BRPI1008865B1

BRPI1008865B1 - sistemas e métodos para compressão de plasma

Info

Publication number: BRPI1008865B1
Authority: BR
Inventors: H Richardson Douglas; Georges Laberge Michel
Original assignee: General Fusion Inc
Priority date: 2009-02-04
Filing date: 2010-02-03
Publication date: 2019-12-10
Also published as: US9875816B2; CN102301832B; RU2503159C2; US10984917B2; RU2011128777A; BRPI1008865A2; KR101541576B1; JP5107466B2; US9424955B2; US20110026657A1; KR20110121622A; CN102301832A; JP2012517085A; EP2394496A1; US8537958B2; CA2750441C; US20140247913A1; CA2750441A1; US20160314855A1; WO2010089670A1

Abstract

sistemas e métodos para compressão de plasma modalidades de sistemas e métodos para comprimir plasma são descritas nas quais pressões de plasma acima do ponto de quebra de material sólido podem ser obtidas por injetar um plasma em um funil de metal líquido no qual o plasma é comprimido e/ou aquecido.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para: "SISTEMAS E MÉTODOS PARA COMPRESSÃO DE PLASMA".

Referência Remissiva a Pedidos Relacionados 0 presente pedido reivindica o benefício de acordo com 35 U.S.C. §119(e) do pedido de patente provisional norte-americano US número 61/149,886, depositado em 4 de fevereiro de 2009, intitulado "SYSTEMS AND METHODS FOR ACCELERATING AND COMPRESSING A PLASMA", que é pelo presente incorporado a título de referência em sua totalidade.

Campo da Invenção A presente descrição se refere a modalidades de sistemas e métodos para comprimir plasma. Em certas dessas modalidades, um toróide de plasma é comprimido utilizando um funil de metal líquido.

Antecedentes da Invenção Vários sistemas para aquecer e comprimir plasmas em densidades e temperaturas elevadas são descritos. Uma abordagem para realizar aquecimento e compressão de plasma por focalização esférica de uma onda de pressão acústica de amplitude grande em um meio líquido é descrita no pedido de patente norte-americano US número 2006/0198486, publicado em 7 de setembro de 2006, intitulado "Pressure wave generator and controller for generating a pressure wave in a fusion reactor", que é pelo presente incorporado a título de referência em sua totalidade. Em certas modalidades dessa abordagem, uma pluralidade de pistões é disposta em torno de um recipiente substancialmente esférico contendo um meio líquido. Um vórtice ou cavidade é criado no meio líquido. Os pistões são acelerados e atingem a parede externa do recipiente gerando uma onda acústica. A onda acústica gerada no meio líquido converge e envolve um plasma que é introduzido no vórtice, desse modo aquecendo e comprimindo o plasma.

Um gerador de onda de pressão do tipo descrito no pedido de patente norte-americano US número 2006/0198486 pode ser empregado em um reator de Fusão Alvo Magnetizada (MTF) como descrito, por exemplo, no pedido de patente norte-americano US número 2006/0198483, publicado em 7 de setembro de 2006, intitulada "Magnetized Plasma fusion reactor", que é pelo presente incorporada a título de referência em sua totalidade. Em certas tais implementações, um plasma magnetizado é introduzido em um vórtice que é criado no meio líquido, como lítio-chumbo fundido (PbLi). A onda acústica produzida pelo impacto de pistões que circundam o recipiente de reato esférico pode comprimir o plasma magnetizado até densidade e temperatura elevadas.

Em algumas modalidades dos dispositivos descritos acima, gás comprimido como vapor ou ar pode ser utilizado para acelerar os pistões. Tipicamente a velocidade de impacto desejada do pistão para compressão de plasma é da ordem de 100 m/s, e assim genericamente uma pressão de gás comprimido de aproximadamente 1.300 psi é utilizada para acelerar os pistões. Para obter a simetria de implosão que pode ser útil ou desejável em algumas implementações, o timing do disparo, trajetória e impacto de pistão é controlado precisamente para cada pistão. Por exemplo, para algumas implementações de compressão de plasma, todos os pistões atingem preferivelmente a parede do recipiente em aproximadamente 1 gs um do outro. Em algumas dessas implementações, um sistema de servo controle pode ser utilizado para medir precisamente a posição de cada pistão e controlar sua trajetória para obter o tempo de impacto exigido.

Embora certas modalidades de tais sistemas de compressão mecânicos sejam atraentes, por exemplo, de uma perspectiva de custo, certas implementações podem necessitar manutenção frequente, especialmente em aplicações onde a freqüência de repetição de disparo de pistão é elevada.

Sumário da Invenção São reveladas modalidades de sistemas e métodos para comprimir plasma. Algumas modalidades compreendem acelerar eletricamente um plasma, por exemplo, por utilizar um acelerador de plasma como, por exemplo, um canhão elétrico. 0 plasma pode ser acelerado para dentro de um funil de metal líquido onde o plasma é adicionalmente comprimido. O uso de metal líquido permite que se obtenham densidades elevadas de plasma, porque em algumas modalidades, a pressão obtida pode ser mais elevada do que o ponto de quebra ou resistência à deformação de materiais sólidos tipicamente utilizados no próprio aparelho.

Em certas modalidades, um plasma toroidal ou spheromak de temperatura e densidade baixas é formado utilizando uma pistola de plasma, por exemplo, uma pistola coaxial magnetizada. 0 plasma toroidal é eletricamente acelerado, comprimido e aquecido a uma temperatura e densidade elevadas utilizando um acelerador de plasma (por exemplo, um canhão elétrico afilado) que estende em direção ao funil de metal líquido. 0 funil de metal líquido em algumas implementações pode ser formado de metal fundido como, por exemplo, lítio-chumbo fundido (PbLi). Em várias modalidades, o plasma toroidal pode ser formado como uma configuração de campo inverso (FRC) ou outro toróide compacto.

Em algumas implementações, o plasma pode incluir um material fundível como, por exemplo, isótopos de elementos leves (por exemplo, deutério, trítio, hélio-3, litio-6, e/ou litio-7). As densidades e/ou temperaturas de plasma mais elevadas que são obteníveis em algumas dessas implementações podem ser suficientes para a iniciação de reações de fusão. algumas reações de fusão produzem nêutrons. Portanto, algumas modalidades do sistema podem ser configuradas como fontes de nêutrons. Algumas modalidades dos sistemas e métodos podem fornecer reações de fusão suficientes para que ocorra produção de energia líquida (por exemplo, acima de ponto de equilíbrio).

Uma modalidade de um aparelho para comprimir plasma é revelada. 0 aparelho compreende uma pistola de plasma configurada para gerar um toróide compacto de plasma, um acelerador de plasma e um sistema de funil líquido. 0 acelerador de plasma tem uma primeira extremidade, uma segunda extremidade, e um eixo geométrico longitudinal entre a primeira extremidade e a segunda extremidade. 0 acelerador de plasma é configurado para receber o toróide compacto na primeira extremidade e acelerar o toróide compacto ao longo do eixo geométrico longitudinal em direção à segunda extremidade. 0 sistema de funil líquido compreende um funil líquido tendo uma passagem substancialmente cilíndrica substancialmente alinhada com o eixo geométrico longitudinal do acelerador de plasma. A passagem tem um primeiro diâmetro interno em uma extremidade superior da passagem e um segundo diâmetro interno em uma extremidade inferior da passagem. 0 segundo diâmetro interno pode ser menor do que o primeiro diâmetro interno em algumas modalidades. 0 sistema de funil líquido é configurado para receber o toróide compacto a partir da segunda extremidade do acelerador de plasma e comprimir o toróide compacto À medida que o toróide compacto se move ao longo da passagem a partir da extremidade superior em direção à extremidade inferior. 0 sistema pode ser configurado de tal modo que uma pressão do toróide compacto quando abaixo da extremidade superior é maior do que uma pressão do toróide compacto quando acima da extremidade superior.

Uma modalidade de um sistema de funil de metal líquido configurado para comprimir plasma é revelada. 0 sistema de funil de metal líquido compreende um funil de metal líquido tendo uma passagem substancialmente cilíndrica tendo um primeiro diâmetro interno em uma primeira extremidade da passagem e um segundo diâmetro interno em uma segunda extremidade da passagem. 0 segundo diâmetro interno pode ser menor do que o primeiro diâmetro interno. 0 funil de metal liquido pode ser orientado de tal modo que a primeira extremidade da passagem seja mais elevada do que a segunda extremidade da passagem. 0 funil de metal líquido pode ser configurado para receber um plasma a partir de .um injetor de plasma e comprimir o plasma à medida que o plasma se move ao longo da passagem a partir da primeira extremidade em direção à segunda extremidade. É revelada uma modalidade de um método de comprimir um plasma. 0 método compreende gerar um plasma toroidal, acelerar o plasma toroidal ao longo de uma direção longitudinal, e introduzir o plasma toroidal acelerado em uma passagem em um funil líquido. A passagem pode ter um primeiro tamanho em uma primeira extremidade da passagem e um segundo tamanho em uma segunda extremidade da passagem. 0 segundo tamanho pode ser menor do que o primeiro tamanho. 0 método também pode incluir comprimir o plasma toroidal à medida que o plasma toroidal se move da primeira extremidade da passagem em direção à segunda extremidade da passagem.

Breve Descrição dos Desenhos A figura IA é um diagrama em seção transversal esquemático que mostra uma modalidade de um sistema comprimindo um plasma em um funil de metal líquido afilado. Nessa modalidade, uma pistola de plasma forma um toróide compacto que é acelerado por um acelerador de plasma em direção ao funil de metal líquido. A figura 1B é um diagrama em seção transversal esquemático que mostra outra modalidade de um sistema para comprimir um plasma em um sistema de funil de metal líquido. Nessa modalidade, o sistema de funil compreende um funil de metal líquido e um guia de metal líquido axial disposto substancialmente ao longo de um eixo geométrico central do funil. Nessa modalidade, o acelerador de plasma compreende um restritor de plasma que compreende uma constrição em um canal de propagação do acelerador. A figura 1C é um diagrama em seção transversal esquemática que mostra outra modalidade de um sistema para comprimir um plasma em um sistema de funil de metal líquido. Nessa modalidade, o acelerador de plasma compreende um restritor de plasma que compreende uma ou mais bobinas magnéticas. A figura 1D é uma vista recortada em perspectiva de uma modalidade de um sistema para compressão de um plasma. A modalidade mostrada na figura 1C é genericamente similar à modalidade mostrada esquematicamente na figura 1B. A figura 2 é um gráfico que indica um cálculo de exemplo da energia do plasma para obter os critérios de Lawson para várias densidades de plasma e um cálculo de exemplo da pressão magnética de um plasma em várias densidades de plasma, esses cálculos de exemplo se baseiam em difusão Bohm e certas outras assunções descritas abaixo. Observe que uma pressão de 1 atmosfera (atm) é aproximadamente 105 Pa. A figura 3 é um diagrama em seção transversal esquemática que mostra um exemplo de um plasma toroidal em um funil de metal líquido afiado. A figura 4 é um gráfico que mostra um cálculo de exemplo da energia de plasma para obter os critérios de Lawson para várias densidades de plasma, levando em conta várias perdas de energia que podem ocorrer em uma modalidade de exemplo de um sistema de compressão de plasma.

Descrição Detalhada de Modalidades Aceleradores de spheromak de plasma coaxial afilados foram construídos e estudados no passado, por exemplo, para produção de raios-x, abastecimento de tokamak e pesquisa de física de plasma. Entretanto, a pressão magnética máxima obtenível foi limitada pela resistência dos materiais sólidos utilizados no aparelho (por exemplo, um limite de fratura, resistência à deformação, ou ponto de quebra dos materiais sólidos). Em certas modalidades da presente abordagem, a pressão magnética que pode ser obtida foi aumentada significativamente além desse limite utilizando um tubo de metal líquido no formato de funil ou afilado como descrito em mais detalhes baixo.

Com referência aos desenhos, as figuras 1A-1D ilustram esquematicamente várias modalidades de um sistema 1000 que pode ser utilizado para acelerar e comprimir um plasma. As modalidades mostradas nas figuras 1A-1D compreendem uma pistola de plasma 100 configurada para gerar um plasma toroidal (por exemplo, um toróide compacto como, por exemplo, um spheromak), um acelerador de plasma 110 configurado para acelerar o plasma ao longo de um eixo geométrico longitudinal 115 do acelerador 110, e um sistema de funil de metal líquido 120 no qual o plasma acelerado pelo acelerador 110 é introduzido para compressão adicional. Em várias modalidades, a pistola de plasma 100 pode compreender uma pistola de plasma magnetizado que tem um eixo geométrico de pistola que é substancialmente alinhado ou coaxial com o eixo geométrico longitudinal 115 do acelerador 110. Em algumas modalidades, a pistola de plasma 100 compreende uma pistola de plasma do tipo Marshall. Em várias modalidades, o acelerador de plasma 110 pode compreender um canhão elétrico configurado para acelerar o plasma utilizando forças magnéticas e/ou eletromagnéticas. Em algumas modalidades, o acelerador de plasma 110 pode fornecer algum grau de compressão de plasma à medida que o plasma é acelerado ao longo do eixo geométrico longitudinal 115. Por exemplo, o canhão elétrico pode compreender um ou mais eletrodos afilados para comprimir o plasma durante aceleração ao longo do eixo geométrico longitudinal 115. O sistema de funil de metal líquido 120 pode compreender um funil de metal líquido, cilindro, ou tubo 8 tendo uma passagem substancialmente alinhada com o eixo geométrico longitudinal 115 do acelerador 110. Em algumas modalidades, uma seção transversal e/ou diâmetro interno da passagem pode mudar de uma extremidade superior do funil para uma extremidade inferior do funil, por exemplo, a seção transversal (e/ou diâmetro interno) pode diminuir para permitir que o plasma seja comprimido à medida que o plasma se move abaixo da extremidade superior e em direção à extremidade inferior. Em certas modalidades, a pistola de plasma 100 e/ou o acelerador de plasma 110 são posicionados substancialmente acima do sistema de funil de líquido 120. Em certas modalidades, a extremidade superior do funil 8 está substancialmente acima da extremidade inferior do funil 8. O plasma toroidal gerado pela pistola de plasma 100 pode ser um toróide compacto, como, por exemplo, um spheromak, que é um plasma toroidal confinado por seu próprio campo magnético produzido por corrente fluindo no plasma condutivo. Em outras modalidades, o toróide compacto pode ser uma configuração de campo inverso (FRC) de plasma, que pode ter linhas de campo magnético substancialmente fechadas com pouca ou nenhuma penetração central das linhas de campo.

Como esquematicamente ilustrado nas modalidades mostradas nas figuras 1A-1D, gás de um ou mais tanques 4 é introduzido na pistola por válvulas de sopro rápidas 3. Em algumas modalidades, a pressão inicial de gás é aproximadamente 15 libras por polegada quadrada (psi) (por exemplo, aproximadamente 1,03 x 105 Pa). O gás pode compreender um material fundivel. Por exemplo, o material fundivel pode compreender um ou mais isótopos de elementos leves como, por exemplo, isótopos de hidrogênio (por exemplo, deutério e/ou tritio), isótopos de hélio (por exemplo, hélio-3) e/ou isótopos de litio (por exemplo, litio-6 e/ou litio-7). Outros materiais fundiveis podem ser utilizados. Combinações de elementos e isótopos podem ser utilizadas. Por exemplo, em algumas implementações, uma mistura de gás de 50% deutério - 50% tritio é introduzida do tanque 4 utilizando aproximadamente 100 válvulas de sopro 3. Cada pulso a partir das válvulas introduz aproximadamente 2 mg de gás, em uma implementação. Em outras modalidades, um número diferente de válvulas pode ser utilizado e/ou uma massa diferente de gás pode ser introduzida. Em outras implementações, as percentagens de deutério e trítio, respectivamente, podem ser diferentes de 50%-50%.

Bobinas 5 induzem um campo magnético no espaço entre um eletrodo externo 7 e um eletrodo de formação 14. As bobinas 5 podem ser configuradas para fornecer um campo magnético de enchimento na maior parte radial de aproximadamente 0,8 Tesla em algumas implementações. Na modalidade ilustrada esquematicamente nas figuras 1A-1C, o eletrodo de formação 14 é substancialmente cilíndrico, e o eletrodo externo 7 é afilado para dentro em direção ao sistema de funil de metal líquido 120. Nas modalidades ilustradas esquematicamente nas figuras 1B-1D, o campo magnético é produzido por 3 bobinas magnéticas 5a, 5b e 5c, embora um número maior ou menor de bobinas possa ser utilizado em outras modalidades. Em algumas modalidades, a bobina 5a compreende aproximadamente 140 volts de fio de cobre de 6 mm x 6 mm quadrado, oco. Durante operação do sistema, o fio pode carregar uma corrente de aproximadamente 1000 Amps em uma voltagem de aproximadamente 630 V dissipando aproximadamente 630 kW. A bobina 5b compreende aproximadamente 224 volts de fio de cobre de 6 mm x 6 mm quadrado oco que carrega uma corrente de aproximadamente 1000 Amps em uma voltagem de aproximadamente 832 V dissipando aproximadamente 830 kW. A bobina 5c compreende aproximadamente 552 volts de fio de cobre de 6 mm x 6 mm quadrado oco carregando uma corrente de aproximadamente 1000 Amps em uma voltagem de aproximadamente 844 V dissipando aproximadamente 840 kW. Em algumas modalidades, as bobinas 5a, 5b e 5c estenderão substancialmente continuamente durante operação do sistema. Em algumas modalidades, um sistema de resfriamento (não mostrado) provê água (ou outro refrigerante) que flui nos fios ocos para resfriar os mesmos.

Em certas implementações do sistema, é desejável introduzir gás somente entre o eletrodo externo 7 e o eletrodo de formação 14. Em certas dessas implementações, as válvulas 3 abrem e fecham suficientemente rapidamente para introduzir o gás de modo que seja substancialmente confinado entre os eletrodos 7 e 14. Por exemplo, em temperatura ambiente (por exemplo, aproximadamente 20°C), a velocidade térmica do gás é aproximadamente 900 m/s. se, por exemplo, a distância entre os eletrodos 7 e 14 for aproximadamente um metro, o gás pode ser injetado por uma duração menor do que aproximadamente 1 ms para fornecer gás para a geração de cada toróide compacto. Em algumas implementações, válvulas Parker series 99 podem ser utilizadas (disponíveis de Parker Hannifin, Cleveland, Ohio).

Em algumas modalidades, o eletrodo de formação 14 é eletricamente conectado a um banco de capacitores 1. Em algumas dessas modalidades, o banco de capacitores 1 pode compreender uma capacitância de aproximadamente 4,1 mF e o grupo pode ser carregado em uma voltagem de aproximadamente 22 kV. Em alguns casos, o banco de capacitores 1 compreende aproximadamente oitenta capacitores individuais de 52 pF (por exemplo, capacitores modelo 33677, da General Atomics Energy Products (San Diego, CA). Os capacitores individuais podem ser conectados em paralelo. 0 banco de capacitores 1 pode ser conectado ao eletrodo de formação 14 utilizando uma linha de transmissão. Em algumas modalidades, a indutância total da linha de transmissão e capacitores é aproximadamente 20 nF, que provê vantajosamente uma descarga elétrica suficientemente rápida.

Durante operação do sistema 1000, quando o gás introduzido pelas válvulas de sopro 3 obtém uma pressão apropriada entre os eletrodos 7 e 14, o banco de capacitores 1 descarrega no gás, transformando o gás em um plasma. A descarga pode ocorrer quando a voltagem de banco de capacitores excede a voltagem de quebra do gás (que pode depender da pressão de gás). Em algumas implementações, o grupo 1 descarrega quando a pressão de gás é aproximadamente 10 mTorr (por exemplo, aproximadamente 1,3 Pa) . A descarga pode ocorrer em outras pressões de gás em outras modalidades. Na modalidade mostrada na figura IA, um comutador 2 é ativado para descarregar o banco de capacitores 1 através do gás, gerando um plasma. Uma vantagem possível de modalidades utilizando o comutador 2 é que o comutador pode ser ativado de modo que a descarga ocorra quando o gás está em uma pressão desejada, que pode permitir flexibilidade aumentada durante operação. A corrente elevada (por exemplo, até aproximadamente 3 MAmp em aproximadamente 20 gs em alguns casos) , e o campo magnético dessa corrente força o plasma na direção para baixo nas figuras 1A-1C, em direção ao acelerador de plasma 110. O fluxo magnético de enchimento a partir das bobinas 5 envolve em torno do plasma. O campo magnético reconecta para formar superfícies magnéticas fechadas, e o plasma forma um toróide compacto. Por exemplo, o toróide pode ser um spheromak 16 tendo uma densidade relativamente baixa (por exemplo, aproximadamente 1015 cm'3, em alguns casos) e temperatura (por exemplo, aproximadamente 20 eV, em alguns casos) .

Em algumas implementações do sistema 1000, após um retardo relativamente pequeno (por exemplo, aproximadamente 30 gs, em alguns casos) para permitir que os campos magnéticos reconectem e/ou permitir que turbulência, se presente, assente, o spheromak 16 é acelerado e comprimido pelo acelerador de plasma 110 em direção ao sistema de funil de metal líquido 120.

Por exemplo, nas modalidades ilustradas esquematicamente nas figuras 1A-1D, eletrodos de aceleração 6 são conectados a um segundo banco de capacitores 11, que é utilizado para fornecer energia para o plasma. Em algumas modalidades, o banco de capacitores 11 tem uma capacitância de aproximadamente 2,6 mF e é carregado em uma voltagem de aproximadamente 88 kV. Em algumas dessas modalidades, o banco de capacitores 11 compreende aproximadamente 100 pares de capacitores individuais de 44 kV, 52 pF com cada par eletricamente conectado em série, e os 100 pares eletricamente conectados em paralelo. Em algumas modalidades, os capacitores compreendem capacitores modelo 32283 da General Atomics Energy Products (San Diego, CA) . Em algumas implementações, o banco de 'capacitores 11 é eletricamente conectado ao eletrodo de aceleração 6 utilizando uma linha de transmissão substancialmente no formato de disco 15 circundando substancialmente a pistola coaxial 100 para reduzir ou minimizar indutância. O tempo de elevação de corrente de algumas modalidades é aproximadamente 40 ps devido à capacitância relativamente grande do grupo 11. Em algumas modalidades, uma linha de transmissão substancialmente no formato de disco pode ser utilizado para conectar eletricamente o banco de capacitores 1 ao eletrodo de formação 14. Em algumas modalidades, duas linhas de transmissão substancialmente no formato de disco são utilizadas: uma primeira linha de transmissão substancialmente no formato de disco conectando eletricamente o banco de capacitores 1 ao eletrodo de formação, e uma segunda linha de transmissão substancialmente no formato de disco conectando eletricamente o banco de capacitores 11 ao eletrodo de aceleração 6. O acelerador de plasma 110 compreende um canal de propagação de plasma 114 através ou ao longo do qual o plasma toroidal 16 é acelerado. Por exemplo, como ilustrado esquematicamente nas figuras 1A-1D, o eletrodo de aceleração 6 pode ser disposto dentro do eletrodo externo 7, e o canal de propagação de plasma 114 compreende espaço entre os eletrodos 6 e 7. O canal de propagação de plasma 114 pode ter uma seção transversal (perpendicular ao eixo geométrico longitudinal 115) que muda (em formato, tamanho, largura, espaçamento e/ou qualquer outro modo) de uma primeira extremidade 112a para uma segunda extremidade 112b do acelerador. Por exemplo, nas modalidades ilustradas nas figuras 1A-1D, pelo menos um dos eletrodos 6 e 7 pode ser afilado da primeira extremidade 112a do acelerador 100 (por exemplo, próximo à pistola de plasma 100) para a segunda extremidade 112b do acelerador 100 (por exemplo, próximo ao sistema de funil 120). Por exemplo, em algumas modalidades, o raio do acelerador 110 (por exemplo, um raio do eixo geométrico longitudinal 115 até o centro do canal 114) diminui por um fator de aproximadamente 30 a partir da primeira extremidade 112a até a segunda extremidade 112b. em outras modalidades, o raio do acelerador 110 diminui a partir da primeira extremidade até a segunda extremidade por um fator de aproximadamente 2, aproximadamente 5, aproximadamente 10, aproximadamente 20, aproximadamente 50, aproximadamente 100 ou algum outro fator. Em várias modalidades, a diminuição do raio do acelerador a partir da primeira extremidade até a segunda extremidade pode estar em uma faixa de aproximadamente 10 a aproximadamente 50, em uma faixa de aproximadamente 20 a aproximadamente 40, ou alguma outra faixa.

Com referência adicional às modalidades esquematicamente ilustradas nas figuras 1A-1D, a força magnética do acelerador de plasma 110 acelera o plasma toroidal 16 entre os eletrodos coaxiais afilados 6 e 7 e aquece e comprime o plasma em temperatura e densidade mais elevadas, formando um plasma toroidal comprimido 12. A configuração dos eletrodos 6, 7 pode ser selecionada para fornecer uma quantidade desejada de compressão à medida que o plasma se move da primeira extremidade 112a para a segunda extremidade 112 b do acelerador 110. Por exemplo, um ou mais fatores incluindo o afilamento, formato e/ou espaçamento dos eletrodos 6, 7 pode ser selecionado para fornecer uma compressão desejada. No caso de algumas configurações toroidais de plasma (por exemplo, toróides compactos), a compressão do plasma em algumas implementações do sistema 1000 pode ser medida em termos de uma compressão radial do toróide (por exemplo, uma razão do raio do toróide quando em uma primeira posição no sistema para o raio do toróide quando em uma segunda posição no sistema). Por exemplo, em algumas modalidades, a compressão radial do plasma à medida que o plasma move da primeira extremidade 112a para a segunda extremidade 112b do acelerador 110 é aproximadamente 30:1. A compressão radial do plasma no acelerador 110 pode ser diferente em outras modalidades como, por exemplo, aproximadamente 2:1, aproximadamente 5:1, aproximadamente 10:1, aproximadamente 15:1, aproximadamente 20:1, aproximadamente 30:1, aproximadamente 50:1, aproximadamente 100:1, etc. em várias modalidades, a compressão do plasma no acelerador 110 pode estar em uma faixa de aproximadamente 10:1 a aproximadamente 50:1, em uma faixa de aproximadamente 20:1 a aproximadamente 40:1 ou em alguma outra faixa apropriada. Em algumas modalidades, o afilamento dos eletrodos 6, 7 não é utilizado no acelerador 110, e não há substancialmente compressão do plasma no acelerador 110.

Em outras modalidades, o acelerador de plasma 110 pode ser configurado de modo que o eletrodo externo 7 atue como o eletrodo de aceleração. Em outras modalidades, os dois eletrodos 6 e 7 podem ser utilizados para acelerar eletromagneticamente o plasma a partir da primeira extremidade para a segunda extremidade. Em outras modalidades, eletrodos adicionais podem ser utilizados (por exemplo, para auxiliar a estabilização do plasma e/ou inibir inclinação do toróide no canal 114).

Os eletrodos 6, 7 e/ou 14 podem ser formados de metal eletricamente condutivo. Os eletrodos 6, 7 e/ou 14 podem ser formados em uma ou mais seções. Por exemplo, em algumas modalidades, os eletrodos 6, 7 e/ou 14 compreendem uma ou mais placas ou folhas de aço inoxidável 304 tendo uma espessura de aproximadamente 5 mm. As seções dos eletrodos podem ser unidas por soldagem, prendedores (por exemplo, parafusos), etc. em outras modalidades, os eletrodos podem ser formados de materiais adicionais e/ou diferentes e/ou espessuras de material. Em algumas implementações, o plasma pode se tornar suficientemente quente para pelo menos parcialmente vaporizar parte dos eletrodos. A vaporização do eletrodo pode, em alguns casos, contaminar o plasma com impurezas metálicas que podem resfriar o plasma. Portanto, em certas implementações que utilizam eletrodos que podem (pelo menos parcialmente) vaporizar, um ou mais dos eletrodos 6, 7 e 14 podem ser revestidos com um material de ponto de fusão elevado como, por exemplo, tungstênio. 0 material de revestimento pode ser selecionado de modo que o ponto de fusão do material de revestimento (por exemplo, tungstênio) seja maior do que o ponto de fusão do material de eletrodo (por exemplo, aço inoxidável). Por exemplo, em algumas implementações, tungstênio é plasma pulverizada no material de eletrodo (por exemplo, aço inoxidável 304). Por exemplo, Flamespray Northwest em Seattle, Washington, provê serviços de pulverização a plasma. Em outras modalidades, o material com ponto de fusão elevado pode ser disposto em camadas ou depositado sobre o eletrodo. Em outras modalidades, os eletrodos são formados do material de ponto de fusão elevado.

Durante o tempo de elevação de corrente, o plasma acelerará à medida que move no canal de propagação de plasma 114 (por exemplo, o espaço entre o eletrodo de aceleração 6 e o eletrodo externo 7) em direção ao sistema de funil de metal liquido 120. Em algumas implementações, o plasma acelera por uma distância de aproximadamente 20 m e então por outra distância de aproximadamente 20 m ou aproximadamente para acabar a descarga no banco de capacitores 11. Em tais modalidades, o comprimento total do acelerador de plasma 110 é aproximadamente 40 m. comprimentos diferentes do acelerador de plasma são possíveis. Por exemplo, a voltagem nos capacitores no grupo 11 pode ser aumentada enquanto a capacitância do grupo 11 é reduzida, desse modo mantendo a energia armazenada no banco de capacitores 11. Isso pode reduzir o tempo de elevação de corrente e comprimento do acelerador 110. O uso de voltagem mais elevada em algumas implementações pode ter desvantagens possíveis como ser um desafio tecnológico e caro.

Em algumas modalidades, o acelerador de plasma 110 compreende um restritor de plasma 23. O comprimento de uma modalidade do acelerador 110 compreendendo um restritor de plasma pode ser menor do que o comprimento de uma modalidade de acelerador que não compreende um restritor de plasma. Na modalidade mostrada na figura 1B, o restritor de plasma 23 é disposto próximo à primeira extremidade 112a do acelerador 110, por exemplo, abaixo da primeira extremidade 113a. À medida que a corrente para os eletrodos 6 e/ou 7 aumenta, o campo magnético do acelerador de plasma 110 é inicialmente insuficiente para forçar o plasma além do restritor 23. 0 movimento do plasma ao longo do canal de propagação 114 é inibidor. O sistema pode ser configurado de tal modo que o campo magnético do acelerador 110 aumente (por exemplo, à medida que a corrente e/ou voltagem fornecida aos eletrodos 6 e/ou 7 aumenta) , o campo magnético aumenta e atinge um valor de limite no qual a força magnética é suficiente para forçar o plasma além do restritor 23. O plasma então acelera ao longo do canal de propagação 114. Por exemplo, o sistema pode ser configurado de tal modo que em (ou próximo) à corrente de pico a força magnética é suficiente para empurrar o plasma através do restritor 23 e iniciar a aceleração do plasma para baixo do acelerador de plasma 110.

Em algumas modalidades, o restritor de plasma 23 compreende uma constrição no canal de propagação de plasma 114. Por exemplo, a constrição pode compreender um estreitamento do espaço entre o eletrodo de aceleração 6 e o eletrodo externo 7. Em algumas modalidades, a constrição é fornecida por dispor uma ou mais estruturas 23a no canal de aceleração de plasma 114 (vide, por exemplo, a figura lb). em outras modalidades, a constrição no canal de plasma 114 é fornecida por moldar o eletrodo externo 7 e/ou o eletrodo de aceleração 6 de modo que o canal 114 estreite no local da constrição. A localização, formato, tamanho, espaçamento e/ou número de constrições (por exemplo, estruturas dispostas em ou ao longo do canal 114 ou estreitamentos do canal 114) dispostos ao longo do canal de propagação 114 podem ser selecionados para fornecer uma quantidade desejada de restrição contra movimento do plasma ao longo do canal 114. Em algumas dessas implementações, 'um comprimento de aceleração de aproximadamente 10 m pode ser utilizado para transferir a energia do banco de capacitores 11 para o plasma utilizando uma voltagem de capacitor de 88 kV.

Em outras modalidades, o restritor de plasma 23 pode ser configurado diferentemente do que a constrição ilustrada esquematicamente na figura 1B. Por exemplo, a figura 1C ilustra esquematicamente uma modalidade na qual o restritor de plasma 23 compreende uma ou mais bobinas magnéticas 23b dispostas próximo à primeira extremidade 112a do acelerador 110. Quando uma corrente é fornecida a uma ou mais bobinas magnéticas 23b, as bobinas 23b fornecem uma força magnética de restrição que inibe movimento do toróide de plasma além da posição das bobinas até que a força magnética produzida pelo acelerador 110 esteja acima de um limite. Em algumas modalidades, a corrente para as bobinas 23b pode ser reduzida (ou desligada) para reduzir (ou substancialmente eliminar) o campo magnético de restrição para permitir que o toróide de plasma acelere em direção à segunda extremidade 112b do acelerador 110. Em algumas modalidades, uma combinação do aumento na forma magnética fornecida pelo acelerador 110 e redução da força magnética restritiva fornecida pelas bobinas 23b permite que o plasma acelere ao longo do canal 114 em um tempo apropriado. Em algumas modalidades, o campo magnético produzido pelas bobinas 23b é suficiente para inibir a aceleração do plasma toroidal ao longo do canal 114, mesmo em corrente máxima no acelerador 110. Em tais modalidades, a corrente para as bobinas 23b é reduzida (ou desligada), para liberar o plasma toroidal em um tempo desejado. Em algumas modalidades, o restritor de plasma 23 pode compreender uma ou mais constrições 23a e uma ou mais bobinas 23b.

Após o plasma ser formado, o plasma contata eletricamente o eletrodo externo 7 e o eletrodo de aceleração 6. Esse contato pode causar curto circuito no banco de capacitores de aceleração 11 iniciar o fluxo de corrente através do plasma. Como discutido acima, pode ser desejável em algumas implementações retardar a aceleração (por exemplo, em aproximadamente 30 gs, em alguns casos) para permitir que as superfícies magnéticas fechadas formem e/ou para turbulência, se presente, assentar. Em algumas dessas implementações, um indutor saturável 17 (vide, por exemplo, a figura 1B) é utilizado para retardar as voltagens fornecidas aos eletrodos. O indutor saturável 17 pode ser disposto na linha de transmissão 15. O indutor saturável 17 pode compreender um material magnético saturável. Por exemplo, um metal amorfo, como, por exemplo, METGLAS 2605Co (disponível da Metglas Inc., Conway, Carolina do Sul) pode ser utilizado. Para fornecer um retardo de aproximadamente 30 ps em uma voltagem de aproximadamente 8 8 kV o indutor 17 pode armazenar aproximadamente 88 kV multiplicado por 30 qs = 2.6 V.s. em algumas modalidades, o indutor 17 é substancialmente toroidal com uma seção transversal de aproximadamente 0,6 m2 e um raio maior de aproximadamente 1 m. em algumas modalidades, o indutor 17 compreende fita enrolada Metglas com um campo de saturação de aproximadamente 1.8 Tesla para fornecer um retardo apropriado.

Nas modalidades ilustradas esquematicamente nas figuras 1A-1D, o sistema é configurado de tal modo que em ou antes do ponto onde a pressão do plasma acumula de modo que poderia exceder o ponto de quebra ou resistência do material ou da montagem compreendendo os eletrodos 6 e/ou 7 (ou outros componentes do acelerador próximo à segunda extremidade 112b) , o plasma sai do acelerador 110 e entra no sistema de funil de metal liquido 120. Uma vantagem de algumas dessas modalidades é que a pressão do plasma no acelerador é aumentada até um valor relativamente grande sem danificar o acelerador (por exemplo, devido à falha de deformação e/ou deformação de segunda extremidade 112b do acelerador 110) .

Nas modalidades ilustradas, o sistema de funil de metal líquido 12 0 compreende um tanque 10 e uma ou mais bombas 9 configuradas para circular o metal líquido para formar um funil de metal líquido 8. 0 metal líquido flui de uma extremidade superior do sistema de funil 120 para uma extremidade inferior do sistema de funil 120 sob a influência de gravidade. Em algumas modalidades, a extremidade superior do sistema de funil 120 está substancialmente acima da extremidade inferior do sistema de funil 120. Em algumas modalidades, as bombas 9 podem fornecer uma pressão para o metal líquido, que pode influenciar também o fluxo do metal líquido no tanque 10. Em algumas implementações, o funil 8 tem um formato substancialmente cilíndrico tendo uma passagem 125 que é substancialmente alinhada com um eixo geométrico longitudinal do acelerador de plasma 110. A seção transversal da passagem 125 (perpendicular a um eixo geométrico longitudinal da passagem 125) pode ser substancialmente circular, substancialmente oval, substancialmente poligonal ou qualquer outro formato. O formato em seção transversal (e/ou tamanho) da passagem pode mudar da extremidade superior para a extremidade inferior. Por exemplo, a área em seção transversal na extremidade inferior pode ser menor do que a área em seção transversal na extremidade superior. A passagem 125 pode ter uma superfície interna com um diâmetro interno. A seção transversal da superfície interna pode ser substancialmente circular, substancialmente oval, substancialmente poligonal (por exemplo, retangular) ou qualquer outro formato apropriado. O diâmetro interno na extremidade inferior pode ser menor do que o diâmetro interno na extremidade superior. O formato em seção transversal, tamanho e/ou o diâmetro interno da passagem pode ser configurado para fornecer uma quantidade desejada de compressão para o plasma à medida que move abaixo da extremidade superior.

Por exemplo, em algumas modalidades, o diâmetro interno da passagem 125 na extremidade inferior é aproximadamente um fator de 3 menor do que o diâmetro interno da passagem 125 na extremidade superior. A razão do diâmetro interno da passagem na extremidade superior para o diâmetro interno da passagem na extremidade inferior pode ser aproximadamente 1,5, aproximadamente 2, aproximadamente 4, aproximadamente 5, aproximadamente 10, aproximadamente 15 ou maior. Essa razão pode estar em uma faixa de aproximadamente 1,5 a aproximadamente 5, de aproximadamente 2 a aproximadamente 4, ou alguma outra faixa.

Em algumas modalidades, o plasma pode se mover da extremidade superior para a extremidade inferior da passagem. Em outras modalidades, a pressão de plasma pode se tornar suficientemente grande durante movimento do plasma ao longo do canal que o plasma pode romper o funil 8 antes do plasma atingir a extremidade inferior da passagem.

Em certas modalidades, o material líquido compreendendo um funil líquido 8 não gira substancialmente em torno de um eixo geométrico da passagem. Em outras modalidades, o material líquido pode ser introduzido no tanque 10 de modo que o material líquido gira em torno do eixo geométrico da passagem do material líquido move da extremidade superior para a extremidade inferior. Os funis nos quais o material líquido possui certa quantidade de rotação (ou redemoinho) podem fornecer vantagens em algumas implementações, como, por exemplo, aumentar a estabilidade da superfície interna da passagem.

Como o plasma pode se mover em uma velocidade (por exemplo, aproximadamente várias dezenas de km/s, ou mais elevada, em alguns casos) que é mais elevada do que a velocidade de som no metal líquido (por exemplo, aproximadamente 3 km/s, em alguns casos), o metal líquido não tem tempo para se mover para fora do caminho à medida que o plasma se move através do sistema de funil líquido 120 (por exemplo, a inércia do funil de metal líquido pelo menos parcialmente confina o plasma). O metal líquido tende, portanto, a atuar como se fosse um sólido para o plasma e pode atuar para confinar o plasma na passagem 125 do funil 8. O plasma pode experimentar compressão (e aquecimento) no funil 8 à medida que o plasma move da extremidade superior do funil 8 para a extremidade inferior do funil 8. Por exemplo, uma pressão do plasma quando o plasma está abaixo da extremidade superior do funil 8 pode ser maior do que uma pressão do plasma quando o plasma está acima da extremidade superior do funil 8. As figuras 1A-1C ilustram esquematicamente o toróide de plasma comprimido 13 no funil 8. A compressão radial do plasma na passagem 125 do funil 8 pode ser aproximadamente 3:1 (ou maior) em algumas implementações. Em outras implementações, a compressão radial do plasma pode ser aproximadamente 1,5:1, aproximadamente 2:1, aproximadamente 4:1, aproximadamente 5:1, aproximadamente 7:1, aproximadamente 10:1, aproximadamente 15:1 ou maior. A compressão radial do plasma na passagem 125 do funil 8 pode estar em uma faixa de aproximadamente 1,5:1 a aproximadamente 5:1, de aproximadamente 2:1 a aproximadamente 4:1, ou alguma outra faixa. Em certas implementações, uma compressão radial total desejada do plasma medido entre a primeira extremidade do acelerador 110 e a posição final do plasma no funil 8 (por exemplo, quando a pressão do plasma se torna suficientemente grande para romper o funil) pode ser aproximadamente 200:1, aproximadamente 150:1, aproximadamente 100:1, aproximadamente 90:1, aproximadamente 75:1, aproximadamente 50:1, aproximadamente 30:1, aproximadamente 20:1, aproximadamente 10:1 ou algum outro valor. A compressão radial total pode estar em uma faixa de aproximadamente 50:1 a aproximadamente 150:1, de aproximadamente 75:1 a aproximadamente 125:1, aproximadamente 80:1 a aproximadamente 100:1 ou alguma outra faixa.

Em algumas implementações, a compressão radial total desejada do toróide de plasma (por exemplo, a partir da primeira extremidade 112a do acelerador 110 até a posição final do plasma no funil 8) pode ser obtida por configurar o sistema 1000 para ter uma primeira razão de compressão no acelerador 110 e ter uma segunda razão de compressão no funil 8 de tal modo que a primeira razão de compressão multiplicada pela segunda razão de compressão seja igual à razão de compressão total desejada. Por exemplo, para obter uma compressão total de aproximadamente 90:1, o acelerador 110 pode ser configurado para fornecer uma primeira razão de compressão de aproximadamente 30:1 e o funil 8 pode ser configurado para fornecer uma segunda razão de compressão de aproximadamente 3:1. Essas razões não são limitações sobre os sistemas e métodos revelados, e continuando com esse exemplo, uma razão de compressão total de 90:1 pode ser obtida diferentemente em implementações diferentes do sistema 1000, por exemplo, aproximadamente 45:1 no acelerador e aproximadamente 2:1 no funil, aproximadamente 18:1 no acelerador e aproximadamente 5:1 no funil, e assim por diante. Em algumas modalidades, a primeira razão de compressão no acelerador 110 é selecionada de modo que uma pressão do plasma na segunda extremidade 112b do acelerador esteja em ou acima da resistência de material ou ponto de quebra dos materiais ou montagens de materiais na segunda extremidade 112b do acelerador 110. Em algumas implementações, o acelerador 110 pode ser configurado para fornecer uma primeira razão de compressão desejada mais facilmente o que o funil de líquido pode ser configurado para fornecer uma segunda razão de compressão desejada. Em algumas dessas implementações, pode ser vantajoso para o acelerador 110 fornecer mais compressão do que o funil 8 (por exemplo, a primeira razão de compressão é maior do que a segunda razão de compressão). O funil de líquido 8 pode compreender um metal líquido apropriado como, por exemplo, chumbo-lítio fundido (PbLi), com aproximadamente 17% de lítio (Li). Outras percentagens de lítio podem ser utilizadas em outras modalidades (por exemplo, 0%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, etc.). Além disso, outros materiais líquidos (por exemplo, outros metais líquidos, ligas de metal líquido, etc.) podem ser utilizados em outras modalidades. Por exemplo, em outras modalidades, lítio líquido substancialmente puro e/ou lítio líquido enriquecido pode ser utilizado. Em algumas modalidades, o metal líquido compreende um ou mais isótopos de lítio, que podem absorver nêutrons e produzir trítio.

Em algumas implementações de um sistema no qual o plasma compreende um material fundível, o plasma pode ser comprimido a uma densidade e/ou temperatura suficiente para iniciar pelo menos algumas reações termonucleares no material fundível. As reações termonucleares podem produzir nêutrons. Alguns dos nêutrons podem ser utilizados para análise de nêutron se o sistema for configurado, por exemplo, como uma fonte de nêutron. Alguns dos nêutrons podem ser absorvidos, por exemplo, pelo funil de metal líquido 8 e sua energia convertida em calor no funil fundido. Parte desse calor pode ser extraída para produzir energia elétrica (por exemplo, através de turbinas de vapor) se o sistema for configurado, por exemplo, como uma fonte de energia. Durante ou após passagem do plasma através do funil 8, o funil de metal líquido 8 é genericamente pelo menos parcialmente perturbado e/ou destruído (Por exemplo, o metal líquido salpica para fora, porém é contido por um tanque 10) . As bombas 9 circulam metal líquido para dentro do tanque 10 para reformar o funil de metal líquido 8 para injeções subsequentes (ou cargas) do plasma. Por conseguinte, as modalidades do sistema ilustradas esquematicamente nas figuras 1A-1D podem ser configuradas para atuar como uma fonte pulsada de nêutrons e/ou energia à medida que toróides de plasma são introduzidos repetidamente no funil de metal líquido 8.

Em algumas modalidades (vide, por exemplo, as figuras 1B-1D), além do funil de metal líquido 8, o sistema de funil líquido 120 compreende um guia de líquido axial ou substancialmente central 22. Por exemplo, o guia de líquido 22 pode ser substancialmente alinhado com o eixo geométrico longitudinal 115 do acelerador 110 e/ou eixo geométrico da passagem 125. 0 guia de líquido 22 pode ser configurado para estabilizar e/ou reduzir tendência à inclinação do toro de plasma no sistema de funil 120. Em algumas modalidades, o guia de líquido 22 é fornecido por metal líquido de um tanque ou reservatório de armazenagem de metal líquido 18. O tanque de armazenagem 18 é disposto entre os eletrodos de aceleração 6 em algumas modalidades. Na modalidade mostrada na figura 1B, o guia de líquido 22 flui pelo menos parcialmente sob gravidade em direção ao fundo do tanque 10, e uma bomba 21 pode ser utilizada para recircular o metal líquido de volta para dentro do tanque de armazenagem 18 para reutilização. Em algumas dessas modalidades, é vantajoso se o metal líquido utilizado para o funil 8 e o metal líquido utilizado para o guia líquido 22 compreender o mesmo material, devido à mistura provável do metal líquido do guia 22 e metal líquido do funil 8 no tanque 10. Por exemplo, o metal líquido para o guia de líquido 22 pode compreender PbLi fundido.

Em algumas dessas modalidades, o plasma é comprimido entre a superfície interna do funil 8 e a superfície externa do guia de líquido 22, que pode fornecer vantajosamente uma quantidade maior de compressão do que as modalidades não utilizando um guia de líquido 22. 0 tamanho e/ou formato do funil 8 e/ou o guia de líquido 22 podem ser configurados para fornecer uma quantidade desejada de compressão e/ou aquecimento para o plasma à medida que o plasma se move abaixo do topo do sistema de funil de metal líquido 120. O guia de líquido 22 pode ser física e/ou eletricamente isolado do funil de líquido 8 (e/ou tanque 10) em várias modalidades.

Uma vantagem de algumas modalidades do sistema que utilizam um guia de líquido 22 é que o metal líquido é eletricamente condutivo e atua como um eletrodo axial ou substancialmente central. Em algumas dessas modalidades, a corrente elétrica do acelerador de plasma 110 pode continuar a fornecer uma força magnética (e/ou eletromagnética) que empurra o plasma para fornecer compressão adicional. Por conseguinte, algumas dessas modalidades podem fornecer compressão adicional em comparação com certas modalidades não compreendendo o guia de líquido, em que a compressão no funil 8 é fornecida principalmente pelo momentum do plasma.

Em certas modalidades, o guia de líquido 22 é eletricamente isolado do eletrodo externo 7, para reduzir a probabilidade de ou evitar curto-circuito do circuito elétrico. Em certas dessas modalidades, o guia de liquido 22 não é fornecido continuamente no tanque 10. Por exemplo, o sistema de funil de liquido 120 pode compreender um sistema de injeção de guia de liquido que injeta o guia de líquido 22 na passagem do funil 8 em tempos desejados. Por exemplo, o sistema de injeção de guia de líquido pode compreender uma válvula de pulso 20 que pode ser aberta pouco antes de uma carga de plasma. A carga de plasma pode ser disparada antes da extremidade inferior do metal líquido no guia de líquido 22 contactar a parte inferior do tanque 10 (ou contatar metal líquido na parte inferior do tanque 10) , porque tal contato provavelmente completa o circuito elétrico. Após cada carga, a bomba 21 (por exemplo, uma bomba intermitente) recircula parte do metal líquido no tanque 10 para o tanque de armazenagem 18. Em algumas modalidades, a bomba 21 opera para encher novamente o tanque de armazenagem 18 quando o eletrodo de aceleração 6 não está em uma voltagem elevada (por exemplo, entre cargas de plasma). Em algumas modalidades, uma porção da canalização de recirculação (por exemplo, um tubo de retorno 31) utilizado para recircular o metal líquido para dentro do tanque 18 compreende uma seção eletricamente isolada 19 (vide, por exemplo, as figuras 1B e 1C). A seção de isolador 19 pode ser orientada substancialmente verticalmente para permitir drenagem de metal líquido residual após encher novamente o tanque de armazenagem 18 para reduzir a probabilidade de curto-circuito do eletrodo de aceleração 6. Em algumas modalidades, o espaço acima do fluido no tanque de armazenagem 18 é pressurizado (por exemplo, em uma pressão de aproximadamente 30 psi, em alguns casos) (por exemplo, aproximadamente 2,07 x 105 Pa) com um gás inerte, como argônio. O gás inerte pressurizado provê uma força descendente no líquido no tanque de armazenagem 18 que (em combinação com gravidade) permite que o metal líquido seja ejetado em uma velocidade desej ada.

Exemplo de Aplicações de Fusão Alvo Magnetizada A discussão a seguir pretende fornecer exemplos não limitadores, ilustrativos de certos parâmetros de uma modalidade de um sistema que poderia ser utilizado para obter certos valores de compressão de plasma. Várias concepções são discutidas no contexto desses exemplos, e várias equações e cálculos de exemplo são fornecidos aqui para destacar alguns dos fatores e considerações envolvidas em uma modalidade de exemplo de um sistema para comprimir um plasma. A discussão a seguir não pretende limitar o escopo dos sistemas e métodos descritos aqui, nem usos finais ou aplicações dos sistemas revelados. Em outras implementações dos sistemas e métodos descritos aqui, outras equações, parâmetros, fatores e considerações podem ser aplicáveis.

Sistemas de Fusão alvo magnetizada (MTF) utilizam tipicamente energia significativa (por exemplo, aproximadamente 100 MJ em alguns casos) para comprimir o plasma. Para gerar energia de fusão em muitos sistemas, os critérios de Lawson bem conhecidos indicam que um plasma de densidade n, mantido em uma temperatura de 10 keV, por um tempo τ, deve ser selecionado de modo que ητ >1O20 m”3s para que o aquecimento de fusão exceda perdas de calor de plasma. Entretanto, o plasma resfria com um tempo T=r2/% onde r é a menor distância entre o núcleo de plasma quente e a borda fria do reator, e χ é a difusividade. Portanto, um plasma maior (por exemplo, r maior) pode ser benéfico, porém utiliza mais energia para sua formação, e genericamente, portanto um aparelho maior e mais caro. A energia no plasma é 3/2 NkTi para os íons e 3/2N kTe para os elétrons, onde Ti é temperatura de íon, Te é a temperatura de elétron e N é o número de íons ou elétrons. O número de íons e elétrons é igual no caso de neutralidade de carga geral. Considerando que Ti e Te são a mesma temperatura, então a energia térmica (Etu) no plasma é 3NkT.

Desse modo, as seguintes equações são aplicáveis para fornecer estimativas para parâmetros de exemplo em certas modalidades do sistema: ητ > IO20 m-3 s τ = r2/χ Eth = 3VnkT

Com N = nV, onde V é volume de plasma, e Emag = Eth/β onde β é a razão de pressão magnética/pressão de plasma. A energia total é a energia térmica Eth mais a energia magnética Emag. Para um toro, o volume é 2K2r2R onde R é o raio maior (em torno do toro) e r é o raio menor. Para um toro compacto R é aproximadamente igual a r de modo que o volume possa ser aproximado a 2m2r3.

Combinando essas equações, verifica-se que a energia mínima para atingir o critério de Lawson em 10 keV de temperatura em algumas modalidades de sistema é aproximadamente: E= 7xl016 (1+1/ β) χ 3/2 n"1/2 Joules com n em m-3 e χ em m2/s. A energia E diminui com densidade crescente e diminui com χ decrescente. A difusão e o valor de χ nesses sistemas é um tema de muita pesquisa. 0 valor de difusão em alguns sistemas é muito maior do que um cálculo denominado clássico devido à turbulência complexa. Estimativas clássicas para o valor de difusão fornecem genericamente a difusão melhor possível. Muitos experimentos observam uma difusão muito maior do que a clássica, porém menor do que a denominada difusão Bohm onde: XBohm = PiVi/16 Onde pi é o giroscópio de rádio de íon e vi é a velocidade térmica de íon.

Considerando que a difusão Bohmn (como um cenário de exemplo do pior caso), a energia mínima de plasma para obter o critério Lawson para várias densidades de plasma (por exemplo, em 10 keV e β=0,1 típico de certos spheromaks) pode ser previsto a partir das equações acima para o sistema de exemplo acima e é mostrado no gráfico ilustrado na figura 2 (linha cheia com losangos). A pressão magnética de um plasma em uma temperatura de 10 keV, β=0,1 em várias densidades também é traçada no gráfico mostrado na figura 2 (linha cheia com quadrados) . A pressão máxima que o material sólido pode ter antes de quebrar é tipicamente aproximadamente lxlO4 atm (por exemplo, aproximadamente 1000 MPa) . Nessa pressão, os cálculos de exemplo mostrados na figura 2 indicam que o sistema de exemplo deve fornecer aproximadamente 100 MJ no plasma para obter ponto de equilíbrio, e possivelmente algumas vezes mais do que aquela energia para um ganho prático. Considerando uma eficiência de transferência a partir da fonte de energia para o plasma de aproximadamente 50%, o sistema deve fornecer pelo menos aproximadamente 200 MJ de energia para aquecer o plasma até uma temperatura de fusão.

As modalidades do sistema revelado configurado como uma fonte de energia podem fornecer vantagens. Por exemplo, o uso de um funil de metal líquido pode permitir que pressões no plasma sejam obtidas que estão acima do ponto de quebra dos materiais sólidos. Portanto, as modalidades dos sistemas revelados podem fornecer densidade aumentada do plasma, o que reduz vantajosamente a energia utilizada pelo sistema. Isso também pode reduzir o custo e/ou tamanho do sistema.

Em algumas modalidades dos presentes sistemas e métodos, a pressão de plasma aumenta à medida que o plasma é acelerado e então comprimido à medida que o plasma move para baixo do acelerador 110 (por exemplo, ao longo do canal de propagação 114 entre os eletrodos afilados coaxiais 6, 7) . Em ou antes do ponto ao longo do percurso de plasma onde a pressão de plasma atende e/ou excede a resistência do material de eletrodo de confinamento, o plasma é dirigido para dentro do sistema de funil de metal líquido 120 no qual ocorre compressão adicional. Por exemplo, a compressão de plasma pode ser aproximadamente um fator de 30 no acelerador e aproximadamente um fator de 3 no sistema de funil. Em algumas modalidades, o plasma pode ser acelerado a uma velocidade maior do que aproximadamente 100 km/s para baixo do acelerador 110. A velocidade de som no metal líquido é genericamente da ordem de 3 km/s, de modo que o metal líquido não tenha tempo para mover para fora do caminho, e uma pressão de plasma elevada é mantida no funil 8. Em algumas implementações, uma trilha de onda de choque pode ser gerada no metal líquido. A energia no trilha de onda de choque é tirada da energia cinética de plasma; que pode ser um novo mecanismo de perda de energia em algumas dessas modalidades. A figura 3 é um diagrama em seção transversal esquemático que mostra um exemplo de um plasma toroidal 30 se movendo dentro de uma porção de um funil de metal líquido afilado 25. Considerando uma velocidade de plasma vp e comprimento de plasma L, e um metal líquido com uma velocidade de som de cs, o diagrama esquemático na figura 3 mostra uma onda de choque seguindo atrás do plasma. A espessura da onda de choque é aproximadamente csL/vp. Em um tempo de aproximadamente L/vp (por exemplo, o tempo para o plasma deslocar pelo seu próprio comprimento) , o volume do liquido comprimido no funil é aproximadamente 2nRLcs"L/vp. Dividindo o volume comprimido pelo tempo fornece uma estimativa para a taxa na qual o metal liquido é comprimido: dV/dt = 2nRLcs m3/s onde R é o raio do funil de metal liquido 25.

Como exemplo, uma fórmula aproximada simples para a equação de estado para o metal líquido pode ser utilizada: P=K(VO/V-1) onde K é o módulo de compressão de volume e Vo é o volume inicial em compressão zero.

Por conseguinte, o trabalho de compressão, PdV, pode ser integrado para calcular a energia armazenada no metal líquido comprimido nesse exemplo: E/V = K [ln(P/K+l)-1/(1+K/P)] J/m3 Ά energia dissipada na trilha é dada pela seguinte fórmula nesse exemplo: Energia = 2nRLcs K [ln(P/K+l)-1/(1+K/P)] Watts Em alguma implementação, correntes elétrica podem ser induzidas no metal líquido pelo campo magnético do spheromak. Perdas resistivas no metal líquido podem reduzir a energia no campo magnético que contém o plasma, representando outro mecanismo de perda de energia possível em alguns casos. 0 seguinte exemplo ilustrativo é utilizado para fornecer uma estimativa para esse mecanismo de perda de energia. A corrente I que flui no metal líquido para suportar o campo magnético é: I = LB/μο onde L é o comprimento do plasma, B é o campo magnético no spheromak (ou outro toro compacto apropriado) e μ0 é a permeabilidade a vácuo. A espessura t da folha de corrente elétrica que flui no metal é dada por: t = (ητ/μ0)1/2 onde η é a resistividade elétrica do metal e τ é o tempo durante o qual o campo magnético é aplicado ao metal e onde τ = L/vp A resistência é como a seguir: Resistência = g2nR/Lt Desse modo, a energia dissipada de forma ôhmica no metal líquido é: Energia = resistência I2 = 2nRB2 (η Lvp)1/2 μ0”3/2 Watts Em algumas implementações, também pode haver perdas de energia devido a transporte turbulento. Uma estimativa para tais perdas de energia, utilizando a fórmula de difusão Bohm é: EnergiaBOhm= Eth/TBohm Perdas de radiação Bremsstralung podem ocorrer em alguns casos e uma estimativa para tais perdas é dada por: EnergiaBremsstraiung = 1-67 x IO-38 n2 T1/2 Zeff w/m3 Onde T está em eV e n está em m-3 e Zeff = Σ. Z2nz/n onde Z é o número atômico da impureza e nz é sua densidade. As perdas de energia de radiação Bremsstralung são uma função do quadrado do número atômico de impureza Z, assim ter um teor baixo de impureza pode ser vantajoso em alguns casos, especialmente para impurezas com números atômicos elevados.

Continuando com esse cálculo de exemplo não limitador ilustrativo, a divisão de energia na configuração de plasma por essas várias perdas de energia fornece um tempo de confinamento total de plasma τ. Utilizando esse tempo de confinamento é possível calcular a energia de plasma mínima para obter uma condição de ponto de equilíbrio Lawson em várias densidades para a modalidade desse exemplo do sistema. A energia para essa modalidade é mostrada no gráfico da figura 4.

Observe que a energia utilizada pode ser mais do que indicado pelo gráfico de exemplo na figura 2 em algumas implementações, porque mecanismos de perda de energia específicos para a modalidade de exemplo acima foram levados em conta. 0 gráfico na figura 4 mostra que uma estimativa de exemplo para a energia de plasma mínima utilizada é aproximadamente 3 MJ em uma densidade de exemplo de IO19 cm-3. Compare isso com os resultados do exemplo mostrados na figura 2 que indicam menos de aproximadamente 1 MJ nessa densidade de exemplo. 0 raio externo de plasma R é 2,4 cm nesse cálculo de exemplo. 0 tempo de confinamento é 10 με nesse cálculo de exemplo. O campo magnético é 200 Tesla, e a pressão é 0,16 Mbar, nesse cálculo de exemplo. Um valor possível para a velocidade do plasma durante compressão máxima é logo acima da velocidade de som, por exemplo, aproximadamente 5 km/s. com base nesses valores de exemplo, o plasma move somente aproximadamente 50 mm durante o tempo onde as condições de pressão e temperatura de plasma poderíam permitir que a fusão ocorresse.

Como discutido acima, durante e/ou após a passagem do plasma, o funil de metal líquido pode tender a ser rompido para fora em algumas implementações do sistema. Em algumas dessas implementações, o sistema pode ser configurado de modo que o funil de metal líquido reformará após um tempo Lfe/vf onde Lfe é o comprimento do funil e vf é a velocidade na qual o líquido é expelido dos bocais (que entram metal líquido no tanque 10 do sistema de funil 120) . Esses parâmetros podem ser utilizados para determinar uma estimativa de exemplo para a taxa de repetição máxima de pulso em tal modalidade. Nesse exemplo não limitador, ilustrativo, aproximadamente 1 m do metal líquido é utilizado para absorver grande parte dos nêutrons assim, por exemplo, um funil de metal líquido com 2 m de comprimento, onde as condições de temperatura e pressão de plasma são apropriadas para que a fusão ocorra no centro, seria apropriado para algumas modalidades. Assumindo que vf é aproximadamente 10 m/s, a taxa de repetição podería ser aproximadamente 5 Hz nesse exemplo. Finalmente se a energia líquida de saída for da ordem da energia de energia, o plasma produzirá aproximadamente 3 MJ em 5 Hz fornecendo uma saída de energia de aproximadamente 15 MW, que é apropriado para uma usina de energia pequena. Observe que essas estimativas fornecem uma estimativa possível para o tamanho de uma usina de energia produzindo ponto de equilíbrio nesse exemplo, e uma usina maior pode fornecer mais energia, porém pode custar mais para desenvolver e construir.

Continuando com esse exemplo não limitador, ilustrativo, trabalhando a partir das condições em compressão máxima e assumindo que algumas pistolas de plasma 100 produzem tipicamente densidades de plasma não muito em excesso de aproximadamente 1014 cm-3, a formação inicial de plasma na primeira extremidade 112a do acelerador de plasma 110 seria aproximadamente 2,2 m em diâmetro para fornecer o plasma comprimido de radio de 2,4 cm final com uma densidade de aproximadamente 1019 cm-3. O comprimento da formação de plasma será inicialmente aproximadamente 1 m, isso é aproximadamente o comprimento estimado para a região de formação nessa implementação de exemplo. Portanto, a razão do tamanho radial do toróide compacto na primeira extremidade 112a do acelerador 110 para o tamanho radial do toróide compacto quando o toróide está no funil de metal líquido 8 é aproximadamente 100 para 1 nesse exemplo. Em outras modalidades, essa razão pode ser diferente como, por exemplo, aproximadamente 5:1, aproximadamente 10:1, aproximadamente 25:1, aproximadamente 50:1, aproximadamente 90:1, aproximadamente 125:1, aproximadamente 150:1, aproximadamente 200:1 ou algum outro valor.

Assumindo, por exemplo, aproximadamente 33% de eficiência de transferência de energia entre os capacitores e o plasma, aproximadamente 10 MJ serão utilizados nesse exemplo. Capacitores de folha de descarga rápida típicos têm uma densidade de energia de aproximadamente 1 J/cm3, assim aproximadamente 10 m3 do volume de capacitor são utilizado nesse exemplo. Assumindo que os capacitores têm 1 m de altura e são acondicionados nos dois lados de uma linha de transmissão no formato de disco 15 associada ao acelerador de plasma, um disco com aproximadamente 2,2 m de diâmetro interno e 2,6 de diâmetro externo é utilizado nesse exemplo. Em algumas modalidades, essa linha de transmissão de disco mais indutância interna dos capacitores têm uma indutância de aproximadamente 20 nH. A indutância do acelerador de plasma é aproximadamente 130 nH em algumas implementações. Genericamente, quanto mais elevada a voltagem no capacitor, mais rápida a descarga, assumindo uma voltagem de aproximadamente 88 kV, o banco de capacitores pode ter uma capacitância de aproximadamente 2,6 mF. Em tal implementação de exemplo, o sistema terá um tempo de chamada LC de aproximadamente 100 ps. em uma implementação de exemplo, para que ocorra transferência razoável de energia, metade do tempo de chamada (por exemplo, aproximadamente 50 ps) deve ser aproximadamente igual ao tempo para que o plasma acelere para baixo o acelerador. A velocidade final pode ser vantajosamente elevada o bastante de modo que a energia cinética do plasma seja elevada o bastante para comprimir-se no funil de metal líquido até a compressão máxima. Equacionando a energia de exemplo encontrada acima para a energia cinética: 3 MJ = mv2/2 A massa do plasma é seu volume vezes a densidade e é aproximadamente: M = 2 miligramas Por conseguinte, nesse exemplo, uma velocidade final do plasma é aproximadamente 1700 km/s. Para que o tempo de trânsito do plasma seja igual à metade do tempo de chamada, um comprimento de aproximadamente de aproximadamente 40 m pode ser utilizado em alguns casos. O comprimento do acelerador pode ser vantajosamente reduzido por utilizar um restritor de plasma em ou próximo à primeira extremidade 112a do acelerador 110 (vide, por exemplo, a constrição mostrada na figura 1B ou as bobinas magnéticas 23b mostradas na figura 1C). À medida que a corrente aumenta, limitada pela indutância, o plasma é incapaz de passar através da constrição. Em algumas modalidades, o sistema é configurado de tal modo que somente em ou próximo à corrente de pico a força magnética é forte o suficiente para forçar o plasma através da constrição e rapidamente acelerar o plasma. Em algumas dessas modalidades, como o plasma começa a acelerar somente em (ou próximo a) corrente de pico, um acelerador que é somente aproximadamente M do comprimento (por exemplo, aproximadamente 10 m, em alguns casos) pode ser utilizado. Isso forneceria uma implementação realista, prática, razoável de um sistema para comprimir plasma e, em alguns casos, iniciar reações de fusão. As implementações de tal sistema podem ter outros usos também.

Outras Modalidades de Exemplo e Aplicações Úteis Como discutido acima, certas modalidades dos sistemas e métodos acima descritos podem ser utilizadas para comprimir um plasma que compreende um material fundível suficientemente que reações de fusão e produção de nêutron útil possam ocorrer. Por exemplo, o material fundível pode compreender um ou mais isótopos de elementos leves como, por exemplo, deutério, trítio, hélio-3, lítio-6, lítio-7, etc., por conseguinte, certas modalidades do sistema podem ser configuradas e operadas para atuar como geradores de nêutron ou fontes de nêutron. Nêutrons assim produzidos têm uma ampla gama de usos práticos em campos industrial e de pesquisa. Por exemplo, uma fonte de nêutron pode ser utilizada para análise de ativação de nêutron (ΝΑΆ) que pode fornecer análise de multi-elementos de elementos maiores, menores, residuais e raros em uma variedade de substâncias (por exemplo, explosivos, drogas, materiais fisseis, venenos, etc.) e podem ser utilizados em uma variedade de aplicações (por exemplo, detecção e identificação de explosivo, monitoração ecológica do ambiente e refugo nuclear, etc.). As modalidades do sistema configurado como uma fonte de nêutron podem ser também utilizadas para pesquisa de materiais (por exemplo, análise da estrutura, dinâmica, composição, e uniformidade química de materiais), para teste não destrutivo de objetos industriais (por exemplo, através de radiografia de nêutron e/ou tomografia de nêutron) e para muitas outras aplicações industriais e tecnológicas. Por exemplo, modalidades do sistema podem ser utilizadas para remediação de dejeto nuclear e geração de nucleotídeos médicos.

As modalidades dos sistemas e métodos acima descritos para aquecimento e compressão de plasma são também apropriados para aplicações no estudo de plasma de densidade de energia elevada incluindo, por exemplo, aplicações em astrofísica e física nuclear.

Avanços recentes em armazenagem de energia (por exemplo, supercapacitores) e comutação de semicondutor de energia elevada diminuíram o custo de componentes elétricos de energia elevada. Espera-se que desenvolvimentos adicionais em sistemas de energia de pulso elétrico e demanda crescente por tais componentes para uma variedade de aplicações tornem um sistema MTF acionado eletricamente (e/ou fonte de nêutron) competitivo em termos de custo com outras abordagens. Em aplicações onde o custo é menor do que um fator (por exemplo, propulsão de espaço de fusão onde uma carga útil de massa inferior pode ser valiosa), as modalidades de tal sistema acionado eletricamente já podem ser atraentes em comparação com outras tecnologias possíveis.

Em certas implementações dos sistemas e métodos revelados aqui, a obtenção de compressão de plasma com base em uma abordagem elétrica em vez de mecânica (por exemplo, certos sistemas baseados em pistão) pode, em alguns casos, ser esperada reduzir manutenção de sistema e oferecer outras vantagens. Por exemplo, em algumas dessas implementações, o sistema de aceleração pode ser configurado com um número menor ou sem partes móveis e pode ser de peso inferior. Em algumas modalidades, questões de sincronização são simplificadas em relação a certas modalidades de um sistema baseado em pistão.

Embora elementos, modalidades, exemplos e aplicações específicas da presente invenção tenham sido mostrados e descritos, será entendido que o escopo da invenção não é limitado aos mesmos, uma vez que modificações podem ser feitas por um técnico versado no assunto sem se afastar do escopo da presente revelação, particularmente à luz dos ensinamentos acima. Desse modo, por exemplo, em qualquer método ou processo revelado aqui, os atos ou operações que compõem o método/processo podem ser realizados em qualquer sequência apropriada e não são necessariamente limitados a nenhuma sequência revelada específica. Os elementos e componentes podem ser configurados ou dispostos de forma diferente, combinados e/ou eliminados em várias modalidades. Referência em toda essa revelação a "algumas modalidades", "uma modalidade", ou similar, significa que uma característica, estrutura, etapa, processo ou aspecto específico descrito com relação à modalidade é incluído pelo menos em uma modalidade. Desse modo, aparecimentos das frases "em algumas modalidades", "em uma modalidade," ou similar, em toda essa descrição não estão todos se referindo necessariamente à mesma modalidade e podem se referir a uma ou mais de modalidades iguais ou diferentes. Realmente, os métodos e sistemas novos descritos aqui podem ser incorporados em uma variedade de outras formas; além disso, várias omissões, adições, substituições, equivalentes, rearranjos, e alterações na forma das modalidades descritas aqui podem ser feitas sem se afastar do espirito da invenção descrita aqui. Vários aspectos e vantagens das modalidades foram descritas onde apropriado. Deve ser entendido que não necessariamente todos esses aspectos ou vantagens podem ser obtidos de acordo com qualquer modalidade específica. Desse modo, por exemplo, deve ser reconhecido que as várias modalidades podem ser realizadas em um modo que obtém ou otimiza uma vantagem ou grupo de vantagens como revelado aqui sem necessariamente obter outros aspectos ou vantagens como pode ser revelado ou sugerido aqui.

Linguagem condicional utilizada aqui, como, entre outras, "pode", "podería", "por exemplo," e similar, a menos que especificamente mencionado de outro modo, ou de outro modo entendido no contexto como utilizado, é genericamente destinada a transmitir que certas modalidades incluem, enquanto outras modalidades não incluem, certas características, elementos e/ou etapas. Desse modo, tal linguagem condicional não é genericamente destinada a indicar que características, elementos e/ou etapas são de modo algum exigidas para uma ou mais modalidades ou que uma ou mais modalidades necessariamente incluem lógica para decidir, com ou sem entrada ou sugetão pelo operador, se essas características, elementos e/ou etapas são incluídas ou deve ser realizadas em qualquer modalidade específica.

Nenhuma característica única ou grupo de características é necessária para ou indispensável para qualquer modalidade específica. Os termos "compreendendo", "incluindo", "tendo", e similar são sinônimos e são utilizados de forma inclusiva, em um modo ilimitado, e não excluem elementos adicionais, características, atos, operações e assim por diante. Além disso, o termo "ou" é utilizado em seu sentido inclusivo (e não em seu sentido exclusivo) de modo que quando utilizado, por exemplo, para ligar uma lista de elementos, o termo "ou" significa um, algum ou todos os elementos na lista.

Os cálculos de exemplo, resultados, gráficos, valores e parâmetros das modalidades descritas aqui pretendem ilustrar e não limitar as modalidades reveladas. Outras modalidades podem ser configuradas e/ou operadas de forma diferente do que os exemplos ilustrativos descritos aqui.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Aparelho para comprimir plasma (1000), o aparelho compreendendo: uma pistola de plasma (100) configurada para gerar um toróide compacto de plasma (16); um acelerador de plasma (110) tendo uma primeira extremidade (112a), uma segunda extremidade (112b), e um eixo geométrico longitudinal (115) entre a primeira extremidade (112a) e a segunda extremidade (112b), o acelerador de plasma (110) configurado para receber o toróide compacto (16) na primeira extremidade (112a) e acelerar o toróide compacto (16) ao longo do eixo geométrico longitudinal (115) em direção à segunda extremidade (112b); um sistema de funil líquido (120) compreendendo um funil líquido (8) tendo uma passagem substancialmente cilíndrica (125) substancialmente alinhada com o eixo geométrico longitudinal (115) do acelerador de plasma (110); a passagem (125) tendo um primeiro diâmetro interno em uma extremidade superior da passagem e um segundo diâmetro interno em uma extremidade inferior da passagem, o segundo diâmetro interno menor do que o primeiro diâmetro interno, o sistema de funil líquido (120) configurado para receber o toróide compacto (12,13) a partir da segunda extremidade (112b) do acelerador de plasma (110) e comprimir o toróide compacto à medida que o toróide compacto se move ao longo da passagem a partir da extremidade superior em direção à extremidade inferior, em que o sistema (120) é configurado de tal modo que uma pressão do toróide compacto (13) quando abaixo da extremidade superior é maior do que uma pressão do toróide compacto quando acima da extremidade superior; caracterizado pelo fato de que o referido aparelho compreende ainda um sistema de injeção de guia de líquido (20) configurado para injetar um guia de líquido (22) na passagem cilíndrica (125) do funil de líquido (8) ao longo de um eixo longitudinal da passagem, o guia de líquido (22) que se estende ao longo do eixo longitudinal da passagem cilíndrica (125) a partir de uma extremidade superior da passagem em direção a uma extremidade inferior da passagem, o guia de líquido (22) que é espaçado da superfície interna do funil de líquido (8) gerando um espaço anular definido pela superfície interna do funil de líquido e uma superfície externa do guia de líquido.

2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um banco de capacitores (1) configurado para fornecer energia elétrica à pistola de plasma (100) ou uma linha de transmissão substancialmente no formato de disco (15) configurada para acoplar eletricamente o banco de capacitores (1) para a pistola de plasma (100).

3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o acelerador de plasma (110) compreende um restritor de plasma (23) localizado próximo à primeira extremidade (112a) do acelerador de plasma (110), o restritor de plasma (23) configurado para inibir movimento do toróide (16) compacto em um canal de propagação de plasma (114) a partir de cima do local do restritor para abaixo do local do restritor até uma resistência de campo magnética do acelerador (110) exceda um valor de limite.

4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o restritor de plasma (23) compreende uma constrição (23a) no canal de propagação de plasma (114) ou pelo menos uma bobina magnética (23b) disposta próximo à primeira extremidade (112a) do acelerador de plasma (110).

5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um banco de capacitores (11) configurado para fornecer energia elétrica ao acelerador de plasma (110) ou um indutor saturável (17) configurado para retardar a provisão da energia elétrica do banco de capacitores (11) para o acelerador de plasma (110), em que o indutor saturável (17) é disposto em uma linha de transmissão no formato de disco (15) configurada para transmitir a energia elétrica a partir do banco de capacitores (11) para o acelerador de plasma (110).

6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o aparelho é configurado de tal modo que uma pressão do toróide compacto (12) na segunda extremidade do acelerador de plasma (112b) seja menor do que uma resistência de material do acelerador de plasma (110) na segunda extremidade (112b) do acelerador de plasma (110) ou uma pressão do toróide compacto (13) quando no funil de líquido (8) está acima da resistência de material.

7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o funil de líquido (8) compreende um metal líquido, o funil de líquido (8) compreendendo ainda um sistema de bomba (9) sendo configurado para fornecer o metal de líquido para formar o funil de líquido (8) do sistema de funil de líquido (120).

8. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o guia de líquido (22) eletricamente condutivo e atua como um eletrodo central no funil de líquido (8).

9. Aparelho, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o sistema de injeção (20) configurado para injetar o guia de líquido (22) no sistema de funil de líquido (120) antes do toróide compacto (12) atingir a extremidade superior do funil de líquido (8), o sistema de injeção (20) sendo configurado para fornecer o guia de líquido (22) no sistema de funil de líquido (120) como um material líquido que flui pelo menos parcialmente sob gravidade, o guia de líquido (22) não em contato elétrico com o funil de líquido (8) quando o toróide compacto (13) está abaixo da extremidade superior do funil (8).

10. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um sistema de recirculação (21,31) configurado para recircular uma porção de material líquido a partir do sistema de funil de líquido (120) para um reservatório (18) configurado para armazenar material líquido para o guia de líquido (22), em que o sistema de recirculação compreende uma bomba intermitente (21) configurada para recircular a porção do material líquido entre injeções sucessivas de plasma no sistema de funil líquido (120), e um tubo de retorno (31) em comunicação de fluido entre o sistema de funil de líquido (120) e o reservatório (18), o tubo de retorno (31) compreendendo uma seção eletricamente isolada (19) configurada para ser eletricamente isolada do acelerador de plasma (110).

11. Aparelho, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um sistema de circulação de metal líquido configurado para circular o metal líquido de tal modo que o metal líquido seja capaz de fluir pelo menos parcialmente sob gravidade a partir da primeira extremidade para a segunda extremidade, em que o sistema de circulação de metal líquido compreende um sistema de confinamento (10), o funil de metal de líquido (8) disposto no sistema de confinamento (10), o sistema de bomba (9) configurado para bombear o metal líquido a partir de uma extremidade inferior do sistema de confinamento (10) para uma extremidade superior do sistema de confinamento (10).

12. Método de comprimir um plasma, o método sendo compreendendo: gerar um plasma toroidal (16), acelerar o plasma toroidal (16) ao longo de uma direção longitudinal, caracterizado pelo fato de introduzir o plasma toroidal (12) acelerado em uma passagem (125) em um funil de líquido (8), a passagem (125) tendo um primeiro tamanho em uma primeira extremidade da passagem e um segundo tamanho em uma segunda extremidade da passagem, o segundo tamanho menor do que o primeiro tamanho; e comprimir o plasma toroidal (13) à medida que o plasma toroidal (13) se move da primeira extremidade da passagem em direção à segunda extremidade da passagem, em que comprimir o plasma toroidal (13) compreende comprimir o plasma (13) entre uma superfície interna do funil de líquido (8) e uma superfície externa do guia de líquido (22) que está sendo introduzida no funil de líquido (8) ao longo de um eixo longitudinal da passagem (125) .

13. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende ainda recircular líquido para formar o funil de líquido (8), o funil de líquido (8) compreende um metal líquido.

14. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende ainda isolar eletricamente o guia de líquido (22) do funil de líquido quando o toróide compacto (13) está entre a primeira extremidade e a segunda extremidade da passagem (125).

15. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende descarregar um banco de capacitores (11) para fornecer energia elétrica para acelerar o plasma toroidal (16,12), em que a descarga do banco de capacitores (11) compreende utilizar um indutor saturável (17) para retardar a descarga do banco de capacitores (11).