之间,替代间隙19,从而使中心轴18电隔离于形成电极11。使形成电极11与中心轴18隔离(无论其为间隙19或为任何其他类型的电隔离结构),由于电流越过间隙19或者在隔离体的表面上,因而可能使杂质喷射到等离子体中和/或损害(熔化)电极/轴。

发明内容

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