CN116802746A - 用于控制等离子体压缩的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种控制系统，操纵由等离子体压缩系统产生的压力脉冲(“等离子体脉冲轨迹”)的形状、定时和大小中的一个或多个，以使包围包含等离子体的空腔的液体内衬内爆，从而压缩等离子体。液体内衬和空腔通过使容器中的液体介质旋转而生成。压缩驱动器围绕液体介质的旋转轴线垂直地延伸。多个压缩驱动器层在平行于旋转轴线的轴向方向上堆叠，以形成多个沿着旋转轴线延伸的压力区域。控制系统单独地控制每个压力区域或压力区域的组，以产生单独压力脉冲，每个压力脉冲在每个压力区域中具有不同的压力脉冲轨迹。该多个单独压力脉冲共同形成具有沿着旋转轴线变化的压力脉冲轨迹的组合压力脉冲。

Description

用于控制等离子体压缩的方法和设备

技术领域

本公开总体上涉及一种用于控制等离子体压缩的方法和设备。

背景技术

除非本文另有说明，否则本部分中描述的材料不是本申请中的权利要求的现有技术，并且不因为包含在本部分中而被承认是现有技术。

核聚变是结合两个原子核的过程，由此反应释放能量。能量的释放是由于反应物与熔融反应产物之间质量的微小差异，并且受dE＝dmc2控制。常见的反应物是氘(具有一个质子和一个中子的氢核)和氚(具有一个质子和两个中子的氢核)的等离子体形式。这两种反应物的聚变产生氦-4核、中子和作为热量被捕获的能量。实现反应物的聚变需要反应物的高温和高压(密度)。某些聚变方法的聚变条件可以是800兆帕斯卡的压力和1.5亿摄氏度的等离子体温度的量级。

等离子体是一种类似于气体的物质状态，并且由电离气体和自由电子组成。包括反应容器内的电离聚变反应物的等离子体可用于引发聚变反应。例如，为了在等离子体中实现具有足够的温度和密度以用于聚变的条件，等离子体需要被定位、约束和压缩。已知有几种操纵和压缩等离子体的方法。在一种方法中，导电线圈定位在反应容器的圆周周围并且被电流激励以产生磁场。此磁场与磁化等离子体相互作用以操纵其形状、位置，并且在一些方法中操纵其压缩(密度)。实现聚变条件的其他方法包括使用强磁场来压缩等离子体，在此期间绝热加热使等离子体达到聚变条件。这些方法中的一些已经证明了聚变产物，然而，迄今为止，这些等离子体压缩系统还没有产生比其消耗的更多的能量。

实现聚变条件的另一种方法是使用更常规的装置，例如机械活塞，来压缩氢等离子体。这些机械等离子体压缩系统通过形成等离子体定位在其中的基本上圆柱形的空腔来压缩聚变能量装置内的等离子体。通过旋转液态金属空腔内衬使得离心力使液态金属移动抵靠旋转圆柱体的壁形成液态内衬，来形成圆柱形空腔。通过使空腔径向内爆而使液态金属内衬塌缩。当液态金属内衬塌缩时等离子体被压缩。在此压缩期间，实现聚变条件，发生聚变反应，并且将热副产物释放到液态金属内衬中。通过使加热的液态金属循环通过常规的热交换器而从聚变能量装置中去除此热能。这种类型的等离子体压缩系统被称为磁化靶聚变，以下称为“MTF”，并且是General Fusion公司所使用的等离子体压缩系统。

一些已知的用于在液体内衬中形成空腔并且使液体内衬内爆的系统形成基本上圆柱形的空腔，该空腔通过使圆柱形液体内衬内爆而塌缩。这种现有技术的内爆液体内衬系统的一个实例是1970年代在美国海军研究实验室中开发的LINUS系统。在LINUS系统中，旋转的圆柱形液态金属内衬由自由活塞径向地驱动。活塞由高压气体轴向地驱动，导致旋转的液体内衬的自由表面的径向运动。通过使其中包含液体介质的圆柱形容器旋转来提供液态金属的初始旋转。包括圆柱形容器和活塞的整个系统围绕其纵向轴线旋转，使得沿着旋转轴线形成圆柱形空腔，并且圆柱形空腔与旋转轴线同轴。在假设的将足够大以在商业规模上产生功率的LINUS系统中，此系统的旋转质量将生成非常大的向心结构力。

这种现有技术系统的另一个实例是由General Fusion公司在2009年开发的、在2018年6月授予Laberge等人的美国专利10,002,680B2。在此系统中，旋转的液态金属内衬在压力容器内生成涡流腔，并且内衬的内爆和注入空腔的等离子体的压缩由声压波驱动，该声压波由撞击砧板的可移动活塞产生，该砧板径向地定位在压力容器周围。这些活塞在固定地安装到压力容器的外壁的孔内移动。

这种现有技术系统的另一个实例是General Fusion公司在2017年开发的、在2020年10月授予Zimmerman等人的美国专利10,798,808B2。在此系统中，浸没在液体介质中的转子使液体介质循环以生成围绕包含等离子体的涡流腔的液体内衬，然后通过径向定位在压力容器外部并固定地安装到压力容器的压缩驱动器使该液体内衬塌缩。在此设计中，液体介质部分地填充压缩驱动器，使得液体介质跨越转子和非旋转压力容器之间的间隙。环形间隙内的流体是液体。当转子使液体内衬循环时，间隙中的液体介质由于流体耦合而经受大的剪切力，从而需要额外的能量来克服扭矩并驱动转子。

期望提供一种对现有的用于使液体内衬内爆和压缩等离子体的系统的改进。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种等离子体压缩系统，其包括等离子体密闭容器，该等离子体密闭容器包括容器壁、旋转芯、多个压缩驱动器层和控制器。旋转芯包含液体介质并且可操作以使液体介质围绕旋转轴线旋转以形成包围空腔的液体内衬。旋转芯包括与容器壁的内表面间隔开以限定包含压缩流体的环形间隙的外表面，以及与液体介质和环形间隙流体连通并且沿着平行于旋转轴线的轴向方向间隔开的多层内爆驱动器。在一些方面中，压缩流体是气体。多个压缩驱动器层与环形间隙流体连通并且沿着平行于旋转轴线的轴向方向间隔开。每个压缩驱动器层可操作以在压缩流体中在径向于和朝向旋转轴线的方向上产生单独的压力脉冲；该多个压缩驱动器层产生多个单独的压力脉冲，其共同形成组合的压力脉冲，该组合的压力脉冲致动内爆驱动器以使液体内衬内爆并且压缩空腔中的等离子体。控制器与多个压缩驱动器层通信并且可操作以产生多个单独的压力脉冲，每个单独的压力脉冲具有至少一个或多个不同的形状、定时和量值，使得组合的压力脉冲具有沿着轴向方向变化的轨迹。等离子体压缩系统可进一步包括等离子体发生器，其与容器流体连通并且可操作以将等离子体注入到空腔中。

每个压缩驱动器层可进一步包括多个围绕旋转轴线径向地安装到容器的压缩驱动器。在一个方面中，每个压缩驱动器层还包括与控制器通信的原动机，并且每个压缩驱动器包括驱动器孔和可由原动机移动的驱动器活塞。每个内爆驱动器层可包括多个内爆驱动器，每个内爆驱动器包括与液体介质流体连通的推动器孔和推动器活塞。每个压缩驱动器层可与至少一个内爆驱动器层流体连通，其中，每个压缩驱动器的驱动器活塞与压缩流体连通，使得由原动机引起的驱动器活塞的运动压缩该压缩流体，并且其中，该至少一个内爆驱动器层与压缩流体流体连通，使得由压缩的压缩流体引起的推动器活塞的运动在液体介质中产生单独的压力脉冲。

原动机可包括包含加压驱动器流体的蓄积器和阀，该阀与控制器通信并且可操作以使加压驱动器流体与每个压缩驱动器的驱动器活塞相对地流动。或者，原动机可包括电磁源、在驱动器孔的壁处的电磁线圈，以及在每个压缩驱动器的驱动器活塞中的导电元件。电磁线圈可沿着驱动器孔的长度延伸，并且电磁源可由控制器操作以沿着驱动器孔的长度调节磁场，从而控制每个压缩驱动器的驱动器活塞的轨迹轮廓。或者，原动机可包括机械弹簧。

等离子体压缩系统可进一步包括至少一个在每个压缩驱动器的驱动器孔中的排出端口，用于从驱动器孔排出驱动器流体；在这种情况下，排出端口可以包括排出阀，其可由控制器操作以调节由驱动器流体施加到驱动器活塞的压力，从而控制驱动器活塞的轨迹轮廓。另外，排出端口可设置成用于从驱动器孔排出压缩流体；在这种情况下，排出端口包括排出阀，其可由控制器操作以调节由压缩流体施加到驱动器活塞的压力，从而控制驱动器活塞的轨迹轮廓。

等离子体压缩系统可进一步包括在每个压缩驱动器的驱动器孔的远端处的电极。这些电极可由控制器操作以产生电弧来加热压缩流体，从而控制驱动器活塞的轨迹轮廓。

在另一方面中，每个压缩驱动器包括用于储存加压气体的蓄积器以及与蓄积器和容器壁中的容器壁开口流体连通的驱动阀。控制器与驱动阀通信，并且可操作以打开驱动阀并将加压压缩流体从蓄积器排放到环形间隙中，从而在压缩流体中产生单独的压力脉冲。每个压缩驱动器可进一步包括释放罐以及与释放罐和容器壁开口流体连通的回弹阀；控制器与回弹阀通信，并且可操作以在加压压缩流体已经排放到环形间隙中之后关闭驱动阀，然后打开回弹阀，从而允许加压压缩流体从环形间隙流到释放罐中。控制器可具有处理器和计算机可读存储器，该计算机可读存储器上编码有指令，该指令在由处理器执行时导致控制器在压缩喷射的压缩阶段期间打开驱动阀并关闭回弹阀，在该压缩阶段中，加压气体从蓄积器流入环形间隙，以在压缩喷射的回弹恢复阶段期间保持驱动阀打开并关闭回弹阀，在该回弹恢复阶段中，一些加压气体从环形间隙流入蓄积器，并且在能量耗散阶段期间关闭驱动阀并打开回弹阀，在该能量耗散阶段中，一些其他加压气体从环形间隙流入释放罐。或者，控制器可用提供相同功能的机械组件代替。

等离子体压缩系统可进一步包括环形密封件，每个环形密封件围绕旋转芯的外表面或容器壁的内表面延伸。环形密封件可沿着平行于旋转轴线的轴向方向并且在每个压缩驱动器层之间间隔开。

该多个压缩驱动器层可包括至少一个中心压缩驱动器层，以及分别在该至少一个中心压缩驱动器层上方和下方的顶部压缩驱动器层和底部压缩驱动器层。在这种情况下，控制器可操作以用比该至少一个中心压缩驱动器层的大小和定时更大的大小或更早的定时来控制顶部压缩驱动器层和底部压缩驱动器层处的单独的压力脉冲。控制器还可操作以调节单独压力脉冲的形状、定时和大小中的至少一个，以生成具有球形或卵形轨迹的组合压力脉冲。

根据另一方面，提供了一种用于压缩等离子体的方法，包括：使包含液体介质的旋转芯围绕旋转轴线旋转以形成包围空腔的液体内衬；将等离子体注入空腔；以及从沿着平行于旋转轴线的轴向方向间隔开的多个压缩驱动器层在液体介质中产生多个单独的压力脉冲。每个单独的压力脉冲在垂直于并朝向旋转轴线的方向上行进。该多个单独的压力脉冲共同形成组合的压力脉冲，该组合的压力脉冲致动旋转芯中的多个内爆驱动器以使液体内衬内爆并且压缩空腔中的等离子体。该多个单独的压力脉冲的形状、定时和大小中的一个或多个是不同的，使得组合的压力脉冲具有沿着轴向方向变化的轨迹。该多个单独的压力脉冲可包括至少一个中心压力脉冲、在该至少一个中心压力脉冲上方的顶部压力脉冲，以及在该至少一个中心压力脉冲下方的底部压力脉冲；顶部压力脉冲和底部压力脉冲可具有比该至少一个中心压力脉冲的大小和定时更大的大小和更早的定时中的一个或两个。该多个单独压力脉冲的定时和大小可生成具有球形或卵形轨迹的组合压力脉冲。

除了上述方面和实施方式之外，通过参考附图和研究以下详细描述，其他方面和实施方式将变得显而易见。

附图说明

在所有附图中，附图标记可以被重复使用以指示所参考的元件之间的对应关系。提供附图以说明本文描述的实例实施方式，并且该附图不旨在限制本公开的范围。附图中的元件的尺寸和相对位置不是必须按比例绘制的。例如，各种元件的形状和角度不是按比例绘制的，并且这些元件中的一些被任意放大和定位以改进附图的易读性。

图1是根据一个实施方式的等离子体压缩系统的横截面侧视图，该等离子体压缩系统包括多个固定地附接到等离子体密闭容器的压缩驱动器和可在容器内旋转并且包括多个内爆驱动器的旋转芯。

图2A和图2B是等离子体压缩系统的一个压力区域的横截面侧视图，包括压缩驱动器和多个内爆驱动器的不同实施方式，每个内爆驱动器包括推动器活塞和推动器孔，其中，图2A示出了根据第一实施方式的压缩驱动器，包括驱动器活塞和驱动器孔，并且图2B示出了根据第二实施方式的压缩驱动器，包括与驱动阀流体连通的蓄积器，以及与回弹阀流体连通的释放罐。

图3是根据原型实施方式的附接到容器的压缩驱动器中的一些的照片。

图4是根据第一实施方式的具有压缩驱动器的等离子体压缩系统的局部横截面平面图，示出了压缩驱动器在容器上的取向和内爆驱动器在旋转芯中的取向。

图5A至图5E是根据第一实施方式的一个压缩驱动器和压力区域的多个内爆驱动器在操作一段时间后的横截面侧视图，其中：图5A示出了在被原动力触发之前其驱动器活塞处于开始位置的压缩驱动器；图5B示出了在驱动器孔内处于其总行程极限的大约三分之一处的驱动器活塞；图5C示出了驱动器活塞在靠近推动器活塞时并且刚好在推动器活塞加速之前的驱动器活塞；图5D示出了当推动器活塞在推动器孔下加速时位于驱动器孔的远端处的驱动器活塞；并且图5E示出了在推动器孔内的行程极限处的推动器活塞。

图6A至图6D是根据第二实施方式的一个压缩驱动器的一部分在压缩喷射期间的不同阶段的横截面侧视图，其中，图6A示出了压缩驱动器在喷射前阶段中的阀状态，图6B示出了压缩阶段中的阀状态，图6C示出了回弹恢复阶段中的阀状态，并且图6D示出了能量耗散阶段中的阀状态。

图7A是在容器壁附近的压缩驱动器的第一实施方式的驱动器活塞和多个推动器活塞的局部横截面透视图。图7B是压缩驱动器的第二实施方式的多个蓄积器和驱动阀以及容器壁附近的多个推动器活塞的局部横截面透视图。

图8A和图8B是等离子体压缩系统的不同实施方式的局部横截面透视图，示出了具有多个形成在容器的外壁中的端口的等离子体密闭容器、联接到容器的端口的压缩驱动器，以及旋转芯，其中，图8A示出了压缩驱动器的第一实施方式，图8B示出了压缩驱动器的第二实施方式。

图9是等离子体压缩系统的原型实施方式的一部分的照片，示出了具有竖直堆叠的端口层的容器。

图10是原型实施方式的旋转芯的照片，示出了内爆驱动器推动器孔的竖直堆叠层。

图11A是示出了使用压缩驱动器的第一实施方式的、在用于等离子体压缩系统的控制系统中编码的压缩操作程序的流程图。

图11B是示出了使用压缩驱动器的第二实施方式的、在用于等离子体压缩系统的控制系统中编码的压缩操作程序的流程图。

图12是由五个压缩驱动器层产生的压力脉冲的压力-时间曲线图。

图13A至图13E是两级压缩驱动器实施方式的局部横截面透视图，示出了五个压缩驱动器层中的三个操作以产生图14A至图14D所示的压力脉冲。

图14A至图14D是在压缩操作中的不同时期驱动容器中的液体介质的压力脉冲的模拟图像。

图15是联接到等离子体压缩系统的等离子体压缩装置的横截面图示。

具体实施方式

本文描述的实施方式涉及一种控制系统和方法，其可操作以操纵由等离子体压缩系统产生的压力脉冲的形状、定时和大小中的一个或多个(统称为“压力脉冲轨迹”)，以使包含等离子体的空腔周围的液体内衬内爆，从而压缩等离子体。液体内衬和空腔通过使容器中的液体介质旋转而生成。一个压缩驱动器层围绕液体介质的旋转轴线径向地延伸，并且与可在容器内旋转的旋转芯中的一个或多个内爆驱动器层一起限定具有环形形状的压力区域。多个内爆驱动器层和压缩驱动器层相对于旋转轴线轴向地堆叠以形成多个在平行于旋转轴线的方向上延伸的压力区域。控制系统单独地控制每个压力区域或压力区域组，以产生单独的压力脉冲，每个压力脉冲在每个压力区域或压力区域组中具有不同的压力脉冲轨迹。该多个单独的压力脉冲共同形成具有沿着旋转轴线变化的压力脉冲轨迹(本文中称为“成形压力脉冲轨迹”)的组合压力脉冲。这种组合压力脉冲生成液体内衬的内爆轨迹，该内爆轨迹也沿着旋转轴线变化。在一些实施方式中，控制系统产生具有成形压力脉冲轨迹的组合压力脉冲，该成形压力脉冲轨迹产生基本上球形或卵形的液体内衬内爆轨迹。

参考图1至图15，根据一些实施方式，等离子体压缩系统1包括等离子体密闭容器3、可在容器3内旋转并具有多个内爆驱动器5的环形旋转芯2，以及多个固定地安装到容器3的外部的压缩驱动器4、40。等离子体密闭容器3具有带多个端口12的外壁，并且旋转芯2具有与容器壁3的内表面间隔开以限定环形间隙10(参见图2、图4)的外表面，以及限定内部容积的内表面。所示实施方式中的容器3和旋转芯2是圆柱形的；然而，根据替代实施方式，容器3和旋转芯2可具有不同的几何形状。例如，容器3可以是球形或卵形(未示出)，并且旋转芯2可具有直的(圆柱形的)或弯曲的外表面，其曲率与容器壁3的内部的曲率一致，并且可具有直的(圆柱形的)或弯曲的内表面(未示出)。在另一实例中，容器3的的壁可具有变化的径向直径的圆形台阶(未示出)，并且旋转芯2可具有台阶状的外表面，其径向直径与容器的内壁中的台阶一致。旋转芯2可以由整体的圆柱形单元构成，或者在替代实施方式中可以由多个接合在一起以形成旋转芯2的成形段(未示出)构成。旋转芯2或其段的构造可以使用传统的金属成形和磨铣技术，或者可以使用金属印刷技术以生成内部网状结构，该内部网状结构优化旋转芯2内的拓扑结构和应力载荷。

容器3的结构可以是单个圆柱体，或者在替代实施方式中，容器3可以由一系列堆叠的环(未示出)组装而成，这些堆叠的环具有直的(圆柱形的)或弯曲的外表面和可以是直的(圆柱形的)或弯曲的内表面，其中外表面的曲率与容器3的内壁的曲率一致。所组装的环可以通过现有技术中已知的方式接合，例如通过焊接堆叠的环接口或通过使用向堆叠的环组件施加张力的装置，例如螺栓。

在这些实施方式中，压缩驱动器4、40围绕容器3并垂直于旋转芯的旋转轴线延伸，并且布置在沿平行于旋转轴线的方向延伸的轴向堆叠层中。在其他实施方式中，压缩驱动器4、40可在不同的取向上安装，并且例如可非垂直于旋转轴线地安装。内爆驱动器5穿过旋转芯2并垂直于旋转轴线延伸，并且布置在沿平行于旋转轴线的方向延伸的轴向堆叠层中。每层压缩驱动器4与一层或多层内爆驱动器5对准以限定垂直于旋转轴线延伸的压力区域。多个轴向堆叠的压力区域在平行于旋转轴线的方向上延伸。

旋转芯2包含液体介质，该液体介质可通过旋转芯2围绕旋转轴线循环，以生成包围基本上圆柱形的空腔28(参见图14A)的大致圆柱形的液体内衬27，等离子体可注入到该空腔中。控制器32包括处理器和存储器，该存储器上编码有程序代码，该程序代码可由处理器实施以执行压缩操作，其中，操作压缩驱动器4以压缩每个压力区域中的压缩流体，从而生成单独的压力脉冲，每个压力脉冲具有选定的压力脉冲轨迹。单独的压力脉冲一起形成具有成形压力脉冲轨迹的组合压力脉冲，并且该组合压力脉冲被传输穿过环形间隙10，这导致内爆驱动器5向内推动液体介质以根据期望的内爆轨迹而使液体内衬27塌缩并且压缩等离子体。液体介质可以是诸如熔融锂的液态金属，并且压缩流体可以是诸如氦的轻气体。

根据第一实施方式，并且具体参考图2A、图4、图5A至图5E、图7A、图8A和图13A至图13E，压缩驱动器4各自包括驱动器孔13和可在其中滑动以压缩压缩流体的驱动器活塞15(“两级压缩驱动器实施方式”)。驱动器壁14固定地安装到容器壁3的外表面，并且驱动器孔13具有与容器壁3中的对应端口12流体连通的远端。内爆驱动器5各自包括推动器孔9，该推动器孔具有可在其中滑动的推动器活塞6。推动器孔9延伸穿过旋转芯2，并且具有与环形间隙10流体连通的近端7和与液体介质流体连通的远端8。压缩流体填充环形间隙10，并且与驱动器活塞15和推动器活塞6流体连通。

当旋转芯2通过电驱动马达、蒸汽轮机或其他形式的旋转驱动装置旋转时，液体介质由于向心力而填充推动器孔9，并且形成限定空腔28的液体内衬27。等离子体发生器29(参见图15)将等离子体注入此空腔中。由于液体介质完全包含在旋转芯2内(即不接触容器壁3)，所以其处于固体旋转中，具有最小的湍流或空腔表面扰动。在压缩操作中，控制器32致动原动机，该原动机将驱动器活塞15推向容器壁3中的端口12，从而压缩环形间隙10中的压缩流体并且产生压力脉冲。这在推动器活塞6上施加压力，使得推动器活塞6向内推动液体介质，以使液体内衬27塌缩并且压缩等离子体。在环形间隙10中形成压缩流体的剪切层；由于剪切层是轻气体，所以与使用浸没在液体介质中的转子并生成液体介质的剪切层的设计相比，驱动旋转芯2所需的功率明显更低。

每个内爆驱动器5具有质量小于驱动器活塞15的质量的推动器活塞6，以及长度短于驱动器孔13的长度的推动器孔9。这使得压缩驱动器4能够将压缩驱动器4中的更长、更低功率的机械输入转换为内爆驱动器5中的更短、更高功率的机械输出，这在需要高压短脉冲的应用中可以是有用的。另外，可选择每个压力区域中的内爆驱动器5和压缩驱动器4的活塞质量比和孔长度比，以使在每个压力区域中产生的单独压力脉冲的压力脉冲轨迹成形。例如，顶部压力区域和底部压力区域中的内爆驱动器5和压缩驱动器4的活塞质量比和孔长度比可被选择为产生具有比在顶部压力区域和底部压力区域之间的压力区域中产生的单独压力脉冲更高振幅的单独压力脉冲。

特别参考图1和图2A，控制器32与压力区域中的压缩驱动器4通信并且可操作以控制该压缩驱动器的操作，从而操纵压力区域中的单独压力脉冲的形状、定时和大小，这进而通过内爆驱动器5操纵液体内衬27的内爆轨迹。在此实施方式中，原动机包括通过阀16联接到驱动器孔13的近端的蓄积器17；控制器32控制阀16的操作，该阀可被打开以排放高压气体(“驱动器流体”)，从而移动驱动器活塞15并压缩驱动器活塞15前面的驱动器孔13中的压缩流体。为了本申请的目的，压缩流体是指可被压缩的任何流体，并且在一个实现方式中可以是气体。在另一实现方式中，压缩流体可以是气体和液体介质的混合物，只要活塞15和6之间的驱动器孔13中的压缩流体是可压缩的。在所示的实施方式中，每个压缩驱动器4包括其自己的蓄积器17；然而，在替代实施方式中，多个压缩驱动器4可共享单个蓄积器，例如，可为压缩驱动器4的每一层或者两个或更多个层的组(未示出)提供一个蓄积器。控制器32与每个蓄积器17通信，以在一些实施方式中控制每个单独的压缩驱动器4，或者在其他实施方式中控制压缩驱动器4的每个层或多个层的组。

在替代实施方式中，原动机可包括电磁源，或者原动机可包括机械弹簧。驱动器活塞25由导电材料构成，并且电磁线圈(未示出)可缠绕在驱动器孔13周围，并且可由控制器32控制以沿着驱动器孔13驱动驱动器活塞15。

在压缩操作之前，驱动器活塞15和推动器活塞6处于初始位置(参见图5A)。在初始位置，压缩流体填充驱动器活塞15前面的驱动器孔13和环形间隙10，并且与推动器活塞6流体连通；在活塞15和6的初始位置之间的压缩流体的压力明显小于蓄积器17中的驱动器流体压力。例如，在一个实现方式中，压缩流体的压力可以是大约0.5MPa，然而，只要其明显低于蓄积器17的驱动器流体的压力，其就可以小于或大于0.5MPa。

当旋转芯2旋转时，推动器孔9将用填充液体介质，使得液体介质由于旋转芯2的旋转产生的向心力而在推动器活塞6的内表面上推动。在另一实现方式中，气体、机械装置或磁场也可向推动器活塞6施加压力，以防止推动器活塞无意中沿着推动器孔9加速(直到预定/期望的时间)。在推动器孔9的开口端8处/附近可设置保持装置，例如凸缘(未示出)，以防止推动器活塞6从推动器孔9中移出。另外，可在近端(未示出)设置附加的保持装置，以便防止推动器活塞6由于从推动器孔9中的液体介质施加的压力而被推入环形间隙10中。

驱动器活塞15和推动器活塞6可由任何合适的材料制成，例如不锈钢或钛合金或不与液体介质和/或驱动器流体和/或压缩流体反应的任何其他合适的材料。在此实施方式中，驱动器孔13和驱动器活塞15中的每一个的直径大于推动器孔9和推动器活塞6中的每一个的直径；然而，在替代实施方式中，每个推动器孔9(推动器活塞6)的直径可等于或大于每个驱动器孔13(驱动器活塞15)的直径。

阀16可以是任何类型的可控快速阀。例如，阀16可以是气体驱动的气动阀或电磁阀或任何其他合适的快速作用阀。可选择阀尺寸和驱动器流体压力，以允许足够的流速在目标时间段内使驱动器活塞15沿驱动器孔13向下加速。

特别参考图4，压缩驱动器4径向地定位在容器壁3的外表面上，并且由推动器孔9内的推动器活塞6组成的内爆驱动器在旋转芯2内径向地延伸。驱动器活塞15示出为在驱动器孔13内朝向旋转芯2的向内行程的中间位置。在替代实施方式中，压缩驱动器4和内爆驱动器可非径向地且非垂直地定位到容器3和旋转芯2，只要压缩驱动器4仍然可以压缩压缩流体并且产生压力脉冲以致动内爆驱动器5。

特别参考图5A、图5B、图5C、图5D和图5E，压缩操作包括使每个驱动器活塞15朝向容器壁端口12快速移动，从而压缩环形间隙10中的压缩流体并且产生抵靠推动器活塞6的压力脉冲，该推动器活塞然后在推动器孔9内向内移动并且推动液体介质向内通过旋转芯2并进入空腔28。示出了压缩操作的四个基本阶段，其中：阶段1是在触发压缩驱动器之前的初始(开始)阶段。在此阶段中，蓄积器17完全充满，阀16关闭，并且活塞15、6处于其初始位置(图5A)。

在阶段2中(图5B和图5C)，驱动器阀16打开，并且蓄积器17中的驱动器流体穿过驱动器阀16并且在驱动器活塞15后面进入驱动器孔13，从而导致驱动器活塞15沿着驱动器孔13朝向旋转芯2加速。在阶段2期间，作为蓄积器17中的流体的高压而储存的势能在驱动器活塞15的运动中转换为动能，并且包含在驱动器孔13中的压缩流体的压力升高。在阶段3中(参见图5D)，驱动器活塞15接近旋转芯2，并且环形间隙10中的可压缩流体压力随着其吸收驱动器活塞15的动能而急剧升高，使得压缩流体压力超过将推动器活塞6保持在适当位置的推动器孔9中的液体介质的压力。在阶段4中(参见图5E)，推动器活塞6迅速加速，将液体介质推出推动器孔9和旋转芯2。

参考图7A，在驱动器孔13和容器壁端口12的远端处设置环形面表面11。在压缩操作期间，压缩流体在环形面表面11上施加向内的力；换句话说，环形面表面11在容器3上施加向内的力，并且用作压力平衡唇缘，使得由驱动器活塞15产生的压力脉冲将抵消或减小由推动器活塞在推动器孔16中的液体介质上推动而产生的压力脉冲，并且因此将减小(最小化)由压缩驱动器4施加在容器3上的应力。另外，驱动器活塞15具有远端20，该远端设计成与环形面表面11协作，以在驱动器活塞15到达容器壁3时限定环形通道，其中，压缩流体被高度压缩。环形通道中的压缩流体的高压用于使驱动器活塞15减速并且防止与环形面表面41和容器壁3的喷射。

更特别地，驱动器活塞15包括具有远端20和与容器壁端口12的直径相对应的直径的圆柱形第一段，以及具有近端21和与驱动器孔13的直径相对应的直径的圆柱形第二段；这两个段通过环形凸缘连接。第一段的环形边沿和环形凸缘与环形面表面11一起形成上述环形通道。本领域技术人员将理解，在替代实施方式中，驱动器活塞15可具有其他形状。在驱动器活塞15的周边内形成多个角撑板22，以在保持强度和刚度的同时进一步减小重量。

现在参考图2B、图6A至图6D、图7B和图8B，并且根据第二实施方式，等离子体压缩系统1包括压缩驱动器40，其使用加压气体代替活塞来将压力脉冲输送到环形间隙10中(“单级压缩驱动器实施方式”)。如这些图中所示的压缩驱动器40具有在一个端部处固定地安装到容器壁3的外表面的大致圆柱形的阀壳体42，并且包含与容器壁开口3和蓄积器46流体连通的驱动阀44。蓄积器46是包含高压压缩流体的压力容器。在蓄积器46中的可压缩流体的初始压力和中间压力以及可压缩流体通过驱动阀44释放的定时有助于实现液体内衬的同步的、成形的塌缩。在一个实施方式中，压缩流体的压力可在压缩喷射之前通过使用设置在蓄积器46内的加热元件53加热压缩流体来微调。在另一实现方式中，压缩流体的压力可在压缩喷射期间通过利用在位于蓄积器46内的两个电极19上产生的电弧加热压缩流体来微调。压缩流体可以是任何可被压缩的流体，并且在一个实现方式中可以是气体，例如氦。在另一实现方式中，压缩流体可以是气体和液体介质(例如蒸汽)的混合物。

驱动阀44可以是类似于在美国专利8,336,849中公开的类型的锥形座截止阀；然而，本领域技术人员将理解，也可使用其他合适的阀设计。驱动阀44与控制器32通信，并且其计算机可读存储器上编码有指令，该指令可由其处理器执行以打开驱动阀44，从而在压缩操作中将压缩气体排放到环形间隙中。

在压力脉冲已经致动内爆驱动器5之后，提供压力释放罐48以接收来自环形间隙的压缩流体。压力释放罐48通过压缩流体返回导管50流体地联接到容器壁开口3，该压缩流体返回导管包括在容器壁开口3和蓄积器压力容器46之间纵向延伸的环形通道，以及多个沿着蓄积器压力容器46的外部纵向延伸到压力释放罐48的远端处的开口的歧管。回弹阀52位于流体返回导管50的远端处，并且与控制器32通信，该控制器被编程为打开回弹阀52以允许释放罐48接收压缩流体。

参考图6A至图6D，控制器32在压缩喷射的四个阶段上控制驱动阀44和回弹阀52的打开和关闭。如图6A所示，在喷射前阶段期间，驱动阀44和回弹阀52都关闭，并且蓄积器压力容器46充满高压压缩流体。如图6B所示，在压缩阶段期间，控制器32打开驱动阀44，并且将压缩气体直接排放到环形间隙10中，如箭头所示。这在环形间隙10中生成快速的压力脉冲，并且提供动力以加速推动器活塞6，这进而使液体内衬塌缩并压缩等离子体目标。如图6C所示，在回弹恢复阶段期间，控制器32保持驱动阀44打开且回弹阀52关闭，并且液体内衬回弹，一些压缩流体如箭头所示地流回到蓄积器压力容器46中。如图6D所示，在能量耗散阶段期间，控制器32关闭驱动阀44并打开回弹阀52，压缩流体的其余部分从环形间隙10流出，经过回弹阀52，通过压缩流体返回导管50并进入释放罐48。此过程使环形间隙10中的压力降回到允许等离子体压缩系统的其余部分重新设置以进行下一次压缩喷射的水平，并且用于将由液体管线的回弹返回的一部分能量重新捕获回到旋转芯和推动器孔中。一旦压力已经平衡，控制器32就关闭回弹阀52以保持系统复位状态并开始为下一次压缩喷射做准备。

可替代地(未示出)，在压缩喷射的四个阶段期间，阀的打开和关闭可由机械系统而不是控制器提供。机械系统包括本领域已知的机械定时装置，例如弹簧闭合的提升阀或在阀致动器上作用的凸轮轴。

在所示的实施方式中，每个压缩驱动器40包括其自己的蓄积器46；然而，在替代实施方式中，多个压缩驱动器40可共享单个蓄积器，例如，可为压缩驱动器40的每层提供一个蓄积器(未示出)，或者可为所有压缩驱动器40提供单个蓄积器(未示出)。

参考图8A和图8B，压缩驱动器4围绕容器3径向地布置在相对于旋转芯2的旋转轴线轴向地堆叠的多个层中。在所示的实施方式中，存在九个压缩驱动器层，每个压缩驱动器层限定可控的压力区域；然而，根据替代实施方式，等离子体压缩系统1可具有不同数量的压缩驱动器层。例如，如图8和图9所示的原型等离子体压缩系统的特征在于限定七个压力区域的七个压缩驱动器层。

如可在图9中最清楚地看到的，轴向堆叠的压缩驱动器层的构造导致容器壁3中的相关端口12也布置在多个轴向堆叠的层中。旋转芯2中的内爆驱动器5也布置在多个轴向堆叠的层中；在图9和图10所示的原型实施方式中，存在相同数量的内爆驱动器层和压缩驱动器层(七个)，使得每个内爆驱动器层与对应的压缩驱动器层成对以限定压力区域。或者，在压力区域中可存在不同比率的内爆驱动器层与压缩驱动器层；例如，在图1至图7所示的实施方式中，每个压力区域包括四个内爆驱动器层和一个压缩驱动器层。

可选的环形密封环(未示出)在每个压缩驱动器层之间安装到容器内壁。这些密封环延伸到环形间隙10中，并且用于部分地或完全地将压缩流体限制在每个压力区域中。或者，环形密封环可安装到旋转芯外表面并且延伸到环形间隙中。

现在参考图11至图14，控制器32编程有压缩操作程序，该压缩操作程序控制每个压力区域中的压缩驱动器的操作以产生具有指定压力脉冲轨迹的单独压力脉冲，使得单独压力脉冲一起形成具有成形压力脉冲轨迹的组合压力脉冲，该成形压力脉冲轨迹沿着轴向方向变化，即平行于旋转芯旋转轴线。在本公开中，在提到控制器的情况下，其可以包括通过一个或多个网络或通信介质彼此通信的一个或多个控制器。每个控制器通常包括通过一个或多个网络或通信介质彼此通信的一个或多个处理器和一个或多个计算机可读介质。该一个或多个处理器可以包括本领域已知的任何合适的处理装置，例如专用电路、可编程逻辑控制器、现场可编程门阵列、微控制器、微处理器、虚拟机和电子电路。该一个或多个计算机可读介质可以包括本领域已知的任何合适的存储器装置，例如随机存取存储器、闪存、只读存储器、硬盘驱动器、光学驱动器和光学驱动器介质，或闪存驱动器。另外，在提到网络的情况下，其可以包括一个或多个本领域已知的合适的网络，例如局域网、广域网、内联网和因特网。此外，在提及到装置或装置方向的通信的情况下，其可以通过任何合适的电子通信介质并且以本领域已知的任何合适的格式来通信，该格式例如是有线或无线介质、压缩或未压缩格式、加密或未加密格式。

在两个实施方式中，参考图12，期望的压力脉冲轨迹关于容器3的赤道是对称的，因此，控制器32被编程为分别控制在容器赤道处的压缩驱动器层(“赤道压缩驱动器层”)和在赤道压缩驱动器层的每一侧的成对的压缩驱动器层。换句话说，控制器32在五个可单独控制的压力区域中操作九个压缩驱动器层，即：顶部压缩驱动器层和底部压缩驱动器层形成压力区域1，在容器赤道处的压缩层形成压力区域5，并且在压力区域1和5之间的三对压缩层分别形成压力区域2至4。控制器32操作压力区域1中的压缩驱动器4，以生成具有最高振幅和/或最早峰值的单独压力脉冲(“单独压力脉冲1”)，其中单独压力脉冲具有从区域2至5逐渐减小的压力脉冲振幅和/或较晚峰值(单独压力脉冲2、3等)，使得组合压力脉冲具有大致对称弯曲的压力分布轨迹，如图14A至图14E所示。

参考图12和图13A至图13E并且使用双级压缩驱动器实施方式作为实例，控制器32操作压缩驱动器4以通过控制由流体地联接到每个压缩驱动器层的蓄积器17排放的驱动器气体的定时和压力来控制每个压力区域1至5中的单独的压力脉冲轨迹。在此实施方式中，可控制阀16的定时、升程(开度大小)和持续时间中的一个或多个以控制单独的压力脉冲轨迹；附加地和/或替代地，也可通过改变不同压力区域中的蓄积器17之间的驱动器流体的压力来改变单独的压力脉冲轨迹。为了清楚起见，图13A至图13E仅示出了三个压缩驱动器层，并且可以看到，控制器32最早且以最大的开口和/或最长的持续时间打开底部压缩驱动器层的蓄积器17的阀16，以生成具有最高幅值和最早峰值的单独的压力脉冲，并且最晚且以最小的开口和/或最短的持续时间打开顶部压缩驱动器层的蓄积器17的阀16，以生成具有最低幅值和最晚峰值的单独的压力脉冲。替代地和/或附加地，控制器32可设定蓄积器17中的驱动器流体的压力，其中，底部压缩驱动器层可具有最高的驱动器流体压力以产生具有最高幅值的压力脉冲。替代地和/或附加地，控制器32可控制阀关闭定时、升程和/或持续时间以使单独的压力脉冲轨迹成形。当确定阀控制参数以使特定的压力脉冲轨迹成形时，考虑推动器活塞中的惯性，该惯性实际上是推动器活塞和推动器孔中的液态金属两者中的组合惯性。

在压缩操作期间，可通过可控地将驱动器流体注入和排出驱动器孔，来微调每个压力区域中的单独压力脉冲的压力分布。例如并且关于压缩驱动器的第二实施方式，驱动器活塞15或每个压缩驱动器4的压力分布可通过经由驱动器活塞15后面的驱动器孔13中的端口18从驱动器孔13排出驱动器流体来调节；这些端口18具有类似于驱动器流体阀16的可由控制器32控制的可控阀。驱动器活塞15的压力分布也可通过控制驱动器活塞15前面(下游)的压缩流体的压力来控制。在驱动器活塞15和容器壁3之间的压缩驱动器4的壁中的端口18(参见图2A)可由控制器32控制以注入或排出压缩流体。另外，可在驱动器孔13的近端附近注入额外的可压缩流体，以使驱动器活塞15减速，从而防止与容器3冲击。驱动器孔13的长度可设计得足够长，使得可通过改变驱动器流体的压力和/或压缩流体的压力来调整驱动器活塞15的轨迹。控制器32可与沿着驱动器的多个传感器(未示出)进一步通信，以测量驱动器活塞15在压缩操作期间的位置。

在两级压缩驱动器实施方式的另一实现方式中，控制器32与位于驱动器孔13的远端处、在驱动器活塞15和旋转芯2之间的一对电极19通信，以产生加热驱动器孔13中的压缩流体的电弧。控制器32被编程为基于压力区域中的单独压力脉冲是需要压力“升高”还是需要更早地点火来计算对电弧的定时和强度的调节，以可控地加热压缩流体。

在单级压缩驱动器实施方式的另一实现方式中，控制器32与定位在蓄积器46内的加热元件53通信以产生加热蓄积器46中的压缩流体的热量。控制器32被编程为计算对可压缩流体的初始温度的调节，这进而根据已知的气体定律在压缩喷射之前可控地调节可压缩流体的初始压力。基于压力区域中的单独压力脉冲是否需要调节初始压力来调整蓄积器46中的可压缩流体的温度和压力。

在单级压缩驱动器实施方式的另一实现方式中，控制器32与定位在蓄积器46内的一对电极19通信，以产生加热蓄积器46中的压缩流体的电弧。控制器32被编程为基于压力区域中的单独压力脉冲是需要压力“升高”还是需要更早地点火来计算对电弧的定时和强度的调节，以可控地加热压缩流体。

现在参考图11A，控制器32存储器上编码有压缩程序操作，该压缩程序操作控制双级压缩驱动器实施方式的压缩驱动器4，以产生具有期望的压力脉冲轨迹的组合压力脉冲。控制器32接收来自标准机器参数的输入，该标准机器参数是实现液体内衬塌缩的特定形状和定时所需的。在所示的实施方式中，期望的压力脉冲轨迹具有球形形状，需要空腔28的开口端的早期塌缩。控制器32需要最靠近空腔28的每个开口端的压缩驱动器4在液体内衬27的赤道附近的那些压缩驱动器4之前操作。控制器32建立期望的内衬塌缩轮廓(步骤54)，并且计算实现所需的内衬塌缩形状和期望的等离子体压缩所必需的每个压缩驱动器层的所需的活塞轨迹轮廓和延迟(步骤55)。

一旦计算出每个压缩驱动器层的期望轨迹轮廓，控制器就设定包括旋转芯旋转速度、原动机设置和每个压缩驱动器层中的活塞启动顺序定时的参数(步骤56)。用于等离子体压缩系统的参数将取决于特定系统的设计和尺寸，然而，可由控制器32控制的初始参数的典型实例包括蓄积器17中的高压流体的初始充量、待施加到电磁驱动系统(未示出)的线圈的充量、施加到机械弹簧(未示出)的张力、初始驱动器孔压力和旋转芯2的旋转速度。标准参数的一个实例是相对于通过液体内衬27在旋转芯2内的旋转而产生的向心力，旋转的液体内衬27上的重力。重力矢量导致液体内衬在其空腔的底部处比在其顶部处稍厚。这种形状上的差异干扰了液体内衬空腔的对称圆柱形形状。控制器32通过比位于空腔28的底部附近的那些层稍早地启动位于空腔28的顶部附近的驱动器活塞的层来解决这种不对称性，从而实现对称的塌缩。标准机器参数可以由用于系统和每个压缩驱动器的历史操作参数来修改。历史操作参数可以包括例如每个压缩驱动器的摩擦和磨损随时间的差异。例如，由于磨损而具有更高摩擦的各个活塞或孔可能需要在蓄积器中充入更高压力的气体，以克服更高的摩擦。

在控制器32评估内衬塌缩形状要求并根据历史操作参数修改标准机器参数之后，控制器32启动驱动器活塞(步骤57)。在驱动器活塞沿着孔行进期间，传感器在压缩驱动器孔内的其整个行程中连续地监测每个活塞的位置和速度(步骤58)。多个传感器将位置和速度信息传输到控制器32，其评估对于系统中的每个驱动器活塞，轨迹轮廓是否正确(步骤59)。如果对于给定的驱动器活塞是不正确的，则控制器32可通过经由端口18注入或排出驱动器流体或压缩流体来微调驱动器活塞的轨迹轮廓，和/或通过经由电极19加热或当压缩驱动器如此装备时通过电磁制动来提高压缩流体压力(步骤60)。建立反馈回路以校正驱动器活塞的轨迹轮廓(步骤61)。当不需要进一步校正时，控制器32允许每个压缩驱动器层中的驱动器活塞继续行进至其靠近容器壁的最终位置，以产生单独的压力脉冲(步骤62)，其组合将根据将使液体内衬坍塌并压缩空腔28中的等离子体的轨迹以受控方式驱动推动器活塞(步骤63)。

现在参考图11B，控制器32存储器在其上编码有压缩程序操作，该压缩程序操作控制单级压缩驱动器实施方式的压缩驱动器40，以产生具有期望的压力脉冲轨迹的组合压力脉冲。控制器32接收来自标准机器参数的输入，该标准机器参数是实现液体内衬塌缩的特定形状和定时所需的。在所示的实施方式中，期望的压力脉冲轨迹具有球形形状，需要空腔28的开口端的早期塌缩。控制器32需要最靠近空腔28的每个开口端的压缩驱动器40在液体内衬27的赤道附近的那些压缩驱动器40之前操作。控制器32建立期望的内衬塌缩轮廓(步骤66)，计算蓄积器46中的可压缩流体对于每个压缩驱动器层的初始所需压力，并且计算阀打开和关闭对于每个压缩层的定时(步骤68)。

一旦计算出每个压缩驱动器层的期望的压力脉冲轨迹轮廓，控制器32就设定用于每个压缩驱动器层的蓄积器压力、压缩驱动器阀打开和关闭时间序列和持续时间，以及蓄积器加热元件要求的参数；控制器32还设定旋转芯的旋转速度(步骤70)。

然后，控制器32以计算的顺序打开每个压缩驱动器层的压缩驱动器阀44，以实现期望的内衬塌缩轮廓(步骤72)。传感器在可压缩流体转移进和转移出环形间隙的整个过程中连续地监测每个压缩驱动器40的压力变化和阀位置(步骤74)。

控制器32评估系统中的每个压力脉冲的压力分布和阀定时是否正确(步骤76)。如果对于给定的压缩驱动器层不正确，则控制器32可通过调节阀打开的定时和/或通过使用电极19加热或通过注入或排出蓄积器压力来改变蓄积器压力，来微调压力脉冲轨迹轮廓(步骤78)。建立反馈回路以校正压缩层的压力脉冲轨迹轮廓(步骤80)。当不需要进一步校正时，控制器32保持压缩驱动器阀预编程的打开和关闭顺序和持续时间以产生单独的压力脉冲，其与其他压缩层的其他压力脉冲组合将根据将使液体内衬塌缩并压缩空腔28中的等离子体的轨迹以受控方式驱动推动器活塞(步骤82)。

图14A至图14D是计算流体动力学模拟，示出了实验等离子体压缩操作的时间序列，其中旋转的液体内衬27已通过具有成形压力脉冲轨迹的组合压力脉冲径向地压缩到空腔28中。结构元件包括旋转芯2和沿着旋转轴线的中心轴26。该模拟是关于竖直方向(z轴)旋转对称的，其中旋转芯2关于z轴旋转并且液态金属上的向心力产生空腔28。图14A示出了在压缩循环开始时的旋转的液体内衬27，这将在驱动器活塞15和推动器活塞6处于其初始开始位置时发生，如图5A所示。当驱动器活塞和推动器活塞向内前进时，推动器孔中的液体向内朝向空腔28的中心移位(图14B和图14C)。图14D示出了在其塌缩终点附近的液体内衬27，当驱动器活塞15和推动器活塞6处于其终止位置时，如图5E所示，这种塌缩将发生。使用液体内衬(例如锂或铅)保护旋转芯2的壁和其他结构部件免受由聚变反应产生的破坏性能量粒子的损害，并且液体内衬从旋转芯2循环出来还用作用于从旋转芯2和容器3去除热能的装置。

此模拟示出了在压缩期间如何使用在Z方向上堆叠的层中的单独压力脉冲的控制来使空腔成形。此模拟对于每个内爆驱动器具有不同的单独压力脉冲，并且这通过图14B中的流体的外边缘的阶梯形状是可见的。随着顶层和底层中的压力脉冲发展得更早，并且实现比更靠近赤道层(z＝0)的那些层更高的峰值压力，顶层和底层比赤道层更早和/或更快地向内加速。从圆柱形空腔开始，这种差动轨迹在流体中生成球形或卵形空腔，如可在图14B中看到的。如图14B至图14D所示，液体内衬27在离开内爆驱动器中的推动器孔之后实现弹道行进，然而，弹道行进对于这种设计不是必需的。弹道行进的优点是，成形的内衬塌缩需要更小体积的液体内衬，并且更小体积导致更低质量的液体内衬以及推动器活塞上的向心力和旋转芯内的应力的对应减小。

随着压缩的进行，向内移动的液态金属保存其角动量并且开始越来越快地旋转。这种更快的旋转增加了流体上的向心力，最终在接触中心轴26之前停止液态金属的向内径向运动。已经首先加速的液态金属的顶层和底层首先到达中心，并且在开始回弹之前减速(图14C)。随着更靠近中平面的单独压力脉冲继续向内，这使流体最靠近中心轴的点从顶层和底层朝向赤道移动。因此，液态金属内部的空腔(在半径和Z方向上)球形地压缩，而不是仅仅圆柱形地压缩(仅在半径上)。为了压缩等离子体，在相同的时间量内，球形压缩几何形状在体积上比等效的圆柱形几何形状压缩等离子体更多。这种更高的压缩导致对等离子体做更多的功，从而增加更多的能量来加热等离子体。

此球形压缩空腔通过控制系统34和旋转芯2的设计来实现，该设计允许在不同的压缩驱动器层中的不同形状的压力脉冲。每层中的不同压力脉冲的调整与旋转芯2的旋转速度相结合，允许控制和调节塌缩空腔的精确几何形状。

图15示出了配置为在等离子体压缩系统1内的等离子体压缩装置30的实例的局部剖视图。等离子体发生器29产生等离子体并且将其注入到通过旋转构件2旋转液体内衬(未示出)而形成的抽空的空腔(未示出)中。在一些实现方式中，液体内衬可以是熔融金属，例如锂或铅，或熔融材料的任何混合物。当等离子体正确地定位在旋转液体内衬的抽空的空腔内时，阀(未示出)将压力从蓄积器17释放到压缩驱动器4中，并且向内驱动推动器活塞(未示出)，开始液体内衬的塌缩。这种塌缩压缩并加热等离子体。

尽管已经示出和描述了本公开的特定元件、实施方式和应用，但是将理解，本公开的范围不限于此，因为本领域技术人员可在不背离本公开的范围的情况下，特别是根据前述教导，进行修改。因此，例如，在本文公开的任何方法或过程中，构成方法/过程的动作或操作可以以任何合适的顺序执行，并且不是必须限于任何特定的公开顺序。在各种实施方式中，元件和部件可不同地配置或布置、组合和/或消除。上述各种特征和过程可以彼此独立地使用，或者可以以各种方式组合。所有可能的组合和子组合都旨在落入本公开的范围内。在本公开中对“一些实施方式”、“一个实施方式”等的引用意味着结合实施方式描述的特定特征、结构、步骤、过程或特性被包括在至少一个实施方式中。因此，在本公开中出现的短语“在一些实施方式中”、“在一个实施方式中”等不是必须都指相同的实施方式，并且可以指相同或不同的实施方式中的一个或多个。实际上，本文所述的新颖方法和系统可以以各种其他形式体现；此外，在不背离本文所述的本发明的精神的情况下，可以对本文所述的实施方式的形式进行各种省略、添加、替换、等效、重新布置和改变。

在适当的情况下已经描述了实施方式的各个方面和优点。应理解，根据任何特定实施方式，不是必须可以实现所有这些方面或优点。因此，例如，应当认识到，可以以实现或优化如本文所教导的一个优点或一组优点的方式来执行各种实施方式，而不是必须实现如本文所教导或建议的其他方面或优点。

本文使用的条件语言，例如，其中，“能够”、“可以”、“可能”、“可以”、“例如”等，除非另外特别说明，或者在所使用的上下文中另外理解，否则通常旨在表达某些实施方式包括某些特征、元件和/或步骤，而其他实施方式不包括这些特征、元件和/或步骤。因此，这种条件语言通常不是要暗示特征、元件和/或步骤以任何方式对于一个或多个实施方式是必需的，或者一个或多个实施方式必须包括用于在有或没有操作者输入或提示的情况下决定这些特征、元件和/或步骤是否被包括在任何特定实施方式中或者是否将在任何特定实施方式中执行的逻辑。任何特定实施方式不需要或不必需要单个特征或特征组。术语“包括”、“包含”、“具有”等是同义词，并且以开放式的方式包含性地使用，并且不排除附加的元件、特征、动作、操作等。而且，术语“或”以其包含性的意义(而不是以其排他性的意义)使用，使得当例如用于连接一列元件时，术语“或”表示该列表中的一个、一些或所有元件。

本文所述的实施方式的实例计算、模拟、结果、曲线图、值和参数旨在说明而非限制所公开的实施方式。其他实施方式可与本文所述的说明性实例不同地配置和/或操作。

Claims (24)

1.一种等离子体压缩系统，包括：

(a)等离子体密闭容器，包括容器壁；

(b)旋转芯，包含液体介质并且能够操作以使所述液体介质围绕旋转轴线旋转以形成包围空腔的液体内衬，所述旋转芯包括外表面和多层内爆驱动器，所述外表面与所述容器壁的内表面间隔开以限定包含压缩流体的环形间隙，所述多层内爆驱动器与所述液体介质和所述环形间隙流体连通并且沿着平行于所述旋转轴线的轴向方向间隔开；

(c)多个压缩驱动器，与所述环形间隙流体连通并且布置在沿着平行于所述旋转轴线的轴向方向间隔开的层中，每个压缩驱动器层能够操作为在所述压缩流体中在径向于并且朝向所述旋转轴线的方向上产生单独压力脉冲，所述多个压缩驱动器层产生多个单独压力脉冲，所述多个单独压力脉冲共同形成组合压力脉冲，所述组合压力脉冲致动所述内爆驱动器以使所述液体内衬内爆并且压缩所述空腔中的等离子体；以及

(d)控制器，与所述多个压缩驱动器层通信并且能够操作为产生具有至少一个或多个不同形状、定时和大小的所述单独压力脉冲，使得所述组合压力脉冲具有沿着所述轴向方向变化的轨迹。

2.根据权利要求1所述的等离子体压缩系统，其中，每个内爆驱动器层包括多个内爆驱动器，每个内爆驱动器包括与所述液体介质流体连通的推动器孔和推动器活塞。

3.根据权利要求2所述的等离子体压缩系统，其中，每个压缩驱动器层包括与所述控制器通信的原动机，并且每个压缩驱动器包括驱动器孔和能够由所述原动机移动的驱动器活塞。

4.根据权利要求3所述的等离子体压缩系统，其中，每个压缩驱动器层与至少一个内爆驱动器层流体连通，其中，每个压缩驱动器的所述驱动器活塞与所述压缩流体流体连通，使得所述驱动器活塞通过所述原动机的运动压缩所述压缩流体，并且其中，所述至少一个内爆驱动器层与所述压缩流体流体连通，使得所述推动器活塞通过所压缩的压缩流体的运动在所述液体介质中产生所述单独压力脉冲。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的等离子体压缩系统，其中，所述原动机包括蓄积器和阀，所述蓄积器包含加压驱动器流体，所述阀与所述控制器通信并且能够操作为使所述加压驱动器流体与每个压缩驱动器的所述驱动器活塞相对地流动。

6.根据权利要求2至4中任一项所述的等离子体压缩系统，其中，所述原动机包括电磁源、在所述驱动器孔的壁处的电磁线圈，以及在每个压缩驱动器的所述驱动器活塞中的导电元件。

7.根据权利要求6所述的等离子体压缩系统，其中，所述电磁线圈沿着所述驱动器孔的长度延伸，并且所述电磁源能够由所述控制器操作以沿着所述驱动器孔的长度调节磁场，从而控制每个压缩驱动器的所述驱动器活塞的所述轨迹轮廓。

8.根据权利要求2至4中任一项所述的等离子体压缩系统，其中，所述原动机包括机械弹簧。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的等离子体压缩系统，进一步包括在每个压缩驱动器的所述驱动器孔中的至少一个排出端口，用于从所述驱动器孔排出所述驱动器流体，所述排出端口包括排出阀，所述排出阀能够由所述控制器操作以调节由所述驱动器流体施加到所述驱动器活塞的压力，从而控制所述驱动器活塞的所述轨迹轮廓。

10.根据权利要求6至8中任一项所述的等离子体压缩系统，进一步包括在每个压缩驱动器的所述驱动器孔中的至少一个排出端口，用于从所述驱动器孔排出所述压缩流体，所述排出端口包括排出阀，所述排出阀能够由所述控制器操作以调节由所述压缩流体施加到所述驱动器活塞的压力，从而控制所述驱动器活塞的所述轨迹轮廓。

11.根据权利要求6至8中任一项所述的等离子体压缩系统，进一步包括在每个压缩驱动器的所述驱动器孔的远端处的电极，所述电极能够由所述控制器操作以产生电弧来加热所述压缩流体，从而控制所述驱动器活塞的所述轨迹轮廓。

12.根据权利要求2所述的等离子体压缩系统，其中，每个压缩驱动器包括用于储存加压气体的蓄积器以及与所述蓄积器和所述容器壁中的容器壁开口流体连通的驱动阀；

其中，所述控制器与所述驱动阀通信，并且能够操作为打开所述驱动阀并将加压的压缩流体从所述蓄积器排放到所述环形间隙中，从而在所述压缩流体中产生单独的压力脉冲。

13.根据权利要求12所述的等离子体压缩系统，其中，每个压缩驱动器进一步包括释放罐以及与所述释放罐和所述容器壁开口流体连通的回弹阀，并且

其中，所述控制器与所述回弹阀通信，并且能够操作为在所述加压的压缩流体已经排放到所述环形间隙中之后关闭所述驱动阀，然后打开所述回弹阀，从而允许所述加压的压缩流体从所述环形间隙流入所述释放罐。

14.根据权利要求13所述的等离子体压缩系统，进一步包括与所述驱动阀和回弹阀通信的控制器，所述控制器具有处理器和计算机可读存储器，所述计算机可读存储器上编码有指令，所述指令在由所述处理器执行时导致所述控制器在压缩喷射的压缩阶段期间打开所述驱动阀和关闭所述回弹阀，在所述压缩阶段中，所述加压气体从所述蓄积器流入所述环形间隙，以在所述压缩喷射的回弹恢复阶段期间保持所述驱动阀打开和所述回弹阀关闭，在所述回弹恢复阶段中，一些加压气体从所述环形间隙流入所述蓄积器，并且在能量耗散阶段期间关闭所述驱动阀和打开所述回弹阀，在所述能量耗散阶段中，一些其他的加压气体从所述环形间隙流入所述释放罐。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的等离子体压缩系统，进一步包括一个或多个定位在所述蓄积器内的加热元件，所述一个或多个加热元件能够操作为在所述压缩喷射之前加热所述压缩流体。

16.根据权利要求12至14中任一项所述的等离子体压缩系统，进一步包括一个或多个定位在所述蓄积器内的电极，所述一个或多个电极能够操作为产生电弧，从而在所述压缩喷射期间加热所述压缩流体。

17.根据权利要求1至16中任一项所述的等离子体压缩系统，其中，所述多个压缩驱动器层包括至少一个中心压缩驱动器层，以及分别在所述至少一个中心压缩驱动器层上方和下方的至少一个顶部压缩驱动器层和至少一个底部压缩驱动器层，并且其中，所述控制器能够操作为通过比所述至少一个中心压缩驱动器层的大小和定时更大的大小或更早的定时控制所述顶部压缩驱动器层和底部压缩驱动器层处的单独的压力脉冲。

18.根据权利要求1至17中任一项所述的等离子体压缩系统，进一步包括等离子体发生器，所述等离子体发生器与所述容器流体连通并且能够操作为将等离子体注入到所述空腔中。

19.根据权利要求1至18中任一项所述的等离子体压缩系统，其中，每个压缩驱动器层包括多个围绕所述旋转轴线径向地安装到所述容器的压缩驱动器。

20.根据权利要求1至19中任一项所述的等离子体压缩系统，进一步包括环形密封件，每个环形密封件围绕所述旋转芯的外表面或所述容器壁的内表面延伸，所述环形密封件沿着平行于所述旋转轴线的轴向方向在每个压缩驱动器层之间间隔开。

21.根据权利要求1至20中任一项所述的等离子体压缩系统，其中，所述控制器能够操作为调节所述单独压力脉冲的形状、定时和大小中的至少一个，以生成具有球形或卵形轨迹的组合压力脉冲。

22.一种用于压缩等离子体的方法，包括：

(a)使包含液体介质的旋转芯围绕旋转轴线旋转以形成包围空腔的液体内衬；

(b)将等离子体注入到所述空腔中；

(c)从沿着平行于所述旋转轴线的轴向方向间隔开的多个压缩驱动器层在所述液体介质中产生多个单独压力脉冲，每个单独压力脉冲在垂直于并朝向所述旋转轴线的方向上行进，所述多个单独压力脉冲共同形成组合压力脉冲，所述组合压力脉冲致动所述旋转芯中的多个内爆驱动器以使所述液体内衬内爆并且压缩所述空腔中的所述等离子体；

其中，所述多个单独压力脉冲中的所述单独压力脉冲的形状、定时和大小中的一个或多个是不同的，使得所述组合压力脉冲具有沿着所述轴向方向变化的轨迹。

23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述多个单独压力脉冲包括至少一个中心压力脉冲、至少一个在所述至少一个中心压力脉冲上方的顶部压力脉冲，以及至少一个在所述至少一个中心压力脉冲下方的底部压力脉冲，其中，所述顶部压力脉冲和所述底部压力脉冲具有比所述至少一个中心压力脉冲的大小和定时更大的大小和更早的定时中的一者或两者。

24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述多个单独压力脉冲的定时和大小生成具有球形或卵形轨迹的组合压力脉冲。