JP5965052B2 - ジェット制御デバイス及び方法 - Google Patents

Description

〔関連出願への相互参照〕
本出願は、これにより引用によってその全体が本明細書に組み込まれる２０１２年４月４日出願の「ジェット制御デバイス及び方法（ＪＥＴ ＣＯＮＴＲＯＬ ＤＥＶＩＣＥＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ）」という名称の米国特許仮出願第６１／６２０，３２６号の「３５ Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）」の下での利益を主張するものである。

この開示は、一般的に、流体ジェット制御デバイス及びその使用の方法に関し、より具体的には、ジェット形成場所から流出する高速流体ジェットの流れを排除、低減、及び／又は偏向するのに使用される流体ジェット制御デバイスに関する。

ジェット制御デバイス及び方法の実施例の詳細説明
概要
流体が作動媒体として使用されるシステムでは、高速流体ジェットが発生する可能性がある。高速流体ジェットの発生は、作動媒体のエネルギ、質量、又は運動量の損失のような様々な欠点を与える場合がある。これに加えて、流体ジェットは、制御された空間から漏出して機器又は周辺システムへの損傷を引き起こす可能性がある。例えば、プラズマ圧縮システムでは、高速液体ジェットが、空洞の崩壊によりプラズマを封入して圧縮することによって発生する可能性がある。そのような高速液体ジェットは、プラズマ圧縮システムから漏出する場合があり、かつ隣接するシステム内に入り、それによってそのようなシステムの機器又は性能に対して損害を引き起こす可能性がある。

米国特許出願公開第２００６／０１９８４８３号明細書 米国特許出願公開第ＵＳ２０１１／００２６６５７号明細書 米国特許出願公開第ＵＳ２０１１／００２６６５号明細書 米国特許公開第２０１０／０１６３１３０号明細書 ＰＣＴ公報ＷＯ ２０１２／１１３０５７明細書

Ｅｎｒｉｑｕｅｚ他著「非軸対称空洞の崩壊（Ｃｏｌｌａｐｓｅ ｏｆ Ｎｏｎａｘｉｓｙｍｍｅｔｒｉｃ Ｃａｖｉｔｉｅｓ）」、Ｐｈｙｓ．Ｆｌｕｉｄｓ ２２（２０１０年）、０９１１０４

従って、流体ジェットが選択された場所に到達せず、かつその場所で損傷を引き起こさないように高速流体ジェットの強度及び／又は方向を制御する必要性が存在する。

本発明の一態様により、選択された場所に流体ジェットが到達しないように流体ジェットを破壊又は偏向するためのジェット制御デバイスを提供する。デバイスは、流体ジェットが形成されるジェット形成場所を収容する空間内にジェット偏向体材料を注入するための手段を含む。注入するための手段は、ジェット偏向体材料源と連通し、ジェット形成場所に向けられた吐出端部を有し、かつジェット形成場所で形成される流体ジェットが選択された場所から遠ざかるように破壊又は偏向されるようにジェット偏向体材料を注入するように構成される。

ジェット偏向体材料は、液体状態にあるとすることができ、この場合に、注入するための手段は、吐出端部に注入ノズルを有する液体導管を含む液体注入器である。注入手段は、ノズルからの液体ジェット偏向体の流れを制御するための制御弁、及び／又は導管に結合され、かつ液体ジェット偏向体材料の実質的に均一な半径を有する連続的な流れをジェット形成場所に向けるのに十分な圧力を供給するように構成された加圧手段を更に含むことができる。加圧手段は、ポンプ又は加圧気体源とすることができる。

これに代えて、ジェット偏向体は、固体状態にあるとすることができ、この場合に、注入するための手段は、ジェット偏向体材料を押し出し器から細長ロッドの形態で押し出すように構成されたダイとラムとを含む押し出し器とすることができる。押し出し器は、少なくとも押し出し器の吐出端部からジェット形成場所まで連続的に延びる長さを有する細長ロッドの形態でジェット偏向体材料を押し出すように更に構成することができる。

固体状態細長ロッドの代わりに、ジェット偏向体は、離散ペレットの形態にある固体状態にあるとすることができ、この場合に、注入するための手段は、割れ目と、ジェット形成場所での固体状態ジェット偏向体ペレットの注入を制御するための可動ゲートとを有するペレット駆動体である。ペレット駆動体は、レール銃又は圧縮気体銃とすることができる。各ペレットは、凹面形状を有する表面を有することができる。

本発明の別の態様により、プラズマ発生器と、プラズマ圧縮チャンバと、圧力波発生器と、空洞発生手段と、ジェット制御デバイスとを含むプラズマ圧縮システムを提供する。プラズマ発生器は、プラズマを発生させるように構成され、かつ発生したプラズマを吐出するための吐出出口を有する。プラズマ圧縮チャンバは、チャンバの内側空洞を定める外側壁と、開口部とを有し、チャンバの内側空洞には、液体媒体が部分的に充填され、プラズマ発生器の吐出出口は、発生したプラズマをプラズマ圧縮チャンバ内に吐出することができるように開口部を通して圧縮チャンバの内側空洞と流体連通している。圧力波発生器は、チャンバの周りに配置された複数のピストンを含み、ピストンは、液体媒体の中に収束する圧力波を発生させるように構成される。空洞発生手段は、第１の端部と第２の端部とを有する細長い空の空洞を液体媒体に発生させるように構成され、第１の端部は、プラズマ発生器によって吐出されたプラズマが細長空洞に流入するようにプラズマ発生器の吐出出口と少なくとも部分的に位置合わせされる。収束圧力波が空洞の界面に到達すると、空洞が崩壊し、それによってプラズマを封入する。ジェット制御デバイスは、ジェット偏向体材料源と連通して空洞内のジェット形成場所に向けられた吐出端部を有するジェット偏向体材料を注入するための手段を含む。注入するための手段は、ジェット形成場所に形成された流体ジェットが、プラズマ発生器から遠ざかるように破壊又は偏向されるようにジェット偏向体材料を空洞内に注入するように構成される。

ジェット偏向体材料は、液体状態にあるとすることができ、この場合に、注入するための手段は、吐出端部に注入ノズルを有する液体導管を含む液体注入器である。液体注入器は、ノズルからの液体ジェット偏向体の流れを制御するための制御弁、及び／又は導管に結合され、かつ液体ジェット偏向体材料の実質的に均一な半径の連続的な流れをジェット形成場所に向けるのに十分な圧力を供給するように構成された加圧手段を更に含むことができる。加圧手段は、ポンプ又は加圧気体源とすることができる。

これに代えて、ジェット偏向体は、固体状態にあるとすることができ、この場合に、注入するための手段は、ジェット偏向体材料を押し出し器から細長ロッドの形態で押し出すように構成されたダイとラムとを含む押し出し器とすることができる。押し出し器は、少なくとも押し出し器の吐出端部からジェット形成場所まで延びる長さを有する細長ロッドの形態でジェット偏向体材料を押し出すように更に構成することができる。

固体状態細長ロッドの代わりに、ジェット偏向体は、離散ペレットの形態にある固体状態にあるとすることができ、この場合に、注入するための手段は、割れ目と、ジェット形成場所での少なくとも１つの固体状態ジェット偏向体ペレットの注入を制御するための可動ゲートとを有するペレット駆動体である。ペレット駆動体は、レール銃又は圧縮気体銃とすることができる。

ジェット偏向体材料の細長固体ロッド又は連続的液体流れは、細長固体ロッド又は連続的液体流れの面で空洞の崩壊を発生させる寸法を有することができる。

プラズマ圧縮システムは、シールドを更に含むことができ、シールドは、プラズマ圧縮チャンバの開口部の近くに配置され、かつ液体媒体の塊がプラズマ圧縮チャンバを漏出してプラズマ発生器に流入するのを抑制するための環状構成を有する。より具体的には、シールドは、チャンバの内側空洞内に下向きに突出して開口部を取り囲む壁とすることができる。シールドは、開口部の縁部に形成されて空洞の中心に向けて半径方向に突出するリップ形状狭窄部とすることができる。

ジェット偏向体材料は、液体媒体と同じ組成を有することができ、この場合に、システムは、チャンバと流体連通する液体媒体回収タンクと、回収タンクをジェット偏向体材料源に流体的に結合する流体導管とを更に含む。

プラズマ圧縮システムは、空洞が崩壊するときにペレットが崩壊点の近くにあるように空洞内への少なくとも１つの固体状態ジェット偏向体ペレットの注入のタイミングを制御するようにプログラムされたコントローラを更に含むことができる。これに代えて、コントローラは、空洞内へのジェット偏向体材料の連続的液体流れの注入のタイミングを空洞が連続的液体流れの面で崩壊するように制御するようにプログラムすることができる。

本発明の別の態様により、流体ジェットが、プラズマ発生器から遠ざかるように破壊又は偏向されるように流体ジェットが形成されたジェット形成場所にジェット偏向体材料を向ける段階を含むプラズマ圧縮システムのプラズマ発生器をプラズマ圧縮システムの圧縮チャンバに形成された流体ジェットから保護する方法を提供する。圧縮チャンバは、液体媒体を収容することができ、この場合に、空洞が、プラズマ発生器によってプラズマが注入される液体媒体に発生し、ジェット偏向体材料は、空洞の中に向けられる。収束圧力波を液体媒体の中に発生させることができ、空洞の界面を収束圧力波が界面に到達した時に崩壊させ、この場合に、ジェット偏向体材料は、空洞がジェット偏向体材料の面で崩壊するように注入される。

本方法は、ジェット偏向体材料が圧縮チャンバ内に吸引され、かつジェット形成場所に向けられるように、ジェット偏向体材料を収容するジェット制御デバイスでのものよりも低い圧力を圧縮チャンバの内側に維持する段階を更に含むことができる。これに代えて又はこれに加えて、ジェット偏向体材料は、加圧下でジェット偏向体材料を空洞内に注入することによってジェット形成場所に向けることができる。これに代えて又はこれに加えて、ジェット偏向体材料を収容するジェット制御デバイスは、ジェット偏向体材料がジェット形成場所に重力によって向けられるように圧縮チャンバの上方に位置付けられ、かつそこと連通することができる。

上述の態様及び実施形態に加えて、更に別の態様及び実施形態は、図面を参照して以下に続く詳細説明を精査することにより明らかになるであろう。

図面内の要素のサイズ及び相対位置は、必ずしも正確な縮尺で作図したものではない。例えば、様々な要素の形状及び角度は、正確な縮尺で作図したものではなく、これらの要素の一部は、図面の視認性を改善するために任意に拡大かつ位置決めされている。

１つの非限定的な実施形態により液体ジェット偏向体を吐出するように構成されたジェット制御デバイスの概略断面図である。 別の非限定的な実施形態により固体ロッドジェット偏向体を吐出するように構成されたジェット制御デバイスの概略断面図である。 プラズマ圧縮システムに設置された図１Ａに示すジェット制御デバイスの実施形態の概略断面図である。 別の非限定的な実施形態により固体ペレット状ジェット偏向体を吐出するように構成され、かつプラズマ圧縮システムに設置されたジェット制御デバイスの概略断面図である。 伝播の早期段階での圧力波面及び空洞形状の例を示すプラズマ圧縮チャンバの計算モデルの垂直断面図である。 図の下部の凡例バーがパスカルでの流体圧力を示す図４のプラズマ圧縮チャンバの計算モデルの水平方向の断面図である。 チャンバの壁の周りに配置された複数のピストンの例及び空洞内の中心に挿入されたジェット偏向体の例を示すプラズマ圧縮チャンバの計算モデルの部分図である。 図の右上コーナの凡例バーが液体と気体の体積割合を示す渦空洞にジェット偏向体が存在しない時の中心高速液体ジェット及び液体塊の例を示すプラズマ圧縮チャンバの計算モデルの部分断面図である。 空洞にジェット偏向体が存在する時の液体ジェット及び液体塊の例を示すプラズマ圧縮チャンバの計算モデルの部分断面図である。 中心高速ジェット速度の例を示すプラズマ圧縮チャンバの計算モデルの部分断面図である。 液体塊速度の例を示すプラズマ圧縮チャンバの計算モデルの部分断面図である。 空洞にジェット偏向体が存在しない時の中心高速ジェット速度の例を示すプラズマ圧縮チャンバの計算モデルの部分断面図である。 空洞にジェット偏向体が存在する時の射出ジェットの速度の例を示すプラズマ圧縮チャンバの計算モデルの部分断面図である。

高速流体ジェットの形成は、空洞の崩壊中の自然な結果とすることができ、過去において、例えば、Ｅｎｒｉｑｕｅｚ他著「非軸対称空洞の崩壊（Ｃｏｌｌａｐｓｅ ｏｆ Ｎｏｎａｘｉｓｙｍｍｅｔｒｉｃ Ｃａｖｉｔｉｅｓ）」、Ｐｈｙｓ．Ｆｌｕｉｄｓ ２２（２０１０年）、０９１１０４において観察されており、高速中心流体ジェットは、固体と液体リザーバの衝突によって形成された空気腔が静水圧に起因して崩壊するときに生成されている。高速流体ジェットの形成は、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｆｕｓｉｏｎ，Ｉｎｃ．（カナダ、バーナビー）において構成中であるプラズマ圧縮システムのある一定の試作品に対して関連するファクタとすることができる。プラズマ圧縮システムの一部の例において、空洞（例えば、渦空洞）は、プラズマ圧縮チャンバ内で液体媒体をスピンさせることによって生成することができる。プラズマは、この圧縮チャンバの渦空洞内にプラズマ発生器によって注入することができる。プラズマ圧縮チャンバの外面に衝撃を与えるように時間調節された複数の空気圧ピストンにより、液体媒体中に収束圧力波を生成することができる。ピストンの衝撃は、圧縮チャンバの中心に向けて進行する収束圧力波を発生させる。収束圧力波は、渦空洞を崩壊させることができ、かつプラズマを封入し、それによってそれを圧縮することができる。渦空洞の圧力波誘起崩壊は、崩壊点から遠ざかるように渦軸に沿って射出する可能性がある中心高速液体ジェットの形成を引き起こす可能性がある。これに加えて、圧力波がプラズマ発生器のノズルに近づく時に液体媒体の「塊」が生成される可能性がある。本明細書に使用する場合の液体塊は、圧力波面が発生器のノズルに近づく時に形成される液体の質量塊を含むことができる（しかし、これに限定されない）。液体塊は、中心ジェットよりもかなり低速に流れる場合があり、プラズマ発生器のノズル内に滴り落ちる可能性がある。液体塊は、塊の形態（例えば、比較的無定形の液体の質量）を有することができ、又は噴霧及び１つ又はそれよりも多くの液滴又は小滴などの形態を有することができる。液体塊の例を図７ａ、図７ｂ、及び図８ｂに例示している。崩壊点から放出される中心ジェット及び液体媒体の塊は、プラズマ発生器内に流入し、それによってプラズマ伝播チャネルを汚染するか、又は発生器又は圧縮チャンバ又はプラズマ発生器に使用されるいずれかの診断システムへのいずれかの他の損傷を引き起こす場合がある。

本明細書に説明する本発明の実施形態は、流体ジェット形成場所で流体ジェットが形成されるのを阻止するか、又は流体ジェットを偏向するか、又は他に流体ジェットが上述のプラズマ発生器のような選択された場所に到達するのを阻止するように流体ジェット形成場所にジェット偏向体材料を向けるための流体ジェット制御デバイス１０に関する。流体ジェット制御デバイスは、ジェット偏向体材料容器と、ジェット偏向体材料を流体ジェット形成場所に注入するための手段とを含む。ジェット偏向体材料は、流体ジェットと同じか又は異なる状態にあり、又は同じか又は異なる材料組成にあるとすることができる。図１Ａから図１Ｂは、流体ジェット制御デバイスの２つの異なる実施形態を示しており、図２から図９は、プラズマ圧縮システムの圧縮チャンバの内側にあるジェット形成場所で形成された液体ジェットがシステム１００のプラズマ発生器（すなわち、選択された場所）に到達するのを阻止するためにプラズマ圧縮システムに設置された流体ジェット制御デバイスの実施形態に関するものである。しかし、ジェット制御デバイスは、この用途だけに限定されず、これに代えて、ジェット制御が望ましいあらゆるシステム、デバイス、又はエンジンにおいて高速ジェットを排除、低減、及び／又は向け直すためにジェット制御デバイスを使用することができることは理解されるものとする。

一実施形態においてかつ図１Ａを参照すると、ジェット制御デバイス１０は、ジェット形成場所２０から射出する流体ジェット１８の場所に液体状態のジェット偏向体材料（「液体ジェット偏向体」）１２を向けるように構成される。ジェット偏向体材料は、流体ジェットと同じ材料組成を有するか又はそれとは異なる組成を有することができ、流体ジェットは、液体又は気体とすることができる。ジェット偏向体容器は、液体リザーバ１１であり、注入手段は、一端で液体リザーバ１１に、かつ反対端で吐出ノズル１７に流体的に結合された液体導管１６を有する液体注入器１４である。液体注入器１６は、液体注入器１４から流出するジェット偏向体の液体の流れを制御するための制御弁（図示せず）を更に含むことができる。

液体ジェット偏向体１２を液体注入器１４から吐出するために、液体注入器１４とジェット形成場所２０を含む環境との間に圧力差を与えることができ、この圧力差及び液体ジェット偏向体１２の量は、流体ジェット１８が、保護される場所（「選択された場所」）から遠ざかるように流体ジェット１８を破壊するか又は少なくとも流体ジェット１８を偏向するほど十分な質量流量で液体ジェット偏向体１２を環境内に注入（吸引）するほど十分に大きくなければならない。この圧力差及び液体ジェット偏向体１２の量の選択は、その密度及び流量のような流体ジェットのある一定の性質に依存することになる。一実施形態において、液体注入器１４は、液体導管１６に結合されて所要圧力差を与えるためにジェット形成場所２０を含む環境のものよりも大きい十分な圧力まで液体導管１６内の液体ジェット偏向体１２を加圧するように作動可能であるポンプ（図示せず）のような加圧手段を含み、この場合に、液体ジェット偏向体１２は、環境内に加圧下で注入されることになる。別の実施形態において、ジェット制御デバイス１０は、所要圧力差（「負の圧力差」）を与えるのに十分であるジェット制御デバイス１０のものよりも小さい圧力下にあるジェット形成場所２０を含む環境内で作動させることができ、この場合に、液体ジェット偏向体１２は、制御弁が開いている時に環境内に吸引されることになる。更に別の実施形態において、ジェット制御デバイス１０には加圧手段が設けられ、加圧手段と環境の低い圧力との組合せは、所要圧力差を与えるようにジェット制御デバイス１０よりも低い圧力を有する環境内で作動される。

作動時に、液体ジェット偏向体１２は、それがジェット形成場所から射出する流体ジェットと衝突するジェット形成場所に液体注入器１４によって向けられる。流体ジェット１８が偏向体液体１２と衝突すると、流体ジェットの方向をその初期方向からオフセットすることができ、流体ジェットを初期ジェット方向とは異なる方向にターゲットの場所から遠ざかるように向け直すことができる。同時に、偏向体液体１２との衝突に起因して、流体ジェット速度を低下させることができる。更に、流体ジェット１８と液体ジェット偏向体１２の間の衝突に起因して、高速ジェットの凝集体を断片化することができ、ジェットのサイズを縮小する。小さいジェットは、凝集体として留まる可能性が低く、ジェットの噴霧に更に分解することができ、それによってそのような高速ジェットによる影響を受ける区域を取り囲む機器及びシステムに対するジェットの効果が低下する。

図１Ｂを参照すると、別の実施形態において、ジェット制御デバイス１０は、細長ロッドの形態にある固体状態のジェット偏向体材料１２（「固体ロッドジェット偏向体」）を流体ジェット１８に向けるように構成される。注入手段は、固体状態のジェット偏向体材料１２を細長ロッドの形態に押し出す押し出し器１４である。ジェット偏向体容器１１は、固体又は液体の状態のジェット偏向体原料を貯留するように構成することができる。固体の場合に、原料は、固体ブランクの形態にあり、容器１１には、ブランクを押し出し器１４に搬送するためのコンベヤ手段を設けることができる。液体の場合に、ジェット偏向体容器は、液体リザーバ１１であり、原料が押し出し器１４内に流れ込み、かつその中で凝固するように押し出し器１４に流体的に結合される。押し出し器１４は、一端でジェット偏向体容器１１に結合され、反対の吐出端部に同じく押し出しノズル１７を含む。押し出し器１４は、原料をダイに通すためのラム（図示せず）も含む。押し出し器１４は、高温又は中温の押し出し工程を使用することができ、この場合に、押し出し器１４は、原料を適切な押し出し温度まで加熱するためにダイに熱結合された加熱器を更に含むことができる。ジェット偏向体材料１２は、流体ジェット１８と同じ材料組成又は異なる組成を有することができる。例えば、ジェット偏向体材料は、鉛か、又は鉛及びリチウム混合物とすることができる。

押し出し器１４は、固体ジェット偏向体１２をジェット形成場所に到達させるのには十分に長いが、尚も押し出し器１４と物理的に係合する細長ロッドとして押し出すように構成される。固体ジェット偏向体１２は、流体ジェットの運動量が依然として低い時に形成場所２０において流体ジェット１８と出会うように押し出すことができ、固体ジェット偏向体は、ジェット形成場所２０において静止又は移動しているとすることができる。細長ロッド１２は、形成場所２０での流体ジェット１８のパラメータに基づいて寸法が決定される。

形成場所での流体ジェットの運動量は、次式のように計算することができる。
Ｐ＝υ×ｍ
ここで、υは、形成場所での流体ジェット速度（初速）であり、ｍは、形成場所での流体ジェットの質量である。

例えば、流体ジェットが、約０．０４〜０．１ｋｇの質量と、約４００〜１５００ｍ／ｓの形成場所でのジェット速度とを有する溶融鉛から構成される場合に、形成場所２０での流体ジェット１８の運動量は、約２０〜１６０ｋｇ・ｍ／ｓである。固体ロッドジェット偏向体１２がジェット形成場所２０の静止位置に置かれる場合に、流体ジェット１８の方向を偏向するためには、２〜４ｃｍ前後の直径寸法と約１〜１０ｍの長さ寸法とを有することが必要になることが予想される。細長ロッドが約１０ｍ／ｓの速度で注入される場合に、ロッドの長さは、約２〜４ｃｍの直径を有するロッドで約０．１〜３ｍの範囲にあるとすることができる。

別の実施形態において、ジェット偏向体は、固体状態で離散ペレットの形態にあるとすることができる。ペレットは、ジェット形成場所２０へのジェット偏向体ペレットの注入を制御するための割れ目及び可動ゲートを有するペレット駆動体を用いて注入することができる。ペレット駆動体は、レール銃又は圧縮気体銃とすることができる。

次いで、図２を参照すると、図１Ａに図示の実施形態によるジェット制御デバイス（２００という番号が振られた）が、プラズマ圧縮システム１００に設置され、システム１００の圧縮チャンバ１２０内に形成された液体ジェットがシステム１００のプラズマ発生器１１０に到達するのを阻止するように作動されており、この場合に、液体ジェットは、圧縮チャンバ１２０内の液体媒体から形成される。ジェット制御デバイス２００は、液体ジェット偏向体２１０の流れを圧縮チャンバ１２０内に注入するように構成される。圧縮チャンバ１２０には、液体媒体を部分的に充填することができ、この液体媒体中に細長い空の空洞１４０を形成することができる。プラズマ発生器１１０により、空洞１４０内にプラズマ１２５を注入することができる。プラズマ１２５は、例えば、スフェロマク、逆転磁場配位（ＦＲＣ）プラズマ、又はあらゆる他の小型トロイド配位、又はこれらの１つ又は複数の組合せのような磁化トロイドプラズマとすることができる。一実施では、空洞１４０内にいずれかの他の気体媒体を注入することができる。

圧縮チャンバ１２０は、圧縮チャンバの内側空洞を定める壁１３０と、プラズマ１２５を通過させて空洞１４０内に注入することができる開口部１８５と、圧縮チャンバ１２０の周りに配置された複数の圧力波発生器１６０とを含む。チャンバ１２０の内側空洞には、液体媒体を部分的に充填することができる。液体媒体は、鉛、リチウム、又はナトリウム、又は金属の合金、組合せ、又は混合物のような溶融金属とすることができる。一実施では、細長空洞１４０は、圧縮チャンバ１２０内に閉じ込められた液体媒体を回転させることによって形成され、特に、圧縮チャンバ１２０は、細長空洞１４０を発生させるための渦発生器１５０を含む。渦発生器１５０は、出口導管１５２と、ポンプ１５４と、入口導管１５６とを含む。図示の例では、ポンプ１５４は、液体媒体の一部分をチャンバ１２０からチャンバ１２０の極の近くに設けられた出口導管１５２を通してポンピングするように作動可能であり、チャンバ１２０の赤道の近くで入口導管１５６を通してチャンバ１２０内に液体媒体をタンジェンシャルに注入するように作動可能である。一実施では、出口１５２は、チャンバ１２０の極から赤道に向けて離間される。別の実施形態（図示せず）では、チャンバ１２０内で液体媒体を循環させるために、１つよりも多い入口１５６及び／又は出口１５２を使用することができる。十分に高速な回転数での液体媒体の流れは、液体媒体が実質的に不在の空洞１４０を生成する。

本発明の範囲から逸脱することなく、当業技術で公知である空洞１４０を発生させるための他の手段を使用することができる。例えば、一実施では、細長空洞１４０は、例えば、圧縮チャンバ１２０の開口部１８５に形成された環状ノズルから液体媒体のジェットを注入すること、又は成形された固体物体を液体媒体に高速で通すことなどによって形成することができる。

図２に示す実施形態に関して、圧縮チャンバ１２０は、チャンバ１２０の極に開口部１８５が形成された球形の形状を有する。しかし、この実施形態は、単に例示を目的とするものであり、プラズマ圧縮チャンバ１２０は、本発明の範囲から逸脱することなく、別の形状（例えば、円筒形、球形、楕円形、円錐形、又はあらゆる他の適切な形状、又はその組合せ）及び／又は寸法を有することができる。

細長空洞１４０は、少なくとも部分的に開口部１８５に位置合わせされた第１の端部を有する。プラズマ発生器１１０は、プラズマ１２５を発生させて、開口部１８５を通して空洞１４０内に注入するように構成される。プラズマ発生器１１０の第２の出口端１９０は、開口部１８５内に若干挿入され、プラズマ発生器１１０と圧縮チャンバ１２０の間に流体連通を与える。図示の実施形態において、チャンバ１２０は、その各極に設けられた２つの環状開口部１８５及び１８５ａを有する。任意的に、システム１００は、第１のプラズマ発生器１１０と正反対に配置された第２のプラズマ発生器１１０ａ（図２には部分的にしか示していない）を含むことができる。２つの開口部１８５、１８５ａの各々は、２つの別個のプラズマ発生器１１０及び１１０ａと連通している。システム１００と共に使用することができるプラズマ発生器１１０、１１０ａの様々な実施形態に関する詳細は、本出願人所有の米国特許出願公開第２００６／０１９８４８３号明細書、米国特許出願公開第ＵＳ２０１１／００２６６５７号明細書、及び米国特許出願公開第ＵＳ２０１１／００２６６５号明細書に記載されており、これらの文献は、その文書全体で引用によって本明細書に組み込まれている。

一実施では、細長空洞１４０は、実質的に円筒形状を有し、チャンバ１２０の一方の極から反対の極までチャンバ１２０を貫通して延びている。別の実施では、空洞１４０は、チャンバ１２０の全長（極から極）の全てにわたって延びるか、又はチャンバ１２０の長さの途中までしか延びない円錐形を帯びた形状を有する。細長空洞１４０は、本発明の範囲から逸脱することなく、実質的に垂直に又は実質的に水平に配置することができる。空洞１４０の少なくとも一端は、プラズマ１２５（又はあらゆる他の気体媒体）を空洞１４０内に注入することができるように、開口部１８５及びプラズマ発生器の第２の端部１９０に位置合わせされる必要がある。

複数の圧力波発生器１６０は、チャンバ１２０内に閉じ込められた液体媒体中に圧力波を生成するように構成される。圧力波発生器１６０は、壁１３０から半径方向外向きの向きに配置される。圧力波発生器１６０は、チャンバ１２０の壁１３０に衝撃を与えることによって液体媒体中に圧力波を発生させるように作動可能である。一実施形態において、圧力波発生器１６０は、チャンバ１２０の壁１３０に衝撃を与えるように駆動されるハンマーピストンを含む。ピストンの衝撃に起因する運動エネルギは、壁１３０内に圧縮波を引き起こすことができ、この圧縮波は、壁を通して液体媒体内に進行し、それによって液体媒体中に圧力波を発生させる。発生した圧力波は、液体媒体を通して伝播し、チャンバ１２０の中心に向けて収束するはずである。別の実施形態において、圧力波発生器１６０は、壁１３０内の対応する開口部内に固定された又は他に壁１３０に結合された変換器を含む。圧力波は、対応するハンマーピストンを用いて変換器に衝撃を与えることによって発生する。システム１００の様々な実施形態と共に使用することができる圧力波発生器１６０の様々な実施形態に関する詳細は、所有者が共通の米国特許公開第２０１０／０１６３１３０号明細書及び国際特許出願（ＰＣＴ）公報ＷＯ ２０１２／１１３０５７明細書に見出すことができ、これらの文献は、その文書全体で引用によって本明細書に組み込まれている。

圧力波発生器の個数及び位置は、液体媒体中に望ましい形状と振幅とを有する圧力波を発生させることができるように選択することができる。明瞭化の目的で、図２は、圧力波発生器１６０のうちの一部だけしか示していない。

プラズマは、プラズマ発生器１１０（使用される場合に更に１１０ａ）によって発生され、加速され、出口端１９０及び開口部１８５を通して圧縮チャンバ１２０内に注入される。出口端１９０は、チャンバ１２０の開口部１８５に位置合わせされる。発生する収束圧力波は、前縁又は波面１７０を有することができる。収束圧力波は、液体媒体を通して進行することができ、空洞界面（液体／気体界面）に衝突することができる。その結果、界面は、急速な加速を受けることができ、空洞を崩壊させ、プラズマ１２５を収束空洞内で圧縮しながらチャンバ１２０の中心に向けてその移動を持続することができる（図３を参照されたい）。衝撃のタイミング、従って、収束圧力波の発生は、空洞１４０が崩壊する前にプラズマを空洞１４０内に注入することができるように緻密に制御することができる。収束圧力波によって誘起される空洞１４０の崩壊は、チャンバ１２０内の液体の高速中心ジェットの発生（図２には示していないが、図３に１８０として示す）をトリガすることができる。液体ジェットは、崩壊点から中心方向に遠ざかるように向けられた液体の「スパイク」の形態を有することができる。崩壊点から放出された液体ジェットが、プラズマ発生器１１０、１１０ａに向う方向に移動すると、液体ジェットは、発生器１１０、１１０ａに流入し、及び／又はそれを損傷するか、又は発生器１１０、１１０ａ内のプラズマ伝播チャネル１９５を汚染する可能性がある。

中心ジェットがプラズマ発生器１１０、１１０ａに流入する可能性を低減するために、液体ジェットがプラズマ発生器１１０、１１０ａに到達しないように液体ジェットを破壊又は偏向するためのジェット制御デバイス２００が使用される。ジェット制御デバイス２００は、出口ノズル２０７を有する液体導管２０５を含む液体注入器を含む。ジェット制御デバイス２００は、出口ノズル２０７を開閉するように構成された制御弁２０８を更に含むことができる。ジェット制御デバイス２００は、液体ジェット偏向体２１０をジェット制御デバイス２００からその軸２５０に沿って空洞１４０内に注入することができるような向きに配置される。導管２０５には液体貯留タンク２２０が流体的に結合され、液体貯留タンク２２０は、液体ジェット偏向体を導管に供給する。液体貯留タンク２２０は、プラズマ発生器１１０の中心部分内に配置される。一実施形態において、貯留タンク２２０は、プラズマ発生器１１０から電気的に分離することができる。

液体ジェット偏向体２１０は、この実施形態では圧縮チャンバ１２０内の液体媒体と同じ組成を有し、これは、偏向体２１０の液体とチャンバ１２０の液体媒体との高い可能性の混合という観点から有利とすることができる。例えば、液体ジェット偏向体２１０及びチャンバ内の液体媒体は、鉛、リチウム、又はナトリウムのような溶融金属である。これに代えて、偏向体２１０が作動条件の下で液体状態にあり、偏向体２１０の異なる材料をチャンバ１２０内の液体媒体から分離するためのシステム（図示せず）が設けられる場合に、液体ジェット偏向体２１０は、チャンバ１２０内の液体媒体とは異なる組成を有することができる。

液体貯留タンク２２０は、プラズマ発生器１１０に設置され、従って、ジェット制御デバイス２００とジェット形成場所を収容する空洞１４０との間に負の圧力差が存在することになるので、プラズマ圧縮チャンバ１２０は、一般的にプラズマ発生器１１０の内側の圧力よりも低い圧力に維持される。更に、ノズル２０７が下向きに視準されるように、ジェット制御デバイス２００は、空洞１４０の上方に配置される。従って、重力と圧力差によって引き起こされる吸引力とにより、液体ジェット偏向体２１０は、液体貯留タンク２２０から流体導管２０５に流れ、制御弁２０８が開いている場合に、次いで、出口ノズル２０７から空洞１４０内に流れ込むことになる。下記でより詳細に説明するように、ジェット制御デバイス２００と空洞１４０の間の圧力差は、液体ジェットがプラズマ発生器１１０、１１０ａに到達しないように液体ジェットを破壊又は偏向するほど十分な質量流量を液体ジェット偏向体２１０に与えるように構成することができる（重力の助けに関して）。任意的に、所要程度まで圧力差を高めるために、ポンプ又は加圧気体源（いずれも図示していない）のような加圧手段を導管２０５に結合することができる。

液体ジェット偏向体２１０の所要質量流量を与えるのに必要とされる圧力を決定するために、液体ジェット偏向体２１０に対するある一定の作動パラメータが定められる。最初に、連続的液体流れがノズル２０７から空洞１４０内に延びるように、液体ジェット偏向体注入システム２００は、十分な液体ジェット偏向体材料を空洞内に注入しなければならない。更に、液体ジェット偏向体２１０の流れの半径は、その長さに沿って可能な限り均一でなければならず、従って、液体ジェット偏向体２１０は、それが重力に起因して空洞１４０を流れ落ちる時に液体ジェット偏向体２１０の減幅を阻止するほど十分な初期速度で注入することができる。エネルギ収支から、次式は公知である。
ここで、Ｖ_top及びＶ_bottomは、上部（制御弁２０８の近く）及び下部（液体ジェット偏向体２１０の反対端）での液体ジェット偏向体２１０の速度であり、ｇは、重力に起因する加速度であり、Ｈは、液体ジェット偏向体２１０の長さである。約〜３ｍの高さを有する圧縮チャンバ１２０及びチャンバ１２０の一方の極から他方の極まで延びる空洞１４０では、液体ジェット偏向体は、約３ｍの長さ（空洞１４０の全長の全てにわたって延びる）を有する。速度変化が、例えば、２５％よりも小さい（Ｖ_bottom＝１．２５Ｖ_top）と仮定すると、注入速度は次式である。

この注入速度を達成するためには、流体を加圧下で注入しなければならない。

密度ρ＝１００００ｋｇ／ｍ³及びＶ_top＝１０ｍ／ｓを有する溶融鉛偏向体では、液体ジェット偏向体２１０を注入するのに必要とされる圧力は、約Ｐ＝５０００００Ｐａ≒５Ａｔｍであり、溶融金属を導管２０５の下方に押し下げるための液体タンク内の圧縮気体のような加圧手段により、又はジェット制御デバイス２００と空洞１４０の間の圧力差を維持することにより、又はこれらの両方によって与えることができる。これは例示目的のためのものに過ぎず、長さに沿ってほぼ均一な半径を有する偏向体が与えられると仮定すると、本発明の範囲から逸脱せずに、高い初期速度を有する液体ジェット偏向体２１０を注入することができる。液体ジェット偏向体２１０の半径（Ｒ_defelctor）は、空洞１４０の半径（Ｒ_cavity）に依存し、空洞の半径の数分の１である。例えば、液体ジェット偏向体２１０の半径は、０．１Ｒ_cavity≦Ｒ_deflector≦０．２Ｒ_cavity前後である。液体ジェット偏向体２１０の材料組成は、圧縮チャンバ１２０内の液体媒体と同じとすることができる。例えば、約２０ｃｍの半径を有する空洞では、液体ジェット偏向体２１０の半径は約２〜４ｃｍである。

再使用に向けて回収タンク２２５から貯留タンク２２０内に液体を再度循環し戻すために、液体循環アセンブリ２３０を使用することができ、このアセンブリ２３０は、回収タンク２２５に流体的に結合された入口と、液体貯留タンク２２０に結合された出口とを有する流体導管を含む。偏向体２１０が渦の全長の全てにわたって流れる連続的液体円柱である場合に、空洞の崩壊は、液体ジェット偏向体２１０の点におけるものではなく、面におけるものであるので、高速液体ジェット１８０の形成を阻止することができる。従って、偏向体の面での空洞１４０の崩壊中に発生する可能性がある１つ又はそれよりも多くのジェットは、液体ジェット偏向体２１０によってチャンバ１２０内の液体本体中に向けられるはずである。

一実施では、液体ジェット偏向体２１０は、空洞１４０内に制御式及び時間調節式に注入される。空洞の崩壊が、液体ジェット偏向体２１０の面で発生することができるように、プラズマが空洞１４０に流入するときに液体ジェット偏向体２１０を注入し、空洞１４０の空洞の長さの全てにわたって少なくとも部分的に延ばすことができるように、制御弁２０８の開放及び／又は圧力波の発生を制御するようにプログラムされたコントローラ（図示せず）が設けられる。液体ジェット偏向体２１０の寸法は、射出するジェットのエネルギに依存して変えることができる。例えば、偏向体２１０の流れの長さは、圧縮チャンバ１２０の半径と同じとすることができる。一部の実施では、偏向体２１０の長さは、圧縮チャンバ１２０の半径よりも小さいか又は大きいとすることができる。

上述したように、液体ジェット偏向体２１０を導管２０５内に押し入れ、かつノズル２０７から押し出すために、ポンプ又は圧縮気体を用いて加圧下で液体ジェット偏向体２１０を注入することができる。圧力は、液体ジェット偏向体２０５が空洞１４０内に流れ込み、かつ崩壊点で射出する高速液体ジェットと衝突するように選択することができる。例えば、崩壊点又はその近くにおいて液体ジェットと出会う約２〜４ｃｍの半径と約１０ｍ／ｓ又はそれよりも多い流量と（約〜２０〜１６０ｋｇ・ｍ／ｓのジェット運動量）を有する液体ジェット偏向体２１０の流れは、凝集体を液体媒体の本体内に向け直すことができるより小さいジェットに分断することができる。液体ジェット偏向体２１０の注入及びそのエネルギ（又は圧力）は、ジェットのエネルギの大部分が低下し、ジェットが発生器の出口端１９０に到達することが阻止されるように空洞の崩壊と同期させることができる。

別の実施形態において、図１Ｂに示すジェット制御デバイスは、図２に示すものと類似のプラズマ圧縮システム１００に設置され、かつ圧縮チャンバ１２０内の液体媒体から形成された液体ジェットがシステム１００のプラズマ発生器１１０に到達するのを阻止するように作動させることができ、液体ジェットは、システム１００の圧縮チャンバ１２０内に形成される。ジェット制御デバイスは、圧縮チャンバ１２０内に連続的固体ロッドジェット偏向体２１０を注入するように構成され、ブランクは、押し出し器１４が、押し出しノズル１７から空洞１４０の全長の全てにわたって延びるほど十分な長さを有する固体ロッドを形成するほど十分な原料材料を含有する。一部の作動モードでは、固体ロッドジェット偏向体１２は、システム１００の作動中に完全又は部分的に破壊することができる。従って、固体ロッドジェット偏向体１２をチャンバ１２０内の液体金属と同じ金属で製造することを有利とすることができる。そのような場合に、チャンバ１２０内の液体金属の一部を使用することにより、新しい固体ロッドジェット偏向体１２を押し出すことができる。固体ロッドジェット偏向体１２は、空洞１４０のサイズ、及び／又はチャンバ１２０のサイズ及び形状に依存して様々な異なるサイズ及び形状を有することができる。固体ロッドジェット偏向体１２は、それ自体が空洞に流入するプラズマと干渉しないように寸法を決定することができる。例えば、偏向体は、空洞１４０の直径の約１／５〜１／１０の直径を有する円柱の形状に成形することができる。

代替の実施では、ジェット制御デバイス（図示せず）は、固体ロッドジェット偏向体と液体流れジェット偏向体の両方を同時に注入するように構成される。このジェット制御デバイスには、図１Ｂに図示の実施形態と類似の押し出し器が設けられ、かつ液体流れが空洞内に固体ロッドと並行して流れ込むように押し出し器のそばに配置された図１Ａに図示の実施形態と類似の液体注入器も有する。これに代えて、液体流れが固体ロッドの周囲の周りに注入され、ロッドの長さの周りで空洞内に流れ込むように、押し出し器は、液体注入器の内側に同軸状に設けられる。液体流れの組成は、リチウムとすることができ、かつプラズマに対面する面で低Ｚ材料を与え、それによってプラズマ汚染に起因する放射線損失を最小にすることが予想されるリチウムの薄層を固体ロッドジェット偏向体を覆って形成することができる。これに代えて、固体ジェット偏向体と液体ジェット偏向体の両方は、液体媒体とは異なる材料で製造することができ、この場合に、システムには、偏向体２１０の材料を液体媒体から分離するための手段が設けられる。分離後に、液体媒体は、圧縮チャンバ１２０内に戻され、一方、ジェット偏向体材料は、ジェット制御デバイスに戻される。

図１Ａの液体ジェット制御デバイス１０又は図１Ｂの固体ロッドジェット制御デバイス１０のいずれを使用するプラズマ圧縮システム１００においても、圧力波面と発生器１１０の出口端１９０との相互作用の結果として出口１９０の近くで液体媒体の塊が形成される可能性がある。そのような液体塊がプラズマ発生器１１０（又は使用される場合に発生器１１０ａ）に流入するのを抑制又は阻止するために、ジェット制御デバイス２００は、図２に見ることができるシールド２４０を更に含む。シールド２４０は、液体媒体の塊が発生器１１０の出口端１９０に流入するのを阻止することができる。第２のプラズマ発生器１１０ａが使用される場合に、ジェット制御デバイス２００は、シールド２４０とほぼ同様であって第２のプラズマ発生器１１０ａの出口端の近くに設けられた第２のシールド２４０ａを含む。

図２に示す実施形態において、シールド２４０は、環状開口部１８５の近くの壁１３０に接続されるか、又はシールド２４０は、壁１３０の一体的な部分を形成する。いかなる場合にも、下向きのプラズマ発生器１１０のためのシールド２４０は、壁１３０の内面から下向きに延びる（上方のプラズマ発生器１１０ａでは上方に延びる）円筒体（例えば、スカート）である。シールド２４０、２４０ａは、液体塊がプラズマ発生器１１０、１１０ａに流入するのを阻止することができるように寸法が決定される。例えば、シールド２４０、２４０ａの長さは、プラズマ圧縮チャンバ１２０の高さの１／１０から１／７前後（高さが約３ｍのチャンバ１２０を有する図２に示すプラズマ圧縮システム１００では、０．２〜０．４ｍ）とすることができる。別の実施形態（図示せず）では、シールド２４０、２４０ａは、プラズマ発生器１１０、１１０ａの外壁の出口端１９０の一体部分を形成する。発生器１１０、１１０ａの出口端１９０が開口部１８５、１８５ａ内に挿入されると、発生器１１０、１１０ａの外壁は、出口端１９０の周りに垂直な環状壁を形成しながら、圧縮チャンバ１２０内により深く突出することができる。シールド２４０、２４０ａは、空洞形成及び／又は空洞発生システムと干渉することのないように成形され、かつ寸法を決定することができ、かつ圧縮チャンバ１２０の特定の幾何学形状に適合するように調整することができる。シールド２４０、２４０ａの壁は、軸２５０と平行とすることができ、又は軸２５０に対して若干傾斜させることができる。

図３を参照すると、別の実施形態において、液体ジェット制御デバイスは、液体状態の流体ジェット（「液体流体ジェット」）１８０の場所に複数の固体状態ペレット３００の形態にあるジェット偏向体３００（「固体ペレットジェット偏向体」）を向けるように構成される。注入するための手段は、図３に示すようなペレット駆動体３２０であるが、圧縮気体銃のような他のペレット駆動体を設けることができる。レール銃は、プラズマ発生器１１０の内側に配置され、空洞１４０が形成されることが予想されるチャンバ１４０内に軸３５０に沿って下を向いている。

ペレット駆動体の代わりに、注入するための手段は、導管の吐出端部に制御可能ゲート（図示せず）を有する下向きの導管の形態にある受動ペレット注入器とすることができる。導管は、一線のペレットを貯留するようにサイズが決定され、ゲートは、ペレット３００を空洞１４０内に吐出することを可能にするために開くことができる。このペレット注入器は、ペレットが、液体ジェット形成場所から射出する液体ジェット１８０を破壊又は偏向するほど十分な速度を得るように、ペレット３００を導管から空洞１４０内に取り出すほど（重力の助けにより）十分な負の圧力差がジェット制御デバイス１１０とチャンバ１２０の間に存在する時に使用することができる。

ジェット制御デバイスは、ペレット３００を貯留してペレットをペレット駆動体３２０に送出するための装填機構を有するペレット容器３１０を更に含む。容器３１０は、追加のペレットを通過させて追加ペレットの再充填を提供することができる入口（図示せず）と、ペレットを通過させて容器３１０からペレット駆動体３２０内へのペレットの制御された放出を行うことができる出口とを含む。装填機構は、ペレット３００をレール銃３２０の割れ目内に装填するコンベヤベルトとすることができ、レール銃３２０は、軸３５０に沿って比較的間断なくペレット３００を放出するように作動させることができる。一部の場合に、ペレット３００の次のカートリッジの装填を可能にするために短い期間（１〜２ｓ）を設けることができる。

空洞１４０の崩壊時に発生する可能性がある中心液体ジェット１８０を捕捉してそれと衝突するように、１つ又はそれよりも多くのペレット３００を空洞１４０内に注入することができる。例えば、ペレット３００は、軸２５０に沿って移動してジェット１８０を捕捉するように注入することができる。ペレット３０は、崩壊点において射出するジェット１８０の運動量を相殺するようにサイズが決定される。ペレット３００における流速は、実施及び作動条件に依存して数十ｍ／ｓから数百ｍ／ｓまでの範囲に及ぶ可能性がある。例えば、崩壊点において約２０〜１６０ｋｇ・ｍ／ｓの運動量Ｐ＝υ×ｍを有する流体ジェットと、約０．０８ｋｇ（２立方ｃｍ）から０．６４ｋｇ（４立方ｃｍ）の質量を有する鉛ペレットとでは、パレット３００の速度は約３０〜２０００ｍ／ｓである。ペレット３００は、空洞１４０に流入するプラズマと干渉することのないように、又は空洞１４０自体を外乱することのないように相応にサイズを決定し、かつ成形することができる（例えば、ペレットのサイズは、空洞１４０の直径の１／５から１／１０前後とすることができる）。各ペレット３００は、高速ジェット１８０と衝突してそれを偏向し、複数のより小さいジェットに分注するように構成される。特に、各ペレット３００は、高速ジェット１８０の初期方向を望ましい新しい方向に偏向するようにサイズが決定され、かつ成形された表面３０１を有する。例えば、ペレット３００は、凹面又は円錐形の表面３０１を有することができる。各ペレット３００は、チャンバ１２０内の液体媒体と同じ材料で製造することができ、例えば、球形、楕円形、円筒形、矩形、又はあらゆる他の適切な形状のような様々な異なる形状を有することができる。

ジェット制御デバイスは、ペレット３００の放出及び注入を空洞の崩壊及び液体ジェット１８０の形成と調整するように構成されたタイミングシステム（図示せず）を更に含むことができる。一実施では、液体ジェット１８０を捕捉して向け直すのに単一のペレット３００を注入することができる。別の実施では、ペレットのアレイ３００を空洞１４０内に注入することができる。液体ジェット１８０は、ペレット３００のうちの１つ又はそれよりも多くによって捕捉することができる。ペレットが液体媒体の組成と同じ組成のものである場合に、チャンバ１２０内の液体媒体の一部は、新しいペレット３００を製造するために取り出される（ペレットを製造するための手段は図示していない）。

ジェット制御デバイスは、チャンバ１２０の環状開口部１８５の近くに形成された狭窄部３３０のような液体塊シールドを更に含むことができる。狭窄部３３０は、プラズマがこの狭窄部３３０を超えて通過するが、圧力波１７０が出口端１９０に近づく時に形成される液体塊がプラズマ発生器１１０内に流入するのを阻止することを可能にするように構成することができる。狭窄部３３０は、発生器１１０の入口（出口端１９０）に形成されたリップとして機能することができる。リップは、チャンバ１２０の内側に向けて若干下向きに突出することができ、チャンバ１２０の一体部分又は発生器１１０の外壁の一体部分として構成することができる。更に、狭窄部３３０は、ジェット１８０がプラズマ伝播チャネルに流入するのを少なくとも部分的に阻止することができ、従って、ジェット１８０に対するシールド及び／又は偏向体として機能することができる。一部の実施では、液体材料の塊が発生器１１０、１１０ａに流入するのを阻止するのに、狭窄部３３０とシールド２４０の両方を使用することができる。

空洞の崩壊及びそれに続く流体ジェットの形成のシミュレーションが、数値流体力学（ＣＦＤ）コードであるＯｐｅｎＦＯＡＭ（英国ウィナーズのＯｐｅｎＦＯＡＭ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎから入手可能）と有限要素解析（ＦＥＡ）コードであるＬＳ−ＤＹＮＡ（米国カリフォルニア州リバモアのＬｉｖｅｒｍｏｒｅ Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能）とを用いて実施された。シミュレーションの結果の例を図４〜図９に示している。

１．５ｍの半径と２ｍの高さとを有する円筒形プラズマ圧縮システムのＣＦＤシミュレーションが、円筒形幾何学形状を用いて実施された。空洞の半径を０．２ｍに設定し、空洞を円柱の全体の高さにわたって延びるように設定した。流体の例として、溶融鉛、又は溶融鉛及びリチウム混合物のような溶融金属を使用することによってシミュレーションを実施した。流体（例えば、鉛）における音速を１８００ｍ／ｓとした。以下の３つの異なる振幅の圧力パルスに対してシミュレーションを実施した。
１．球状に収束する波の場合の１つのプロトタイププラズマ圧縮チャンバ内の空洞界面の近くの圧力振幅に対応するＰ＝１．５×１０¹⁰Ｐａ
２．約５０ｍ／ｓのピストン速度での小さいサイズの圧縮チャンバ内の初期圧力振幅に対応するＰ＝２×１０⁹Ｐａ
３．約１５ｍ／ｓのピストン速度での小さいサイズの圧縮チャンバ内の圧力振幅に対応するＰ＝５×１０⁸Ｐａ

図４及び図５は、Ｐ＝１．５×１０¹⁰Ｐａの振幅を有する圧力パルスにおけるＣＦＤ計算モデルの垂直断面及び水平断面を示している（これらの断面は、他の圧力パルス振幅においてもほぼ同じに見える）。湾曲した断面４１０（図４及び図５）は、伝播の早期段階での圧力パルスを示している。図４の垂直な黒色の実線４２０、及び図５の円形の曲線４２０は、垂直方向（図４）及び水平方向（図５）それぞれの初期の流体／気体界面を示している。

Ｐ＝１．５×１０¹⁰Ｐａのパルスでは、次式（１）によって計算された粒子速度は、８００ｍ／ｓ前後である（鉛を流体とする場合）。
Ｖ_particle＝Ｐ／（ρ×ｃ） 式（１）
ここで、Ｐはパルスの圧力であり、ρは流体の密度であり、流体中のｃは音速である。

空洞の崩壊の形状は、圧力パルスが界面に当たる時点における空洞界面に沿った圧力分布に少なくとも部分的に依存する。界面の初期速度は、圧力パルスの粒子速度に比例し、この粒子速度は、同じく圧力パルスが界面に到達する時点における圧力に比例する。図４及び図５に示すように、圧力パルス４１０は、球形の形状を有し、従って、チャンバの中心部分にある（例えば、図４に示す円筒形チャンバの中心線又は赤道に沿う）パルスは、最初に空洞界面に到達する可能性がある。中心線から遠ざかると、圧力パルスは、時間遅延の後に空洞界面に到着することになる。従って、空洞の長さに沿った圧力パルスの到着は、ある期間にわたって発生することになる。高振幅圧力パルス（例えば、Ｐ＝１．５×１０¹⁰Ｐａ）では、流体中の界面速度（Ｖ_interface＝２×Ｖ_particle）は、線形関係に基づいて流体中の音速と同程度の大きさのものとすることができる。例えば、鉛中の界面速度は、約１６００ｍ／ｓ前後であり、これは、鉛中の音速である約１８００ｍ／ｓに近い。この例では、空洞界面の長さに沿った圧力パルスの到着の時間遅延は、比較的大きいと考えられ、従って、チャンバの中心において空洞の狭域崩壊が発生する。低振幅パルスでは、界面速度は、流体中の音速よりもかなり低速であると考えられ、従って、空洞の長さに沿った圧力パルス到着の時間遅延を無視することができることになり、空洞界面の長さに沿ってより均一な崩壊がもたらされる（高振幅圧力パルスと比較した場合に）。計算シミュレーションは、空洞崩壊の形状（例えば、空洞界面の狭域崩壊又はより均一な崩壊）に関わらず、そのような空洞崩壊が、高速中心ジェット及び液体塊の発生をもたらすことを示している（図７ａに示す例を参照されたい）。

ＦＥＡコードを用いて、楕円形プラズマ圧縮容器内のピストンシステム、流体（例えば、鉛）、及び真空／空気をモデル化した。モデル化は、２次元軸対称幾何学形状において行った。図６は、シミュレートしたモデルの例を示している。楕円形容器の内部６１０は、流体（例えば、鉛又は鉛／リチウム混合物）で部分的に充填される。空洞を参照記号６２０に示し、ピストンを参照記号６３０に示している。容器の内側半径は２ｍであり、外側半径は２．３ｍである。ピストンは、約４０ｍ／ｓの速度で加速され、球の壁に衝突し、次いで、容器内の流体に衝突する。参照番号６４０は、空洞の中心に挿入された偏向体１２（図１Ａ、図１Ｂ）又は偏向体２１０（図２）に対応する中心シャフトを示している。

ＣＦＤとＦＥＡの両方のシミュレーションの結果は、空洞崩壊の結果として射出するジェットが、（ｉ）空洞の軸（単一の崩壊点）における実際の崩壊によって発生する高速中心ジェットと（ｉｉ）流体塊、例えば、圧力パルス波面が発生器の出口端に近づいた時に注入器のノズル内に滴り落ちる流体の質量塊とに分割される可能性があることを示している。行ったシミュレーションでは、塊は、全ての振幅の圧力パルスにおいて見られ、塊の速度は、高速中心ジェット速度よりもかなり低速である。図８ａ及び図８ｂは、高速ジェット及び液体塊それぞれの速度の例を示している。図８ａに示すように、中心ジェット７２０は、数キロメートル毎秒の速度で射出することができ、それに対して塊７１０は、数１０メートル毎秒で射出する可能性がある（図８ｂ）。図８ａ及び図８ｂのシミュレーションの例は、中心ジェット７２０の速度が、約１５００ｍ／ｓから約２５００ｍ／ｓまでの範囲にある場合があり、塊７１０の速度が、約５０ｍ／ｓから約７５ｍ／ｓまでの範囲にある場合があり、塊の速度は、中心ジェット速度の約３％でしかないことを示している。

図７及び図９には、中心シャフト６４０がある場合の流体ジェットと中心シャフト６４０がない場合の流体ジェットとの比較を示している。図７ａ及び図９ａは、偏向体（シャフト６４０）が空洞に存在しない時の流体の細いフィラメント７２０のような高速中心ジェットの形成を示している。図７ａは、チャンバの開口部の近くでの塊７１０の形成を更に示している。ジェット７２０は、空洞の軸に沿って流れる高速ジェットである可能性がある。中心ジェットを排除又は低減するために、空洞の中心に挿入されたシャフト６４０（図７ｂ、図９ｂを参照されたい）を用いてシミュレーションを実施した。図７ｂ及び図９ｂは、シャフト６４０が空洞内に挿入された場合に形成される分散した複数のジェット７３０を示している。シミュレーションは、中心シャフトが空洞に存在する時に、中心高速ジェットの形成を回避することができ、空洞の崩壊によって形成されたジェット７３０は、シャフト６４０の面で流体の本体に当たるように偏向される傾向を有することを示している。更に、シミュレーションにより、シャフトが存在する時に形成されるジェット７３０のサイズは、シャフトが存在しない時に形成されるジェット７２０のサイズの約４分の１である。図７ｂに示す例では、シャフト６４０の存在は、流体塊７１０のサイズを縮小したが、それ自体を完全には排除しなかった。

図９ａは、空洞内に中心シャフト６４０が存在しない時に形成されるジェット速度を示しており、それに対して図９ｂは、空洞内に中心シャフト６４０が挿入された場合に形成されるジェット速度を示している。シミュレーションは、空洞内にシャフトが存在する時にはジェット７３０の速度を空洞内にシャフト６４０が不在である場合のジェット７２０の速度の約６０％まで低減することができることを示している。

図２のシールド２４０に対応する幾何学的シールドもシミュレートされた。シミュレーションは、シールドの使用により、流体塊が発生器に流入する可能性を低下させ、この流入を阻止することができることを示している。シールドの垂直長さは、チャンバのサイズに依存し、シミュレートされた例では、垂直長さを０．２５ｍ前後とした。この長さは、単なる例示目的のものであり、他の実施では異なる寸法のシールドを使用することができる。

本発明の開示の特定の要素、実施形態、及び用途を図示して記述したが、当業者は、本発明の開示の範囲から逸脱することなく、特に上述の教示を踏まえて修正を加えることができるので、本発明の開示の範囲はこれらの要素、実施形態、及び用途に限定されないことを理解するであろう。従って、例えば、本明細書に開示したいずれの方法又は工程においても、これらの方法／工程を構成する行為又は作動をあらゆる適切な順序に実施することができ、これらの行為又は作動は、開示したいずれかを特定の順序に必ずしも限定しない。要素及び構成要素は、様々な実施形態において異なって構成又は配置され、組み合わされ、及び／又は排除することができる。上述の様々な特徴及び工程は、互いに独立して使用することができ、又は様々な手法で組み合わせることができる。全ての可能な組合せ及び部分結合は、本発明の開示の範囲に収まるように意図している。本発明の開示を通して「一部の実施形態」又は「実施形態」などの表現への参照は、その実施形態に関して記述した特定の特徴、構造、段階、工程、又は特性が少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。従って、本発明の開示を通して「一部の実施形態において」又は「実施形態において」などの表現の出現は、必ずしも全てが同じ実施形態を指しているわけではなく、同じか又は異なる実施形態のうちの１つ又はそれよりも多くを指すことができる。実際に、本明細書に記述した新しい方法及びシステムは、様々な他の形態に実施することができ、更に、本明細書に記述した実施形態の形態における様々な割愛、追加、置換、均等物、再配置、及び変更を本明細書に記述した本発明の精神から逸脱することなく具現化することができる。

実施形態の様々な態様及び利点を適切な場合に記述した。いずれかの特定の実施形態によって必ずしも全てのそのような態様又は利点を得ることができるわけではないことは理解されるものとする。従って、例えば、本明細書に教示又は示唆した場合がある他の態様又は利点を必ずしも得ることなく、本明細書に教示した１つの利点又は利点群を得るか又は最適化する方式で様々な実施形態を実施することができることを認識しなければならない。

取りわけ「ｃａｎ」、「ｃｏｕｌｄ」、「ｍｉｇｈｔ」、「ｍａｙ」、及び「ｅ．ｇ．，」などのような本明細書に使用する条件的表現は、一般的に、別途明記しない限り又は用いている状況の中で別途理解されることのない限り、ある一定の実施形態がある一定の特徴、要素、及び／又は段階を含むが、他の実施形態は、これらの特定のものを含まないことを伝えるように意図したものである。従って、そのような条件的表現は、一般的に、１つ又はそれよりも多くの実施形態に特徴、要素、及び／又は段階がどのような形であっても必要とされること、又は１つ又はそれよりも多くの実施形態が、いずれかを特定の実施形態においてこれらの特徴、要素、及び／又は段階が含まれるか否か又は実施されることになるか否かをオペレータの入力又はプロンプト指示により又はこれらによらずに決定するための論理を余儀なく含むことを意味するように意図したものではない。いかなる特定の実施形態にも、ある単一の特徴又は特徴群が必要ではないか又は必須であることはない。「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」、及び「ｈａｖｉｎｇ」などの表現は、同義的であり、包含的に非限定的に使用され、かつ追加の要素、特徴、行為、作動などを排除しない。同じく、用語「ｏｒ」は、例えば、列記した要素を関連付けるために使用する場合に、用語「ｏｒ」が列記された要素のうちの１つ、一部、又は全てを意味するように、包含的な意味で（限定的な意味ではなく）用いられる。

本明細書で説明した実施形態の例示的な計算、シミュレーション、結果、グラフ、値、及びパラメータは、開示する実施形態を限定するのではなく、例示するように意図したものである。他の実施形態を本明細書で説明する例示目的の例とは異なるように構成し、及び／又は作動させることができる。

１００ 液体ジェットがシステム
１１０ プラズマ発生器
１６０ 圧力波発生器
２００ ジェット制御デバイス
２１０ 液体ジェット偏向体

Claims (26)

1. プラズマを発生させるように構成され、当該発生されたプラズマを吐出するための吐出出口を有するプラズマ発生器と、
   チャンバの内側空洞を定める外側壁を有し、開口部を有するプラズマ圧縮チャンバであって、当該チャンバの当該内側空洞には、液体媒体が部分的に充填され、前記プラズマ発生器の前記吐出出口が、前記発生されたプラズマが当該プラズマ圧縮チャンバ内に吐出され得るように、前記開口部を通して当該圧縮チャンバの当該内側空洞と流体連通している、というプラズマ圧縮チャンバと、
   前記チャンバの周りに配置された複数のピストンを含み、当該複数のピストンは、前記液体媒体の中に収束圧力波を発生させるように構成されている、という圧力波発生器と、
   第１の端部と第２の端部とを有する細長の空洞を前記液体媒体の中に発生させるための空洞発生手段であって、前記第１の端部は、前記プラズマ発生器によって吐出された前記プラズマが当該細長の空洞に流入するように前記プラズマ発生器の前記吐出出口と少なくとも部分的に位置合わせされており、空洞界面に到達する前記収束圧力波が、当該空洞を崩壊させて前記プラズマを封入する、という空洞発生手段と、
   ジェット偏向体材料源と連通し、前記空洞内のジェット形成場所に向けられた吐出端部を有する、ジェット偏向体材料を注入するための手段、を含むジェット制御デバイスであって、当該注入するための手段は、前記ジェット形成場所で形成された流体ジェットが前記プラズマ発生器から遠ざかるように破壊又は偏向されるように、前記ジェット偏向体材料を前記空洞の中に注入するように構成されている、というジェット制御デバイスと、
   を有するプラズマ圧縮システム。
2. 前記ジェット偏向体材料は、液体状態にあり、
   前記注入するための手段は、前記吐出端部に注入ノズルを有する液体導管を含む液体注入器である
   ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ圧縮システム。
3. 前記注入するための手段は、前記ノズルからの前記液体ジェット偏向体材料の流れを制御するための制御弁を更に含む
   ことを特徴とする請求項２に記載のプラズマ圧縮システム。
4. 前記液体注入器は、前記導管に結合されて前記液体ジェット偏向体材料の実質的に均一な半径を有する連続的な流れを前記ジェット形成場所に向けるのに十分な圧力を供給するように構成された加圧手段を更に含む
   ことを特徴とする請求項２に記載のプラズマ圧縮システム。
5. 前記加圧手段は、ポンプ及び加圧気体源から構成される群から選択される
   ことを特徴とする請求項４に記載のプラズマ圧縮システム。
6. 前記ジェット偏向体材料は、固体状態にあり、
   前記注入するための手段は、当該ジェット偏向体材料を当該押し出し器から細長ロッドの形態で押し出すように構成されたダイとラムとを含む押し出し器である
   ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ圧縮システム。
7. 前記押し出し器は、前記ジェット偏向体材料を少なくとも当該押し出し器の前記吐出端部から前記ジェット形成場所まで延びる長さを有する細長ロッドの形態で押し出すように更に構成されている
   ことを特徴とする請求項６に記載のプラズマ圧縮システム。
8. 前記ジェット偏向体材料は、離散ペレットの形態にある固体状態にあり、
   前記注入するための手段は、前記ジェット形成場所での少なくとも１つの固体状態ジェット偏向体ペレットの注入を制御するための割れ目と可動ゲートとを有するペレット駆動体である
   ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ圧縮システム。
9. 前記ペレット駆動体は、レール銃及び圧縮気体銃から構成される群から選択される
   ことを特徴とする請求項８に記載のプラズマ圧縮システム。
10. 各ペレットは、凹形状を備えた表面を有する
    ことを特徴とする請求項８に記載のプラズマ圧縮システム。
11. 前記ジェット偏向体材料の前記細長固体ロッドまたは連続的液体流れは、前記空洞の前記崩壊を当該細長固体ロッドまたは当該連続的液体流れの面で発生させる寸法を有する
    ことを特徴とする請求項２または６に記載のプラズマ圧縮システム。
12. 前記プラズマ圧縮チャンバの前記開口部の近傍に配置され、当該液体媒体の塊が当該プラズマ圧縮チャンバを出て前記プラズマ発生器に入るのを抑制するための環状形態を有するシールドを更に含む
    ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ圧縮システム。
13. 前記シールドは、前記チャンバの前記内側空洞内に下向きに突出して前記開口部を取り囲む壁である
    ことを特徴とする請求項１２に記載のプラズマ圧縮システム。
14. 前記シールドは、前記開口部の縁部に形成されて前記空洞の中心に向けて径方向に突出するリップ形状狭窄部である
    ことを特徴とする請求項１２に記載のプラズマ圧縮システム。
15. 前記ジェット偏向体材料は、前記液体媒体と同一の組成を有し、
    当該システムは、前記チャンバと流体連通している液体媒体回収タンクと、当該回収タンクを前記ジェット偏向体材料源に流体的に結合する流体導管と、を更に含む
    ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ圧縮システム。
16. 前記空洞内への前記少なくとも１つの固体状態ジェット偏向体ペレットの前記注入のタイミングを、前記空洞が崩壊するときに前記ペレットが崩壊点の近傍にあるというように制御するようにプログラムされたコントローラを更に含む
    ことを特徴とする請求項８に記載のプラズマ圧縮システム。
17. 前記空洞内への前記連続的液体流れのジェット偏向体材料の前記注入のタイミングを、前記空洞が前記連続的液体流れの面で崩壊するというように制御するようにプログラムされたコントローラを更に含む
    ことを特徴とする請求項２に記載のプラズマ圧縮システム。
18. プラズマ圧縮システムのプラズマ発生器を当該プラズマ圧縮システムの圧縮チャンバ内で形成される流体ジェットから保護する方法であって、
    前記流体ジェットが前記プラズマ発生器から遠ざかるように破壊又は偏向されるように、前記流体ジェットが形成されるジェット形成場所にジェット偏向体材料を向ける工程、
    を備えた方法。
19. 前記圧縮チャンバは、液体媒体を収容しており、
    空洞が、前記プラズマ発生器によってプラズマが注入される前記液体媒体内で発生され、
    前記ジェット偏向体材料は、前記空洞に向けられる
    ことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
20. 収束圧力波が、前記液体媒体内に発生され、前記空洞の界面を、当該収束圧力波が当該界面に到達した時に崩壊させ、
    前記ジェット偏向体材料は、前記空洞が当該ジェット偏向体材料の面で崩壊するように注入される
    ことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
21. 前記ジェット偏向体材料が前記圧縮チャンバ内に吸引されて、前記ジェット形成場所に向けられる、というように、当該ジェット偏向体材料を収容するジェット制御デバイスよりも低い圧力を前記圧縮チャンバの内側に維持する工程を更に含む
    ことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
22. 前記ジェット偏向体材料は、当該ジェット偏向体材料を加圧下で前記空洞内に注入することによって前記ジェット形成場所に向けられる
    ことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
23. 前記ジェット偏向体材料を収容するジェット制御デバイスが、前記ジェット偏向体材料が前記ジェット形成場所に重力によって向けられるように、前記圧縮チャンバの上方に位置付けられ、前記圧縮チャンバと連通している
    ことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
24. 前記ジェット偏向体材料は、液体状態にあり、前記プラズマ発生器から遠ざかるように前記流体ジェットを破壊又は偏向するのに十分な質量流量で前記ジェット形成場所に向けられる
    ことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
25. 前記ジェット偏向体材料は、細長ロッドの形態の固体状態にあり、当該細長ロッドはジェット制御デバイスから前記ジェット形成場所内へと延びて前記プラズマ発生器から遠ざかるように前記流体ジェットを破壊又は偏向するのに十分な寸法を有する、というように前記ジェット形成場所に向けられる
    ことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
26. 前記ジェット偏向体材料は、少なくとも１つのペレットの形態の固体状態にあり、前記プラズマ発生器から遠ざかるように前記流体ジェットを破壊又は偏向するのに十分な質量流量で前記ジェット形成場所に向けられる
    ことを特徴とする請求項１８に記載の方法。