KR102365286B1 - 플라스마 자기장을 제어하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

컴팩트 토로이드를 생성 및 봉입하기 위한 시스템의 예시가 개시된다. 상기 시스템은 자화 플라스마를 생성하기 위한 플라스마 생성기, 컴팩트 토로이드를 수신하기 위한 플럭스 보존체, 전류 펄스를 제공하기 위한 전력원, 및 플라스마 q-프로파일을 지정 범위 내로 유지하기 위해 펄스의 전류 프로파일을 능동적으로 제어하기 위한 제어기를 포함한다. 전류 펄스의 전류 프로파일을 제어함으로써 자화 플라스마의 자기 수명을 제어하는 방법의 예시가 개시된다.

Description

플라스마 자기장을 제어하기 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING PLASMA MAGNETIC FIELD}
본 발명은 일반적으로 플라스마 자기장의 감쇠 시간(decay time)을 제어하기 위한 시스템 및 방법과 관련되고, 구체적으로 플라스마 자기장을 제어함으로써 플라스마 안정성을 제어하기 위한 시스템 및 방법과 관련된다.
본 명세서에서 달리 언급되지 않는 한, 이 섹션에서 기재되는 사항은 본 출원의 청구항의 선행기술이 아니며 이 섹션에 포함됨으로써 선행기술을 인정되는 것도 아니다.
플라스마는 기체와 유사한 상태이며, 입자의 적어도 일부분이 이온화되는 물질이다. 대전된 입자(가령, 양이온 및 음전자)의 존재가 플라스마를 전기적으로 전도성으로 만든다. 대전된 입자의 움직임에 영향을 미치기에 충분히 강한 자기장을 갖는 플라스마가 자화 플라스마(magnetized plasma)라고 불린다. 플라스마 토러스(plasma torus)가 연결된 폴로이드형과 토로이드형(일부 경우) 폐쇄된 자기력선을 갖는 토로이드형 구성(도넛 형태)으로 성형되는 자체-지속되는 자화 플라스마이다. 토로이드형 자기장은 플라스마 토러스의 자축에 평행인 자기력선을 포함한다. 토로이드형 장은 플라스마 자축을 중심으로 폴로이드 방향으로 흐르는 전류에 의해 생성된다. 폴로이드형 자기장은 플라스마 토러스의 자축을 중심으로 도는 자기력선을 포함하고 자축에 평행인 토로이드 방향으로 흐르는 전류에 의해 생성된다. 자기력선은 토로이드 및 폴로이드 방향으로 플라스마 주위에서 많은 턴(turn)을 운영하기 때문에, 플라스마 자축으로부터의 일정한 반경에서 "플럭스면(flux surface)"을 정의한다. 폴로이드 및 토로이드형 자속의 연결 범위가 플라스마 토러스의 헬리시티(helicity)를 정의한다. 단순 연결된 공간 내에 가둬진 플라스마 토러스가 컴팩트 토로이드(CT: compact toroid)라고 지칭된다. CT 구성의 예로는, 토로이드 성분과 폴로이드 성분을 모두 갖는 내부 자가장을 갖는 안정한 자기유체역학적 평형 상태와 가깝게 존재하는 스페로막 구성(spheromak configuration), 또는 역시 토로이드형 자기 토폴로지를 갖지만 축 방향으로 더 길어서, 편장형 타원체(prolate ellipsoid)와 유사한 외부 표면을 갖고, 주로 폴로이드형 자기장을 가지며 토로이드형 자기장 성분은 없는 FRC(Field Reversed Configuration) 구성이 있다. CT 플라스마는 자기 구성의 범위에서 형성될 수 있는데, 가령, 스페로막과 FRC 상태 사이에 있는 상태로 존재하는 것이 있다. 자화 플라스마의 그 밖의 다른 구성은 토카막(tokamak), RFP(reversed field pinch) 및 스텔러레이터(stellarator)를 포함하며, 이들 모두는 외부 코일을 이용해 플라스마 봉입 챔버(plasma confinement chamber)(플럭스 보존 챔버)의 벽에 플라스마 토로이드형 자기장을 제공할 수 있다. 이와 달리, 스페로막과 FRC는 플라스마 토로이드형 장을 제공하기 위한 외부 코일을 갖지 않으며 자기장이 플라스마에서 흐르는 전류에 의해 생성된다.
제어되는 열핵 융합이 중량 핵을 형성하기 위한 플라스마에 존재하는 경량 핵의 융합을 바탕으로 한다. 플라스마는 이러한 핵이 융합되기에 충분히 긴 시간 동안 핵을 가둘 필요가 있다. 따라서 안정한 구성으로 플라스마를 안정화하고 지속시키는 것이 어떠한 융합 시스템 및 융합 방식에서도 매우 중요하다. 자화 플라스마 구성의 경우, 플라스마 자기장(폴로이드 및/또는 토로이드형 장 성분)이 플라스마 안정성과 플라스마 성능과 관련된 핵심 플라스마 속성이다.
하나의 형태에서, 플라스마 자기장의 감쇠를 제어하기 위한 시스템이 제공된다. 상기 시스템은 입력 유닛, 처리 유닛 및 출력 유닛을 포함하는 제어기를 포함한다. 다양한 방사방향, 축방향, 및 각 위치에 위치하는 복수의 측정 프로브가 플라스마의 적어도 하나의 파라미터의 신호를 제어기의 입력 유닛으로 제공하도록 구성된다. 제어기의 출력 유닛과 통신하여 전력원이 제공된다. 전력원은 하나 이상의 추가 축방향 전류 펄스를 시스템으로 제공하여, 플라스마의 토로이드형 장을 증가시키도록 구성된다. 전력원은 인덕턴스 대 저항(inductance-to-resistance)(L/R) 시간 상수를 조절하여 전류 펄스의 전류 감쇠 시간을 조절하기 위한 수단을 가진다. 제어기는 복수의 측정 프로브로부터 획득된 신호를 처리하여 프로브로부터 획득된 신호에서 불균칙성을 처리하고, 불규칙성이 적어도 하나의 프로브로부터의 신호에서 검출될 때 축방향 전류 펄스를 제공하도록 전력원을 트리거하기 위해 처리 유닛에 의해 실행되는 프로그램 코드를 포함하는 메모리를 가진다. 전력 시스템의 L/R 시간 상수가 플라스마의 폴로이드형 장(poloidal field)의 최단 감쇠 시간보다 짧도록 조절된다.
또 다른 형태에서, 제어기는 플라스마의 폴로이드형 자기장에 대한 토로이드형 자기장의 비를 계산하고, 계산된 비를 실험에 의해 얻어진 하한 임계값에 비교하도록 처리 유닛에 의해 실행되는 프로그램 코드를 더 포함한다. 상기 제어기는 계산된 비가 하한 임계값 미만일 때 추가, 축방향, 전류 펄스를 제공하도록 전력원을 트리거한다. 상기 제어기는 자기장 비를 하한 임계값과 상한 임계값 사이로 유지하도록 처리 유닛에 의해 실행되는 프로그램 코드를 더 포함한다.
하나의 형태에서, 제어기는 복수의 프로브로부터 획득된 신호에서 진동(oscillation)을 검출하도록 처리 유닛에 의해 실행되는 프로그램 코드를 더 포함한다. 적어도 하나의 프로브로부터 획득된 신호에서 진동이 검출될 때 추가적인 축방향 전류 펄스가 트리거된다.
제어기는 서로 다른 각 위치에 위치하는 프로브로부터 획득된 신호의 진동의 위상을 기초로 플라스마의 불안정성 모드를 계산하기 위해 처리 유닛에 의해 실행되는 프로그램 코드를 더 포함한다. 상기 프로그램 코드는 계산된 불안정성 모드를 기초로 축방향 전류 펄스의 트리거링 타이밍을 조절하도록 더 실행된다.
또 다른 형태에서, 플라스마 자기장의 감쇠 시간을 제어하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은 자화 플라스마의 폴로이드형 장의 최단 감쇠 시간보다 짧도록 인덕턴스/저항(L/R) 시간을 조절하는 단계, 플럭스 보존 챔버의 벽 내 다양한 방사방향, 축방향 및 각 위치에 위치하는 복수의 프로브에 의해 플라스마의 하나 이상의 파라미터를 측정하여 플라스마의 자축으로부터의 다양한 각 위치 및 방사방향 위치에서 파라미터를 검출하는 단계, 복수의 프로브로부터 획득된 신호를 처리하는 단계, 획득된 신호의 불규칙성을 검출하고 적어도 하나의 프로브의 신호에서 검출된 불규칙성을 기초로 추가적인 축방향 전류 펄스를 제공하도록 전력원을 트리거하는 단계를 포함한다.
앞서 기재된 형태 및 실시예에 따라, 추가 형태 및 실시예가 다음의 상세한 설명의 도면과 설명을 참조하여 자명해 질 것이다.
도면 전체에서, 참조되는 요소들 간 대응관계를 나타내기 위해 도면 부호가 재-사용될 수 있다. 도면이 본 명세서에 기재된 예시적 실시예를 설명하기 위해 제공되고 본 발명의 범위를 한정하려는 것이 아니다. 도면에서의 요소의 크기 및 상대적 위치가 반드시 실측 비율로 그려진 것은 아니다. 예를 들어, 다양한 요소 및 각도의 형태가 실측으로 그려지지 않으며, 이들 요소 중 일부가 임의로 확대되고 도면 가독성을 개선하기 위해 배치된다.
도 1은 플라스마 생성기, 플럭스 보존체 및 파워 서플라이를 포함하는 플라스마 생성 및 봉입 시스템의 일례의 횡단면 측면도이다.
도 2a는 지나치게 많은 축방향 전류가 플라스마 봉입 시스템에서 구동될 때 복수의 프로브로부터 획득되는 플라스마 폴로이드 자기력선을 보여주는 그래프이다.
도 2b는 충분치 않은 축방향 전류가 플라스마 봉입 시스템에서 구동될 때 복수의 프로브로부터 획득되는 플라스마 폴로이드 자기력선을 보여주는 그래프이다.
도 3a 및 3b는 각각 축방향 전류가 플라스마 봉입 시스템에서 구동되지 않을 때 복수의 프로브로부터 획득된 플라스마 폴로이드 및 토로이드 자기력선의 그래프를 보여준다.
도 4a 및 4b는 축방향 전류가 플라스마 봉입 시스템에서 구동될 때 복수의프로브로부터 획득된 플라스마 폴로이드 및 토로이드 자기력선의 그래프를 각각 보여준다.
도 5는 플라스마 토로이드형 자기장을 제어 및 조절하기 위한 제어기를 개략적으로 도시한다.
도 6a는 다양한 방사 방향 위치에서의 복수의 측정 프로브를 보여주는 플럭스 보존체의 예시의 측방 단면도이다.
도 6b는 복수의 측정 프로브의 방사 방향과 각 위치를 보여주는 도 6a의 플럭스 보존체의 평면도이다.
도 7은 가시광 광센서로부터 획득된 신호 및 플라스마 자기장에 대한 이의 상관관계를 보여주는 그래프이다.
본 명세서에서 앞서 언급된 바와 같이, 자화 플라스마에서 자기장의 대다수는 플라스마 자체에 흐르는 전류 및/또는 플럭스 보존 챔버의 벽에 흐르는 전류에 의해 만들어진다. 자화 플라스마의 자기장이 플라스마의 중심에서 변부로의 열 및 입자의 전이를 억제함으로써 플라스마 에너지를 가둔다. 자기장의 대전된 입자의 경로가 자기력선을 따라 이동하는 나선형으로 한정되기 때문에, 자기력선이 토로이드 및 폴로이드 방향으로 뻗어 있지만 방사 방향으로는 뻗어 있지 않음을 보장하여, 플라스마의 중심에서 변부로의 직접 경로를 피하는 데 더 많은 주의가 필요할 수 있다. 플럭스면 상에서의 폴로이드형 장에 대한 토로이드형 장의 비가 자기력선을 추적하고 하나의 폴로이드 턴(poloidal turn)을 완료하기 전에 완료되는 토로이드 턴(toroidal turn)의 수를 측정함으로써 가장 잘 기술되고 이 수는 안전 계수 즉 q-계수(q-factor)라고 지칭된다. 본 명세서에서 사용될 때 "q-프로파일"은 이의 반경을 따르는 플라스마 q-계수의 값을 의미한다. 플라스마 중심에서의 q-계수는 일반적으로 플라스마 변부에서의 q-계수와 상이하기 때문에, q-프로파일이 반경을 따르는 플라스마 q-계수이다. 일반적으로, 안전 계수는
Figure 112017026918503-pct00001
이며, 여기서 m은 폴로이드 방향에서의 진동이고 n은 토로이드 방향에서의 진동이다. q가 유리수(2개의 정수 m과 n의 분수로 표현되는 수)이고 정수 m과 n이 작은 값(가령, m과 n이 3 미만의 값)을 가질 때, 플라스마는 공진할 것이고 비대칭체를 만들 것이다. 종종 이 비대칭체는 토러스를 중심으로 회전하고 센서로부터 획득되는 신호의 위상에 의해 시간 영역에서 진동으로서 검출될 수 있다. 이러한 비대칭체는 플라스마 구성의 열 봉입을 감소시킬 수 있다.
자기장의 전류가 자기장의 강도 및 자기장 벡터에 수직으로 흐르는 전류의 크기에 비례하는 힘(로렌츠 힘)을 겪을 것이다. 이는 다음과 같이 벡터 수학식으로 표현될 수 있다:
Figure 112017026918503-pct00002
(1)
전류
Figure 112017026918503-pct00003
가 자기장
Figure 112017026918503-pct00004
과 평행하게 흐르는 경우에만, 로렌츠 힘
Figure 112017026918503-pct00005
을 경험하지 않을 것이다.
로렌츠 힘이 플라스마(또는 그 밖의 다른 임의의 비-강성체(non-rigid body))에 인가될 때, 알짜 힘이 더는 인가되지 않을 때, 즉, 플라스마가 평형상태 또는 무힘 상태일 때까지 플라스마를 가속시킬 것이다. (내부 전류 및 자기장을 갖는 자기-자화 플라스마인) CT의 경우, 이 평형상태는 전류가 자기장에 평행하게 흐를 때이다.
따라서 전류 및 자기장이 어느 곳에서도 평형 상태이며 플라스마의 어떠한 부분도 힘을 겪지 않는 특정 상대 전류 프로파일이 존재한다. 본 명세서에서 사용될 때, "전류 프로파일"은 특정 시간 주기 내에서 시스템에 흐르는 전류의 값(반경의 함수를 의미한다. 일반적으로 자화 플라스마가 폴로이드형 장 및 폴로이드 전류(전류와 장이 동일 방향)와 토로이드형 장 및 토로이드 전류에 의해 특징지어진다. 폴로이드 전류가 토로이드형 장을 생성하고 토로이드 전류가 폴로이드형 장을 생성한다. 플라스마가 어디서든 균일한 온도를 갖는 경우, 플라스마 자기 수명
Figure 112017026918503-pct00006
이 다음과 같이 스케일링될 것이다:
Figure 112017026918503-pct00007
(2)
여기서,
Figure 112017026918503-pct00008
는 전자 온도이다. 그러나 플라스마는 균일한 온도를 갖지 않는데, 이는 플라스마 변부(여기서 플라스마는 더 차갑다)에서의 전류 감쇠율이 플라스마 중심에서보다 더 빠르다. 불균질 플라스마의 자기 수명이 다음과 같이 기재된다:
Figure 112017026918503-pct00009
(3)
변부 전류가 감쇠함에 따라, 평형 상태가 소실되고 플라스마가 자기력에 의해 밀린다. 변부에서의 전류가 소산됨에 따라, 플라스마 중심으로부터의 전류가 변부로 이동되며, 이는 스피처 저항력(Spitzer resistivity)(전자-이온 충돌을 기초로 하는 전기 저항력)으로부터 예측될 것보다 더 빨리 중심 전류를 약화시킨다.
따라서 플라스마 봉입을 개선하기 위해, 플럭스 보존 챔버에 추가 전류가 흘러, 플라스마 토로이드형 장을 증가시키고 따라서 플라스마 q-프로파일을 증가시키는 것이 제안됐다. 이러한 추가 전류 펄스가 플럭스 보존체에서 구동되고 플라스마 형성 전류 펄스의 감쇠 후에 트리거된다. 추가 전류 펄스가 플럭스 보존체의 벽을 통해 그리고 토로이드의 축을 통과하여 뻗어 있는 중앙 봉(도 1의 중앙 봉(14a) 참조)을 따라 구동된다. 이러한 추가 전류 펄스가 축 전류 펄스라고 지칭되고 본 명세서에서 플럭스 보존 챔버의 벽과 중앙 봉을 통과하여 흐르며 플라스마 형성 전류 펄스의 감쇠 후에 트리거되는 전류로 정의된다.
플라스마의 q-계수가 유리수, 가령, 1/2, 1, 3/2, 2 등에 도달할 때마다 플라스마 토러스의 봉입이 불안정해진다. General Fusion, Inc(캐나다 버나비 소재)사의 개발 중인 플라스마 생성기의 특정 프로토타입에 의한 실험이, 플라스마 봉입 시스템(가령, 플라스마 생성기)의 L/R(인덕턴스/저항) 시간 상수에 의해, 토로이드형 장이 감소하는 동안 폴로이드형 장이 플라스마 전류의 감쇠에 따라 감쇠함을 보여준다. 폴로이드형 자기장과 토로이드형 자기장이 서로 다른 속도로 감쇠하기 때문에, q-계수는 플라스마 봉입의 붕괴를 야기하는 시간 플라스마 불안정성이 전개되는 유리 분수(rational fraction)에 도달할 때까지 상승하거나 하강한다. 도 2a는 플럭스 보존체에 지나치게 많은 축 전류가 구동될 때 서로 다른 프로브로부터 획득된 시간의 흐름에 따른 플라스마 폴로이드형 장의 그래프(하나의 프로브당 하나의 곡선)를 도시한다. 도 2a의 그래프에 의해 나타날 수 있는 바와 같이, 지나치게 많은 전류가 플럭스 보존체에서 구동될 때, 토로이드형 장은 증가하고 q-프로파일이 (초기 플라스마 q-프로파일이 ½ 내지 1였던 경우) 예를 들어 최대 1까지 증가할 수 있으며, 이는, 플라스마에서 소용돌이 움직임(진동(200))을 야기하여, 파괴된 플럭스면, 고속 에너지 손실 및 플라스마 수명의 단축을 야기한다. 따라서 폴로이드형 장이 더 빨리 감소할 때(또는 토로이드형 장이 폴로이드형 장의 감쇠보다 빨리 증가할 때) q-프로파일이 증가할 것이고, q 유리수(즉, q=1)에 도달할 때, 플라스마가 불안정된다(가령, n=1 불안정 모드). 이는 "과다 지속된(over sustained)" 플라스마라고 일컬어진다. 도 2b는 충분하지 않은 축 전류가 플럭스 보존체에서 구동될 때 서로 다른 프로브로부터 획득된 시간의 흐름에 따른 플라스마 폴로이드형 장의 그래프(프로브당 하나의 곡선)를 도시한다. 플럭스 보존체에서 충분하지 않은 축 전류가 구동될 때, 토로이드형 장이 폴로이드형 장보다 빨리 강하하며, q-프로파일이 감소할 것이고, (초기 플라스마 q-프로파일이 ½ 내지 1이었던 경우) 진동(210)으로 도시되는 플라스마 불안정을 야기할 수 있는 q = ½에 도달할 수 있다(가령, n=2 불안정 모드). 이는 "과소-지속된(under-sustained)" 플라스마라고 불린다. 그래프로부터 알다시피, n=2 불안정 모드는 플라스마를 붕괴시키지 않을 수 있지만(n=1 모드만큼 나쁘지는 않음), 도 2b의 그래프를 지속된 플라스마(하나 이상의 축 전류 펄스가 플럭스 보존체에서 구동될 때 존재하는 플라스마)의 자기장을 보여주는 도 4a의 그래프에 비교할 때 알 수 있듯이 플라스마의 수명을 단축한다. 보이다시피, 도 4a의 그래프의 플라스마 자기장 수명이 도 2b에 나타난 플라스마 자기장 수명에 비교할 때 훨씬 더 길다.
플라스마를 안정하게 지속하기 위해 원하는 범위 내에서 플라스마 q-계수를 제어 및 조절하는 것이 필요하다. 플라스마 q-프로파일의 미세 튜닝 및 조절이 저 플라스마 변동 및 개선된 플라스마 봉입을 야기한다. 플라스마 q-프로파일 측정 및 이의 실시간 제어가 복잡한 모델링을 필요로 하는 복잡한 일이다. 그러나 발명자는 플라스마의 폴로이드형 장에 대한 토로이드형 장의 비가 q-프로파일 측정을 대신하여 사용될 수 있음을 알았다. 폴로이드 장에 대한 토로이드형 장의 비가, 능동적으로 그리고 실시간으로 제어되고, 지정 q-값과 관련된 실험에 의해 결정된 최적 값으로 지속될 수 있다. 이는, 하나의 구현예에서, 외부 전류 드라이브를 조절함으로써 회득될 수 있다. 예를 들어, 자기장 비가 일부 실험에 의해 결정된 값에 대응할 때(가령, q-계수가 유리수, 가령, ½에 근사할 때), 예를 들어, 플럭스 보존 챔버 내 폴로이드 전류(축 전류)를 구동시켜, 자기장 비를 상승시키고 q를 임계값 사이로 지속함으로써(½<q<1), 토로이드형 장이 증가될 수 있다.
도 1은 플라스마 생성기(12), 타깃 챔버, 가령, 플럭스 보존체(14) 및 형성 파워 서플라이 서브시스템(22a) 및 지속 파워 서플라이 서브시스템(22b)을 갖는 파워 서플라이(22)를 포함하는, 플라스마를 생성하고 봉입하기 위한 시스템(10)의 예시를 개략적으로 도시한다. 플럭스 보존체(14)는 축 중앙 봉(14a)을 포함한다. 파워 서플라이(22)가 형성 펄스를 제공하기 위한 하나 이상의 커패시터 뱅크 및 추가 전력 펄스, 가령, 중앙 봉(14a)과 플럭스 보존체(14)의 벽을 통해 흐르는 축 전류 펄스를 제공하기 위한 하나 이상의 커패시터 뱅크를 포함하는 펄스화된 파워 서플라이일 수 있다. 하나의 구현예에서, 형성 펄스를 제공하는 하나 이상의 커패시터 뱅크가 역시 추가/축 전류 펄스를 제공할 수 있다. 생성기(12)는 자화 토로이드형 플라스마, 가령, 스페로막(spheromak) 또는 그 밖의 다른 임의의 자화 플라스마 구성을 생성하도록 구성된다. 생성기(12)는 외부 전극(16) 및 동축 내부 전극(15)을 포함할 수 있다. 내부 및 외부 전극(15 및 16)은 이들 사이에 환형 플라스마 형성 채널(17)을 형성한다. 플라스마 생성기(12)는, 예를 들어, 1-스테이지 마셜 건(Marshall gun), 또는 형성 섹션에 추가로 가속 섹션을 포함하여, 형성된 플라스마 토러스를 플럭스 보존체(14)를 향해 가속시킬 수 있는 둘 이상의 스테이지의 마셜 건일 수 있다. 도 1은 어떠한 가속 섹션도 없는 1-스테이지 마셜 건을 보여주지만, 해당 분야의 통상의 기술자라면 플라스마 생성기(12)가 본 발명의 범위 내에 있는 플라스마 토러스를 플럭스 보존체(14)로 생성 및/또는 가속시키도록 구성된 그 밖의 다른 임의의 알려진 플라스마 생성기일 수 있음을 알 것이다.
생성기(12)는 플라스마 폴로이드형 장을 형성하기 위한 방사 방향으로 채우는 자기장을 제공하도록 구성된 일련의 자기 코일(18)을 더 포함한다(도 2a). (전력원(22)과 상이한) 전력원이 코일(18)에 전류를 공급하는 데 사용될 수 있다. 지정 양의 기체가 생성기 하우징의 주변부 주위에 위치하는 밸브(20)의 링(ring)을 통해 환형 채널(17)로 주입된다(도 1에 2개의 밸브(20)만 도시되며 나머지 부분은 간결성을 위해 생략됨). 밸브(20) 각각이 기체 저장소(도시되지 않음)와 유체 연통하고 형성 채널(17)로의 기체의 실질적으로 대칭 도입을 제공하도록 동작할 수 있다. 주입된 기체는, 예를 들어, 경량 원소의 하나 이상의 동위원소, 즉, 수소의 동위원소(가령, 중수소 및/또는 삼중수소) 및/또는 헬륨의 동위원소(가령, 헬륨-3) 또는 그 밖의 다른 임의의 기체 또는 기체 혼합물일 수 있다. 기체의 대칭 도입에 의해, 기체의 환형 클라우드가 채널(17)에서 형성될 수 있다. 펌핑 포트(24)에 연결된 펌핑 시스템을 이용함으로써 시스템(10)은 적어도 부분적으로 더 배기될 수 있다. 플라스마 생성기(12) 및/또는 플럭스 보존체(14)를 따르는 다양한 축 위치에서 복수의 뷰잉 포트(viewing port)가 제공되어, 다양한 측정 프로브/검출기를 수용할 수 있다. 다양한 방사 또는 축 위치에서 플라스마 파라미터(가령, 자기장, 온도, 밀도, 불순물)뿐 아니라, 시스템 파라미터(가령, 전류, 전압 등)까지 측정하기 위해 진단 어레이가 제공될 수 있다. 해당 분야의 통상의 기술자라면 플라스마 생성기, 코일 또는 기체 밸브의 그 밖의 다른 임의의 구성이 본 발명의 범위 내에서 사용될 수 있음을 알 것이다.
코일(18)은 기체가 환형 채널(17)로 주입되기 전에 그리고 전극(15 및 16)들 사이에서 전류가 방전되기 전에 채움 자기장을 구축한다. 예를 들어, 채움 자기장은 방전 몇 초 전에 인가될 수 있다. 기체가 확산되어 형성 채널(17)을 적어도 부분적으로 채우면, 전력원(22)의 형성 서브시스템(22a)(가령, 형성 커패시터 뱅크)이 트리거되어, 형성 전류 펄스가 전극(15 및 16) 사이를 흐르게 될 수 있다. 전류가 실질적으로 방사 방향으로 기체를 통과하여, 기체를 이온화하고 플라스마를 형성할 수 있다. 이 전류는 플라스마에 토로이드형 자기장을 생성할 수 있고, 자기 압력(magnetic pressure)의 구배가 플라스마의 움직임이 환형 채널(177)을 따라 플럭스 보존체(14)를 향하도록 하는 힘(로렌츠 힘) I×B을 가할 수 있다. 플라스마가 플럭스 보존체(14)를 향해 이동함에 따라, 코일(18)에 의해 생성된 채움 자기장과 대화한다. 진전되는 플라스마에 의해 채움 장이 약화되고 변형되도록(버블링 스테이지) 플라스마를 플럭스 보존체(14)를 향하도록 변위시키는 힘이 채움 자기장의 장력을 극복하기에 충분한 강도를 가진다. 결국, 자기장이 플라스마 주위를 감싸서 폴로이드형 자기장과 토로이드형 자기장을 갖는 자화 플라스마를 형성할 수 있도록 플라스마가 자유롭게 깨진다. 생성기(12)(가령, 플라스마 건)가 토로이드 플럭스를 주입하는 것을 중단하면, 플라스마의 자기장이 빠르게 자기-조직되어 플라스마 토러스, 가령, 스페로막을 형성할 수 있다.
형성 펄스가 감쇠된 후, 소스(22)의 지속 서브시스템(22b)(지속 캐퍼시터 뱅크)이 트리거되어 추가 전류 펄스를 제공하여, 전류가 플럭스 보존체(14)(축 봉(14a) 및 챔버(14)의 벽)에 계속 흐를 수 있다. 이러한 추가적인 축방향 전류 펄스가 초기 형성 펄스에 비해 감소된 레벨을 가진다. 예를 들어, 형성 전류 펄스는 약 10-40㎲ 동안 약 500-900kA일 수 있다. 추가 전류 펄스가 약 150-250kA일 수 있고, 시스템 파라미터에 따라, L/R(인덕턴스/저항) 약 100㎲-5ms의 시간 상수에 의해 감쇠되도록 설계될 수 있다. 해당 분야의 통상의 기술자라면 본 발명의 범위 내에서 전류 또는 L/R 타임스케일에 대한 서로 다른 값이 제공될 수 있음을 이해할 것이다. L/R 타임스케일이 L 및/또는 R을 적절하게 선택함으로써, 가령, 시스템(10)의 인덕턴스 L의 특정 값에 대해 저항 R을 선택함으로써, 변경될 수 있다.
도 3a는 어떠한 추가적인 축상 전류도 플럭스 보존체(14)에서 구동되지 않는 General Fusion Inc.에서 실시된 실험에서 획득된 플라스마의 폴로이드형 장의 예시를 도시하고, 도 4a는 추가(축방향) 전류가 플럭스 보존체(14)에서 구동될 때 폴로이드형 장을 도시한다. 도 3b 및 도 4b는 이러한 지속되지 않는 플라스마와 지속되는 플라스마 각각의 토로이드형 장을 도시한다. 추가적인, 축방향 전류 펄스가 제공될 때, 플라스마의 자기장이 기껏해야 약 200㎲를 유지하며(도 3a 참조), 여기서, 추가적인 축방향 전류 펄스(들)(도 4a)에 의해, 플라스마가 훨씬 더 길게 살아 있다(가령, 약 600㎲). 도 4a에서 도시된 바와 같이, 형성 펄스에 추가로, 추가 축방향 전류 펄스가 트리거될 때, 플라스마 토러스는 형성 주기 동안 시작 부분에서 일부 난류를 겪지만, 600㎲에서 방전과 플라스마를 끝내는 난류가 형성될 때까지 이 초기 난류 후 매우 고요해진다(안정된다).
플라스마 안정화/이완 주기 동안, 토로이드형 장과 폴로이드형 장 중 어느 것이 빠르게 감쇠하는지 여부에 따라 플라스마의 q는 상승되거나 하강할 것이다. 보통, (플라스마의 토로이드 전류로부터의) 폴로이드형 장이 축방향 전류에 의해 지속될 수 있는 토로이드형 장보다 빠르게 감쇠할 수 있다. q가 안정화 동안 하강하도록 인덕턴스를 감소시킴으로써, 축상 전류 방전을 이용해 q를 유리수 값이 아니도록 유지할 수 있다. 플라스마를 더 긴 시간 동안 안정하도록 추가 축상 전류 펄스를 적극적으로 제어하기 위해, 제어기(501)(도 5 참조)가 제공되었다. 폴로이드형 장의 감쇠율이 샷 별로 변하기 때문에(플라스마 전류의 감쇠에 따라 감쇠한다), 플라스마 q-프로파일이 유리 함수가 아닌 다른 값, 가령, ½ 내지 1의 값으로 거의 일정하게 유지될 수 있도록(½<q<1) 토로이드형 장은 폴로이드 감쇠율과 정합되도록 제어 및 조절될 필요가 있다. 제어기(501)는 입력 유닛, 출력 유닛 및 처리 유닛을 포함하며, 시스템(10)과 원격지에 위치할 수 있다. 제어기(501)는 복수의 프로브(502)와 통신한다. 프로브(502)는 시간에 따른 플라스마의 파라미터의 신호를 제공할 수 있다. 예를 들어, 프로브(502)는 플럭스 보존체(14) 및/또는 플라스마 건(12)의 벽에 위치할 수 있고 플라스마의 폴로이드 및 토로이드형 장의 신호를 제공하도록 구성될 수 있는 자기 프로브(가령, B-닷 프로브 또는 그 밖의 다른 임의의 적합한 자기 프로브)일 수 있다. 자기 프로브는 시간의 흐름에 따른 다양한 축방향/방사방향 및/또는 각 위치에서의 플라스마 자기장(폴로이드 및 토로이드 성분)의 데이터를 제공할 수 있다. 도 6a는 플럭스 보존체(14)의 상부(봉(14a)의 상부)에 위치하는 복수의 프로브(502a) 및 플럭스 보존체(14)의 하부(봉(14a)의 하부)에 위치하는 복수의 프로브(502b)를 보여주는 플럭스 보존체(14)의 예시를 도시한다. 상기 프로브(502a 및 502b)는 자기 프로브일 수 있고 이러한 프로브 각각은 플라스마 폴로이드형 장에 대한 하나의 신호와 플라스마 토로이드형 장에 대한 또 다른 신호를 제공할 수 있다. 예를 들어, 프로브(502a, 502b) 각각은 프로브 팁 근방에 위치하는 2개의 개별 코일을 포함할 수 있다. 코일들 중 하나가 플라스마 폴로이드형 장의 신호를 캡처하도록 배향될 수 있고 다른 한 코일은 플라스마 토로이드형 장을 측정하도록 배향될 수 있다. 프로브(502a, 502b) 각각은 서로 다른 방사방향, 축방향 및/또는 각 위치를 가져 플라스마의 서로 다른 방사방향, 축방향 및/또는 각 위치에서의 자기장이 시간에 따라 측정될 수 있도록 한다. 다양한 방사방향/각 위치에서의 다양한 프로브로부터의 신호를 기초로, 플라스마 폴로이드 및 토로이드 자기력선이 모델링될 수 있으며 플라스마 q-프로파일이 외삽될 수 있다. 도 6b는 다양한 각도에서의 프로브의 위치를 도시한다. 해당 분야의 통상의 기술자라면 프로브의 개수 및 이들의 위치가 본 발명의 범위 내에서 달라질 수 있음을 알 것이다. 하나의 구현예에서, 프로브(502)는 플라스마 폴로이드 및 토로이드 전류의 신호를 제공할 수 있는 전류 또는 전압 측정 프로브일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 프로브(502)는 간섭계, x-선 포토다이오드, 이미지 검출 센서 또는 플라스마 파라미터의 정보를 제공할 수 있는 그 밖의 다른 임의의 센서일 수 있다. 예를 들어, 도 7은 플라스마로부터 방사되는 광을 검출하는 가시광 센서(즉, 광섬유)로부터 획득된 신호 및 플라스마 자기장과의 상관의 예시를 도시한다. 자기장 신호(700)에서 진동(710)으로 나타나는 바와 같이, 플라스마가 일부 난류/불안정을 겪을 때, 가시광 신호(800)가 또한 활동(진동(810))을 보여준다. 따라서 제어기(501)는 입력으로서 자기 프로브가 아닌 다른 센서로부터의 신호를 수신하고 이러한 신호를 처리하여 이러한 신호에서 임의의 불규칙성(또는 진동)을 검출할 수 있다. 하나의 구현예에서, 제어기(501)에는 시스템(10)에 사용되는 모든 센서로부터의 신호가 입력될 수 있다.
프로브(502)로부터의 신호가 입력 유닛을 통해 입력으로서 제어기(501)로 공급된다. 하나의 구현예에서, 제어기(501)는 신호를 처리하고 각각의 위치에서 폴로이드형 장에 대한 토로이드형 장의 비 및/또는 평균 비 값을 실시간으로 추정하도록 처리 유닛에 의해 실행될 수 있는 프로그램 코드가 저장된 메모리를 포함할 수 있다. 실험에 의해, 시스템(10)의 지정 파라미터에 대해, 플라스마의 외삽된 q-프로파일이 유리수 값 사이에 (가령, ½ 내지 1) 유지되는 비의 최적의 임계 범위가 발견되었다. 이러한 실험으로 발견된 최적 값(최적 범위)이 제어기(501)로 입력되어, 제어기(501)가 프로브로부터의 신호를 기초로 계산된 자기장 비와 임계 값을 비교할 수 있다. 자기장 비의 측정된 신호가 실험에 의한 최적의 임계 값의 하한과 가깝거나 이 미만인 경우, 제어기(501)는 출력 신호를 전력원(22)으로 전송하여, 지속 커패시터 뱅크(22b) 중 하나 이상을 트리거하여 축방향 전류 펄스를 트리거하여 토로이드형 장을 위로 이동시켜, 실험에 의해 발견된 최적 범위 내로 자기장 비를 일정하게 유지할 수 있다.
시스템(10)의 한 가지 구현예에서, 파워 서플라이(22)의 지속 서브시스템(22b)에 인덕터 및/또는 크로우-바 다이오드(crow-bar diode) 배열(26)(도 1 참조)이 제공되어, 인덕턴스/저항(L/R) 시간 상수를 조절하고 플럭스 보존체(14)의 벽 및 중앙 봉(14a)에 순환하는 축방향 전류를 제공할 수 있다. 전류는 시간 상수 L/R에 의해 감쇠하도록 조절될 수 있다. 이는 인덕터 및/또는 다이오드(26)를 조절함으로써 이뤄질 수 있다. 시간 상수 L/R이 너무 길게 설정되는 경우, 토로이드형 장이 폴로이드형 장보다 더 느리게 감쇠하고 플라스마 자기장 비가 상승하여 플라스마 난류를 야기할 수 있다(n=1 불안정 모드). 시간 상수 L/R가 너무 짧게 설정되면, 토로이드형 장이 폴로이드형 장보다 더 빨리 감쇠할 것이고 자기장 비가 감소하여 다시 플라스마 난류를 야기할 수 있다(n=2 불안정 모드). 전류 펄스의 서보 제어를 이루기 위해, 폴로이드형 자기장에 대한 토로이드형 자기장의 비가 낮아지도록 시간 상수 L/R이 폴로이드형 장의 가장 짧은 감쇠 시간보다 더 짧도록 설정될 필요가 있다. 예를 들어, 250 - 300㎲의 자기 수명(magnetic life)을 갖는 플라스마의 경우, L/R 시간 상수가 약 200㎲까지 설정될 수 있다. 동시에 지속 뱅크의 모든 커패시터를 점화(firing)하는 대신, 몇몇 커패시터는 비축될 수 있다. 제어기(501)가 추정된 비가 실험으로 유도된 임계치 미만으로 강하됨을 가리킬 때, 전력원(22)으로 신호를 전송하여 지속 뱅크(22b)에서의 또 다른 커패시터를 트리거해 폴로이드 전류(토로이드형 장)을 부스트시키고, 따라서 자기장의 비가 상승될 수 있다. 예를 들어, 폴로이드형 장에 대한 토로이드의 비가 0.6 미만이 될 때, 제어기(501)는 전력원(22)을 트리거하여 자기장 비를 상승시킬 수 있다. 그러나 자기장 비를 제어하도록 트리거된 추가 (축방향) 전류 펄스가, 비가 예를 들어 0.9의 상한 임계치를 결코 초과하지 않도록 설정된다. 해당 분야의 통상의 기술자라면, 본 발명의 범위 내에서, 플라스마 구성 및 이러한 플라스마를 유지하기 원하는 범위인 이에 따른 플라스마 q-프로파일에 따라 L/R 시간 상수의 값 및 하한 및 상한 임계값이 다양할 수 있음을 알 것이다. 이러한 방식으로, 폴로이드형 장의 감쇠율에 무관하게, 자기장의 비(및 간접적으로 플라스마의 q-프로파일)가 최적 임계 윈도 내로 유지될 수 있다.
플라스마 토러스가 q=½에서 불안정해질 때, 불안정성은 n=2 모드와 함께 나타나고, 서로 다른 각 위치에 위치하는 프로브(502)들로부터 획득된 신호의 위상에 의해 결정될 수 있는데, 이는 상관된 불안정성을 보여줄 것이다. 플라스마 토러스가 q=1에서 불안정해질 때, 불안정성이 n=1 모드를 보이고, 서로 다른 각 위치에 위치하는 프로브들(502)로부터의 신호의 위상에 의해 결정될 수 있는데, 이는 반-상관(anti-correlation)을 갖는 불안정성을 보여줄 것이다.
하나의 구현예에서, 처리 유닛이 프로브(502), 가령, 자기 프로브, 간섭계, x-선 포토다이오드, 가시광 검출기 또는 그 밖의 다른 임의의 센서로부터의 신호를 처리하는 프로그램 코드를 실행하여, 신호에서 임의의 진동(즉, 도 2a, 2b에서의 진동(200, 210), 또는 도 7에서의 진동(710, 810))을 검출할 수 있다. 이들 진동은 지나치게 적은 토로이드형 자기장에 의해 야기되는 플라스마에서 불안정성을 가리킬 수 있다. 제어기가 하나 또는 복수의 프로브로부터의 신호에서 진동을 검출할 때, 전력원(22)을 트리거하여 추가 전류 펄스를 제공함으로써 플라스마의 토로이드형 장을 증가시킬 수 있다. 하나의 실시예에서, 제어기는 신호의 진동 상태를 기초로 처리 유닛에 의해 실행되어, 플럭스 보존체(14) 주위의 서로 다른 각 위치의 서로 다른 프로브로부터 획득된 신호에서의 진동 위상을 기초로 플라스마의 불안정성 모드를 계산하기 위한 프로그램 코드가 저장된 메모리를 포함할 수 있다. 예를 들어, 식별된 진동이 불안정성 모드 2(q = 1/2)를 가리키는 경우, 추가 축방향 전류 펄스가 트리거되어 플라스마의 토로이드형 장을 증가시키고 플라스마 q를 1/2 이상으로 이동킬 수 있다. 식별된 불안정성 모드가 n=1인 경우, 제어기는 전력원을 트리거하지 않고 L/R 시간 상수를 조절할 수 있다. 또 다른 구현예에서, 제어기(501)는 x-선 프로브로부터 획득된 신호를 처리할 수 있는 처리 유닛에 의해 실행 가능한 프로그램 코드를 포함할 수 있고 신호가 플라스마 냉각을 가리키면서 강하될 때, 제어기(501)는 신호를 전력원(22)으로 전송하여 추가 축방향 전류 펄스를 트리거할 수 있다. 하나의 실시예에서, 처리 유닛이 임의의 또는 모든 프로브로부터의 임의의 그리고 모든 신호를 처리하여, 적어도 하나의 프로브로부터의 신호가 플라스마 불안정성의 형성을 가리키는 경우 신호 챔버(14)에서 추가 폴로이드 전류를 트리거하도록 결정할 수 있는 프로그램 코드를 실행시킨다.
플라스마 자기장의 감쇠 시간을 제어하기 위한 제어기를 갖는 플라스마 생성 시스템의 예시가 개시된다. 이러한 실시예 중 임의의 실시예가 중성자 생성기, 핵 융합, 핵 폐기물 처리, 의료 뉴클레오티드의 생성, 중성자 방사선 사진술 및 토모그래피를 통한 재료 연구, 물체의 내부 구조의 원격 이미징, x-선 생성기 등에 적합한 고에너지 밀도 플라스마의 생성을 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 특정 요소, 실시예 및 적용예가 도시되고 기재되었지만, 개시의 범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한, 특히, 상기의 설명 관점에서, 수정이 이뤄질 수 있다. 따라서 예를 들어, 본 명세서에 개시된 임의의 방법 또는 공정에서, 방법/프로세스를 구성하는 동작이 임의의 적합한 시퀀스로 수행될 수 있으며 임의의 특정한 개시 시퀀스로 반드시 한정되는 것이 아니다. 요소 및 구성요소들이 서로 다르게 구성 또는 배열되고, 결합 및/또는 제거될 수 있다. 앞서 기재된 다양한 특징 및 프로세스가 서로 독립적으로 사용되거나 다양한 방식으로 결합될 수 있다. 모든 가능한 조합 및 서브-조합이 본 발명의 범위내에 있는 것으로 의도된다. 본 명세서 전체에서, "일부 실시예", "실시예", 또는 이와 유사한 표현들은 그 실시예와 관련하여 기재된 특정 특징부, 구조, 단계, 공정, 또는 특성이 적어도 하나의 실시예에 포함됨을 의미한다. 따라서 본 명세서 전체에서의 "일부 실시예에서", "하나의 실시예에서" 등과 같은 구문의 등장이 반드시 동일한 실시예를 지칭할 필요는 없으며 동일한 또는 상이한 실시예 중 하나 이상을 지칭할 수 있다. 오히려, 본 명세서에 기재된 신규한 방법 및 시스템이 다양한 다른 형태로 구현될 수 있다: 추가로, 본 명세서에 기재된 실시예의 형태에 다양한 생략, 추가, 치환, 등가물, 재배열 및 변경이, 본 명세서에 기재된 발명의 사상의 범위 내에서 이뤄질 수 있다.
실시예의 다양한 측면 및 이점이 적절하게 기재되었다. 반드시 이러한 측면 또는 이점이 모두 임의의 특정 실시예에 따라 이뤄줘야 하는 것은 아님이 이해될 수 있다. 따라서 예를 들어, 본 명세서에 설명되거나 암시될 수 있듯이 하나의 이점 또는 이점 그룹을 획득 또는 최적화하는 방식으로 다양한 실시예가 수행될 수 있음이 인지되어야 한다.
본 명세서에서 사용되는 "~일 수 있다"(can, could, might, may), "예를 들어"(e.g.) 등과 같은 조건부 언어는, 특정하게 달리 언급되지 않는 한, 또는 사용되는 맥락에서 이해되는 바와 같이, 특정 특징, 요소 및/또는 단계를 특정 실시예는 포함하지만, 다른 실시예는 포함하지 않음을 의도한다. 따라서 이러한 조건부 언어가 일반적으로, 하나 이상의 실시예에 대해 요구되는 임의의 방식으로 상기 특징, 요소 및/또는 단계를 포함하는 것 또는 하나 이상의 실시예가 조작자 입력 또는 프롬프팅과 함께 또는 이들 없이, 이들 특징, 요소 및/또는 단계가 임의의 특정 실시예에서 포함되거나 수행되는지 여부를 결정하기 위한 로직을 반드시 포함한다고 의도되는 것은 아니다. 어떠한 특징 또는 특징 그룹도 임의의 특정 실시예에 대해 필수인 것은 아니다. 용어 "~ 를 포함하는"(comprising, including, having 등) 등은 비제약적인 방식으로 포괄적으로 사용되고, 추가 요소, 특징, 동작, 연산 등을 배제하지 않는다. 또한 용어 "또는"은 포괄 의미로 사용되어(배타적 의미로 사용되지 않음), 예를 들어, 요소의 리스트를 연결하도록 사용될 때, "또는"이라는 용어는 리스트의 하나, 또는 일부, 또는 모든 요소를 의미한다.
연결어, 가령, 구문 "X, Y 및 Z 중 적어도 하나"는 특정하게 달리 언급되지 않는 한, 아이템, 용어 등이 X, Y 또는 Z일 수 있음을 의미하도록 일반적으로 사용되는 맥락으로 이해된다. 따라서 일반적으로 이러한 연결어는 특정 실시예가 X 중 적어도 하나, Y 중 적어도 하나 및 Z 중 적어도 하나가 각각 제공될 필요가 있음을 의미하지 않는다.
본 명세서에 기재된 실시예의 예시적 계산, 시뮬레이션, 결과, 그래프, 값 및 파라미터가 개시된 실시에를 설명하고 한정하려는 것이 아니다. 그 밖의 다른 실시예가 본 명세서에 기재된 예시와 다르게 구성 및/또는 동작될 수 있다. 실제로, 본 명세서에 기재된 신규한 방법 및 장치가 다양한 그 밖의 다른 형태로 구현될 수 있고, 또한, 본 명세서에 기재된 방법 및 시스템의 형태의 다양한 생략, 치환 및 변경이 본 명세서에 개시된 본 발명의 사상 내에서 이뤄질 수 있다.

Claims (10)

  1. 자화 플라스마(magnetized plasma)의 자기 수명(magnetic lifetime)을 제어하기 위한 시스템으로서, 상기 시스템은
    입력 유닛, 처리 유닛 및 출력 유닛을 포함하는 제어기,
    다양한 방사방향, 축방향 및 각 위치에 위치하는 복수의 측정 프로브 - 복수의 측정 프로브의 각각의 측정 프로브는 플라스마의 적어도 하나의 파라미터의 신호를 상기 제어기의 입력 유닛으로 제공하도록 구성됨 - , 및
    상기 제어기의 출력 유닛과 통신하는 전력원 - 상기 전력원은 하나 이상의 추가 전류 펄스를 시스템으로 제공하여 플라스마의 토로이드형 자기장을 증가시키도록 구성되고 전력원의 인덕턴스 대 저항(inductance-to-resistance)(L/R) 시간 상수를 조절하여 전류 펄스의 전류 감쇠를 조절하기 위한 수단을 가짐 -
    을 포함하며,
    상기 제어기는 복수의 측정 프로브로부터 획득된 신호를 처리하여 획득된 신호의 불규칙성을 검출하고 전력원을 트리거하여 적어도 하나의 프로브의 신호의 검출된 불규칙성을 기초로 추가 전류 펄스를 제공하도록 처리 수단에 의해 실행되는 프로그램 코드를 포함하는 메모리를 가지며,
    상기 전력원의 L/R 시간 상수는 플라스마의 폴로이드형 장의 최단 감쇠 시간보다 짧도록 조절되는, 자화 플라스마의 자기 수명을 제어하기 위한 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 L/R 시간 상수를 조절하기 위한 수단이 인덕터인, 자화 플라스마의 자기 수명을 제어하기 위한 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    제어기는 플라스마의 폴로이드형 자기장에 대한 토로이드형 자기장의 비를 더 계산하고, 계산된 비를 실험에 의해 얻어진 하한 임계값에 비교하고, 계산된 비가 하한 임계값 미만일 때 전력원을 트리거하여 추가 전류 펄스를 제공하기 위해 처리 유닛에 의해 실행되는 프로그램 코드를 더 포함하는, 자화 플라스마의 자기 수명을 제어하기 위한 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제어기는 자기장 비를 하한 임계값과 상한 임계값 사이로 유지하기 위해 처리 유닛에 의해 실행되는 프로그램 코드를 더 포함하는, 자화 플라스마의 자기 수명을 제어하기 위한 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제어기는 프로브로부터 획득된 임의의 신호의 임의의 진동(oscillation)을 더 검출하도록 처리 유닛에 의해 실행되는 프로그램 코드를 더 포함하며, 추가 전류 펄스는 진동이 적어도 하나의 프로브로부터 획득된 신호에서 검출될 때 트리거되는, 자화 플라스마의 자기 수명을 제어하기 위한 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제어기는 서로 다른 각 위치에 위치하는 프로브로부터 획득된 신호의 진동의 위상을 기초로 플라스마의 불안정성 모드를 계산하기 위해 처리 유닛에 의해 실행되는 프로그램 코드를 더 포함하며, 상기 프로그램 코드는 계산된 불안정성 모드를 기초로 추가 전류 펄스의 트리거의 타이밍을 조절하도록 더 실행되는, 자화 플라스마의 자기 수명을 제어하기 위한 시스템.
  7. 자화 플라스마의 자기 수명을 제어하기 위한 방법으로서, 상기 방법은
    자화 플라스마의 폴로이드형 장의 최단 감쇠 시간보다 짧도록 전력원의 인덕턴스/저항(L/R) 시간 상수를 조절하는 단계,
    플럭스 보존 챔버의 벽의 다양한 방사방향, 축방향 및 각 위치에 위치하는 복수의 프로브에 의해 플라스마의 하나 이상의 파라미터를 측정하여 플라스마의 자축으로부터 다양한 위치에서 파라미터를 검출하는 단계,
    복수의 프로브로부터 획득된 신호를 처리하고 획득된 신호의 불규칙성을 검출하는 단계, 및
    적어도 하나의 프로브의 신호의 검출된 불규칙성을 기초로 전력원을 트리거하여 추가 전류 펄스를 제공하는 단계를 포함하는, 자화 플라스마의 자기 수명을 제어하기 위한 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 방법은 플라스마의 폴로이드형 자기장에 대한 토로이드형 자기장의 비를 계산하는 단계, 계산된 비를 실험으로 얻어진 하한 임계값에 비교하고, 계산된 비가 상기 실험으로 얻어진 하한 임계값보다 낮을 때 전력원을 트리거하여 축방향 전류 펄스를 제공하는 단계를 더 포함하는, 자화 플라스마의 자기 수명을 제어하기 위한 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 방법은 프로브로부터 획득된 신호에 임의의 진동이 존재하는지 여부를 검출하는 단계 및 진동이 검출될 때 추가 전류 펄스를 트리거하는 단계를 더 포함하는, 자화 플라스마의 자기 수명을 제어하기 위한 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 방법은 서로 다른 각 위치에 위치하는 프로브로부터의 신호의 진동의 위상을 기초로 하여 플라스마의 불안정성 모드(instability mode)를 계산하는 단계 및 계산된 불안정성 모드를 기초로 추가 전류 펄스의 트리거의 타이밍을 조절하는 단계를 더 포함하는, 자화 플라스마의 자기 수명을 제어하기 위한 방법.
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