[发明专利]用于合并和压缩紧凑环的系统和方法

说明书

系统和方法利用连续的轴向对称加速和绝热压缩阶段来加热两个紧凑环和朝向彼此加速两个紧凑环并最后在中心腔室内碰撞并压缩紧凑环。可替代地，系统和方法利用连续的轴向非对称的加速和绝热压缩阶段来加热和加速第一紧凑环朝向并定位于中心腔室内并且加热和加速第二紧凑环朝向中心腔室，并最后在中心腔室内碰撞和合并第一和第二紧凑环并压缩紧凑合并环。

本案为分案申请。其母案的发明名称为“用于合并和压缩紧凑环的系统和方法”，申请日为2015年10月12日，申请号为2017062701516190。

技术领域

本文所描述的实施例一般涉及脉冲等离子体系统，并且更具体而言，涉及以优异的稳定性、以及显著降低的损耗和增加的效率促进合并和压缩紧凑环的系统和方法。

背景技术

场反转配置（FRC）属于称为紧凑环的磁性等离子体约束拓扑的类别。它主要表现为极向磁场，并且具有零或小的自生环场（参见M.Tuszewski，Nucl.Fusion 28,2033（1988））。这种配置的吸引力在于：易于构造和维护的其简单几何形状、用于促进能量提取和灰分去除的天然无限制偏滤器、以及非常高的平均（或外部）β（β是FRC内的平均等离子体压力与平均磁场压力之比），即高功率密度。β度量也是非常好的磁效率测量。例如接近1的高平均β值代表了所布置的磁能的有效使用，并且从而对于最经济的操作而言必要的。高平均β也很大程度上使得能够使用诸如D-He³和p-B¹¹之类的无中子核燃料。

形成FRC的传统方法使用场反转 θ夹点技术，产生热的高密度等离子体（参见A.L.Hoffman和J.T.Slough，Nucl. Fusion 33,27（1993））。在这之上的变型是 平移捕获方法，在其中，在θ夹点“源”中产生的等离子体或多或少立即从形成区域中喷出并进入约束腔室。然后在约束腔室的末端处的两个强反射镜之间捕获平移的等离子体团（例如参见H.Himura，S.Okada，S.Sugimoto和S.Goto，Phys. Plasmas2,191（1995））。一旦处于约束腔室中，就可以应用各种加热和电流驱动方法，比如光束注入（中性或中和的）、旋转磁场、RF或欧姆加热等。源和约束功能的这种分离对于潜在的未来聚变反应器提供了关键的工程优点。FRC已被证明是非常强健的，对于动态形成、平移和暴力捕获事件具有弹性。此外，它们显示出呈现优选的等离子体状态的趋势（例如参见H.Y.Guo，A.L.Hoffman，K.E.Miller，和L.C.Steinhauer，Phys.Rev.Lett.92,245001（2004））。在过去十年中，发展其他FRC形成方法已经取得了重大进展：将球形马克与反向螺旋合并（参见Y.Ono，M.Inomoto，Y.Ueda，T.Matsuyama和T.Okazaki，Nucl.Fusion 39 ，2001（1999）），以及通过用旋转磁场（RMF）驱动电流（例如参见I.R.Jones，Phys.Plasmas 6,1950（1999）），这也提供了额外的稳定性。

FRC由分界线内的闭合场线的环和仅分界线外的开放场线上的环状边缘层组成。边缘层聚合成超过FRC长度的射流，提供自然偏滤器。FRC拓扑与场反转镜等离子体的拓扑一致。然而，显著的差异在于FRC等离子体可以具有约10的内部β。固有的低内部磁场提供某些本地动力学粒子群，即具有大拉莫尔半径的粒子——与FRC小半径相当。这些强动力学效应似乎至少部分地有助于过去和现在的FRC的总体稳定性，比如在最近的碰撞合并实验中所产生的那些。