[发明专利]一种基于场反位形等离子体的轴向压缩聚变装置及方法

权利要求书

1.一种基于场反位形等离子体的轴向压缩聚变装置，其特征在于，包括：场反位形的形成和传输系统、高速等离子团发生器阵列、内部快速反应的磁场线圈组、中心燃烧腔室、和外部直流线圈组；整个装置内部处于高真空环境；所述场反位形的形成和传输系统对称分布在该压缩聚变装置左右最末两侧；所述高速等离子体团发生器阵列，每个阵列由多个等离子团发生器组成，对称分布在中心燃烧室的两侧的类锥形室外侧；内部快速反应的磁场线圈组对称分布在高速等离子体团发生器的喷射口附近到中心燃烧室的边缘部分，中心燃烧腔室位于整个压缩聚变装置的中心，多个不同规格的直流线圈均匀分布在中心燃烧腔室外，每个线圈相隔一定距离，且左右对称分布，利用高速等离子体团发生器阵列产生的等离子体推进层对位于中心燃烧室的碰撞融合场反位形进行轴向压缩，达到聚变点火条件。

2.根据权利要求1所述的基于场反位形等离子体的轴向压缩聚变装置，其特征在于：所述场反位形的形成和传输系统采用theta箍缩形成方法形成；场反位形的形成系统包括：theta线圈、石英管及石英管两端的磁喉线圈；石英管安装在整个装置左右两侧末端，theta线圈连续均匀套设在石英管外，磁喉线圈则固定安装在石英管两侧。

3.根据权利要求2所述的基于场反位形等离子体的轴向压缩聚变装置，其特征在于：所述theta线圈由无氧铜制作，每个theta线圈内径相同，多个theta线圈排列成柱位形。

4.根据权利要求1所述的基于场反位形等离子体的轴向压缩聚变装置，其特征在于：所述高速等离子体团发生器阵列，由沿着类锥形室环向对称分布的若干高速等离子体团发生器组成，高速等离子体团发生器阵列产生的若干高速等离子体团会形成等离子体推进层，沿磁力线由两侧往中心燃烧室前行。

5.根据权利要求1所述的基于场反位形等离子体的轴向压缩聚变装置，其特征在于：所述内部快速反应的磁场线圈组的内部材料为无氧铜，外部包裹着陶瓷绝缘材料，安装在真空室内靠近装置内壁的位置，磁场线圈组中的每组线圈单独提供电源，所述电源采用高电压，即最高到50kV电压，小电容值即10-500μF的脉冲电容器作为供能。

6.根据权利要求1所述的基于场反位形等离子体的轴向压缩聚变装置，其特征在于：所述直流线圈组，由高温超导材料或无氧铜绕制密封而成，直流线圈组中每组线圈单独供电，磁场位形和磁场大小可调节。

7.根据权利要求1所述的基于场反位形等离子体的轴向压缩聚变装置，其特征在于：所述对碰撞融合场反位形的压缩利用高速等离子体团发生器阵列产生的等离子体推进层对场反位形等离子体进行准一维轴向压缩，而不是剧烈的径向压缩。

8.一种基于场反位形等离子体的轴向压缩聚变方法，其特征在于，实现步骤如下：

(1)位于聚变装置左右最末两侧的场反位形的形成和传输系统在源区形成等离子体密度2e21-2e22m^-3，离子温度200-300eV，拉长比大于10,喷射传输速度大于150km/s的两团场反位形，场反位形等离子体前进的动能来源于等离子体环向电流和径向磁场相互作用而产生的轴向的安培力，将场反位形加速至阿尔芬速度或超阿尔芬速度；场反位形沿着直流磁场线圈组产生的平直磁场传输到中心燃烧腔室，随后两团场反位形在中心燃烧腔室对撞融合成新的，拥有更高温度的场反位形；

(2)在对撞融合场反位形形成后，位于类锥形室附近的内部快速反应的磁场线圈将类锥形室区域内原本平直的磁力线散开，以便等离子体团的进入，同时对称分布的高速等离子体团发生器阵列同时发射若干高动量密度即密度高于2e23m^-3，喷射速度高于50km/s的等离子体团，这些等离子体团沿着散开的磁力线前行，随后在前行过程中逐渐融合成整体，形成用于压缩的高速，即速度大于50km/s前行的高密度，即高于2e23m^-3等离子体推进层；

(3)步骤(2)产生的等离子体推进层作用在步骤(1)产生的对撞融合场反位形上，推动场反位形的轴向压缩，同时靠近中心燃烧室边缘的内部快速反应的磁场线圈启动，改变中心燃烧腔室磁场，注入多余的磁通，增强源区磁场，防止场反位形被轴向压缩后剧烈的径向膨胀。