JP2017531188A - コンパクトトーラスを融合および圧縮するためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

２つのコンパクトトーラスを加熱し、相互に向かって加速させ、最終的には、コンパクトトーラスを中心チャンバ内で衝突させ、圧縮するための連続軸方向対称加速および断熱圧縮段階を利用する、システムおよび方法。代替として、第１のコンパクトトロイドを加熱し、中心チャンバに向かって加速させ、その中に位置付け、第２のコンパクトトロイドを加熱し、中心チャンバに向かって加速させ、最終的には、第１および第２のコンパクトトロイドを衝突および融合させ、コンパクト融合されたトーラスを中心チャンバ内で圧縮するための連続軸方向非対称加速および断熱圧縮段階を利用する、システムおよび方法。

Description

（分野）
本明細書に説明される実施形態は、概して、パルスプラズマシステムに関し、より具体的には、優れた安定性ならびに有意に低減された損失および増加した効率を伴う、コンパクトトーラスを融合および圧縮をすることを促進する、システムおよび方法に関する。

（背景情報）
磁場反転配位（ＦＲＣ）は、コンパクトトロイドとして知られる磁気プラズマ閉じ込めトポロジの分類に属する。これは、主に、ポロイダル磁場を呈し、自然発生のトロイダル磁場がない、または少ない（Ｍ． Ｔｕｓｚｅｗｓｋｉ， Ｎｕｃｌ． Ｆｕｓｉｏｎ ２８， ２０３３（１９８８）参照）。そのような構成の魅力は、構築および保守が容易なその単純幾何学形状、エネルギーの抽出および灰の除去を促進する無制限の自然ダイバータ、ならびに非常に高平均（または外部）β（βは、ＦＲＣ内側の平均プラズマ圧力と平均磁場圧力の比率である）、すなわち、高パワー密度である。β計測値はまた、磁気効率の非常に良好な測定値でもある。例えば、１に近い、高平均β値は、展開される磁気エネルギーの効率的使用を表し、故に、最も経済的動作に不可欠である。高平均βはまた、Ｄ−Ｈｅ^３およびｐ−Ｂ^１１等の非中性子燃料の使用を非常に有効にする。

ＦＲＣを形成する従来の方法は、磁場反転シータピンチ技術を使用し、高温高密度のプラズマを生成する（Ａ． Ｌ． Ｈｏｆｆｍａｎ ａｎｄ Ｊ． Ｔ． Ｓｌｏｕｇｈ， Ｎｕｃｌ． Ｆｕｓｉｏｎ ３３， ２７（１９９３）参照）。これに関する変形例は、シータピンチ「源」内に生成されたプラズマが、概ね即座に形成領域から閉じ込めチャンバの中に吐出される、移行トラップ方法である。移行するプラズモイドは、次いで、閉じ込めチャンバの端部における２つの強力なミラー間にトラップされる（例えば、Ｈ． Ｈｉｍｕｒａ， Ｓ． Ｏｋａｄａ， Ｓ． Ｓｕｇｉｍｏｔｏ， ａｎｄ Ｓ． Ｇｏｔｏ， Ｐｈｙｓ． Ｐｌａｓｍａｓ ２，１９１（１９９５）参照）。いったん閉じ込めチャンバ内に入ると、ビーム入射（中性または中和された）、回転磁場、ＲＦまたはオーム加熱等の様々な加熱および電流駆動方法を適用してもよい。源と閉じ込め機能のこの分離は、潜在的な将来の核融合炉に対して重要な工学的利点を提供する。ＦＲＣは、非常に堅固であり、動的形成、移行、および激しい捕捉事象に耐性があることが判明している。さらに、ＦＲＣは、好ましいプラズマ状態を担う傾向を示す（例えば、Ｈ． Ｙ． Ｇｕｏ， Ａ． Ｌ． Ｈｏｆｆｍａｎ， Ｋ． Ｅ． Ｍｉｌｌｅｒ， ａｎｄ Ｌ． Ｃ． Ｓｔｅｉｎｈａｕｅｒ， Ｐｈｙｓ． Ｒｅｖ． Ｌｅｔｔ． ９２， ２４５００１（２００４）参照）。他のＦＲＣの形成方法、すなわち、逆向きのヘリシティをもつスフェロマックの融合（例えば、Ｙ． Ｏｎｏ， Ｍ． Ｉｎｏｍｏｔｏ， Ｙ． Ｕｅｄａ， Ｔ． Ｍａｔｓｕｙａｍａ， ａｎｄ Ｔ． Ｏｋａｚａｋｉ， Ｎｕｃｌ． Ｆｕｓｉｏｎ ３９， ２００１（１９９９）参照）、ならびにこれもさらに安定性を提供する、回転磁場（ＲＭＦ）を用いて電流を駆動することによる（例えば、Ｉ． Ｒ． Ｊｏｎｅｓ， Ｐｈｙｓ． Ｐｌａｓｍａｓ ６， １９５０（１９９９）参照）発展が過去１０年に著しく進歩を遂げた。

ＦＲＣは、区分線の内側の閉鎖磁力線のトーラスと、区分線のすぐ外側の開放磁力線上の環状縁層とから成る。縁層は、ＦＲＣ長を超える噴射に合体し、自然ダイバータを提供する。ＦＲＣトポロジは、磁場反転ミラープラズマのものと一致する。しかしながら、有意な差異は、ＦＲＣプラズマが約１０の内部βを有することができることである。固有の低内部磁場は、ある常在性の運動粒子集合、すなわち、ＦＲＣ短半径と比較して大ラーマー半径を伴う粒子を提供する。これは、最近の衝突融合実験において生成されたもの等、過去および現在のＦＲＣの総合的安定性に少なくとも部分的に寄与すると考えられる、これらの強固な運動効果である。

最近、かなり昔に提案された衝突融合技法（例えば、Ｄ． Ｒ． Ｗｅｌｌｓ， Ｐｈｙｓ． Ｆｌｕｉｄｓ ９， １０１０（１９６６）参照）がさらに著しく発展した。すなわち、閉じ込めチャンバの対向する端部で２つの別個のシータピンチが、同時に２つのプラズモイド（例えば、２つのコンパクトトーラス）を生成し、プラズモイドを互いに向かって高速度で加速させ、次いで、閉じ込めチャンバの中心で衝突し、複合ＦＲＣを形成するために融合する。今までで最大のＦＲＣ実験の１つの構築および成功した動作において、従来の衝突融合法は、安定して長持ちし、高磁束、高温のＦＲＣを生成することを示した（例えば、Ｍ． Ｂｉｎｄｅｒｂａｕｅｒ， Ｈ． Ｙ． Ｇｕｏ， Ｍ． Ｔｕｓｚｅｗｓｋｉ ｅｔ ａｌ．， Ｐｈｙｓ． Ｒｅｖ． Ｌｅｔｔ． １０５， ０４５００３（２０１０）参照（参照することによって本明細書に組み込まれる））。関連実験では、同一研究者チームは、衝突融合技法と同時軸方向加速および半径方向圧縮を組み合わせ、高密度過渡プラズマを中心圧縮チャンバ内で生成した（Ｖ． Ｂｙｓｔｒｉｔｓｋｉｉ， Ｍ． Ａｎｄｅｒｓｏｎ， Ｍ． Ｂｉｎｄｅｒｂａｕｅｒ ｅｔ ａｌ．， Ｐａｐｅｒ Ｐ１−１， ＩＥＥＥ ＰＰＰＳ ２０１３、Ｓａｎ Ｆｒａｎｃｉｓｃｏ， ＣＡ．（以降、「Ｂｙｓｔｒｉｔｓｋｉｉ」）参照（参照することによって本明細書に組み込まれる））。本後者の実験は、最終衝突融合前に多数の加速および圧縮段階を利用することをＢｙｓｔｒｉｔｓｋｉｉにおいて報告しており、本特許出願の主題のシステムの先駆的概念を表す。

本明細書に説明される実施形態とは対照的に、Ｂｙｓｔｒｉｔｓｋｉｉに説明される先駆的システムは、アクティブ高速磁気コイルを使用することによる、同一段階内でのコンパクトトーラスの同時圧縮および加速を特徴とした。５つのそのような段階が、融合されたコンパクトトーラスを磁気圧縮する前に、中心圧縮チャンバの両側で展開された。先駆的実験は、相当な性能を達成したが、以下の欠点を呈している。（１）同時圧縮および加速が、タイミング不整合に起因して、磁気圧縮のために展開される駆動力エネルギーの非効率的使用につながった。（２）温度および密度が、プラズマが区分間の遷移の間に拡張するにつれて、低下した。（３）隣接する区分間の急遷移が、プラズマ壁接触および衝撃波の発生に起因して、大損失につながった。

安定性の基本的課題に加え、中密度領域におけるパルス核融合概念は、適正な移送時間スケール、効率的駆動力、反復率能力、および適切な最終標的条件に対処する必要があるであろう。先駆的システムは、有望な標的条件において安定した単回放出の達成に成功したが、形成と最終標的パラメータとの間の集合的損失（現在、エネルギー、磁束、および粒子の約９０％）ならびに駆動力とプラズマとの間の結合効率（現在、約１０〜１５％）は、実質的に改良される必要がある。

前述に照らして、したがって、移行および圧縮損失の有意な低減ならびに駆動力効率の増加を促進する、パルス核融合概念のための改良されたシステムおよび方法を提供することが望ましい。

（要約）
本明細書に提供される本実施形態は、優れた安定性ならびに移行および圧縮損失の有意な低減および駆動力とプラズマとの間の結合効率の増加を伴う、コンパクトトーラスの融合および圧縮を促進する、システムおよび方法を対象とする。そのようなシステムおよび方法は、コンパクト中性子源（医療用同位体生産、核廃棄物浄化、材料研究、中性子Ｘ線撮影、および断層撮影のため）、コンパクト光子源（化学生産および処理のため）、質量分離および濃縮システム、ならびに将来のエネルギー生成および核融合推進システムのための軽核の融合用炉心を含む、あらゆる種々の用途への道すじを提供する。

本明細書に説明されるシステムおよび方法は、２つのコンパクトトーラスを相互に向かって加速および加熱し、最終的には、中心圧縮チャンバ内でコンパクトトーラスを衝突および高速磁気圧縮するための連続軸方向対称加速および断熱圧縮段階の適用に基づく。

ある実施形態では、コンパクトトーラスを融合および圧縮するためのシステムは、コンパクトトーラス形成、高速アクティブ磁気コイルによる軸方向加速、円錐形に狭小化する磁束コンサーバを用いた受動的断熱圧縮、ならびにコンパクトトーラスの最終的融合および中心圧縮チャンバ内における最終高速磁気圧縮の段階化された対称シーケンスを備える。十分な軸方向加速後に断熱圧縮が続く中間ステップは、複数回繰り返され、融合および最終圧縮前に、適正な標的条件を達成することができる。このように、反応器は、さらなる区分をシステムに追加することによって実現されることができる。

形成および加速段階または区分ならびに中心圧縮チャンバは、好ましくは、例えば、セラミック等の非伝導性または絶縁材料から形成される壁とともに円筒形に成形される。圧縮段階または区分は、好ましくは、例えば、金属等の伝導性材料から形成される壁とともに円錐台に成形される。

低速コイルによって供給される磁気バイアス場（ＤＣ誘導場）に加え、形成区分、加速区分、および圧縮チャンバは、高速アクティブ磁気コイルを駆動させる、モジュール式パルスパワーシステムを含む。パルスパワーシステムは、コンパクトトーラスが、形成区分内の原位置で形成され、加速され、第１の圧縮区分の中に入射される（＝静的形成）、加速区分において加速され、次の圧縮区分の中に入射される等と続き、次いで、圧縮チャンバ内で磁気圧縮されることを可能にする。システム全体を通して、かつその軸に沿って位置する低速またはＤＣ磁気コイルシステムは、軸方向磁気誘導場を提供し、区分を通して中心圧縮チャンバの中央平面に向かって移行するにつれて、コンパクトトーラスを適切に中心付ける。

代替として、形成区分のモジュール式パルスパワーシステムはまた、コンパクトトーラスが同時に形成および加速される（＝動的形成）ように高速アクティブ磁気コイルを駆動させることができる。

本明細書に説明されるシステムおよび方法は、磁気閉じ込めにおいて公知の最高ベータプラズマの中でもとりわけＦＲＣを展開し、開始構成を提供する。さらに受動的および能動的圧縮は、本高効率的磁気トポロジに基づく。アクティブ高速磁石区分を介した軸方向加速の使用後、単純磁束保存円錐区分における断熱圧縮が続くプロセスは、最も複雑性の低いパルスパワー回路を用いて、エネルギーの最も効率的伝達を提供する。さらに、これらの基本構築ブロックは、シーケンス化され、本質的に好ましい圧縮スケーリング、すなわち、Δｐ∝Ｒ^４をさらに利用することができる。

別の実施形態では、本システムは、ＦＲＣ開始プラズマの代わりに、スフェロマクを展開するように構成される。

別の実施形態では、本システムは、コンパクトトーラス形成、高速アクティブ磁気コイルによる軸方向加速、円錐形に狭小化する磁束コンサーバを用いた受動的断熱圧縮、ならびにコンパクトトーラスの最終的融合および中心圧縮チャンバ内における最終高速磁気圧縮を備える、中心圧縮チャンバの片側からの段階化された非対称シーケンスを備える。そのような非対称システムは、中心圧縮の他側に隣接して位置付けられるミラーまたはバウンスコーンを含むであろう。

さらに別の実施形態では、本システムは、中心圧縮チャンバ内における高速ライナ圧縮のために、例えば、金属等の伝導性材料から成る、薄い円筒形シェルまたはライナを備える。

例示的実施形態の他のシステム、方法、特徴、および利点は、以下の図および発明を実施するための形態の精査に応じて当業者に明白である、または明白となるであろう。

本明細書の一部として含まれる、付随の図面は、現在好ましい実施形態を図示し、上記に与えられた概要および以下に与えられる発明を実施するための形態とともに、本発明の原理を説明および教示する役割を果たす。

図１は、コンパクトトーラスを形成、加速、断熱圧縮、融合し、最後に、磁気圧縮するためのシステムの基本レイアウトを図示する。 図２は、形成および加速区分のためのパルスパワーシステムの構成要素の概略を図示する。 図３は、個々のパルスパワー形成および加速スキッドの等角図を図示する。 図４は、形成および加速管アセンブリの等角図を図示する。 図５は、コンパクトトーラスを形成、加速、断熱圧縮、融合し、最後に、磁気圧縮するための非対称システムの代替実施形態の基本レイアウトを図示する。 図６は、中心圧縮チャンバ内の高速ライナ圧縮のために中心圧縮チャンバ内に位置付けられるシェルまたはライナを含むように修正された図１に示されるシステムの詳細図を図示する。

図は、必ずしも、正確な縮尺で描かれておらず、類似構造または機能の要素は、概して、図全体を通して、例証目的のために、類似参照番号によって表されることに留意されたい。また、図は、本明細書に説明される種々の実施形態の説明を促進するためだけに意図されていることに留意されたい。図は、必ずしも、本明細書に開示される教示のあらゆる側面を説明するものではなく、請求項の範囲を限定するものでもない。

（説明）
本明細書に提供される本実施形態は、優れた安定性ならびに有意な移行および圧縮損失の低減および駆動力とプラズマとの間の結合効率の増加を伴う、コンパクトトーラスの融合および圧縮を促進する、システムおよび方法を対象とする。そのようなシステムおよび方法は、コンパクト中性子源（医療用同位体生産、核廃棄物浄化、材料研究、中性子Ｘ線撮影、および断層撮影のため）、コンパクト光子源（化学生産および処理のため）、質量分離および濃縮システム、ならびに将来のエネルギー生成および核融合推進システムのための融合用炉心を含む、あらゆる種々の用途への道すじを提供する。

本明細書に説明されるシステムおよび方法は、２つのコンパクトトーラスを相互に向かって加速および加熱し、最終的に、中心圧縮チャンバ内でコンパクトトーラスを衝突および高速磁気圧縮するための連続軸方向対称加速および断熱圧縮段階の適用に基づく。図１は、コンパクトトーラスを形成、加速、断熱圧縮、融合し、最後に、磁気圧縮するためのシステム１０の基本レイアウトを図示する。

描写されるように、本システムは、形成区分１２Ｎおよび１２Ｓにおけるコンパクトトーラス形成、高速アクティブ磁気コイル３２Ｎ、３２Ｓ、３６Ｎ、および３６Ｓによる区分１２Ｎ、１２Ｓ、１６Ｎ、および１６Ｓを通した軸方向加速、区分１４Ｎ、１４Ｓ、１８Ｎ、および１８Ｓにおける円錐形に狭小化する磁束コンザーバを用いた受動的断熱圧縮、ならびにコンパクトトーラスの最終的融合および高速アクティブ磁気コイル４０による中心圧縮チャンバ２０における最終高速磁気圧縮の段階化された対称シーケンスを備える。図示されるように、十分な軸方向加速後に断熱圧縮が続く中間ステップは、複数回繰り返され、融合および最終圧縮前に、適正な標的条件を達成することができる。このように、反応器は、さらなる区分を描写されるシステムに追加することによって実現されることができる。

描写されるように、形成および加速段階または区分１２Ｎ、１２Ｓ、１６Ｎ、および１６Ｓならびに中心圧縮チャンバ２０は、好ましくは、例えば、セラミック等の非伝導性または絶縁材料から形成される壁とともに円筒形に成形される。圧縮段階または区分１４Ｎ、１４Ｓ、１８Ｎ、および１８Ｓは、好ましくは、例えば、金属等の伝導性材料から形成される壁とともに円錐台に成形される。

低速受動的コイル３０によって供給される磁気バイアス場（ＤＣ誘導場）に加え、形成区分１２Ｎおよび１２Ｓ、加速区分１６Ｎおよび１６Ｓ、ならびに圧縮チャンバ２０は、高速アクティブ磁気コイル３２Ｎ、３２Ｓ、３６Ｎ、３６Ｓ、および４０を駆動させる、モジュール式パルスパワーシステムを含む。パルスパワーシステムは、コンパクトトーラスが、形成区分１２Ｎおよび１２Ｓ内の原位置で形成され、加速され、第１の圧縮区分１４Ｎおよび１４Ｓの中に入射され（＝静的形成）、加速区分１６Ｎおよび１６Ｓにおいて加速され、次の圧縮区分１８Ｎおよび１８Ｓの中に入射される等と続き、次いで、圧縮チャンバ２０内で磁気圧縮されることを可能にする。システム全体を通して、かつその軸に沿って位置する低速受動的磁気コイルシステム３０は、軸方向磁気誘導場を提供し、コンパクトトーラスを適切に中心付ける。

代替として、形成区分のモジュール式パルスパワーシステムはまた、コンパクトトーラスが同時に形成および加速されるように（＝動的形成）高速磁気コイルを駆動させることができる。

本明細書に説明されるシステムおよび方法は、磁気閉じ込めにおいて公知の最高ベータプラズマの中でもとりわけＦＲＣを展開し、開始構成を提供する。さらに、受動的および能動的圧縮は、本高効率的磁気トポロジに基づく。アクティブ高速磁石区分を介した軸方向加速の使用後、単純磁束保存円錐区分における断熱圧縮が続くプロセスは、最も複雑性の低いパルスパワー回路を用いて、エネルギーの最も効率的伝達を提供する。さらに、これらの基本構築ブロックは、シーケンス化され、本質的に好ましい圧縮スケーリング、すなわち、Δｐ∝Ｒ^４をさらに利用することができる

これまでの実験および理論的研究に基づいて、ＦＲＣ開始プラズマを使用する、Ｂｙｓｔｒｉｔｓｋｉｉによって説明されるような先駆的実験は、１ｋｅＶにおいて約１０^１７ｃｍ^−３の密度を達成している。本明細書に提案される実施形態は、さらなる段階および適切なアップグレードを中心チャンバに追加しながら、１ｋｅＶにおいて約１０^１８ｃｍ^−３の密度に達すると推定され、高速磁気コイルは、完全ローソン条件において約１０^１８ｃｍ^−３の究極密度をもたらすことができる。

別の実施形態では、本システムは、ＦＲＣ開始プラズマの代わりに、スフェロマクを展開するように構成される。

別の実施形態では、本システムは、コンパクトトーラス形成、高速アクティブ磁気コイルによる軸方向加速、円錐形に狭小化する磁束コンサーバを用いた受動的断熱圧縮、ならびにコンパクトトーラスの最終的融合および中心圧縮チャンバ内における最終高速磁気圧縮を備える、中心圧縮チャンバの片側からの段階化された非対称シーケンスを備える。そのような非対称システムは、ミラーまたはバウンスコーンを含むであろう。

さらに別の実施形態では、本システムは、中心圧縮チャンバ内における高速ライナ圧縮のために、例えば、金属等の伝導性材料から成る、薄い円筒形シェルまたはライナを備える。

今日の核融合概念は、定常状態または超短パルス領域のいずれかに焦点を当てる。両アプローチとも、大規模な設備投資を要求する。すなわち、定常状態磁気核融合では、大型の超伝導性磁石および補助加熱／電流駆動技術から、高額な費用が生じる。慣性領域は、ナノ秒時間スケールにわたる大量のエネルギー送達に起因して、高駆動力コストがかかる。本明細書で進歩した実施形態は、コンパクトサイズおよびサブミリ秒の時間スケールによって特徴付けられる。これは、ピークパワー要件を軽減した領域および魅力的中間時間スケールにつながる。

図面に詳細に目を向けると、図１に描写されるように、コンパクトトーラスプラズマを融合および圧縮するためのシステム１０は、中心圧縮チャンバ２０と、一対の北側および南側の直径方向に対向するコンパクトトーラス形成区分１２Ｎおよび１２Ｓとを含む。第１および第２の形成区分１２Ｎおよび１２Ｓは、第１および第２のコンパクトプラズマトーラスを発生させ、コンパクトトーラスを圧縮チャンバ２０の中央平面に向かって軸方向に加速および移行させるためのモジュール化された形成および加速システム１２０（図２−４に関して詳細に以下で論じる）を含む。

描写されるように、システム１０はさらに、第１の端部上において北側および南側形成区分１２Ｎおよび１２Ｓの出口端に結合される、第１の対の北側および南側の直径方向に対向する圧縮区分１４Ｎおよび１４Ｓを含む。北側および南側圧縮区分１４Ｎおよび１４Ｓは、コンパクトトーラスが北側および南側圧縮区分１４Ｎおよび１４Ｓを圧縮チャンバ２０の中央平面に向かって横断するにつれて、コンパクトトーラスを断熱圧縮するように構成される。

描写されるように、システム１０はさらに、第１の端部上において第１の対の北側および南側圧縮区分１４Ｎおよび１４Ｓの第２の端部に結合される、一対の北側および南側の直径方向に対向する加速区分１６Ｎおよび１６Ｓを含む。北側および南側加速区分１６Ｎおよび１６Ｓは、コンパクトトーラスを圧縮チャンバ２０の中央平面に向かって軸方向に加速および移行させるためのモジュール化された加速システム（図２−４に関して以下に論じられる）を含む。

さらに描写されるように、システム１０はさらに、第１の端部上において北側および南側加速区分１６Ｎおよび１６Ｓの第２の端部に、第２の端部において圧縮チャンバの第１および第２の直径方向に対向する端部に結合される、第２の対の北側および南側の直径方向に対向する圧縮区分１８Ｎおよび１８Ｓを含み、第２の対の北側および南側圧縮区分１８Ｎおよび１８Ｓは、コンパクトトーラスが圧縮チャンバ２０の中央平面に向かって第２の対の北側および南側圧縮区分１８Ｎおよび１８Ｓを横断するにつれて、コンパクトトーラスを断熱圧縮するように構成される。

圧縮チャンバは、その衝突および融合に応じてコンパクトトーラスを磁気圧縮するように構成される、モジュール化された圧縮システムを含む。

描写されるように、北側および南側形成区分１２Ｎおよび１２Ｓ、北側および南側加速区分１６Ｎおよび１６Ｓ、ならびに圧縮チャンバ２０は、円筒形に成形される。北側および南側加速区分１６Ｎおよび１６Ｓの直径は、北側および南側形成区分１２Ｎおよび１２Ｓの直径より小さい一方、圧縮チャンバの直径２０は、北側および南側加速区分１６Ｎおよび１６Ｓの直径より小さい。

第１および第２の対の北側および南側圧縮区分１４Ｎ、１４Ｓ、１８Ｎ、および１８Ｓは、円錐台に成形され、その直径は、第２の端部におけるより第１の端部上において大きく、形成区分１２Ｎおよび１２Ｓから、加速区分１６Ｎおよび１６Ｓへ、そこから圧縮チャンバ２０へのシステム１０の全体的直径における遷移を可能にする。描写されるように、北側および南側形成区分１２Ｎおよび１２Ｓ、第１の対の北側および南側圧縮区分１４Ｎおよび１４Ｓ、北側および南側加速区分１６Ｎおよび１６Ｓ、ならびに第２の対の北側および南側圧縮区分１８Ｎおよび１８Ｓは、軸方向に対称である。

描写されるように、第１および第２のセットの複数のアクティブ磁気コイル３２Ｎおよび３２は、北側および南側形成区分１２Ｎおよび１２Ｓを中心として、かつそれに沿って軸方向に配置され、第３および第４のセットの複数のアクティブ磁気コイル３６Ｎおよび３６Ｓは、北側および南側加速区分１６Ｎおよび１６Ｓを中心として、かつそれに沿って軸方向に配置され、第５のセットの複数のアクティブ磁気コイル４０は、圧縮チャンバ２０を中心として、かつそれに沿って軸方向に配置される。

圧縮区分１４Ｎ、１４Ｓ、１８Ｎ、および１８Ｓは、好ましくは、例えば、金属等の伝導性材料から形成される一方、中心圧縮チャンバ２０および形成および加速区分は、１２Ｎ、１２Ｓ、１６Ｎおよび１６Ｓが、好ましくは、例えば、セラミック等の非伝導性または絶縁材料から形成される。

描写されるように、複数のＤＣ磁気コイル３０が、中心圧縮チャンバ２０ならびに形成、圧縮、および加速区分１２Ｎ、１２Ｓ、１４Ｎ、１４Ｓ、１６Ｎ、１６Ｓ、１８Ｎ、および１８Ｓを中心として、かつそれに沿って軸方向に配置され、中心圧縮チャンバならびに形成、圧縮、および加速区分内にあって、かつそれを通して軸方向に延在する、バイアスまたはＤＣ誘導場を形成する。

図２−４に示される、トリガ制御およびスイッチシステム１２０は、北側および南側形成区分１２Ｎおよび１２Ｓにおけるアクティブ磁気コイル３２Ｎおよび３２Ｓによるコンパクトトーラス形成、北側および南側加速区分１６Ｎおよび１６Ｓにおけるアクティブ磁気コイル３６Ｎおよび３６Ｓによる軸方向加速、ならびに圧縮チャンバ２０におけるアクティブ磁気コイル４０による圧縮の段階化された対称シーケンスを可能にするように構成される。トリガ制御およびスイッチシステム１２０は、北側および南側形成区分１２Ｎおよび１２Ｓにおけるコンパクトトーラス形成および加速、北側および南側加速区分１６Ｎおよび１６Ｓにおけるコンパクトトーラス加速、ならびに圧縮チャンバ２０内のコンパクトトーラスを融合および圧縮を同期させるように構成される。

図２−４に目を向けると、形成区分１２Ｎおよび１２Ｓ、加速区分１６Ｎおよび１６Ｓ、ならびに圧縮チャンバ２０の第１、第２、第３、第４、および第５のセットの複数のアクティブ磁石３２Ｎ、３２Ｓ、３６Ｎ、３６Ｓ、および４０の個々のものに対応し、それらに給電する、個々のパルスパワーシステム１２０が存在する。形成区分における、パルスパワーシステム１２０は、修正されたシータピンチ原理に基づいて動作し、コンパクトトーラスを形成する。図２から４は、パルスパワーシステム１２０の主要構築ブロックおよび配列を図示する。パルスパワーシステム１２０は、それぞれ、区分管１４０の周囲に巻着するストラップアセンブリ１３０（＝ストラップ）のコイル１３２のサブセットを励起させる個々のユニット（＝スキッド）１２２から成る、モジュール式パルスパワー配列から成る。各スキッド１２２は、コンデンサ１２１と、インダクタ１２３と、高速高電流スイッチ１２５および関連付けられたトリガ１２４と、ダンプ回路１２６とから成る。これらの構成要素の協調動作は、形成区分１２Ｎおよび１２Ｓ、加速区分１６Ｎおよび１６Ｓ、ならびに圧縮チャンバ２０のそれぞれ上のパルスパワーシステム１２０間の同期されたタイミングを可能にし、切替ジッタを数十分のナノ秒まで最小限にする、最新のトリガおよび制御システム１２４および１２６を介して達成される。本モジュール式設計の利点は、その柔軟性のある動作である。形成区分１２Ｎおよび１２Ｓでは、ＦＲＣは、原位置で形成され、次いで、加速および入射される（＝静的形成）、または同時に形成および加速される（＝動的形成）ことができる。

動作時、ＤＣ誘導場は、圧縮チャンバ２０、形成区分１２Ｎおよび１２Ｓ、加速区分１６Ｎおよび１６Ｓ、ならびに圧縮区分１４Ｎ、１４Ｓ、１８Ｎ、および１８Ｓ内に、かつそれを通して軸方向に延在する、受動的コイル３０によって発生される。コンパクトトーラスが、次いで、段階化された対称シーケンスで、形成区分１２Ｎおよび１２Ｓならびに加速区分１６Ｎおよび１６Ｓにおいて、形成され、中心チャンバ２０の中央平面に向かって加速され、圧縮区分１４Ｎ、１４Ｓ、１８Ｎ、および１８Ｓ内で受動的に断熱圧縮され、中心チャンバ２０内で融合および磁気圧縮される。コンパクトトーラスを形成、加速、および圧縮するこれらのステップは、中心チャンバ２０内でコンパクトトーラス衝突および融合をもたらす。

コンパクトトーラスは、形成区分１２Ｎおよび１２Ｓを中心として、かつそれに沿って軸方向に延在するアクティブ磁気コイル３２Ｎおよび３２Ｓに給電することによって形成および加速され、加速区分１６Ｎおよび１６Ｓを中心として、かつそれに沿って軸方向に延在するアクティブ磁気コイル３５Ｎおよび３６Ｓに給電することによってさらに加速され、圧縮チャンバ２０を中心として、かつそれに沿って軸方向に延在するアクティブ磁気コイル４０に給電することによって圧縮される。コンパクトトーラスを形成、加速、および圧縮するステップはさらに、形成１２Ｎおよび１２Ｓならびに加速区分１６Ｎおよび１６Ｓを中心として、かつそれに沿って位置付けられる直径方向に対向する対のアクティブ磁気コイル３２Ｎおよび３２Ｓならびに３６Ｎおよび３６Ｓと、圧縮チャンバ２０を中心として、かつそれに沿って位置付けられるアクティブ磁気コイル４０のセットとを同期して点弧することを含む。

コンパクトトーラスが、圧縮チャンバ２０の中央平面に向かって加速されるにつれて、コンパクトトーラスは、コンパクトトーラスが圧縮段階１４Ｎ、１４Ｓ、１８Ｎ、および１８Ｓの円錐形に狭小化する磁束コンザーバを通して移行すると圧縮される。

図５に目を向けると、コンパクトトーラスプラズマを融合および圧縮するためのシステム１００の代替実施形態が、図示される。描写されるように、システム１００は、中心圧縮チャンバ２０の片側からの段階化された非対称シーケンスを備える。システム１００は、単一コンパクトトロイド形成区分１２Ｓと、第１の端部上において形成区分の出口端１２Ｓに結合される第１の圧縮区分１４Ｓと、第１の端部上において圧縮区分１４Ｓの第２の端部に結合される加速区分１６Ｎと、第１の端部上において加速区分１６Ｓの第２の端部に、第２の端部において圧縮チャンバ２０の第１の端部に結合される第２の圧縮区分１８Ｓとを含む。ミラーまたはバウンスコーン５０は、中心圧縮２０の他端に隣接して位置付けられる。

動作時、第１のコンパクトトロイドは、段階化されたシーケンスにおいて、形成区分１２Ｓ内で形成および加速され、次いで、１つ以上の加速段階１６Ｓにおいて中心チャンバ２０の中央平面に向かって加速され、第２のコンパクトトロイドと衝突および融合させる。第１のコンパクトトロイドは、１つ以上の圧縮段階１４Ｓおよび１８Ｓ内で受動的に断熱圧縮され、次いで、中心チャンバ２０内で第２のコンパクトトロイドと融合されたコンパクトトロイドとして磁気圧縮される。

第２のコンパクトトロイドは、段階化されたシーケンスにおいて、形成区分１２Ｓ内で形成され、１つ以上の加速段階１６Ｓで、中心チャンバ２０の中央平面に向かって加速され、１つ以上の圧縮段階内で受動的に断熱圧縮され、次いで、中心チャンバ２０の端部に隣接して位置付けられるミラーまたはバウンスコーン５０を用いて、中心チャンバ２０を通して通過するにつれて、中心チャンバ２０の中央平面に向かって後方に付勢される。

図６に目を向けると、コンパクトトーラスプラズマを融合および圧縮するためのシステム２００の代替実施形態が、部分的詳細図に図示され、チャンバ２０の両側に結合される直径方向に対向する圧縮区分１８Ｎおよび１８Ｓを伴う、圧縮チャンバ２０を示す。システム２００はさらに、高速ライナ圧縮のために中心圧縮チャンバ２０内に位置付けられる円筒形シェルまたはライナ６０を備える。

本発明は、種々の修正および代替形態を受け得るが、その具体的実施例が、図面に示され、本明細書に詳細に説明される。しかしながら、本発明は、開示される特定の形態または方法に限定されず、対照的に、本発明は、添付の請求項の精神および範囲内にある、あらゆる修正、均等物、および代替を網羅することを理解されたい。

前述の説明では、説明の目的のためだけに、具体的専門用語が、本開示の完全な理解を提供するために記載される。しかしながら、これらの具体的詳細が、本開示の教示を実践するために要求されないことは、当業者に明白となるであろう。

代表的実施例および従属請求項の種々の特徴は、本教示の付加的有用実施形態を提供するために、具体的かつ明示的に列挙されていない方法で組み合わせられてもよい。また、全ての値範囲または実体の群の指示は、本来の開示の目的のために、ならびに請求される主題を制限する目的のために、あらゆる可能性のある中間値または中間実体を開示することにも、明示的に留意されたい。

コンパクトトーラスを融合および圧縮するためのシステムおよび方法が、開示された。本明細書に説明される実施形態は、解説の目的のためのものであって、本開示の主題の限定と見なされるべきではないことを理解されたい。本発明の範囲または精神から逸脱することなく、種々の修正、使用、代用、組み合わせ、改良、生産方法が、当業者に明白となるであろう。例えば、読者は、別様に記載されない限り、本明細書に説明されるプロセス作用の具体的順序および組み合わせが、単に、例証であって、本発明が、異なるまたは付加的プロセス作用、あるいはプロセス作用の異なる組み合わせまたは順序を使用して、行われることができることを理解されたい。別の実施例として、一実施形態の各特徴は、他の実施形態に示される他の特徴と混合および整合することができる。同様に、当業者に周知の特徴およびプロセスは、所望に応じて組み合わせられてもよい。加えて、明らかに、特徴は、所望に応じて追加または削除されてもよい。故に、本発明は、添付の請求項およびその均等物に照らしてのみ、制限されるべきである。

Claims (59)

1. コンパクトトーラスプラズマを融合および圧縮するためのシステムであって、
   圧縮チャンバと、
   第１および第２の直径方向に対向するコンパクトトーラス形成区分であって、前記第１および第２の形成区分は、第１および第２のプラズマコンパクトトーラスを発生させ、前記コンパクトトーラスを軸方向に加速させ、前記コンパクトトーラスを前記圧縮チャンバの中央平面に向かって移行させるためのモジュール化された形成および加速システムを備える、第１および第２の形成区分と、
   第１の端部上において前記第１および第２の形成区分の出口端に結合されている、第１および第２の直径方向に対向する圧縮区分であって、前記第１および第２の圧縮区分は、前記コンパクトトーラスが前記圧縮チャンバの中央平面に向かって前記第１および第２の圧縮区分を横断するにつれて、前記コンパクトトーラスを断熱圧縮するように構成されている、第１および第２の圧縮区分と、
   第１の端部上において前記第１および第２の圧縮区分の第２の端部に結合されている、第１および第２の直径方向に対向する加速区分であって、前記第１および第２の加速区分は、前記コンパクトトーラスを軸方向に加速させ、前記コンパクトトーラスを前記圧縮チャンバの中央平面に向かって移行させるためのモジュール化された加速システムを備える、第１および第２の加速区分と、
   第１の端部上において前記第１および第２の加速区分の第２の端部に、かつ、第２の端部において前記圧縮チャンバの第１および第２の直径方向に対向する端部に結合されている、第３および第４の直径方向に対向する圧縮区分であって、前記第３および第４の圧縮区分は、前記コンパクトトーラスが前記圧縮チャンバの中央平面に向かって前記第３および第４の圧縮区分を横断するにつれて、前記コンパクトトーラスを断熱圧縮するように構成されている、第３および第４の圧縮区分と
   を備える、システム。
2. 前記圧縮チャンバは、その衝突および融合に応じて前記コンパクトトーラスを磁気圧縮するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
3. 前記圧縮チャンバは、その衝突および融合に応じて前記コンパクトトーラスを磁気圧縮するためのモジュール化された加速システムを備える、請求項１に記載のシステム。
4. 前記第１および第２の形成区分、前記第１および第２の加速区分、ならびに前記圧縮チャンバは、円筒形に成形され、前記第１および第２の加速区分の直径は、前記第１および第２の形成区分の直径より小さく、前記圧縮チャンバの直径は、前記第１および第２の加速区分の直径より小さい、請求項１から３に記載のシステム。
5. 前記第１、第２、第３、および第４の圧縮区分は、円錐台に成形され、前記第１、第２、第３、および第４の圧縮区分の直径は、前記第２の端部より第１の端部において大きい、請求項１から４に記載のシステム。
6. 前記第１および第２の形成区分、前記第１および第２の圧縮区分、前記第１および第２の加速区分、ならびに前記第３および第４の圧縮区分は、軸方向に対称である、請求項１から５に記載のシステム。
7. 複数のアクティブ磁気コイルは、前記第１および第２の形成区分、前記第１および第２の加速区分、ならびに前記圧縮チャンバを中心として、かつそれらに沿って軸方向に配置されている、請求項１から６に記載のシステム。
8. 前記第１および第２の形成区分におけるコンパクトトーラス形成と前記第１および第２の加速区分におけるアクティブ磁気コイルによる軸方向加速との段階化された対称シーケンスを可能にするように構成されている、トリガ制御およびスイッチシステムをさらに備える、請求項１から７に記載のシステム。
9. トリガ制御およびスイッチシステムは、前記第１および第２の形成区分における前記コンパクトトーラス形成および加速を同期させ、前記第１および第２の加速区分における前記コンパクトトーラス加速を同期させるように構成されている、請求項１から８に記載のシステム。
10. 前記トリガ制御およびスイッチシステムはさらに、前記磁気圧縮を、前記第１および第２の形成区分における前記コンパクトトーラス形成および加速ならびに前記第１および第２の加速区分における前記コンパクトトーラス加速と同期させるように構成されている、請求項９に記載のシステム。
11. 中心圧縮チャンバならびに前記形成、圧縮、および加速区分を中心として、かつそれらに沿って軸方向に配置されて、前記中心圧縮チャンバならびに前記形成、圧縮、および加速区分内においてそれらを通して軸方向に延在するバイアスまたはＤＣ誘導場を形成する、複数のＤＣ磁気コイルをさらに備える、請求項１から１０に記載のシステム。
12. 高速ライナ圧縮のために中心圧縮チャンバ内に位置付けられている、円筒形シェルまたはライナをさらに備える、請求項１から１１に記載のシステム。
13. コンパクトトーラスプラズマを融合および圧縮するためのシステムであって、
    圧縮チャンバと、
    コンパクトトロイド形成区分であって、前記形成区分は、コンパクトトロイドを発生させ、前記コンパクトトロイドを軸方向に加速させ、前記コンパクトトロイドを前記圧縮チャンバの中央平面に向かって移行させるためのモジュール化された形成および加速区分を備える、形成区分と、
    第１の端部上において前記形成区分の出口端に結合された第１の圧縮区分であって、前記第１の圧縮区分は、前記コンパクトトロイドが前記圧縮チャンバの中央平面に向かって前記第１の圧縮区分を横断するにつれて、前記コンパクトトロイドを断熱圧縮するように構成されている、第１の圧縮区分と、
    第１の端部上において前記第１の圧縮区分の第２の端部に結合された加速区分であって、前記加速区分は、前記コンパクトトロイドを軸方向に加速させ、前記コンパクトトロイドを前記圧縮チャンバの中央平面に向かって移行させるためのモジュール化された加速システムを備える、加速区分と、
    第１の端部上において前記加速区分の第２の端部に、かつ、第２の端部において前記圧縮チャンバの第１の端部に結合された第２の圧縮区分であって、前記第２の圧縮区分は、前記コンパクトトロイドが前記圧縮チャンバの中央平面に向かって前記第２の圧縮区分を横断するにつれて、前記コンパクトトロイドを断熱圧縮するように構成されている、第２の圧縮区分と
    を備える、システム。
14. 前記圧縮チャンバは、前記コンパクトトロイドを磁気圧縮するように構成されている、請求項１３に記載のシステム。
15. 前記形成区分、前記加速区分、および前記圧縮チャンバは、円筒形に成形され、前記加速区分の直径は、前記形成区分の直径より小さく、前記圧縮チャンバの直径は、前記加速区分の直径より小さい、請求項１３および１４に記載のシステム。
16. 前記第１および第２の圧縮区分は、円錐台に成形され、前記第１および第２の圧縮区分の直径は、前記第２の端部より前記第１の端部において大きい、請求項１３から１５に記載のシステム。
17. 前記形成区分、前記第１および第２の圧縮区分、前記加速区分、ならびに前記圧縮チャンバは、軸方向に整合されている、請求項１３から１６に記載のシステム。
18. 複数のアクティブ磁気コイルは、前記形成区分、前記加速区分、および前記圧縮チャンバを中心として、かつそれらに沿って軸方向に配置されている、請求項１３から１７に記載のシステム。
19. コンパクトトロイド形成およびアクティブ磁気コイルによる軸方向加速の段階化されたシーケンスを可能にするように構成されている、トリガ制御およびスイッチシステムをさらに備える、請求項１３から１８に記載のシステム。
20. 前記トリガ制御およびスイッチシステムはさらに、段階化されたシーケンスにおけるアクティブ磁気コイルによる前記コンパクトトロイドの磁気圧縮後、コンパクトトロイド形成およびアクティブ磁気コイルによる軸方向加速の段階化されたシーケンスが続くことを可能にように構成されている、請求項１９に記載のシステム。
21. 前記トリガ制御およびスイッチシステムは、前記形成区分における前記コンパクトトロイド形成および加速を同期させ、前記加速区分における前記コンパクトトロイド加速を前記圧縮チャンバの中央平面における第２のコンパクトトロイドの位置付けと同期させるように構成されている、請求項１９に記載のシステム。
22. 前記トリガ制御およびスイッチシステムはさらに、前記コンパクトトロイドおよび前記第２のコンパクトトロイドの圧縮を、前記形成区分における前記コンパクトトロイド形成および加速、前記加速区分における前記コンパクトトロイド加速、ならびに前記圧縮チャンバの中央平面における前記第２のコンパクトトロイドの位置付けと同期させるように構成されている、請求項２０に記載のシステム。
23. 中心圧縮チャンバならびに前記形成、圧縮、および加速区分を中心として、かつそれらに沿って軸方向に配置されて、前記中心圧縮チャンバならびに前記形成、圧縮、および加速区分内においてそれらを通して軸方向に延在するバイアスまたはＤＣ誘導場を形成する、複数のＤＣ磁気コイルをさらに備える、請求項１３から２２に記載のシステム。
24. 高速ライナ圧縮のために中心圧縮チャンバ内に位置付けられている、円筒形シェルまたはライナをさらに備える、請求項１３から２３に記載のシステム。
25. 中心圧縮チャンバの第２の端部に結合されている、ミラーおよびバウンスコーンのうちの１つをさらに備える、請求項１３から２４に記載のシステム。
26. コンパクトトーラスプラズマを融合および圧縮するためのシステムであって、
    中心チャンバと、
    一対の直径方向に対向する形成区分と、
    １対以上の直径方向に対向する加速区分と、
    前記形成区分および前記形成区分に隣接する加速区分に介在し、かつ前記中心チャンバおよび前記中心チャンバに隣接する加速区分に介在する、１対以上の直径方向に対向する圧縮区分と
    を備え、
    前記システムは、コンパクトトーラス形成、前記形成および加速区分を中心とするアクティブ磁気コイルによる軸方向加速、前記圧縮区分の円錐形に狭小化する磁束コンザーバ内の前記コンパクトトーラスの受動的断熱圧縮、ならびに前記中心チャンバ内の磁気圧縮の段階化された対称シーケンスを可能にするように構成されている、システム。
27. 前記圧縮チャンバは、その衝突および融合に応じて前記コンパクトトーラスを磁気圧縮するように構成されている、請求項２６に記載のシステム。
28. 前記形成区分、前記加速区分、および前記中心チャンバは、円筒形に成形され、前記加速区分の直径は、前記形成区分の直径より小さく、前記形成区分から前記中心チャンバへの方向において前記加速区分より小さく、前記中心チャンバの直径は、前記加速区分の直径より小さい、請求項２６および２７に記載のシステム。
29. 前記圧縮区分は、円錐台に成形され、前記圧縮区分の直径は、第２の端部においてより第１の端部上において大きく、各圧縮区分の第２の端部は、前記第１の端部より前記中心チャンバに近い、請求項２６から２８に記載のシステム。
30. 前記形成区分、前記１対以上の圧縮区分、および前記１対以上の加速区分は、軸方向に対称である、請求項２６から２９に記載のシステム。
31. 複数のアクティブ磁気コイルは、前記形成区分、前記加速区分、および前記中心チャンバを中心として、かつそれらに沿って軸方向に配置されている、請求項２６から３０に記載のシステム。
32. 前記形成区分におけるコンパクトトーラス形成および前記加速区分における軸方向加速の段階化された対称シーケンスを可能するように構成されている、トリガ制御およびスイッチシステムをさらに備える、請求項２６から３１に記載のシステム。
33. 前記トリガ制御およびスイッチシステムはさらに、段階化されたシーケンスにおけるアクティブ磁気コイルによる前記コンパクトトーラスの磁気圧縮後、前記コンパクトトーラス形成およびアクティブ磁気コイルによる軸方向加速の段階化されたシーケンスが続くことを可能にするように構成されている、請求項３２に記載のシステム。
34. 前記トリガ制御およびスイッチシステムは、前記対の形成区分における前記コンパクトトーラス形成および加速を同期させ、前記１対以上の加速区分における前記コンパクトトーラス加速を同期させるように構成されている、請求項３２に記載のシステム。
35. 前記トリガ制御およびスイッチシステムはさらに、前記コンパクトトーラスの圧縮を前記形成区分における前記コンパクトトーラス形成および加速および前記加速区分における前記コンパクトトーラス加速と同期させるように構成されている、請求項３３に記載のシステム。
36. 前記圧縮区分は、前記中心チャンバおよび隣接する加速区分に介在する、請求項２６から３５に記載のシステム。
37. 前記中心圧縮チャンバならびに前記形成、圧縮、および加速区分を中心として、かつそれらに沿って軸方向に配置されて、前記中心圧縮チャンバならびに前記形成、圧縮、および加速区分内においてそれらを通して軸方向に延在するバイアスまたはＤＣ誘導場を形成する、複数のＤＣ磁気コイルをさらに備える、請求項２６から３６に記載のシステム。
38. 高速ライナ圧縮のために前記中心圧縮チャンバ内に位置付けられている、円筒形シェルまたはライナをさらに備える、請求項２６から３７に記載のシステム。
39. 中心チャンバと、直径方向に対向する形成区分と、１つ以上の加速段階と、前記形成区分および隣接する加速段階ならびに前記中心チャンバおよび隣接する加速段階に介在する、複数の圧縮段階とを備えるシステム内において、コンパクトトーラスプラズマを融合および圧縮する方法であって、
    段階化された対称シーケンスにおいて、コンパクトトーラスを、前記形成区分内で形成し、前記加速段階内で前記中心チャンバの中央平面に向かって加速させるステップと、
    前記コンパクトトーラスを前記圧縮区分内で受動的に断熱圧縮するステップと、
    融合されたコンパクトトーラスを前記中心チャンバ内で磁気圧縮するステップと
    を含む、方法。
40. コンパクトトーラスを形成、加速、および圧縮するステップは、前記中心チャンバ内で前記コンパクトトーラス衝突および融合をもたらす、請求項３９に記載の方法。
41. 前記コンパクトトーラスを形成および加速するステップは、前記形成区分および加速段階を中心として、かつそれらに沿って軸方向にアクティブ磁気コイルに給電することを含む、請求項３９および４０に記載の方法。
42. 前記コンパクトトーラスを圧縮するステップは、前記コンパクトトーラスを、前記圧縮段階の円錐形に狭小化する磁束コンザーバを通して移行させることを含む、請求項３９から４１に記載の方法。
43. 前記コンパクトトーラスを形成および加速するステップはさらに、前記形成および加速区分を中心として、かつそれらに沿って位置付けられた直径方向に対向する対のアクティブ磁気コイルを同期して点弧することを含む、請求項３９から４２に記載の方法。
44. 融合されたコンパクトトーラスを磁気圧縮するステップは、前記圧縮チャンバを中心として、かつそれに沿って位置付けられたアクティブ磁気コイルを、前記形成および加速区分を中心として、かつそれらに沿って位置付けられた前記点弧しているアクティブ磁気コイルと同期して点弧することを含む、請求項４３に記載の方法。
45. 前記圧縮区分は、前記中心チャンバおよび隣接する加速段階に介在する、請求項３９から４４に記載の方法。
46. 前記圧縮チャンバ、前記形成区分、前記加速段階、および前記圧縮段階内においてそれらを通して軸方向に延在するＤＣ誘導場を発生させるステップをさらに含む、請求項３９から４５に記載の方法。
47. 中心チャンバと、形成区分と、１つ以上の加速段階と、前記形成区分および隣接する加速段階および隣接する加速段階に介在する１つ以上の圧縮段階とを備えるシステム内において、コンパクトトーラスプラズマを融合および圧縮する方法であって、
    段階化されたシーケンスにおいて、第１のコンパクトトロイドを、前記形成区分内で形成し、前記１つ以上の加速段階内で前記中心チャンバの中央平面に向かって加速させ、第２のコンパクトトロイドと衝突および融合させるステップと、
    前記第１のコンパクトトロイドを前記１つ以上の圧縮段階内で受動的に断熱圧縮するステップと、
    前記第１および第２のコンパクトトーラスの融合されたコンパクトトロイドを前記中心チャンバ内で磁気圧縮するステップと
    を含む、方法。
48. 前記第１のコンパクトトロイドを形成、加速、および圧縮するステップは、前記第１のコンパクトトロイドが前記中心チャンバ内で前記第２のコンパクトトロイドと衝突および融合することをもたらす、請求項４７に記載の方法。
49. 前記第１のコンパクトトロイドを形成および加速させるステップは、前記形成区分および前記１つ以上の加速段階を中心として、かつそれらに沿って軸方向にアクティブ磁気コイルに給電することを含む、請求項４７および４８に記載の方法。
50. 前記第１のコンパクトトロイドを圧縮するステップは、前記コンパクトトロイドを、前記１つ以上の圧縮段階の円錐形に狭小化する磁束コンザーバを通して移行させることを含む、請求項４７から５５に記載の方法。
51. 前記第１のコンパクトトロイドを形成および加速させるステップはさらに、前記形成および加速区分を中心として、かつそれらに沿って位置付けられた前記アクティブ磁気コイルを、前記中心チャンバ内における前記第２のコンパクトトロイドの位置付けと同期して点弧することを含む、請求項４７から５６に記載の方法。
52. 前記１つ以上の圧縮段階は、前記中心チャンバおよび隣接する加速段階に介在する、請求項４７から５１に記載の方法。
53. 前記圧縮チャンバ、前記形成区分、前記加速段階、および前記圧縮段階内においてそれらを通して軸方向に延在するＤＣ誘導場を発生させるステップをさらに含む、請求項４７から５２に記載の方法。
54. 段階化されたシーケンスにおいて、前記第２のコンパクトトロイドを前記形成区分内で形成し、前記１つ以上の加速段階内で前記中心チャンバの中央平面に向かって加速させるステップと、
    前記第２のコンパクトトロイドを前記１つ以上の圧縮段階内で受動的に断熱圧縮するステップと、
    ミラーが前記中心チャンバの端部に隣接して位置付けられた前記中心チャンバを通して通過するにつれて、前記第２のコンパクトトロイドを前記中心チャンバの中央平面に向かって後方に付勢するステップと
    をさらに含む、請求項４７から５３に記載の方法。
55. 段階化されたシーケンスにおいて、前記第２のコンパクトトロイドを前記形成区分内で形成し、前記１つ以上の加速段階内で前記中心チャンバの中央平面に向かって加速させるステップと、
    前記第２のコンパクトトロイドを前記１つ以上の圧縮段階内で受動的に断熱圧縮するステップと、
    バウンスコーンが前記中心チャンバの端部に隣接して位置付けられた前記中心チャンバを通して通過するにつれて、前記第２のコンパクトトロイドを前記中心チャンバの中央平面に向かって後方に付勢するステップと
    をさらに含む、請求項４７から５４に記載の方法。
56. 前記コンパクトトーラスは、ＦＲＣおよびスフェロマクスタータプラズマのうちの１つである、請求項１から３８に記載のシステム。
57. 前記圧縮区分は、伝導性材料から形成され、中心圧縮チャンバならびに前記形成および加速区分は、非伝導性材料から形成される、請求項１から３８に記載のシステム。
58. 前記コンパクトトーラスは、ＦＲＣおよびスフェロマクスタータプラズマのうちの１つである、請求項３９から５５に記載の方法。
59. 前記圧縮区分は、伝導性材料から形成され、前記中心圧縮チャンバならびに前記形成および加速区分は、非伝導性材料から形成される、請求項３９から５５に記載の方法。