KR20210010637A - X-방사선 및 입자 방사선을 생성하기 위한 장치 및 또한 x-방사선 및 입자 방사선을 생성하기 위한 장치를 갖는 융합 원자로에 대한 필라멘트형 보조 방전을 생성하기 위한 장치, 및 x-방사선 및 입자 방사선을 생성하기 위한 방법 - Google Patents
X-방사선 및 입자 방사선을 생성하기 위한 장치 및 또한 x-방사선 및 입자 방사선을 생성하기 위한 장치를 갖는 융합 원자로에 대한 필라멘트형 보조 방전을 생성하기 위한 장치, 및 x-방사선 및 입자 방사선을 생성하기 위한 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 출원은 핵융합에 의하 X-레이 방사선 및 입자 방사선을 생성하기 위한 디바이스에 관한 것이며, 그 디바이스는, 절연체(16)에 의해 서로 분리되고 서로 동축으로 배열된 애노드(14) 및 캐소드(12) － 애노드(14) 및 캐소드(12)는 원자로 챔버에 적어도 부분적으로 배열되고, 캐소드(12)는 복수의 캐소드 전극들(12)을 가짐 －; 절연체(16)에 걸쳐 낮은-임피던스 브리징을 형성하는 사전-방전을 생성하기 위한 사전-방전 디바이스; 원자로 챔버에 포함된 가스; 사전-방전 디바이스와 연결된, 특히 높은 내부 저항을 갖는 전기 사전-방전 소스; 및 한정된 애노드(14) 및 캐소드(12)에 전기적으로 연결된 전기 방전 소스를 포함하며, 여기서 조밀한 자기적으로 한정된 플라즈모이드는, 전기 방전 소스로부터의 전기 방전의 결과로서 애노드(14)의 앞에 생성되고, 하나 이상의 이온 빔들, 하나 이상의 X-레이들, 또는 이들의 조합들이 방출된다.
Description
본 출원은, 핵융합에 의해 X-레이 방사선 및 입자 방사선을 생성하기 위한 디바이스, X-레이 방사선 및 입자 방사선을 생성하기 위한 디바이스를 갖는 융합 원자로(fusion reactor), 및 X-레이 방사선 및 입자 방사선을 생성하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 출원은 특히, 정의된 필라멘트형 사전-방전, 특히 글로우 방전을 생성하기 위한 디바이스를 갖는 핵융합에 의해 X-레이 방사선 및 입자 방사선을 생성하기 위한 디바이스, 정의된 필라멘트형 사전-방전, 특히 글로우 방전을 생성하기 위한 디바이스를 갖는, X-레이 방사선 및 입자 방사선을 생성하기 위한 디바이스를 가진 융합 원자로, 및 X-레이 방사선 및 입자 방사선 뿐만 아니라 정의된 필라멘트형 사전-방전, 특히 글로우 방전을 생성하기 위한 방법에 관한 것이다.
본 발명의 범위를 제한하려는 의도 없이, 본 발명은 융합 원자로의 배경에 대해 설명된다. 에너지 소비의 증가 및 화석 연료들의 단점은 대체 에너지 소스들에 대한 탐색을 유발했다. 하나의 그러한 소스의 에너지는 열핵 융합 원자로의 융합 에너지이며, 이는 거의 무한대의 에너지 소스이다. 그러나, 여전히 과학적 및 기술적 난제들이 존재한다.
일반적으로, 융합 원자로는 종종, 매우 높은 온도로 가열되고 특정한 시간 동안 플라즈마 상태로 유지되는 중수소 및 삼중수소의 혼합물로 구성되거나 이를 포함하는 융합 연료를 갖는다. 플라즈마 상태는 전기 에너지를 사용하여 생성된다. 플라즈마 상태는 융합하기에 충분한 에너지를 갖는 이온들을 포함한다. 융합하기 위해, 이온들은 융합이 발생할 수 있을 만큼 충분히 오랫동안 함께 유지되어야 한다. 예컨대, 이는 자기 속박(magnetic confinement)에 의해 영향을 받을 수 있다. 일반적으로, 융합 원자로의 생성물들은 원소들, 이를테면 헬륨, 중성자들, 및 에너지를 포함할 수 있다. 대부분의 핵 프로세스들에서 방출되는 방출되는 에너지는 화학 반응들에서보다 훨씬 큰데, 그 이유는 핵을 함께 유지하는 결합 에너지가 전자들을 핵에 결박시키는 에너지보다 훨씬 크기 때문이다. 대부분의 원자로 설계들에서, 반응으로부터 방출되는 에너지는 열 에너지로서 수집되고, 이어서 전기 에너지로 변환된다.
토카막(tokamak) 원자로, z-핀치(z-pinch), 구형 핀치, 레이저, 이온 또는 전극 빔, 및 스페로막(spheromak)을 포함하는 여러가지 융합 디바이스들이 이미 개발되었다. 그러나, 이들 원자로들은 그들의 목표들에 아직 도달하지 못했다. 하나의 어려움은, 플라즈마가 가열될 때, 에너지 생산을 위한 손익분기점(break-even point)이 초과될만큼 충분히 오랫동안, 가열되고 이온화된 가스를 자기장들이 포획하는 것을 방해하는 불안정성들이 발생한다는 것이다.
불안정성에 대한 가능한 해결책으로서, DPF("dense plasma focus") 원자로들이 논의되었다. 이들 원자로들에서, 불안정성들을 억제하기 위해 다른 디바이스들에서 취해지는 접근법과는 대조적으로, 자연적인 플라즈마 불안정성들은 조밀한 플라즈모이드(plasmoid)에서 자기 속박을 생성하는 데 사용된다.
그러한 방법 및 디바이스는 Lerner 등에 의한 US 7,482,607 B2호 및 EP 1 989 714 B1호에 설명되어 있다. U.S. 7,482,607 B2호 및 EP 1 989 714 B1호에 설명된 디바이스는, 절연체에 의해 서로 분리되고 서로 동축으로 배열된 애노드 및 다수의 캐소드들을 갖는다. 애노드 및 캐소드들은 원자로 챔버에 적어도 부분적으로 배치된다. 애노드 및 캐소드들은, 그들이 각 운동량을 플라즈모이드에 적용할 수 있도록 배열된다. 예컨대, 캐소드들은 각 운동량을 플라즈모이드에 적용하기 위해 나선형 꼬임(spiral twist)을 갖는다. 대안적으로, 나선형 코일은, 각 운동량을 플라즈모이드에 적용하여 그것에게 정밀하게 정의된 관성 모멘트를 부여하기 위해 캐소드들 주위에 포지셔닝될 수 있다. 각 운동량은 가스-충전된 원자로 챔버에서 조밀하고 자기적으로 한정된 플라즈모이드를 생성하도록 의도되며, 이는 결국, X-레이 방사선 및 입자 방사선을 생성한다.
그러나, 각 운동량이 생성되는 조건들은 전술된 디바이스에서 정밀하게 정의되지 않는다. 따라서, 핵융합에 의해 X-레이 방사선 및 입자 방사선을 생성하기 위한 프로세스에 대한 시작 조건들이 또한 정밀하게 정의되지 않는다.
전술한 것을 고려할 때, 위에서 식별된 문제 영역들 중 적어도 일부의 개선을 가져오는, X-레이 방사선 및 입자 방사선을 생성하기 위한 디바이스 및 방법에 대한 필요성이 존재한다.
본 발명은, 융합 원자로에 대한 정의된, 특히 필라멘트형 사전-방전 또는 보조 방전을 생성하기 위한 디바이스, 특히 핵융합에 의해 X-레이 방사선 및 입자 방사선을 생성하기 위한 디바이스 및 방법에 대한 필요성을 인식한다. 정의된, 특히 필라멘트형 사전-방전을 생성하기 위한 디바이스는, 예컨대 관성 모멘트에 대한 정의된 시작 조건들을 생성하기에 특히 적합할 수 있다.
일 양상에 따르면, 핵융합에 의해 X-레이 방사선 및 입자 방사선을 생성하기 위한 디바이스가 제공된다. 디바이스는, 절연체에 의해 서로 분리되고 서로 동축으로 배열된 애노드 및 캐소드 또는 다수의 캐소드들 － 애노드 및 캐소드(들)는 원자로 챔버에 적어도 부분적으로 배열됨 －; 절연체에 걸쳐 낮은-임피던스 브리징(bridging)을 형성하는 필라멘트형 사전-방전을 생성하기 위한 사전-방전 디바이스; 원자로 챔버에 포함된 가스; 사전-방전 디바이스에 연결된, 특히 높은 내부 저항을 갖는 전기 사전-방전 소스; 및 애노드 및 캐소드에 전기적으로 연결된 전기 방전 소스를 포함하며, 여기서 조밀한 자기적으로 한정된 플라즈모이드는, 전기 방전 소스로부터의 전기 방전의 결과로서 애노드의 앞에 생성되고, 하나 이상의 이온 빔들, 하나 이상의 X-레이들, 또는 이들의 조합들이 방출된다.
일 양상에 따르면, x-레이 방사선 및 입자 방사선을 생성하기 위한 디바이스를 갖는 융합 원자로가 제공된다. 디바이스는, 절연체에 의해 서로 분리되고 서로 동축으로 배열된 애노드 및 캐소드 또는 다수의 캐소드들 － 애노드 및 캐소드(들)는 원자로 챔버에 적어도 부분적으로 배열됨 －; 절연체에 걸쳐 낮은-임피던스 브리징을 형성하는 필라멘트형 사전-방전을 생성하기 위한 사전-방전 디바이스; 원자로 챔버에 포함된 가스; 사전-방전 디바이스에 연결된, 특히 높은 내부 저항을 갖는 전기 사전-방전 소스; 및 애노드 및 캐소드에 전기적으로 연결된 전기 방전 소스를 포함하며, 여기서 조밀한 자기적으로 한정된 플라즈모이드는, 전기 방전 소스로부터의 전기 방전의 결과로서 애노드의 앞에 생성되고, 하나 이상의 이온 빔들, 하나 이상의 X-레이들, 또는 이들의 조합들이 방출된다.
일 양상에 따르면, X-레이 방사선 및 입자 방사선을 생성하기 위한 방법이 제공된다. 방법은, 전기 사전-방전 소스에 의해 절연체에 걸쳐 낮은 임피던스 브리징을 형성하는 필라멘트형 사전-방전을 생성하는 단계; 전기 사전-방전 소스에 의해, 절연체에 의해 서로 분리되고 서로 동축으로 배열된 애노드와 캐소드를 연결시키는 단계; 애노드 및 캐소드에 걸친 전류 펄스의 방전에 의한 자기장을 이용하여 가스로부터 플라즈마 층을 형성하는 단계; 전기장의 결과로서 애노드의 앞에 플라즈모이드를 형성하는 단계; 및 플라즈모이드로부터 하나 이상의 이온 빔들, 하나 이상의 X-레이들, 또는 이들의 조합들을 방출하는 단계를 포함하며, 여기서 방출은 플라즈모이드의 자기장의 붕괴(decay) 및 플라즈모이드에서의 전자들과 이온들의 충돌의 결과이다.
부가적으로, 본 발명은 도면들에 예시된 예시적인 실시예들을 참조하여 설명될 것이며, 이들로부터, 추가적인 유리한 부분들 및 변형들이 나타난다.
도 1a는 실시예들에 따른 디바이스의 개략적인 측면도를 도시한다.
도 1b는 실시예들에 따른 디바이스의 개략적인 측면도를 도시한다.
도 2는 실시예들에 따른 디바이스의 개략적인 측면도를 도시한다.
도 3a는 실시예들에 따른 디바이스의 개략적인 평면도를 도시한다.
도 3b는 실시예들에 따른 디바이스의 개략적인 평면도를 도시한다.
도 4는 실시예들에 따른 디바이스의 개략적인 측면도를 도시한다.
도 5는 실시예들에 따른 디바이스의 개략적인 측면도를 도시한다.
도 6은 실시예들에 따른 방법의 흐름도를 도시한다.
도 1a는 실시예들에 따른 디바이스의 개략적인 측면도를 도시한다.
도 1b는 실시예들에 따른 디바이스의 개략적인 측면도를 도시한다.
도 2는 실시예들에 따른 디바이스의 개략적인 측면도를 도시한다.
도 3a는 실시예들에 따른 디바이스의 개략적인 평면도를 도시한다.
도 3b는 실시예들에 따른 디바이스의 개략적인 평면도를 도시한다.
도 4는 실시예들에 따른 디바이스의 개략적인 측면도를 도시한다.
도 5는 실시예들에 따른 디바이스의 개략적인 측면도를 도시한다.
도 6은 실시예들에 따른 방법의 흐름도를 도시한다.
본 발명이 상세한 실시예들을 참조하여 아래에서 설명될 것이지만, 본 발명이 매우 다양한 특정 맥락들에 적용될 수 있는 일반적인 독창적인 개념에 기반한다는 것을 인식해야 한다. 본 명세서에서 사용되는 용어 및 본 명세서에 설명되는 실시예들은 본 발명의 특정 구현들을 단지 예시 및 설명할 뿐이며, 이들로 제한되지 않는다. 예컨대, 일 실시예의 일부로서 설명 또는 예시되는 특징들은 추가적인 실시예를 산출하기 위해 다른 실시예와 함께 또한 사용될 수 있다. 본 개시내용이 그러한 변형들 및 개발들을 커버하는 것으로 의도된다.
도면들의 다음 설명에서, 동일하거나 유사한 참조 부호들은 동일하거나 유사한 컴포넌트들을 표기한다. 일반적으로, 실시예와 관련된 차이들만이 설명될 것이다. 달리 명시적으로 언급되지 않으면, 실시예의 일부 또는 양상의 설명은 다른 실시예의 대응하는 부분 또는 양상에 또한 적용될 것이다.
도 1a는 핵융합에 의해 X-레이 방사선 및 입자 방사선을 생성하기 위한 디바이스(10)를 도시한다. 디바이스(10)는, 예컨대 플라즈마 포커스(focus) 디바이스(10)일 수 있다.
디바이스(10)는 제1 메인 전극(14) 및/또는 제2 메인 전극(12)을 포함할 수 있다. 제1 메인 전극(14)은 애노드(14)일 수 있고 그리고/또는 제2 메인 전극(12)은 캐소드(12)일 수 있다. 대안적으로, 제1 메인 전극(14)은 캐소드(14)일 수 있고 그리고/또는 제2 메인 전극(12)은 애노드(12)일 수 있다. 제1 메인 전극(14)과 제2 메인 전극(12) 사이의 전압의 부호의 선택은 특정 장점들을 제공할 수 있다. 예컨대, 제2 메인 전극(12)은 더 큰 표면을 제공하고, 그에 따라 열을 더 양호하게 소산시킬 수 있다. 이하, 제1 메인 전극(14)은 애노드로 지칭될 것이고, 제2 메인 전극(12)은 캐소드(12)로 지칭될 것이다. 그러나, 이는 단지 예일 뿐이며, 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 따라서, 본 출원은 또한, 제1 메인 전극(14)이 캐소드이고 제2 메인 전극(12)이 애노드(12)라는 점에서 본 명세서에 설명된 실시예들과는 상이한 실시예들을 포함한다.
제1 메인 전극(14) 및 제2 메인 전극(12)은 절연체(16)에 의해 서로 분리될 수 있다. 제1 메인 전극(14) 및 제2 메인 전극(12)은 서로 동축으로 배열될 수 있다. 제1 메인 전극(14) 및 제2 메인 전극(12)은 원자로 챔버(도시되지 않음)에 적어도 부분적으로 배치될 수 있다.
특히 방전의 필라멘테이션(filamentation)이 보조 전극들에 의해 영향받을 수 있으므로, 캐소드(12)는 대안적으로 중공 실린더(도 3b 참조)로 설계될 수 있다.
제1 메인 전극(14)은 애노드(14)일 수 있고 그리고/또는 제2 메인 전극(12)은 캐소드(12)일 수 있다. 대안적으로, 제1 메인 전극(14)은 캐소드(14)일 수 있고 그리고/또는 제2 메인 전극(12)은 애노드(12)일 수 있다.
본 명세서에 설명된 실시예들에서, 제2 메인 전극(12)은 중공 실린더의 형태를 취할 수 있다. 특히, 제2 메인 전극(12)은 비자성 또는 단지 약자성 재료만을 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 제2 메인 전극(12)은 복수의 제2 메인-전극 전극들(12)을 포함할 수 있다.
디바이스(10)는 필라멘트형 사전-방전 또는 보조 방전을 생성하기 위한 사전-방전 디바이스 또는 보조 방전 디바이스를 포함할 수 있다. 필라멘트형 사전-방전은 절연체(16) 위에 낮은-임피던스, 특히 필라멘트형 브리징을 형성할 수 있다. 특히, 사전-방전은 절연체 위에 제어된 전도성 연결을 생성할 수 있으며, 이는 필라멘트들의 형성을 유발한다. 따라서, 사전-방전의 지속기간 동안, 전류는, 특히 정의 된 지점들에서 절연체와 병렬로 흐를 수 있으며, 이 지점들 사이에 필라멘트들이 형성될 수 있다. 필라멘트들은, 특히 각각의 경우에 2개의 페어링된 지점들 사이에 형성될 수 있다. 디바이스(10)는, 특히 높은 내부 저항을 갖는 사전-방전 소스(200) 또는 보조 방전 소스(200)를 더 포함할 수 있다. 사전-방전 소스(200)는 사전-방전 디바이스에 연결될 수 있다.
사전-방전은 상이한 방식들로 생성될 수 있다. 예컨대, 사전-방전은 글로우 방전, 유전체 장벽 방전, 마이크로파 플라즈마, 및/또는 RF(radio frequency) 플라즈마일 수 있다. 글로우 방전은, 예컨대 본 명세서에 설명된 바와 같이 글로우 방전 디바이스를 이용하여 생성될 수 있다. 글로우 방전은 특히, 적은 노력으로 간단한 방식으로 생성될 수 있다. 예컨대, 100W 및 2kV 미만의 글로우 방전이 생성될 수 있다.
유전체 장벽 방전은, 예컨대 교류 전압이 적어도 2개의 전극들 사이에 인가되는 유전체 장벽 방전 디바이스를 이용하여 생성될 수 있다. 유전체 장벽 방전에서, 보조 전극은, 보조 전극(16)이 절연체(16)에 의해 밀봉되도록 절연체(16)에 배치될 수 있다. 유전체 장벽 방전의 경우, 유전체 장벽 방전 소스는 그에 따라 절연된 보조 전극에 교류 전압을 인가하는 반면, 글로우-방전 소스의 경우, DC 전압이 인가된다. 이에 따라 생성된 변위 전류들에 의해, 유전체 장벽 방전은 절연체(16)를 통해 생성될 수 있고 그리고/또는 전기 전력이 플라즈마로 송신될 수 있다.
예컨대, 마이크로파 플라즈마는 마이크로파 플라즈마 소스에 연결된 마이크로파 플라즈마 디바이스를 이용하여 생성될 수 있다. 예컨대, 도파관 및/또는 λ/4 공진기가 이러한 목적을 위해 사용될 수 있다.
예컨대, RF 플라즈마는 RF 플라즈마 소스에 연결된 RF 플라즈마 디바이스를 이용하여 생성될 수 있다. 13.56mHz의 주파수를 갖는 RF 플라즈마가 통상적으로 생성될 수 있다. 전력의 용량성 및 유도성 커플링 둘 모두가 가능하다.
언급된 예들은, 낮은 에너지 및/또는 높은 전도율을 갖는 플라즈마를 생성할 수 있다. 그러한 플라즈마는 본 명세서에 설명된 사전-방전에 특히 유리할 수 있다.
본 개시내용이 글로우 방전의 맥락으로 아래에 예시되지만, 일반적인 원리들은 또한 다른 종류들의 사전-방전에 적용될 것이며, 본 개시내용은, 글로우 방전과 연관된 특수한 장점들이 존재함에도 불구하고 글로우 방전의 예로 제한되는 것으로 의도되지 않는다. 따라서, 후속하는 것에서, "사전-방전"은 또한 "글로우 방전"으로 지칭되고, 따라서 또한, "사전-방전 디바이스"는 "글로우 방전 디바이스"로 그리고 "사전-방전 소스"는 "글로우-방전 소스"로 지칭된다. 그러나, 용어들은, 그들이 글로우 방전에 특정 제한을 부과하지 않는 정도까지 유사한 것으로 간주될 수 있다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 사전-방전 디바이스 또는 글로우 방전 디바이스는 제1 보조 전극(214) 및/또는 제2 보조 전극(212)을 포함할 수 있다. 제1 보조 전극(214) 및 제2 보조 전극(212)은 절연체(16)에 의해 서로 분리될 수 있다. 제1 보조 전극(214) 및 제2 보조 전극(212)은 애노드(14)를 중심으로 서로에 대해 축방향 동심으로 평행하게 배열될 수 있다. 제1 보조 전극(214) 및 제2 보조 전극(212)은 원자로 챔버에 적어도 부분적으로 배치될 수 있다. 제1 보조 전극(214)은 복수의 제1 보조 전극들(214)을 포함할 수 있다. 제2 보조 전극(212)은 복수의 제2 보조 전극들(212)을 포함할 수 있다. 복수의 제2 보조-전극 전극들(212) 및 복수의 제1 보조-전극 전극들(214)은 동축으로 배치될 수 있다. 더욱이, 복수의 제2 보조-전극 전극들(212) 중 제2 보조-전극 전극(212)은 복수의 제1 보조-전극 전극들(214) 중 대응하는 제1 보조-전극 전극(214)에 축방향으로 평행하게 배열될 수 있다. 제1 보조-전극 전극들(214) 및 제2 보조-전극 전극들(212)은 제1 보조-전극 전극들(214)과 제2 보조-전극 전극들(212) 사이에 글로우 방전을 형성하도록 구성될 수 있다.
본 명세서에 설명된 실시예들에 따르면, 복수의 캐소드 전극들(12)의 수는 복수의 제1 보조 전극들(214)의 수 및/또는 복수의 제2 보조 전극들(212)의 수에 대응할 수 있다.
본 명세서에 설명된 실시예들에 따르면, (도 1b에 도시된 바와 같이) 제1 보조 전극(214)은 보조 애노드(214)일 수 있고 그리고/또는 제2 보조 전극(212)은 보조 캐소드(212)일 수 있다. 대안적으로, 제1 보조 전극(214)은 보조 캐소드(214)일 수 있고 그리고/또는 제2 보조 전극(212)은 보조 애노드(212)일 수 있다.
디바이스(10)는 원자로 챔버에 가스를 포함할 수 있다.
디바이스(10)는 전기 사전-방전 소스(200) 또는 글로우-방전 소스(200)를 포함할 수 있다. 전기 글로우-방전 소스는 높은 내부 저항을 가질 수 있다. 전기 글로우-방전 소스는 보조 애노드(214) 및 보조 캐소드(212)에 전기적으로 연결될 수 있다. 글로우 방전은, 전기 글로우-방전 소스의 전기 사전-방전의 결과로서 보조 애노드(214)와 보조 캐소드(212) 사이에서 생성될 수 있다.
디바이스(10)는 전기 방전 소스(15)를 포함할 수 있다. 전기 방전 소스(15)는 애노드(14) 및 캐소드(12)에 전기적으로 연결될 수 있다. 전기 방전 소스(15)로부터의 전기 방전의 결과로서, 조밀한 자기적으로 한정된 플라즈모이드가 애노드(14)의 앞에 생성될 수 있으며, 하나 이상의 이온 빔들, 하나 이상의 X-레이들, 또는 이들의 조합들이 방출될 수 있다.
특히, 디바이스(10)는 US 7,482,607 B2호 및 EP 1 989 714 B1호에서 Lerner 등에 의해 설명된 바와 같이, 플라즈마 포커스 디바이스(10)를 포함할 수 있으며, 이들 특허 문헌들의 전체 내용들은 이로써 본 출원에 인용에 의해 포함되지만, 정의된 글로우 방전을 생성하기 위하여 디바이스에 의해 확장된다. 정의된 글로우 방전을 생성하기 위한 디바이스는 제1 보조 전극(214), 제2 보조 전극(212), 및/또는 전기 사전-방전 소스(200)를 포함할 수 있다.
글로우 방전은 정상-상태 글로우 방전으로서 생성될 수 있다. 본 개시내용의 맥락에서, "정상-상태 글로우 방전"은, 자신의 관성 모멘트가 (정확히) 제로와 동일한 글로우 방전으로 이해될 수 있다. 더욱이, 이는, 전기 방전 소스에 의한 고전류 메인 방전의 시작 시에, 강하게 이온화된 사전-방전이 존재할 수 있다는 것을 의미한다. 이는, 어떠한 글로우 방전도 존재하지 않았다면 생성되었을 고-에너지 폭주(runaway) 전자들이 애노드를 침식하고, 그에 의해 불순물들을 플라즈마에 도입해서 결과적으로 강한 방사 냉각을 도입하는 것을 방지할 수 있다. 실제로, 실시예들은 플라즈모이드를 안정화시킬 수 있다.
글로우 방전은, 그것이 복수의 개별 방전들을 포함하고 그리고/또는 이들로 이루어지는 그러한 방식으로 설계될 수 있다. 복수의 개별 방전들은 서로 병렬로 연결될 수 있다. 복수의 개별 방전들의 수는 복수의 보조-캐소드 전극들(12)의 수와 동일할 수 있다. 몇 피코초 내치 밀리초 이후, 메인 방전이 형성될 수 있다. 병렬로-연결된 개별 글로우 방전들은 그들의 수에 반비례하게 총 인덕턴스를 감소시킬 수 있으며, 따라서 메인 방전 전류의 더 빠른 상승을 허용할 수 있다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 디바이스(10)는 네스팅된(nested) 전극 설계를 가질 수 있다. 특히, 캐소드(12)는 애노드(14) 주위에 배치될 수 있다. 더욱이, 제1 보조 전극(214)이 애노드(14) 주위에 배치될 수 있다. 제2 보조 전극(212)은 제1 보조 전극(214) 주위에 배치될 수 있다. 캐소드(14)는 제2 보조 전극(212) 주위에 배치될 수 있다. 특히, 애노드(14), 캐소드(12), 제1 보조 전극(214) 및/또는 제2 보조 전극(212)은 서로 동축으로 그리고/또는 축방향 동심으로 평행하게 배열될 수 있다.
캐소드(12)는, 예컨대 복수의 캐소드 전극들(12)을 포함하거나 중공 실린더의 형태를 취할 수 있다. 캐소드 전극들(12)은 균일하게 분포된 로드(rod)들일 수 있다. 애노드(14)는 중공 실린더로서 구성될 수 있다. 절연체(16)는 애노드(14), 특히 애노드(14)의 베이스를 둘러쌀 수 있다. 예컨대, 디바이스(10)는 네스팅된 베릴륨 전극들을 포함할 수 있다. 캐소드(12), 애노드(14), 제2 보조 전극(212) 및/또는 제1 보조 전극(214)은, 특히 반응을 위한 연료를 제공하기 위해, 그들 사이의 공간을 채우는 저압 하의 가스(예를 들어, 다이보레인(diborane))를 갖는, 진공 챔버일 수 있는 원자로 챔버에 밀폐될 수 있다.
애노드(14)는 하나 이상의 커패시터 뱅크들(18) 및 하나 이상의 스위치들(20)을 통해 캐소드(12)에 연결될 수 있다. 하나 이상의 커패시터 뱅크들(18) 및 하나 이상의 스위치들(20)은 전기 방전 소스(15)를 형성하고 그리고/또는 그의 일부일 수 있다. 제1 보조 전극(214)은 하나 이상의 보조 커패시터 뱅크들(218) 또는 DC 소스들(218) 및 하나 이상의 보조 스위치들(220)을 통해 제2 보조 전극(212)에 연결될 수 있다. 보조 스위치(220)는 저전력 스위치일 수 있다. 하나 이상의 보조 커패시터 뱅크들(218) 및 하나 이상의 보조 스위치들(220)은 전기 사전-방전 소스(200) 또는 글로우-방전 소스(200)를 형성하고 그리고/또는 그의 일부일 수 있다. 전기 사전-방전 소스(200) 또는 글로우-방전 소스(200)는 또한 아마도, 점화 변압기에 의해 유도성으로 실현될 수 있다.
본 명세서에 설명된 실시예들에 따르면, 전기 글로우-방전 소스는, 0.5kV 이상, 특히 1kV 이상, 바람직하게는 2kV 이상인 전기 사전-방전을 생성하도록 구성될 수 있다. 특히, 전기 사전-방전의 전압은 원자로 챔버의 압력에 의존할 수 있다. 원자로 챔버의 압력이 비교적 높으면, 전기 사전-방전은 비교적 클 수 있고 그리고/또는 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 전기 글로우-방전 소스는 하나 이상의 내부 저항기들 또는 직렬 저항기들을 포함할 수 있다. 특히, 전기 글로우-방전 소스는 복수의 직렬 저항기들을 포함할 수 있다. 복수의 직렬 저항기들의 수는 복수의 제1 보조-전극 전극들(214)의 수에 대응할 수 있다. 직렬 저항기들은 공통 전압 소스에 연결될 수 있다. 전압 소스는 직렬 저항기 당 그리고/또는 제1 보조-전극 전극(214) 당 수 mA, 특히 0.8mA 이상 및/또는 3mA 이하의 전류를 공급할 수 있다. 예컨대, 직렬 저항기들은 각각 500kOhm 이상의 저항을 가질 수 있다. 글로우 방전은 메인 방전 이전에 몇 밀리초 내지 몇 초에서 점화될 수 있다.
전기 글로우-방전 소스는 다이오드(222)를 더 포함할 수 있다. 다이오드(222)는 하나 이상의 스위치들(220)과 하나 이상의 보조 커패시터 뱅크들(218) 또는 DC 소스들 사이에 배치될 수 있다. 특히, 단지 하나의 스위치(220)가 하나 이상의 보조 커패시터 뱅크들(218)을 스위칭시키기 위해 제공될 수 있다. 더욱이, 어떠한 스위치(220)도 제공되지 않을 수 있고, 다이오드(222)가 스위치 기능을 대신할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 하나 이상의 보조 커패시터 뱅크들(218)과 같은 커패시터 뱅크는 직류 소스일 수 있다. 다이오드(222)는 저전력의 고전압 다이오드일 수 있다. 다이오드(222)는, 어느 보조 전극(212, 214)이 보조 애노드 또는 보조 캐소드로서 구성되는지에 의존하여 그에 따라 배열될 수 있다. 따라서, 실시예들은 실제로 작고 콤팩트하며, 비용-효율적인 방식으로 구현될 수 있다.
본 명세서에 설명된 다른 실시예들에 따르면, 전기 글로우-방전 소스는 제1 보조 전극(214)과 제2 보조 전극(212) 사이에서 글로우 방전을 생성하도록 구성될 수 있다. 특히, 전기 글로우-방전 소스는 제1 보조 전극(214)과 제2 보조 전극(212) 사이에서만 글로우 방전을 생성하도록 구성될 수 있다.
본 명세서에 설명된 실시예들에 따르면, 캐소드(12)는 전도성 디스크(disk)를 포함할 수 있다. 복수의 캐소드-전극들(12)이 디스크 상에 장착될 수 있다. 특히, 전도성 디스크는 애노드(14)를 향해 연장될 수 있다. 예컨대, 전도성 디스크는, 애노드(14) 및/또는 절연체(16)가 배열되는 리세스(recess)를 가질 수 있다. 특히, 절연체(16)는 캐소드(12)의 전도성 디스크와 애노드(14) 사이에 배열될 수 있다.
본 명세서에 설명된 실시예들에 따르면, 캐소드(12) 및 보조 캐소드(즉, 보조 캐소드로서 구성된 보조 전극(212, 214))는 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 예컨대, 보조-캐소드 전극들(즉, 보조-캐소드 전극들로서 구성된 보조-전극 전극들(212, 214))은 캐소드(12) 상에 그리고/또는 그에 장착될 수 있다. 특히, 복수의 보조-캐소드 전극들은 캐소드(12)에 장착된 균일하게 분포된 로드들일 수 있다. 캐소드(12) 및 보조 캐소드가 서로 전기적으로 연결되면, 전기 글로우-방전 소스는 캐소드(12)에 연결될 수 있다.
제2 보조-전극 전극들(212)은 각각 제1 단부(212a) 및 제2 단부(212b)를 가질 수 있다. 제1 단부(212a)는 전기 사전-방전 소스, 접지 전위 및/또는 캐소드(12)에 연결될 수 있다. 제2 단부(212b)는 제1 단부(212a)에 등질 수 있다. 제1 보조-전극 전극들(214)은 각각 제1 단부(214a) 및 제2 단부(214b)를 가질 수 있다. 제1 단부(214a)는 전기 사전-방전 소스에 연결될 수 있다. 제2 단부(214b)는 제1 단부(214a)에 등질 수 있다.
본 명세서에 설명된 실시예들에 따르면, 제1 보조-전극 전극들(214)의 제2 단부(214b)와 제2 보조-전극 전극들(212)의 제2 단부(212b) 사이의 거리는 제1 보조-전극 전극들(214)의 제2 단부(214b)와 캐소드(12), 특히 캐소드(12)의 가장 가까운 지점 사이의 거리보다 작을 수 있다. 그에 의해, 글로우 방전이, 특히 제1 보조 전극(214)과 캐소드(12) 사이가 아니라 제1 보조 전극(214)과 제2 보조 전극(212) 사이에 형성되는 것이 보장될 수 있다.
제1 보조-전극 전극들(214)의 제2 단부(214)와 제2 보조-전극 전극들(212)의 제2 단부(212b)는 애노드(14)의 축을 따라 평행하게 그리고 동심으로 상이한 높이를 가질 수 있다. 예컨대, 제1 보조-전극 전극들(214)의 제2 단부(214)는 제2 보조-전극 전극들(212)의 제2 단부(212b)보다 캐소드(12)의 전도성 디스크로부터 더 멀리 떨어져 있을 수 있다. 이러한 서스펜션형 어레인지먼트(suspended arrangement)에 의해, 뜨겁고 더 쉽게 이온화가능한 가스 컬럼(column)이 생성될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 디바이스(10)는 코일(22)을 포함할 수 있다. 코일(22)은 나선형 코일(22)일 수 있다. 코일(22)은 애노드(14), 캐소드(12), 제1 보조 전극(212), 및/또는 제2 보조 전극(214) 주위에 배치될 수 있다. 코일(22)은 각 운동량 및 그에 따른 관성 모멘트를 플라즈모이드에 부여할 수 있는 자기장을 생성할 수 있다. 코일(22)은 스위치(26)에 연결될 수 있다. 전압 소스(24)가 또한 제공될 수 있다. 전압 소스(24)는 전기 글로우-방전 소스 및/또는 전기 방전 소스의 전압 소스와는 별개일 수 있다. 그에 의해, 코일은 전기 글로우-방전 소스 및/또는 전기 방전 소스와는 독립적으로 동작될 수 있다. 대안적으로, 공통 전압 소스가 또한 사용될 수 있다. 코일(22)의 포지션 뿐만 아니라 그의 권수들은 특정 애플리케이션에 의존할 수 있다.
도 3a는 애노드(14), 캐소드(12), 제1 보조 전극(214), 제2 보조 전극(212) 및 절연체(16)의 어레인지먼트를 평면도로 도시한다.
도 3b는 애노드(14), 캐소드(12), 제1 보조 전극(214), 제2 보조 전극(212) 및 절연체(16)의 어레인지먼트를 평면도로 도시한다. 여기서, 캐소드(12)는 중공 실린더로서 설계된다.
본 명세서에 설명된 실시예들에 따르면, 제1 보조-전극 전극들(214)은 절연체(16) 내에서 이어질 수 있다(run). 따라서, 본 명세서에 설명된 실시예들에 따르면, 절연체(16)는 제1 보조-전극 전극들(214)을 적어도 부분적으로 둘러쌀 수 있다. 특히, 제2 보조-전극 전극들(214)은 절연체(16) 내에서 이어지는 얇은 전도체들의 형태를 취할 수 있다. 더욱이, 제2 보조-전극 전극들(214)은 절연체(16) 내에서 축방향으로 평행하게 대칭적으로 이어질 수 있다. 제1 보조-전극 전극들(214)의 제2 단부들(214b) 또는 애노드-측 단부들은 절연체(16)로부터 돌출될 수 있다. 따라서, 제1 보조-전극 전극들(214)의 제2 단부들(214b)이 절연체(16)로부터 돌출될 수 있다.
제2 보조-전극들(212)은 캐소드(12)의 전도성 디스크의 돌출 핀들로서 형성될 수 있다. 제2 보조 전극(212)에 대한 재료의 적합한 선택에 의해, 글로우 방전의 안정성이 최적화될 수 있다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 각각의 제1 보조-전극 전극(214)에 대해, 제2 보조-전극 전극(212) 및/또는 캐소드 전극(12)은 애노드(14)의 중심 지점으로부터 시작하여 방사상 라인 상에 배열될 수 있다. 특히, 방사상 라인을 따르면, 제1 보조-전극 전극(214)과 제2 보조-전극 전극(212) 사이의 거리는 제1 보조-전극 전극(214)과 캐소드 전극(12) 사이의 거리보다 작을 수 있다. 제1 보조-전극 전극(214), 제2 보조-전극 전극(212) 및/또는 캐소드 전극들(12)의 수는 서로 대응할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 캐소드(12), 특히 복수의 캐소드 전극들(12)은 경사지거나 기울어질 수 있다. 경사의 정도는 의도된 애플리케이션에 의존할 수 있다. 예컨대, 캐소드(12), 특히 복수의 캐소드 전극들(12)은 0.05° 이상 및/또는 10° 이하, 예컨대 0.3°와 동일한 각도만큼 경사질 수 있다. 경사는 애노드(12)의 축에 접할 수 있다(tangential). 캐소드(12)의 경사의 결과로서, 각 운동량이 플라즈모이드에 인가될 수 있으며, 이는 결과적으로, 정의된 관성 모멘트를 생성한다.
더욱이, 제2 보조 전극(212)의 제1 단부(212a), 특히 복수의 제2 보조-전극 전극들(212)의 제1 단부들(212a)은 제1 보조 전극(214)의 제1 단부(214a), 특히 복수의 제1 보조-전극 전극들(214)의 제1 단부들(214a)과 정렬될 수 있다. 이는, 캐소드(12), 특히 복수의 캐소드 전극들(12)이 경사지거나 기울어질 때 특히 유리할 수 있다.
도 5는 예로서, 경사진 캐소드(12) 및 코일(22)을 갖는 디바이스(10)를 도시한다. 이러한 조합은 가변 각 운동량이 플라즈모이드에 작용하게 허용하는 장점을 제공한다. 따라서, 코일(22)은 가변 각 운동량을 플라즈모이드에 인가하도록, 특히 가속의 끝에서 가변 관성 모멘트를 플라즈모이드에 부여하도록 구성될 수 있다.
본 명세서에 설명된 실시예들은 융합 원자로를 제공한다. 융합 원자로는 X-레이 방사선 및 입자 방사선을 생성하기 위한 적어도 하나의 디바이스(10)를 가질 수 있다. 융합 원자로는, X-레이 방사선 및/또는 입자 방사선에 포함된 에너지를 복원할 수 있는 적어도 하나의 에너지 복원 디바이스를 가질 수 있다. 특히, 에너지 복원 디바이스는 X-레이 방사선 및/또는 입자 방사선에 포함된 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있다. 예컨대, X-레이 방사선에 포함된 에너지는 광전 효과를 사용함으로써 전기 에너지로 변환될 수 있다. 더욱이, 입자 빔에 포함된 에너지는 변압기를 사용함으로써 변환될 수 있으며, 이와 관련하여, 예컨대 Lerner 등의 도 11을 참조한다. 입자 빔은 펄스형 전류일 수 있으며, 이는 따라서, 변압기의 1차 권선을 표현할 수 있다.
도 6은 X-레이 방사선 및 입자 방사선을 생성하기 위한 방법(300)을 도시한다. 방법은 블록들(310 내지 360) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 블록(310)에 따르면, 절연체(16) 위에 낮은-임피던스 브리징을 형성하는 필라멘트형 사전-방전이 전기 사전-방전 소스에 의해 생성될 수 있다. 예컨대, 절연체(16)에 의해 서로 분리되고 서로 동축으로 배열된 제1 보조 전극(214) 및 제2 보조 전극(212)은 전기 사전-방전 소스에 의해 연결될 수 있다. 선택적인 블록(320)에 따르면, 제1 보조 전극(214)과 제2 보조 전극(212) 사이의 사전-방전은 제1 보조 전극(214) 및 제2 보조 전극(212)을 통해 전기 사전-방전 전류의 사전-방전에 의해 형성될 수 있다. 특히, 사전-방전은 전기 사전-방전 소스를 사용하여 생성될 수 있다. 블록(330)에 따르면, 절연체(16)에 의해 서로 분리되고 서로 동축으로 배열된 애노드(14) 및 캐소드(12)는 전기 방전 소스에 의해 연결될 수 있다. 블록(340)에 따르면, 자기장을 갖는 가스의 플라즈마 층은 애노드(14) 및 캐소드(12)에 걸친 전류 펄스의 방전에 의해 형성될 수 있다. 특히, 방전 또는 메인-전류 방전이 전기 방전 소스를 사용하여 생성될 수 있다. 예컨대, 방전은 사전-방전 이후 1μs 이상 내에서 발생할 수 있다. 블록(350)에 따르면, 플라즈모이드는 자기장의 결과로서 애노드(14)의 앞에 형성될 수 있다. 블록(360)에 따르면, 하나 이상의 입자 빔들, 하나 이상의 X-레이들, 또는 이들의 조합들이 플라즈모이드로부터 방출될 수 있다. 특히, 방출은 플라즈모이드의 자기장의 붕괴 및 전자들과 이온들의 충돌의 결과일 수 있다.
전술한 것이 본 개시내용의 실시예들을 참조하지만, 본 개시내용의 다른 및 추가적인 실시예들은 본 개시내용의 보호 범위를 벗어나지 않으면서 도출될 수 있다. 본 개시내용이 그러한 변형들 및 개발들을 포함하는 것으로 의도된다. 보호 범위는 첨부된 청구항들에 의해 결정된다.
Claims (12)
- 핵융합에 의해 X-레이 방사선 및 입자 방사선을 생성하기 위한 디바이스(10)로서,
- 절연체(16)에 의해 서로 분리되고 서로 동축으로 배열된 애노드(14) 및 캐소드(12) － 상기 애노드(14) 및 캐소드들(12)은 원자로 챔버에 적어도 부분적으로 배열됨 －;
- 상기 절연체(16) 위에 낮은-임피던스 브리징(bridging)을 형성하는 필라멘트형(filamented) 사전-방전을 생성하기 위한 사전-방전 디바이스;
- 상기 원자로 챔버에 포함된 가스;
- 상기 사전-방전 디바이스에 연결된, 특히 높은 내부 저항을 갖는 전기 사전-방전 소스; 및
- 상기 애노드(14) 및 상기 캐소드(12)에 전기적으로 연결된 전기 방전 소스를 포함하며,
상기 전기 방전 소스로부터의 전기 방전의 결과로서 상기 애노드(14)의 앞에 조밀한 자기적으로 한정된 플라즈모이드(plasmoid)가 생성되고, 상기 플라즈모이드는 하나 이상의 이온 빔들, 하나 이상의 X-레이 빔들, 또는 이들의 조합들을 방출하고,
상기 사전-방전 디바이스는, 상기 절연체(16)에 의해 서로 분리되고 서로 축방향으로 평행하게 배열된 제1 보조 전극(214) 및 제2 보조 전극(212)을 포함하고, 상기 제1 보조 전극(214) 및 상기 제2 보조 전극(212)은 상기 원자로 챔버에 부분적으로 배열되고, 상기 제1 보조 전극(214)은 복수의 제1 보조-전극 전극들(214)을 갖고, 상기 제2 보조 전극(212)은 복수의 제2 보조-전극 전극들(212)을 가지며, 상기 제1 보조 전극(214) 및 상기 제2 보조 전극(212)은 상기 제1 보조-전극 전극들(214)과 상기 제2 보조-전극 전극들(212) 사이에 필라멘트형 사전-방전을 형성하도록 구성되는, 핵융합에 의해 X-레이 방사선 및 입자 방사선을 생성하기 위한 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 제1 보조 전극(214) 및 상기 제2 보조 전극(212)은 상기 제1 보조-전극 전극들(214)과 상기 제2 보조-전극 전극들(212) 사이에 필라멘트형 글로우 방전을 형성하도록 구성되고, 그리고/또는
상기 전기 사전-방전 소스는 상기 제1 보조 전극(214)과 상기 제2 보조 전극(212)에 전기적으로 연결되며,
상기 필라멘트형 사전-방전, 특히 상기 필라멘트형 글로우 방전은 상기 전기 사전-방전 소스의 전기 사전-방전의 결과로서 상기 제1 보조 전극(214)과 상기 제2 보조 전극(212) 사이에 생성되는, 핵융합에 의해 X-레이 방사선 및 입자 방사선을 생성하기 위한 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 제1 보조 전극(214)은 보조 애노드(214)이고, 상기 제1 보조-전극 전극들(214)은 보조-애노드 전극들(214)이고, 상기 제2 보조 전극(212)은 보조 캐소드(212)이고, 상기 제2 보조-전극 전극들(212)은 보조-캐소드 전극들(214)이거나, 또는
상기 제1 보조 전극(214)은 보조 캐소드(214)이고, 상기 제1 보조-전극 전극들(214)은 보조-캐소드 전극들(214)이고, 제2 보조 전극(212)은 보조-애노드(212)이고, 상기 제2 보조-전극 전극들(212)은 보조-애노드 전극들(214)인, 핵융합에 의해 X-레이 방사선 및 입자 방사선을 생성하기 위한 디바이스. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 캐소드(12)는 복수의 캐소드 전극들(12)을 포함하는, 핵융합에 의해 X-레이 방사선 및 입자 방사선을 생성하기 위한 디바이스. - 제4항에 있어서,
상기 캐소드(12)는 전도성 디스크를 갖고, 상기 복수의 캐소드 전극들(12)은 상기 디스크 상에 장착되는, 핵융합에 의해 X-레이 방사선 및 입자 방사선을 생성하기 위한 디바이스. - 제2항 또는 제4항에 있어서,
상기 복수의 캐소드 전극들(12)의 수는 상기 복수의 제1 보조-전극 전극들(214)의 수 및/또는 상기 복수의 제2 보조-전극 전극들(212)의 수에 대응하는, 핵융합에 의해 X-레이 방사선 및 입자 방사선을 생성하기 위한 디바이스. - 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 캐소드(12) 및 상기 보조 캐소드(212)는 서로 전기적으로 연결되고, 특히 단락되는, 핵융합에 의해 X-레이 방사선 및 입자 방사선을 생성하기 위한 디바이스. - 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 절연체(16)는 상기 제1 보조-전극 전극들(214)을 적어도 부분적으로 둘러싸며,
특히, 상기 제1 보조-전극 전극들(214)은 상기 절연체(16) 내에서 이어지고, 서로 분리되며, 그리고/또는 상기 애노드(14)에 동축으로 배열되는, 핵융합에 의해 X-레이 방사선 및 입자 방사선을 생성하기 위한 디바이스. - 제2항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전기 사전-방전 소스는, 복수의 직렬 저항기들에 의해, 0.5kV 이상, 특히 1kV 이상, 바람직하게는 2kV 이상인 전기 사전-방전을 생성하도록 구성되는, 핵융합에 의해 X-레이 방사선 및 입자 방사선을 생성하기 위한 디바이스. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에서 청구된, X-레이 방사선 및 입자 방사선을 생성하기 위한 디바이스(10)를 갖는, 융합 원자로.
- X-레이 방사선 및 입자 방사선을 생성하기 위한 방법으로서,
- 전기 사전-방전 소스에 의해, 절연체(16) 위에 낮은-임피던스 브리징을 형성하는 필라멘트형 사전-방전을 생성하는 단계;
- 전기 방전 소스에 의해, 상기 절연체(16)에 의해 서로 분리되고 서로 동축으로 배열된 애노드(14)와 캐소드(12)를 연결시키는 단계;
- 상기 애노드(14) 및 상기 캐소드(12)를 통한 전류 펄스의 방전에 의해 자기장을 갖는 가스로부터 플라즈마 채널을 형성하는 단계;
- 상기 자기장의 결과로서 상기 애노드(14)의 앞에 플라즈모이드를 형성하는 단계; 및
- 상기 플라즈모이드로부터, 하나 이상의 입자 빔들, 하나 이상의 X-레이 빔들, 또는 이들의 조합들을 방출하는 단계를 포함하며,
상기 방출은 상기 플라즈모이드의 자기장의 붕괴 및 상기 플라즈모이드에서의 전자들과 이온들의 충돌의 결과인, X-레이 방사선 및 입자 방사선을 생성하기 위한 방법. - 제11항에 있어서,
상기 방전은 상기 사전-방전 이후 1μs 이상 내에서 발생하는, X-레이 방사선 및 입자 방사선을 생성하기 위한 방법.
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5076223A (en) * | 1990-03-30 | 1991-12-31 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Miniature railgun engine ignitor |
| US20040071267A1 (en) * | 2002-10-15 | 2004-04-15 | Science Research Laboratory, Inc. | Dense plasma focus radiation source |
| US20060273732A1 (en) * | 2005-06-01 | 2006-12-07 | Xtreme Technologies Gmbh | Arrangement for the generation of intensive short-wavelength radiation based on a gas discharge plasma |
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|---|---|---|---|---|
| US4723263A (en) * | 1985-05-20 | 1988-02-02 | Quantum Diagnostics, Ltd. | X-ray source |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5076223A (en) * | 1990-03-30 | 1991-12-31 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Miniature railgun engine ignitor |
| US20040071267A1 (en) * | 2002-10-15 | 2004-04-15 | Science Research Laboratory, Inc. | Dense plasma focus radiation source |
| US20060273732A1 (en) * | 2005-06-01 | 2006-12-07 | Xtreme Technologies Gmbh | Arrangement for the generation of intensive short-wavelength radiation based on a gas discharge plasma |
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