BR112014011619B1 - Sistema para gerar e manter um campo magnético com uma configuração reversa - Google Patents

Abstract

sistemas e métodos para formação e manutenção de uma frc de alto desempenho sistemas e métodos que facilitam a formação e manutenção de configurações reversas em campo de alto desempenho (frcs). um sistema frc para frc de alto desem-penho (hpf) inclui um recipiente de confinamento central cercado por duas seções de formação de estreitamento theta de campo reverso diametralmente opostas e, além das seções de formação, duas câmaras de desvio para controlar a densidade neutra e conta-minação com impurezas. um sistema magnético inclui uma série de espirais quase dc axialmente posicionados ao longo dos componentes de sistema frc, espirais de espelho quase dc entre a câmara de confinamento e as seções de formação adjacentes, e plu-gues espelhados entre as seções de formação e os elementos de desvio. as seções de formação incluem sistemas de formação de energia pulsada modular que permitem que frcs sejam formadas in situ e então aceleradas e injetadas (= formação estática) ou formadas e aceleradas simultaneamente (= formação dinâmica). o sistema frc inclui adicionalmente injetores de feixe de átomo neutro, um injetor de pelota, sistemas de gettering, pistolas de plasma axial e eletrodos de orientação de superfície de fluxo.

Description

SISTEMA PARA GERAR E MANTER UM CAMPO MAGNÉTICO COM UMA CONFIGURAÇÃO REVERSA REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

[001] Esse pedido reivindica os benefícios do pedido provisório U.S. No. 61/559.154, depositado em 14 de novembro de 2011, e reivindica os benefícios do pedido provisório U.S. No. 61/559.721, depositado em 15 de novembro de 2011, pedidos esses que são incorporados aqui por referência.

CAMPO

[002] As modalidades descritas aqui se referem geralmente a sistemas de confinamento de plasma magnético e, mais particularmente, a sistemas e métodos que facilitam a formação e manutenção das Configurações Reversas de Campo com estabilidade superior além de confinamento de partícula, energia e fluxo.

INFORMAÇÃO DE FUNDAMENTOS

[003] A Configuração Reversa de Campo (FRC) pertence à classe de topologias de confinamento de plasma magnético conhecida como toroides compactas (CT). Exibe predominantemente campos magnéticos poloidals e possui campos toroidais autogerados iguais a zero ou pequenos (ver M. Tuszewski, Nucl. Fusion 28, 2033 (1988)). As atrações de tal configuração são a geometria simples para facilitar a construção e manutenção, um elemento de desvio irrestrito natural para facilitar a extração da energia e remoção de cinzas, e um  muito alto ( sendo a razão da pressão média de plasma para a pressão média de campo magnético dentro de FRC), isso é, densidade de energia alta. A natureza de  alto é vantajosa para a operação econômica e para uso de combustíveis aneutrônicos avançados, tal como D-He3 e p-B11.

[004] O método tradicional de formação de uma FRC utiliza a tecnologia de estreitamento  inversa em campo, produzindo plasmas quentes de alta densidade (ver A.L. Hoffman e J.T. Slough, Nucl. Fusion 33, 27 (1993)). Uma variação disso é o método de translação e aprisionamento no qual o plasma criado em uma "fonte" de estreitamento theta é mais ou menos imediatamente ejetado por uma extremidade para dentro de uma câmara de confinamento. O plasmoide em translação é então aprisionado entre dois espelhos fortes nas extremidades da câmara (ver, por exemplo, H. Himura. S. Okada, S. Sugimoto, e S. Goto, Phys. Plasmas 2, 191 (1995)). Uma vez na câmara de confinamento, vários métodos de aquecimento e acionamento de corrente podem ser aplicados tal como injeção de feixe (neutro ou neutralizado), campos magnéticos rotativos, RF ou aquecimento ôhmico, etc. Essa separação de funções de fonte e confinamento oferece vantagens de engenharia chave para os reatores de fusão de futuro em potencial. FRCs se provaram ser extremamente robustas, resilientes à formação dinâmica, translação e eventos de captura violenta. Ademais, mostram uma tendência em assumir um estado de plasma preferido (ver, por exemplo, H.Y. Guo, A.L. Hoffman, K. E. Miller, e L.C. Steinhauer, Phys. Ver. Lett. 92, 245001 (2004)). Um progresso significativo foi feito na última década desenvolvendo outros métodos de formação FRC: esferomarcas emergentes com helicities direcionadas de forma oposta (ver, por exemplo, Y.Ono, M. Inomoto, Y. Ueda, T. Matsuyama, e T. Okazaki, Nucl. Fusion 39, 2001 (1999)) e pelo acionamento de corrente com campos magnéticos rotativos (RMF) (ver, por exemplo, I.R. Jones, Phys. Plasmas 6, 1950 (1999)) que também fornecem estabilidade adicional.

[005] Recentemente, a técnica de colisão e mistura, proposta há muito tempo (ver, por exemplo, D.R. Wells, Phys. Fluids 9, 1010 (1966)) foi significativamente desenvolvida: dois estreitamentos theta separados em extremidades opostas de uma câmara de confinamento geram simultaneamente dois plasmoides e aceleram os plasmoides na direção um do outro em alta velocidade; os mesmos então colidem no centro da câmara de confinamento e misturam para formar uma FRC composta. Na construção e operação bem sucedida de um dos maiores experimentos de FRC até hoje, o método de colisão e mistura convencional apresentou FRCs estáveis, duráveis, de alto fluxo e alta temperatura (ver, por exemplo, M. Binderbauer, H.Y.Guo, M. Tuszewski et al., Phys. Rev. Lett. 105, 045003 (2010)).

[006] FRCs consistem de uma saliência de linhas de campo fechadas dentro de uma separatriz, e de uma camada de borda anular nas linhas de campo abertas logo fora da separatriz. A camada de borda aglutina em jatos além do comprimento da FRC, fornecendo um desvio natural. A topologia da FRC coincide com a do plasma de Espelho Reverso de Campo. No entanto, uma diferença significativa é que o plasma FRC possui um  de cerca de 10. O campo magnético interno baixo inerente fornece uma população de partículas cinéticas nativas, isso é, partículas com grandes raios lamor, comparáveis com o raio menor da FRC. São esses efeitos cinéticos fortes que surgem para pelo menos parcialmente contribuir com a estabilidade bruta das FRCs passadas e presentes, tal como as produzidas no experimento de colisão e mistura.

[007] Experimentos de FRCs passados típicos têm sido dominados por perdas por convecção com confinamento de energia muito determinado pelo transporte de partículas. As partículas difundem basicamente radialmente para fora do volume da separatriz, e são então perdidas axialmente na camada de borda. De acordo, o confinamento de FRC depende das propriedades de ambas as regiões de linha de campo fechadas e abertas. A expiração de tempo de difusão de partícula da separatriz s apresenta como τꞱ ~a2 /DꞱ (a ~ rs/4, onde rs é o raio central da separatriz), e DꞱa capacidade de difusão característica da FRC, tal como DꞱ ~ 12,5 pie, com pie representando o giroraio de íon, avalizado em um campo magnético aplicado externamente. O tempo de confinamento de partícula em camada de borda τ|| é essencialmente um tempo de trânsito axial nos experimentos FRC passados. Em estado estável, o equilíbrio entre as perdas de partícula radial e axial resulta em um comprimento de gradiente de densidade de separatriz δ ~ (DꞱτ||)1/2. O tempo de confinamento de partícula FRC escalona como (τꞱτ||)1/2 para FRCs passadas que possuem uma densidade substancial na separatriz (ver, por exemplo, M. Tuszewski, "Field Reversed Configurations", Nucl. Fusion 28, 2033 (1988)).

[008] Outra desvantagem do sistema FRC anterior é a necessidade de se utilizar multipolos externos para controlar as instabilidades de rotação tal como as instabilidades de intercambio n = 2 de crescimento rápido. Dessa forma, os campos de quatro polos aplicados externamente típicos fornecem a pressão de restauração magnética necessária para amortecer o crescimento desses modos instáveis. Enquanto essa técnica é adequada para controlar a estabilidade do plasma volumoso térmico, a mesma impõe um problema severo para FRCs mais cinéticas ou FRCs híbridas avançadas, onde uma população de partículas de órbita grande altamente cinética é combinada com o plasma térmico normal. Nesses sistemas, as distorções do campo magnético assimétrico decorrente de tais campos de multipolos resulta em perdas de partículas drasticamente rápidas através da difusão estocástica sem colisão, uma consequência da perda de conservação de impulsão angular canônico. Uma solução nova para se fornecer controle de estabilidade sem aperfeiçoar a difusão de quaisquer partículas e, dessa forma, importante para se aproveitar a vantagem do potência de desempenho maior desses conceitos FRC avançados nunca explorados antes.

[009] Em vista do acima exposto, é, portanto desejável se aperfeiçoar o confinamento e a estabilidade de FRCs a fim de utilizar FRCs de estado estável como um percurso para toda a variedade de aplicações a partir das fontes de nêutron compacto (para produção de isótopo médico e remediação de despejo nuclear), para sistemas de separação e enriquecimento de massa, e para um núcleo de reator para fusão de núcleos de luz para futura geração de energia.

SUMÁRIO

[010] As presentes modalidades fornecidas aqui são direcionadas a sistemas e métodos que facilitam a formação e manutenção de novas Configurações Reversas em Campo de Alto Desempenho (FRCs). De acordo com esse novo paradigma de FRC de Alto Desempenho, o presente sistema combina um hospedeiro de novas ideias e pretende aperfeiçoar drasticamente o confinamento FRC de partículas, energia e luxo além de fornecer o controle de estabilidade sem efeitos colaterais negativos

[011] Um sistema FRC fornecido aqui inclui um recipiente de confinamento central cercado por duas seções de formação de estreitamento theta de campo reverso diametralmente opostas e, além das seções de formação, duas câmaras de desvio para controlar a densidade neutra e contaminação de impureza. Um sistema magnético inclui uma série de espirais quase dc que são situadas em posições axiais ao longo dos componentes do sistema FRC, espirais espelhadas quase dc entre cada extremidade da câmara de confinamento e as seções de formação adjacentes, e plugues espelhados compreendendo espirais espelhadas quase dc compactas entre cada uma das seções de formação e defletores que produzem campos guia adicionais para focar as superfícies de fluxo magnético na direção do elemento de desvio. As seções de formação incluem sistemas de formação de energia pulsada modular que permitem que as FRCs sejam formadas in situ e então aceleradas e injetadas (= formação estática) ou formadas e aceleradas simultaneamente (= formação dinâmica).

[012] O sistema FRC inclui injetores de feixe de átomo neutro e um injetor de pelotas. Sistemas extratores também são incluídos além das pistolas de plasma axial. Eletrodos de orientação também são fornecidos para orientação elétrica das superfícies de fluxo aberto.

[013] Os sistemas, métodos, características e vantagens da invenção serão ou se tornarão aparentes aos versados na técnica mediante exame das figuras a seguir e da descrição detalhada. Pretende-se que todos os métodos, características e vantagens adicionais sejam incluídos nessa descrição, estejam dentro do escopo da invenção e sejam protegidos pelas reivindicações em anexo. Pretende-se também que a invenção não seja limitada a exigir os detalhes das modalidades ilustrativas.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[014] Os desenhos em anexo, que são incluídos como parte da presente especificação, ilustram a modalidade atualmente preferida e, juntamente com a descrição geral fornecida acima e com a descrição detalhada da modalidade preferida fornecida abaixo, servem para explicar e ensinar os princípios da presente invenção.

[015] A figura 1 ilustra o confinamento de partícula no presente sistema FRC sob um regime FRC de alto desempenho (HPF) X sob um regime FRC convencional (CR), e x outros experimentos FRC convencionais.

[016] A figura 2 ilustra os componentes do presente sistema FRC e topologia magnética de um FRC que pode ser produzida no presente sistema FRC.

[017] A figura 3 ilustra a apresentação básica do presente sistema FRC como visualizada a partir de cima, incluindo a disposição preferida dos feixes neutros, eletrodos, pistolas de plasma, plugues espelhados e injetor de pelota.

[018] A figura 4 ilustra um esquema dos componentes de um sistema de energia pulsado para as seções de formação.

[019] A figura 5 ilustra uma vista isométrica de um elemento deslizante de formação de energia pulsada individual.

[020] A figura 6 ilustra uma vista isométrica de um conjunto de tubo de formação.

[021] A figura 7 ilustra uma vista isométrica em corte parcial do sistema de feixe neutro e componentes chave.

[022] A figura 8 ilustra uma vista isométrica da disposição de feixe neutro na câmara de confinamento.

[023] A figura 9 ilustra uma vista isométrica em corte parcial de uma disposição preferida dos sistemas de gettering de Ti e Li.

[024] A figura 10 ilustra uma vista isométrica em corte parcial de uma pistola de plasma instalada na câmara de desvio. Também são ilustrados o plugue de espelho magnético associado e um conjunto de eletrodo de desvio.

[025] A figura 11 ilustra uma apresentação preferida de um eletrodo de orientação anular na extremidade axial da câmara de confinamento.

[026] A figura 12 ilustra a evolução do raio de fluxo excluído no sistema FRC obtido a partir de uma série de circuitos diamagnéticos externos em duas seções de formação de estreitamento theta reversas em campo e sondas magnéticas embutidas na câmara de confinamento metálica central. O tempo é medido a partir do momento de reversão sincronizada de campo nas fontes de formação, e a distância z é fornecida com relação ao plano intermediário axial da máquina.

[027] As figuras 13a a d ilustram dados de uma descarga não sustentada, não HPF representativa no presente sistema FRC. Ilustrados como funções de tempo são: (a) raio de fluxo excluído no plano intermediário, (b) 6 cordões de densidade integrada de linha do interferômetro de CO2 do plano intermediário, (c) perfis radiais de densidade invertida Abel dos dados de interferômetro CO2 e (d) temperatura total do plasma a partir do equilíbrio de pressão.

[028] A figura 14 ilustra os perfis axiais de fluxo excluídos em momentos selecionados para a mesma descarga do presente sistema FRC ilustrado na figura 13.

[029] A figura 15 ilustra uma vista isométrica dos espirais de assentamento montados fora da câmara de confinamento.

[030] A figura 16 ilustra as correlações do tempo de vida de FRC e comprimento de pulso de feixes neutros injetados. Como ilustrado, pulsos de feixes maiores produzem FRCs mais duráveis.

[031] A figura 17 ilustra os efeitos individuais e combinados de diferentes componentes do sistema FRC no desempenho de FRC e na obtenção do regime HPF.

[032] As figuras de 18a a d ilustram dados de uma descarga não sustentada, HPF representativa no presente sistema FRC. Ilustrados como funções de tempo são: (a) raio de fluxo excluído no plano intermediário, (b) 6 cordões de densidade integrada em linha do interferômetro CO2 de plano intermediário, (c) perfis radiais de densidade invertida Abel dos dados de interferômetro CO2 e (d) temperatura total de plasma a partir do equilíbrio de pressão.

[033] A figura 19 ilustra o confinamento de fluxo como uma função da temperatura de elétron (Te). Representa uma representação gráfica de um regime de escalonamento superior recém-estabelecido para descargas HPF.

[034] Deve-se notar que as figuras não estão necessariamente em escala e que elementos de estruturas ou funções similares são geralmente representados por referências numéricas similares para fins ilustrativos por todas as figuras. Deve-se notar também que as figuras devem apenas facilitar a descrição de várias modalidades descritas aqui. As figuras não descrevem necessariamente cada aspecto dos ensinamentos descritos aqui e não limitam o escopo das reivindicações.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[035] As presentes modalidades fornecidas aqui são direcionadas a sistemas e métodos que facilitam a formação e manutenção de Configurações Reversas em Campo de Alto Desempenho (FRCs) com estabilidade superior além de confinamento superior de partícula, energia e fluxo através de FRCs convencionais. Vários sistemas auxiliares e modos operacionais podem ser explorados para determinar se existe um regime de confinamento superior nas FRCs. Esses esforços resultam em descobertas e no desenvolvimento de um paradigma FRC de Alto Desempenho descrito aqui. De acordo com o novo paradigma, os presentes sistemas e métodos combinam um hospedeiro de novas ideias e meios para aperfeiçoar drasticamente o confinamento FRC como ilustrado na figura 1 além de fornecer controle de estabilidade sem efeitos colaterais negativos. Como discutido em maiores detalhes abaixo, a figura 1 apresenta o confinamento de partículas em um sistema FRC 10 descrito abaixo (ver figuras 2 e 3), operando de acordo com um regime FRC de Alto Desempenho (HPF) para a formação e manutenção de uma FRC X a operação de acordo com um CR de regime convencional para a formação e manutenção de uma FRC, e X o confinamento de partícula de acordo com os regimes convencionais para a formação e manutenção de uma FRC utilizada em outras experiências. A presente descrição contornará e detalhará os componentes individuais inovadores do sistema FRC 10 e métodos além de seus efeitos coletivos.

DESCRIÇÃO DO SISTEMA FRC SISTEMA DE VÁCUO

[036] As figuras 2 e 3 apresentam um esquema do presente sistema FRC 10. O sistema FRC 10 inclui um recipiente de confinamento central 100 cercado por duas seções de formação de estreitamento theta de campo reverso diametralmente opostas 200 e, além das seções de formação 200, duas câmaras de desvio 300 para controlar a densidade neutra e a contaminação por impurezas. O presente sistema FRC 10 foi construído para acomodar o vácuo ultra-alto e opera em pressões base típicas de 10- 8 torr. Tais pressões de vácuo exigem o uso de flanges coincidentes de bombeamento duplo entre componentes coincidentes, anéis em O metálicos, paredes internas de alta pureza, além de condicionamento de superfície inicial cuidadosa de todas as partes antes da montagem, tal como limpeza física e química seguida por 24 horas de cozimento com vácuo a 250 C e limpeza de descarga de brilho com Hidrogênio.

[037] As seções de formação de estreitamento theta de campo reverso 200 são estreitamentos theta reversos em campo padrão (FRTPs), apesar de com um sistema de formação de energia pulsada avançado discutido em detalhes abaixo (ver figuras de 4 a 6). Cada seção de formação 200 é feita de tubos de quartzo de grau industrial opacos padrão que caracterizam uma forração interna de 2 milímetros de quartzo ultrapuro. A câmara de confinamento 100 é feita de aço inoxidável que permite a multiplicidade de portas radiais e tangenciais; também serve como um conservador de fluxo na escala de tempo dos experimentos descritos abaixo e limita os transientes magnéticos rápidos. Os vácuos são criados e mantidos dentro do sistema FRC 10 com um conjunto de bombas de desbastarão de rolamento seco, bombas turbo moleculares e bombas de criogenia.

SISTEMA MAGNÉTICO

[038] O sistema magnético 400 é ilustrado nas figuras 2 e 3. A figura 2, entre outras características, ilustra um fluxo magnético FRC e contornos de densidade (como funções das coordenadas radiais e axiais) pertencendo a uma FRC 450 que pode ser produzida pelo sistema FRC 10. Esses contornos foram obtidos por uma simulação numérica MHD Hall resistiva 2-D utilizando o código desenvolvido para simular sistemas e métodos correspondentes ao sistema FRC 10, e concordam bem com os dados experimentais medidos. Como observado na figura 2, FRC 450 consiste de um toro de linhas de campo fechado no interior 453 da FRC 450 dentro de uma separatriz 451, e de uma camada de borda anular 456 nas linhas de campo aberto 452 logo fora da separatriz 451. A camada de borda 456 mistura em jatos 454 além do comprimento FRC, fornecendo um elemento de desvio natural.

[039] O sistema magnético principal 410 inclui uma série de espirais quase dc 412, 414 e 416 que são situados em posições axiais particulares ao longo dos componentes, isso é, ao longo da câmara de confinamento 100, as seções de formação 200 e os defletores 300, do sistema FRC 10. Os espirais quase dc 412, 414 e 416 são alimentados por suprimentos de energia de comutação quase dc e produzem campos de orientação magnética básicos de cerca de 0,1 T na câmara de confinamento 100, as seções de formação 200 e os defletores 300.Em adição aos espirais quase dc 412, 414 e 416, o sistema magnético principal 410 inclui espirais espelhados quase dc 420 (alimentados pelos suprimentos de comutação) entre qualquer extremidade da câmara de confinamento 100 e as seções de formação adjacentes 200. Os espirais espelhados quase dc 420 fornecem razões de espelho magnético de até 5 e podem ser independentemente energizados para fins de controle de formatação de equilíbrio. Adicionalmente, plugues espelhados 440, são posicionados entre cada uma das seções de formação 200 e os defletores 300. Os plugues espelhados 440 compreendem espirais espelhados quase dc compactos 430 e espirais de plugue espelhados 444. Os espirais espelhados quase dc 430 incluem três espirais 432, 434 e 436 (alimentados por suprimentos comutados) que produzem campos guia adicionais para focar as superfícies de fluxo magnético 455 na direção da passagem de diâmetro pequeno 442 passando através dos espirais de plugue espelhados 444. Os espirais de plugue espelhados 444, que envolvem a passagem de diâmetro pequeno 442 e são alimentados por um conjunto de circuitos de energia pulsada LC, produzem campos de espelho magnético forte de até 4 T. A finalidade de toda essa disposição de espiral é se enfeixar de forma justa e orientar as superfícies de fluxo magnético 455 e os jatos de plasma de sequenciamento de extremidade 454 para dentro das câmaras remotas 310 dos defletores 300. Finalmente, um conjunto de "antenas" de espiral de assentamento 460 (ver figura 15) localizado fora da câmara de confinamento 100, duas em cada lado do plano intermediário, e são alimentados por suprimentos de energia dc. As antenas de espiral de assentamento 460 podem ser configuradas para fornecer um campo de dois ou quatro polos magnéticos quase estáticos de cerca de 0,01 T para controlar as instabilidades de rotação e/ou controle de corrente de elétron. As antenas de espiral de assentamento 460 podem fornecer de forma flexível campos magnéticos que são simétricos ou assimétricos em torno do plano intermediário da máquina, dependendo da direção das correntes aplicadas.

SISTEMAS DE FORMAÇÃO DE ENERGIA PULSADA

[040] Os sistemas de formação de energia pulsada 210 operam em um princípio de estreitamento theta modificado. Existem dois sistemas que energizam, cada um, uma das seções de formação 200. As figuras de 4 a 6 ilustram os blocos de construção principais e a disposição dos sistemas de formação 210. O sistema de formação 210 é constituído de uma disposição de energia pulsada modular que consiste de unidades individuais (= elementos deslizantes) 220 que energizam, cada um, um subconjunto de espirais 232 de um conjunto de tira 230 (= tiras) que envolve os tubos de quartzo de formação 240. Cada elemento deslizante 220 é constituído de capacitores 221, indutores 223, comutadores de corrente alta rápidos 225 e acionadores associados 222 e um conjunto de circuito de despejo 224. No total, cada sistema de formação 210 armazena entre 350 a 400 kJ de energia capacitiva, que fornece até 35 GW de energia para formar e acelera as FRCs. A operação coordenada desses componentes é alcançada através de um acionador do estado da técnica e sistema de controle 222 e 224 que permite a temporização sincronizada entre os sistemas de formação 210 em cada seção de formação 200 e minimiza a oscilação de comutação para dezenas de nanossegundos. A vantagem desse desenho modular é sua operação flexível: FRCs podem ser formadas in situ e então aceleradas e injetadas (= formação estática) ou formadas e aceleradas ao mesmo tempo (= formação dinâmica).

INJETORES DE FEIXE NEUTRO

[041] Feixes de átomos neutros são desenvolvidos no sistema FRC 10 para fornecer aquecimento e acionamento de corrente além de desenvolver pressão de partícula rápida. Como ilustrado nas figuras 3 e 8, as linhas de feixe individuais compreendendo sistemas injetores de feixe de átomo neutro 610 e 640 são localizados em torno da câmara de confinamento central 100 e injetam partículas rápidas tangencialmente no plasma FRC (e perpendicular ao eixo da câmara de confinamento 100) com um parâmetro de impacto de modo que a zona de aprisionamento alvo se encontre bem dentro da separatriz 451 (ver figura 2). Cada sistema injetor 610 e 640 pode projetar até 1 MW de energia de feixe neutro no plasma FRC com energia de partícula entre 20 e 40 KeV. Os sistema 610 e 640 são baseados em fontes de extração de múltiplas aberturas de íon positivas e utilizam o foco geométrico, o resfriamento inercial das grades de extração de íon e bombeamento diferencial. Além da utilização das fontes de plasma diferentes, os sistemas 610 e 640 são basicamente diferenciados por seu desenhos físico para corresponder às suas localizações de montagem respectivas, resultando em capacidades de injeção lateral e superior. Componentes típicos desses injetores de feixe neutro são especificamente ilustrados na figura 7 para os sistemas injetores laterais 610. Como ilustrado na figura 7, cada sistema de feixe neutro individual 610 inclui uma fonte de plasma RF 612 e uma extremidade de entrada (essa é substituída por uma fonte de arco nos sistemas 640) com uma tela magnética 614 cobrindo a extremidade. Uma fonte ótica de íon e grades de aceleração 616 é acoplada à fonte de plasma 612 e uma válvula de porta é posicionada entre a fonte ótica de íon e as grades de aceleração 616 e um neutralizador 622. Um ímã de desvio 624 e um depósito de íon 628 são localizados entre o neutralizador 622 e um dispositivo de foco 630 na extremidade de saída. Um sistema de resfriamento compreende dois criorefrigeradores 634, dois criopainéis 636 e uma proteção LN2 638. O desenho flexível permite a operação através de uma faia ampla de parâmetros FRC.

INJETOR DE PELOTA

[042] Para se fornecer um meio de injeção de novas partículas e um melhor controle de inventário de partícula FRC, um injetor de pelota de 12 tambores 700 (ver, por exemplo, I.Vinyar et al., "Pellet Injectors Developed ad PELIN for JT, TAE, and HL2A" Proceedings of the 26th Fusion Science and Technology Symposium, de 27 de setembro a de outubro (2010)) é utilizado no sistema FRC 10. A figura 3 ilustra a apresentação do injetor de pelota 700 no sistema FRC 10. As pelotas cilíndricas (D ~1 mm, L ~1 a 2 mm) são injetadas na FRC com uma velocidade na faixa de 150 a 250 km/s. Cada pelota individual contém cerca de 5 x 1019 átomos de hidrogênio, que é comparável ao inventário de partícula FRC.

SISTEMAS DE GETTERING

[043] É bem sabido que o gás halo neutro é um problema serio em todos os sistemas de confinamento. Os processos de permuta de carga e reciclagem (liberação de material de impureza frio a partir da parede) podem possuir um efeito devastador no confinamento de energia e partículas. Adicionalmente, qualquer densidade significativa de gás neutro em ou perto da borda resultará em perdas imediatas de ou pelo menos redução severa do tempo de vida das partículas de órbita grande injetadas (alta energia) (órbita grande se referindo a partículas possuindo órbitas na escala da topologia FRC ou pelo menos raios de órbita muito maiores do que a escala de comprimento de gradiente de campo magnético característico) – um fato que é prejudicial a todas as aplicações de plasma energético, incluindo fusão através de aquecimento de feixe auxiliar.

[044] O condicionamento de superfície é um meio pelo qual os efeitos prejudiciais do gás neutro e impurezas podem ser controlados ou reduzidos em um sistema de confinamento. Para essa finalidade o sistema FRC 10 fornecido aqui emprega sistemas de deposição de Titânio e Lítio 810 e 820 que revestem as superfícies voltadas par ao plasma da câmara de confinamento (ou recipiente) 100 e defletores 300 com filmes (lente de micrometros de espessura) de Ti e/ou Li. Os revestimentos são alcançados através de técnicas de deposição de vapor. Li e/ou Ti sólidos são evaporados e/ou sublimados e pulverizados em superfícies próximas para formar os revestimentos. As fontes são fornos atômicos com bocais guia (no caso de Li) 822 ou esferas aquecidas de sólido com proteção guia (no caso de Ti) 812. Sistemas de evaporação Li operam tipicamente em um modo contínuo enquanto sublimadores Ti são basicamente operados de forma intermitente entre a operação de plasma. As temperaturas de operação desses sistemas estão acima de 600 C para obter taxas de deposição rápidas. Para alcançar uma boa cobertura de parede, múltiplos sistemas de evaporador/sublimador localizados estrategicamente são necessários. A figura 9 detalha uma disposição preferida dos sistemas de deposição de gettering 810 e 820 no sistema FRC 10. Os revestimentos agem como superfícies de gettering e bombeiam efetivamente espécies hidrogênicas atômicas e moleculares (H e D). Os revestimentos também reduzem outras impurezas típicas tal como Carbono e Oxigênio a níveis insignificantes.

PLUGUES ESPELHADOS

[045] Como mencionado acima, o sistema FRC 10 emprega conjuntos de espirais espelhados 420, 430 e 444 como ilustrado nas figuras 2 e 3. Um primeiro conjunto de espirais espelhados 420 é localizado em duas extremidades axiais da câmara de confinamento 100 e é independentemente energizado a partir dos espirais de confinamento 412, 414 e 416 do sistema magnético principal 410. O primeiro conjunto de espirais espelhados 420 ajuda basicamente a misturar e axialmente conter a FRC 450 durante a mistura e fornece o controle de formatação de equilíbrio durante a sustentação. O primeiro conjunto de espiral espelhado 420 produz campos magnéticos nominalmente maiores (em torno de 0,4 a 0,5 T) do que o campo de confinamento central produzido pelos espirais de confinamento central 412. O segundo conjunto de espirais espelhados 430, que inclui três espirais espelhados quase dc compactos 432, 434, e 436, é localizado entre as seções de formação 200 e os defletores 300 e são acionados por um suprimento de energia de comutação comum. Os espirais espelhados 432, 434, e 436, juntamente com os espirais de plugue espelhado pulsado mais compacto 444 (alimentados por um suprimento de energia capacitiva) e a constrição física 442 formam plugues espelhados 440 que fornecem um percurso de condutância de gás baixo e estreito com campos magnéticos muito altos (entre 2 e 4 T com tempos de elevação de cerca de 10 a 20 ms). Os espirais espelhados pulsados mais compactos 444 são de dimensões radiais compactas, orifício de 20 cm e comprimento similar, comparados com o orifício de metro mais escala e o desenho tipo panqueca dos espirais de confinamento 412, 414 e 416. A finalidade dos plugues espelhados 440 é variada: (1) os espirais 432, 434, 436 e 444 formam um feixe justo e orientam as superfícies de fluxo magnético 452 e jatos de plasma de sequenciamento de extremidade 454 para dentro das câmaras de desvio remoto 300. Isso garante que as partículas de exaustão alcancem os defletores 300 adequadamente e que haja superfícies de fluxo contínuo 455 que traçam a região de linha de campo aberto 452 da FRC central 450 todo o caminho até os defletores 300. (2) As restrições físicas 442 no sistema FRC 10, através das quais esses espirais 432, 434, 436 e 444 permitem a passagem de superfícies de fluxo magnético 452 e jatos de plasma 454, fornecem um impedimento ao fluxo de gás neutro das pistolas de plasma 350 que assentam nos defletores 300. Na mesma veia, as restrições 442 impedem o sequenciamento de retorno do gás das seções de formação 200 para os defletores 300 reduzindo, assim, o número de partículas neutras que precisam ser introduzidas em todo o sistema FRC 10 quando se inicia uma FRC. (3). Os espelhos axiais fortes produzidos pelos espirais 432, 434, 436 e 444 reduzem as perdas de partícula axial e, dessa forma, reduzem a capacidade de difusão de partícula paralela nas linhas de campo aberto.

PISTOLAS DE PLASMA AXIAL

[046] As sequências de plasma para as pistolas 350 montadas nas câmaras de desvio 310 dos defletores 300 devem aperfeiçoar a estabilidade e o desempenho do feixe neutro. As pistolas 350 são montadas no eixo dentro da câmara 310 dos defletores 300 como ilustrado nas figuras 3 e 10 e produzem plasma que flui ao longo das linhas de fluxo abertas 452 no elemento de desvio 300 e na direção do centro da câmara de confinamento 100. As pistolas 350 operam em uma descarga de gás de alta densidade em um canal de pilha de arruela e são projetadas para gerar vários kiloamperes de plasma totalmente ionizado para 5 a 10 ms. As pistolas 350 incluem um espiral magnético pulsado que combina a sequência de plasma de saída com o tamanho desejado de plasma na câmara de confinamento 100. Os parâmetros técnicos das pistolas 350 são caracterizados por um canal possuindo um diâmetro externo de 5 a 13 cm e até cerca de 10 cm de diâmetro interno e fornece uma corrente de descarga de 10 a 15 kA em 400 a 600 V com um campo magnético dentro da pistola de entre 0,5 a 2,3 T.

[047] As correntes de plasma de pistola podem penetrar os campos magnéticos dos plugues espelhados 440 e fluir para dentro da seção de formação 200 e câmara de confinamento 100. A eficiência da transferência de plasma através do plugue espelhado 440 aumenta com a redução da distância entre a pistola 350 e o plugue 440 e pelo alargamento e encurtamento do plugue 440. Sob condições razoáveis, as pistolas 350 podem, cada uma, distribuir aproximadamente 1022 prótons/s através de plugues espelhados de 2 a 4 ¨T 440 com altas temperaturas de íon e elétron de cerca de 150 a 300 eV e cerca de 40 a 50 eV, respectivamente. As pistolas 350 fornecem um reabastecimento significativo da camada de borda FRC 456 e um aperfeiçoamento do confinamento de partícula FRC geral.

[048] Para aumentar ainda mais a densidade de plasma, uma caixa de gás pode ser utilizada para pulverizar gás adicional para dentro da corrente de plasma a partir das pistolas 350. Essa técnica permite um aumento de várias vezes na densidade de plasma injetado. No sistema FRC 10, uma caixa de gás instalada no lado do elemento de desvio 300 dos plugues espelhados 440 aperfeiçoa o reabastecimento da camada de borda FRC 456, formação de FRC 450 e amarração de linha de plasma.

[049] De acordo com os parâmetros de ajuste discutidos acima e também levando-se em consideração que a operação com apenas uma ou ambas as pistolas é possível, é prontamente aparente que um amplo espectro de modos de operação é possível.

ELETRODOS DE ORIENTAÇÃO

[050] A orientação elétrica das superfícies de fluxo aberto pode fornecer potenciais radiais que dão lugar ao movimento azimute ExB que fornece um mecanismo de controle, análogo à rotação de um botão, para controlar a rotação do plasma de linha de campo aberto além do núcleo FRC real 450 através do cisalhamento de velocidade. Para se realizar esse controle, o sistema FRC 10 emprega vários eletrodos estrategicamente localizados em várias partes da máquina. A figura 3 apresenta os eletrodos de orientação posicionados em locais preferidos dentro do sistema FRC 10.

[051] A princípio, existem 4 classes de eletrodos: (1) eletrodos pontuais 905 na câmara de confinamento 100 que fazem contato com linhas de campo aberto particulares 452 na borda da FRC 450 para fornecer carga local, (2) eletrodos anulares 900 entre a câmara de confinamento 100 e as seções de formação 200 para carregar as camadas defluxo de borda distante 456 em forma de azimute simétrico, (3) pilhas de eletrodos concêntricos 910 nos defletores 300 para carregar as múltiplas camadas e fluxo concêntrico 455 (onde a seleção de camadas é controlável pelo ajuste dos espirais 416 para ajustar o campo magnético do elemento de desvio de modo a encerrar as camadas de fluxo desejadas 456 nos eletrodos adequados 910) e finalmente (4) os anodos 920 (ver figura 10) das pistolas de plasma 350 propriamente ditas (que interceptam as superfícies de fluxo aberto internas 455 perto da separatriz da FRC 450). As figuras 10 e 11 ilustram alguns desenhos típicos para alguns dos mesmos.

[052] Em todos os casos esses eletrodos são acionados por fontes de energia dc ou pulsada em voltagens de até cerca de 800 V. Dependendo do tamanho do eletroco e de quais superfícies de fluxo sofrem interseção, as correntes podem ser criadas na faixa de kilo-ampere.

OPERAÇÃO NÃO SUSTENTADA DE SISTEMA FRC – REGIME CONVENCIONAL

[053] A formação de plasma padrão no sistema FRC 10 segue a técnica de estreitamento theta de campo reverso bem desenvolvida. Um processo típico para iniciar uma FRC começa pelo acionamento dos espirais quase dc 412, 414, 416, 420, 432, 434 e 436 para a operação em estado estável. Os circuitos de energia pulsados RFTP dos sistemas de formação de energia pulsada 210 então acionam os espirais de campo magnético reverso rápido pulsado 232 para criar uma orientação reversa temporária de cerca de -0,05 T nas seções de formação 200. Nesse ponto, uma quantidade predeterminada de gás neutro a 9 a 20 psi é injetada em dois volumes de formação definidos pelas câmaras de tubo de quartzo 240 das seções de formação (norte e sul) 200 através de um conjunto de válvulas de pulverização orientadas por azimute em flanges localizados nas extremidades externas das seções de formação 200. A seguir, um campo de RF pequeno (~ centenas de kilo-hertz) é gerado a partir de um conjunto de antenas na superfície dos tubos de quartzo 240 para criar uma pré-préionização na forma de regiões de ionização semente locais dentro das colunas de gás neutro. Isso é seguido pela aplicação de uma modulação de toque theta na corrente acionando os espirais de campo de ímã reverso rápido e pulsado 232, que resulta em uma pré-ionização mais global das colunas de gás. Finalmente, os bancos de energia pulsada principais dos sistemas de formação de energia pulsada 210 são disparados para acionar os espirais de campo de ímã reverso rápido e pulsado 232 para criar um campo orientado para frente de até 0,4 T. Essa etapa pode ser sequenciada em tempo de modo que o campo orientado para frente seja gerado uniformemente por todo o comprimento dos tubos de formação 240 (formação estática) ou de modo que uma modulação de campo peristáltico consecutiva seja alcançada ao longo do eixo dos tubos de formação 240 (formação dinâmica).

[054] Em todo o processo de formação, a reversão de campo real no plasma ocorre rapidamente, dentro de cerca de 5 s. A energia pulsada de múltiplos giga watts distribuída para o plasma de formação rapidamente produz FRCs quentes que são então ejetadas a partir das seções de formação 200 através da aplicação de uma modulação sequenciada por tempo do campo magnético de avanço (peristaltismo magnético) ou corentes temporariamente aumentadas nos últimos espirais dos conjuntos de espirais 232 perto das extremidades externas axiais dos tubos de formação 210 (formando um gradiente de campo magnético axial que aponta axialmente na direção da câmara de confinamento 100). As duas FRCs de formação (norte e sul) formadas assim e aceleradas então expandem para dentro da camada de confinamento de diâmetro maior 100, onde os espirais quase dc 412 produzem um campo orientado de avanço para controlar a expansão radial e fornecer um fluxo magnético externo de equilíbrio.

[055] Uma vez que as FRCs de formação norte e sul chegam perto do plano intermediário da câmara de confinamento 100, as FRCs colidem. Durante a colisão as energias cinéticas axiais das FRCs de formação norte e sul são muito termalizadas à medida que as FRCs misturam por fim em uma única FRC 450. Um grande conjunto de diagnósticos de plasma está disponível na câmara de confinamento 100 para estudo dos equilíbrios da FRC 450. As condições operacionais típicas no sistema FRC 10 produzem FRCs compostas com raios de separatriz de cerca de 0,4 m e cerca de 3 m de extensão axial. Características adicionais são campos magnéticos externos de cerca de 0,1 T, densidades de plasma de cerca de 5x1019 m-3 e temperatura total de plasma de até 1 keV. Sem qualquer sustentação, isso é, sem aquecimento e/ou acionamento de corrente através da injeção de feixe neutro ou outros meios auxiliares, a vida útil dessas FRCs é limitada a cerca de 1 ms, o tempo de redução de configuração característica nativa.

DADOS EXPERIMENTAIS DE OPERAÇÃO NÃO SUSTENTADA – REGIME CONVENCIONAL

[056] A figura 12 ilustra uma evolução de tempo típica do raio de fluxo excluído, r, que aproxima o raio da separatriz, rs, para ilustrar a dinâmica do processo de mistura de estreitamento theta da FRC 450. Os dois plasmóides individuais (norte e sul) são produzidos simultaneamente e então acelerados para fora das seções de formação respectivas 200 em uma velocidade supersônica, vz ~ 250 km/s e colidem perto do plano intermediário a z = 0. Durante a colisão, os plasmóides comprimem axialmente, seguido por uma expansão radial e axial rápida, antes de eventualmente se misturarem para formar uma FRC 450. Ambas as dinâmicas radial e axial da FRC misturada 450 são evidenciadas por medições de perfil de densidade detalhadas e tomografia com base em bolômetro.

[057] dados de uma descarga não sustentada representativa do sistema FRC 10 são ilustrados como funções do tempo na figura 13. FRC é iniciada em t = 0. O raio de fluxo excluído no plano intermediário axial da máquina é ilustrado na figura 13a. Esses dados são obtidos a partir de um conjunto de sondas magnéticas, localizadas dentro da parede de aço inoxidável da câmara de confinamento, que mede o campo magnético axial. A parede de aço é um bom conservador de fluxo nas escalas de tempo dessa descarga.

[058] As densidades integradas em linha são ilustradas na figura 13b, a partir de um interferômetro de 6 cordões de CO2/He-Ne localizado em z = 0. Levando-se em consideração o deslocamento vertical FRC (y) como medido pela tomografia bolométrica, a inversão Abel resulta em contornos de densidade das figuras 13c. Depois de alguma aspersão axial e radial durante os primeiros 0,1 ms, FRC assenta com um perfil de densidade oco. Esse perfil é bem plano, com densidade substancial no eixo geométrico, como necessário pelo equilíbrio FRC 2-D típico.

[059] A temperatura total de plasma é ilustrada na figura 13d, derivada do equilíbrio de pressão e totalmente consistente com as medições de espalhamento e espectroscopia Thomson.

[060] A análise de todo o conjunto de fluxo excluído inclui o formato da separatriz FRC (aproximação pelos perfis axiais de fluxo excluídos) que evolui gradualmente a partir de pista de corrida para elipse. Essa evolução, ilustrada na figura 14,é consistente com uma reconexão magnética gradual de duas para uma FRC. Na verdade, estimativas aproximadas sugerem que nesse caso em particular, cerca de 10% dos dois fluxos magnéticos FRC iniciais reconectam durante a colisão.

[061] O comprimento da FRC encolhe de forma estável de 3 para cerca de 1 durante a vida útil da FRC. Esse encolhimento, visível na figura 14, sugere que basicamente a perda de energia convectiva domina o confinamento FRC. à medida que a pressão de plasma dentro da separatriz diminui mais rapidamente do que a pressão magnética externa, a tensão em linha de campo magnético nas regiões de extremidade comprime a FRC axialmente, restaurando o equilíbrio axial e radial. Para a descarga discutida nas figuras 13 e 14, o fluxo magnético FRC, inventário de partícula e energia térmica (partículas de cerca de 10 mWb, 7x1019, e 7 kJ, respectivamente) reduzem por aproximadamente uma ordem de magnitude no primeiro milissegundo, quando o equilíbrio FRC parece ceder.

OPERAÇÃO SUSTENTADA – REGIME HPF

[062] Os exemplos nas figuras 12 a 14 são característicos da redução de FRCs sem qualquer sustentação. No entanto, várias técnicas são desenvolvidas no sistema FRC 10 para aperfeiçoar ainda mais o confinamento FRC (núcleo interno e borda externa) para o regime HPF e sustenta a configuração.

FEIXES NEUTROS

[063] Primeiro, neutros rápidos (H) são injetados de forma perpendicular a Bz em feixes de oito injetores de feixe neutros 600. Os feixes de neutros rápidos são injetados a partir do momento em que FRCs de formação norte e sul misturam na câmara de confinamento 100 em uma FRC 450. Os últimos íons, criados basicamente pela permuta de carga, possuem órbitas betatron (com raios primários na escalada topologia FRC ou pelo menos muito maior do que a escala de comprimento de gradiente de campo magnético característico) que adicionam à corrente de azimute da FRC 450. Depois de alguma fração de descarga (depois de 0,5 a 0,8 ms em um shot), uma população de íon rápido e suficientemente grande aperfeiçoa de forma significativa a estabilidade da FRC interna e as propriedades de confinamento (ver, por exemplo, M.W. Binderbauer N. Rostoker, Plasma Phys. 56, parte 3, 451 (1996)). Adicionalmente, a partir de uma perspectiva de sustentação, os feixes dos injetores de feixe neutros 600 também são basicamente meios para acionar a corrente e aquecer o plasma FRC.

[064] No regime de plasma do sistema FRC 10, os íons rápidos reduzem basicamente a velocidade nos elétrons de plasma. Durante a parte anterior de uma descarga, tempos de redução de velocidade de órbita média típicos de íons rápidos são de 0,3 a 0,5 ms, o que resulta em aquecimento significativo de FRC, basicamente dos elétrons. Os íons rápidos realizam grandes excursões radiais fora da separatriz visto que o campo magnético FRC interno é inerentemente lento (cerca de 0,03 T em média para um campo axial externo de 0,1 T). Os íons rápidos seriam vulneráveis à perda de permuta de carga, se a densidade do gás neutro fosse muito alta fora da separatriz. Portanto, as técnicas de gettering de parede e outras técnicas (tal como a pistola de plasma 350 e plugues espelhados 440 que contribuem, entre outras coisas, para o controle de gás) desenvolvidas no sistema FRC 10 tendem a minimizar os neutros de borda e permitir o acúmulo necessário de corrente de íon rápida.

INJEÇÃO DE PELOTA

[065] Quando uma população de íons rápidos significativa é acumulada dentro da FRC 450, com maiores temperaturas de elétron e tempos de vida de FRC mais longos, pelotas H ou D congeladas são injetadas na FRC 450 a partir do injetor de pelota 700 para sustentar o inventário de partículas FRC da FRC 450. As escalas de tempo de ablação antecipadas são suficientemente curtas para fornecer uma fonte de partícula FRC significativa. Essa taxa também pode ser aumentada pelo aumento da área de superfície da peça injetada pela quebra da pelota individual em fragmentos menores enquanto nos tambores ou tubos de injeção do injetor de pelota 700 e antes de entrar na câmara de confinamento 100, uma etapa que pode ser alcançada pelo aumento da fricção entre a pelota e as paredes do tubo de injeção pelo aperto do raio de dobra do último segmento do tubo de injeção pouco antes da entrada na câmara de confinamento 100. Em virtude da variação da sequência de disparo e da taxa de 12 tambores (tubos de injeção) além de fragmentação, é possível se sintonizar o sistema de injeção de pelota 700 para fornecer apenas o nível desejado de sustentação de inventário de partícula. Por sua vez, isso ajuda a manter a pressão cinética interna na FRC 450 e operação sustentada e vida útil da FRC 450.

[066] Uma vez que os átomos que sofreram ablação encontram o plasma significante na FRC 450, os mesmos se tornam totalmente ionizados. O componente de plasma frio resultante é então aquecido por colisão pelo plasma FRC nativo. A energia necessária para se manter uma temperatura desejada da FRC é, por fim, suprida pelos injetores de feixe 600. Nesse sentido, os injetores de pelota 700 juntamente com os injetores de feixe neutro 600 formam o sistema que mantém um estado estável e sustenta a FRC 450.

ESPIRAIS DE ASSENTAMENTO

[067] Para se alcançar o acionamento de corrente de estado estável e manter a corrente de íon necessária é desejável se impedir ou reduzir de forma significativa o spin up do elétron devido à força de fricção de elétron-íon (resultando da transferência de impulso de elétron e íon de colisão). O sistema FRC 10 utiliza uma técnica inovadora para fornecer a quebra de elétron através de um campo de dois ou quatro polos magnéticos estáticos externamente aplicados. Isso é realizado através de espirais de assentamento externos 460 apresentados na figura 15. O campo magnético radial aplicado de forma transversal dos espirais de assentamento 460 induzem um campo elétrico axial no plasma FRC rotativo. A corrente de elétron axial resultante interage com o campo magnético radial para produzir uma força de quebra de azimute nos elétrons, F=-Ve<|Br| 2 ). Para condições típicas no sistema FRC 10, o campo de polo magnético duplo aplicado necessário (ou quatro polos) dentro do plasma precisa ser apenas da ordem de 0,001 T para fornecer uma quebra de elétron adequada. O campo externo correspondente de cerca de .015 T é pequeno o suficiente para não causar perdas de partícula rápida apreciáveis ou de outra forma impactar negativamente o confinamento. De fato, o campo de polo magnético duplo aplicado (ou quatro polos) contribui para suprimir as instabilidades. Em combinação com a injeção de feixe neutro tangencial e a injeção de plasma axial, os espirais de assentamento 460 fornecem um nível adicional de controle com relação à manutenção e estabilidade da corrente.

PLUGUES ESPELHADOS

[068] O desenho dos espirais pulsados 444 dentro dos plugues espelhados 440 permite a geração local de campos magnéticos altos (2 a 4 T) com energia capacitiva modesta (cerca de 100 kJ). Para a formação de campos magnéticos típicos da presente operação do sistema FRC 10, todas as linhas de campo dentro do volume de formação passam através das restrições 442 nos plugues espelhados 440, como sugerido pelas linhas de campo magnético na figura 2 e o contato com a parede de plasma não ocorre. Adicionalmente, os plugues espelhados 440 em conjunto com os ímãs de desvio quase dc 416 podem ser ajustados de forma a orientar as linhas de campo nos eletrodos de desvio 910, ou alargar as linhas de campo em uma configuração de cúspide de extremidade (não ilustradas). O último fornece estabilidade e suprime a condução térmica de elétron em paralelo.

[069] Os plugues espelhados 440 por si só também contribuem para o controle do gás neutro. Os plugues espelhados 440 permitem uma melhor utilização do gás de deutério pulverizado nos tubos de quartzo durante a formação de FRC, visto que a corrente de retorno de gás para dentro dos defletores 300 é significativamente reduzida pela baixa condutância do gás dos plugues (um meager 500 L/s). A maior parte do gás pulverizado residual dentro dos tubos de formação 210 é rapidamente ionizada. Adicionalmente, o plasma de alta densidade fluindo através dos plugues espelhados 440 fornece ionização neutra eficiente, dessa forma, uma proteção efetiva contra o gás.Como resultado disso, a maior parte dos neutros reciclados nos defletores 300 da camada de borda FRC 456 não retornam para a câmara de confinamento 100. Adicionalmente, os neutros associados com a operação das pistolas de plasma 350 (como discutido abaixo) serão confinados nos defletores 300.

[070] Finalmente, os plugues espelhados 440 tendem a aperfeiçoar o confinamento de camada de borda FRC. Com razões de espelhamento (plugue/campos magnéticos de confinamento) na faixa de 20 a 40, e com um comprimento de 15 m entre os plugues espelhados norte e sul 440, o tempo de confinamento de partícula de camada de borda τ|| aumenta por até uma ordem de magnitude. O aperfeiçoamento de τ|| aumenta prontamente o confinamento de partícula de FRC.

[071] Assumindo-se a perda de partícula por difusão radial (D) a partir do volume da separatriz 453 equilibrada pela perda axial (τ||) a partir da camada de borda 456, se obtém (2πrsLs)(Dns/δ)=(2πrsLs)(ns/τ||), de onde o comprimento de gradiente de densidade de separatriz pode ser reescrita como δ = (Dτ||)1/2. Aqui, rs, Ls e ns são raio de separatriz, comprimento de separatriz e densidade de separatriz, respectivamente. O tempo de confinamento de partícula FRC é τN = [πrs 2Ls]/[(2πrsLs)(Dns/δ)] = (/ns)(τꞱτ||)1/2, onde τꞱ = a2 /D com a = rs/4. Fisicamente, o aperfeiçoamento de τ|| também exige que a camada de borda 456 permaneça estável (isso é, nenhum flute n = 1, mangueira ou outra instabilidade MHD típica de sistemas abertos). O uso de pistolas de plasma 350 fornece essa estabilidade de borda preferida. Nesse sentido, os plugues espelhados 440 e a pistola de plasma 350 formam um sistema de controle de borda eficiente.

PISTOLAS DE PLASMA

[073] As pistolas de plasma 350 aperfeiçoam a estabilidade dos jatos de exaustão FRC 454 pela amarração de linha. Os plasmas de pistola das pistolas de plasma 350 são gerados sem impulso angular de azimute, que é útil no controle de instabilidades de rotação FRC. Como tal as pistolas 350 são um meio eficiente para controlar a estabilidade FRC sem a necessidade de técnicas de estabilização de quatro polos mais antigas. Como resultado disso, as pistolas de plasma 350 possibilitam se levar vantagem dos efeitos benéficos de partículas rápidas ou acesso ao regime FRC cinético híbrido avançado como destacado nessa descrição. Portanto, as pistolas de plasma 350 permitem que o sistema FRC 10 sejam operadas com correntes de espiral de assentamento adequadas para a quebra de elétron, mas abaixo do limite que causaria instabilidade FRC e/ou resultaria em uma difusão de partícula rápida drástica.

[074] Como o método de PLUGUE ESPELHADO discutido acima, se λ|| puder ser significativamente aperfeiçoado, o plasma de pistola suprido seria comparável com a taxa de perda de partícula de camada de borda (~1022/s). A vida útil do plasma produzido por pistola no sistema FRC 10 está na faixa de milissegundos. Na verdade, considere-se o plasma de pistola com densidade ne ~ 1013 cm-3 e temperatura de íon de cerca de 200 eV, confinado entre os plugues espelhados de extremidade 440. O comprimento de aprisionamento L e a razão de espelhamento R são de cerca de 15 m e 20, respectivamente. O percurso livre médio de íon devido às colisões Coulomb é de λii ~6 x 103 cm e, visto que λiiInR/R ˂ L, os íons são confinados no regime dinâmico de gás. O tempo de confinamento de plasma nesse regime é τgd ~ RL/2vs ~ 2 ms, onde Vs é a velocidade de som de íon. Para comparação, o tempo de confinamento de íon clássico para esses parâmetros de plasma seria de τc ~ 0,5τii(InR + (InR)0,5) ~ 0,7 ms. A difusão transversal anômala pode, a princípio, encurtar o tempo de confinamento do plasma. No entanto, no sistema FRC 10, se for assumida a taxa de difusão Bohm, o tempo de confinamento transversal estimado para o plasma de pistola é τꞱ ˃ τgd ~ 2 ms. Dessa forma, as pistolas fornecerão o reabastecimento significativo da camada de borda FRC 456 e um confinamento de partícula FRC geral aperfeiçoado.

[075] Adicionalmente, as correntes de plasma de pistola podem ser ligadas em cerca de 150 a 200 microssegundos, o que permite o uso na inicialização FRC, translação e mistura dentro da câmara de confinamento 100. Se ligada em torno de t ~ 0 (iniciação de banco principal FRC), os plasmas de pistola ajudam a sustentar a FRC presente dinamicamente formada e misturada 450. Os inventários de partícula combinados das FRCs de formação e das pistolas são adequados para a captura de feixe neutro, aquecimento de plasma, e sustentação longa. Se ligada em t na faixa de -1 a 0 ms, os plasmas de pistola podem preencher os tubos de quartzo 210 com plasma e ionizar o gás pulverizado nos tubos de quartzo, permitindo, assim, a formação de FRC com gás pulverizado reduzido ou até mesmo, talvez, igual a zero. O último pode exigir plasma de formação suficientemente frio para permitir a difusão rápida do campo magnético de orientação reversa. Se ligado em t ˂ -2 ms, as correntes de plasma podem preencher um campo de linha de campo de cerca de 1 a 3 m3 das regiões de formação e confinamento das seções de formação 200 e câmara de confinamento 100 com uma densidade de plasma alvo de poucos 1013 cm-3, suficiente para permitir o acúmulo de feixe neutro antes da chegada de FRC. As FRCs de formação podem então ser formadas e transladadas para dentro do plasma de recipiente de confinamento resultante. Dessa forma, as pistolas de plasma 350 permitem uma ampla variedade de condições operacionais e regimes de parâmetro.

ORIENTAÇÃO ELÉTRICA

[076] O controle do perfil de campo elétrico radial na camada de borda 456 é benéfico de várias formas para a estabilidade e confinamento de FRC. Em virtude dos componentes de orientação inovadores desenvolvidos no sistema FRC 10 é possível se aplicar uma variedade de distribuições deliberadas dos potenciais elétricos para um grupo de superfícies de fluxo aberto por toda a máquina a partir de áreas bem fora da região de confinamento central na câmara de confinamento 100. Dessa forma, os campos elétricos radiais podem ser gerados através da camada de borda 456 logo fora da FRC 450. Esses campos elétricos radiais então modificam a rotação de azimute da camada de borda 456 e realizam seu confinamento através do cisalhamento de velocidade E x B. Qualquer rotação diferencial entre a camada de borda 456 e o núcleo FRC 453 pode então ser transmitida para dentro do plasma FRC por cisalhamento. Como resultado disso, o controle da camada de borda 456 pode impactar diretamente o núcleo FRC 453. Adicionalmente, visto que a energia livre na rotação de plasma também pode ser responsável por instabilidades, essa técnica fornece um meio direto de controle de geração e crescimento de instabilidades. No sistema FRC 10, a orientação de borda adequada fornece um controle efetivo do transporte e rotação de linha de campo aberto além de rotação de núcleo FRC. A localização e formato dos vários eletrodos fornecidos 900, 905, 910 e 920 permitem o controle de diferentes grupos de superfícies de fluxo 455 e em potenciais diferentes e independentes. Dessa forma, um amplo conjunto de diferentes configurações de campo elétrico e resistências pode ser realizado, cada um com diferentes impactos de característica no desempenho de plasma.

[077] Uma vantagem chave de todas essas técnicas de orientação inovadoras é o fato de o comportamento de plasma de núcleo e borda poder ser realizado a partir do exterior do pasma FRC, isso é, sem qualquer necessidade de trazer quaisquer componentes físicos em contato com o plasma quente central (o que teria implicações sérias para as perdas de energia, fluxo e partícula). Isso tem um impacto benéfico importante no desempenho e todas as aplicações em potencial do conceito HPF.

Dados EXPERIMENTAIS – OPERAÇÃO HPF

[078] A injeção de partículas rápidas através de feixes a partir de pistolas de feixe de neutros 600 tem um papel importante na ativação do regime HPF. A figura 16 ilustra esse fato. Apresentado é um conjunto de curvas ilustrando como a vida útil da FRC se correlaciona com o comprimento dos pulsos de feixe. Todas as outras condições operacionais são mantidas constantes para todas as descargas compreendendo esse estudo. Os dados são medidos através de muitos shots e, portanto, representam o comportamento típico. É claramente evidente que a duração de feixe maior produz FRCs mais duráveis. Observando essa evidencia além de outros diagnósticos durante esse estudo, é demonstrado que os feixes aumentam a estabilidade e reduzem as perdas. A correlação entre o comprimento de pulso de feixe e a vida útil de FRC não é perfeita visto que o aprisionamento de feixe se torna ineficiente abaixo de um determinado tamanho de plasma, isso e, à medida que a FRC 450 encolhe em tamanho físico não todos os feixes injetados são interceptados e aprisionados. O encolhimento da FRC é basicamente decorrente do fato de a perda de energia líquida (~4 MW) do plasma FRC durante a descarga ser de alguma forma maior do que a energia total alimentada para dentro da FRC através dos feixes neutros (~ 2,5 MW) para a configuração experimental particular. A localização de feixes em um local mais próximo do plano intermediário do recipiente 100 tenderia a reduzir essas perdas e a vida útil esperada da FRC.

[079] A figura 17 ilustra os efeitos de diferentes componentes para alcançar o regime HPF. Ilustra uma família de curvas típicas apresentando a vida útil da FRC 450 como uma função do tempo. Em todos os casos uma quantidade constante e modesta de energia de feixe (cerca de 2,5 MW) é injetada por toda a duração de cada descarga. Cada curva é representativa de uma combinação diferente de componentes. Por exemplo, a operação do sistema FRC 10 sem quaisquer plugues espelhados 440, pistolas de plasma 350 ou gettering dos sistemas de gettering 800 resulta em uma instalação rápida de instabilidade rotacional e perda de topologia FRC. A adição de apenas os plugues espelhados 440 retarda a instalação das instabilidades e aumenta o confinamento. A utilização da combinação de plugues espelhados 440 e uma pistola de plasma 350 reduz ainda mais as instabilidades e aumenta a vida útil da FRC. Finalmente, a adição de gettering (Ti nesse caso) em cima da pistola 350 e plugues 440 resulta em melhores resultados – a FRC resultante está livre de instabilidades e exibe a vida útil mais longa. É claro a partir dessa demonstração experimental que a combinação total de componentes produz o melhor efeito e fornece os feixes com melhores condições alvo.

[080] Como ilustrado na figura 1, o regime HPF recém descoberto exibe um comportamento de transporte drasticamente aperfeiçoado. A figura 1 ilustra a mudança no tempo de confinamento de partícula no sistema FRC 10 entre o regime convencional e o regime HPF. Como pode ser observado, foi aperfeiçoado bem acima de um fato de 5 no regime HPF. Adicionalmente, a figura 1 detalha o tempo de confinamento de partícula no sistema FRC 10 com relação ao tempo de confinamento de partícula nos experimentos FRC convencionais anteriores. Com relação a essas outras máquinas, o regime HPF do sistema FRC 10 possui um confinamento aperfeiçoado por um fator de entre 5 e próximo a 20. Finalmente e mais importante, a natureza do escalonamento de confinamento do sistema FRC 10 no regime HPF é drasticamente diferente de todas as medições anteriores. Antes do estabelecimento do regime HPF no sistema FRC 10, várias leis de escalonamento empíricas foram derivadas dos dados para prever os tempos de confinamento nos experimentos FRC anteriores. Todas as outras regras de escalonamento dependem basicamente da razão R2 /i, onde R é o raio do campo magnético nulo (uma medição solta da escala física da máquina) e i é o raio lamor de íon avaliado no campo aplicado externamente (uma medição solta do campo magnético aplicado). É claro a partir da figura 1 que o confinamento longo nas FRCs convencionais é possível apenas em uma máquina de tamanho grande e/ou campo magnético alto. A operação do sistema FRC 10 no regime FRC convencional CR tende a seguir essas regras de escalonamento, como indicado na figura 1. No entanto, o regime HPF é vastamente superior e ilustra que um confinamento muito melhor é obtenível sem a máquina de tamanho grande ou campos magnéticos altos. Mais importante, fica claro também a partir da figura 1 que o regime HPF resulta em tempo de confinamento aperfeiçoado com tamanho de plasma reduzido em comparação com o regime CR. Tendências similares também são visíveis para os tempos de confinamento de fluxo e energia, como descrito abaixo, que aumentou por mais de um fator de 3 a 8 no sistema FRC 10 também. A descoberta do regime HPF, portanto, permite o uso de uma energia de feixe modesta, campos magnéticos mais baixos e tamanho menor para sustentar e manter o equilíbrio FRC no sistema FRC 10 e máquinas de energia maiores futuras. Lado a lado com esses aperfeiçoamentos vêm os custos de construção e operação mais baixos além de complexidade de engenharia reduzida.

[081] Para uma comparação adicional, a figura 18 ilustra dados de uma descarga de regime HPF representativa no sistema FRC 10 como uma função do tempo. A figura 18a apresenta o raio de fluxo excluído no plano intermediário. Para essas escalas de tempo maiores a parede de aço condutora não é mais um conservador de fluxo tão bom e sondas magnéticas internas à parede são aumentadas com as sondas fora da parede para compensar adequadamente a difusão de fluxo magnético através do aço. Em comparação com o desempenho típico no regime convencional CR, como ilustrado na figura 13, o modo de operação do regime HPF exibe uma vida útil 400% mais longa.

[082] Um cordão representativo do traço de densidade integrada de linha é ilustrado na figura 18b com seu complemento invertido Abel, os contornos de densidade, na figura 18c. Em comparação com o regime FRC convencional CR, como ilustrado na figura 13, o plasma é mais quiescente por todo o pulso, indicativo de uma operação muito estável. A densidade de pico também é ligeiramente menor em shots HPF – isso é, uma consequente de temperatura de plasma total maior (até um fator de 2) como ilustrado na figura 18d.

[083] Para a descarga respectiva ilustrada na figura 18, os tempos de confinamento de energia, partícula e fluxo são 0,5 ms, 1 ms e 1 ms, respectivamente. Em um tempo de referência de 1 ms dentro da descarga, a energia de plasma armazenada é de 2 kJ enquanto as perdas são de cerca de 4 MW, tornando esse alvo muito adequado para a sustentação de feixe neutro.

[084] A figura 19 resume todas as vantagens do regime HPF na forma de um escalonamento de confinamento de fluxo HPF experimental recém estabelecido. Como pode ser observado na figura 19, com base nas medições realizadas antes e depois de t = 0,5 ms, isso é, t  0,5 ms e t > 0,5 ms, as escalas de confinamento com aproximadamente o quadrado da temperatura de elétron. Esse escalonamento forte com uma energia positiva de Te (e não uma energia negativa) é completamente oposto ao exibido pelos tokomaks convencionais, onde o confinamento é tipicamente inversamente proporcional a alguma energia da temperatura de elétron. A manifestação desse escalonamento é uma consequência direta do estado HPF e a população de íon de órbita grande (isso é, órbitas na escala da topologia FRC e/ou pelo menos a escala de comprimento de gradiente de campo magnético característico). Fundamentalmente, esse novo escalonamento favorece substancialmente altas temperaturas operacionais e permite reatores dimensionados relativamente modestos.

[085] Enquanto a invenção é suscetível a várias modificações, e formas alternativas, exemplos específicos foram ilustrados nos desenhos e são descritos aqui em detalhes. Deve-se compreender, no entanto, que a invenção não está limitada às formas em particular ou métodos descritos, mas ao contrário, a invenção deve cobrir todas as modificações, equivalências e alternativas que se encontram dentro do espírito e escopo das reivindicações em anexo.

[086] Na descrição acima, para fins de explicação apenas, a nomenclatura específica é apresentada para fornecer uma compreensão profunda da presente descrição. No entanto, será aparente aos versados na técnica que esses detalhes específicos não são necessários para se praticar os ensinamentos da presente descrição.

[087] As várias características dos exemplos representativos e reivindicações dependentes podem ser combinadas de forma que não são especificamente e explicitamente enumeradas a fim de fornecer modalidades úteis adicionais dos presentes ensinamentos. Também é expressamente notado que todas as faixas de valor ou indicações de grupos de entidades descrevem cada possível valor intermediário ou entidade intermediária para fins de descrição original, além de para fins de restrição da presente matéria reivindicada.

[088] Os sistemas e métodos para geração e manutenção de uma FRC de regime HPF foram descritos. É compreendido que as modalidades descritas aqui servem à finalidade de elucidação e não devem ser considerados limitadores da presente matéria da descrição. Várias modificações, utilizações, substituições, combinações, aperfeiçoamentos, métodos de produção sem se distanciar do escopo ou espírito da presente invenção serão evidentes aos versados na técnica. Por exemplo, o leitor deve compreender que a ordenação específica e combinação de ações de processo descritas aqui é meramente ilustrativa, a menos que mencionado o contrário, e a invenção pode ser realizada utilizando-se ações de processo diferentes ou adicionais, ou uma combinação diferente ou ordenação de ações de processo. Como outro exemplo, cada característica de uma modalidade pode ser misturada e combinada com outras características ilustradas em outras modalidades. As características e processos conhecidos dos versados na técnica podem ser incorporados de forma similar como desejado. Adicionalmente e obviamente, as características podem ser adicionadas ou subtraídas como desejado. De acordo, a invenção não dever restringida exceto em vista das reivindicações em anexo e suas equivalências.

Claims (20)

1. Sistema para gerar e manter um campo magnético com uma configuração reversa em campo (FRC), CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:
   uma câmara de confinamento (100),
   primeira e segunda seções de formação de FRC diametralmente opostas (200) acopladas à câmara de confinamento (100);
   primeiro e segundo defletores (300) acoplados às primeira e segunda seções de formação (200),
   uma ou mais de uma pluralidade de pistolas de plasma (350), um ou mais eletrodos de orientação e primeiro e segundo plugues espelhados (440), em que a pluralidade de pistolas de plasma (350) inclui primeira e segunda pistolas de plasma axial (350) acopladas operativamente aos primeiro e segundo defletores (300), as primeira e segunda seções de formação (200) e a câmara de confinamento (100), em que os um ou mais eletrodos de orientação são posicionados no interior de um ou mais dentre a câmara de confinamento (100), as primeira e segunda seções de formação (200), e os primeiro e segundo defletores (300), e em que os primeiro e segundo plugues espelhados (440) sendo posicionados entre as primeira e segunda seções de formação (200) e os primeiro e segundo defletores (300),
   um sistema de gettering (800) acoplado à câmara de confinamento (100) e aos primeiro e segundo defletores (300),
   uma pluralidade de injetores de feixe de átomo neutro (600) acoplada à câmara de confinamento (100) e orientada de forma normal ao eixo da câmara de confinamento (100); e
   um sistema magnético (410) compreendendo uma pluralidade de espirais quase dc (432,434, 436 e 444) posicionados em torno da câmara de confinamento (100), as primeira e segunda seções de formação (200), e os primeiro e segundo defletores (300), primeiro e segundo conjuntos de espirais quase dc (432, 434, 436, 444) posicionados entre a câmara de confinamento (100) e as primeira e segunda seções de formação (200).
2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o plugue espelhado compreende terceiro e quarto conjuntos de espirais espelhados entre cada das primeira e segunda seções de formação (200) e os primeiro e segundo defletores (300).
3. Sistema, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o plugue espelhado compreende adicionalmente um conjunto de espirais de plugue espelhados envolvidos em torno de uma restrição (442) na passagem entre cada das primeira e segunda seções de formação (200) e os primeiro e segundo defletores (300).
4. Sistema, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente primeira e segunda pistolas de plasma axial (350) acopladas operativamente aos primeiro e segundo defletores (300), às primeira e segunda seções de formação (200) e à câmara de confinamento (100).
5. Sistema, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente dois ou mais espirais assentados (460) acoplados à câmara de confinamento (100).
6. Sistema, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente um injetor de pelota de íon (700) acoplado à câmara de confinamento (100).
7. Sistema, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que a seção de formação (200) compreende sistemas de formação modulados para geração de uma FRC e translação da mesma na direção de um plano intermediário da câmara de confinamento (100).
8. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que os eletrodos de orientação incluem um ou mais dentre um ou mais eletrodos pontuais posicionados dentro da câmara de contenção (100) para contatar as linhas de campo aberto, um conjunto de eletrodos anulares entre a câmara de confinamento (100) e as primeira e segunda seções de formação (200) para carregar as camadas de fluxo de borda distante em uma forma simétrica em azimute, uma pluralidade de eletrodos empilhados concêntricos posicionados nos primeiro e segundo defletores (300) para carregar as múltiplas camadas de fluxo concêntricas, e anodos das pistolas de plasma (350) para interceptar o fluxo aberto (452).
9. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a seção de formação (200) compreende sistemas de formação modulados para geração de uma FRC e translação da mesma na direção de um plano intermediário da câmara de confinamento (100),
   em que uma ou mais de uma pluralidade de pistolas de plasma (350), um ou mais eletrodos de orientação e primeiro e segundo plugues espelhados (440) compreendem primeira e segunda pistolas de plasma axial (350) acopladas operativamente aos primeiro e segundo defletores (300), às primeira e segunda seções de formação (200) e à câmara de confinamento (100), e compreendendo adicionalmente primeiro e segundo plugues espelhados (440) posicionados entre as primeira e segunda seções de formação (200) e os primeiro e segundo defletores (300),
   um ou mais eletrodos de orientação para orientar eletricamente a superfície de fluxo aberto (455) de uma FRC gerada, os um ou mais eletrodos de orientação sendo posicionados dentro de uma ou mais dentre a câmara de confinamento (100), as primeira e segunda seções de formação (200), e os primeiro e segundo defletores (300),
   dois ou mais espirais assentados (460) acoplados à câmara de confinamento (100), e
   um injetor de pelota de íon (700) acoplado à câmara de confinamento (100).
10. Sistema, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que o plugue espelhado compreende um terceiro e quarto conjuntos de espirais espelhados entre cada das primeira e segunda seções de formação (200) e os primeiro e segundo defletores (300).
11. Sistema, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que o plugue espelhado compreende adicionalmente um conjunto de espirais de plugue espelhados envolvidos em torno de uma restrição (442) na passagem entre cada das primeira e segunda seções de formação (200) e os primeiro e segundo defletores (300).
12. Sistema, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que o tubo alongado (210) é um tubo de quartzo com um forro de quartzo.
13. Sistema, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que os sistemas de formação são sistemas de formação de energia pulsados.
14. Sistema, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que os sistemas de formação compreendem uma pluralidade de unidades de controle e energia (220) acopladas a conjuntos individuais de uma pluralidade de conjuntos de tiras (230) para energizar um conjunto de espirais dos conjuntos individuais da pluralidade de conjuntos de tira (230) envolvidos em torno do tubo alongado (210) das primeira e segunda seções de formação (200).
15. Sistema, de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADO pelo fato de que as unidades individuais da pluralidade de unidades de energia e controle (22) compreendem um sistema de acionamento e controle (222).
16. Sistema, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que os sistemas de acionamento e controle (222) das unidades individuais da pluralidade de unidades de energia e controle (220) sendo sincronizáveis para permitir a formação FRC estática em que a FRC é formada e então injetada ou a formação FRC dinâmica em que a FRC é formada e transladada simultaneamente.
17. Sistema, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que a pluralidade de injetores de feixe de átomo neutro (600) compreende um ou mais injetores de feixe de átomo neutro de fonte de plasma RF (600) e um ou mais injetores de feixe de átomo neutro de fonte de arco (600).
18. Sistema, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que a pluralidade de injetores de feixe de átomo neutro (600) é orientada com um percurso de injeção tangencial à FRC com uma zona de aprisionamento alvo dentro da separatriz (451) da FRC.
19. Sistema, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema de gettering (800) compreende um ou mais dentre um sistema de deposição de titânio (810) e um sistema de deposição de lítio (820) que revestem as superfícies voltadas para o plasma da câmara de confinamento (100) e os primeiro e segundo defletores (300).
20. Sistema, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que os eletrodos de orientação incluem um ou mais dentre um ou mais eletrodos pontuais posicionados dentro da câmara de contenção (100) para contatar as linhas de campo aberto, um conjunto de eletrodos anulares entre a câmara de confinamento (100) e as primeira e segunda seções de formação (200) para carregar as camadas de fluxo de borda distante em uma forma simétrica em azimute, uma pluralidade de eletrodos empilhados concêntricos posicionados nos primeiro e segundo defletores (300) para carregar as múltiplas camadas de fluxo concêntricas, e anodos das pistolas de plasma (350) para interceptar o fluxo aberto (452).

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