ES2953635T3 - Sistema de confinamiento de plasma por pinzamiento en Z y método relacionado - Google Patents

Abstract

Un método de ejemplo incluye dirigir gas, a través de una o más primeras válvulas, desde dentro de un electrodo interno a una región de aceleración entre el electrodo interno y un electrodo externo que rodea sustancialmente el electrodo interno, dirigiendo gas, a través de dos o más segundas válvulas, desde afuera. el electrodo exterior a la región de aceleración, y aplicar, a través de una fuente de alimentación, un voltaje entre el electrodo interior y el electrodo exterior, convirtiendo así al menos una parte del gas dirigido en un plasma ahorrando una sección transversal sustancialmente anular, fluyendo el plasma axialmente dentro de la región de aceleración hacia un primer extremo del electrodo interior y un primer extremo del electrodo exterior y, posteriormente, establecer un plasma de pellizco en Z que fluye entre el primer extremo del electrodo exterior y el primer extremo del electrodo interior. También se describen en el presente documento sistemas y métodos de confinamiento de plasma relacionados. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de confinamiento de plasma por pinzamiento en Z y método relacionado

Referencia cruzada con solicitud relacionada

Esta solicitud reclama el beneficio de solicitud de patente provisional de los Estados Unidos No. 62/462,779, presentada el 23 de febrero de 2017.

La fusión nuclear es el proceso de combinar dos núcleos. Cuando se fusionan dos núcleos de elementos con números atómicos menores que el del hierro, se libera energía. La liberación de energía se debe a una ligera diferencia en masa entre los reactivos y los productos de la reacción de fusión y se rige por AE = Amc2. La liberación de energía también es dependiente de que la fuerza nuclear fuerte atractiva entre los núcleos reactivos supere la fuerza electrostática repulsiva entre los núcleos reactivos.

La reacción de fusión que requiere la temperatura de plasma más baja se produce entre el deuterio (un núcleo de hidrógeno con un protón y un neutrón) y el tritio (un núcleo de hidrógeno que tiene un protón y dos neutrones). Esta reacción produce un núcleo de helio-4 y un neutrón.

Un enfoque para lograr la fusión nuclear es energizar un gas que contiene reactivos de fusión dentro de una cámara de reactor. El gas energizado se convierte en plasma a través de ionización. Para lograr condiciones con temperaturas y densidades suficientes para la fusión, el plasma necesita ser confinado.

Una posibilidad para confinar el plasma es el uso de un sistema de confinamiento de plasma basado en el efecto por pinzamiento longitudinal. La disertación para el doctorado en filosofía de M.P Ross "Exploring plasma stability and confinement with high resolution density measurements on the ZaP-HD Flow Z-Pinch", Universidad de Washington, 2016, divulga un sistema de confinamiento de plasma provisto de electrodos interior, exterior y medio y configurado para generar un flujo de plasma por pinzamiento en Z. También se conoce un sistema de confinamiento similar a partir de U. Shumlak et al, "High Energy Z-Pinch Plasmas Using Flow Stabilisation", 9° Conferencia internacional sobre pinzamientos en Z densos, pp. 76-79, 2014.

El efecto por pinzamiento longitudinal también se ha aplicado para confinar un plasma en el campo de la litografía, como se divulga por ejemplo en el documento US 2007/008504A1.

Resumen

Un aspecto de la divulgación, que no es parte de la invención, proporciona un sistema de confinamiento de plasma que incluye un electrodo interior, un electrodo exterior que rodea sustancialmente al electrodo interior, una o más primeras válvulas configuradas para dirigir gas desde dentro del electrodo interior a un región de aceleración entre el electrodo interior y el electrodo exterior, dos o más segundas válvulas configuradas para dirigir gas desde fuera del electrodo exterior a la región de aceleración, y una fuente de alimentación configurada para aplicar un voltaje entre el electrodo interior y el electrodo exterior.

Otro aspecto de la divulgación, que tampoco es parte de la invención, proporciona un método para operar un sistema de confinamiento de plasma. El método incluye dirigir gas, a través de una o más primeras válvulas, desde dentro de un electrodo interior a una región de aceleración entre el electrodo interior y un electrodo exterior que rodea sustancialmente al electrodo interior, dirigir gas, a través de dos o más segundas válvulas, desde fuera del electrodo exterior a la región de aceleración, y aplicar, a través de una fuente de alimentación, un voltaje entre el electrodo interior y el electrodo exterior, convirtiendo de esa manera al menos una porción del gas dirigido en un plasma que tiene una sección transversal sustancialmente anular, fluyendo el plasma axialmente dentro de la región de aceleración hacia un primer extremo del electrodo interior y un primer extremo del electrodo exterior y, después de esto, establecer un plasma por pinzamiento en Z que fluye entre el primer extremo del electrodo exterior y el primer extremo del electrodo interior.

Otro aspecto de la divulgación, que tampoco es parte de la invención, proporciona un sistema de confinamiento de plasma que incluye un electrodo interior, un electrodo intermedio que rodea sustancialmente al electrodo interior, un electrodo exterior que rodea sustancialmente al electrodo intermedio, una o más primeras válvulas configuradas para dirigir gas desde dentro del electrodo interior a una región de aceleración entre el electrodo interior y el electrodo intermedio, dos o más segundas válvulas configuradas para dirigir gas desde fuera del electrodo intermedio a la región de aceleración, una primera fuente de alimentación configurada para aplicar un voltaje entre el electrodo interior y el electrodo intermedio, y una segunda fuente de alimentación configurada para aplicar un voltaje entre el electrodo interior y el electrodo exterior.

Otro aspecto de la divulgación, que tampoco es parte de la invención, proporciona un método para operar un sistema de confinamiento de plasma. El método incluye dirigir gas, a través de una o más primeras válvulas, desde dentro de un electrodo interior a una región de aceleración entre el electrodo interior y un electrodo intermedio que rodea sustancialmente al electrodo interior, dirigir gas, a través de dos o más segundas válvulas, desde fuera del electrodo intermedio a la región de aceleración, aplicar, a través de una primera fuente de alimentación, un voltaje entre el electrodo interior y el electrodo intermedio, convirtiendo de esa manera al menos una porción del gas dirigido en un plasma que tiene una sección transversal sustancialmente anular, fluyendo el plasma axialmente dentro de la región de aceleración hacia un primer extremo del electrodo interior y un primer extremo del electrodo exterior, y aplicar, a través de una segunda fuente de alimentación, un voltaje entre el electrodo interior y el electrodo exterior para establecer un plasma por pinzamiento en Z que fluye entre el primer extremo del electrodo exterior y el primer extremo del electrodo interior.

Un primer aspecto de la invención proporciona un sistema de confinamiento de plasma que incluye un electrodo interior, un electrodo exterior que rodea sustancialmente al electrodo interior, un electrodo intermedio que mira hacia el electrodo interior, una o más primeras válvulas configuradas para dirigir gas desde dentro del electrodo interior a una región de aceleración entre el electrodo interior y el electrodo exterior, dos o más segundas válvulas configuradas para dirigir gas desde fuera del electrodo exterior a la región de aceleración, una primera fuente de alimentación configurada para aplicar un voltaje entre el electrodo interior y el electrodo exterior, y una segunda fuente de alimentación configurada para aplicar un voltaje entre el electrodo interior y el electrodo intermedio. El sistema también comprende una región de ensamblaje dentro del electrodo exterior entre un primer extremo del electrodo interior y el electrodo intermedio. El sistema está configurado para sostener un plasma por pinzamiento en Z dentro de la región de ensamblaje.

En un segundo aspecto de la invención se proporciona un método para operar un sistema de confinamiento de plasma. El método incluye dirigir gas, a través de una o más primeras válvulas, desde dentro de un electrodo interior a una región de aceleración entre el electrodo interior y un electrodo exterior que rodea sustancialmente al electrodo interior, dirigir gas, a través de dos o más segundas válvulas, desde fuera del electrodo exterior a la región de aceleración, aplicar, a través de una primera fuente de alimentación, un voltaje entre el electrodo interior y el electrodo exterior, convirtiendo de esa manera al menos una porción del gas dirigido en un plasma que tiene una sección transversal sustancialmente anular, fluyendo el plasma axialmente dentro de la región de aceleración hacia un primer extremo del electrodo interior y un primer extremo del electrodo exterior, y aplicar, a través de una segunda fuente de alimentación, un voltaje entre el electrodo interior y un electrodo intermedio para establecer un plasma por pinzamiento en Z que fluye entre el electrodo intermedio y el primer extremo del electrodo interior, en donde el electrodo intermedio se posiciona en un primer extremo del electrodo exterior, en donde el plasma por pinzamiento en Z fluye en una región de ensamblaje dentro del electrodo exterior entre el primer extremo del electrodo interior y el electrodo intermedio.

El sistema del primer aspecto de la invención es adecuado para realizar el método del segundo aspecto de la invención.

Realizaciones preferidas de la presente invención se definen en las reivindicaciones dependientes.

Cuando el término "sustancialmente" o "aproximadamente" se usa en este documento, significa que la característica, parámetro, o valor citados no necesitan lograrse exactamente, sino que las desviaciones o variaciones, incluyendo por ejemplo, tolerancias, error de medición, limitaciones de precisión de medición y otros factores conocidos por los expertos en la técnica, pueden producirse en cantidades que no excluyen el efecto que la característica pretendía proporcionar. En algunos ejemplos divulgados en este documento, "sustancialmente" o "aproximadamente" significa dentro de /- 5% del valor citado.

Estos, así como otros aspectos, ventajas, y alternativas serán evidentes para los expertos normales en la técnica al leer la siguiente descripción detallada, con referencia donde sea apropiado a los dibujos acompañantes. Además, debe entenderse que este resumen y otras descripciones y figuras proporcionadas en este documento están previstos para ilustrar la invención solo a modo de ejemplo y, como tal, que son posibles numerosas variaciones.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es un diagrama esquemático en sección transversal de un sistema de confinamiento de plasma, de acuerdo con una realización de ejemplo que no es parte de la invención.

La figura 2 es un diagrama esquemático en sección transversal de un sistema de confinamiento de plasma, de acuerdo con una realización de ejemplo que no es parte de la invención.

La figura 3 es un diagrama esquemático en sección transversal de un sistema de confinamiento de plasma, de acuerdo con una realización de ejemplo de la invención.

La figura 4 es un diagrama de bloques de un método para operar un sistema de confinamiento de plasma, de acuerdo con una realización de ejemplo que no es parte de la invención.

La figura 5A ilustra algunos aspectos de un sistema de confinamiento de plasma y un método para operación, de acuerdo con una realización de ejemplo que no es parte de la invención.

La figura 5B ilustra algunos aspectos de un sistema de confinamiento de plasma y un método para operación, de acuerdo con una realización de ejemplo que no es parte de la invención.

La figura 5C ilustra algunos aspectos de un sistema de confinamiento de plasma y un método para operación, de acuerdo con una realización de ejemplo que no es parte de la invención.

La figura 5D ilustra algunos aspectos de un sistema de confinamiento de plasma y un método para operación, de acuerdo con una realización de ejemplo que no es parte de la invención.

La figura 5E ilustra algunos aspectos de un sistema de confinamiento de plasma y un método para operación, de acuerdo con una realización de ejemplo que no es parte de la invención.

La figura 5F ilustra algunos aspectos de un sistema de confinamiento de plasma y un método para operación, de acuerdo con una realización de ejemplo que no es parte de la invención.

La figura 6 ilustra formas de onda de voltaje relacionadas con un método para operar un sistema de confinamiento de plasma, de acuerdo con una realización de ejemplo que no es parte de la invención.

La figura 7 ilustra perfiles de presión de gas relacionados con un método para operar un sistema de confinamiento de plasma, de acuerdo con una realización de ejemplo que no es parte de la invención.

La figura 8 es un diagrama de bloques de un método para operar un sistema de confinamiento de plasma, de acuerdo con una realización de ejemplo que no es parte de la invención.

La figura 9A ilustra algunos aspectos de un sistema de confinamiento de plasma y un método para operación, de acuerdo con una realización de ejemplo que no es parte de la invención.

La figura 9B ilustra algunos aspectos de un sistema de confinamiento de plasma y un método para operación, de acuerdo con una realización de ejemplo que no es parte de la invención.

La figura 9C ilustra algunos aspectos de un sistema de confinamiento de plasma y un método para operación, de acuerdo con una realización de ejemplo que no es parte de la invención.

La figura 9D ilustra algunos aspectos de un sistema de confinamiento de plasma y un método para operación, de acuerdo con una realización de ejemplo que no es parte de la invención.

La figura 9E ilustra algunos aspectos de un sistema de confinamiento de plasma y un método para operación, de acuerdo con una realización de ejemplo que no es parte de la invención.

La figura 9F ilustra algunos aspectos de un sistema de confinamiento de plasma y un método para operación, de acuerdo con una realización de ejemplo que no es parte de la invención.

La figura 10 ilustra formas de onda de voltaje relacionadas con un método para operar un sistema de confinamiento de plasma, de acuerdo con una realización de ejemplo que no es parte de la invención.

La figura 11 ilustra perfiles de presión de gas relacionados con un método para operar un sistema de confinamiento de plasma, de acuerdo con una realización de ejemplo que no es parte de la invención.

La figura 12 es un diagrama de bloques de un método para operar un sistema de confinamiento de plasma de acuerdo con una realización de ejemplo de la invención.

La figura 13A ilustra algunos aspectos de un sistema de confinamiento de plasma y un método para operación, de acuerdo con una realización de ejemplo de la invención.

La figura 13B ilustra algunos aspectos de un sistema de confinamiento de plasma y un método para operación, de acuerdo con una realización de ejemplo de la invención.

La figura 13C ilustra algunos aspectos de un sistema de confinamiento de plasma y un método para operación, de acuerdo con una realización de ejemplo de la invención.

La figura 13D ilustra algunos aspectos de un sistema de confinamiento de plasma y un método para operación, de acuerdo con una realización de ejemplo de la invención.

La figura 13E ilustra algunos aspectos de un sistema de confinamiento de plasma y un método para operación, de acuerdo con una realización de ejemplo de la invención.

La figura 13F ilustra algunos aspectos de un sistema de confinamiento de plasma y un método para operación, de acuerdo con una realización de ejemplo de la invención.

La figura 14 ilustra formas de onda de voltaje relacionadas con un método para operar un sistema de confinamiento de plasma, de acuerdo con una realización de ejemplo de la invención.

La figura 15 ilustra perfiles de presión de gas relacionados con un método para operar un sistema de confinamiento de plasma, de acuerdo con una realización de ejemplo de la invención.

En este documento se divulgan diversas realizaciones de sistemas de confinamiento de plasma y métodos para su uso. Las realizaciones divulgadas, cuando se comparan con los sistemas y métodos existentes, pueden facilitar una estabilidad de plasma aumentada, flujo de plasma cizallado más robusto, radios de plasma por pinzamiento en Z más pequeños, campos magnéticos más altos, y/o temperatura del plasma más alta. Algunas de las realizaciones divulgadas exhiben también un control independiente de aceleración de plasma y compresión de plasma.

La figura 1 es un diagrama esquemático en sección transversal de un sistema 100 de confinamiento de plasma que no es parte de la invención. El sistema 100 de confinamiento de plasma incluye un electrodo 102 interior y un electrodo 104 exterior que rodea sustancialmente al electrodo 102 interior. El sistema 100 de confinamiento de plasma también incluye una o más primeras válvulas 106 configuradas para dirigir gas desde dentro del electrodo 102 interior a una región 110 de aceleración entre el electrodo 102 interiory el electrodo 104 exteriory dos o más segundas válvulas 112 configuradas para dirigir gas desde fuera del electrodo 104 exterior a la región 110 de aceleración. El sistema 100 de confinamiento de plasma también incluye una fuente 114 de alimentación configurada para aplicar un voltaje entre el electrodo 102 interiory el electrodo 104 exterior.

El electrodo 102 interior generalmente toma la forma de una carcasa eléctricamente conductora (por ejemplo, acero inoxidable) que tiene un cuerpo 116 sustancialmente cilíndrico. El electrodo 102 interior incluye un primer extremo 118 (por ejemplo un extremo redondeado) y un segundo extremo 120 opuesto (por ejemplo, un extremo sustancialmente circular). Más específicamente, el primer extremo 118 puede tener una conformación cónica con una punta redondeada. El electrodo 102 interior puede incluir uno o más conductos o canales (no se muestran) para enrutar gas desde la una o más primeras válvulas 106 a la región 110 de aceleración.

El electrodo 104 exterior también toma generalmente la forma de una carcasa eléctricamente conductora (por ejemplo, acero inoxidable) que tiene un cuerpo 128 sustancialmente cilíndrico. El electrodo 104 exterior incluye un primer extremo 122 (por ejemplo, un extremo sustancialmente en forma de disco) y un segundo extremo 124 opuesto (por ejemplo, un extremo sustancialmente circular). Como se muestra en la figura 1, el primer extremo 118 del electrodo 102 interior está entre el primer extremo 122 del electrodo 104 exterior y el segundo extremo 124 del electrodo 104 exterior. El electrodo 104 exterior rodea gran parte del electrodo 102 interior. El electrodo 102 interior y el electrodo 104 exterior pueden ser concéntricos y tener simetría radial con respecto al mismo eje. El electrodo 104 exterior puede incluir uno o más conductos o canales (no se muestran) para enrutar gas desde las dos o más segundas válvulas 112 a la región 110 de aceleración.

La una o más primeras válvulas 106 pueden tomar la forma de "válvulas de soplo", pero pueden incluir cualquier tipo de válvula configurada para dirigir gas (por ejemplo, hidrógeno o deuterio) desde dentro del electrodo 102 interior a una región 110 de aceleración entre el electrodo 102 interiory el electrodo 104 exterior. Como se muestra en la figura 1, la una o más primeras válvulas 106 están posicionadas axialmente entre el primer extremo 118 del electrodo 102 interior y el segundo extremo 120 del electrodo 102 interior. Alternativamente, la una o más primeras válvulas podrían estar ubicadas en el primer extremo 118 o el segundo extremo 120 del electrodo 102 interior. En la figura 1, la una o más primeras válvulas 106 están posicionadas dentro del electrodo 102 interior, pero son posibles otros ejemplos. La una o más primeras válvulas 106 pueden operarse proporcionando a la una o más primeras válvulas 106 un voltaje de control, como se describe a continuación.

La región 110 de aceleración tiene una sección transversal sustancialmente anular definida por las conformaciones del electrodo 102 interiory el electrodo 104 exterior.

Las dos o más segundas válvulas 112 pueden tomar la forma de "válvulas de soplo", pero pueden incluir cualquier tipo de válvula configurada para dirigir gas (por ejemplo, hidrógeno o deuterio) desde fuera del electrodo 104 exterior hasta la región 110 de aceleración. Como se muestra en la figura 1, las dos o más segundas válvulas 112 están posicionadas axialmente entre el primer extremo 122 del electrodo 104 exteriory el segundo extremo 124 del electrodo 104 exterior. Alternativamente, las dos o más segundas válvulas pueden estar ubicadas en el segundo extremo 124 o en el primer extremo 122. Las dos o más segundas válvulas 112 generalmente estarán dispuestas alrededor del electrodo 104 exterior. Como se muestra en la figura 1, la una o más primeras válvulas 106 están alineadas axialmente con las dos o más segundas válvulas 112, pero son posibles otros ejemplos. Las dos o más primeras válvulas 112 pueden operarse proporcionando a las dos o más segundas válvulas 112 un voltaje de control, como se describe a continuación.

La fuente 114 de alimentación tomará generalmente la forma de un banco de condensadores capaz de almacenar hasta 500 kJ o hasta 3-4 MJ, por ejemplo. Un terminal positivo de la fuente 114 de alimentación se puede acoplar al electrodo 102 interior o alternativamente al electrodo 104 exterior.

El sistema 100 de confinamiento de plasma incluye una región 126 de ensamblaje dentro del electrodo 104 exterior entre el primer extremo 118 del electrodo 102 interior y el primer extremo 122 del electrodo 104 exterior. El sistema 100 de confinamiento de plasma está configurado para sostener un plasma por pinzamiento en Z dentro de la región 126 de ensamblaje como se describe a continuación.

El sistema 100 de confinamiento de plasma también incluye una fuente 130 de gas (por ejemplo, un tanque de gas presurizado) y uno o más primeros reguladores 132 configurados para controlar el flujo de gas desde la fuente 130 de gas a través de la respectiva una o más primeras válvulas 106. Las conexiones (por ejemplo, tubería) entre el uno o más primeros reguladores 132 y la una o más primeras válvulas 106 se omiten en la figura 1 para claridad.

El sistema 100 de confinamiento de plasma también incluye dos o más segundos reguladores 134 configurados para controlar el flujo de gas desde la fuente 130 de gas a través de las respectivas dos o más segundas válvulas 112. Las conexiones (por ejemplo, tubería) entre el uno o más segundos reguladores 134 y las dos o más segundas válvulas 112 se omiten en la figura 1 para claridad.

El sistema 100 de confinamiento de plasma también incluye un aislador 136 entre el segundo extremo 124 del electrodo 104 exterior y el electrodo 102 interior para mantener el aislamiento eléctrico entre el electrodo 102 interior y el electrodo 104 exterior. El aislador 136 (por ejemplo, un material cerámico) generalmente tiene una sección transversal anular.

El sistema de confinamiento de plasma también incluye una cámara 138 de vacío (por ejemplo, un recipiente de acero inoxidable) que rodea al menos parcialmente al electrodo 102 interior y el electrodo 104 exterior, como se muestra en la figura 1.

La figura 2 es un diagrama esquemático en sección transversal de un sistema 200 de confinamiento de plasma que no es parte de la invención. El sistema 200 de confinamiento de plasma incluye un electrodo 202 interior, un electrodo 203 intermedio que rodea sustancialmente al electrodo 202 interior, y un electrodo 204 exterior que rodea sustancialmente al electrodo 203 intermedio. El sistema 200 de confinamiento de plasma también incluye una o más primeras válvulas 206 configuradas para dirigir gas desde dentro del electrodo 202 interior a una región 210 de aceleración entre el electrodo 202 interior y el electrodo 203 intermedio. El sistema 200 de confinamiento de plasma también incluye dos o más segundas válvulas 212 configuradas para dirigir gas desde fuera del electrodo 203 intermedio a la región 210 de aceleración. El sistema 200 de confinamiento de plasma también incluye una primera fuente 214 de alimentación configurada para aplicar un voltaje entre el electrodo 202 interior y el electrodo 203 intermedio y una segunda fuente 215 de alimentación configurada para aplicar un voltaje entre el electrodo 202 interior y el electrodo 204 exterior.

El electrodo 202 interior generalmente toma la forma de una carcasa eléctricamente conductora (por ejemplo, acero inoxidable) que tiene un cuerpo 216 sustancialmente cilíndrico. El electrodo 202 interior incluye un primer extremo 218 (por ejemplo un extremo redondeado) y un segundo extremo 220 opuesto (por ejemplo, un extremo sustancialmente circular). Más específicamente, el primer extremo 218 puede tener una conformación cónica con una punta redondeada. El electrodo 202 interior es generalmente similar al electrodo 102 interior discutido anteriormente. El electrodo 202 interior puede incluir uno o más conductos o canales (no se muestran) para enrutar el gas desde la una o más primeras válvulas 206 a la región 210 de aceleración.

El electrodo 204 exterior también toma generalmente la forma de una carcasa eléctricamente conductora (por ejemplo, acero inoxidable) que tiene un cuerpo 228 sustancialmente cilíndrico. El primer extremo 222 del electrodo 204 exterior es sustancialmente en forma de disco y el segundo extremo 224 del electrodo exterior es sustancialmente circular. El electrodo 204 exterior rodea gran parte del electrodo 202 interior y gran parte del electrodo 203 intermedio. El electrodo 202 interior, el electrodo 203 intermedio, y el electrodo 204 exterior pueden ser concéntricos y tener simetría radial con respecto al mismo eje.

El electrodo 203 intermedio generalmente toma la forma de un conductor eléctricamente (por ejemplo, acero inoxidable) que tiene un cuerpo 229 sustancialmente cilíndrico. El electrodo 203 intermedio incluye un primer extremo 219 que es sustancialmente circular y un segundo extremo 221 opuesto que es sustancialmente circular. El electrodo 203 intermedio puede incluir uno o más conductos o canales (no se muestran) para enrutar gas desde las dos o más segundas válvulas 212 a la región 210 de aceleración.

El primer extremo 218 del electrodo 202 interior está entre el primer extremo 222 del electrodo 204 exterior y el segundo extremo 224 del electrodo 204 exterior. El primer extremo 219 del electrodo 203 intermedio está entre el primer extremo 222 del electrodo 204 exterior y el segundo extremo 224 del electrodo 204 exterior.

La una o más primeras válvulas 206 pueden tomar la forma de "válvulas de soplo", pero pueden incluir cualquier tipo de válvula configurada para dirigir gas (por ejemplo, hidrógeno o deuterio) desde dentro del electrodo 202 interior a una región 210 de aceleración entre el electrodo 202 interior y el electrodo 203 intermedio. Como se muestra en la figura 2, la una o más primeras válvulas 206 se posicionan axialmente entre el primer extremo 218 del electrodo 202 interior y el segundo extremo 220 del electrodo 202 interior. Alternativamente, la una o más primeras válvulas podrían estar ubicadas en el primer extremo 218 o el segundo extremo 220 del electrodo 202 interior. En la figura 2, la una o más primeras válvulas 206 están posicionadas dentro del electrodo 202 interior, pero son posibles otros ejemplos. La una o más primeras válvulas 206 pueden operarse proporcionando a la una o más primeras válvulas 206 un voltaje de control, como se describe a continuación.

La región 210 de aceleración tiene una sección transversal sustancialmente anular definida por las conformaciones del electrodo 202 interior y el electrodo 203 intermedio.

Las dos o más segundas válvulas 212 pueden tomar la forma de "válvulas de soplo", pero pueden incluir cualquier tipo de válvula configurada para dirigir gas (por ejemplo, hidrógeno o deuterio) desde fuera del electrodo 203 intermedio hasta la región 210 de aceleración. Como se muestra en la figura 2, las dos o más segundas válvulas 212 están posicionadas en el segundo extremo 221 del electrodo 203 intermedio, pero son posibles otros ejemplos. Las dos o más segundas válvulas 212 están dispuestas fuera del electrodo 204 exterior y fuera del electrodo 203 intermedio, por ejemplo. En otros ejemplos, las dos o más segundas válvulas podrían estar ubicadas dentro del electrodo exterior y fuera del electrodo intermedio. Las dos o más segundas válvulas 212 están configuradas para dirigir gas entre el primer aislador 236 y el segundo aislador 237. Las dos o más primeras válvulas 212 pueden operarse proporcionando a las dos o más segundas válvulas 212 un voltaje de control, como se describe a continuación.

La primera fuente 214 de alimentación y la segunda fuente 215 de alimentación tomarán generalmente la forma de bancos de condensadores respectivos capaces de almacenar hasta 100-200 kJ o 3-4 MJ, por ejemplo.

El sistema 200 de confinamiento de plasma incluye una región 226 de ensamblaje dentro del electrodo 204 exterior entre el primer extremo 218 del electrodo 202 interior y el primer extremo 222 del electrodo 204 exterior. El sistema 200 de confinamiento de plasma está configurado para sostener un plasma por pinzamiento en Z dentro de la región 226 de ensamblaje como se describe a continuación.

El sistema 200 de confinamiento de plasma también incluye una fuente 230 de gas (por ejemplo, un tanque de gas presurizado) y uno o más primeros reguladores 232 configurados para controlar el flujo de gas desde la fuente 230 de gas a través de la respectiva una o más primeras válvulas 206. Las conexiones (por ejemplo, tubería) entre el uno o más primeros reguladores 232 y la una o más primeras válvulas 206 se omiten en la figura 2 para claridad.

El sistema 200 de confinamiento de plasma también incluye dos o más segundos reguladores 234 configurados para controlar el flujo de gas desde la fuente 230 de gas a través de las respectivas dos o más segundas válvulas 212. Las conexiones (por ejemplo, tubería) entre los dos o más segundos reguladores 234 y las dos o más segundas válvulas 212 se omiten en la figura 2 para claridad.

El sistema 200 de confinamiento de plasma también incluye un primer aislador 236 entre el segundo extremo 224 del electrodo 204 exterior y el electrodo 203 intermedio. El primer aislador 236 generalmente tiene una sección transversal anular.

El sistema 200 de confinamiento de plasma también incluye un segundo aislador 237 entre el segundo extremo 221 del electrodo 203 intermedio y el electrodo 202 interior. El segundo aislador 237 generalmente tiene una sección transversal anular.

El sistema 200 de confinamiento de plasma también incluye una cámara 238 de vacío (por ejemplo, un recipiente de acero) que rodea al menos parcialmente al electrodo 202 interior, el electrodo 203 intermedio, y el electrodo 204 exterior, como se muestra en la figura 2.

La figura 3 es un diagrama esquemático en sección transversal de un sistema 300 de confinamiento de plasma de acuerdo con una realización de la invención. El sistema 300 de confinamiento de plasma incluye un electrodo 302 interior, un electrodo 304 exterior que rodea sustancialmente al electrodo 302 interior, y un electrodo 303 intermedio que mira hacia el electrodo 302 interior. El sistema 300 de confinamiento de plasma también incluye una o más primeras válvulas 306 configuradas para dirigir gas desde dentro del electrodo 302 interior a una región 310 de aceleración entre el electrodo 302 interior y el electrodo 304 exterior y dos o más segundas válvulas 312 configuradas para dirigir gas desde fuera del electrodo 304 exterior a la región 310 de aceleración. El sistema 300 de confinamiento de plasma también incluye una primera fuente 314 de alimentación configurada para aplicar un voltaje entre el electrodo 302 interior y el electrodo 304 exterior y una segunda fuente 315 de alimentación configurada para aplicar un voltaje entre el electrodo 302 interior y el electrodo 303 intermedio.

El electrodo 302 interior generalmente toma la forma de una carcasa eléctricamente conductora (por ejemplo, acero inoxidable) que tiene un cuerpo 316 sustancialmente cilíndrico. El electrodo 302 interior incluye un primer extremo 318 (por ejemplo un extremo redondeado) y un segundo extremo 320 opuesto (por ejemplo, un extremo sustancialmente circular). Más específicamente, el primer extremo 318 puede tener una conformación cónica con una punta redondeada. El electrodo 302 interior es generalmente similar al electrodo 102 interior y al electrodo 202 interior discutidos anteriormente. El electrodo 302 interior puede incluir uno o más conductos o canales (no etiquetados) para enrutar gas desde la una o más primeras válvulas 306 a la región 310 de aceleración.

El electrodo 304 exterior también toma generalmente la forma de una carcasa eléctricamente conductora (por ejemplo, acero inoxidable) que tiene un cuerpo 328 sustancialmente cilíndrico. El primer extremo 322 del electrodo 304 exterior es sustancialmente circular y el segundo extremo 324 del electrodo exterior es sustancialmente circular. El electrodo 304 exterior rodea gran parte del electrodo 302 interior. El electrodo 302 interior y el electrodo 304 exterior pueden ser concéntricos y tener simetría radial con respecto al mismo eje. El primer extremo 318 del electrodo 302 interior está entre el primer extremo 322 del electrodo 304 exterior y el segundo extremo 324 del electrodo 304 exterior. El electrodo 304 exterior puede incluir uno o más conductos o canales (no se muestran) para enrutar gas desde las dos o más segundas válvulas 312 a la región 310 de aceleración.

El electrodo 303 intermedio también toma generalmente la forma de un material eléctricamente conductor (por ejemplo, acero inoxidable) y es sustancialmente en forma de disco.

La una o más primeras válvulas 306 pueden tomar la forma de "válvulas de soplo", pero pueden incluir cualquier tipo de válvula configurada para dirigir gas (por ejemplo, hidrógeno o deuterio) desde dentro del electrodo 302 interior a una región 310 de aceleración entre el electrodo 302 interior y el electrodo 304 exterior. Como se muestra en la figura 3, la una o más primeras válvulas 306 se posicionan axialmente entre el primer extremo 318 del electrodo 302 interior y el segundo extremo 320 del electrodo 302 interior. Alternativamente, la una o más primeras válvulas podrían estar ubicadas en el primer extremo 318 o el segundo extremo 320 del electrodo 302 interior. En la figura 3, la una o más primeras válvulas 306 están posicionadas dentro del electrodo 302 interior, pero son posibles otros ejemplos. La una o más primeras válvulas 306 pueden operarse proporcionando a la una o más primeras válvulas 306 un voltaje de control, como se describe a continuación.

La región 310 de aceleración tiene una sección transversal sustancialmente anular definida por las conformaciones del electrodo 302 interior y el electrodo 304 exterior.

Las dos o más segundas válvulas 312 pueden tomar la forma de "válvulas de soplo", pero pueden incluir cualquier tipo de válvula configurada para dirigir gas (por ejemplo, hidrógeno o deuterio) desde fuera del electrodo 304 exterior a la región 310 de aceleración. Como se muestra en la figura 3, las dos o más segundas válvulas 312 están posicionadas axialmente entre el primer extremo 322 del electrodo 304 exterior y el segundo extremo 324 del electrodo 304 exterior. Alternativamente, las dos o más segundas válvulas pueden ubicarse en el segundo extremo 324 o en el primer extremo 322. Las dos o más segundas válvulas 312 generalmente estarán dispuestas alrededor de (por ejemplo, fuera de) el electrodo 304 exterior. Como se muestra en la figura 3, la una o más primeras válvulas 306 están alineadas axialmente con las dos o más segundas válvulas 312, pero son posibles otros ejemplos. Las dos o más primeras válvulas 312 pueden operarse proporcionando a las dos o más segundas válvulas 312 un voltaje de control, como se describe a continuación.

La primera fuente 314 de alimentación y la segunda fuente 315 de alimentación tomarán generalmente la forma de bancos de condensadores respectivos capaces de almacenar hasta 100-200 kJ o 3-4 MJ, por ejemplo.

El sistema 300 de confinamiento de plasma incluye una región 326 de ensamblaje dentro del electrodo 304 exterior entre el primer extremo 318 del electrodo 302 interior y el electrodo 303 intermedio. El sistema 300 de confinamiento de plasma está configurado para sostener un plasma por pinzamiento en Z dentro de la región 326 de ensamblaje como se describe a continuación.

El sistema 300 de confinamiento de plasma también incluye una fuente 330 de gas (por ejemplo, un tanque de gas presurizado) y uno o más primeros reguladores 332 configurados para controlar el flujo de gas desde la fuente 330 de gas a través de la respectiva una o más primeras válvulas 306. Las conexiones (por ejemplo, tubería) entre el uno o más primeros reguladores 332 y la una o más primeras válvulas 306 se omiten en la figura 3 para claridad.

El sistema 300 de confinamiento de plasma también incluye dos o más segundos reguladores 334 configurados para controlar el flujo de gas desde la fuente 330 de gas a través de las respectivas dos o más segundas válvulas 312. Las conexiones (por ejemplo, tubería) entre el uno o más segundos reguladores 334 y las dos o más segundas válvulas 312 se omiten en la figura 3 para claridad.

El sistema 300 de confinamiento de plasma también incluye un primer aislador 336 (por ejemplo, que tiene una sección transversal anular) entre el electrodo 304 exterior y el electrodo 302 interior para mantener el aislamiento eléctrico entre el electrodo 302 interior y el electrodo 304 exterior.

El sistema 300 de confinamiento de plasma también incluye un segundo aislador 337 (por ejemplo, que tiene una sección transversal anular) entre el segundo extremo 322 del electrodo 304 exterior y el electrodo 303 intermedio para mantener el aislamiento eléctrico entre el electrodo 303 intermedio y el electrodo 304 exterior.

El sistema 300 de confinamiento de plasma también incluye una cámara 338 de vacío que rodea al menos parcialmente al electrodo 302 interior, el electrodo 303 intermedio, y/o el electrodo 304 exterior.

La figura 4 es un diagrama de bloques de un método 400, que no es parte de la invención, para operar un sistema de confinamiento de plasma (por ejemplo, el sistema 100 de confinamiento de plasma). Las figuras 1, 5A-F, 6, y 7 vistas juntas ilustran algunos de los aspectos del método 400 como se describe a continuación. Las figuras 5A-F incluyen diagramas simplificados de porciones del sistema 100 de confinamiento de plasma así como también representan la funcionalidad del sistema 100 de confinamiento de plasma.

En el bloque 402, el método 400 incluye dirigir gas, a través de una o más primeras válvulas, desde dentro de un electrodo interior a una región de aceleración entre el electrodo interior y un electrodo exterior que rodea sustancialmente al electrodo interior.

Por ejemplo, la una o más primeras válvulas 106 pueden dirigir gas 412 (véanse figuras 5A-B), desde dentro del electrodo 102 interiora la región 110 de aceleración entre el electrodo 102 interior y el electrodo 104 exterior que rodea sustancialmente al electrodo 102 interior. La figura 5A muestra una cantidad inicial del gas 412 que ingresa a la región 110 de aceleración y la figura 5B muestra una cantidad adicional del gas 412 que ingresa a la región 110 de aceleración.

La figura 6 representa algunos otros rasgos posibles del método 400. Los voltajes, formas de onda, y tiempos representados en la figura 6 no necesariamente se muestran a escala. En algunas realizaciones, dirigir el gas 412 a través de la una o más primeras válvulas 106 incluye proporcionar (a través de una fuente de alimentación tal como un banco de condensadores que no se muestra) un primer voltaje 420 de válvula a la una o más primeras válvulas 106 (por ejemplo, a terminales de control de la una o más primeras válvulas 106) seguido de proporcionar un segundo voltaje 422 de válvula (por ejemplo, a través de una fuente de alimentación de DC) a la una o más primeras válvulas 106.

En este contexto, el primer voltaje 420 de válvula está generalmente dentro de un rango de 270 a 330 voltios, dentro de un rango de 290 a 310 voltios, o dentro de un rango de 295 a 305 voltios. Los voltajes citados en este documento son generalmente voltajes de DC a menos que se especifique otra cosa. El primer voltaje 420 de válvula puede proporcionarse por una duración 424 dentro de un rango de 90 a 110 ps, dentro de un rango de 95 a 105 ps, o dentro de un rango de 98 a 102 ps. Debe anotarse que las formas de onda respectivas del primer voltaje 420 de válvula y el segundo voltaje 422 de válvula en la práctica no tomarán la forma de ondas cuadradas, pero generalmente tendrán una forma de onda más suave y una transición entre el primer voltaje 420 de válvula y el segundo voltaje 422 de válvula característico de un circuito RLC.

El segundo voltaje 422 de válvula podría estar dentro de un rango de 13.5 a 16.5 voltios, dentro de un rango de 14 a 16 voltios, o dentro de un rango de 14.5 a 15.5 voltios. Por ejemplo, el segundo voltaje 422 de válvula podría proporcionarse por una duración 426 dentro de un rango de 0.5 a 5 ms, dentro de un rango de 0.65 a 3.5 ms, o dentro de un rango de 0.75 a 2 ms. Típicamente el primer voltaje 420 de válvula es mayor que el segundo voltaje 422 de válvula y el segundo voltaje 422 de válvula se proporciona inmediatamente después de proporcionar el primer voltaje 420 de válvula.

Después de la operación de la una o más primeras válvulas 106, una presión 428 de gas (véase figura 7) adyacente a la una o más primeras válvulas 106 podría estar dentro de un rango de 1000 a 5800 Torr (por ejemplo, 5450 a 5550 Torr) antes de que se aplique el voltaje 414 (véase figura 6) entre el electrodo 102 interior y el electrodo 104 exterior a través de la fuente 114 de alimentación.

Dirigir el gas 412 a través de la una o más primeras válvulas 106 podría incluir abrir la una o más primeras válvulas 106 por una duración dentro de un rango de 1.1 a 2 milisegundos (ms) o dentro de un rango de 1.3 a 1.5 ms. Adicionalmente, dirigir el gas 412 a través de la una o más primeras válvulas 106 podría incluir abrir la una o más primeras válvulas 106 1.0 a 1.6 ms o 1.3 a 1.5 ms antes de aplicar el voltaje 414 entre el electrodo 102 interior y el electrodo 104 exterior a través de la fuente 114 de alimentación.

En el bloque 404, el método 400 incluye dirigir gas, a través de dos o más segundas válvulas, desde fuera del electrodo exterior a la región de aceleración. Por ejemplo, las dos o más segundas válvulas 112 pueden dirigir una porción del gas 412 hacia la región 110 de aceleración como se muestra en las figuras 5A-B.

En algunas realizaciones que tampoco son parte de la invención, dirigir el gas 412 a través de las dos o más segundas válvulas 112 incluye proporcionar (a través de una fuente de alimentación tal como un banco de condensadores que no se muestra) un tercer voltaje 430 de válvula (véase figura 6) a las dos o más segundas válvulas 112 (por ejemplo, a terminales de control de las dos o más segundas válvulas 112) seguido de proporcionar un cuarto voltaje 432 de válvula (por ejemplo, a través de una fuente de alimentación de DC) a las dos o más segundas válvulas 112.

En este contexto, el tercer voltaje 430 de válvula está generalmente dentro de un rango de 270 a 330 voltios, dentro de un rango de 290 a 310 voltios, o dentro de un rango de 295 a 305 voltios. El tercer voltaje 430 de válvula podría proporcionarse por una duración 434 dentro de un rango de 90 a 110 ps, dentro de un rango de 95 a 105 ps, o dentro de un rango de 98 a 102 ps. Debe anotarse que las formas de onda respectivas del tercer voltaje 430 de válvula y el cuarto voltaje 432 de válvula en la práctica no tomarán la forma de ondas cuadradas, pero generalmente tendrán una forma de onda más suave y una transición entre el tercer voltaje 430 de válvula y el cuarto voltaje 432 de válvula característico de un circuito RLC.

El cuarto voltaje 432 de válvula está generalmente dentro de un rango de 13.5 a 16.5 voltios, dentro de un rango de 14 a 16 voltios, o dentro de un rango de 14.5 a 15.5 voltios. El cuarto voltaje 432 de válvula podría proporcionarse por una duración 436 dentro de un rango de 0.5 a 5 ms, dentro de un rango de 0.65 a 3.5 ms, o dentro de un rango de 0.75 a 2 ms. El tercer voltaje 430 de válvula es típicamente mayor que el cuarto voltaje 432 de válvula. El cuarto voltaje 432 de válvula generalmente se proporciona inmediatamente después de proporcionar el tercer voltaje 430 de válvula.

Después de la operación de las dos o más segundas válvulas 112, la presión 438 de gas (véase figura 7) adyacente a las dos o más segundas válvulas 112 podría estar dentro de un rango de 1000 a 5800 Torr (por ejemplo, 5450 a 5550 Torr) antes de que se aplique el voltaje 414 entre el electrodo 102 interior y el electrodo 104 exterior a través de la fuente 114 de alimentación.

Dirigir el gas 412 a través de las dos o más segundas válvulas 112 podría incluir abrir las dos o más segundas válvulas 112 por una duración dentro de un rango de 0.75 a 1 milisegundos (ms) o dentro de un rango de 0.8 a 0.95 ms.

Adicionalmente, dirigir el gas 412 a través de las dos o más segundas válvulas 112 podría incluir abrir las dos o más segundas válvulas 1120.6 a 1.2 ms o 0.7 a 0.9 ms antes de aplicar el voltaje 414 entre el electrodo 102 interior y el electrodo 104 exterior a través de la fuente 114 de alimentación.

Después de la operación de la una o más primeras válvulas 106 y las dos o más segundas válvulas 112, una presión 440 de gas (véase figura 7) dentro de la región 110 de aceleración podría estar dentro de un rango de 1000 a 5800 Torr (por ejemplo, 5450 a 5550 Torr) antes de que se aplique el voltaje 414 entre el electrodo 102 interior y el electrodo 104 exterior a través de la fuente 114 de alimentación. La presión de gas dentro de la región de aceleración generalmente disminuirá cuando se aumente la distancia desde el punto de inserción de gas y con el paso del tiempo después de que ya no se introduzca gas en la región de aceleración.

En el bloque 406, el método 400 incluye aplicar, a través de una fuente de alimentación, un voltaje entre el electrodo interior y el electrodo exterior, convirtiendo de esa manera al menos una porción del gas dirigido en un plasma que tiene una sección transversal sustancialmente anular, fluyendo el plasma axialmente dentro de la región de aceleración hacia un primer extremo del electrodo interior y un primer extremo del electrodo exterior y, después de esto, establecer un plasma por pinzamiento en Z que fluye entre el primer extremo del electrodo exterior y el primer extremo del electrodo interior.

Por ejemplo, la fuente 114 de alimentación podría aplicar el voltaje 414 entre el electrodo 102 interior y el electrodo 104 exterior, convirtiendo de esa manera al menos una porción del gas 412 dirigido en un plasma 416 (véanse figuras 5C-D) que tiene una sección transversal sustancialmente anular. Debido al campo magnético generado por su propia corriente, el plasma 416 puede fluir axialmente dentro de la región 110 de aceleración hacia el primer extremo 118 del electrodo 102 interior y el primer extremo 122 del electrodo 104 exterior como se muestra en las figuras 5C-D. Cuando el plasma 416 se mueve más allá de la región 110 de aceleración, se establece un plasma 418 por pinzamiento en Z (véanse figuras 5E-F) y fluye entre el primer extremo 122 del electrodo 104 exterior y el primer extremo 118 del electrodo 102 interior.

El plasma 418 por pinzamiento en Z generalmente fluye en la región 126 de ensamblaje dentro del electrodo 104 exterior entre el primer extremo 118 del electrodo 102 interior y el primer extremo 122 del electrodo 104 exterior.

El voltaje 414 aplicado por la fuente 114 de alimentación entre el electrodo 102 interior y el electrodo 104 exterior podría estar dentro de un rango de 2 kV a 30 kV. El voltaje 414 podría aplicarse por una duración 442 (véase figura 6) dentro de un rango de 50 a 400 ps.

El voltaje 414 aplicado entre el electrodo 102 interior y el electrodo 104 exterior podría dar como resultado un campo eléctrico radial dentro de la región 110 de aceleración dentro de un rango de 30 kV/m a 500 kV/m.

El plasma 418 por pinzamiento en Z puede exhibir un flujo axial cizallado y tener un radio entre 0.1 mm y 5 mm, una temperatura de iones entre 900 y 2000 eV, una temperatura de electrones superior a 500 eV, una densidad de número de iones superior a 1*1023 iones/m3 o una densidad de número de electrones superior a 1*1023 electrones/m3, un campo magnético de más de 8 T, y/o puede ser estable durante al menos 10 ps.

La figura 8 es un diagrama de bloques de un método 800, que no es parte de la invención, para operar un sistema de confinamiento de plasma (por ejemplo, el sistema 200 de confinamiento de plasma). Las figuras 2, 9A-F, 10, y 11 vistas juntas ilustran algunos de los aspectos del método 800 como se describe a continuación. Las figuras 9A-F incluyen diagramas simplificados de porciones del sistema 200 de confinamiento de plasma así como también representan la funcionalidad del sistema 200 de confinamiento de plasma.

En el bloque 802, el método 800 incluye dirigir gas, a través de una o más primeras válvulas, desde dentro de un electrodo interior a una región de aceleración entre el electrodo interior y un electrodo intermedio que rodea sustancialmente al electrodo interior.

Por ejemplo, la una o más primeras válvulas 206 pueden dirigir gas 812 desde dentro del electrodo 202 interior a una región 210 de aceleración entre el electrodo 202 interior y el electrodo 203 intermedio que rodea sustancialmente al electrodo 202 interior. La figura 9A muestra una cantidad inicial del gas 812 que ingresa a la región 210 de aceleración y la figura 9B muestra una cantidad adicional del gas 812 que ingresa a la región 210 de aceleración.

La figura 10 representa algunos otros rasgos posibles del método 800. Los voltajes, formas de onda, y tiempos representados en la figura 10 no se muestran necesariamente a escala. En algunas realizaciones, dirigir el gas 812 a través de la una o más primeras válvulas 206 incluye proporcionar (a través de una fuente de alimentación tal como un banco de condensadores que no se muestra) un primer voltaje 820 de válvula a la una o más primeras válvulas 206 (por ejemplo, a terminales de control de la una o más primeras válvulas 206) seguido de proporcionar un segundo voltaje 822 de válvula (por ejemplo, a través de una fuente de alimentación de DC) a la una o más primeras válvulas 206.

En este contexto, el primer voltaje 820 de válvula está generalmente dentro de un rango de 270 a 330 voltios, dentro de un rango de 290 a 310 voltios, o dentro de un rango de 295 a 305 voltios. Los voltajes citados en este documento son voltajes de DC a menos que se especifique otra cosa. El primer voltaje 820 de válvula puede proporcionarse por una duración 824 dentro de un rango de 90 a 110 js , dentro de un rango de 95 a 105 js , o dentro de un rango de 98 a 102 js . Debe anotarse que las formas de onda respectivas del primer voltaje 820 de válvula y el segundo voltaje 822 de válvula en la práctica no tomarán la forma de ondas cuadradas, pero generalmente tendrán una forma de onda más suave y una transición entre el primer voltaje 820 de válvula y el segundo voltaje 822 de válvula característico de un circuito RLC.

El segundo voltaje 822 de válvula podría estar dentro de un rango de 13.5 a 16.5 voltios, dentro de un rango de 14 a 16 voltios, o dentro de un rango de 14.5 a 15.5 voltios. Por ejemplo, el segundo voltaje 822 de válvula podría proporcionarse por una duración 826 dentro de un rango de 0.5 a 5 ms, dentro de un rango de 0.65 a 3.5 ms, o dentro de un rango de 0.75 a 2 ms. Típicamente el primer voltaje 820 de válvula es mayor que el segundo voltaje 822 de válvula y el segundo voltaje 822 de válvula se proporciona inmediatamente después de proporcionar el primer voltaje 820 de válvula.

Después de la operación de la una o más primeras válvulas 206, una presión 828 de gas (véase figura 11) adyacente a la una o más primeras válvulas 206 podría estar dentro de un rango de 1000 a 5800 Torr (por ejemplo, 5450 a 5550 Torr) antes de que se aplique el voltaje 814 (véase figura 10) entre el electrodo 202 interior y el electrodo 203 intermedio a través de la fuente 214 de alimentación.

Dirigir el gas 812 a través de la una o más primeras válvulas 206 podría incluir abrir la una o más primeras válvulas 206 por una duración dentro de un rango de 1.1 a 2 milisegundos (ms) o dentro de un rango de 1.3 a 1.5 ms. Adicionalmente, dirigir el gas 812 a través de la una o más primeras válvulas 206 podría incluir abrir la una o más primeras válvulas 206 1.0 a 1.6 ms o 1.3 a 1.5 ms antes de aplicar el voltaje 814 entre el electrodo 202 interior y el electrodo 203 intermedio a través de la fuente 214 de alimentación.

En el bloque 804, el método 800 incluye dirigir gas, a través de dos o más segundas válvulas, desde fuera del electrodo intermedio a la región de aceleración. Por ejemplo, las dos o más segundas válvulas 212 pueden dirigir una porción del gas 812 hacia la región 210 de aceleración como se muestra en las figuras 9A-B.

En algunas realizaciones que tampoco son parte de la invención, dirigir el gas 812 a través de las dos o más segundas válvulas 212 incluye proporcionar (a través de una fuente de alimentación tal como un banco de condensadores que no se muestra) un tercer voltaje 830 de válvula a las dos o más segundas válvulas 212 (por ejemplo, a terminales de control de las dos o más segundas válvulas 212) seguido de proporcionar un cuarto voltaje 832 de válvula (por ejemplo, a través de una fuente de alimentación de DC) a las dos o más segundas válvulas 212.

En este contexto, el tercer voltaje 830 de válvula está generalmente dentro de un rango de 270 a 330 voltios, dentro de un rango de 290 a 310 voltios, o dentro de un rango de 295 a 305 voltios. El tercer voltaje 830 de válvula podría proporcionarse por una duración 834 dentro de un rango de 90 a 110 js , dentro de un rango de 95 a 105 js , o dentro de un rango de 98 a 102 js . Debe anotarse que las formas de onda respectivas del tercer voltaje 830 de válvula y el cuarto voltaje 832 de válvula en la práctica no tomarán la forma de ondas cuadradas, pero generalmente tendrán una forma de onda más suave y una transición entre el tercer voltaje 830 de válvula y el cuarto voltaje 832 de válvula característico de un circuito RLC.

El cuarto voltaje 832 de válvula está generalmente dentro de un rango de 13.5 a 16.5 voltios, dentro de un rango de 14 a 16 voltios, o dentro de un rango de 14.5 a 15.5 voltios. El cuarto voltaje 832 de válvula podría proporcionarse por una duración 836 dentro de un rango de 0.5 a 5 ms, dentro de un rango de 0.65 a 3.5 ms, o dentro de un rango de 0.75 a 2 ms. El tercer voltaje 830 de válvula es típicamente mayor que el cuarto voltaje 832 de válvula. El cuarto voltaje 832 de válvula generalmente se proporciona inmediatamente después de proporcionar el tercer voltaje 830 de válvula.

Después de la operación de las dos o más segundas válvulas 212, una presión 838 de gas (véase figura 11) adyacente a las dos o más segundas válvulas 212 podría estar dentro de un rango de 1000 a 5800 Torr (por ejemplo, 5450 a 5550 Torr) antes de que se aplique el voltaje 814 entre el electrodo 202 interior y el electrodo 203 intermedio a través de la fuente 214 de alimentación.

Dirigir el gas 812 a través de las dos o más segundas válvulas 212 podría incluir abrir las dos o más segundas válvulas 212 por una duración dentro de un rango de 0.75 a 1 milisegundos (ms) o dentro de un rango de 0.8 a 0.95 ms.

Adicionalmente, dirigir el gas 812 a través de las dos o más segundas válvulas 212 podría incluir abrir las dos o más segundas válvulas 212 0.6 a 1.2 ms o 0.7 a 0.9 ms antes de aplicar el voltaje 814 entre el electrodo 202 interior y el electrodo 203 intermedio a través de la fuente 214 de alimentación.

Después de la operación de la una o más primeras válvulas 206 y las dos o más segundas válvulas 212, una presión 840 de gas (véase figura 11) dentro de la región 210 de aceleración podría estar dentro de un rango de 1000 a 5800 Torr (por ejemplo, 5450 a 5550 Torr) antes de que se aplique el voltaje 814 entre el electrodo 102 interior y el electrodo 203 intermedio a través de la fuente 214 de alimentación. La presión de gas dentro de la región de aceleración generalmente disminuirá cuando se aumente la distancia desde el punto de inserción de gas y con el paso del tiempo después de que ya no se introduzca gas en la región de aceleración.

En el bloque 806, el método 800 incluye aplicar, a través de una primera fuente de alimentación, un voltaje entre el electrodo interior y el electrodo intermedio, convirtiendo de esa manera al menos una porción del gas dirigido en un plasma que tiene una sección transversal sustancialmente anular, fluyendo el plasma axialmente dentro de la región de aceleración hacia un primer extremo del electrodo interior y un primer extremo del electrodo exterior.

Por ejemplo, la primera fuente 214 de alimentación puede aplicar el voltaje 814 (véase figura 10) entre el electrodo 202 interior y el electrodo 203 intermedio, convirtiendo de esa manera al menos una porción del gas 812 dirigido en un plasma 816 (véanse figuras 9C-D) que tiene una sección transversal sustancialmente anular. Debido al campo magnético generado por su propia corriente, el plasma 816 puede fluir axialmente dentro de la región 210 de aceleración hacia el primer extremo 218 del electrodo 202 interior y el primer extremo 222 del electrodo 204 exterior como se muestra en las figuras 9C-D.

El voltaje 814 aplicado por la fuente 214 de alimentación entre el electrodo 202 interior y el electrodo 203 intermedio podría estar dentro de un rango de 2 kV a 30 kV. El voltaje 814 podría aplicarse por una duración 842 (véase figura 10) dentro de un rango de 50 a 400 ps.

El voltaje 814 aplicado entre el electrodo 202 interior y el electrodo 203 intermedio podría dar como resultado un campo eléctrico radial dentro de la región 210 de aceleración dentro de un rango de 30 kV/m a 500 kV/m.

En el bloque 808, el método 800 incluye aplicar, a través de una segunda fuente de alimentación, un voltaje entre el electrodo interior y el electrodo exterior para establecer un plasma por pinzamiento en Z que fluye entre el primer extremo del electrodo exterior y el primer extremo del electrodo interior.

Por ejemplo, la segunda fuente 215 de alimentación podría aplicar un voltaje 815 (véase figura 10) entre el electrodo 202 interior y el electrodo 204 exterior para establecer un plasma 818 por pinzamiento en Z (véanse figuras 9E-F) que fluye entre el primer extremo 222 del electrodo 204 exterior y el primer extremo 218 del electrodo 202 interior. Cuando el plasma 816 se mueve más allá de la región 210 de aceleración, el plasma 818 por pinzamiento en Z se establece en la región 226 de ensamblaje dentro del electrodo 204 exterior entre el primer extremo 218 del electrodo 202 interior y el primer extremo 222 del electrodo 204 exterior.

Debe anotarse que los bloques 806 y 808 también podrían implementarse por otros medios para controlar (a) el voltaje entre el electrodo 202 interior y el electrodo 203 intermedio y (b) el voltaje entre el electrodo 203 intermedio y el electrodo 204 exterior, como reconocerá un experto en la técnica. Por ejemplo, una fuente de alimentación podría proporcionar un voltaje entre el electrodo 203 intermedio y el electrodo 204 exterior, en lugar de entre el electrodo interior y el electrodo exterior.

Aplicar el voltaje entre el electrodo 202 interior y el electrodo 204 exterior podría incluir comenzar a aplicar el voltaje entre el electrodo 202 interior y el electrodo 204 exterior 17-27 ps o 19-22 ps después de comenzar a aplicar el voltaje entre el electrodo 202 interior y el electrodo 203 intermedio.

El voltaje 815 aplicado por la fuente 215 de alimentación entre el electrodo 202 interior y el electrodo 204 exterior está generalmente dentro de un rango de 2 kV a 30 kV. El voltaje 815 podría aplicarse por una duración 844 dentro de un rango de 50-400 ps.

El plasma 818 por pinzamiento en Z puede exhibir un flujo axial cizallado y tener un radio entre 0.1 mm y 5 mm, una temperatura de iones entre 900 y 2000 eV, una temperatura de electrones superior a 500 eV, una densidad de número de iones superior a 1*1023 iones/m3 o una densidad de número de electrones superior a 1 * 1023 electrones/m3, un campo magnético de más de 8 T, y/o puede ser estable durante al menos 10 ps.

La figura 12 es un diagrama de bloques de un método 900 de acuerdo con la invención para operar un sistema de confinamiento de plasma (por ejemplo, el sistema 300 de confinamiento de plasma). Las figuras 3, 13A-F, 14, y 15 vistas juntas ilustran algunos de los aspectos del método 900 como se describe a continuación. Las figuras 13A-F incluyen diagramas simplificados de porciones del sistema 300 de confinamiento de plasma así como también representan la funcionalidad del sistema 300 de confinamiento de plasma.

En el bloque 902, el método 900 incluye dirigir gas, a través de una o más primeras válvulas, desde dentro de un electrodo interior a una región de aceleración entre el electrodo interior y un electrodo exterior que rodea sustancialmente al electrodo interior.

Por ejemplo, la una o más primeras válvulas 306 pueden dirigir gas 912 (véanse figuras 13A-B), desde dentro del electrodo 302 interior a la región 310 de aceleración entre el electrodo 302 interior y el electrodo 304 exterior que rodea sustancialmente al electrodo 302 interior. La figura 13A muestra una cantidad inicial del gas 912 que ingresa a la región 310 de aceleración y la figura 13B muestra una cantidad adicional del gas 912 que ingresa a la región 310 de aceleración.

La figura 14 representa algunas otras características posibles del método 900. Los voltajes, formas de onda, y tiempos representados en la figura 14 no se muestran necesariamente a escala. En algunas realizaciones, dirigir el gas 912 a través de la una o más primeras válvulas 306 incluye proporcionar (a través de una fuente de alimentación tal como un banco de condensadores que no se muestra) un primer voltaje 920 de válvula a la una o más primeras válvulas 306 (por ejemplo, a terminales de control de la una o más primeras válvulas 306) seguido de proporcionar un segundo voltaje 922 de válvula (por ejemplo, a través de una fuente de alimentación de DC) a la una o más primeras válvulas 306.

En este contexto, el primer voltaje 920 de válvula está generalmente dentro de un rango de 270 a 330 voltios, dentro de un rango de 290 a 310 voltios, o dentro de un rango de 295 a 305 voltios. Los voltajes citados en este documento son generalmente voltajes de DC a menos que se especifique otra cosa. El primer voltaje 920 de válvula puede proporcionarse por una duración 924 dentro de un rango de 90 a 110 ps, dentro de un rango de 95 a 105 ps, o dentro de un rango de 98 a 102 ps. Debe anotarse que las formas de onda respectivas del primer voltaje 920 de válvula y el segundo voltaje 922 de válvula en la práctica no tomarán la forma de ondas cuadradas, pero generalmente tendrán una forma de onda más suave y una transición entre el primer voltaje 920 de válvula y el segundo voltaje 922 de válvula característico de un circuito RLC.

El segundo voltaje 922 de válvula podría estar dentro de un rango de 13.5 a 16.5 voltios, dentro de un rango de 14 a 16 voltios, o dentro de un rango de 14.5 a 15.5 voltios. Por ejemplo, el segundo voltaje 922 de válvula podría proporcionarse por una duración 926 dentro de un rango de 0.5 a 5 ms, dentro de un rango de 0.65 a 3.5 ms, o dentro de un rango de 0.75 a 2 ms. Típicamente el primer voltaje 920 de válvula es mayor que el segundo voltaje 922 de válvula y el segundo voltaje 922 de válvula se proporciona inmediatamente después de proporcionar el primer voltaje 920 de válvula.

Después de la operación de la una o más primeras válvulas 306, una presión 928 de gas (véase figura 15) adyacente a la una o más primeras válvulas 306 podría estar dentro de un rango de 1000 a 5800 Torr (por ejemplo, 5450 a 5550 Torr) antes de que se aplique el voltaje 914 (véase figura 14) entre el electrodo 302 interior y el electrodo 304 exterior a través de la fuente 314 de alimentación.

Dirigir el gas 912 a través de la una o más primeras válvulas 306 podría incluir abrir la una o más primeras válvulas 306 por una duración dentro de un rango de 1.1 a 2 milisegundos (ms) o dentro de un rango de 1.3 a 1.5 ms. Adicionalmente, dirigir el gas 912 a través de la una o más primeras válvulas 306 podría incluir abrir la una o más primeras válvulas 306 1.0 a 1.6 ms o 1.3 a 1.5 ms antes de aplicar el voltaje 914 entre el electrodo 302 interior y el electrodo 304 exterior a través de la fuente 314 de alimentación.

En el bloque 904, el método 900 incluye dirigir gas, a través de dos o más segundas válvulas, desde fuera del electrodo exterior a la región de aceleración. Por ejemplo, las dos o más segundas válvulas 312 pueden dirigir una porción del gas 912 hacia la región 310 de aceleración como se muestra en las figuras 13A-B.

En algunas realizaciones, dirigir el gas 912 a través de las dos o más segundas válvulas 312 incluye proporcionar (a través de una fuente de alimentación tal como un condensador que no se muestra) un tercer voltaje 930 de válvula (véase figura 14) a las dos o más segundas válvulas 312 (por ejemplo, a terminales de control de las dos o más segundas válvulas 312) seguido de proporcionar un cuarto voltaje 932 de válvula (por ejemplo, a través de una fuente de alimentación de DC) a las dos o más segundas válvulas 312.

En este contexto, el tercer voltaje 930 de válvula está generalmente dentro de un rango de 270 a 330 voltios, dentro de un rango de 290 a 310 voltios, o dentro de un rango de 295 a 305 voltios. El tercer voltaje 930 de válvula podría proporcionarse por una duración 934 dentro de un rango de 90 a 110 ps, dentro de un rango de 95 a 105 ps, o dentro de un rango de 98 a 102 ps. Debe anotarse que las formas de onda respectivas del tercer voltaje 930 de válvula y el cuarto voltaje 932 de válvula en la práctica no tomarán la forma de ondas cuadradas, pero generalmente tendrán una forma de onda más suave y una transición entre el tercer voltaje 930 de válvula y el cuarto voltaje 932 de válvula característico de un circuito RLC.

El cuarto voltaje 932 de válvula está generalmente dentro de un rango de 13.5 a 16.5 voltios, dentro de un rango de 14 a 16 voltios, o dentro de un rango de 14.5 a 15.5 voltios. El cuarto voltaje 932 de válvula podría proporcionarse por una duración 936 dentro de un rango de 0.5 a 5 ms, dentro de un rango de 0.65 a 3.5 ms, o dentro de un rango de 0.75 a 2 ms. El tercer voltaje 930 de válvula es típicamente mayor que el cuarto voltaje 932 de válvula. El cuarto voltaje 932 de válvula generalmente se proporciona inmediatamente después de proporcionar el tercer voltaje 930 de válvula.

Después de la operación de las dos o más segundas válvulas 312, una presión 938 de gas (véase figura 15) adyacente a las dos o más segundas válvulas 312 podría estar dentro de un rango de 1000 a 5800 Torr (por ejemplo, 5450 a 5550 Torr) antes de que se aplique el voltaje 914 entre el electrodo 302 interior y el electrodo 304 exterior a través de la fuente 314 de alimentación.

Dirigir el gas 912 a través de las dos o más segundas válvulas 312 podría incluir abrir las dos o más segundas válvulas 312 por una duración dentro de un rango de 0.75 a 1 milisegundos (ms) o dentro de un rango de 0.8 a 0.95 ms.

Adicionalmente, dirigir el gas 912 a través de las dos o más segundas válvulas 312 podría incluir abrir las dos o más segundas válvulas 312 0.6 a 1.2 ms o 0.7 a 0.9 ms antes de aplicar el voltaje 914 entre el electrodo 302 interior y el electrodo 304 exterior a través de la fuente 314 de alimentación.

Después de la operación de la una o más primeras válvulas 306 y las dos o más segundas válvulas 312, una presión 940 de gas (véase figura 15) dentro de la región 310 de aceleración podría estar dentro de un rango de 1000 a 5800 Torr (por ejemplo, 5450 a 5550 Torr) antes de que se aplique el voltaje 914 entre el electrodo 302 interior y el electrodo 304 exterior a través de la fuente 314 de alimentación. La presión de gas dentro de la región de aceleración generalmente disminuirá cuando se aumente la distancia desde el punto de inserción de gas y con el paso del tiempo después de que ya no se introduzca gas en la región de aceleración.

En el bloque 906, el método 900 incluye aplicar, a través de una primera fuente de alimentación, un voltaje entre el electrodo interior y el electrodo exterior, convirtiendo de esa manera al menos una porción del gas dirigido en un plasma que tiene una sección transversal sustancialmente anular, fluyendo el plasma axialmente dentro de la región de aceleración hacia un primer extremo del electrodo interior y un primer extremo del electrodo exterior.

Por ejemplo, la fuente 314 de alimentación podría aplicar el voltaje 914 entre el electrodo 302 interior y el electrodo 304 exterior, convirtiendo de esa manera al menos una porción del gas 912 dirigido en un plasma 916 (véanse figuras 13C-D) que tiene una sección transversal sustancialmente anular. Debido al campo magnético generado por su propia corriente, el plasma 916 puede fluir axialmente dentro de la región 310 de aceleración hacia el primer extremo 318 del electrodo 102 interior y el primer extremo 322 del electrodo 304 exterior como se muestra en las figuras 13C-D.

El voltaje 914 aplicado por la fuente 314 de alimentación entre el electrodo 302 interior y el electrodo 304 exterior podría estar dentro de un rango de 2 kV a 30 kV. El voltaje 914 podría aplicarse por una duración 942 (véase figura 14) dentro de un rango de 50 a 400 ps.

El voltaje 914 aplicado entre el electrodo 302 interior y el electrodo 304 exterior podría dar como resultado un campo eléctrico radial dentro de la región 310 de aceleración dentro de un rango de 30 kV/m a 500 kV/m.

En el bloque 908, el método 900 incluye aplicar, a través de una segunda fuente de alimentación, un voltaje entre el electrodo interior y un electrodo intermedio para establecer un plasma por pinzamiento en Z que fluye entre el electrodo intermedio y el primer extremo del electrodo interior. En este contexto, el electrodo intermedio se posiciona en un primer extremo del electrodo exterior.

Por ejemplo, la fuente 315 de alimentación podría aplicar un voltaje 915 entre el electrodo 302 interior y un electrodo 303 intermedio para establecer un plasma 918 por pinzamiento en Z que fluye entre el electrodo 303 intermedio y el primer extremo 318 del electrodo 302 interior. El plasma 918 por pinzamiento en Z se establece cuando el plasma 916 se mueve más allá de la región 310 de aceleración. El plasma 918 por pinzamiento en Z fluye en la región 326 de ensamblaje dentro del electrodo 304 exterior entre el primer extremo 318 del electrodo 302 interior y el electrodo 303 intermedio.

Aplicar el voltaje entre el electrodo 302 interior y el electrodo 303 intermedio podría incluir comenzar a aplicar el voltaje entre el electrodo 302 interior y el electrodo 303 intermedio 17-27 ps o 19-22 ps después de comenzar a aplicar el voltaje entre el electrodo 302 interior y el electrodo 304 exterior.

Debe anotarse que los bloques 906 y 908 también podrían implementarse, en realizaciones que no son parte de la invención, por otros medios para controlar (a) el voltaje entre el electrodo 302 interior y el electrodo 304 exterior y (b) el voltaje entre el electrodo 302 interior y el electrodo 303 intermedio, como reconocerá un experto en la técnica. Por ejemplo, en estas realizaciones que no son parte de la invención, una fuente de alimentación podría proporcionar un voltaje entre el electrodo 303 intermedio y el electrodo 304 exterior, en lugar de entre el electrodo interior y el electrodo intermedio. El voltaje 915 aplicado por la fuente 315 de alimentación entre el electrodo 102 interior y el electrodo 303 intermedio podría estar dentro de un rango de 2 kV a 30 kV. El voltaje 915 podría aplicarse por una duración 942 (véase figura 14) dentro de un rango de 50 a 400 ps.

El plasma 918 por pinzamiento en Z puede exhibir un flujo axial cizallado y tener un radio entre 0.1 mm y 5 mm, una temperatura de iones entre 900 y 2000 eV, una temperatura de electrones superior a 500 eV, una densidad de número de iones superior a 1*1023 iones/m3 o una densidad de número de electrones superior a 1*1023 electrones/m3, un campo magnético de más de 8 T, y/o puede ser estable durante al menos 10 ps.

Los diversos aspectos de ejemplo y realizaciones de ejemplo divulgados en este documento son con propósitos de ilustración y son posibles otras realizaciones sin apartarse del alcance de la invención, que se determinará mediante las reivindicaciones anexas.

Claims (19)

REIVINDICACIONES

1. Un sistema (300) de confinamiento de plasma que comprende:

un electrodo (302) interior provisto de un primer extremo (318);

un electrodo (304) exterior que rodea sustancialmente al electrodo (302) interior;

un electrodo (303) intermedio que mira hacia el electrodo (302) interior;

una o más primeras válvulas (306) configuradas para dirigir gas desde dentro del electrodo (302) interior a una región (310) de aceleración entre el electrodo (302) interior y el electrodo (304) exterior;

dos o más segundas válvulas (312) configuradas para dirigir gas desde fuera del electrodo (304) exterior a la región (310) de aceleración;

una primera fuente (314) de alimentación configurada para aplicar un voltaje entre el electrodo (302) interior y el electrodo (304) exterior; y

una segunda fuente (315) de alimentación configurada para aplicar un voltaje entre el electrodo (302) interior y el electrodo (303) intermedio;

una región (326) de ensamblaje dentro del electrodo (304) exterior entre el primer extremo (318) del electrodo (302) interior y el electrodo (303) intermedio, en donde

el sistema (300) de confinamiento de plasma está configurado para sostener un plasma por pinzamiento en Z dentro de la región (326) de ensamblaje.

2. El sistema (300) de confinamiento de plasma de la reivindicación 1, en donde el electrodo (303) intermedio es sustancialmente en forma de disco.

3. El sistema (300) de confinamiento de plasma de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el primer extremo (318) del electrodo (302) interior está entre un primer extremo (322) del electrodo (304) exterior y un segundo extremo (324) del electrodo (304) exterior, en donde el electrodo (302) interior, además del primer extremo (318), comprende un segundo extremo (320) opuesto.

4. El sistema (300) de confinamiento de plasma de una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, en donde la una o más primeras válvulas (306) están posicionadas axialmente entre el primer extremo (318) del electrodo (302) interior y un segundo extremo (320) del electrodo (302) interior.

5. El sistema (300) de confinamiento de plasma de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la una o más primeras válvulas (306) están posicionadas dentro del electrodo (302) interior.

6. El sistema (300) de confinamiento de plasma de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde las dos o más segundas válvulas (312) están dispuestas fuera del electrodo (304) exterior.

7. El sistema (300) de confinamiento de plasma de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende además un aislador (336) entre el electrodo (304) exterior y el electrodo (302) interior.

8. El sistema (300) de confinamiento de plasma de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende además un aislador (337) entre un extremo (322) del electrodo (304) exterior y el electrodo (303) intermedio.

9. Un método para operar un sistema (300) de confinamiento de plasma, comprendiendo el método:

dirigir gas, a través de una o más primeras válvulas (306), desde dentro de un electrodo (302) interior a una región (310) de aceleración entre el electrodo interior y un electrodo (304) exterior que rodea sustancialmente al electrodo (302) interior;

dirigir gas, a través de dos o más segundas válvulas (312), desde fuera del electrodo (304) exterior a la región (310) de aceleración;

aplicar, a través de una primera fuente de alimentación, un voltaje entre el electrodo (302) interior y el electrodo (304) exterior, convirtiendo de esa manera al menos una porción del gas dirigido en un plasma que tiene una sección transversal sustancialmente anular, fluyendo el plasma axialmente dentro de la región (310) de aceleración hacia un primer extremo (318) del electrodo (302) interior y un primer extremo (322) del electrodo (304) exterior; y aplicar, a través de una segunda fuente (315) de alimentación, un voltaje entre el electrodo (302) interior y un electrodo (303) intermedio para establecer un plasma por pinzamiento en Z que fluye entre el electrodo (303) intermedio y el primer extremo (318) del electrodo (302) interior, en donde el electrodo (303) intermedio se posiciona en un primer extremo (322) del electrodo (304) exterior, y en donde el plasma por pinzamiento en Z fluye en una región (326) de ensamblaje dentro del electrodo exterior entre el primer extremo (318) del electrodo (302) interior y el electrodo (303) intermedio.

10. El método de la reivindicación 9, en donde el electrodo (303) intermedio es sustancialmente en forma de disco.

11. El método de la reivindicación 9 o 10, en donde la una o más primeras válvulas (306) se posicionan axialmente entre el primer extremo (318) del electrodo (302) interior y un segundo extremo (320) del electrodo (302) interior.

12. El método de cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, en donde dirigir el gas a través de la una o más primeras válvulas (306) comprende proporcionar un primer voltaje de válvula a la una o más primeras válvulas (306) seguido de proporcionar un segundo voltaje de válvula a la una o más primeras válvulas (306).

13. El método de cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12, en donde dirigir el gas a través de las dos o más segundas válvulas (312) comprende proporcionar un tercer voltaje de válvula a las dos o más segundas válvulas (312) seguido de proporcionar un cuarto voltaje de válvula a las dos o más segundas válvulas (312).

14. El método de cualquiera de las reivindicaciones 9 a 13, en donde el plasma por pinzamiento en Z tiene un radio entre 0.1 mm y 5 mm.

15. El método de cualquiera de las reivindicaciones 9 a 14, en donde el plasma por pinzamiento en Z tiene una temperatura de iones entre 900 y 2000 eV y una temperatura de electrones superior a 500 eV.

16. El método de cualquiera de las reivindicaciones 9 a 15, en donde el plasma por pinzamiento en Z tiene una densidad de número de iones superior a 1*1023 iones/m3 o una densidad de número de electrones superior a 1*1023 electrones/m3.

17. El método de cualquiera de las reivindicaciones 9 a 16, en donde el plasma por pinzamiento en Z exhibe flujo cizallado.

18. El método de cualquiera de las reivindicaciones 9 a 17, en donde el plasma por pinzamiento en Z exhibe un campo magnético de más de 8 T

19. El método de cualquiera de las reivindicaciones 9 a 18, en donde el plasma por pinzamiento en Z exhibe estabilidad durante al menos 10 ps.