JPH11506259A

JPH11506259A - エネルギー蓄積素子

Info

Publication number: JPH11506259A
Application number: JP8536704A
Authority: JP
Inventors: スーアード，デイ・クリント; チエン，チピング; テムキン，リチヤード・ジエイ
Original assignee: エレクトロン・パワー・システムズ
Priority date: 1995-05-31
Filing date: 1996-05-31
Publication date: 1999-06-02
Also published as: CN1186565A; AU6250796A; DE69616315D1; AU717031B2; WO1996038848A1; EP0829089B1; EP0829089A1; DE69616315T2; US6617775B1; CA2219033A1

Abstract

(57)【要約】電子が真空内のスパイラル通路に沿って循環するように配置されている。該通路はトロイド（環状体）面により形成される中空の対称な形状を有している。該形状は磁場により制御可能であり、該形状内に該電子を閉じ込めることが出来る。閉じ込める力は外部電磁場、該真空内のイオン、又は該軌道を回る電子自体の間の相互作用により創生される。閉じ込められた電子は後で引き出すためのエネルギーを貯蔵する。

Description

【発明の詳細な説明】エネルギー蓄積素子関連米国出願本出願はいづれも１９９２年１２月２４日の米国出願第０７／９９６、７５２号の一部継続出願である、１９９５年５月３１日米国出願第０８／４５５、２２１号及び１９９５年５月３１日米国出願第０８／４５５、０７７号の一部継続出願であり、それらの開示内容が全体に亘り参照してここに全て組み合わされている。発明の背景技術発明の属する技術分野現在プラズマを閉じ込め、利用することは難しい。反対電荷の粒子を用いるプラズマの１つの注目すべき利用法は双方の極性に荷電されたプラズマを高エネルギーレベルに上げ、強力な磁場内に閉じ込める核融合炉にある。該双方の極性に荷電されたプラズマは形状が不定形であり、その形状内に磁場で中に保持されたリング状の固まりとしてプラズマは閉じ込められ、更に該プラズマは、精密な固定や、形成が出来ないリングの中に通路すなわち軌道を有する同じでない電荷の粒子を含んでいる。１つの符合の電荷を有するプラズマは前に研究されている。（例えばニューヨークの米国物理学会１９８８年ＡＩＰ会議論文集１７５号の、シーダブリューロバートソン（Ｃ．Ｗ．Ｒｏｂｅｒｔｓｏｎ）及びシーエフドリスコル（Ｃ．Ｆ．Ｄｒｉｓｃｏｌｌ）編”非中性プラズマ物理学”参照）これらのプラズマは”非中性プラズマ”や”単一要素プラズマ”のような幾つかの異なる名前で知られている。非中性プラズマの研究分野では、研究は粒子当たりの低い速度エネルギーと低乃至中程度のプラズマ密度を持つ非常に安定したプラズマの状態で行われている。非中性プラズマの研究の主な推進力は該プラズマの長時間閉じ込めを達成し波動現象のような性質を研究することである。長時間の閉じ込めを達成するために、これらのプラズマはペニング（Ｐｅｎｎｉｎｇ）トラップのようなトラップに貯蔵され、極低温の温度まで冷却される。これらのプラズマ内に貯蔵された自由エネルギーは最少化される。粒子当たりの利用可能エネルギーは典型的には約１電子ボルト以下である。研究された典型的な密度は約７００ガウスの従来の磁場で約１０¹³ｍ^-3か、８０キロガウス（８テスラ）のような高磁場で４ｘ１０¹⁶ｍ^-3 である。これらのプラズマは該サイクロトロン周波数に対するプラズマ周波数の比が非常に低い。これらのプラズマの比較的低い密度と粒子当たりのそれらの低い貯蔵エネルギーは単位容積当たりの粒子数と粒子当たりエネルギーの積である単位容積当たりの総貯蔵エネルギーが非常に低いことを示している。非中性プラズマの従来の利用法は、荷電粒子が高エネルギーレベルまで引き上げられ、複雑な磁石により閉じ込められるサイクロトロンのような粒子加速器にある。荷電粒子の塊の形状は本質的に不定形である。荷電粒子の第３の利用法は電子ビーム用である。これらのビームは溶接や蒸着用に有用であるが、過渡的な性質を持ち、形態は簡単な線状である。発明の概要本発明の目的のために、同じ様な電荷の荷電粒子の集まりを単一電荷プラズマ又は単一荷電プラズマと規定する。すなわち単一荷電プラズマすなわち複数の荷電粒子は全て負極性に、又は全て正極性に、荷電されていると言える。不定形よりも、むしろ固定されており、内部では該粒子が規定された通路を動く様な、プラズマ形状が本発明により提供される。この様に構成された時は単一荷電プラズマは不定形プラズマよりも遥か高程度に閉じ込め可能であり、制御可能である。該単一荷電プラズマは、良く規定された、簡単な、制御された方法で、エネルギーを追加したり、又エネルギーを引き出したり出来て、該方法はエネルギー貯蔵に新しい可能性を開くものである。該システムは特定のトロイダル形をした固定形状の単一荷電プラズマの発生機を提供する。該システムは荷電粒子ビーム、単一導体、又はトロイダル形の導体コイル、又は他の方法で発生した円形磁場を使用して該プラズマをトロイド形状にする。単一荷電プラズマは、内部で該荷電粒子軌道が規定可能で、予想可能な固定した、かつ、安定な幾何学的形状に形成される。該プラズマの形状はトロイド（円環体）、伸長されたトロイド、８の字形又は希望する多くの形になる。該トロイドは中空で、軌道を回る粒子の薄い殻を有している。該粒子は該粒子のエネルギーレベルに従って様々な軌道層で軌道を回る。すなわち低いエネルギーの粒子は高いエネルギーの粒子よりも小さい軌道半径を有する。室温で、各軌道内では、隣接する粒子は基盤を形成するためにお互いに結合する。固定した形状のプラズマ発生機は真空室、電場、荷電粒子源及び円形磁場を備えることが出来る。固定した形状のプラズマ発生機の１実施例では円形磁場を発生するために単一導体が使用されている。もう１つの実施例では荷電粒子ビームが円形磁場を発生するために使用されている。なおもう１つの実施例では円形磁場発生にトロイド導体コイルが使用されている。又、該粒子のエネルギーレベルをを上げるためにマイクロ波エネルギーを使用出来る。本発明の好ましい実施例では該トロイドコイルは固定プラズマ単一荷電プラズマの無限のフアミリを発生するように変型されている。該システムの全電荷を中性化するために電荷中性化装置が使用される。該電荷中性化装置は、イオンの集まり、金属表面上の映像電荷又はイオン電荷蓄積器とすることが出来る。該電荷中性化装置は該軌道層又は該トロイドの殻から間隔を離されている。更に本発明の実施例は該電荷を中性化されたトロイドをエネルギー貯蔵に使用するための真空管システムに関する。電子源組立体は電子を制御しながら送り込むため該真空管のポート上にシールされている。図面の簡単な説明構造及び部品組み合わせの様々な新しい詳細事項を含め本発明の上記及びその他の特徴を付随する図面を参照して更に特に説明する。本発明を実施する特定の電子スパイラルトロイドは図解用にのみ示すもので本発明を限界するものとして示すものではない。本発明の特定の特徴は本発明の範囲から離れること無く種々の実施例に使用出来るものである。図１は始動用導体に対し横切って取られた本発明の好ましい実施例の略図である。図２は導体に垂直に取った図１の円形磁場の断面略図である。図３はスパイラル電子軌道の略図である。図４は図１のトロイダルプラズマの平面略図である。図５は図４のＡ−Ａ線に沿った図１のトロイダルプラズマの断面略図である。図６は４つの隣接する電子軌道を顕微鏡的尺度で図解した略図である。図７は電子軌道の回りの場の力線の略図である。図８Ａは電子スパイラルトロイド内の電子軌道の略図である。図８Ｂは図８Ａの該軌道の回りの電子の運動の略図である。図９Ａ−９Ｂは該軌道の上と下の点で電子に作用する力のグラフ図である。図１０はトロイダル導体コイルの平面略図である図１１は内部トロイドプラズマを有する図１０のトロイダル導体のＢ−Ｂ線に沿った断面略図である。図１２は内部トロイドプラズマの詳細を有する図１１のトロイダル導体コイルのＣ−Ｃ線に沿って切り欠いた平面略図である。図１３は該プラズマのトロイダル形状を１部切り欠いた斜視図である。図１４はトロイドプラズマ管を１部切り欠いた斜視図である。図１５は図１４のトロイドプラズマ管を切り欠いた平面図である。図１６はトロイドプラズマ管システムの回路略図である。図１７は本発明のエネルギー貯蔵システムと共に使用される制御システムの略図である。図１８Ａは真空室に対して対称に整列している複数の電子源を有する真空室の略図である。図１８Ｂ及び図１８Ｃはフイラメント電子源の尖端及び指示位置での断面略図である図１９は電子スパイラルトロイドを始動し、閉じ込めるための電極と１ターンコイルの略図である。図２０Ａ−図２０Ｂは本発明による小さな、捕らえられてない電子スパイラルトロイド発生法の略図である。図２１は該トロイドの電荷を中性化するための電荷蓄積器の略図である。図２２は該トロイドから電荷を移転するための局部的場システムの略図である。図２３は磁気誘導による電荷移転システムの略図である。図２４はガスフローシステムを使用する真空管システムからのエネルギー移転用システムの略図である。図２５は図２４のガスフローシステム用マイクロ波再充填器の略図である。図２６は移転された熱エネルギーを電力に変換するための電磁流体的システムの略図である。図２７は本発明による電気自動車の略図である。図２８は本発明による電気飛行機の略図である。図２９は本発明による携帯用電源の略図である。好ましい実施例の詳細な説明単一電荷又は単一荷電プラズマは同じ電荷を荷電した粒子の集まりとして規定される。荷電粒子の例は電子やイオンである。ここではトロイドは或る平面上の閉じた曲線を、その平面上の軸線の回りに回転させて出来る面として規定される。トロイドの典型的なものは３次元形状でのドーナッツ形である。本発明の好ましい実施例によると、電子スパイラルトロイド（ＥＳＴ）内に配置された電子はエネルギー貯蔵に使用される。代わってエネルギー貯蔵のためにイオンをイオンスパイラルトロイド（ＩＳＴ）に配置することも出来る。イオンは電子よりも高質量であるため、電子よりも動くのが遅く、より安定した形状を呈する。しかし実際には、電子でより、陽子で高電流を成就することはより難しい。そのために本発明の好ましい実施例は概してエネルギー貯蔵に電子を使用するよう説明している。図１は始動用導体を横切って取られた本発明の好ましい実施例の略図である。電子プラズマトロイドを始動するに必要な要素は電子ビーム１４、円形磁場、フイールド板で供給される電場、イオン又は局部イオンの蓄積及び真空室である。円形磁力線１０が示されているが、ここでは従来の記号を使用し、”ｘ”は紙面に入る方向の力線を、”．”は紙面から出る方向の力線を示している。図２は、導体に垂直に取られた図１の円形磁場の断面の略図である。図示方向に電流１２を流す電気導体１１を使用して円形磁場発生方法が図１で示されている。充分に強い円形磁場を創生する電流が存在する限り、該導体１１は単一導体でも、１連の導体群でも、或いは荷電粒子ビームでも良い。該荷電粒子が送り込まれる部屋は真空にすることが出来るが、該粒子のドリフト速度に打ち勝つ小さな電場は必要である。代わって、電子の場合は、イオンが該ドリフト速度に対抗するに充分な量で発展出来るように充分に高い圧力レベルを有する程度に該部屋は一部真空にすることも出来る。電子ビーム源１３は該電子ビーム１４を始動するために使用される。該電子ビーム１４は該磁場の存在により、物理学の基本法則Ｆ＝ｑＶｘＢに従って図１に示すように曲がるが、ここでＦは力、Ｂは磁場強さ、Ｖは粒子速度、ｑは粒子電荷である。該力はベクトル方程式で示されているが、該ベクトル力は該トロイダル形状の対称性からここではスカラー方程式に帰せられる。物理学の法則に従って該円形磁場の適切な回転を考慮するよう注意を払わねばならぬが、該電子ビーム１４は正極又は負極に荷電した荷電粒子ビームで置き換えることが出来る。軌道の形状は該力の釣合で規定される。Ｆ＝ｑＶＢ及びＦ＝ｍａここでｑは該粒子の電荷Ｖは該粒子の速度Ｂは磁場の強さｍは粒子の質量ａは粒子の加速度である。サイクロトロンの様に、もし円形磁場と該荷電粒子の回転力が釣り合えば、ビーム１４は図示の様に円形軌道１５を形成する。該磁場内で該電子が回転すると多数の軌道が形成される。同じ電荷は反撥するので該多数の軌道はスパイラルに拡がる。該電子の拡がりやスパイラル運動を容易にするため該電子ビーム１４は該導体１１の軸線に対し僅かに角度を付けることが出来る。軌道内に留まるには該電子は更に復元力を必要とする。これは該ドリフト速度に対抗するために必要とし、該ドリフト速度に対抗するよう電場を提供することで実施される。フイールド板はここには示さないが、下記で説明する。該ドリフト速度に対抗する代わりの方法はイオン利用に伴うものである。部分真空室を用意することにより該室内で軌道内の電子はガス分子と衝突し、イオンを生成する。もし正しく行われれば、該イオンの場が該電子のドリフト速度を相殺する。これについても下記でより充分に説明する。図３はスパイラル運動する電子の軌道３１の略図である。図解されて半径ｒ₀でスパイラル運動する。電子の軌道は一般には円形であるが、導体からの距離が増大するにつれて磁場の強さの変化の関数として円形から幾分変化する。典型的な形状では該電子速度Ｖは約５＊１０⁷ｍ／ｓである。該力の釣合が取れている範囲で該速度Ｖは高い値から低い値まで変化する。全ての電子の速度はは実質的には均一である。好ましい実施例での円形磁場は約１０００アンペアターンのコイルで発生された。該電流は該電子を軌道内に留めるのに必要な力の関数として高い値から低い値まで変化し得る。図４は図１のトロイダルプラズマの平面略図である。該電子が拡がっても電子は円形磁場の力により該軌道３１内に留まるが、図示の様にトロイド３２内に拡がる。これは電子プラズマトロイドとなる。軌道３１は１つの大きなスパイラルとして連結されており、軌道の数は変化し得る。もし電子が荷電粒子で置き換えられると、該結果は荷電粒子プラズマトロイドとなる。図５は図１のトロイダルプラズマの図４のＡ−Ａ線に沿った断面略図である。導体３３と電子ビーム発生器３４に注意頂きたい。図４及び図５では該トロイドの図を明確化するため該円形磁場の詳細は省略してある、該磁場は図１および図２に示すそれらと同様である。円形磁場は多くの方法で発生出来る。導体による発生が概念では恐らく最も簡単である。しかしながら該導体は荷電粒子ビームで置き換え可能である。真空中では粒子ビームとプラズマは最も良く発生し、持続されるがそれはその減圧された雰囲気中ではガス分子と粒子間の衝突が減るからである。空気やガス分子との衝突はこの様に該プラズマの寿命を短くする。粒子ビームを確立するに必要な真空レベルは良く知られている。概して、該真空度が良い程、衝突は減少し、該プラズマの寿命は長くなる。しかしながらドリフト速度に打ち勝つために電場が必要である。低い真空レベルが好まれるが、それはその場合衝突が最少になり、その結果、平均ビーム長さが増大し、該ビームの持続にに必要なエネルギーを減小するからである。１０^-7Ｐａ以上の範囲の基礎超高真空が好ましい。代わって電子スパイラルトロイドの始動では高い圧力が使用出来る。この場合、電子と水素のようなガス分子との衝突がイオンを創生する。今度は該イオンは該電子のドリフト速度を中性化する。水素は好ましいガスであるが、それは水素が唯１度だけイオン化する利点を有しており、それは有用な衝突特性を提供するからである。約０．１Ｐａの真空レベルを有する真空管を下記で説明する。トロイドは１気圧（１００、０００Ｐａ）の高さの圧力で観察され、２、５００Ｐａでは日常的に観察される。該電子プラズマトロイドが始動された後、幾つかの外力機構のいづれによっても該電子プラズマトロイドは存在し続けられる。第１に該円形磁場が持続され、第２に適切な電場を使用することが出来て、第３に反対極性であるが真空中のイオンが或る環境下で適切な回復力を提供する。元の円形磁場が取り除かれても、もし該プラズマ中に充分な数の電子があり、かつ、充分なイオンがあれば、或いは適切な電場があれば、該電子プラズマトロイドは実質的にその形状を維持出来る。始動電子スパイラルトロイド（ＥＳＴ）の始動には電子のスパイラル運動と円形磁場間の力の釣合が維持されることが必要である。この式はサイクロトロン用と同じである。該ＥＳＴを始動するには、好ましくは電子ビームが円形磁場内へ送り込まれるのが良い。すると電子ビームは磁場の存在でスパイラル運動し、磁場に対し適当な注入角度を与えられる。図３に戻ると、該注入されたビームは磁場，Ｂ内でスパイラル運動する。電子の速度Ｖ、磁場Ｂ、合成された力Ｆは全て相互に直交している。もし磁場が円形ならば、該電子は該磁場の回りをスパイラル運動し、力線に従う。適切な始動条件では該スパイラル運動する電子ビームは該円形磁場の回りにカーブし、自身に再合流する。該再合流したスパイラル内の電子は従って電流リングを形成する。該始動は衝突を最少にするため真空中で行われる。この始動は上記参照米国特許第５、１７５、４６６号に説明されており、その開示事項をここでは組み合わせ参照している。該電子スパイラル運動は該始動コイルの磁場で引き起こされる。最初に電子ビームが該始動コイルに入ると、磁場力線と交叉し、該磁場力線が該ビーム内電子にスパイラル運動を行わせる。この始動の瞬間の電子の運動は４つの力で確立されるが、それは該磁場からの力、該電子の回転力、ビーム内他の電子からのクーロン力、該ＥＳＴの近くのイオンによる力である。該回転力と該クーロン力は該電子を該始動ビームから離れ拡げようとする。始動コイルの磁場は該クーロン力と該回転力に打ち勝つ程充分大きくなければならない。この場合該イオンの力は省略出来る程充分小さい。電子ビーム内で見られるこの釣合は次のようである。該回転の力は下記である。ここでｍは電子の質量、ｒ₀は軌道の半径、そしてＶは電子の速度である。ビーム内のクーロン力は次のようである。Ｆ_I＝ｑ（Ｉ）（１／（２πε₀ｒ₀））ここでｑは粒子の電荷、Ｉは該ビームの長さ当たりの電荷、そして ε₀は誘電率である。始動コイルの力は次のようである。Ｆ_L＝ｑＶＢここでＢは始動コイルの磁場である。該トロイド用磁場は次のように表される。ここで μ₀は透磁率、ｎ_Tはループの数、ｉ_Tはループ当たりの電流、ｒ_Tは該トロイドの中心から該粒子軌道の軸線までを測定したトロイドの半径である。Ｆ_R＝Ｆ_I＋Ｆ_Lの時は、スパイラルビーム中の電子と該始動用コイルの磁場の間の力の釣合が達成される。好ましい実施例に於ける該力は次のようである。Ｆ_R＝６．６＊１５¹³Ｎ但しＶ＝９．３７＊１０⁷、ｒ₀＝．１２２ｍの時である。Ｆ_I＝２．５＊１５¹²Ｎ但しビーム電流に対し、ｉ＝１０００Ａの時である。Ｆ_L＝３．１７＊１５¹²Ｎ但し２０．６００アンペアターン、ｒ_T＝．１９６ｍの時である。始動用コイルは高電流の１本線でも良く、１連のコイルを含んでいても良い。スパイラル運動するビームは該トロイドの回りの力線に追随する。典型的には該コイルのパラメータはｒ₀が定常状態での該ＥＳＴと同じ寸法となるようにセットされる。示した力は始動時の主要な力である。始動中に釣合をもたらすために更に力が必要な時は下記で更に詳細に説明するように外部電場又はイオンによりもたらすことが出来る。定常状態の力磁気力及びクーロン力一旦該ＥＳＴが確立されると、それは１つの電流ループの集まりと考えることが出来る。該電子は該ループの回りを同じ方向に進行する。該トロイドの最外表面上の点Ｐにある如何なる電子についても、全ての電荷の力の合計は次の様なクーロン力である。ここでｎｐは荷電粒子数、そしてｅは電子の電荷である。該クーロン力は全ての電子を該ＥＳＴの表面へ移動させるが、そこでは該電子はシート状電流になる。該ＥＳＴはトロイドなので内部磁場がある。該ＥＳＴの該中心へ移動する電子は次のような力を受ける。Ｆ（磁気的）＝Ｆ_M＝ｑＶＢ、ここでなお、ここでｎ₀は軌道数、そしてｉ₀＝ｑ（２πｒ₀／Ｖ）^-1である。該電子に作用する軌道の力該ＥＳＴに対する力の釣合が計算可能になる前に、個々の電子に作用する力を考慮しなければならない。始動中該電子はビーム配列から電子の平行な軌道へ移動する。この新しい配列は該軌道と該個々の電子との間の新しい場の相互作用を設定する。該電子は平行な軌道内を進むが、該平行軌道は丁度電流ループの様な作用をする。該軌道は図７で示す磁場を設定する。該電子がこれらの磁場を通過すると、電場と関連して、該ビーム軌道の回りで振動するよう摂動を起こさせられる。図８Ａは該ＥＳＴ内の１つの電子の軌道全体を示す。該電子軌道の小部分を図８Ｂに拡大して示すが、該電子自身の振動が示されている。場の近くの電子の方程式一旦該ＥＳＴが確立され、該電子がシート状電流の形を取ると、該電子は力線図９Ａー９Ｅに示すように該軌道の磁場と相互作用する。図９Ａは該電子軌道の上側及び下側の磁場を示し、これは図７の側面図と考えられる。該電子が該軌道の上側を動く時、該磁場、該速度及び１つの電子に作用する力の該水平方向成分のベクトル関係は図９Ｂで示される。該ＥＳＴ内には更に全部の量の電子によるクーロン力がある。これは該電子に対し垂直方向にだけ、そして該電子が該軌道の上側にある時だけ作用する。該軌道の上側を動く電子に作用する力の成分は図９Ｃで示される。単１の電子が該軌道の上側で動くと、該シート内の他の電子の電荷の反発力に作用される。該電子は又該磁場の力に作用されるが、その力は該電子の軌道をカーブさせ、すなわち回転し、下方へ送る。一旦該軌道の下側に来ると、該電子は逆の磁場に遭遇するが、それは該電子の向きを変えさせ、該軌道の上側へ送り返す。該軌道の下側には、空間電荷による力は無い。該電子に作用する水平及び垂直の力をそれぞれ図９Ｄ及び図９Ｅに示す。電子の運動の方程式を下記に示す。添え字”Ａ”及び”Ｂ”はそれぞれ該軌道の上側及び下側の力を示すことを注意頂きたいが、それは下記で説明する差異があるからである。図９Ｃ及び図９Ｄから、ここでｅは電子の電荷、そしてＦ_CはＥＳＴ全体からのクーロン力である。完全にするには、自転の力をここに含めねばならない。しかしながら、その力は該磁力及びクーロン力より多くの桁数で小さく、簡単化のため除外された。該軌道の上側では、Ｂ_Aは該軌道からその点までの距離と共に増大し、次いで減少する。該軌道の下側では、もし該軌道電流による磁場のみを考慮すならば、Ｂ_BはＢ_Aと同じで、反対符合である。しかしながら、該軌道の下側では該ＥＳＴによる磁場の追加成分がある。この追加成分はＢ_Bの大きさをＢ_Aより大きくする効果を有するが、それはＢ_B＝Ｂ_A＋Ｂ_Tであるからである。上記の微分方程式を解くと次の様になる。Ｖ_XB＝Ｖ‖ｃｏｓω_Bｔ、Ｖ_YB＝Ｖ⊥ｓｉｎω_BｔＶ_XA＝Ｃｃｏｓω_Aｔ＋Ｆ_c/ω_Aｍ、Ｖ_YA＝ーＤｓｉｎω_Aｔ ω_A＝ｅＢ_A/ｍ、 ω_B＝ｅＢ_B/ｍここでＶ‖は初期速度の送り込まれた電子の軌道に平行な成分、Ｖ⊥は初期速度の該軌道に垂直な成分、Ｃ及びＤは該電子が該平均軌道を横切る時刻に関連する常数、そしてω_Aとω_Bはそれぞれ該軌道の上側及び下側での振動周波数である。該電子は該正弦曲線の手近なゼロ点では交叉せず、該サイクルの中間点で交叉する。該常数Ｃ及びＤの解は次の結果になる。Ｃ＝（Ｖ‖ｃｏｓω_BＴ₁ーＦ_cω_Aｍ）/（ｓｉｎω_AＴ₂）Ｄ＝（Ｖ⊥ｓｉｎω_BＴ₃）/（ｃｏｓω_AＴ₄）上記方程式は該軌道の上側での電子の速度が該軌道の下側での電子の速度と異なることを示している。この差はクーロン力Ｆ_CとＢ_A及びＢ_B間の差との関数である。該軌道は電子がその上側及び下側を動く時に横切る平均の点である。該軌道を横切る不連続性は無い、何故なら該軌道の該点では磁場はゼロであるからである。電子は本質的に磁場がゼロの所を”縫って惰性進行する”。図８Ｂは該振動運動を概略示している。該電子の振動運動は該振動が安定である間しか続かない。本質的に、もし該軌道の上側での電子の経路が余り大きくなると、該電子は不定形に拡がり、該軌道へは復元しない。充たされねばならない安定条件は次のようである。Ｆ_c/ｅＶ‖Ｂ_A＝ｃｏｓω_BＴ₁ ここでＴ１は電子が該軌道の最上側位置に来る時刻である。この比は該ドリフト速度であるが、これは安定が可能にになるためには１より小さくなければならない。安定なドリフト速度を維持するためには外部電場又は外部イオンが使用される。電荷中性化システムでは安定性を保証するためにはＦｃは０に等しい。該ＥＳＴの表面は密接に間を隔てた電子の平行な軌道から成っている。これらの軌道上に正弦波運動が重畳されている。該電子を軌道内に保つため該ＥＳＴの場と相互作用しているのがこの正弦波運動である。結果は間の狭い平行軌道で、振動運動を伴っている、図６に略図で示した表面となる。代わりの始動の好ましい実施例図１０、図１１及び図１２は単一電荷プラズマ粒子トロイドを始動するための代わりの方法を示す。図１０はトロイダル導体コイルの平面図であり、図１１は内部トロイドプラズマを有する図１０のトロイダル導体コイルのＢ−Ｂ線に沿って断面図であり、図１２は内部トロイドプラズマの詳細を有する図１１のトロイダル導体コイルのＣ−Ｃ線に沿って切り欠いた平面図である。円形磁場はケーシング４２の回りのトロイド４１の形に捲かれた電気導体４０を有する導体トロイドを使用して始動される。該ケーシング４２は真空に耐えられるガラスのような適切な材料で作られる。該ケーシング４２は図１１及び図１２に示されている。図１１及び図１２に略図で示す該円形磁場は電流が該電気導体４０を通して送られる時創生される。必要な捲き数は、必要な円形磁場強さと該電気導体４０を通して流れる電流の強さとの関数である。捲き数１０００回の該導体トロイドで３ー６アンペアで創生される円形磁場は単一導体に流れる３、０００ー６、０００アンペアで発生する円形磁場に匹敵する。捲き線数は図１０及び図１１２に略図的に示されているが、導体当たりの電流及び所要磁場によって変わる。電子ビーム４５を始動するために電子ビーム源４４が使用される。該ビームは該導体トロイド内の電子プラズマトロイド内へ拡がる。図３及び図４に関連して前に説明したように、典型的な軌道４６が１つのスパイラルの中へ拡がる。図１３は該プラズマの該トロイダル形状の一部切り欠き斜視略図である。始動条件が適切に確立されると、該スパイラル電子ビームは該円形磁場の回りをカーブし、自身と再結合する。該再結合したスパイラル内の電子は図解するようにトロイダル通路４８を有する電流リングを形成する。一旦該スパイラルが確立されると該電子は薄い、中空のシート内へ拡がる。該電子は全てが平行な軌道内を動き、同じ速度で移動する。該電子は全て該同じ電子ビームから来ているので、実質的に同じエネルギーを有している。更に該磁場内の該多数のスパイラル軌道はより大きい、又はより小さい速度を有する電子が回転力によりそれぞれ高い、又は低い軌道内へ動かされることを保証している。従って隣接する軌道は同じエネルギーを有する電子を含んでいる。又、この過程は隣接する軌道が実質的に同じ電流を有することを保証する。該トロイドは電子の中空で薄くスパイラルのシートを有する電流のシートである。該電子は半径ｒ₀でスパイラル運動する。該トロイドは内側半径Ｒ₁及び外側半径Ｒ₂を有する円形トロイドとして図解されているが、ここでＲ₂＝Ｒ₁＋２ｒ₀ である。該コイルはオーバル形に引き伸ばすことも出来て、それでもトロイダルではないが固定形状のプラズマを維持している。該コイルは僅かに変えた無限の数の変形品に変えることが出来るが、それでもなお固定形状のプラズマを維持している（トロイダルからは僅かに変化しているが）。図１４はトロイドプラズマ管１００の一部切り欠き斜視略図である。該管はガラスの囲い１０１を有する。該ガラス囲いは良好な真空を保持するのに適した真空管材料である。この実施例の該管１００の直径は約１０ｃｍである。軌道用空洞は該内外壁沿いに高さ３．７５ｃｍである。該真空度はビーム長さ約１０ｃｍを備えるために好ましくは約０．１Ｐａとするのが良い。該管１００の寸法は特定の応用に依り決まる。真空管に於いては典型的であるように、全てのガスを除去するために、真空ポート１０２が該管１００の脱気に使用される。該管１００の脱気後、該真空を保つために該ポート１０２はシールされる。代わって脱気をするために該真空ポートに標準型の真空フランジを嵌合することも出来る。電子源組立体を配置し、該管１００の外部から真空内へ線を通過させるためにガラス基盤１０３が備えられている。多くの真空管に於けると同じようにフイラメントが備えられ、電子流を実現しやすくするためフイラメントは加熱される。電力は抵抗線への電線１０４を通して該フイラメントへ（図１５参照）、かつ電線１０５を通して大地帰路へ供給される。これは該陰極（図１５参照）に於いて自由電子を創生する熱を供給する。これは多くの方法で実現出来る良く知られた技術である。該電子は陽極１０６で加速される。該陽極１０６は円筒状でスリット１０７を有しており、該スリットを通して電子が現れ、ビーム１０８を形成する。該陽極１０６は電線１０９で接続された外部回路により加速電圧を供給する。該陽極１０６は直流５０Ｖ乃至直流３００Ｖで容易にビームを形成し、それより高い場合は、より高い電圧を与えれば、より大きい加速を、従ってより速く動く電子を供給する。該陽極１０６は絶縁体１１０で該陰極から絶縁されている。磁場を発生するためにコイル１１が備えられている。実際はより多くの捲き線を必要とするが、コイル捲き線が略図で示されている。該コイルは円形磁場を作り、該磁場は該コイルでカバーされたチューブの部分を通って周回する。全てのコイルは同じ方向に捲かれ、１つの大きいスパイラルすなわちソレノイドとなるよう一緒に接続されている。該コイルの２つの端部は第１コイル１１２及び第２コイル１１３として引き出され、給電のため外部電源へ接続されている。この種類のトロイドプラズマ管では３アンペア乃至２５アンペアの範囲の電流が該ビームを様々な径の軌道でスパイラル運動させる。該コイルは製造上の便宜的手段として該チューブの外側に捲かれるが、該ビームがスパイラル運動する空間が取れる限りでは該管内部に配置することも出来る。該トロイドプラズマ管の本質的特徴は該コイルがトロイドに捲けるようにする該中央孔１１４である。この特徴は円形磁場の発生を可能にする。該管の構造により該コイルは全体としては対称ではなく、該ビーム通路の軌道を形作るに必要なように小さな補助磁石１１５、１１６が置かれる。図１５は該トロイドプラズマ管の切り欠いた平面略図である。図１４に示されていない１つの追加すべき詳細事項は該陽極組立体内に配置された陰極用線材１１７である。陰極材料が該線材１１７上に塗布されている。該切り欠き図では該陰極用線材１１７は絶縁体１１０で陽極１０６から絶縁されるように示されている。該電子ビームスパイラルが完全な通路１１８の形で示されている。コイル線１１１が代表する数で示されており、全数では示されていないが、それは余り多くて明確に充分図解することは出来ないからである。同様に該電子ビームスパイラルが略図的に示されているが、それは示し得るよりもっと多くの軌道が生ずるからである。電流の方向は標準的な慣例に従い示されている。図１６はトロイドプラズマ管の電気接続を示す回路略図である。フイラメント電源１２１は該フイラメント１２２を加熱する。該陰極１２３は電子を発生する。該陽極電源１２４は該陽極１２５に電子加速電圧を供給し、該陽極が該電子をビームに加速する。該陰極１２３、陽極１２５及びフイラメント１２２は該真空管１２６内に位置する。該コイル電源１２７は該トロイドコイル１２８に電力を供給する。該トロイドコイルが該円形磁場を発生する。該トロイド内に蓄えられるエネルギー量は標準的な物理学の法則を利用して計算出来る。各電子はエネルギーを蓄えている。該トロイド内では全ての電子は実質的に同じ速度と実質的に同じエネルギーを有している。従って貯蔵全エネルギーは全電子の数と電子当たりのエネルギーの積である。初期のプロトタイプは５０乃至１５０電子ボルト（ｅＶ）の低いエネルギーの電子を使用した。電子は可成りのシンクロトロン放射損出なしに約２５、０００ｅＶに加速出来るのであり、該損出が許されればさらに高くまで加速出来る。全蓄積電子数を多くすることが出来るが、それは電子数を増やすことは磁気的復元力を増大し、力の釣合を維持するからである。最初のプロトタイプは全電荷量は少なかった。１０クーロンより大きい全電荷が観察された。それより電荷を多くすることが出来るようである。始動及び閉じ込め始動及び持続の制御は図１７に示すようになされるが、同図は本エネルギー貯蔵システムに使用される制御システム１７０の略図である。コントローラ１７１が該トロイドの始動のための電源電圧を図１６を参照して上記で説明したように設定する。該トロイドを始動するために、該始動コイル電源１２７がスイッチオンされ、次いでフイラメント電源１２１がスイッチオンされ、更に次いで該グリッド電源が順次増分を加える形でスイッチオンされる。該トロイドが自体で持続可能となると、該コントローラ１７１はこれらの電源を必要に応じて切る。該磁場を確立するために補助的場１１５及び１１６が必要に応じて使用される。トロイドセンサ１７５は該粒子の存在を検出する。これは別の検出用コイルで行われる。エネルギー移転回路１７６を必要に応じて稼動させる。表示型計算機１７７が該運転者に指示、状況及び手動制御の選択を提供する。電子は多くの仕方で供給される。電子銃は良く知られた方法であり、図１４に示されている。更に、該トロイドを始動するために最初に送り込まれる電子の量を増加する目的で、電子銃又は電子源の多数化が行われる。これは図１８Ａに示されている。各銃は図１４及び図１５に示した要素と機能を有している。図１８Ａは各々電子を送り出す多くの銃１８１を示す。明確化のために始動コイルは示していないが、図１４及び図１５に図解したものと類似している。もう１つの電子源は完全に該真空室の回りに伸びている１本の連続したフイラメント又は１連のフイラメント群である。図１８Ａは真空室に対し対称に並んだ複数の電子源を有する真空室の略図である。連続したフイラメント線１８３は又、該コイルの内側で該室の１表面に取り付け使用出来て、図１８Ｂの断面平面図に示されている（明確化のために始動用コイルは示してない）。該フイラメントリード線１８４に電力が印加されると該フイラメントの長さに沿って電子が発生する。図１８Ｃに示すように電子遮蔽１８５が供給されるが、該遮蔽は該電子をグリッド１８６の方へ向かわせるため適当に偏倚されている。該グリッドは該電子を加速させるが、該電子は、磁場が前に説明したように印加されると通路１８７に沿ってカーブする。図１９は実験的な電子スパイラルトロイドを始動し、閉じ込めるための電極と１ターンコイルの略図である。トロイド２３９の高エネルギー型に到達するためには高エネルギー電子ビーム源が必要である。高エネルギー電極は間隙で分離され、より太い線２３３を介して２つの端子２３２に接続された１対の電極線２３１を備えている。該電極は今度はコネクタ２３４を有する適当な線で高電流源に接続されている。該電極は、基盤と該電極用の個々の支持部材から成るフレーム２３５に設置されている。該支持部材はチューブ２３６で絶縁されている。非常に繊細な線２３７が該２つの電極線２３１間のギャップを横切って該電極線に半田付けされている。１ターンコイル２３８は円形磁場を創生するために該電極線２３１からは間を隔てられている。該コイル２３８は直線でもループ状の線でも良い。好ましい実施例では該コイル２３８は該電極２３２間のギャップに張られた真鍮ロッドである。特に該真鍮ロッド２３８は直径１／３ｃｍで該電極線２３１から約１ｃｍの距離だけ離れている。充実したロッドの使用により該コイルが該電極２３２間で直線であるために電磁場の乱れが避けられることが保証される。高電圧を有する高電流源が該電極に接続されると、該繊細な線２３７は急速に蒸発し、該電極線２３１の端部を加熱するが、該電極線は今度は該電極２３２の所でより太い線２３３に接続されている該端部まで完全に溶融する。該電極線２３２が溶融してしまった後も、電子は１つの電極２３２から他の電極へ該ギャップを通して流れ続ける。更に特定すると、およそエーダブリュージー（ＡＷＧ）３８番の非常に細い線を使用した。電極には、エーダブリュージー２４番からエーダブリュージー１８番まで種々の寸法が使用出来るが、エーダブリュージー２２番を使用した。過剰な発熱を避けるために該電極部の該太い線にはエーダブリュージー１０番を使用した。各線の相互接続には良好な結合を保証するために半田を使用した。該電極は機械的保持部を有する無半田端部である。使用する絶縁は好ましくはピーテーエフイー（ＰＴＦ該電極２３２は該コイル又はループ２３８と関連を持って使用される。一旦該電極２３２が該ギャップ間にビームを確立するに充分な程長い時間接続されると、該コイル２３８は閉路され、電子ビームに該線の回りをスパイラル運動させる磁場を創生する。該コイルが閉路し続けると該ビームはトロイド２３９を形成する。該トロイド２３９を含む該コイルは閉路した儘でいる。一旦該トロイド２３９が形成されると該電極２３２は開路しても良い。始動サイクルのタイミングは重要である。電極線２３１は充分溶融し、プラズマを確立するために充分な時間を与えられねばならない。これには約１、０００分の６０秒かかる。その後該コイル２３８を閉路出来る。該コイル２３８の場の強さも重要である。もし該場の強さが余り大きいと、機械的リレーでの磁気的吹き消しと組み合わされた良く知られた現象の様に、該磁場が電極を吹き消すであらう。もし該コイル２３８が充分強くないと該ビームはスパイラル運動せずに続くであらう。典型的には該電極２３２は直流１７５ボルト、７５０アンペアで始動される。該コイルは２．５ｃｍの間隔で７５０アンペアを要する。圧力は変化出来るが、典型的には１０、０００Ｐａより低くて始動し、更に通常的には約１００ー１、０００Ｐａの間である。もし始動用コイルなしで該電極が使用されると、自由トロイドが発生する。該トロイドはコイルによって捕捉されてないと言う意味で”自由”である。典型的に１，０００Ｐａの圧力で、典型的に直流１７０Ｖで該電極を着火することにより自由トロイドとなる。電極が溶融を終了し、該電子ビームが消失する過程にある時これが起こることが観察された。図２０Ａー図２０Ｂは本発明による小さな、捕捉されない電子スパイラルトロイドを発生する方法の略図である。図２０Ａを参照すると約６００アンペアの電子ビーム２８１が約１５センチメートルのギャップを横切り確立された。該電子は負電極２８３から正電極２８４へ移動する。該圧力は約１、０００ー１０、０００Ｐａである。電極間電圧は公称直流２００Ｖであるが、少なくとも直流１５０Ｖから直流５００Ｖまで変えられる。該電圧、電流はバッテリー電源で供給される。該電極２８３、２８４は撚られた線２８５（図２０Ｂ）から成っており、すなわち、それらは多数の線から作られている。該表面はスムーズでなく、該ビームに、そこから出発出来る多くの隆起点をもたらしている。該撚られた線２３５と電極２８３の拡大図を図２０Ｂに示す。典型的なビームは、良く知られた陰極動作と同じような仕方で該電極の出鱈目な点から出発する。該出発点が余り熱い時は、これ又良く知られた陰極現象の様に、該ビームは新しい出発点へジャンプする。このジャンプ中に、第１のビームが衰退し停止する過程にあり、第２ビーム２８７が立ち上がる時間間隔がある。該第２ビームは上記で説明したように磁気的始動用場を確立し、そして丁度第１ビームが消える時に、該第１ビームは該始動用場の中へ捕捉される。結果として小さなＥＳＴ２８８となる。該トロイドは、１Ｐａから１０、０００Ｐａを越える圧力範囲で、直流８０Ｖから直流５００Ｖを越える電圧で、２００アンペアから１、３００アンペアと測定された電流を有するものとして始動されて来た。観察されたトロイドは１．５ミリメートルの軌道直径を有し、直径約５ミリメートルと測定されている。該トロイドは図１３で示す一般形と同様であり、スムーズな表面を有している。図２１は該トロイドの電荷を中性化するための電荷蓄積器の略図である。電子が使用される時、該トロイドの軌道は軌道中の電子の配列である。該トロイドの全電荷は該トロイドの閉じ込めにとって問題である。電荷蓄積器３１０は該トロイドに対し中心に置かれ、該トロイドの電荷を中性化するために該トロイドの電荷と等量で反対の電荷を保持している。外側の観察者には該トロイドの電荷は該トロイドの中心Ｃ_Tに全てあるように見える。理論的には該トロイドの中心Ｃ_Tに位置する反対符号の全電荷は該トロイドの電荷を中性化する。もし電子の数と同じイオンが該トロイドＣ_Tの中心に位置すると、該電荷は中性化され、該トロイド３２０の閉じ込めを可能にする。該電荷は実際には点電荷としては蓄積され得ない。しかしながら該電荷蓄積器が該トロイドに対し対称である限り電荷蓄積器３１０内に配置出来る。該電荷蓄積器３１０の位置はその中心が該トロイド３２０の中心Ｃ_Tに配置されるようにしなければならない。該トロイドの該電荷そのものが力を最少にすることを求めており、従って該電荷蓄積器３１０上でそれ自身を中央に置こうと求めるので、それを該トロイド３２０の中心に配置することは難しくはない。該電荷蓄積器３１０は球や、円筒や、円板または中心軸線に関し対称などんな複雑な形状にも限定されないものを含め、どんな数の形状でも良い。その寸法は該トロイド３２０の中央開口部の寸法より小さい必要がある。代わって該ＥＳＴの電荷は該トロイドＣ_Tの中心にある金属導体上に影像電荷を発生させることにより中性化することも出来る。マイクロ波電力を応用することにより１つのＥＳＴにエネルギーを附加することが出来る。これはもし該ＥＳＴが所要のエネルギー状態より低い状態で始動され、従って該ＥＳＴの貯蔵エネルギーを増加するために追加電力を要するならば、好適である。もう１つの可能性は、電子ビーム送り込みのような１つの方法で該ＥＳＴを始動する、一方で該電子ビームを更にエネルギーを高めさせるためにマイクロ波を使用して追加エネルギーを供給することを同時に行うことである。マイクロ波はエネルギー追加に魅力的な技術であるが、それはコストが安く、電力が磁力線を横切って該ＥＳＴへ容易に伝送されるからである。マイクロ波ビームは標準的なセラミックの窓を通して該トーラスの真空容器内へ送ることが出来る。従って工学的観点からはマイクロ波電力の相互結合は簡単である。マイクロ波電力は２つの良く知られた応用すなわち高周波（ＲＦ）電子加速器及びプラズマ加熱に於いて、電子ビームにエネルギーを附加するのに最近使用されている。加速器では該電子ビームへのマイクロ波の結合が空洞共振器すなわち超高真空に保持された進行波構造体内で行われている。該結合では該電子ビーム速度と該マイクロ波の位相速度の間の同期やマッチングが要求される。該マイクロ波空洞共振器は該同期条件を達成するための条件を提供する。これらの条件は、又マイクロ波空洞共振器で該ＥＳＴを取り囲ませることにより該ＥＳＴ構成内で達成出来る。マイクロ波は又、半導体産業で層の作製や塗布に使用される小規摸の実験用プラズマのみならず核融合研究用で関心の持たれる高温プラズマと双方で、プラズマの加熱に使用される。該ＥＳＴへのマイクロ波エネルギーの応用では、エネルギー増加の割合が全ての電子用と大体同じである電子加速器に於ける条件と同じ条件を達成することが望ましい。この仕方で該電子はコヒーラントなグループとして維持される。該電子は空洞内で加速される。もう１つの可能性は該電子を電子サイクロトロン共鳴条件で（空洞付き又は空洞なしで）加速することである。この方法は電子サイクロトロン共鳴加熱法（ＥＣＲＨ）と呼ばれている。ＥＣＲＨでは該電子は印加された磁場に直交する方向に加速される。該電子サイクロトロン共鳴条件は次により与えられる。 ω_c＝ｅＢ／ｍここで ω_cはラディアン／秒で表した電子サイクロトロン周波数、ｅは電子の電荷、ｍは電子の質量、そしてＢは磁場の強さである。例えば１ＧＨｚのマイクロ波源を使用すると電子サイクロトロン共鳴用の所要磁場は３６０ガウス（０．０３６テスラ）である。電子サイクロトロン共鳴加熱の利用は該電子ビーム速度分布の横断成分にエネルギーが追加されたことを保証する。これはＥＳＴの平衡の条件を達成させることに利点がある。しかし該トロイダル方向での運動に独立してエネルギーを追加することも可能である。これはマイクロ波空洞構造体を使用して行うことが出来る。エネルギーの移転該ＥＳＴは電子を長期間保持することが出来る電子軌道を備えている。一旦ＥＳＴが確立されると、該ＥＳＴは電子の運動エネルギーと該ＥＳＴの内部磁場内の磁場エネルギーの形でエネルギーを含んでいる。該ＥＳＴは該ＥＳＴを有効なエネルギー貯蔵素子とするような幾つかの性質を有する。例えば該ＥＳＴは多量の同じ電荷の荷電粒子を貯蔵出来る。該ＥＳＴは又高エネルギー粒子を貯蔵出来る。エネルギーの移転は幾つかの仕方で出来る。第１の方法は衝突によるエネルギー移転を利用する。粒子が該トロイドに近付くと該粒子は静電的に反撥され、該過程でエネルギーを吸収する。該真空室を開けるようバルブを開け、粒子数を増加させることにより、衝突で該トロイドからエネルギーが移転される。熱エネルギーをどこかで使用するために制御される仕方で、加熱された粒子を該真空室から移転することも出来る。該トロイドの形状は該全ての電子が一緒にガス分子に反撥して働けるよう作られている。ガス分子との衝突は集合的であるため、全ての電子は衝突中、及び衝突後に軌道内に留まっている。該電子は入って来た１つの分子に反撥するとき運動エネルギーを失う。ガス分子が該トロイドに近付くと、該ガス分子は個々の電子ではなく、電荷の１つの表面に遭遇する。各入って来た分子は表面電荷により弾性衝突の様に静電的に反撥される。これは該トロイドの形状のために可能である。軌道内の各電子はそこに留まる復元力を有している。これらの力は又電子間でエネルギを移送させる。従ってガス分子の各反撥は、１つの電子からではなく、全体として、該トロイドからエネルギーを取る。該トロイドは、衝突が充分起こり衝突する分子を反撥する充分なエネルギーが無くなるまで持ちこたえる。その時衝突が電子を軌道外へ打ち出し、結果として該ＥＳＴを終了させる。１００クーロンの電荷と、電子当たり２５、０００ボルトを有する１つのＥＳＴ内のエネルギーは２．５メガジュールである。該ＥＳＴからのエネルギーの移転は該圧力を制御することにより達成され得る。従って移転エネルギーの割合は該ＥＳＴ回りの雰囲気の圧力に直接比例する。第２の方法は、局部的な磁場を変えることにより該トロイド内の電子を全部又は一部放電することである。該トロイドの近くに局部的磁場を導入することにより、１点で該トロイドの磁場は打ち消される。これは電子を１つのビーム内で飛び出させ、１つの目標物に当てさせる。又これは局部電場を使用して行うことも出来る。図２２は該トロイドから電荷を移転するための局部的な場のシステムの略図である。典型的な軌道が３４０として略図的に示されている。該トロイドの磁場を打ち消すに充分な程大きい局部的な場を創生するように局所的電磁石３４２を作動させることが出来る。この条件が整うと電子は該軌道に接するビーム３４４を形成する。該電子は目標物３４６と衝突し、その動作中にそのエネルギーを移送する。局部磁場の持続時間の長さで電子をどれだけ多く進路を変えられるかが決まる。一旦該電子が該ＥＳＴから移転されると、該電子はコイル３４７を過ぎるよう差し向けられ、該コイルで良く知られた技術を使用して、今度は該電子は発電に使用出来る電圧を誘導する。該電磁石３４２を開路、閉路とスイッチすることにより電子のパケット（packet）を交流電力発生用に転換させることが出来る。エネルギー移転用の局部的な場のシステムは約９５％のエネルギー変換効率を提供出来る。従って該変換されるエネルギーの約５％のみが廃棄物として失われるが、該廃棄物も典型的には熱エネルギーの形になる。軍用の移動体のような或る種の応用では該損出は背景雑音的変化の水準以下となし得る。検出出来る赤外線信号を発生する従来の移動体と異なり、本発明による移動体は背景雑音を越えた検出可能な赤外線信号を発生しない行動が可能である。エネルギー移転の第３の方法は磁気的誘導によるものである。図２３は磁気誘導による電荷移転用のシステムの略図である。該トロイド内の該電子は固定軌道内を進行する。図示のように該軌動の近くに磁気ピックアップ３５０を置くことは３５２を通過する電子を検出するように該ピックアップ内に誘記電圧を起こさせる。該磁気的ピックアップ３５０はコイル又は導線のような良く知られた素子で、磁力線を切って、該コイルの導線又は単一導線に電圧を発生させる。該ピックアップは、発電機のステータが電子により誘起される電圧と電流を発生するように機能する。エネルギー移転用に開示する第４の方法は熱電発電によるものである。該トロイドの位置は外部の場を用い変えられる。外部の磁場及び電場を使用して、該トロイドは表面近くへ移すことが出来て、該表面を加熱させる。従来の技術を該加熱表面から発電するのに使用出来る。図２４は、ガス流れスシステムを使用して真空管システム１００’からエネルギーを移転するシステム３６０の略図である。不活性ガス供給装置３６１が、入り口弁３６３を有する配管３６２を介して該真空ハウジング１０１’に取り付けられている。該入り口弁３６３を開き、ガス流れの割合を制御することで該ハウジング１０１’内へガスを送り込む。該ガスは該トロイドと弾性衝突を起こさせ、熱を得る。高温ガスは該入り口弁３６３と同じ様な出口弁３６６を有する出口３６５から出る。該電子プラズマトロイドはガスを反撥する時エネルギーを失う。安全な圧力逃しのために正常な予防措置は用意される必要がある（ここでは図示してないが）。図２５は図２４のガス流れシステム用のマイクロ波式リチャージャ(recharger )３７２の略図である。マイクロ波式オーブンで見られるものに似たマイクロ波管の様なマイクロ波源３７６が該システム３７０の真空囲い１０１’に連結され、上に直接設置されている。電力供給線３７４を用い電力が該マイクロ波源３７６に印加される。該マイクロ波源３７６は該電力を、電子に放射するために使用されるマイクロ波エネルギー３７８に変換する。典型的なマイクロ波源は１キロワットのマイクロ波エネルギーを供給出来るが、より速いリチャージ(recharge) 割合を提供するためより多くエネルギーを供給するためにはさらに大きな規模にすることは出来る。真空ポート１０２’用に制御弁３６７も図解されている。発電機一旦トロイドが確立され、エネルギーが貯蔵されると、該トロイドは熱電式発電機又は熱化学式発電機と関連して使用される。これらの素子の物理学は良く知られており、ここでは詳述はしない。熱電素子の１例としてはグローバルサーモエレクトリック社(Global Thermoelectric Company)からの平板型熱電対列がある。熱化学式発電機の例には、発電に液体ナトリウムを使用するアドバーンスドモジュラーパワーシステム社(Advanced Modular Power Systems，Inc)からのアムテック電池（AMTEC cell）がある。これらの発電機の各々は熱源を必要とする。該必要な熱は該電子スパイラルトロイドから発生出来る。図２４で説明した高温ガス発生器３６０を使用して、加熱ガスを、発電のために該熱電素子又は熱化学素子に直接印加することが出来る。該トロイドに貯蔵されたエネルギーは発電のために電磁流体（ＭＨＤ）システムと関連して使用することも出来る。該ＭＨＤ技術は良く知られているが、携帯式高エネルギー電力源がないために携帯用応用品には使用されていない。該プラズマトロイドはこの携帯式電力源を提供出来る。ＭＨＤシステムは世界中で広範に使用されている。該ＭＨＤシステムを説明する参考文献にはロバートエフグルンデイ（Robert F．Grundy）による”発電用電磁流体エネルギー”(Magnethydrodynamic Energy for Electric Power Gene ration)、及びジョージサットン(George Sutton)によるマグローヒル(McGra w Hill's)の”電磁流体工学”(Engineering Magnetohydrodynamics)がある。ＭＨＤシステムはコンパクトで、簡単であり、高い電力密度を有しており、それが該システムを携帯式応用品用に魅力的にしている。完全なＭＨＤシステムの設計の内容はここには備えられてないが、どのＭＨＤシステムも高温の熱源を必要としており、該ＭＨＤシステム用の熱源をここに説明する。図２６は、該トロイドから電気エネルギーにエネルギー変換するためのＭＨＤシステム３８０の略図である。プラズマトロイド３２０は制御された雰囲気を有するハウジング３８１に収納されている。該雰囲気は３８７として略図的に示されたガス源により制御されている。該ガスは、上記で説明し、図２４で図解している該エネルギー移転と類似の該トロイド３２０により加熱されている。該ハウジング３８１内の圧力、温度を制御することにより該トロイドからエネルギーが必要な様に移転される。ここで使用するガスは好ましくは炭酸ガス又は同じ様なイオン化せずに３０００度Ｋ以上に加熱出来るガスが良い。該トロイド３２０の長寿命を保証するためにイオン化は避ける必要がある。ＭＨＤシステム３８０にはイオン化したＭＨＤガス３８３を発生する必要がある。これは、窒素又は水素又は多くの類似ガスのどれかを使用し、該ガスに２５００度Ｋの比較的低い温度でのイオン化を保証するためにカリウムのようなアルカリ金属を種として入れることにより行われる。該ＭＨＤガス３８３を発生するために該トロイドハウジングからの該ガスはポンプ３８９又は類似の機構により該ＭＨＤガス３８３を加熱する熱交換器３８２を通して移動させられる。この様にして該ＭＨＤガスは加熱されイオン化されるが該トロイドハウジングガスはイオン化されずに留められる。該熱交換器は高温熱交換器に使用される良く知られた技術であり、ここでは更に詳しくは述べない。該高温はチタンの様な耐熱性金属の熱交換機を作ることにより採用出来る。該ＭＨＤガスはポンプ２６６又はノズル組立体により移動される。該ＭＨＤガス３８３はＭＨＤ磁場３８４を通過するが、該磁場は永久磁石（図示せず）により発生出来る。該磁場を該イオン化したガスが通過することにより該イオンと電子は相対する電極の方に動かされ、従ってＭＨＤ電極３８５に電気が発生する。該ＭＨＤガス３８３は冷却のため放熱器３８８を通過し、次いで該サイクルを繰り返すために該熱交換器３８２を通過する。電子スパイラルトロイドの平衡特性該電子スパイラルトロイドの平衡特性はブラソフーマックスウエル（ Vlasov-Maxwell）の運動理論を使用して計算される。この理論的追求は自己無撞着な仕方で該電子プラズマの熱的影響を正しく扱うために必要時間（ｔ）の関数である。非相対論的理論では運動量空間の代わりに速する。該粒子分布の時間展開の該解は、電磁理論の良く知られたマックスウエル方程式とプラズマ運動理論のウラソフ方程式の組み合わせで与えられる。該ウラソフ方程式は次で与えられる。布関数ｆが正規化されるので該関数の実数空間及び運動量空間全体での積分は単位値（１）となる。この運動モデルは、電磁力を通して相互に作用する粒子の集合体の自己無撞着な時間的展開を精確に取り扱うために使用される。該ウラソフーマックスウエル方程式による追求は標準的プラズマ物理学の教科書で論じられている。これらの方程式は、粒子が平均的な場を介して衝突のない非中性のプラズマとして相互作用すると仮定しているが、衝突が比較的弱い影響である限りではこの理論の延長により衝突も取り扱うことが出来る。これらの計算は該電子スパイラルトロイドの厳密なモデルを提供する。モデルの説明該モデルは大径ｒ_tと小径ａのトーラスとして規定される相互作用空間を有するトロイダル形状を含んでいる。該座標システムはトロイダル軸ｚ、大径に沿った距離ｒ及び該トロイダル方向回りの角θを有する円筒座標として選択される。この場合の磁場は次で与えられる。ここで磁場は該トーラス回りを指し、該大径に沿った距離ｒの逆数で減少する。該”アスペクト比”は小さいと見なし、すなわちすａ／ｒ、＜＜１である。該電子密度は次で与えられると仮定する。ここでｒ_b1およびｒ_b2は該電子スパイラルトロイドの内側及び外側小径であり、ｒ_b2は該トロイダル室の小径ａより小さくなければならない。該定数は全粒子数を用い陰関数的に定義される（下記参照）。該大軸線ｒｔからの粒子の距離ρは次で与えられる。（ｒ−ｒ_t）²＋ｚ²＝ρ² ｒ_b1≦ρ≦ｒ_b2 ρ＜＜ｒ_t 該電子スパイラルトロイド（ＥＳＴ）内の全電子数はＮ_bで与えられるが、Ｎ_b は次の様である。該電子の運動は非相対論的なものと仮定されている。該電子スパイラルトロイドの領域では背景イオン密度が導入されている。該密度は該電子の容積全体に亘る常数と考えられており、該イオン密度は次で与えられる。ここでｆ＝Ｎ_i／Ｎ_bは常数で、Ｎ_iは該電子スパイラルトロイド内部の全イオン数である。もう１つの仮定はイオンは静止しており、唯１つの正電荷を有するとしている。該イオンは重く、イオンの運動は電子の運動方程式に対する相当の修正にはならないのでこの仮定は妥当である。上記の仮定で多くの様々な限界的な場合が得られる。例えば外部から印加された磁場Ｂ₀があると仮定する。しかしながら、パラメータＢ₀の値をゼロに等しく出来る。その仕方で外部印加磁場ゼロの重要な場合が扱える。該電子は内径ｒ_b1と外径ｒ_b2の間の半径内の到達距離を有すると規定される。もし（ｒ_b2ーｒ_b1）が０となる極限の場合には、理想的に薄い電子スパイラルトロイドの場合を扱うことが出来る。背景イオンの無い場合も、上記方程式で該イオン密度をゼロとすることにより扱うことが出来る。解の特性上記で概説したウラソフーマックスウエル方程式の解の性質をここで要約する。解く方法は該粒子の運動に関するハミルトンの（Hamilton's）の方程式の使用を含んでいる。この方法は基準角運動量の時間依存性に関する１セットの方程式を提供する。又該方法は該粒子の運動（もしある場合）の常数を直接もたらしてくれる。この場合、これらの常数はＩ）該運動の常数であるエネルギー（Ｈ） II）常数である基準角運動量Ｐθ、ここでＰθ＝ｒ［ｐθ−ｅＡθ^s（ｒ，ｚ）］＝一定であり、そして III）大きなアスペクト比（すなわちｒ_b2＜＜ｒ_t）の限定の中で略一定である、該”両磁極間磁場の”("poloidal")基準角運動量Ｐψ、ここでなおここで ρは該トーラスの小軸線から測った半径方向距離、ｐθは該トロイダル方向の機械的運動量、Ａθ^sは該電子及びイオンの分布の自己の形成する場によるベクトルポテンシャルｐφは該小軸線回りのφ方向での運動量、そしてＢθ^sは該θ方向の自己の形成する磁場である。該ウラソフーマックスウエル方程式の平衡解は境界条件及び該運動の上記３つの常数を使用して得られる。如何なるセットの方程式も該一般解は非常に多様な特殊な場合を含んでいる。一般に、利便のある結果は該解を特定の動作範囲に関する様な仕方で制限した場合にのみ得られる。２、３の一般的注意を述べる。該平衡には有限な数の残留イオンが必要であることを示すことが出来る。これは、電子はもし復元力がない場合は該トロイダル軸線ｚに沿ってドリフトすることから来ている。このような力はイオンにより提供される。代わって正極の電極は該電子トロイドを垂直に（ｚに沿う方向で）閉じ込めるよう作用する。これは背景イオンの必要性を除いてくれる。しかしながら本解析は背景イオンの存在を仮定している。大抵の場合閉じ込めのために該背景イオン密度ｎ_iは該電子密度ｎ_eに等しいかそれより大きくあるべきである。背景イオンの存在により半径方向の閉じ込めも助けるられる。中性ガス雰囲気で始動されるのであれば、背景イオンは該電子スパイラルトロイドの自然な構成要素とすることが出来る。又それは背景ガスの存在する所で初期に非中性（すなわち負極性に荷電している）電子スパイラルトロイドの形成後にイオン化過程でも発生する。その背景ガスを意識的に又は自然な不純物の結果として導入することが出来る。中空電子スパイラルトロイドの動的平衡電子スパイラルトロイドの自己無撞着な平衡についてウラソフーマックスウエル方程式が解かれた。自己無撞着とはここでは、該粒子の平衡の計算の中に該スパイラルトロイドの自己の形成する電磁場が計算され、含められていると規定している。背景イオンの存在も含められている。これらの計算に対する仮定が上記で示されている。その仮定には、背景イオンの存在、電子の非相対論的運動、イオンは静止していること及びトロイダル磁場Ｂ₀が印加されていることが含まれる。該電子スパイラルトロイドは該トロイド半径ｒ_tに比較して非常に小さい内側半径ｒ_b1及び外側半径ｒ_b2で境界を限られた半径で薄いリングを占めると仮定されている。該計算の詳細は長く、ここではほんの要約をする。印加された磁場がゼロの場合と有限の磁場Ｂ₀を印加した場合の２つの場合の結果を考察する。自由な中空電子スパイラルトロイドの平衡、但しＢ₀＝０の条件の場合保存量Ｈ₀及びＰφを用いて該電子スパイラルトロイドの内側半径ｒ_b1と外側半径ｒ_b2の解は次のように書ける。これは３つのパラメータで特徴付けられるが、それらはである。該電子スパイラルトロイド内の電子数はＮ_bで与えられるが、ここでで、なおここでｒ_eは２．８×１０^-15ｍ、ωｐはプラズマ周波数である。中空電子スパイラルトロイドの外部印加磁場Ｂ₀内での平衡この場合、解は下記で与えられる。これらは次の３つのパラメータで特徴付けられる。物理量Ω₀はｅＢ₀/ｍで与えられて該電子サイクロトロン周波数である。この場合、該電子スパイラルトロイド内に貯蔵される電子数は次で与えられる。ここではρ＝ｒ_b1で該トロイドを横切る電子運動エネルギーと５１１ｋｅＶの電子静止エネルギーの比である。理論的結論粒子分布の平衡を論ずる厳密な方程式であるウラソフーマックスウエル方程式の電子スパイラルトロイドの場合に関する解を得た。これらの解は、非常に一般的な条件下で２つの場合に於いて平衡が成立することを示しているが、それは外部から印加される磁場の無い電子スパイラルトロイドの場合と外部から印加される磁場のある電子スパイラルトロイドの場合とである。該電子スパイラルトロイドをトロイダル軸線に沿う運動に対して安定化するために背景イオン分布を利用することが出来る。薄い中空のリングの場合の、外部印加磁場の或る場合と無い場合について詳細な解を得て、貯蔵電荷分布を該エネルギーと該基準角運動量と言う保存量を用いて計算した。これらの計算は該電子スパイラルトロイド内の貯蔵電荷とエネルギーの見積もりを可能にする。非中性プラズマの条件は該電子スパイラルトロイド（ＥＳＴ）の条件とは異なっている。該ＥＳＴでは、粒子当たりの貯蔵エネルギーは約１００ボルト、好ましくは数百ボルトから少なくとも２５、０００ボルトまでの範囲になり得る。約２５、０００ボルトより上では非放射線源から狭いエネルギーバンドでｘ線が発生する。エネルギーバンドの幅は該軌道内の粒子速度の差に左右される。０．１ｍ³の容積内に貯蔵される１０、０００クーロンの電荷についての単位容積当たりの粒子数は６×１０²³（ｍ^-3）で非中性プラズマの例よりずっと多い。該ＥＳＴ内のプラズマ周波数は関心のあるどの様な磁場（１０キロガウスより低い強さで）の該サイクロトロン周波数を越えることが出来る。該ＥＳＴ内のエネルギー密度は従来の非中性プラズマ内のそれを少なくとも１桁、好ましくは多数桁で越えることが出来る。実際、該ＥＳＴとしては単位体積当たり可能な最大エネルギーを貯蔵することが望ましい。のことはアール．ダビッドソン(R.Davidson)、アデイソンーウエズレイ(Addison -Wesley)による”非中性プラズマの物理学”("Physics of Nonneutral Plasmas" )に示されている。これは全荷電粒子数は外部印加磁場の強さにより限定されることを意味する。該ＥＳＴではこの比は逆００と同じ程度に高いと計算されて来た。このことは該ＥＳＴに貯蔵され得る全電荷が大きいことを暗示している。電子スパイラルトロイドの電子マトリツクスシエル（matrix shell）該電子スパイラルトロイドは電子の薄い外側シエルを有している。これは形成中に電子が印加磁場内で回転するために発生する。該回転時にほぼ同一エネルギーを有する電子はほぼ同一軌道半径へ移動する。従って電子の各軌道レベルが形を成し、各々はほぼ同一エネルギーの電子を有している。より高いエネルギーの電子はより低いエネルギーの電子より高いレベルへ移転する。該電子の回転が続くと電子はそのエネルギーレベルを求めるので移転が起こる。これは回転フイルターと考えられる。結果的に１つのレベルにある電子のエネルギーは近付いて来る。隣接する電子間の該エネルギーが充分近い時、そして該電子の該密度が充分高いならば、該電子は結合してマトリックスになる。各エネルギーレベルに１つづつ多くのマトリックスが形成される。これらのマトリックスの全体が該ＥＳＴの外側シエルを形成する。該外側シエルの全体厚さは大きくないが、それはマトリックスの軌道差が少ないからである。電子マトリックスの条件は公知であり、結合係数Γとして規定される。マトリックス用該結合係数は次の様である。 Γ＝（１/ｋ_BＴ）（ｑ²/４πε₀）［４πｎ_b/３］^1/3 ここでＴは電子間のエネルギー差、ｎ_bは電子密度である。Ｔはエネルギー間の差に関連し、絶対エネルギーには関連しないことに注意することが重要であるが、それは電子マトリックスに関する今までの研究の多くが絶対ゼロ付近でなされているからである。電子マトリックスが形を成すには２つの条件が充たされなばならない。第１の条件は各軌道レベルの電子は電子間のエネルギー差が小さいと言う条件を充たすことである。第２の条件は該電子密度が該マトリックスを確立する程充分大きいことである。ビームをスパイラル運動させる独特な始動法は該電子を同心の軌道の各レベルに分離するが、それは回転力が該磁場によりバランスされるからである。１つの電子構造は隣合う同志間のエネルギーが充分接近している所に存在出来る。隣合う同志間のエネルギー差は次のように見積もることが出来る。始動用円形磁場により生ずるスパイラル効果は全ての電子に単一エネルギー軌道を求めさせる。回転の力Ｆ＝ｍＶ²/ｒは、高エネルギー電子はより低いエネルギーの電子よりも高い軌道レベルに居座るように、電子をそのエネルギーレベルに基づいて分離させる。始動中に該トロイドの薄い中空のシェルは電子の塊としてスタートする。長くスパイラル運動をするほど、益々”回転フイルター現象” が起こり、隣合う電子間のエネルギーレベルは近接する。該エネルギー条件は隣り合う電子間のエネルギーレベル差は該熱エネルギーよりも少ないことである。これは該ＥＳＴ中の電子では３００度Ｋと見積もられている。このエネルギーレベルでシェル間の距離は次のようである。ここでｒは軌道半径、Ｄは同心単一エネルギー軌道間の距離である。ｒ＝．０１メートルそしてＶ＝４．６＊１０⁷（２４、０００ボルト）の時、Ｄ＝２．２６＊１０^-8メートルである。これをギルバート(Gilbert)により報告された結合と比較するためには｛ギルバートエスエル、ボリンジャジェージェー、及びワインランドデージェー ”磁気的に閉じ込められ強く結合されたプラズマのシェル構造相” フィジカルレビューレター、６０巻、２０号１９８８年５月１６日(Gilbert,S.L.Bollinger,J.J.,and Wineland，D, J．”Shell-Structure Phase of Magnetically Confined Strongly Coupled Pas ma,”Physical Review Letters，Vol.60,No.20(16 May 1988))｝,電子の質量をイオンの質量と相関を取るための修正係数を必要とする。Ｄを電子質量で割り、イオン質量を掛けると次のようになる。Ｄ＝（２．２６＊１０^-8）（１．６７＊１０^-27）/（９．１１＊１０³¹）＝４１．４＊１０^-6メートルギルバートによると該要約は該イオンシェルは４０マイクロメータすなわち４０＊１０^-6メートルで等間隔で間を隔てられていると述べている。これは該ＥＳＴの要求に非常に近く、該電子マトリックスを形成するために隣合う電子がエネルギーで充分に近く存在する条件を該ＥＳＴが確立出来るであらうことを示している。シート内の電子密度はシートの厚さが薄いので非常に高い。該外側ＥＳＴシェル内の電子の正弦波状運動の理論を用いて該密度を計算出来る。これは次のように行われる。Ｄ_e＝電子距離＝（．５）ｈ/ｍ_eＶ＝半ドブロイ波長＝直流１００Ｖ電子エネルギーで８．８８＊１０^-11ｍＤ₀＝３０Ｄ_e Ａ_e＝電子当たり面積＝２．２９＊１０^-19ｍ² Ｔ_s＝電子シェル厚さ＝１０＊１０^-10ｍＶ_e＝電子当たり容積＝Ａ_e＊Ｔ_s＝２．２９＊１０^-29ｍ³ ｎ_b＝電子シェルの密度＝４．４＊１０²⁸ケの電子/ｍ³又は４．４＊１０²²ケの電子/ｃｍ³ Ｄ_e、Ｄ₀及びＴ_sは軌道レベル内電子の正弦波状運動の理論に基づく見積もりであることを注意頂きたい。電子マトリックスに結合するに必要な結合係数（Γ）は約２００である。上記から密度及びエネルギー差を利用して該結合係数は次の様に計算出来る。 Γ＝３１７ここでＴ＝３００、ｎ_b＝４．４＊１０²⁸ケの電子/ｍ³である。この高い結合係数は該ＥＳＴの表面にマトリックスが形を成し得ることを示している。この結果は該ＥＳＴの各軌道レベルで強い結合が起こることを確認するものである。実用上の応用該電子スパイラルトロイドは様々なエネルギー貯蔵及び同再生に使用するよう適合出来る。本発明によるシステムは軽量な又は高い出力を必要とする時は何時でも使用出来る。このシステムは約６３リットルの容積と１．４Ｋｇ（ハウジングを含めて）の質量を有する。下表は好ましいＥＳＴシステムを鉛蓄電池及びリチウムポリマー電池技術と比較するものである。特に本発明によるシステムは電力で稼動する移動体、加熱システム及び軍用システムに使用するのに良く適合している。ＥＳＴシステムにより作動可能な移動体の種類には自動車、トラック、バス、列車、飛行機（ヘリコプタを含む）及び宇宙船を含んでいる。該システムが軽量であることは又人が持ち運んだり、背負える携帯用動力パック（pack）として該システムを魅力あるものとしている。本発明の好ましい実施例では電気自動車はエネルギー貯蔵源としてＥＳＴバッテリーを使用する。該ＥＳＴバッテリーは化学的バッテリーに勝る実質的な潜在する有利な特性を有している。該ＥＳＴ電気自動車は内燃機関に勝る実質的な有利な特性を有している。図２７は本発明によるＥＳＴ電気自動車４００の略図である。該ＥＳＴは円板型の真空ハウジング４０５内に収納されている。貯蔵全エネルギーは公称約４０キロワット時であるが、該応用に応じて大きくも小さくも出来る。運転者が開閉スイッチ４１０を回すと、制御システム４１５が動力抽出ユニット４２０を活性化する。１つの実施例では該動力抽出ユニット４２０は該エネルギーを抽出するのに高温ガスを使用出来る。該高温ガス型ではガスは該ＥＳＴバッテリーに挿入され、そこで加熱される。該加熱されたガスはエネルギーダクト４２５を通して発電機４３０へ送られる。該発電機４３０は該高温ガスをモータ４３５を稼動するに適した電力に変換する。該モータ４３５は今度は遊星歯車４４０を駆動し、該歯車が該ホイール４４５に動力を供給する。該ガスは空気、窒素または同じ様などんなガスでも良い。該ＥＳＴ動力を不活性化するには、運転者は該開閉スイッチ４１０により該ＥＳＴバッテリーを不活性化し、該動力抽出ユニット４２０を停止する。又該発電機４３０は、該ＥＳＴバッテリーが不活性化された時該運転者が付属機器を運転出来るように、小さい電気貯蔵バッテリー４５０に電力供給することが出来る。該ＥＳＴバッテリーの真空雰囲気を必要なように維持するため真空ポンプとセンサユニット４５５が備えられている。第２の実施例では該動力抽出ユニットは上記で詳細に説明した様に該ＥＳＴ自体から電子パケット(packet)を抽出する。該発電機４３０は該電子パケットを発電に使用出来る。動力が、再充填器を使用して該ＥＳＴを再充填するよう付加される。該再充填器４６０は外部電力コネクタ４６５から動力を得る。典型的には、該運転者は該移動体を使用していない時に、該外部電力コネクタ４６５を電気コンセントに接続する。該再充填器は、上記で示した様に該ＥＳＴを充顛するためのマイクロ波素子であっても良い。図２８は本発明による電気飛行機５００の略図である。図２７の電気自動車に於けるように、該ＥＳＴバッテリーは円板型の真空ハウジング５０５に収納されている。パイロットが開閉スイッチ５１０を回すと、制御システム５１５は動力抽出ユニット５２０を活性化する。該動力抽出ユニット５２０は、上記で詳細に説明した様に、該エネルギーを抽出するため高温ガスを使用するか、電子パケットを抽出することが出来る。高温ガス型では空気又は窒素の様なガスが該ＥＳＴバッテリーに挿入され、そこで該ガスは加熱される。該加熱されたガスはエネルギーダクト５２５を通して発電機５３０に送られる。該発電機５３０は該高温ガスを、モータ５３５と飛行機の航空用電子機器５７０に電力を供給するのに適合するように、電力に変換する。今度は該モータ５３５はプロペラシャフト５４０を駆動し、該シャフトは該プロペラ５４５に動力を供給する。該ＥＳＴバッテリーが不活性化された時でも、該パイロットが付属機器をを運転出来るように該発電機５３０は又小さい電気貯蔵バッテリー５５０に電力を供給することが出来る。該ＥＳＴバッテリーの真空雰囲気レベルを必要なように維持するために真空ポンプとセンサユニット５５５が備えられている。又再充填器５６０を使用して該ＥＳＴを再充填する動力を追加することが出来る。該再充填器５６０は電気コンセントに接続された外部電力コネクタ５６５から動力を得る。該再充填器５６０は上記で示したように該ＥＳＴを再充填するためのマイクロ波素子とすることも出来る。図２９は本発明による携帯用電源の略図である。上記に説明した様な再充填可能なＥＳＴバッテリーは電力パック６００内に収納される。該ＥＳＴバッテリーは軽量で、物理的にコンパクトな素子なので、該電力パック６００は図解したように携帯者が背負うことが出来る。該電力パック６００は通信用や計算機用のパッケージ(package)の様な外部電子機器６１０に接続出来る。均等物上記説明は該好ましい実施例に特定して行ったが、本発明の本性を実質的に変えずに多くの変更や変型が出来る。本発明は特に好ましい実施例を参照して示し、説明したが、形式や詳細に関し実施し得る様々な変更は付属する各請求項に規定した本発明の精神や範囲内にあることは当業者には理解されることであらう。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims

【特許請求の範囲】１．エネルギー貯蔵素子に於いて、エネルギー貯蔵用ハウジングと、前記貯蔵ハウジング内の軌道層内にある複数の単一荷電粒子と、前記軌道層に関して位置された電荷中性化装置とを具備することを特徴とするエネルギー貯蔵素子。２．請求項１の素子に於いて、前記粒子の前記軌道がスパイラルトロイドを形成することを特徴とする素子。３．請求項１の素子が於いて、前記粒子が電子であることを特徴とする素子。４．請求項１の素子に於いて、前記軌道層内の前記粒子がマトリックスを形成するよう相互に連結されていることを特徴とする素子。５．請求項４の素子に於いて、前記粒子は実質的に絶対零度より高い温度にあることを特徴とする素子。６．請求項１の素子に於いて、前記粒子は複数の軌道層上に配置されており、各軌道層内の前記粒子は実質的に同じエネルギーを有していることを特徴とする素子。７．請求項１の素子に於いて、前記電荷中性化装置が前記粒子軌道に関し対称に配置された電荷蓄積器であることを特徴とする素子。８．請求項１の素子に於いて、前記電荷中性化装置が金属上に形成された映像電荷であることを特徴とする素子。９．請求項１の素子に於いて、前記電荷中性化装置がイオン化されたガスであることを特徴とする素子。１０．請求項１の素子に於いて、前記中性化装置が前記軌道層から空間的に離されていることを特徴とする素子。１１．請求項１のエネルギー貯蔵素子が更に、前記粒子にエネルギーを追加するための再充填器を具備していることを特徴とするエネルギー貯蔵素子。１２．請求項１１のエネルギー貯蔵素子に於いて、前記再充填器がマイクロ波発生器を備えていることを特徴とするエネルギー貯蔵素子。１３．閉じた表面を形成するために複数の連結された単一荷電粒子を有する単一電荷プラズマ。１４．請求項１３の単一電荷プラズマに於いて、前記粒子の全電荷が電荷中性化装置により中性化されることを特徴とする単一電荷プラズマ。１５．プラズマ周波数（ω_p）及びサイクロトロン周波数（Ω₀）を有し、１６．エネルギー貯蔵方法に於いて、該方法がエネルギー貯蔵用ハウジングを備える過程と、前記貯蔵用ハウジング内に複数の単一荷電粒子を形成する過程と、前記粒子を軌道層内に配置する過程と、前記軌道層に関して電荷中性化装置を位置させる過程とを具備することを特徴とするエネルギー貯蔵方法。１７．請求項１６の方法が更に前記粒子にエネルギーを追加するための再充填器を備える過程を具備することを特徴とする方法。１８．請求項１７の方法に於いて、前記再充填器がマイクロ波発生器を含むことを特徴とする方法。１９．請求項１６の方法に於いて、前記粒子を配置する前記過程が前記粒子を複数の軌道層内に配置することを備えており、各軌道層内の前記粒子は実質的に同じエネルギーを有していることを特徴とする方法。２０．請求項１６の方法が更に、閉じた表面を形成するために前記軌道層内の前記粒子を一緒に連結する過程を具備していることを特徴とする方法。