JPS6151274B2 - - Google Patents

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JPS6151274B2
JPS6151274B2 JP51096628A JP9662876A JPS6151274B2 JP S6151274 B2 JPS6151274 B2 JP S6151274B2 JP 51096628 A JP51096628 A JP 51096628A JP 9662876 A JP9662876 A JP 9662876A JP S6151274 B2 JPS6151274 B2 JP S6151274B2
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JP
Japan
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plasma
energy
pmk
plasma flow
pressure
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JP51096628A
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Japanese (ja)
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JPS5322997A (en
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Emu Koroku Hooru
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Individual
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Publication of JPS6151274B2 publication Critical patent/JPS6151274B2/ja
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/10Nuclear fusion reactors

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は複合プラズマ流を発生させる方法並び
に装置に関する。 磁場によつてプラズマを満足出来る様に収容す
ることを妨げていた問題は、多くの磁場の形状に
封入されたプラズマの本来の不安定さと、磁場の
漸減、不連続による安定な終焉のなさとである。
この不安定さと終焉のなさとの問題の結果、過去
に存在していた装置は、融合が得られるのに充分
な高いNτプロダクトを得ることが出来なかつ
た。ローソンの条件によると、Nτプロダクト
は、安定状態の原子炉に対しては約0.1秒と1.0秒
の間の閉じ込め時間で、1014秒/cm3よりも大でな
ければならない。トカマクのものの如き最も進歩
した従来技術の装置でさえも、ローソンの条件に
おいて必要とされている大きさの適当な程度の閉
じ込め時間に到達することが出来なかつた。レー
ザまたは「微小爆発」装置を用いてもローソンの
条件で所要とするのに近いNτプロダクトを得る
のには同様に失敗した。更に広範囲の従来技術の
解析は、次の論文に見出されるであろう。 ビシヨツプ・アマサ「シユアウツド計画:制御
された融合における米国の計画」アヂソン・ウエ
ズレイ出版社 米国、マサチユセツト州リーデイ
ング、1958年(Bishop、Amasa、“Project
Sherwood:U.S.Program in Controlled
Fusion”、Addison Wesley Publishing
Company、Reading、Massachusetts、U.S.A.、
1958;); ポスト・リチヤード・エフ「融合パワーに関す
る展望」現今の物理、26号、1973年4月、頁30−
38(Post、Richard F.“Prospects for Fusion
Power”、Physics Today、Vol.26.April、1973、
pp.30−38;); タツク・ジエイムス・エル「融合のエネルギ」
ラ・ルシエルシエ、3号、1972年10月、頁857−
872(Tuck、James L.“L′ Energie de
Fusion”、LA Recherche、Vol.3、October、
1972、pp.857−872.); ゴー・ウイリアム・シーとイーストルンド・ベ
ルナード・ジエイ「融合パワーの展望」科学アメ
リカ、224号、No.2、頁50−64、1971年(Gough.
William C.and Eastlund.Bernard J.、“The
Prospects of Fusion Power”、Scientific
American、Vol.224、No.2、pp.50−64、1971.
): 燃料プラズマの満足すべき閉じ込めを達成しよ
うとする以前から存在するシステムと技法での失
敗に鑑み、また従来の装置が一般にプラズマ閉じ
込め僅かな基本的技法の小さい変更から成つてい
る事実に鑑み、核融合に課せられた問題への新規
なアプローチに対する必要性が存在していると考
えられ、特に、新規なプラズマ流を利用すること
に対する必要性が存在すると考えられる。 従つて、本発明の一目的は、独特な複合プラズ
マ流を発生させる新規な方法を提供することであ
る。 本発明の他の目的は、独特な複合プラズマ流を
作るための新規な装置を提供することである。 本発明の更に他の目的は、独特な複合プラズマ
流を操作しかつ利用するための新規な方法を提供
することである。 本発明の理解を容易にするため、本明細書に使
用する術語について次の通り定義する。 (a) 核は、所謂円柱形のプラズマ流とポロイダル
及びトロイダル電流と、これに対応するトロイ
ダル及びポロイダル磁場から成る。 (b) 外被は、螺旋形プラズマ流の外部磁場を捕捉
し、圧縮することが可能なプラズマの導体であ
る。外被は、PMKが囲まれた物体と核との磁
場との間の物理的界面であり得る。 (c) 核と、プラズマ流と、外被とを組合せて
PMKと称しており、これらは真空域によつて
空間的に離隔し、通常温度が相違している。 (d) 外被は、核の外部磁場をほとんど間隙がなく
包囲し密閉する。 (e) 複合プラズマ流は、プラズマ流−外被−核組
合せ(PMK)に見られる如き互いに空間的に
離隔し、異なる少なくとも2種のプラズマ流を
含み、プラズマ流−外被−核組合せは、各導体
に加わる電界ないし磁場を介して相互に作用す
る。 次に図面について述べると、ここでは、同様の
符号が各図面を通じて同一または相当する構成子
を示しており、特に第1図は、本発明の方法の第
1段階を図式的に示している。ガス状の重水素1
0、またはこれと同等な、高エネルギのプラズマ
を作る材料の雰囲気は、一対の高圧電極12,1
4の間の領域に作られている。電極12,14
は、適当な高圧電源16に接続されている。イオ
ン化エネルギの供給源18が、例えば電極12,
14間の部位の重水素雰囲気の領域へイオン化エ
ネルギを投射ないし集中するように配置されてい
る。投射されたイオン化エネルギは、ほぼ螺旋形
状に集中され、従つて、イオン化された粒子のほ
ぼ螺旋形のイオン化路20が電極12,14の間
に形成される。電源16によつて発生された高電
圧の電位が、スイツチ22を閉じることで電極1
2,14間に加えられると、2電極間の高電圧の
電位差は、雰囲気10中で、イオン化路20に沿
つて放電を生じる。この結果は、第2図に示す如
き螺旋形の撃電流24を形成する。電極12,1
4間の電位差が非常に大きいことに基づく電流2
4の極めて早い立上り時間は、イオン化路を包囲
するイオン化されたガスを恰かも爆発的に変位さ
せるのに充分に急速な磁気エネルギの形成を生じ
る。この意味で電流24を撃電流と仮称した。こ
の力によつて、螺旋形の撃電流24を包囲する低
圧ないしほぼ真空の領域26が形成される。同様
に撃電流24の大きい力と高温の輻射により、雰
囲気10と、低圧領域26との間の界面を形成す
るイオン化された境界層、即ち外被28が形成さ
れ、これが維持される。早い立上り時間に基づく
イオン化されたガスの衝撃的膨脹に加えて、撃電
流24は、磁化されかつイオン化されたガスの境
界層即ち外被28でのイオン化の増強を図つてい
く。 撃電流24が通る仮想的螺旋路は、その磁気特
性の故に重要である。この放電路は、単一のルー
プ形状(リング状)を採つていても良いが、第3
図に詳細に示す如く、通常、撃電流24は複数の
ループ形状に従つて流れ、図面上その内の2つの
ループ30,32で示されている。これ等の電流
ループの各々は、磁力線34で第3図に示した磁
場を生じる。種々の電流ループによつて生じた磁
場は結合して、第4図に示す如く電流ループを一
体にし、単一のトロイダル電流ループとなる。 トロイダル形電流ループは、本発明によつて形
成される複合プラズマ核36になる。プラズマ核
36は、磁力線34で示す如く、その周囲にポロ
イダル形磁場(ポロイダル磁場)を生じる。 第5図は、プラズマ核36の動的エネルギの形
状を詳細に示し、特に、トロイダル形の核の小軸
心を中心に循環する円形の表面電流38を示す。
表面電流38は、ループ状に流れる電流によつて
誘起されたものであり、磁力線40で示したプラ
ズマ核36の中心部内のトロイダル磁場を生じ
る。この表面電流は、上述のトロイダル電流とほ
ぼ同様の理由で形成される。 第2図において、イオン化された層即ち外被2
8は、撃電流24の周囲に、撃電流がプラズマ核
36になる以前に形成されることが想起される。
プラズマ核36が形成されると、螺旋形部または
ループ部のいずれかの側の撃電流の部分は、急速
に消滅する。同時にこれら非ループ部に対向した
外被部の部分も消滅する。この結果、外被28
は、ほぼ第6図に示す如く、プラズマ核36を包
囲する全体が楕円前体につぶれようとする。第6
図に示すように複合プラズマ流は外被−核の組合
せ、即ちPMK42を示している。この組合せ
は、殆んど安定したものであつて、これでは高
温、大電流のプラズマ核36が真空中に存在する
ので急速には消滅しない。また、プラズマ核の電
流は、外被28にイオン化された粒子を保持する
磁力線34で表わされた強力なポロイダル磁場を
生じ、これによつて外被が低圧、低密度域内につ
ぶされるのが防止される。また一方で外被28
は、内部のポロイダル磁場の力と外部の媒体の流
体圧とが等しくなつた所で膨脹するのを防止され
る。これと異なり、核の磁場を捕捉するのに使用
可能で、プラズマ核の磁場を圧縮するのに利用し
得る充分な電導性のある任意の他の媒体からプラ
ズマ核を構成する様にしてもよい。 第7図は、プラズマ核36によつて生じたポロ
イダル磁場の磁力線に沿い、トロイダル形のプラ
ズマ核36の中心を通つて外被28の周囲を循環
するポロイダル電流44を示す。電流44は、磁
力線46で示す如く、領域26内にトロイダル形
磁場を形成することになる。第6、第7図に示す
夫々のトロイダル形とポロイダル形との磁場の合
成状態は示していない。しかしながら、ポロイダ
ル形とトロイダル形の磁場の合成は重要であり、
クルスカール、シヤフラノフの限界値として公知
の安定性のパラメータに関係する。この形状の長
時間の安定性は、ポロイダル形とトロイダル形の
電流成分の比が特定の限度内で時間と共に変化す
ることによつて促進される。これは、トロイダル
形とポロイダル形の導電性と、異なる速度でその
値が減衰する磁気エネルギとの異なる夫々の成分
による。これは従来から動的安定性として公知で
ある。 螺旋形のイオン化路を形成するのに使用する最
初のエネルギは、多くの形式のもののうち任意の
ものを用い得る。例えば、電子ビーム、イオンビ
ームもしくはX線のエネルギを使用し得る。更
に、レーザのエネルギや通常のコロナ放電装置を
使用し得る。極めて強力は閃光ランプと光学集光
装置も螺旋形のイオン化路を作るのに使用し得
る。螺旋形のイオン化路を形成するその他の技法
としては、極めて大きい電流または電圧をかけて
やることにより爆発的に付勢し得るLi6または
LiH から成るワイヤ状のものを用いることも含
まれる。螺旋形路を生じる直線的な放電の特定の
不安定性を使用し得る如く、螺旋形の希薄化路を
有するガスの渦流も使用し得る。当然多数のその
他の技法は、イオン化路を形成する当該技術分野
の領域内にあつて蓋し容易に理解される所であ
る。 上述の如くPMK42のプラズマ核36を形成
するには、最初の螺旋形の放電が単一のトロイダ
ル形ループの形状につぶれると説明された。電流
がこの様につぶれることと特定の磁力の交互作用
は、プラズマ核36の小径の周囲に流れ、トロイ
ダル形磁場40を生じ形状を安定化する円形の表
面電流38を形成することになる。外被28の表
面を流れるポロイダル形電流44は、ある場合に
は、PMKの最初の形成によつて生じた磁場にお
ける撹乱により自動的に形成される。一方、この
電流は、プラズマ核36の開口中心を通る電極1
2,14間の第2放電を生起させることによつて
誘導し得る。内部のトロイダル形磁場46を生じ
るポロイダル形電流44も、PMKの形状を安定
させようとする。また、PMKの外被を包囲する
外部流体の粘度と圧力は、磁気的接合による核の
如何なる膨脹収縮にも制動と容積を拘束する影響
とを与え、これによつて更にPMKの形状が安定
化される。領域26と、PMK内の円環体附近の
高磁気圧とは、核電流が電流分子の拡散によつて
導電性を喪失するのを防止する。この結果、核の
電流は、かなりの時間存続し、この間その主なエ
ネルギの損失は外被28への高温な輻射を介して
行われる。当然ながら核電流の経続ないし寿命と
その結果のPMKの寿命は、PMKの全エネルギと
温度と、周囲のガス雰囲気の圧力と、雰囲気中の
不純物と領域26の真空の性質と、プラズマ流の
不安定性とによつて著しく変化する。 前述のことから、PMKのプラズマ流の形状
は、それが存在するために如何なる外部の磁場な
いし電場にも依存するものではないことが明瞭で
ある。むしろこれは、充電した蓄電池に類似して
おり、蓄電池では、温度と、周囲の流体圧力と、
最初のエネルギ量とによつて比較的かなりの期間
エネルギを貯蔵ないし保有し得る。しかしなが
ら、更に多くのエネルギは、PMKを機械的に流
体圧で圧縮することによつてPMKに供給し得
る。尚、この点に関し、イオン化された外被28
を形成する荷電子は、プラズマ核36を形成する
循環電流によつて生じた強いポロイダル形磁場を
通常貫通しない。従つて、外被28を圧縮するた
めに物理的な流体圧を外被に加えることが出来
る。しかしながら、外被の圧縮は、磁力線34で
示すポロイダル形磁場を加圧するために作用し、
プラズマ核のエネルギと温度を増大する結果にな
る。従つて、PMKの内部の温度とエネルギは、
外被28の外面に機械的な流体圧を加えることに
よつて増大し得る。外被の直径に対してプラズマ
核の小さい寸法から考えて、2極の磁場は、半径
の3乗に逆比例して低下する。従つて、もしも気
体または液体の圧力が外被に流体圧を加えるため
に使用されたとすると、勿論粒子は拡散して外被
を貫通する。しかしながら、これ等の粒子は、プ
ラズマ核36によつて輻射された強烈な短波長の
光子ないし中性子に曝されてイオン化され、従つ
てその結果外被28の一部になり、PMK内の磁
場を大量に貫通し得ない。従つて、本来のPMK
の内部エネルギは、包囲している流体媒体の分子
が領域26へ貫入するのを防止するので、この領
域はその真空に近い状態に維持される。 また、当該技術分野において明瞭な如く、外部
の電場と、磁場と、電界とによつてPMKにエネ
ルギを供給し得る。更に、外部の磁場と電場は、
物理的にPMKを操作するのに使用し得る。同様
に、外部の流体圧と機械的装置でさえも、PMK
を移動ないし操作するのに使用し得るが、これ
は、PMKがまるで通常石鹸の泡のように半剛性
物体と同様の態様で或る程度挙動するからであ
る。例えば金属のピストンの如き機械的工具によ
つてPMKを移動することが可能で、何となれば
PMKによる輻射と迷走磁場とにより金属ピスト
ンに誘起されるイメージ電流のため、PMK本体
の反撥を生じるからである。 上述の方法によりPMKを形成する装置は、第
8図に図式的に示されている。図示の如く、全体
が卵形の断面の構造体外皮48は、その包囲した
容積内に装着された上述の2電極12,14を有
している。例えば水晶で作ることが出来る透明な
仕切50は、構造体外被48をPMK発生室(ト
リガチヤンバ)即ち点弧室52と、イオン化エネ
ルギ室54とに区分するのに使用し得る。適当な
電源58に連結された高光度の螺旋形閃光ランプ
フイラメント56は、イオン化エネルギ室54に
装着されている。この閃光ランプは、これに代り
得る種々の型式のイオン化エネルギ源の内の一つ
を単に表わすものであることを当該技術分野にお
いて認められよう。同様に、透明な仕切り50
は、これが使用された場合に、イオン化エネルギ
室54に使用するために選定されたエネルギ源に
よつて発生された型式のエネルギに対しては少く
とも透明であるという意味である。適当な反射面
60は、イオン化エネルギ室54の内面に被覆さ
れ、点弧室52の焦点ないし焦点域62において
閃光ランプのフイラメント56(または任意の適
当なエネルギ源)によつて作られたエネルギを集
中する装置を提供している。これと異なり、仕切
50は、イオン化エネルギを集中するためのレン
ズとして構成してもよい。フイラメント56の点
弧によつて生じた高光度の輻射は、イオン化エネ
ルギ室52中の雰囲気10に所望の螺旋形のイオ
ン化路を作る。従つて、螺旋形のイオン化路20
が焦点域62で完全に形成された正確な瞬間にス
イツチ22を閉じることにより、第2図に示す型
式の螺旋形撃電流24が生じ、前述の如きPMK
が形成される結果になる。 構造体外皮48内の雰囲気10の初期の圧力
は、好ましくは0.5乃至5.0気圧の範囲内である。 PMKプラズマ形状は、広く変化する初期エネ
ルギと、広い範囲の寸法とで形成し得る。870気
圧の円環体圧力と、大気圧の外被圧力とに対し、
下記のPMKの外被直径と、全磁気エネルギと、
電流と、トロイダル形直径とを夫々生じるであろ
う。
The present invention relates to a method and apparatus for generating a composite plasma stream. The problems that have prevented the satisfactory containment of plasma by magnetic fields are the inherent instability of plasmas encapsulated in many magnetic field geometries and the lack of stable termination due to tapering and discontinuities in the magnetic field. It is.
As a result of this instability and intermittent problem, devices that existed in the past were unable to obtain Nτ products high enough to obtain fusion. According to Lawson's conditions, the Nτ product must be greater than 10 14 s/cm 3 with a confinement time between approximately 0.1 s and 1.0 s for a steady-state reactor. Even the most advanced prior art devices, such as those of tokamaks, have not been able to reach a suitable degree of confinement time of the magnitude required in Lawson's conditions. Laser or "microexplosion" devices have similarly failed to obtain Nτ products close to those required by Lawson's conditions. A more extensive analysis of the prior art may be found in the following articles: Bishop, Amasa, “Project Shouted: America’s Plan in Controlled Fusion,” Addison-Wesley Publishers, Reading, Massachusetts, USA, 1958 (Bishop, Amasa, “Project
Sherwood: USProgram in Controlled
Fusion”, Addison Wesley Publishing
Company, Reading, Massachusetts, USA;
1958;); Post Richard F., “Perspectives on Fusion Power,” Contemporary Physics, No. 26, April 1973, p. 30-
38 (Post, Richard F. “Prospects for Fusion
Power”, Physics Today, Vol.26.April, 1973,
pp.30-38;); Tatsuk James L “The Energy of Fusion”
La Luciercier, No. 3, October 1972, p. 857-
872 (Tuck, James L. “L′ Energie de
Fusion”, LA Recherche, Vol.3, October,
1972, pp. 857-872.); Gough, William H., and Eastlund, Bernard J., "Prospects of Fusion Power," Science America, 224, No. 2, pp. 50-64, 1971 (Gough.
William C. and Eastlund.Bernard J., “The
Prospects of Fusion Power”, Scientific
American, Vol.224, No.2, pp.50−64, 1971.
): In view of the failures of pre-existing systems and techniques in attempting to achieve satisfactory confinement of fuel plasmas, and in view of the fact that conventional devices generally consist of small modifications of the basic techniques for plasma confinement. , there is believed to be a need for new approaches to the problems posed by nuclear fusion, and in particular there is believed to be a need for utilizing new plasma flows. It is therefore an object of the present invention to provide a new method of generating unique composite plasma flows. Another object of the invention is to provide a new device for creating unique composite plasma streams. Yet another object of the present invention is to provide a novel method for manipulating and utilizing unique complex plasma flows. In order to facilitate understanding of the present invention, terms used in this specification are defined as follows. (a) The nucleus consists of a so-called cylindrical plasma flow, poloidal and toroidal currents, and corresponding toroidal and poloidal magnetic fields. (b) The envelope is a conductor of the plasma that can capture and compress the external magnetic field of the helical plasma stream. The envelope can be a physical interface between the object in which the PMK is surrounded and the magnetic field of the nucleus. (c) Combining the core, plasma stream, and envelope
PMKs, which are spatially separated by a vacuum region and typically at different temperatures. (d) The envelope encloses and seals the external magnetic field of the nucleus with almost no gaps. (e) A composite plasma stream comprises at least two different plasma streams spatially separated from each other, such as in a plasma stream-envelope-nucleus combination (PMK), where the plasma stream-envelop-nucleus combination is: They interact with each other through electric or magnetic fields applied to each conductor. Referring now to the drawings, in which like reference numerals indicate identical or corresponding elements throughout the figures, and in particular, FIG. 1 diagrammatically depicts a first step of the method of the invention. gaseous deuterium 1
0 or equivalent to this, the atmosphere of a material that creates high-energy plasma is created by a pair of high-voltage electrodes 12, 1.
It is made in the area between 4. Electrodes 12, 14
is connected to a suitable high voltage power supply 16. The source 18 of ionization energy may include, for example, the electrodes 12,
The ionizing energy is arranged to project or concentrate ionization energy into the region of deuterium atmosphere between 14 and 14. The projected ionization energy is concentrated in a generally helical shape, thus creating a generally helical ionization path 20 of ionized particles between the electrodes 12,14. A high voltage potential generated by power supply 16 is applied to electrode 1 by closing switch 22.
When applied between 2 and 14, the high voltage potential difference between the two electrodes causes a discharge along the ionization path 20 in the atmosphere 10. The result is a helical shock current 24 as shown in FIG. electrode 12,1
Current 2 based on the very large potential difference between 4
The extremely fast rise time of 4 results in the formation of magnetic energy that is rapid enough to displace the ionized gas surrounding the ionization channel in a seemingly explosive manner. In this sense, the current 24 was tentatively named a shock current. This force creates a low pressure or near vacuum region 26 surrounding the helical shock current 24. Similarly, the high force of the shock current 24 and the high temperature radiation create and maintain an ionized boundary layer or envelope 28 that forms the interface between the atmosphere 10 and the low pressure region 26. In addition to the impulsive expansion of the ionized gas due to the fast rise time, the impulse current 24 seeks to enhance the ionization of the magnetized and ionized gas in the boundary layer or envelope 28. The virtual helical path through which the shock current 24 follows is important because of its magnetic properties. This discharge path may have a single loop shape (ring shape), but a third
As shown in detail in the figures, the shock current 24 typically flows according to a plurality of loop shapes, two of which are shown in the figures as loops 30 and 32. Each of these current loops produces a magnetic field shown in FIG. 3 with magnetic field lines 34. The magnetic fields produced by the various current loops combine to unite the current loops into a single toroidal current loop as shown in FIG. The toroidal current loop results in a composite plasma nucleus 36 formed according to the present invention. The plasma nucleus 36 generates a poloidal magnetic field around it, as shown by magnetic lines of force 34 . FIG. 5 shows in detail the shape of the dynamic energy of the plasma core 36, and in particular shows the circular surface current 38 circulating around the minor axis of the toroidal core.
The surface current 38 is induced by the current flowing in a loop and produces a toroidal magnetic field within the center of the plasma core 36, indicated by magnetic field lines 40. This surface current is formed for almost the same reason as the toroidal current described above. In FIG. 2, the ionized layer or envelope 2
It will be recalled that 8 is formed around the shock current 24 before it becomes a plasma nucleus 36 .
Once the plasma nucleus 36 is formed, the portion of the shock current on either side of the helix or loop quickly dissipates. At the same time, the portions of the jacket portion facing these non-loop portions also disappear. As a result, the outer covering 28
As shown in FIG. 6, the entire area surrounding the plasma nucleus 36 tends to collapse into an ellipsoid. 6th
As shown, the composite plasma flow exhibits a jacket-core combination, PMK42. This combination is almost stable, and since the high temperature, large current plasma nucleus 36 exists in a vacuum, it does not disappear rapidly. The current in the plasma core also creates a strong poloidal magnetic field, represented by magnetic field lines 34, that holds ionized particles in the envelope 28, causing the envelope to collapse into a low pressure, low density region. Prevented. On the other hand, the outer cover 28
is prevented from expanding where the force of the internal poloidal magnetic field equals the fluid pressure of the external medium. Alternatively, the plasma nucleus may be composed of any other medium of sufficient electrical conductivity that can be used to capture the magnetic field of the nucleus and that can be used to compress the magnetic field of the plasma nucleus. . FIG. 7 shows a poloidal current 44 circulating around the envelope 28 through the center of the toroidal-shaped plasma core 36 along the field lines of the poloidal magnetic field produced by the plasma core 36. FIG. Current 44 will create a toroidal magnetic field within region 26, as shown by magnetic field lines 46. The combined state of the magnetic fields of the toroidal type and poloidal type shown in FIGS. 6 and 7 is not shown. However, the combination of poloidal and toroidal magnetic fields is important;
Kruskal relates to the stability parameter known as the Shafranov limit. The long-term stability of this shape is facilitated by the fact that the ratio of the poloidal and toroidal current components varies with time within certain limits. This is due to the different components of toroidal and poloidal conductivity and magnetic energy whose value decays at different rates. This is conventionally known as dynamic stability. The initial energy used to form the helical ionization path can be of any of many types. For example, electron beam, ion beam or X-ray energy may be used. Additionally, laser energy or conventional corona discharge devices may be used. Very powerful flash lamps and optical concentrators can also be used to create a helical ionization path. Other techniques for creating helical ionization paths include Li 6 or
It also includes the use of a wire - like material made of LiH23 . A vortex flow of gas with a helical rarefaction path can also be used, as can the particular instability of a linear discharge producing a helical path. Of course, numerous other techniques for forming ionization channels are within the skill of the art and readily understood. To form the plasma core 36 of the PMK 42 as described above, the initial helical discharge was described as collapsing into a single toroidal loop shape. This collapsing of the current and the interaction of the specific magnetic force results in the formation of a circular surface current 38 that flows around the small diameter of the plasma core 36, creating a toroidal magnetic field 40 and stabilizing its shape. The poloidal current 44 flowing on the surface of the envelope 28 is, in some cases, created automatically by the disturbance in the magnetic field caused by the initial formation of PMK. On the other hand, this current flows through the electrode 1 through the center of the opening of the plasma nucleus 36.
This can be induced by creating a second discharge between 2 and 14. The poloidal current 44 creating an internal toroidal magnetic field 46 also tends to stabilize the shape of the PMK. In addition, the viscosity and pressure of the external fluid surrounding the PMK envelope exerts a damping effect on any expansion and contraction of the core due to magnetic bonding and constrains the volume, thereby further stabilizing the shape of the PMK. be done. Region 26 and the high magnetic pressure near the torus within the PMK prevent the nuclear current from losing conductivity due to diffusion of current molecules. As a result, the nuclear current persists for a considerable time, during which time its main loss of energy takes place via hot radiation into the envelope 28. Naturally, the duration or lifetime of the nuclear current and the resulting lifetime of the PMK depends on the total energy and temperature of the PMK, the pressure of the surrounding gas atmosphere, impurities in the atmosphere, the nature of the vacuum in region 26, and the plasma flow. Instability varies significantly. From the foregoing, it is clear that the shape of the PMK plasma stream does not depend on any external magnetic or electric field for its existence. Rather, it is analogous to a charged storage battery, where the temperature, ambient fluid pressure,
Depending on the initial amount of energy, energy can be stored or retained for a relatively considerable period of time. However, more energy can be delivered to the PMK by mechanically and hydraulically compressing the PMK. In this regard, it should be noted that the ionized envelope 28
The valence electrons that form the plasma nucleus 36 do not normally penetrate the strong poloidal magnetic field created by the circulating current that forms the plasma nucleus 36. Accordingly, physical fluid pressure can be applied to the jacket 28 to compress it. However, the compression of the envelope acts to compress the poloidal magnetic field shown by field lines 34;
This results in an increase in the energy and temperature of the plasma nucleus. Therefore, the temperature and energy inside PMK are
It can be increased by applying mechanical fluid pressure to the outer surface of the jacket 28. Given the small dimensions of the plasma core relative to the envelope diameter, the bipolar magnetic field decreases inversely as the cube of the radius. Therefore, if gas or liquid pressure were used to apply fluid pressure to the envelope, the particles would of course diffuse through the envelope. However, these particles are exposed to intense short wavelength photons or neutrons radiated by the plasma nucleus 36 and become ionized, thus becoming part of the envelope 28 and disrupting the magnetic field within the PMK. It cannot penetrate in large quantities. Therefore, the original PMK
The internal energy of prevents molecules of the surrounding fluid medium from penetrating into region 26, so that this region remains close to its vacuum. PMKs can also be energized by external electric fields, magnetic fields, and electric fields, as is clear in the art. Furthermore, the external magnetic and electric fields are
Can be used to physically manipulate PMKs. Similarly, even external fluid pressure and mechanical devices can
can be used to move or manipulate objects, since PMKs behave to some extent in a manner similar to semi-rigid objects, much like regular soap suds. It is possible to move the PMK by a mechanical tool, for example a metal piston;
This is because the image current induced in the metal piston by the radiation by the PMK and the stray magnetic field causes repulsion of the PMK body. An apparatus for forming PMKs by the method described above is shown schematically in FIG. As shown, a structural envelope 48 of generally oval cross-section has the two electrodes 12, 14 described above mounted within its enclosed volume. A transparent partition 50, which may be made of quartz, for example, may be used to partition the structure envelope 48 into a PMK generation chamber (trigger chamber) or ignition chamber 52 and an ionization energy chamber 54. A high intensity helical flash lamp filament 56 connected to a suitable power source 58 is mounted in the ionizing energy chamber 54. It will be recognized in the art that this flash lamp merely represents one of the various types of ionizing energy sources that may be substituted. Similarly, transparent partition 50
means that, when used, it is at least transparent to the type of energy generated by the energy source selected for use in the ionization energy chamber 54. A suitable reflective surface 60 is coated on the inner surface of the ionizing energy chamber 54 and reflects the energy produced by the flashlamp filament 56 (or any suitable energy source) at the focal point or focal zone 62 of the ignition chamber 52. We provide a device for concentration. Alternatively, the partition 50 may be configured as a lens for concentrating the ionization energy. The high intensity radiation produced by the ignition of filament 56 creates a desired helical ionization path in atmosphere 10 within ionization energy chamber 52 . Therefore, the helical ionization channel 20
By closing the switch 22 at the precise moment when the PMK is fully formed in the focal region 62, a helical strike current 24 of the type shown in FIG.
This results in the formation of The initial pressure of atmosphere 10 within structure envelope 48 is preferably within the range of 0.5 to 5.0 atmospheres. PMK plasma shapes can be formed with widely varying initial energies and a wide range of dimensions. For a torus pressure of 870 atm and a jacket pressure of atmospheric pressure,
The PMK jacket diameter, total magnetic energy, and
This will result in a current and a toroidal diameter, respectively.

【表】 本発明の主な特徴は、外被に適当な機械的圧力
を加えることによつて従来想像し得ない圧力にプ
ラズマ核を圧縮する能力にある。磁気の2極の外
側の磁場は、その半径距離の3乗に逆比例して減
少する。これは、エネルギ密度ないし圧力が6乗
に逆比例して低下することを意味する。この法則
は、小さい距離には当嵌まらないが、この目的で
はエネルギの分布は、ε1において(1/r−ε) であり、外被半径bの主リング半径Rに対する
比に依存する。しかしながら、一般にPMKを形
成する際に観察されねばならない重要な要素は、
減圧された領域26を生成するための急速な電流
の生起時間である。PMKを作るのに要する所与
のこの電流立上り時間の電圧またはエネルギは、
雰囲気10の圧力と、雰囲気の抵抗と、放電路の
インダクタンスと、電極12,14間の距離の如
き周知の物理的特性によつて主として定められ
る。従つて、10cm程度の直径の小さいPMKは、
10キロジユール台の全エネルギ出力をする20乃至
100cmの直径の小さい生成室に形成され得る。こ
の様に小さくエネルギの小さいPMKは、使用ガ
スの圧力と種類とを包含する正確な雰囲気の状態
により1秒程度の寿命を有し得る。 PMKを発生するための当初のエネルギは、雷
光のシユミレート用機械と種々の型式の原子核研
究装置に現在使用されている型式のコンデンサの
例の如き従来の高電圧源から得られる。勿論、核
の正確な温度は、PMKのエネルギと、分子の密
度と原子番号と、磁気的圧力と、その他の多くの
要素に依存する。同様に、外被温度は、PMKが
形成される正確な条件によつて変化する。しかし
ながら、この外被温度は、核の温度よりも著しく
低温である。圧縮された大型のPMKの核温度
は、原子核融合に要する温度を超過し、低温の外
被は、核と室壁との間の輻射と磁気の被覆として
の作用を行う。 PMK形状を作るための第2の方法と装置は、
第9図に示されている。第9図の実施例では、圧
縮容器64は、第8図の生成室52に相当し得る
ものとして示されている。圧力容器64の形状
と、構造材料と、耐圧能力とは、当核技術分野に
おいて明瞭な如く、生成すべきPMKの寸法とエ
ネルギとによつて定まる。真空ポンプ66は、適
当な圧力弁68を介して圧力容器64を減圧する
如くその内部に連結されている。通常のプラズマ
発生用ガン70は、圧力容器64の壁の適当な孔
72に装架されている。当該技術分野において周
知の如く、プラズマガン70は、任意の適当な形
状のプラズマを圧力容器64の内部に投射発生し
得る。本発明の装置では、プラズマ発生用ガン7
0は、好ましくは符号74で図式的に示す如く、
トロイダル形プラズマを発生する如く選定されて
いる。ほぼ円筒形形状の大エネルギコイルないし
空芯の誘導器76は、圧力容器64の壁に装架さ
れ、その中心孔78がガン70と同心的に位置し
ているのでガン70で発生したトロイダル形プラ
ズマは、コイル76の中心孔を通過する。大エネ
ルギ電力供給装置80は、適当なサーキツトブレ
ーカ82を介して、コイル76を付勢する如く大
エネルギコイル76に連結している。供給装置8
0は、好ましくは公知の原子核融合試験機におい
て強力な磁場を作るのに作用する型式の従来の大
電力供給装置である。このコイル(複数のコイル
でもよい)は、実施例で前述した如く、プラズマ
核に適当な電流様式を誘起する如くポロイダル磁
場とトロイダル磁場を作る様に構成されている。
プラズマガン制御装置84は、プラズマの生成の
開始と圧力容器64への投射を行う如くガン70
に連結されている。また、制御装置84は、コイ
ル回路用サーキツトブレーカ82と融膜制御装置
86とに連結され、これ等の両装置を作動する。
隔膜制御装置86は、圧力容器64の内面の周囲
に対称的に位置している複数のガス圧源88に連
結している。ガス圧源88の各々は、破断し易い
隔膜90によつて初めにシールされている。ガス
圧源88は、隔膜でシールされた圧縮ガスの円筒
ないし容器であり、隔膜は、隔膜制御装置86か
らの電気点弧信号を受信するのに応じて爆発的に
破断する。これと異なり、ガス圧源は、爆発する
ハウジング内に収容した適当なガスの量を単に有
し、ハウジングが隔膜制御装置86から信号で点
火される様にしてもよい。勿論、多数の同等な型
式の従来の流体圧源が前述の特定構造のものの代
りに使用し得る。 運転の際には、圧力容器64は真空ポンプ66
で最初に減圧される。次に大エネルギコイル76
はコイルの電力供給装置80で付勢されてコイル
76の近く、特に中心孔78の領域に強い磁場が
形成される。次にプラズマガン制御装置84が始
動され、トロイド形プラズマが発生されてコイル
76の中心孔78から投射される様になる。これ
と異なり、大エネルギコイルは、ガン70に対向
して圧力容器64の内部に装架することが出来
る。その時には、トロイド形プラズマは、コイル
の中心孔に向つて投射され、エネルギの吸収を伴
つてそこから反射される様になる。プラズマガン
制御装置84は、丁度よい時に断路信号を送る如
くコイル回路用サーキツトブレーカ82に連結さ
れているので、このブレーカ82は、プラズマ7
4が中心孔78を通過する瞬間に正確に開く。こ
れと異なり、トロイダル形プラズマのイオン化
は、第8図の方法において通路のイオン化を目的
として示唆した如き電磁ないし分子ビーム装置に
よつて誘起ないし促進され、これによつて投射さ
れたイオン化エネルギは、中心孔78の近くにト
ロイダル形プラズマを形成する。大エネルギコイ
ル76は、実際には空芯誘導器であり、中心孔7
8は誘導器の空芯であることが勿論認められる。
これと異なり、誘導器は、芯材料に適当な空隙の
ある透過性芯を収容し、この空隙の空間の近くに
核を形成し得る様にしてもよい。プラズマ74が
コイル電力供給回路が遮断されるその瞬間に空芯
を通過するとき、コイル76の喪失する磁場から
プラズマへの多量の磁気エネルギの移動が生じ
る。従つて、プラズマ74は、大きく増大したエ
ネルギを持つてコイル76から出る。プラズマ7
4が圧力容器64の中心に向つて移動するとき、
プラズマガス制御装置84からの第2の適当に時
間を合せた信号は、隔膜制御装置86を作動さ
せ、個々の隔膜90を爆発的に破断する様にし、
従つてガス圧源88から出た高圧ガスによつて、
その結果の衝撃波前面92が作られる。この前面
92は周囲を包囲していて、現在大きいエネルギ
を与えられたトロイダル形プラズマ74の輻射に
よつてイオン化され、プラズマ74は、前述の型
式のプラズマ核36になつている。この時、前面
92は前述の外被28に等しくなる。この結果、
圧力容器64内にPMKが形成される。 第9図に示す装置の種々の変更が可能である。
例えば、コイル76は、PMKが形成されれば圧
力容器64の内部から除去し、容器内の高熱で損
傷するのを防止する様にしてもよい。更に、第8
図に示した装置は、第9図のプラズマガン70を
高光度閃光ランプ56または第8図について説明
した型式の等価のエネルギ源と取換える範囲まで
第9図に示す装置に組合わすことが出来る。従つ
て、第8図について述べた方法により第9図の容
器内にPMKを形成し得る。このとき、第9図の
ガス圧装置は、PMKが既に形成された後に、プ
ラズマ核36のエネルギの集中を増大する如く
PMKを圧縮する目的に使用し得る。 PMKの一般的特徴と、前述の材料中でこれを
発生する方法とを説明したので、次に、核融合を
生じるためにPMKの独特な特性を利用する技法
に力点が置かれる。特に、PMKの一つの最も独
特な特性は、流体圧の如き機械的な力で圧縮し得
る能力である。この特徴は、通常の液圧技術等の
如き従来の安価な機械的または化学的エネルギ源
を使用することにより劇的に簡単にPMKのエネ
ルギが増大されるのを可能にする。 次に、第10図において、PMKを使用し融合
エネルギを作るための装置が図式的に示されてい
る。この装置は、生成室94を有し、これは第8
図の生成室52または第9図の圧力容器64に等
価であり得る。一対の電極12,14は、第10
図に示されていて、前述の放電方法によりPMK
を形成する第8図の装置に示した電極に等価であ
る。PMKを形成するこの方法が使用されるとき
には、第8図に示す型式のイオン化エネルギを発
生するための装置を設けねばならない。この装置
は、第10図に示されていないが、第10図の生
成室94にこの装置を容易に連結し得ることが認
められる。これと異なり、第9図に示す型式のプ
ラズマガン装置がPMKを発生するのに使用され
得る。この場合には、第9図に示す制御装置と衝
撃波発生装置とが、第10図の生成室94に附加
されねばならない。従つてPMKは、第10図の
装置の生成室94内に任意の技術によつて発生し
得る。PMKが発生されると、流体圧制御装置9
8によつて制御されている流体圧源96を備えた
流体圧装置は、PMKを圧縮するのに使用され
る。特に、流体圧源は、生成室94の周辺を包囲
して位置する適当な複数の圧力入口102へ圧力
管路100を介して連結された適当なガスまたは
液体の供給装置を有している。勿論、所望により
複数の遠隔制御弁(図示せず)を圧力入口102
を開閉するのに使用し得ることが認められる。圧
力検出器104は、好ましくは生成室94の壁の
部分に位置し、生成室94内に存在する実際の圧
力に応じ流体圧制御装置98に帰還信号を与え
る。運転の際に、PMKは最初に点弧され、点弧
室94内の流体圧は、次に増大されてPMKを適
当な直径に圧縮する。この時に、機械的装置また
は磁場は、炉室106中へPMKを物理的に移送
するのに使用され、炉室106は、生成室94に
装着された炉のハウジング108内に包囲されて
いる。第10図にPMKを移動する装置は、ピス
トン駆動装置112によつて駆動されるピストン
110として示されている。このピストン駆動装
置は、通常の液圧ユニツト、内燃室、液圧装置と
内燃装置との組合せまたは任意のその他の適当な
動力源でもよい。また、別の圧力検出器(図示せ
ず)を炉室106に設け、圧力制御装置が炉室に
連結され得る様にすることも出来る。 ピストン110は、PMKを炉室106内へ移
動するのに使用されると共に、炉室内に移送され
たPMKを更に圧縮するのにも使用し得る。これ
と異なり、融合可能な原子核のガスまたは液体の
形状における別の流体圧を燃料供給源114から
供給し得る。また、可変圧力源116は、ピスト
ン110の作用に関連して炉室の圧力を更に増大
する如く使用され得る。エネルギ交換装置118
は、管120によつて炉室106の壁に連結さ
れ、管120は、炉室106の壁における冷却炉
ネツトワークを通し液体リチユウムまたはその他
の適当な反応装置冷却用流体の如き冷却用流体を
循環するのに使用し得る。勿論、エネルギ伝達の
技術は、高度に発達しており、任意の適当な従来
技術のエネルギ伝達装置ないしシステムを第10
図に図式的に示した装置の代りに使用し得る。磁
気的に封入されたコイル内での冷却を行わないこ
とは、既述のトカマクのもの乃至同様な大型コイ
ルの封入された円環体とに優る本発明の大きい利
点である。 第10図に示す装置の寸法と構造とは、所望の
PMKの寸法と出力とによつて定まる。従つて、
第10図に示す装置は寸法が大きく変化する。し
かしながら、第8図に示す構造に関して前述した
数値は、第10図の構造に適用されると共に第9
図の構造に適用される。 第10図の装置では、1000気圧以上の圧力が、
従来の状態の技法を使用して得られる。この圧力
の増大によつて、PMKのエネルギの集中が甚し
く増大し、これによつてPMKの温度と密度とが
相当に増大すると共にPMKの寿命が延長される
可能性がある。もしもPMKの最初の寸法が充分
に大きければ、圧力の増大と容積の低減とは、容
易にプラズマ核エネルギの増大を生じて核融合温
度以上の温度になり、これによつて炉室106内
に融合が起きる。融合エネルギの連続的な出力を
供給するため、第10図に示す型式の装置の蓄電
池は、連続的に構成されると共に連続的にエネル
ギが供給されることが考えられる。従つて、各装
置のPMKが燃焼するとき各装置がエネルギの出
力を提供し、PMKが消失すると引続いて点弧が
行われ、炉装置は、出力を発生するのが経続され
る如くエネルギを与えられる。 本発明の多くの変形と変更が可能である。例え
ば、第9図の実施例では、プラズマガンを除去す
ることが可能であり、トロイダル形プラズマは、
第9図に示す型式の予めイオン化された雰囲気の
圧力における大エネルギコイルを単に使用して発
生し得る。しかしながら、この変形例では、コイ
ル76の空芯から圧力容器64の中心に近い適当
な位置へトロイダル形プラズマを移動するための
外部磁場を設け、衝撃波が発生されたとき、トロ
イド形プラズマが衝撃波前面92内に対称的に配
設される様にすることが必要である。 また、第8図の実施例と、前述のPMKを発生
するための放電の方法では、電極12,14間の
放電は、イオン化路20を瞬間に正確に生起され
るべきであることを述べるには重要である。従つ
て適当な時間合わせと制御を行う装置は、好まし
くはイオン化電源58と高電圧スイツチ22との
間に連結され、イオン化エネルギ源が始動された
後の適当な瞬間にスイツチ22が閉じる様にして
いる。 更に、第9図の方法は、第8図の方法に適用す
ることも可能であり、この場合には、イオンのビ
ーム、ガスまたはプラズマジエツトは、流体の圧
力波によつて外被を作る予め減圧された室に螺旋
形放電路用の物体を作り得る。この圧力波は、環
状体を形成するのに関連して磁場を捕捉するのを
促進するため電磁波ないし分子ビーム装置によつ
て予めイオン化または予熱される様にしてもよ
い。 更に、本発明は、独特なプラズマを目的としま
た核融合エネルギを発生するための技法としての
利用に主として力点を置いて説明されたが、また
本発明は、多くのその他の用途を有している。例
えば、大エネルギのPMKは、レーザを送給する
目的、または任意の他の目的に対する極めて強烈
な光源として利用し得る。同様に、このPMK
は、強力な電磁熱源としても使用し得る。更に、
このPMKは、短い間隔で生じる大量の電磁エネ
ルギを貯蔵して搬送するための装置として使用し
得る。更に、このPMKは、他の型式の大エネル
ギの磁気現象と電磁現象をシユミレートするため
の装置として使用し得る。PMKの多くの附加的
な用途と、PMKを発生するための前述の方法と
装置とは、当該技術分野において容易に明瞭であ
る。 尚、継続する融合反応は、燃料の材料を適切に
選択することにより、本発明の方法と装置によつ
て維持することが出来る。適切な材料の選択は、
融合反応を維持する如く、小量の原料の燃料原子
核が高温のプラズマを形成して連続的に融合する
のを可能にする。 第9図の実施例では、プラズマガン70を除去
することが出来、孔72は、第8図に50で示し
た型式の透明な仕切でシールされる。かくして、
イオン化エネルギ源は、圧力容器64の外側に位
置することが可能であり、第9図の装置が、第8
図の装置と同様の運転様式に変更される。 以上説明した、この発明の技術思想を簡単に説
明すると以下の通りである。 (イ) まず、ガス中の、1対の電極12,14間
で、螺旋形に粒子を、例えばプラズマガンを使
用して、イオン化する。即ち、螺旋形のイオン
化路20を形成する。 (ロ) 前記電極間に高電圧を瞬間的に印加し、次の
現象を生じさせる。 1 前記の螺旋形のイオンが路20に沿つて放
電が生じ、撃電流24が流れる核が形成され
る。 1 核は非常に高温のために、核周囲のガスが
急激に膨脹し、低圧領域26と外被28(イ
オン化された粒子がプラズマ状になつて形成
されている)とが形成される。尚、このよう
な状態で、核、低圧領域並びに外被のガス
は、これらの周囲のガスが補給されて循環す
る。 (ハ) 電極間の電圧の印加が断たれた時に、螺旋形
の撃電流はつぶれ、第4図に示すようにリング
状(トロイダル形状)のプラズマ流となる。こ
の結果、第5図に示すような表面電流が流れる
(第3図に示すイオン化プラズマを伴う電流
は、大別すると、水平成分と垂直成分とを有
し、水平成分のものが第4図に示すリング状の
電流となり、垂直成分のものが第5図に示す表
面電流38となる) (ニ) 表面電流44によりトロイダル磁界46が第
7図に示すように形成される。 上記トロイダル磁界46とポロイダル磁界34
とにより、複合プラズマ流が維持される。また、
ポロイダル磁界34により外被が低圧領域につぶ
れないように維持される。 この発明で複合プラズマと言うのは、核に閉込
められたプラズマと外被にできるプラズマとを合
せて命名している。
Table 1 The main feature of the present invention is the ability to compress plasma nuclei to hitherto unimaginable pressures by applying appropriate mechanical pressure to the envelope. The magnetic field outside a magnetic pole decreases inversely as the cube of its radial distance. This means that the energy density or pressure decreases in inverse proportion to the sixth power. This law does not apply for small distances, but for this purpose the distribution of energy is (1/r 3 - ε) 2 in ε1, depending on the ratio of the envelope radius b to the main ring radius R. do. However, in general, the important elements that must be observed when forming PMKs are:
This is the time of rapid current generation to create the depressurized region 26. The voltage or energy required for a given this current rise time to make a PMK is
It is determined primarily by well-known physical characteristics such as the pressure of the atmosphere 10, the resistance of the atmosphere, the inductance of the discharge path, and the distance between the electrodes 12,14. Therefore, PMK with a small diameter of about 10 cm is
20~20 to have a total energy output on the order of 10 kilojoules
It can be formed into a small production chamber with a diameter of 100 cm. These small, low-energy PMKs can have lifetimes on the order of one second depending on the exact atmospheric conditions, including the pressure and type of gas used. The initial energy for generating PMK is obtained from conventional high voltage sources, such as lightning simulating machines and capacitors of the type currently used in various types of nuclear research equipment. Of course, the exact temperature of the core depends on the energy of the PMK, the density and atomic number of the molecules, the magnetic pressure, and many other factors. Similarly, the envelope temperature will vary depending on the exact conditions under which the PMK is formed. However, this envelope temperature is significantly lower than the core temperature. The core temperature of the compressed large PMK exceeds the temperature required for nuclear fusion, and the cold envelope acts as a radiative and magnetic shield between the core and the chamber wall. The second method and apparatus for making PMK shapes is
It is shown in FIG. In the embodiment of FIG. 9, compression vessel 64 is shown as being able to correspond to production chamber 52 of FIG. The shape, material of construction, and pressure capacity of the pressure vessel 64 are determined by the size and energy of the PMK to be produced, as is clear in the art. A vacuum pump 66 is connected to the interior of the pressure vessel 64 to reduce the pressure therein via a suitable pressure valve 68. A conventional plasma generating gun 70 is mounted in a suitable hole 72 in the wall of the pressure vessel 64. As is well known in the art, plasma gun 70 may project and generate plasma of any suitable shape into pressure vessel 64 . In the apparatus of the present invention, the plasma generation gun 7
0 is preferably as shown schematically at 74.
It is selected to generate toroidal plasma. A high-energy coil or air-core inductor 76 having a substantially cylindrical shape is mounted on the wall of the pressure vessel 64, and its center hole 78 is located concentrically with the gun 70, so that the toroidal shape generated in the gun 70 can be avoided. The plasma passes through the center hole of coil 76. A high energy power supply 80 is coupled to the high energy coil 76 through a suitable circuit breaker 82 to energize the coil 76. Supply device 8
0 is a conventional high power supply, preferably of the type that operates to create strong magnetic fields in known fusion test machines. The coil (or coils) is configured to create a poloidal and toroidal magnetic field to induce the appropriate current regime in the plasma core, as described above in the embodiments.
The plasma gun control device 84 controls the gun 70 to start generating plasma and projecting it into the pressure vessel 64.
is connected to. Further, the control device 84 is connected to the coil circuit circuit breaker 82 and the fusing film control device 86, and operates both of these devices.
Diaphragm controller 86 is coupled to a plurality of gas pressure sources 88 symmetrically located around the inner surface of pressure vessel 64 . Each of the gas pressure sources 88 is initially sealed by a frangible diaphragm 90. Gas pressure source 88 is a cylinder or container of compressed gas sealed with a diaphragm that ruptures explosively in response to receiving an electrical ignition signal from diaphragm controller 86 . Alternatively, the gas pressure source may simply have an appropriate amount of gas contained within an explosive housing, with the housing being ignited by a signal from the diaphragm controller 86. Of course, many equivalent types of conventional fluid pressure sources may be used in place of the specific construction described above. In operation, the pressure vessel 64 is connected to the vacuum pump 66.
The pressure is first reduced. Next, large energy coil 76
is energized by the coil's power supply 80 to create a strong magnetic field near the coil 76, particularly in the area of the central hole 78. The plasma gun control 84 is then activated and a toroidal plasma is generated and projected from the center hole 78 of the coil 76. Alternatively, a high energy coil can be mounted inside the pressure vessel 64 opposite the gun 70. The toroidal plasma is then projected towards the central hole of the coil and becomes reflected therefrom with absorption of energy. The plasma gun control device 84 is connected to the circuit breaker 82 for the coil circuit so as to send a disconnection signal at just the right time.
4 passes through the center hole 78. In contrast, the ionization of toroidal plasmas is induced or promoted by electromagnetic or molecular beam devices such as those suggested for ionization of the channels in the method of FIG. A toroidal plasma is formed near the center hole 78. The high energy coil 76 is actually an air core inductor, with the center hole 7
It is of course recognized that 8 is the air core of the inductor.
Alternatively, the inductor may contain a permeable core with a suitable void in the core material so that the core can form near the void space. When plasma 74 passes through the air core at the moment the coil power supply circuit is interrupted, a large amount of magnetic energy transfers from the lost magnetic field of coil 76 to the plasma. Thus, plasma 74 exits coil 76 with greatly increased energy. plasma 7
4 moves toward the center of the pressure vessel 64,
A second suitably timed signal from plasma gas controller 84 activates diaphragm controller 86 to explosively rupture individual diaphragms 90;
Therefore, due to the high pressure gas emitted from the gas pressure source 88,
A resulting shock wave front 92 is created. This front surface 92 surrounds and is now ionized by the radiation of a highly energized toroidal plasma 74, which has become a plasma nucleus 36 of the type previously described. The front surface 92 then becomes equal to the jacket 28 described above. As a result,
PMK is formed within the pressure vessel 64. Various modifications of the apparatus shown in FIG. 9 are possible.
For example, the coil 76 may be removed from the interior of the pressure vessel 64 once PMK has formed to prevent damage from the high heat within the vessel. Furthermore, the eighth
The apparatus shown can be combined with the apparatus shown in FIG. 9 to the extent that the plasma gun 70 of FIG. 9 is replaced with a high intensity flash lamp 56 or an equivalent energy source of the type described with respect to FIG. . Accordingly, PMK may be formed in the container of FIG. 9 by the method described with respect to FIG. At this time, the gas pressure device of FIG. 9 is configured to increase the concentration of energy of the plasma nuclei 36 after PMK has already been formed.
Can be used to compress PMKs. Having described the general characteristics of PMK and how to generate it in the aforementioned materials, emphasis will now be placed on techniques that utilize the unique properties of PMK to produce fusion. In particular, one of the most unique properties of PMK is its ability to be compressed by mechanical forces such as fluid pressure. This feature allows the energy of the PMK to be increased dramatically and easily by using conventional, inexpensive mechanical or chemical energy sources such as conventional hydraulic techniques and the like. Referring now to FIG. 10, an apparatus for producing fusion energy using PMK is schematically shown. The device has a production chamber 94, which is an eighth
It may be equivalent to the production chamber 52 of the figure or the pressure vessel 64 of FIG. The pair of electrodes 12, 14 is the 10th electrode.
PMK as shown in the figure and by the above-mentioned discharge method.
is equivalent to the electrode shown in the apparatus of FIG. When this method of forming PMK is used, equipment must be provided for generating ionization energy of the type shown in FIG. Although this apparatus is not shown in FIG. 10, it will be appreciated that it may be easily coupled to the production chamber 94 of FIG. Alternatively, a plasma gun device of the type shown in FIG. 9 may be used to generate PMK. In this case, the control device and shock wave generator shown in FIG. 9 must be added to the generation chamber 94 shown in FIG. 10. Accordingly, PMK may be generated in the generation chamber 94 of the apparatus of FIG. 10 by any technique. When PMK is generated, the fluid pressure control device 9
A fluid pressure device comprising a fluid pressure source 96 controlled by 8 is used to compress the PMK. In particular, the fluid pressure source includes a suitable gas or liquid supply connected via pressure lines 100 to a plurality of suitable pressure inlets 102 located around the periphery of production chamber 94 . Of course, multiple remote control valves (not shown) can be connected to pressure inlet 102 if desired.
It is recognized that it can be used to open and close. Pressure detector 104 is preferably located on a wall portion of production chamber 94 and provides a feedback signal to fluid pressure controller 98 in response to the actual pressure present within production chamber 94 . In operation, the PMK is first fired and the fluid pressure within the firing chamber 94 is then increased to compress the PMK to the appropriate diameter. At this time, a mechanical device or magnetic field is used to physically transport the PMK into the furnace chamber 106, which is enclosed within a furnace housing 108 that is attached to the production chamber 94. The device for moving the PMK in FIG. 10 is shown as a piston 110 driven by a piston drive 112. The piston drive may be a conventional hydraulic unit, an internal combustion chamber, a combination of hydraulic and internal combustion devices, or any other suitable power source. Additionally, a separate pressure sensor (not shown) can be provided in the furnace chamber 106 so that a pressure control device can be coupled to the furnace chamber. Piston 110 is used to move PMK into furnace chamber 106 and may also be used to further compress PMK transferred into the furnace chamber. Alternatively, another fluid pressure of the fusible nuclei in gas or liquid form may be provided from the fuel source 114. Also, a variable pressure source 116 may be used to further increase the pressure in the furnace chamber in conjunction with the action of the piston 110. Energy exchange device 118
is connected to the walls of the furnace chamber 106 by tubes 120 which carry a cooling fluid, such as liquid lithium or other suitable reactor cooling fluid, through a cooling furnace network in the walls of the furnace chamber 106. Can be used to circulate. Of course, the technology of energy transfer is highly developed, and any suitable prior art energy transfer device or system may be
It can be used instead of the device shown diagrammatically in the figure. The absence of cooling within the magnetically encapsulated coils is a significant advantage of the present invention over previously described tokamaks or similar large coil encapsulated toruses. The dimensions and structure of the device shown in FIG.
Determined by PMK dimensions and output. Therefore,
The device shown in FIG. 10 varies widely in dimensions. However, the numerical values discussed above with respect to the structure shown in FIG. 8 apply to the structure of FIG.
Applies to the structure of the diagram. In the device shown in Figure 10, the pressure of 1000 atmospheres or more is
Obtained using conventional state of the art techniques. This increase in pressure significantly increases the energy concentration of the PMK, which can significantly increase the temperature and density of the PMK and extend the lifetime of the PMK. If the initial dimensions of the PMK are large enough, the increase in pressure and decrease in volume can easily cause an increase in the plasma nuclear energy to a temperature above the fusion temperature, thereby increasing the pressure within the reactor chamber 106. Fusion occurs. In order to provide a continuous output of fused energy, it is contemplated that the batteries of a device of the type shown in FIG. 10 may be configured and continuously energized. Thus, as the PMK in each device burns, each device provides an energy output, and when the PMK disappears, subsequent ignition occurs and the furnace devices continue to provide energy output as they continue to produce power. is given. Many variations and modifications of the invention are possible. For example, in the embodiment of FIG. 9, it is possible to remove the plasma gun, and the toroidal plasma is
It can be generated simply by using a high energy coil at a pre-ionized atmosphere pressure of the type shown in FIG. However, in this modification, an external magnetic field is provided to move the toroidal plasma from the air core of the coil 76 to an appropriate position near the center of the pressure vessel 64, so that when a shock wave is generated, the toroidal plasma is moved in front of the shock wave. It is necessary to ensure that they are arranged symmetrically within 92. It should also be mentioned that in the embodiment of FIG. 8 and the above-described discharge method for generating PMK, the discharge between the electrodes 12 and 14 should be instantaneously and precisely generated across the ionization path 20. is important. Appropriate timing and control devices are therefore preferably coupled between the ionization power supply 58 and the high voltage switch 22 so that the switch 22 closes at a suitable moment after the ionization energy source is started. There is. Furthermore, the method of FIG. 9 can also be applied to the method of FIG. 8, in which case the beam of ions, gas or plasma jet is encased by pressure waves in the fluid. The body for the helical discharge path can be created in a pre-evacuated chamber. This pressure wave may be pre-ionized or pre-heated by an electromagnetic wave or molecular beam device to facilitate the capture of the magnetic field in connection with the formation of the toroid. Furthermore, although the invention has been described with primary emphasis on its use as a unique plasma purpose and technique for generating fusion energy, it also has many other applications. There is. For example, high-energy PMKs can be utilized as highly intense light sources for laser delivery purposes or any other purpose. Similarly, this PMK
can also be used as a powerful electromagnetic heat source. Furthermore,
This PMK can be used as a device for storing and transporting large amounts of electromagnetic energy generated over short intervals. Additionally, this PMK can be used as a device for simulating other types of high energy magnetic and electromagnetic phenomena. Many additional uses of PMK and the aforementioned methods and apparatus for generating PMK are readily apparent in the art. It should be noted that a continued fusion reaction can be maintained by the method and apparatus of the present invention by appropriately selecting the fuel material. Choosing the right material is
To maintain the fusion reaction, a small amount of raw fuel nuclei forms a hot plasma that allows them to fuse continuously. In the embodiment of FIG. 9, plasma gun 70 can be removed and hole 72 sealed with a transparent partition of the type shown at 50 in FIG. Thus,
The ionization energy source can be located outside the pressure vessel 64, and the apparatus of FIG.
The operating style will be changed to the same as the equipment shown in the figure. A brief explanation of the technical idea of the present invention explained above is as follows. (a) First, particles are ionized in a spiral between a pair of electrodes 12 and 14 in a gas using, for example, a plasma gun. That is, a spiral ionization path 20 is formed. (b) A high voltage is momentarily applied between the electrodes to cause the following phenomenon. 1. The helical ions are discharged along the path 20, forming a nucleus through which the impulse current 24 flows. 1. Because the nucleus is at a very high temperature, the gas around the nucleus expands rapidly, forming a low-pressure region 26 and an envelope 28 (formed by ionized particles in the form of plasma). In this state, the gases in the core, low-pressure region, and envelope are replenished with the gas surrounding them and circulated. (c) When the voltage applied between the electrodes is cut off, the spiral shock current collapses and becomes a ring-shaped (toroidal) plasma flow as shown in Figure 4. As a result, a surface current as shown in Fig. 5 flows (the current accompanied by ionized plasma shown in Fig. 3 can be roughly divided into a horizontal component and a vertical component, and the horizontal component is shown in Fig. 4). (d) The surface current 44 forms a toroidal magnetic field 46 as shown in FIG. 7. The toroidal magnetic field 46 and the poloidal magnetic field 34
A composite plasma flow is maintained by this. Also,
The poloidal magnetic field 34 keeps the envelope from collapsing into the low pressure region. In this invention, the term "composite plasma" refers to the plasma confined in the core and the plasma formed in the envelope.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は雰囲気、特に螺旋路におけるイオン化
を示す本発明の方法の第1段階の図式的な説明
図、第2図は第1図のイオン化された通路に沿う
真空域の放電とこれに関連したプラズマの磁力を
示す本発明の第2段階の説明図、第3図は第2図
の放電によつて生じた隣接巻きの磁場の連結を示
す説明図、第4図はトロイダル形電流とこれに関
連した束縛されていないポロイダル形磁場を示す
説明図、第5図はプラズマ円環体に生じた内部ト
ロイダル磁場とポロイダル表面電流を示す説明
図、第6図はプラズマ流−外被−核組合せ
(PMK)の内部ポロイダル磁場を示すPMKの複
合プラズマ流を示す説明図、第7図は外被のポロ
イダル形電流と、トロイダル形電流核で作られた
内部トロイダル磁場とを示す第6図の生じ得る変
形例の一部断面図、第8図は本発明の方法の装置
の一実施例の概略構成図、第9図は同上の他の一
実施例の概略構成図、第10図は同上の更に他の
一実施例の概略構成図で、図中、10は重水素、
12,14は電極、16は高圧電源、20はイオ
ン化路、22はスイツチ、28は外被、34は磁
力線、36はトロイド形電流ループ(プラズマ
核)、42はPMK、48は構造体外皮、50は透
明な仕切、58は電源、64は圧力容器、76は
誘導器、78は誘導器の中心孔、80は電力供給
装置、82はコイル回路用サーキツトブレーカ、
86は隔膜制御装置、88はガス圧源、92は衝
撃波前面、94は生成室、96は流体圧源、98
は流体圧制御装置、106は炉室、110はピス
トン、112はピストン駆動装置、116は可変
圧力源、118はエネルギ交換装置、を示す。
1 is a schematic illustration of the first stage of the method of the invention showing ionization in the atmosphere, in particular in a spiral path; FIG. 2 is a discharge in the vacuum region along the ionized path of FIG. Fig. 3 is an explanatory diagram showing the connection of the magnetic fields of adjacent windings generated by the discharge in Fig. 2, and Fig. 4 is an explanatory diagram showing the toroidal current and its magnetic field. Figure 5 is an illustration showing the internal toroidal magnetic field and poloidal surface current generated in the plasma torus, and Figure 6 is the plasma flow-envelope-nucleus combination. Figure 7 is an explanatory diagram showing the composite plasma flow of PMK showing the internal poloidal magnetic field of PMK. Figure 7 shows the poloidal current in the envelope and the internal toroidal magnetic field created by the toroidal current core. FIG. 8 is a schematic configuration diagram of an embodiment of the apparatus for the method of the present invention, FIG. 9 is a schematic configuration diagram of another embodiment of the same as above, and FIG. 10 is a schematic diagram of another embodiment of the same. This is a schematic configuration diagram of yet another example, in which 10 is deuterium;
12 and 14 are electrodes, 16 is a high-voltage power supply, 20 is an ionization path, 22 is a switch, 28 is a jacket, 34 is a magnetic field line, 36 is a toroidal current loop (plasma nucleus), 42 is a PMK, 48 is a structure jacket, 50 is a transparent partition, 58 is a power source, 64 is a pressure vessel, 76 is an inductor, 78 is a center hole of the inductor, 80 is a power supply device, 82 is a circuit breaker for the coil circuit,
86 is a diaphragm control device, 88 is a gas pressure source, 92 is a shock wave front, 94 is a generation chamber, 96 is a fluid pressure source, 98
106 is a fluid pressure control device, 106 is a furnace chamber, 110 is a piston, 112 is a piston drive device, 116 is a variable pressure source, and 118 is an energy exchange device.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 ガスが収容された容器内の一部に螺旋形のイ
オン化路20を形成し、これに高電圧を印加する
ことにより、リング状のプラズマ流36と、この
プラズマ流を取囲む低圧ガス領域と、この領域を
取り囲むプラズマ流並びに前記リング状のプラズ
マ流の中心軸に沿う電流44の流れとを有する外
被28とを形成し、前記リング状のプラズマ流に
よりポロイダル磁界が、また前記外被のプラズマ
流によりトロイダル磁界がそれぞれ形成され、こ
れら両磁界により複合プラズマ流が維持されるこ
とを特徴とする複合プラズマ流を発生させる方
法。 2 前記螺旋形のイオン化路は、螺旋形の光エネ
ルギを前記ガス中に供給することにより形成され
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載
の複合プラズマ流を発生させる方法。 3 容器48と、この容器内をガスが封入された
点弧室52と、イオン化エネルギ室54とに区分
する仕切り50と、点弧室に互いに所定間隔を有
して、対面して設けられた1対の電極12,14
と、前記イオン化エネルギ室に設けられ、螺旋状
の光エネルギを前記仕切りを通して前記電極間に
供給し、ここに螺旋形のイオン化路20を形成す
る手段と前記電極間に高電圧を印加して前記イオ
ン化路をリング状のプラズマ流にする手段とを具
備した複合プラズマ流発生装置。 4 前記イオン化路を形成する手段は、光エネル
ギを螺旋状に電極間に集束する手段56を有する
ことを特徴とする特許請求の範囲第3項に記載の
複合プラズマ流発生装置。
[Claims] 1. By forming a spiral ionization path 20 in a part of the container containing gas and applying a high voltage thereto, a ring-shaped plasma flow 36 and this plasma flow are created. forming an envelope 28 having a surrounding low-pressure gas region, a plasma flow surrounding this region, and a flow of current 44 along the central axis of said ring-shaped plasma flow; , and a method for generating a composite plasma flow, characterized in that a toroidal magnetic field is formed by each of the plasma flows of the outer jacket, and the composite plasma flow is maintained by both of these magnetic fields. 2. The method of generating a composite plasma flow according to claim 1, wherein the spiral ionization path is formed by supplying spiral optical energy into the gas. 3. A container 48, a partition 50 that divides the container into an ignition chamber 52 filled with gas, and an ionization energy chamber 54, and a partition 50 that is provided facing the ignition chamber at a predetermined distance from each other. A pair of electrodes 12, 14
and a means provided in the ionization energy chamber for supplying spiral light energy through the partition between the electrodes and forming a spiral ionization path 20 therein and applying a high voltage between the electrodes. A composite plasma flow generation device comprising means for forming an ionization path into a ring-shaped plasma flow. 4. The composite plasma flow generating device according to claim 3, wherein the means for forming the ionization path includes means 56 for focusing optical energy between the electrodes in a spiral manner.
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