CN107148652A - 阿尔文波旋转式非线性惯性约束反应堆 - Google Patents

Abstract

一种聚变反应堆包括调节等离子体用于特定用途的改进的能力。该反应堆依靠改变多个透镜中的独立于其它透镜的每个透镜中的至少四个独立的变化项的能力而进行操作。这使得能够产生阿尔文波并且能够调节内部等离子体动力学，从而主动地导致较高的效率状态。通过将呈离子束形式的等离子体的调节与固态金属靶相结合，能够产生高效的快中子源。这可以带来许多工业应用，比如能量的产生、核净化、从半稀土金属中生产出稀土金属以及氦的产生。

Description

阿尔文波旋转式非线性惯性约束反应堆

相关申请的交叉引用

本申请根据《美国法典》第35卷第119节第e项(35U.S.C.§119(e))要求2014年9月16日提交的名称为“Alfvén-Wave Gyrating Non-Linear Inertial-Confinement Reactor(阿尔文波旋转式非线性惯性约束反应堆)”的美国临时专利申请No.62/051,173、2014年9月16日提交的名称为“Electromagneto-Dynamic Variable Aperture Lens(电永磁动力学可变孔透镜)”的美国临时专利申请No.62/051,177以及2014年9月16日提交的名称为“Solid State Target for Fusion Purposes(用于熔融目的的固态靶)”的美国临时专利申请No.62/051,181的权益。这些申请中的每项申请的全部内容通过参引并入本文。

技术领域

本发明的用于聚变的系统总体上涉及等离子体物理学技术领域。等离子体物理学、磁动流体力学、粒子物理学、离子光学以及等离子体聚变设备的背景技术对理解这项技术是有帮助的。说明性实施方式利用可变电磁孔透镜来提高反馈控制以及在活性等离子体中产生阿尔文波以更好地实现对靶板的约束的能力。(在等离子体物理学中，阿尔文波是离子响应于由有效张力对磁场线提供的回复力而振荡的磁流体动力学波类型。)

背景技术

数十年来，受控核聚变是科学家的目标，花费了上亿美元来研发这种能源。大多数系统力图通过使用磁约束或者惯性约束来约束可聚变的燃料进而激发聚变。带电粒子的约束、不稳定性的存在以及将反应系统保持处于高温所需的大量的能量均使得聚变成为最具挑战性的全球为之努力的目标之一。提出和试验了许多不同的构型，但迄今为止还没有实现节能并且低成本的反应堆。

例如，由美国的国家点火设施(NIF)——其位于劳伦斯利弗莫尔国家实验室——实施的进行中的实验试图使用激光聚焦来实现聚变，其中，使用光线来加热靶以发生聚变。这个过程并未使用离子束。相反，电磁辐射针对的是如下的靶，该靶包括容纳有小球形式的氘氢气和氚氢气的囊。激光入射在靶囊上的正时和配位需精确以防止聚变反应中形成破裂不稳定性。

此外，该专利的发明人Eric Thomas和Demitri Hopkins进行了这个领域中的之前的工作和研究。这种先前的技术使用针对重水冰靶的线性离子束以引起升华并且提供聚变所需的氘，其中，离子束通过不动的静电透镜而被聚焦。

技术现状还包括将静电透镜用于所谓的“离子光学”领域，其中，借助静电透镜形成静电电位以聚焦或者拓宽离子的喷射以用于不同的用途(例如，用于扫描电子显微镜)。其还包括磁性线圈包层，比如亥姆霍兹线圈。最后，先前的技术还包括用于控制进入摄像机的光的量的摄像机快门。

发明内容

被设计成使可能的变化项和组合达到最大限度的聚变反应堆能够提高研究和调节等离子体用于特定用途的能力。该反应堆依靠改变多个透镜中的独立于其它透镜的每个透镜中的至少四个独立变化项的能力而进行操作。这使得波形和其它基于时间的变化项能够起作用，这样使得能够产生阿尔文波并且能够调节内部等离子体动力学，从而主动地导致较高的效率状态。通过将呈离子束形式的等离子体的调节与固态金属靶相结合，能够产生高效的快中子源。这种装置在模拟仿真中的试验非常成功，并且呈现期望的无损耗聚变结果。这也可以带来许多工业应用，比如能量的产生、核净化、从半稀土金属中生产出稀土金属以及氦的产生。

附图说明

图1是根据说明性实施方式的没有电气系统的聚变反应堆的视图，其中，去除了反应堆的壁部以使得能够看见反应堆的内部。

图2是图1中示出的可变透镜的分解图。

图3是位于离子束源的端部处并且用于在用于聚变用途的等离子体设备中使用的示例性靶板的放大图。

图4是图2中示出的可变透镜的遮挡件机构的视图。

图5是附接有竖向控制凸部的完全组装好的透镜的图像。

图6是对齐的五个图5中示出的透镜的视图，其中，移除了反应堆的其它部分以便更好地看见这五个透镜在反应堆芯中的定位。

图7是如图1中的反应堆的侧视图，其使得透镜的竖向运动能够被容易地概念化。

图8是没有端盖并且被旋转成便于视线向下穿过透镜的反应堆的视图，其中，遮挡件机构设定在四分之一直径处，能够看到叶片是重叠的以便产生遮挡效果。

图9是在向下看遮挡件的叶片时的放大图，能够看到叶片是重叠的，每个叶片呈大致弧形形状，叶片一起形成位于中心处的暴露的圆孔，能够通过该孔看到用于相同的透镜的第二遮挡件。

图10是反应堆的端部的放大图，其示出了一个透镜、竖向控制杆、透镜直径控制杆、竖向控制凸部以及下方具有用于真空的孔的靶板。

图11是向下看反应堆时的图像，其示出控制杆、竖向直径和透镜直径——其中，控制杆被附接至伺服马达——以及用于离子源的中心孔和用于将电气部件接线至内部反应堆部件的孔。

具体实施方式

图1描绘了没有钩挂电气系统——在一个示例性实施方式中，电气系统能够用于高效商业发电——的聚变反应堆的整体视图。聚变反应堆100包括多个离子透镜110、靶板130以及离子源180。穿过透镜110的离子形成离子束，离子束最后撞击靶板以便于在靶板处发生聚变。反应堆系统依赖于可变电磁透镜110和包括固体金属结构的靶130来实现聚变。图2中示出了可变透镜110的分解图。在图2中，可变透镜110包括用于遮挡件200的简化的安置保持件。下面对各种结构的优选或者说明性实施方式进行描述。

用于聚变用途的固态靶

图3示出了位于图1中描绘的反应堆的底部处的靶板130的放大图。类似地，图10描绘了反应堆的端部的放大图，其示出了一个透镜110、竖向控制杆150、透镜直径控制杆170、竖向控制凸部160和下方具有用于真空的孔的靶板130。靶板130是聚变和等离子体物理学中的新型概念模型，其设计成使得对等离子体的相对于固体靶的约束最优化以便增大聚变反应的量。通常，靶板定位成作为离子束的路径的端部并且为等离子体撞击的部位以使聚变反应达到最大限度。在一个实施方式中，靶板在反应堆靶板端部140b附近布置成与离子源180相对。进入反应堆的离子通过静电透镜、中空阴极、回旋加速器以及用于使气体离子化成离子束的其它装置而能够形成为束。离子束能够布置成线性或者非线性流，其中，当束撞击靶板时路径终止。靶板还能够保持电荷，并且因而能够将离子流以朝向、围绕或者背逆靶板的方式进行引导。在一个实施方式中，靶板下方设置有用于真空连接的孔。这样，能够在整个设备上泵吸真空。

能够用于最优化的聚变用的靶板的材料包括含氘或者氚的固体材料，比如氘化锂、硼氘化锂、氚化锂、硼氚化锂、富含氘或者氚的钯。这些示例不应当被解释为是限制性的，因为能够使用其它材料来增强不同种类的聚变以便产生不同种类的能量表现。然而，为了在反应堆中产生最大的能量输出与输入之比，含氢的固体这一类是优选的。所有这一类的含氢的固体起作用的程度不同。目前，能够通过将期望的材料机加工、激光切割或者3D打印成靶板来制造靶板。此外，能够通过引入更多的材料使之成为靶而经常地更新板。这样，能够用燃料来补充反应堆以便始终发电或者提供快中子源。与其它已知的技术方法相比，应用包括用于聚变用途的固态金属靶的这项技术能够大大提高聚变效率。

电永磁动力学可变孔透镜

根据本发明的电永磁动力学可变孔透镜(“可变透镜”并且将多个可变透镜总体上称为“可变透镜”)的一个透镜中应用了四个独立的变化项以便控制离子光学。这能够实现离子束流控制和反馈控制的进一步具体化。用如本文中描述的透镜替代典型的不可变的静电透镜以用于提高具体性和对离子光学及离子束的路径的控制。所述四个变化项如下：(1)静电透镜的直径；(2)静电透镜的竖向位置；(3)静电场的强度；以及(4)磁场的强度。通过调节这些变化项，能够特别控制粒子束的微小的方面。这些变化项还能够实现对仅改变静电场的强度和/或磁场的强度的标准透镜的更具体的反馈控制。通过能够调节可变透镜的径向直径和竖向位置以及静电场的强度和磁场的强度能够实现提高的控制程度。

图2是可变透镜110的实施方式的图示，其中，可变透镜110具有用于遮挡件200的简化的安置保持件。图4是遮挡件及其部件的更详细的图示。透镜110具有由不能够形成电弧的材料(例如，抗静电塑料)制成的两个端盖220，这两个端盖220将整个透镜保持在一起并且防止在单独的透镜之间形成电弧。端盖内侧设置有两个静电透镜遮挡件200。遮挡件类似于摄像机快门，但其还能够使静电电荷作用于其自身。遮挡件对穿过遮挡件的离子的透镜效果与摄像机快门对穿过摄像机快门的光子的透镜效果相似。遮挡件进一步由一系列金属叶片420构成，电压能够作用于金属叶片420。金属叶片由位于遮挡件壳体440内的一组遮挡件控制销430控制。更具体地，通过将每个遮挡件上的销连接至可变电压源，能够对遮挡件施加可变电荷。通过使操作性地连接至销并且通过透镜直径控制杆170而旋转的齿轮旋转能够实现遮挡件的调节。当销通过齿轮而移动时，叶片420旋转，致使中心孔的直径改变。如图9中示出的，叶片相重叠，其中，每个叶片呈大致弧形形状，并且叶片一起形成位于遮挡件的中心处的暴露的圆孔。两个遮挡件部件200同步以便保持静电透镜的整体性。遮挡件的直径能够在从一直敞开(与静电部件210的直径相匹配)至一直闭合并且阻挡离子流的范围中变化。

磁透镜管筒230直接连接至透镜盖220，并且将遮挡件200和静电透镜的静电部件210保持在其内。磁线——比如漆包线——围绕磁透镜管筒230中的凹槽重复地缠绕。通过对缠绕的线施加电压能够产生磁场。通过改变作用于缠绕的磁线的电压，能够控制磁场强度的大小。静电透镜的静电部件210位于磁透镜管筒230内并且靠近径向中心。静电部件210也连接至可变电压源。静电部件210确定静电透镜的作为单个场的可能的最外部直径，并且使透镜的两个遮挡件部件之间的电场线标准化。尽管遮挡件200、磁透镜管筒230和静电部件210均能够构造成具有可变电荷，在一个实施方式中，遮挡件200、磁透镜管筒230和静电部件210彼此保持同步以便正确地控制静电透镜。

图5示出了附接有控制凸部160的可变透镜110，该可变透镜110具有与图2大致相似的特征。在一个实施方式中，通过使用操作性地连接至竖向控制杆150的伺服马达能够竖向地调节可变透镜。控制杆通过螺纹穿过附接至可变透镜的竖向控制凸部160以便被竖向地调节。当伺服马达使控制杆旋转时，控制装置旋转，并且由于螺纹连接而致使可变透镜沿着控制杆150向上或者向下移动。对于每个竖向透镜，可以使用多个控制杆和相应的竖向控制凸部。这样，可以控制可变透镜的竖向位置。在这种结构的情况下，每个透镜提供四个可独立控制的变化项，并且能够独立地控制每个透镜。

图6是对齐的五个图5中示出的透镜110的视图，其中，移除了反应堆的其它部分以便更好地看见这五个透镜在反应堆芯中的定位。图7至图8示出了如图1中的包括五个透镜的实施方式中的反应堆的两个视图。能够容易地将透镜110的竖向运动概念化。图8是没有端盖并且被旋转成便于视线向下穿过透镜的反应堆的视图，其中，遮挡件机构设定在四分之一直径处，能够看到叶片是重叠的以便产生遮挡效果。图8中还示出了用于容纳反应堆的反应堆防护件120，其中，反应堆部件位于反应堆防护件120内。

如本文中描述的可变透镜在内设到电子显微镜中或者内设到聚变反应堆中之后可以进行安装。能够通过机加工、3D打印、激光切割或者它们的一些组合来制造可变透镜的部件。当组装好透镜时，能够根据待增设透镜的机械设备而将透镜固定就位从而安装透镜。这种可变透镜还能够用于为了获得更受控制并且定向的电子束和离子束的一些电子光学工作领域。在静电透镜或磁透镜的任何应用中，这种应用能够用于提高束的特质性的程度。相继叠置的这种技术能够用作等离子体设备的一部分以便研究等离子体控制系统和反馈控制系统的依赖时间的变化项。相继叠置的这种技术能够用作用于许多类型的可持续的核聚变的等离子体设备的一部分。

聚变反应堆

实现受控的聚变反应的始终的挑战是形成内部等离子体的高度复杂的系统中的不稳定性的形成。在没有多种渠道克服这些不稳定性的情况下，这些不稳定性终将发展为最终停止整个反应的不可克服的问题。例如，NIF模型理想地会以完全球形对称的爆缩的方式压缩氘氚燃料。然而，即使微小的紊流也会导致爆缩的对称性的不稳定性，从而最终使燃料的加热效果降低，使最大压缩程度降低，并且大大地降低聚变效率。在只有一个或两个可调节的变化项的情况下，不能够以有效的方式针对复杂的不稳定性。由于等离子体整个被约束，因此不稳定性具有发展的自然趋势。另外的问题在于离子必须使大量的磁力对其进行作用以便很大程度地约束等离子体以实现聚变。现有的模型需要强于地球的磁场大约40,000倍等级的磁场。本文中描述的反应堆使用许多变化项，这些变化项能够被调节以便控制等离子体并且对不稳定性进行响应，从而主动地致使效率提高。这项技术还采用能够大大减少用于进行约束的必需的能量的靶板，从而使得能够以每次反应所需的低得多的能量成功地操作反应堆。

设计成将可能的变化项和组合最大化的反应堆能够提高研究和调节用于特定用途的等离子体的能力。在模拟仿真中已经非常成功地进行了试验，并且呈现期望的无损耗聚变结果。其依靠改变多个透镜中的与其它透镜独立的每个透镜中的四个独立的变化项而进行操作。这使得波形和其它基于时间的变化项能够起作用，而这能够实现诸如阿尔文波的产生和内部等离子体动力学的调节之类的事情，从而主动地实现较高的效率状态。这也可以带来许多工业应用，比如能量的产生、核净化、从半稀土金属中生产出稀土金属以及氦的产生。

根据本发明的反应堆设计成使反应堆能够操作的可能的范围最优化。图1描绘了没有钩挂电气系统——在一个示例性实施方式中，电气系统能够用于高效商业发电——的聚变反应堆的整体视图。聚变反应堆100包括多个离子透镜110、靶板130以及离子源180。穿过透镜110的离子形成离子束，离子束最后撞击靶板130以便于在靶板处发生聚变。

通过具有如上所述的能够被独立地调节的四个变化项的所述多个离子透镜110能够控制离子束。每个透镜的所述四个变化项包括：(1)静电透镜的直径；(2)静电透镜的竖向位置；(3)静电场的强度；以及(4)磁场的强度。在这种结构的情况下，每个透镜能够提供四个被独立控制的变化项，并且能够独立地控制每个透镜。

反应堆100包括端件140A和140B以及反应堆壁部120。图11是向下看反应堆的图像以便看见竖向控制杆150和透镜直径控制杆170——其中，竖向控制杆150和透镜直径控制杆170被附接至伺服马达(未描绘)——以及用于离子源180的中心孔和用于将电气部件接线至内部反应堆部件的孔195。这些部件由不能够形成电弧的材料(例如，抗静电塑料)制成以便防止等离子体形成电弧。这些部件还被密封在一起以便在整个装置上保持真空以最佳地操作等离子体。反应堆离子源端件140A中的孔是离子从离子源180进入反应堆的部位。在一个实施方式中，离子源180是中空阴极，然而，离子源能够是可互换的而无需对反应堆设计进行进一步的修改。线材通过螺纹的方式穿过端件140A中的另一孔195以将高压电源连接至透镜110以便施加静电力和磁力，静电力和磁力占每个透镜的可主动调节的所述四个变化项中的两个变化项。

竖向控制凸部160和竖向控制杆150也用不能够形成电弧的材料(例如，抗静电塑料)构造而成。在反应堆内部的外侧，图1中并未描绘，每个控制杆150操作性地连接有高精度快速马达(例如，伺服马达)，并且该马达能够使每个控制杆旋转。所有的控制杆150是带螺纹的，但只有用于所述五个透镜中的每个透镜的控制凸部160中的一个控制凸部是带螺纹的并且对于每个透镜而言位于不同的径向位置处。以此方式，对马达施加电流会使所连接的控制杆150旋转，而这进而升高或者降低透镜的所示出的竖向位置——其提供每个透镜的所述四个可主动调节的变化项中的一个变化项。因而，当反应堆运行时，反应堆的每个透镜能够独立于其它透镜沿竖向上下移动。所述竖向运动是相对于由离子束的一般路径限定的轴线的。

还描绘了透镜直径控制杆170。这些杆同样用不能够形成电弧的材料构造而成。如上所述，每个透镜直径控制杆170操作性地连接至使销430(图4中示出)移动的齿轮以便控制遮挡件处的静电透镜的直径。遮挡件的直径能够在从一直敞开(与静电部件210的直径相匹配)至一直闭合并且阻挡离子流的范围中变化。这提供每个透镜的第四变化项，其中，每个透镜能够独立于其它透镜被操作。

靶板130位于反应堆的端部处的反应堆靶板端部140B附近。离子从离子源180加速穿过透镜110，并且获得动量和惯性约束直到最后撞击靶板为止——使约束密度最大化。在一个实施方式中，离子在撞击靶之前沿螺旋路径穿过反应堆100。因而，离子束可以是线性或者非线性的。各种各样的材料能够被包括在固体金属靶板中以用于不同类型的聚变，其中，密度较大的材料更优。能够基于需要激发的聚变的种类来选择靶材料。在优选实施方式中，真空通过安置在靶板下方的反应堆靶板端部140B中的孔被连接。真空能够使反应堆中的压力降低，并且能够使反应堆的内部气体的容量标准化。在另外的实施方式中，真空可以连接在另一反应堆表面处，比如反应堆壁部120。跟离子源一样，能够改变真空连接而不会影响反应堆的整体功能或者操作性。

在本文中描述的一个说明性实施方式中，反应堆包括五个透镜设计。在所述五个透镜设计中，反应堆可以具有在反应堆运行时可以被主动地调节的多达二十五个的主动变化项。首先，所述五个透镜提供用于通过使用透镜(基于每个透镜的四个可单独调节的变化项)而调节等离子体的二十个可单独控制的变化项。这使得反应堆能够运行的操作状况的范围得到很大的改进。四个另外的变化项包括：分布在中空阴极离子源180的所述两个单独件上的电荷，其中，泵入氘(或者氚)；泵入氘(或者氚，或者激发成气态的其它元素)的速率；以及在反应堆中形成的真空，其中，将后处理气体从反应堆中抽出。最后的变化项是施加于靶板以吸引离子撞击靶的电压。

在运行期间，能够替换不同的材料以发生聚变，从而提供在反应过程期间不能够被调节的另一变化项(由此称为静态变化项)。靶材料的一些示例包括氘化锂(或者氚化锂)、硼氘化锂(或者硼氚化锂)和富含氘(或者氚)的钯。这些都是含有很高水平的氘(或者氚)以进行聚变过程的材料。其它材料能够用于不同种类的聚变，并且只要这些材料遵循固体靶设计就能够在该反应堆设计中起作用。

在这种构型中，具有能够调节等离子体状态的总共二十五个主动变化项以及等离子体能够撞击的材料(靶板)的单个静态变化项。通过改变固体靶板材料，可以改变反应堆的功能，这是因为不同的靶板对于不同种类的聚变而言可以是最优的，并且靶板的移除能够用于形成聚变离子推进器。

能够独立地将主动变化项中的每个变化项设定成静止模式以便开发不同的功能模式。在一个实施方式中，主动变化项也能够在图案化的、随机的或者半随机的运动的整个过程中运动。在另一实施方式中，反应堆能够以预定运动的方式运行，其中，能够通过反馈控制系统来主动地改变预定运动以便监测和改变等离子体以控制所形成的不稳定性。这还能够使得用于能够使启动和关闭所需的时间优化的启动程序和关闭程序的变化项改变。在反应堆运行的同时使所有这些变化项处于改变状态能够用于使用于不同的功能作用的等离子体优化并且能够用于开发活化等离子体的非静态电磁场。

如本文中描述的聚变反应堆能够用于能够使用高效快速的中子源的广泛的应用。这种应用例如可以包括：能量产生、飞行、太空航行和嬗变。这种技术允许很大程度的调节，并且能够允许穿过装置的等离子体的许多其他可能的表现。与偏移磁波形串联的竖向和直径运动的波形以及聚焦透镜中的静电强度在模拟仿真中表明了很大的成功——超过了等离子体物理学方面的Q＝1表达式，该表达式Q＝1指的是能量输入等于能量输出。事实上，在模拟仿真中表明了这种成功——其超过该Q＝1极限4倍以上，其中，模拟的能量输入低于100千瓦水平。直到申请人发现为止，还没有在快中子源中实现过这种效率水平，并且在该设计之前还没有在仿真器上进行过建模。

因此，该装置能够通过核聚变过程而提供高效快速的中子源，使得应用到公共部门和私有部门中。在私有部门中可能最值得指出的应用是能量产生，因为它是设计成克服不稳定性的第一个无损耗聚变反应堆模型。本文中描述的反应堆能够用于以可维持的方式实现生产成本较低的能量产生。在一个实施方式中，反应堆能够设立为像是裂变发电站一样的全功率发电站。其持续接收氢作为聚变材料并且产生呈高能量中子形式的能量以用于发电。例如，来自聚变过程的高能量中子能够用于产生蒸汽(或者另一导热流体)以便使常规的发电涡轮机运行。

在另一实施方式中，聚变反应能够用作快中子源以便将重元素——比如钽和铌——转变成金、铂、钯和铑。中型反应堆能够用于使元素(例如钽)循环通过该反应堆并且通过快中子撞击使该元素起反应变成更期望的元素(例如铂)。这个过程能够用于销售由于比预处理的材料稀有而市场资本更高的重金属。采用这种技术的另一种嬗变应用是将放射性废物转变成较轻的稳定元素以便消除放射性废物。通过将放射性废物放置在快中子流附近，放射性废物将会被迫经受阿尔法衰变成为较轻的更稳定的元素以便消除放射性废物。能够围绕这种技术建立设施以便在世界各地的溢漏地处消除放射性废物。

氦是氢聚变的副产品。当氦供给减少时，能够设立这种反应堆以在氢聚变之后重新捕获氦。这种重新捕获构型就其自身而言能够是可行的，或者这种重新捕获构型能够与其它用途结合使用。氦能够作为产品进行销售，从而可能形成氦的新的可持续的供给装置。

在另一实施方式中，该聚变反应堆能够用作用于组合的聚变裂变反应堆的快中子源。例如，钍是与铀或者其它常见的裂变材料相比在地球上更丰富的裂变材料。此外，钍的各种物理性质和核性质优于铀，钍对于核武器的大量生产更具阻力，并且钍能够减少钚和锕的生产。另外，钍不需要广泛的富集过程，并且不能够保持核链式反应(与铀不同)。因为钍并不进行链式反应，钍循环需要另一中子源以便激发燃料循环。本文中描述的聚变反应堆能够提供中子源——即使并不以完全无损耗的方式运行——以便于钍燃料循环并且提供干净的能量源生产而不会有熔化的可能性。

在又一实施方式中，该反应堆能够被设置在聚变离子推进器中以实现更高效的太空航行，其能够提供为了解决由所需的重量引起的目前使太空航行非常昂贵的问题所需的推力。聚变能够产生大量的呈离子形式的能量，这些能量然后被以较高的速度推出推进器的后部并且然后被推出典型的燃料推进器，从而能够实现单位推进距离的燃料消耗极少，并且能够实现较高的最大速度。在又一实施方式中，能够再次改变该离子推进器构型，仍使用该芯模型并且仅将外部部件增设到喷气发动机中，这样能够保持飞机的燃料更高效的模式。

结论

本文中公开的设备和方法的不同的示例包括各种各样的部件、特征及功能。应当理解的是，本文中公开的设备和方法的各种示例可以以任何组合形式包括本文中公开的设备和方法的其它示例中的任何示例的任何部件、特征和功能，并且所有这种可能性意在在本公开的精神和范围内。本公开所属技术领域的技术人员将想到，本文中阐述的示例的许多变型具有前述描述和相关附图中提出的教导的益处。因此，应当理解的是，本公开不限于所提出的具体示例，并且应当理解的是，改型和其它示例意在被包括在所附权利要求的范围内。此外，尽管前述描述和相关附图在元件和/或功能的一些说明性组合的背景下描述了本公开的示例，但应当理解的是，在不脱离所附权利要求的范围的情况下可以通过替代性实施方案来提供元件和/或功能的不同的组合。

Claims (23)

1.一种用于对离子流进行控制的可变孔透镜，包括：

孔，所述孔具有可变的直径，并且其中，所述离子流中的离子能够只经由所述孔穿过所述透镜；

磁透镜管筒，所述磁透镜管筒联接至第一可变电压，并且所述磁透镜管筒构造成产生磁场；

静电部件，所述静电部件的直径限定所述孔的最大直径；以及

至少一个透镜遮挡件，所述至少一个透镜遮挡件联接至第二可变电压，并且所述至少一个透镜遮挡件构造成调节所述透镜的直径，其中，一个或更多个所述遮挡件构造成调节所述孔的直径，并且其中，所述孔的直径能够在最大直径与使离子不能穿过所述透镜的完全闭合位置之间被连续地调节。

2.根据权利要求1所述的可变孔透镜，还包括对所述透镜的沿着由所述离子流的路径限定的轴线的竖向高度进行调节的调节装置。

3.根据权利要求2所述的可变孔透镜，还包括外部连接凸部，并且其中，对所述透镜的所述竖向高度进行调节的所述调节装置包括将所述凸部操作性地连接至竖向控制杆。

4.根据权利要求1所述的可变孔透镜，其中，所述静电部件联接至第三可变电压，并且所述静电部件使所述透镜的第一遮挡件与第二遮挡件之间的电场线标准化。

5.根据权利要求1所述的可变孔透镜，其中，每个所述透镜遮挡件还包括：

多个可旋转的叶片，所述多个可旋转的叶片构造成同步地旋转以改变所述孔的直径；

第四可变电压，所述第四可变电压作用于所述叶片以控制静电场强度。

6.根据权利要求1所述的可变孔透镜，其中，所述透镜包括第一透镜遮挡件和第二透镜遮挡件，并且其中，连接至所述第一遮挡件的第一可变电压源与连接至所述第二遮挡件的第二可变电压源同步以产生期望的静电场。

7.根据权利要求1所述的可变孔透镜，其中，所述磁透镜管筒还包括具有凹槽的表面，其中，磁线在所述凹槽中围绕所述磁透镜管筒缠绕，并且其中，成圈的所述磁线联接至所述第一可变电压以使得能够在所述透镜内产生可变磁场。

8.一种包括固态靶的设备，其中，所述固态靶用于使对相对于所述靶的等离子体的约束最优化以便增大聚变反应的量。

9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述固态靶由含氢的固体形成。

10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述固态靶由含氘或者氚的固体材料形成，比如氘化锂、硼氘化锂或者硼氚化锂。

11.根据权利要求8所述的设备，其中，所述靶被施加电压以吸引所述等离子体中的离子。

12.一种可调节的聚变反应堆，包括：

离子源，所述离子源用于产生供所述反应堆的离子流；

多个透镜，其中，每个透镜具有多个变化项，所述多个变化项能够被调节以控制离子流；

靶板，其中，所述离子流撞击所述靶板以引起聚变反应；以及

反应堆壁部以及第一端件和第二端件，其中，所述第一端件和所述第二端件连接至所述反应堆壁部以封闭反应室，其中，所述可变透镜和所述靶板位于所述反应室内，其中，来自所述离子源的离子经由所述第一端件或者所述第二端件进入所述反应室，并且其中，所述反应堆壁部与所述端件相连接而使得能够在所述反应室内保持真空。

13.根据权利要求12所述的反应堆，其中，用于所述多个透镜中的每个透镜的可调节的变化项中的一个可调节的变化项是所述透镜的相对于大致垂直于所述第一端件和所述第二端件并且横跨在所述第一端件与所述第二端件之间的轴线的竖向高度。

14.根据权利要求13所述的反应堆，还包括用于对透镜的所述竖向高度进行调节的调节装置。

15.根据权利要求13所述的反应堆，还包括多个竖向控制杆，其中，所述多个竖向控制杆中的每个竖向控制杆操作性地连接至所述多个透镜中的一个透镜以使该透镜竖向地移动。

16.根据权利要求12所述的反应堆，其中，至少五个独立的透镜包括所述多个透镜。

17.根据权利要求12所述的反应堆，其中，所述多个透镜中的每个透镜包括根据权利要求1所述的透镜。

18.根据权利要求12所述的反应堆，其中，所述靶板包括根据权利要求8所述的设备。

19.根据权利要求12所述的反应堆，其中，至少五个独立的透镜包括所述多个透镜，其中，所述至少五个透镜中的每个透镜包括根据权利要求1所述的透镜，其中，所述靶板包括根据权利要求8所述的设备，并且其中，所述离子流流动通过所有所述五个透镜的孔并且通过调节至少一个透镜的所述多个变化项中的至少一个变化项而被控制。

20.根据权利要求12所述的反应堆，其中，所述反应堆壁部和所述端件由塑料或者降低或防止电弧的其它材料构成。

21.一种通过使用可变孔透镜控制离子束的方法，所述方法包括：

调节所述透镜的沿着由所述离子束限定的轴线的竖向位置；

调节所述透镜的所述孔的直径，其中，所述离子束中的离子只能够经由所述孔穿过所述透镜；

产生遍及所述透镜的电场；

产生遍及所述透镜的磁场；以及

其中，能够独立地调节下述各项中的每一者：调节所述竖向位置、调节所述直径、产生电场和产生磁场。

22.一种通过使用具有用以独立地控制多个变化项并且形成阿尔文波的反馈控制系统的聚变反应堆来形成高能量中子的方法，所述方法包括：

将离子流引导到所述反应堆中；

调节多个可变透镜，其中，所述离子流被引导通过所述透镜，其中，每个透镜具有多个可独立调节的变化项，并且其中，所述多个可独立调节的变化项至少包括：

所述透镜在所述反应堆内的竖向位置；

所述透镜的孔的直径；

所述透镜内的电场；

所述透镜内的磁场；以及

将固态靶板定位成与所述离子流进行反应以引起聚变反应。

23.根据权利要求22所述的方法，还包括将真空源附接至所述反应堆以提高聚变反应的效率并且从所述反应堆中移除废物材料。