CN101637069B - 等离子能量转换器以及实现其的电磁反应器 - Google Patents

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Abstract

提出了一种等离子能量转换器和一种用于产生所述转换器的电磁反应器。本发明涉及等离子物理的方法和装置，特别是用于电磁约束高能量等离子的系统，由此形成用于执行包括受控核聚变反应的高温反应的条件。本发明包含工作室，该室具有放置在用于约束和加热等离子体的电磁系统的场中的工作介质。所述系统由至少两个具有相反电荷和相互对向转动的电磁涡旋反应器组成，其涡旋场位于工作室内。反应器包括工作室和用于发起工作介质的等离子状态的系统。所述用于发起工作介质的等离子状态的系统包含微波涡旋电磁场的集中器，其轴与反应器涡旋场的轴重合。

Description

等离子能量转换器以及实现其的电磁反应器
发明领域
本发明涉及一种主要涉及等离子物理领域的方法和装置以及，特别是，用于等离子约束的系统，其提供运行包含核聚变反应的高温反应的条件。本发明还可以用于原油的等离子分离和其他高温反应的活化。 
背景技术
高温等离子体的约束是可控热核聚变的一个关键问题。目前有两种约束方法。第一种方法是惯性，例如，依靠激光器引发反应(参见，例如，美国专利No.6,418,177；Stauffer et al.；July 9，2002；Int.Cl.H05H 1/22，US Cl.376/152)。第二种方法是基于由磁场引起的高温等离子体的约束(Cf.美国专利NO.6,664,740；Rostoker et al.Al of December 16，2003，IPC G2 1 D 7/00，USCl.315/111.41)。在很小的空间内聚集大量的能量和一个供给工作体的复杂系统是第一种方法的主要问题。具有强不稳定性的抑制是磁场约束等离子体系统中的主要问题。所有的不稳定性都具有气动来源并且与磁化的等离子体中的许多波动形式有关系。因此在实践中它们是不可避免的。 
美国专利No.7,119,491(Rostoker et al.of October 10，200；IPC H01J7/24，USCl.315/111.21)所描述的装置是与所提出的技术解决方案的最接近的类似方案。该已知的装置包含工作室，该室具有放置于等离子约束和加热系统的电磁场中的工作介质。其还包含在工作室中激发工作介质等离子状态的系统。等离子约束和加热系统的电磁基础是电磁体，其具有位于环面轴附近的螺杆部件并产生脉冲环形磁场。 
等离子体的有限的稳定性和聚变反应时间太短是已知装置的缺点。这个缺点具有气动来源并且与磁化的等离子体中的许多波动形式相关。因此，实际上它们是无法避免的。 
发明内容
本发明的一个目的是增强等离子体的稳定性和延长反应时间。 
这个目的的实现是鉴于以下事实，即等离子体约束和加热电磁系统包括至少两个具有相反电荷并且相互相反旋转的电磁涡旋反应器(vortex reactor)，其涡旋场位于工作室中。 
所述工作室可以被制成为具有进口和出口通道的流通部件，该进口和出口通道由包括机械能转换器、冷却盒、接收器和压缩机的外部轮廓体(contour)相互连接。 
所述工作室可在工作室中包含液相。 
所述工作室可在工作室中包含固相。 
本发明的目的的实现还鉴于以下事实，即每个电磁涡旋反应器的工作介质等离子状态激发系统包含高压SHF(超高频)涡旋电磁场的集中器，其轴与反应器涡旋场的轴重合。 
该SHF旋转电磁场的集中器可以被制成为波导环谐振器的形式，该谐振器与位于反应器涡旋场轴的区域中的工作介质相通。 
该电磁涡旋反应器可包含传递初始电荷至反应器涡旋场轴的区域的系统。 
该电磁涡旋反应器可包含对反应器涡旋场轴的区域中的工作介质进行预离子化的系统。 
该电磁涡旋反应器可包含传递初始磁矩至反应器涡旋场轴的区域的系统。 
附图说明
图1是等离子能量转换器的结构图。 
图2是具有相反电荷和对向(opposite oriented)旋转的两个电磁涡旋反应器的相对位置。 
图3是电场和磁场的结构，以及反应器中SHF电磁场的状态之一的波印亭(Poiting)矢量。 
图4是场的布置和总能流的方向。 
图5是电磁场涡旋反应器的框图，具有SHF涡旋电磁场的集中器的剖视图。 
图6是电磁涡旋反应器的波导部分的总图。 
具体实施方式
如图1所示结构图的等离子能量转换器包括被布置在输入通道(5)和输出通道(6)之间的具有涡旋区(3)和(4)的第一电磁涡旋反应器(1)和第二电磁涡旋反应器(2)。工作介质(7)充满输入通道(5)。输出通道(6)与具有输出轴(9)的机械能转换器(8)连接。机械能转换器(8)的输出通过冷却盒(10)、接收器(11)和压缩器(12)连接到输入通道(5)。 
图2示出了两个电磁涡旋反应器(3)和(4)的相对位置，其特征在于它们的涡旋区(3)和(4)的相反电荷，以及对向的旋转方向，比如它们的自旋。 
图3示意性地示出的场结构对应于旋转的交变电磁涡旋场的一个状态。其中电场(13)具有横穿过垂直轴的偶极子的形状。该电磁涡旋中的磁场(14)为位于垂直平面中的环形状。电场和磁场的矢量在交叉点相互垂直。因此，在此情况下的波印亭矢量(15)垂直于这两个场，并且被定向成以使它们产生相对于与反应器涡旋场轴(16)重合的总轴的机械矩。 
图4所示的涡旋能(17)的平均流被设置成相对于交变场的整个系统，以使其形成环绕反应器涡旋场轴(16)的环。 
图5所示框图的电磁涡旋反应器包括在剖视图中示出的并且设置成沿着反应器涡旋场轴(16)的环形谐振器(18)。输入波导(19)贴附在谐振器(18)的外侧。SHF波(20)在输入波导中传播。在此示出了具有H01型波的例子。该环形谐振器(18)包括与反应器涡旋场(16)的环形区域内的空间相通的元件。通过销(21)实现电连接，通过开波导(open waveguide)(22)实现磁连接。该谐振器(18)通过耦合窗(23)连接到输入波导(19)。输入波导的自由端耦合到匹配的末端(24)。所述销(21)通过电感元件(26)形式的分离器连接到D-C电流源(25)。来自电离辐射源(27)的场覆盖放置于反应器涡旋场轴(16)的区域中的环形谐振器(17)的空间。 
如图6中所示，电磁涡旋反应器的波导部分的全视图，包括环形谐振器(18)、输入波导(19)和匹配的末端(24)的图。环形谐振器(18)位于反应器涡旋场轴(16)上并且具有输出元件：销(21)和开波导(22)。 
上述的装置按下述运行。 
在初始位置，将等离子能量转换器的电磁涡旋反应器(1)和(2)的近轴工作区域充以冷的工作介质(7)(见图1)。在接通电磁涡旋反应器(1)和(2)之后它就开始运行，每个电磁涡旋反应器的框图如图5所示。其发生在SHF波 (20)被馈入每个电磁涡旋反应器(1)和(2)的波导(19)的输入口之后。同时，每个反应器中的d-c电压源(25)和电离辐射源(27)被接通。来自波导(19)的SHF波通过耦合窗(23)进入环形谐振器(18)。该SHF波通过销(21)和开波导(22)进入反应器的轴(16)的涡旋场区域中，在其中产生旋转涡旋SHF电磁场。电感元件(26)在恒定电场和交变电磁场之间提供解耦(decoupling)。在初始位置，在每个反应器的涡旋区域中没有高频放电。因此，在运行过程的这个状态下环形谐振器(18)的Q因子具有最大值。结果，涡旋区域的场强度呈指数形式升高至击穿点(breakdown point)。该击穿急剧地降低谐振器的阻抗。这也相应地降低它们的Q因子。每次放电的过程都被稳定。因此，产生的电磁涡旋具有图3和图4所示的结构。这些涡旋在B/F/Poltoratsky的文章“Electromagnetic vortex in structure of elementary particles”Moscow2006中也有描述。 
产生的电磁SHF涡旋被定向成如图2所示那样相对取向。其电荷具有相反的符号，并且旋转被定向成相反的方向。因此，它们在空间中的相对布置是不稳定的。在形成涡旋后开始它们的相互作用的阶段。该相互作用导致它们相互靠近并且相互破坏--消失(dematerialized)。如此一来在谐振器和电磁涡旋中所累积的所有能量在小容积中被释放。消失过程的时间远少于一个SHF波的周期。换言之，其短的程度使任何气动和流体力学过程都无暇发展。因此，它们没有时间去影响整个脉动过程。如果介质最初是液体或固体状态，就会发生液压冲击。所有上述过程会实现涡旋相互作用区域中的极端的高压和高温。其会在短时间内激发高温化学反应或核反应。 
上述的过程具有脉动特性。脉冲重复频率应当选择性地考虑脉冲间停顿的最小持续时间和过程所需的平均强度。所述停顿的最小持续时间由系统建立时间来确定，所述建立时间与流体力学过程相关联，因此，其具有比涡旋产生的电磁过程的时间大几个数量级的值。因此，该SHF波源能在高脉冲相对持续时间下工作，即，在中等运转条件下工作。通过改变脉冲相对持续时间，过程中的平均强度可根据有用能量的回收的可能性和冷却系统来调整。所提出的装置的运行时间没有基本的限制。 
因此，本申请结合了等离子约束的惯性和磁方法的优点并且排除了它们的缺点。其提供了等离子体的增强的稳定性和无限制的反应时间，因此，本申请达到了本发明的目的。 

Claims (3)

1.一种等离子能量转换器，包括具有位于等离子约束和加热电磁系统的场中的工作介质的工作室，其特征在于为了增强等离子稳定性和延长反应时间，所述等离子约束和加热电磁系统包括至少两个电磁涡旋反应器，所述至少两个电磁涡旋反应器具有相反的电荷和相互对向的旋转，所述至少两个电磁涡旋反应器的涡旋场位于所述工作室中，
其中，所述工作室被制成为流通室并且具有输入通道和输出通道，外部轮廓体包括顺序连接的机械能转换器、冷却盒、接收器和压缩器，输出通道与机械能转换器连接，机械能转换器的输出通过冷却盒、接收器和压缩器连接到输入通道。
2.如权利要求1所述的等离子能量转换器，其特征在于所述工作介质在所述工作室中包括液相。
3.如权利要求1所述的等离子能量转换器，其特征在于所述工作介质在所述工作室中包括固相。
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