[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

说明书

本发明涉及一种基于场反位形等离子体的轴向压缩聚变装置及方法，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；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，两组对称分布的高速等离子体团发生器阵列位于中心燃烧室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，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；利用对称分布的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。

技术领域

本发明属于磁惯性聚变领域，是由氘(D)和氚(T)组成的高温等离子体经过近似的绝热压缩达到聚变条件，产生α粒子和中子，并释放聚变能量，将其安全转化为电能的一类装置，具体涉及一种基于场反位形等离子体的轴向压缩聚变装置及方法。

背景技术

目前，聚变能源被普遍认为是人类的终极能源，它有着高效，清洁，燃料丰富，相对安全的一系列优点。相对于传统且研究广泛的磁约束聚变(MCF)和惯性约束聚变(ICF)，磁惯性聚变(MIF)凭借其建造设施相对较小且经济，且占据良好的聚变热核反应参数空间而受到越来越多的重视(Wurden,G.A.,Hsu,S.C.,Intrator,T.P.et al.Magneto-InertialFusion.J Fusion Energ 35,69–77)。

场反位形由于其高密度，封闭磁场结构，且能传输和有较好的鲁棒性等特性，经常在磁惯性聚变中被用来当作聚变压缩目标(Physics of Plasmas 11,2580(2004))，其中碰撞融合形成的场反位形拥有更高的初始温度和更长的寿命(M.W.Binderbauer et al.(theTAE Team)Phys.Rev.Lett.105,045003)。

以往基于场反位形的压缩大多是径向压缩，比如美国Los Alamos NationalLaboratory提出使用固体套筒内爆压缩的方案(Review of Scientific Instruments 74,4314(2003))，以及利用增强的磁场来进行径向压缩的实验(Physics of Fluids B:PlasmaPhysics 4,1909(1992))，根据FRC约束经验公式，在径向压缩过程中减小的径向尺寸会导致场反位形的约束急剧下降，部分实验结果也证实这一现象，严重的损失使得大量的粒子和能量逃逸，而导致最终压缩达不到聚变反应温度。

基于场反位形的轴向压缩已经被提出(S.Okada et al 1999Nucl.Fusion 392009)，实验结果表明一定程度的轴向压缩有利于提高或保持场反位形的约束，而理论上，轴向压缩同样能使得靶达到聚变点火条件。

等离子体以及等离子体团能被加速到很高速度，且能量转化为等离子体动能的效率能高达50％，多个高速高密度等离子体团能形成等离子推进层，而形成等离子体推进层具有更高的密度和温度，可以用来压缩靶等离子体(S.C.Hsu et al.,SphericallyImploding Plasma Liners as a Standoff Driver for Magnetoinertial Fusion,inIEEE Transactions on Plasma Science,vol.40,no.5,pp.1287-1298,May 2012)。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于场反位形等离子体的轴向压缩聚变装置及方法，使得其压缩的靶等离子体能达到聚变温度。