KR20220032006A - 플라스마 환경에서의 차폐 구조물 - Google Patents

플라스마 환경에서의 차폐 구조물 Download PDF

Info

Publication number
KR20220032006A
KR20220032006A KR1020217041254A KR20217041254A KR20220032006A KR 20220032006 A KR20220032006 A KR 20220032006A KR 1020217041254 A KR1020217041254 A KR 1020217041254A KR 20217041254 A KR20217041254 A KR 20217041254A KR 20220032006 A KR20220032006 A KR 20220032006A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
support
conductive material
electrically conductive
plasma
magnetic field
Prior art date
Application number
KR1020217041254A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102630016B1 (ko
Inventor
조나단 로버트 하인리히
마이클 레인 가렛
토마스 존 맥과이어
가브리엘 이반 폰트
Original Assignee
록히드 마틴 코포레이션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 록히드 마틴 코포레이션 filed Critical 록히드 마틴 코포레이션
Publication of KR20220032006A publication Critical patent/KR20220032006A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102630016B1 publication Critical patent/KR102630016B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/02—Arrangements for confining plasma by electric or magnetic fields; Arrangements for heating plasma
    • H05H1/04—Arrangements for confining plasma by electric or magnetic fields; Arrangements for heating plasma using magnetic fields substantially generated by the discharge in the plasma
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21B—FUSION REACTORS
    • G21B1/00—Thermonuclear fusion reactors
    • G21B1/05—Thermonuclear fusion reactors with magnetic or electric plasma confinement
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21B—FUSION REACTORS
    • G21B1/00—Thermonuclear fusion reactors
    • G21B1/11—Details
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F3/00—Shielding characterised by its physical form, e.g. granules, or shape of the material
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/02—Arrangements for confining plasma by electric or magnetic fields; Arrangements for heating plasma
    • H05H1/16—Arrangements for confining plasma by electric or magnetic fields; Arrangements for heating plasma using externally-applied electric and magnetic fields
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/10—Nuclear fusion reactors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Arc Welding Control (AREA)

Abstract

플라스마 가둠 시스템은 인클로저, 플라스마 구역에서 인클로저 내에 현수되는 하나 이상의 내부 자기 코일, 및 인클로저 내에 현수되는 하나 이상의 내부 자기 코일을 지지하도록 구성되는 하나 이상의 지지체를 포함한다. 하나 이상의 지지체의 각각의 지지체는 제1 단부 및 제1 단부에 대향하는 제2 단부를 포함한다. 제1 단부는 인클로저의 내부 부분에 결합되고, 제2 단부는 플라스마 구역 내에 배치된 구성요소에 결합된다. 각각의 지지체는 제1 단부와 제2 단부 사이에 배치된 전기 전도성 재료를 더 포함한다. 전기 전도성 재료는 하나 이상의 전류가 공급될 때, 제1 단부에서 제2 단부로 지지체를 따라 변하는 자기장 구배를 갖는 자기장을 발생시키도록 구성된다.

Description

플라스마 환경에서의 차폐 구조물
본 개시내용은 대체로 플라스마 가둠(plasma confinement)에 관한 것으로, 특히 플라스마 환경에서의 차폐 구조에 관한 것이다.
융합 파워는 2개 이상의 원자핵이 매우 높은 속력으로 충돌하고 결합하여 새로운 유형의 원자핵을 형성하는 핵 융합 프로세스에 의해 발생되는 파워이다. 융합 반응기는 플라스마를 가두고 제어함으로써 융합 파워를 생산하는 장치이다.
융합 반응기 또는 플라스마 가둠 장치의 특정 구성요소는 플라스마에 침지되거나 플라스마에 노출될 수 있다. 플라스마에 대한 노출은 융합 반응기 또는 플라스마 가둠 장치의 구성요소를 손상시키거나 그 동작을 방해할 수 있다. 또한, 플라스마 또는 그에 수반하는 전자기장에 대한 플라스마 가둠 장치의 구성요소에 의한 간섭은 플라스마를 가두고 및/또는 제어하는 효율 및/또는 안정성을 감소시킬 수 있다.
(예를 들어, 융합에 사용되는) 플라스마 내의 지지체, 기능적 구조체, 진단 장비 등과 같은 장애물은 이러한 장애물에서 또는 그 부근에서 이온 및 전자의 상당한 수집을 초래할 수 있다. 장애물로 인한 플라스마 손실은 플라스마 밀도 및 온도를 크게 변경할 수 있으며, 이는 통상적으로 바람직하지 않다. 그 결과, 플라스마 파라미터를 측정하기 위한 비섭동 광학 및 빔 기술이 이러한 복잡한 상호 작용을 설명하기 위해 요구되어 왔다. 또한, 가둠 시스템에 대한 일부 설계는 이러한 문제 중 일부를 피하기 위해 플라스마 내의 장애물의 개수를 감소시키도록 하이-베타 융합(high-beta fusion)에 관한 자기장 기하구조를 생성하기 위해 복잡하고 고가인 부상(levitation) 기술을 이용한다. 또한, 이 문제는 전자기 코일과 같은 구성요소가 플라스마에 의해 침지되거나 또는 둘러싸일 필요가 있는 특정 부류의 자기 융합 개념의 현실적인 탐구를 방지한다. 따라서, 특정 실시예는 자기장 보호 및 성형을 사용하여 플라스마 내의 장애물을 차폐함으로써 이 문제를 해결한다.
일 실시예에 따르면, 플라스마 가둠 시스템이 인클로저, 하나 이상의 내부 자기 코일, 및 하나 이상의 지지체를 포함한다. 하나 이상의 내부 자기 코일은 플라스마 구역에서 인클로저 내에 현수된다. 하나 이상의 지지체는 인클로저 내에 현수되는 하나 이상의 내부 자기 코일을 지지한다. 하나 이상의 지지체의 각각의 지지체는 제1 단부, 제1 단부에 대향하는 제2 단부, 및 전기 전도성 재료를 포함한다. 제1 단부는 인클로저의 내부 부분에 결합된다. 제2 단부는 플라스마 구역 내에 배치된 구성요소에 결합된다. 전기 전도성 재료는 제1 단부와 제2 단부 사이에 배치된다. 전기 전도성 재료는 하나 이상의 전류가 공급될 때, 제1 단부에서 제2 단부로 지지체를 따라 변하는 자기장 구배를 갖는 자기장을 발생시키도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 지지체는 제1 단부, 제2 단부, 및 전기 전도성 재료를 포함한다. 제1 단부는 플라스마 가둠 시스템의 인클로저의 내부 부분에 결합된다. 제2 단부는 제1 단부에 대향하고, 제2 단부는 플라스마 구역 내에 배치된 구성요소에 결합된다. 전기 전도성 재료는 제1 단부와 제2 단부 사이에 배치된다. 전기 전도성 재료는 하나 이상의 전류가 공급될 때, 제1 단부에서 제2 단부로 지지체를 따라 변하는 자기장 구배를 갖는 자기장을 발생시키도록 구성된다.
또 다른 실시예에 따르면, 방법은 인클로저의 플라스마 구역 내에 현수되는 하나 이상의 내부 자기 코일을 배치하는 단계를 포함한다. 방법은 인클로저 내에 현수되는 하나 이상의 내부 자기 코일을 지지하기 위해 하나 이상의 지지체를 사용하는 단계를 더 포함한다. 하나 이상의 지지체는 플라스마 구역 내에 적어도 부분적으로 배치된다. 방법은 하나 이상의 지지체의 각각을 따라 자기장을 발생시키는 단계를 더 포함하고, 자기장은 지지된 내부 자기 코일로/로부터 지지체의 길이를 따라 0이 아닌 자기장 구배를 갖고, 자기장은 하나 이상의 지지체의 각각 내에 배치된 전기 전도성 재료에 공급되는 전류를 사용하여 발생된다.
위에서 요약된 각각의 실시예는 하나 이상의 추가적인 또는 상이한 장점을 제공할 수 있는 하나 이상의 변형 또는 선택적 특징을 가질 수 있다. 이러한 변형 및/또는 선택적 특징의 비제한적인 예가 본원에 개시되어 있지만, 다른 변형 및/또는 특징은 상세한 설명, 청구범위 및 첨부 도면을 포함하는 본 개시내용에 비춰 적절하게 이해될 수 있다.
본 개시내용은 다양한 기술적 장점을 제공할 수 있다. 예를 들어, 특정 실시예는 플라스마에 침지된 구성요소를 위한 지지체를 제공하는데, 이는 지지체의 길이를 따라서 0이 아닌 자기장 구배를 갖는 자기장을 발생시킨다. 이러한 방식으로, 자기장은 기존 자기장과 중첩될 수 있어, 구성요소, 지지체 또는 플라스마를 가두는 인클로저에 대한 플라스마의 입사(incidence)를 감소시킨다. 다른 예에서, 특정 실시예는 0이 아닌 구배를 갖는 자기장을 생성하도록 구성된 전도성 재료의 권선을 포함하는 지지체 내에 전기 전도성 재료를 제공한다. 이러한 방식으로, 권선은 플라스마 손실을 최소화하는 자기장을 제공하도록 다양한 방식으로 구성될 수 있다. 또 다른 예로서, 특정 실시예는 플라스마가 통과할 수 있는 슬롯을 제공함으로써 지지체에 대한 플라스마 손실을 추가로 감소시킨다. 지지체의 제공된 자기장이 지지체를 차폐할 수 있지만, 슬롯은 특정 자기장선을 따르는 플라스마가 지지체에 충돌하지 않고 지지체를 통과하는 것을 허용할 수 있다.
다른 기술적 장점은, 이하의 도면, 설명 및 청구항으로부터 관련 기술 분야의 일반적 기술자에 의해 용이하게 이해될 수 있다. 또한, 구체적인 장점이 상술되었지만, 다양한 실시예는 열거된 장점을 전부 또는 일부를 포함하거나 전혀 포함하지 않을 수 있다.
이제 본 개시내용 및 그 장점의 더욱 완전한 이해를 돕기 위해, 첨부된 도면과 함께 취해진 후속하는 설명을 참조한다.
도 1a 및 도 1b는 특정 실시예에 따른, 하나 이상의 지지체에 의해 지지되는 플라스마 구역 내에 내부 자기 코일을 갖는 예시적인 플라스마 가둠 시스템을 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 각각 특정 실시예에 따른, 플라스마에 대한 차폐를 위한 자기장을 발생시키도록 구성된 예시적인 지지체를 도시한다.
도 3a 내지 도 3d는 특정 실시예에 따른, 0이 아닌 구배를 갖는 자기장을 발생시키도록 구성되는 내부 자기 코일을 위한 지지체의 다양한 예시적인 구성을 도시한다.
도 4는 특정 실시예에 따른 특정 구성의 전기 전도성 재료를 갖는 예시적인 지지체를 도시한다.
도 5a 내지 도 5c는 특정 실시예에 따른, 플라스마가 통과 유동할 수 있는 슬롯을 형성하는 예시적인 지지체를 도시한다.
도 6은 특정 실시예에 따른, 상이한 단면적을 갖는 복수의 권선을 갖는 전기 전도성 재료를 갖는 예시적인 지지체를 도시한다.
도 7은 특정 실시예에 따른, 플라스마에 노출되는 구조를 차폐하기 위한 예시적인 방법의 흐름도를 도시한다.
자기장을 사용하여 플라스마로부터 대상체 및 다른 장애물을 차폐하거나 "보호"하기 위한 이전의 시도는 회의론과 논란에 직면하였다. 예를 들어, 플라스마 내의 장애물을 차폐하기 위해 쌍극자 자기장을 사용하려는 이전의 시도는 상이한 기하구조에서 그리고 다양한 플라스마 환경에 걸쳐 자기장 차폐를 어떻게 구현하는지의 문제에 직면하였다. 따라서, 예를 들어 내부 구성요소의 부상에 의해 플라스마 구역으로부터 구성요소를 제거하고 플라스마 구역 내에 구성요소를 침지하는 것을 피하여, 플라스마 가둠 시스템의 잠재적인 구성을 제한하는 것을 포함하는, 구성요소를 플라스마로부터 보호 및 차폐하기 위한 다양한 방안이 고려되어 왔다.
본원에서 상세히 설명된 바와 같이, 자기장의 길이를 따라 0이 아닌 구배를 갖는, 플라스마 구역에 배치된 전자기 코일을 위한 지지체와 같은 지지 구조체 주위에 자기장을 생성함으로써 자기장 차폐에 대한 개선이 제안된다. 그 결과, 지지 구조체 이외의 플라스마 가둠 장치의 구성요소를 포함하는 내부 구성요소에 대한 플라스마의 영향이 최소화될 수 있다.
본 개시내용의 더 양호한 이해를 용이하게 하기 위해, 특정 실시예에 대한 이하의 예가 제공된다. 이하의 예는 본 개시내용의 범주를 제한하거나 한정하는 것으로 이해되지 말아야 한다. 본 개시내용의 실시예 및 실시예의 장점은 도 1 내지 도 7을 참조하면 가장 잘 이해될 것이며, 도면에서 유사한 도면부호는 유사하고 대응하는 부분을 나타내는데 사용된다.
플라스마를 전자기장으로 가둘 수 있으며 플라스마는 가열되는 경우 핵 융합 반응을 통해 순 에너지(net energy)를 생산하게 될 수 있다. 이러한 전자기장은 전극 및/또는 자기장 코일에 의해 생성될 수 있다. 대개 이들은 플라스마 가둠 챔버의 외부에 있지만, 일부 구성은 진공 적합성(compatible) 내부 구성요소를 요구한다. 이러한 내부 전극 및/또는 자기장 코일은 플라스마를 심하게 교란하지 않으면서 기계적 지지 및 플라스마 환경의 위험한 성질로부터의 보호를 요구할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 소정 실시예에 따른 하나 이상의 지지체(115)에 의해 지지되는 플라스마 구역(120)에 내부 자기 코일(105)을 갖는 예시적인 플라스마 가둠 시스템(100)을 도시한다. 플라스마 가둠 시스템(100)은 내부 자기 코일(105)과 같은 구성요소를 사용하는 임의의 시스템일 수 있으며, 상기 구성요소는 플라스마에 노출될 수 있고 이러한 구성요소를 지지하는 구조, 예를 들어 지지체(115)를 필요로 할 수 있다. 예를 들어, 플라스마 가둠 시스템(100)은, 플라스마 구역(120) 내에 플라스마를 제어하고 가두기 위해, 내부 자기 코일(105)을 사용하여 발생된 자기장, 및 선택적으로 다른 코일(예를 들어, 인클로저(110) 외측의 또는 인클로저 내에 매립된 코일 또는 다른 자석) 또는 내부 자기 코일(105)과 동축인 다른 코일을 통해 발생된 자기장을 이용할 수 있다.
종래의 내부-대- 플라스마(internal-to-plasma) 구성요소는 케이블, 절연된 피드스루(feedthrough)를 통해 지지되거나 외부 자기장에 의해 부상되었다. 이러한 접근법의 각각은 문제를 야기한다. 케이블은 구조적인 지지를 제공할 수 있지만 플라스마로부터의 격리를 제공하지 않는다. 또한, 케이블은 케이블 주위의 흐름이 원활하지 않을 수 있고 케이블 표면이 대개 거칠기 때문에 플라스마 환경을 교란시킬 수 있다. 절연된 피드스루는 일반적으로 파워, 냉각, 또는 진단과 같은 한가지 서비스만을 제공하며 세라믹 재료로 이루어질 수 있다. 세라믹 재료는 취성이며 지지를 거의 제공할 수 없다. 또한, 세라믹 표면은 플라스마가 세라믹 표면에 전하를 퇴적시킴에 따라 전기적인 대전으로부터 곤란을 격을 수 있고, 이는 플라스마 환경을 교란시킬 수 있다. 외부 부상은 과도하게 복잡한 접근법이며 무기한 지속될 수 없다. 따라서, 외부 부상은 융합 반응기를 동작시키는데 바람직할 수 있는 정상 상태(steady-state)의 동작을 유지하기에 불충분한 해결책이다. 본 개시내용의 일부 실시예는, 플라스마 가둠에 대한 해로운 영향을 최소화하도록 설계되는 방식으로, 전기, 진단 및 냉각 라인의 서비스에서 그리고 기계적 지지 외에 플라스마 환경으로부터의 보호를 제공하기 위해 하나 이상의 지지 스토크, 예를 들어 지지체(115)를 사용함으로써 기존의 접근법에서의 이러한 부족함과 다른 부족함을 해결할 수 있다.
대체로, 지지체(115)는 플라스마 가둠 시스템(110)의 내부 자기 코일(105)에 대한 기계적 지지를 제공할 수 있다. 내부 자기 코일(105)은 플라스마에, 예를 들어 플라스마 구역(120)에 침지될 수 있기 때문에 적어도 부분적으로 특수한 지지 기구를 필요로 할 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 지지체(115)는 플라스마 환경을 방해하지 않거나 그에 대한 교란을 최소화하면서, 내부 자기 코일(105)을 기계적으로 지지할 수 있고 플라스마 환경과의 지속적인 접촉을 내구할 수 있다. 일부 실시예에서, 지지체(115)는 내부 공동을 포함할 수 있고, 이 내부 공동을 통해 임의의 적절한 구성요소가 내부 자기 코일(105)의 내부로 연장될 수 있다. 예를 들어, 내부 자기 코일(105)에 의해 자기장을 발생시키기 위해 전기를 공급하는데 사용되는 구성요소 또는 내부 자기 코일(105)을 냉각시키거나 내부 자기 코일 내에서 진단을 제공하는데 사용되는 구성요소가 지지체(115)의 내부를 통해 연장될 수 있다.
도 1a는 특정 실시예에 따른, 플라스마 가둠 시스템(100) 내에서 내부 자기 코일(105)을 지지하는 3개의 지지체(115)를 도시한다. 도 1a는 3개의 지지체(115)를 도시하지만, 본 개시내용은 임의의 적절한 수의 지지체(115)가 내부 자기 코일(105) 또는 플라스마 구역(120) 내에 배치될 수 있는 각각의 내부 자기 코일(105)을 지지하기 위해 사용될 수 있는 것을 고려한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 각각의 내부 자기 코일(105)은 2개 또는 1개의 지지체(115)에 의해 지지될 수 있다. 본 개시내용은 하나 이상의 지지체(115)가 임의의 적절한 형상을 가질 수 있다는 것을 고려한다. 예를 들어, 지지체(115)는 타원형 또는 원형 단면을 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 지지체(115)는 각각 지지체(115)의 제1 단부(116)에서 인클로저(110)에 결합될 수 있고, 제2 단부(117)에서 내부 자기 코일(105)에 결합될 수 있다. 본 개시내용은 지지체(115)가 임의의 적절한 방식으로 내부 자기 코일(105) 및 인클로저(110)에 결합될 수 있다는 것을 고려한다. 일 예로서, 지지체(115)는 내부 자기 코일(105) 및 인클로저(110)에 용접될 수 있다. 다른 예로서, 지지체(115)는 임의의 적절한 수의 임의의 적절한 체결구를 사용하여 내부 자기 코일(105) 및 인클로저(110)에 결합될 수 있다. 본 개시내용은 지지체(115)를 내부 자기 코일(105) 및 인클로저(110)에 결합하기 위한 재료의 임의의 적절한 조합의 사용을 고려한다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 지지체(115)는 모듈형일 수 있으며, 이는 유리하게는 지지체(115)의 더 용이한 교체 및/또는 수리(servicing)를 가능하게 할 수 있다.
일부 실시예에서, 지지체(115)는 플라스마 구역(120)에서 내부 자기 코일(105)을 현수시키기 위한 기계적 지지체를 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 지지체(115)는 인장 또는 압축 상태로 배치될 수 있다. 지지체(115)는 임의의 적절한 재료 또는 재료의 조합으로부터 형성될 수 있다. 일 예로서, 지지체(115)는 스테인리스강 또는 텅스텐으로부터 형성될 수 있다. 다른 예로서, 지지체(115)는 텅스텐으로 코팅된 알루미늄으로부터 형성될 수 있다. 지지체(115)를 형성하는 데 사용되는 하나 이상의 재료는 플라스마 가둠 시스템(100) 내에서의 지지체(115)의 특정한 적용에 따라 변화될 수 있다. 일 예로서, 일부 실시예에서, 내부 자기 코일(105)은 다른 실시예에서 보다 실질적으로 더 무거울 수 있으며, 이는 잠재적으로 더 무거운 내부 자기 코일(105)을 지지하는데 더 적합한 재료의 사용을 필요한다.
지지체(115)는 인클로저(110)의 임의의 적절한 영역에 위치될 수 있다. 일부 실시예에서, 지지체(115)는 플라스마 구역(120)에 침지되거나 부분적으로 침지될 수 있다. 일부 실시예에서, 지지체(115)는 플라스마 구역(120) 내의 플라스마의 밀도(concentration)가 가장 약한 영역, 예를 들어 플라스마가 내부 자기 코일(105) 주위에서 및/또는 내부 자기 코일(105)과 플라스마 구역(120) 내의 다른 자기 코일 사이에서 순환하는 재순환 구역과 같은 영역에서 플라스마 가둠 시스템(100) 내에 위치될 수 있다. 지지체(115)는 플라스마의 가둠 또는 제어에 해로운 영향을 주지 않으면서 인클로저(110) 내에서 플라스마에 대한 노출을 내구하도록 적응될 수 있다.
전술한 바와 같이, 지지체(115)는 임의의 적절한 형상을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 지지체(115)는 타원형의 단면 형상을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 타원형 형상은 플라스마가 지지체(115) 주위에서 원활하게 유동하는 것을 허용할 수 있고, 이는 유리하게는 지지체(115)에 의한 플라스마 가둠에 대한 해로운 영향을 방지할 수 있다. 일부 실시예에서, 지지체(115)의 단면은 자기장에 직교하는 방향으로 더 얇다. 이러한 방식으로 지지체(115)를 배향하는 것은 여전히 강성을 제공하면서도 표면에 대한 플라스마 플럭스를 유리하게 감소시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 지지체(115)의 표면은 충돌 플라스마에 대한 스퍼터링 저항(sputtering resistance)을 제공하기 위해 코팅될 수 있다.
내부 자기 코일(105)과 같은 하나 이상의 내부 자기 코일이 플라스마 구역, 예를 들어 플라스마 구역(120) 내에 배치되는 플라스마 가둠 시스템의 일 예가 2018년 5월 1일자로 허여 되었으며 참조로서 본원에 포함된 미국 특허 번호 9,959,941에 제공되어 있다. 본원에 개시된 특정 실시예 및 예는 특정 플라스마 가둠 시스템을 참조할 수 있다. 본원에 개시된 특정 기술 및 장치는 구성요소가 플라스마의 구역에 배치되고 약간의 기계적 지지를 필요로 하는 임의의 적절한 가둠 시스템에서 구현될 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 각각 특정 실시예에 따른, 플라스마에 대해 차폐하기 위한 자기장 "B"을 발생시키도록 구성된 예시적인 지지체(215)를 도시한다. 도 2a는 전류(225a, 225b)를 지지체(215)를 통해 유동시키도록 구성된 예시적인 지지체(215)를 도시한다. 이 특정 예에 도시된 바와 같이, 전류(225a 및 225b)는 반대 방향으로, 예를 들어 인클로저(110)로부터 내부 자기 코일(105)로 그리고 내부 자기 코일(105)로부터 인클로저(110)로 유동한다. 전류(225a, 225b) 각각은 자기장을 발생시키는데, 이는 중첩 원리로 인해 부호 B로 지정된 단일의 조합된 자기장을 발생시킨다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 자기장(B)은 지지체(215) 내 전류(225a)와 전류(225b) 사이에서 지면 내로 그리고 전류(225a, 225b) 외측 및 지지체(115) 외측에서 지면 밖으로 대체로 배향된다.
일부 실시예에서, 전류(225a, 225b)는 지지체(215) 내에 배치된 전기 전도성 재료에 의해 전달될 수 있다. 예를 들어, 지지체(215)는 전기를 전도하도록 구성된 재료의 하나 이상의 와이어 또는 다른 퇴적물을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 전류(225a 및 225b)는 각각 전기 전도성 재료의 제1 부분 및 제2 부분에 의해 전달된다. 예를 들어, 전류(225a)는 지지체(215) 내에 배치된 전기 전도성 재료의 제1 부분에 의해 전달될 수 있고, 전류(225b)는 지지체(215) 내에 배치된 전기 전도성 재료의 제2 부분에 의해 전달될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 및 제2 부분은 하나 이상의 권선을 갖는 코일 배선의 상이한 부분으로서 함께 결합될 수 있다. 예를 들어, 제1 부분은 인클로저(110)에서 내부 자기 코일(105)로 제1 방향으로 전류를 전달하는 권선의 부분일 수 있고, 제2 부분은 내부 자기 코일(105)에서 인클로저(110)로 제2 방향으로 전류를 전달하는 권선의 부분일 수 있다. 지지체(215) 내에서 전류를 전달할 수 있는 전도성 재료의 임의의 적절한 구성이 본원에서 고려된다.
도 2b는 지지체(215)의 단면도를 도시하고 있다. 전류(225a, 225b)는 각각 지지체(215)의 길이를 따라 그리고 지면 내외로 각각 배향된다. 도 2b는 전류 쌍(225a, 225b)으로부터 초래될 수 있는 도시된 단면 평면에서의 예시적 자기장선(230)을 도시한다. 도시된 바와 같이, 자기장선(230)은 개방 또는 폐쇄될 수 있다. 예를 들어, 전류(225a 및 225b)에 더 가까운 자기장선(230)은 더 촘촘하고 폐쇄 루프이다. 그러나, 전류(225a)와 전류(225b) 사이의 중간점으로부터 특정 거리에서, 자기장선(230)은 더 떨어져 확산되고 더 이상 폐쇄 루프가 아니다. 폐쇄 및 개방 자기장선(230) 사이의 경계(235)는 플럭스 경계 또는 자기권으로 지칭될 수 있다. 경계(235)는 전류(225a)와 전류(225b) 사이의 중간점과 개방 및 폐쇄 자기장선(230) 사이의 전이점 사이의 거리를 규정하는 반경 "r"을 포함하는 하나 이상의 파라미터에 의해 규정될 수 있다. 반경 "r"은 전류(225a, 225b)의 특정 구성에 따라 변할 수 있다. 대체로, 반경 "r"은 지지체(215)를 통해 더 큰 전류가 제공되면 더 클 수 있다. 본원에 더 상세하게 기재된 바와 같이, 경계(235) 및 그 관련 자기권 반경 "r"은 지지체(215)의 길이를 따라서 변하도록 구성될 수 있다.
특정 실시예에서, 도 2a 및 도 2b의 예에 도시된 자기장은 지지체(215)를 통해 하나 이상의 전류를 유동시키지 않고 발생될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 자기장은 영구 자석의 조합을 사용하여 발생될 수 있다. 영구 자석의 사용은 지지체(215) 내에 전류 및 전기 전도성 재료를 제공할 필요성을 감소시킬 수 있다. 그러나, 영구 자석의 사용은 실현될 수 있는 자기장의 기하구조 및/또는 특정 레벨의 자기장 강도의 가용성을 제한할 수 있다.
도 3a 내지 도 3d는 특정 실시예에 따른, 0이 아닌 구배를 갖는 자기장을 발생시키는 지지체(215)의 다양한 예시적 구성을 도시한다. 전술한 바와 같이, 경계(235) 및 그 관련 자기권 반경 "r"은 지지체(215)의 길이를 따라 변하도록 구성될 수 있다. 자기권 반경 "r"의 변화는 여러 이점을 가질 수 있다. 예를 들어, 플라스마 가둠 장치(100) 및 그를 구성하는 구성요소, 예를 들어 내부 자기 코일(105)의 구성에 따라, 플라스마 구역(120) 내의 플라스마에는 예를 들어 플라스마를 제어하고/가두는 자기장을 통해 플라스마 압력이 가해질 수 있고, 이는 플라스마가 더 많은 입사로 내부 자기 코일(105) 및/또는 인클로저(110)에 충돌하게 한다. 따라서, 지지체(215)에 의해 발생되는 자기장은 플라스마가 겪은 "드리프트(drift)"의 일부를 상쇄시켜 내부 자기 코일(105) 및/또는 인클로저(110)에 대한 플라스마 손실을 감소시키도록 구성될 수 있다. 특히, 지지체(215)의 자기장은 플라스마 가둠 시스템(100)의 자기장에 중첩되어 더 안정적인 플라스마 구역(120)을 초래할 수 있다.
지지체(215)를 따르는 자기장의 변화는 내부 자기 코일(105)과 인클로저(110) 사이에서 지지체(215)를 따라 가변 자기권 반경 "r"에 의해 표현될 수 있다. 도 3a는 지지체(215)의 구성을 도시하며, 자기권 반경 "r"은 지지체(215)를 따라 변하고, 이에 의해 지지체(215)를 따라 0이 아닌 구배, 예를 들어 ▽B ≠ 0인 자기장을 제공한다. 특히, 도 3a는 예를 들어 지지체(215) 내의 전류의 특정 구성에 의한 지지체(215)의 구성을 도시하며, 결과적인 자기장은 자기권 반경(ra, rb, rc)을 갖는다. 이 특정 예에서, ra는 rb보다 크고, rc는 rb보다 크다. 그 결과, 자기권 반경 "r"은 지지체(215)의 길이를 따라서 감소한 후 증가한다.
다른 실시예에 따르면, 도 3b는 자기권 반경(rd, re, rf)을 갖는 지지체(215)의 구성을 도시한다. 이 특정 구성에서, rd는 re보다 작고 rf는 re보다 작다. 따라서, 자기권 반경 "r"은 지지체(215)의 길이를 따라 증가한 후 감소한다.
다른 실시예에 따르면, 도 3c는 자기권 반경(rg, rh, ri)을 갖는 지지체(215)의 구성을 도시한다. 이 예에서, 자기권 반경 "r"은 인클로저(110)에서 내부 자기 코일(110)로 감소만 한다. 다른 실시예에 따르면, 도 3d는 자기권 반경(rj, rk, rl)을 갖는 지지체(215)의 구성을 도시한다. 이 예에서, 자기권 반경 "r"은 인클로저(110)에서 내부 자기 코일(110)로 증가만 한다. 일부 실시예에서, 지지체(215)의 길이를 따르는 자기권 반경의 감소/증가는 균일하거나, 선형적이거나, 비선형적이거나, 계단형이거나, 또는 임의의 다른 적절한 변형일 수 있다.
도 3a 내지 도 3d는 자기권 반경 "r"이 지지체(215)의 길이를 따라서 변하는 지지체(215)의 특정 예시적 구성을 제공하지만, 플라스마 손실을 감소시킬 수 있는 임의의 다른 적절한 구성이 본원에서 고려된다. 예를 들어, 플라스마 가둠 시스템(100)의 상이한 구성은 플라스마 손실을 감소시키기 위해 지지체(215)의 상이한 자기장 구성을 허용할 수 있다. 다른 예로서, 플라스마 가둠 시스템(100) 내의 상이한 코일을 위한 지지체에는 지지체(215)로부터 상이한 중첩 자기장을 필요로 하는 상이한 자기장 토폴로지가 가해질 수 있다. 따라서, 지지체(215)를 따라 0이 아닌 구배를 갖는 자기장을 발생시키는 지지체(215)의 임의의 적절한 구성이 본원에서 그리고 관련 기술 분야의 일반적인 기술자의 이해에 비춰 고려된다.
도 4는 특정 구성의 전기 전도성 재료(425)를 갖는 예시적인 지지체(415)를 도시한다. 도 4의 도시된 예에 도시된 바와 같이, 지지체(415)는 내부에 배치된 전기 전도성 재료(425)를 가질 수 있으며, 이는 하나 이상의 루프 또는 권선을 갖는다. 일부 실시예에서, 전기 전도성 재료(425)는 지지체(415) 내에서 전류를 전도하도록 구성된 금속 와이어 또는 코일의 하나 이상의 권선을 포함한다. 특정 실시예에서, 전기 전도성 재료(425)는 하나 이상의 전류가 전기 전도성 재료(425)를 통해 유동할 때 0이 아닌 구배를 갖는 자기장이 생성되도록 지지체(415) 내에 배치된다. 예를 들어, 전류가 대향 방향으로 유동하는 전기 전도성 재료(425)의 부분들 사이의 거리(d1, d2, d3)는 지지체(415)의 길이를 따라 변할 수 있다. 특히, 전기 전도성 재료(425)의 대향 부분은 내부 자기 코일(105) 부근에서 제1 거리(d1), 지지체(415)의 중간 부근에서 제2 거리(d2), 및 인클로저(110) 부근에서 제3 거리(d3)로 이격될 수 있다.
d1, d2 및 d3의 상대값은 지지체(415)를 따르는 자기장의 요구되는 변화(예를 들어, 자기장의 구배 프로파일)에 기초하여 선택될 수 있다. 구체적으로, 지지체(415) 내의 전기 전도성 재료(425)의 구성은 자기장의 특정 구성에 기초하여 선택될 수 있다. 도 4의 도시된 예에서, d1은 d2보다 작고, d2는 d3보다 크다. 따라서, 대응하는 자기권 반경(r1)은 r2보다 크고, r2는 r3보다 작다.
상기 예에서, 지지체(415)를 위한 유효 자기권 반경은, 지지체(415) 내의 전기 전도성 재료(425)의 부분들 사이의 거리의 변화에 기초하여 지지체(415)의 길이를 따라 감소한 후 증가한다. 이는 단지 하나의 이러한 구성을 나타내며, 지지체(415) 내의 전기 전도성 재료(425)의 구성의 변형은 지지체(415)의 길이를 따라 0이 아닌 구배를 갖는 임의의 자기장에 대해 명백히 고려되며, 이는 도 3a 내지 도 3d에 도시된 구성 및 관련 기술 분야의 일반적 기술자에 의해 인식될 수 있는 임의의 다른 구성을 포함한다.
도 5a 내지 도 5c는 특정 실시예에 따른, 플라스마가 그를 통해 유동할 수 있는 슬롯(540)을 형성하는 예시적인 지지체(515)를 도시한다. 지지체(515)는 자기장 차폐 지지체(515)를 생성하기 위해 전류가 유동할 수 있는 전기 전도성 재료(525)를 포함할 수 있다. 전기 전도성 재료(525)는 지지체(515)의 길이를 따라 0이 아닌 구배를 갖는 자기장을 생성하는, 전술한 구성을 포함하는 임의의 적절한 구성을 가질 수 있다. 또한, 지지체(515)는 지지체(515)와 전기 전도성 재료(525)를 구성하는 재료가 존재하지 않는 슬롯(540)을 형성한다.
지지체(515)에 의해 발생되는 자기장은 예를 들어 자기권 반경에 의해 형성되는 유효 경계에 기초하여 차폐 효과를 가질 수 있지만, 생성된 자기장은 여전히 플라스마가 지지체(515)를 향해서 유동하여 지지체에 충돌하는 것을 허용할 수 있다. 예를 들어, 도 5c에 도시된 바와 같이, 자기권 경계(535)의 외측에서 시작하여, 경계(535) 내에 진입하고, 경계(535) 외측으로 다시 빠져나가는 하나 이상의 자기장선(530)이 존재한다. 플라스마는 자기장선(530)을 따라 진행할 수 있고, 따라서 경계(535) 내의 구역으로부터 완전히 배제되지 않을 수 있다. 그 결과, 플라스마는 플라스마가 지지체(515)의 일부에 충돌하도록 유도하는 자기장선을 따르려고 시도할 수 있다.
특정 실시예에서, 지지체(515)는, 슬롯(540)의 배향이 전기 전도성 재료(525)의 대향 부분들 사이의 자기장선의 배향과 일치하도록, 슬롯(540)을 형성한다. 예를 들어, 슬롯(540)은 자기장선과 동일한 축선 방향을 갖도록 형성될 수 있다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 슬롯(540)은 플라스마 유동 방향으로 배향될 수 있다. 이러한 방식으로, 지지체(515)의 차폐 자기장을 통해 재지향되지 않은 플라스마는 지지체(515)에 충돌하는 대신에 슬롯(540)을 통해 유동할 수 있다.
슬롯(540)의 크기 및 형상은 지지체(515)와 플라스마의 충돌을 최소화하도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 슬롯(540)의 크기는 지지체(515)의 필요한 기계적 강도 및/또는 지지체(515) 내의 전기 전도성 재료의 요구되는 공간 및 구성이 주어지면 최대화될 수 있다. 예를 들어, 도 5a 내지 도 5c에 도시된 바와 같은 권선 구성이 사용되면, 슬롯(540)은 전기 전도성 재료(525)가 존재하지 않는 지지체(515)의 중간 부분에 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 슬롯(540)은 세장형 구멍일 수 있고, 특정 실시예에서, 슬롯(540)은 난형 또는 원형 형상을 가질 수 있다.
슬롯(540)이 예시적인 지지체(515) 내에 제공되지만, 슬롯(540) 또는 임의의 유사한 절개부 또는 구멍이 본원에 개시된 지지체(215, 415, 515, 615)의 임의의 구성 또는 특징과 함께 사용될 수 있다.
도 6은 특정 실시예에 따른, 상이한 단면적을 갖는 복수의 권선을 구비한 전기 전도성 재료(625)를 갖는 예시적인 지지체(615)를 도시한다. 달리 말하면, 지지체(615)는 지지체(615)의 길이를 따라 전류의 가변 밀도를 지지하는 전기 전도성 재료(625)를 포함할 수 있다. 도 4와 관련하여 설명된 실시예와 다르게, 대향 방향으로 전류를 전달하는 전기 전도성 재료(625)의 부분들 사이의 거리는 변할 필요가 없다. 도시된 예에 도시된 바와 같이, 상이한 위치에서 시작 및 정지하는 권선을 제공함으로써 가변적 자기권 반경이 달성될 수 있다. 즉, 권선의 면적이 변할 수 있다.
도 6의 예에 도시된 바와 같이, 전기 전도성 재료(625a)의 권선이 내부 자기 코일(105) 부근의 지지체(615) 내측에서 주위에 루프를 형성할 수 있고, 이에 의해 더 높은 전류 밀도를 갖는 지지체(615) 내의 구역을 생성하고, 따라서 더 큰 자기권 반경을 갖는 자기장을 발생시킨다. 마찬가지로, 전기 전도성 재료(625c)의 권선이 인클로저(110) 부근의 지지체(615) 내측에서 주위에 루프를 형성할 수 있고, 이에 의해, 더 높은 전류 밀도를 갖는 지지체(615) 내의 구역을 생성하고, 따라서, 더 큰 자기권 반경을 갖는 자기장을 발생시킨다. 대조적으로, 지지체(615)의 중간 부근의 전기 전도성 재료(625b)의 권선은 더 큰 면적을 가질 수 있고, 따라서 더 낮은 전류 밀도를 가질 수 있다. 따라서, 지지체(615)의 중간 부근의 자기권 반경은 지지체(615)의 단부에서의 반경보다 작을 수 있다. 이러한 방식으로, 지지체(615)의 길이를 따라 변하고 0이 아닌 구배를 갖는 자기장이 지지체(615) 내의 전기 전도성 재료(625)와 함께 발생될 수 있다.
도 6은 지지체(615) 내에서 상이한 면적 및/또는 상이한 밀도를 갖는 권선을 구비한 전기 전도성 재료(625)의 단지 하나의 예시적인 구성을 도시한다. 전기 전도성 재료(625)의 권선의 배치를 변화시키는 임의의 적절한 구성이 본원에서 고려된다. 예를 들어, 상이한 단면적의 권선을 갖는 전기 전도성 재료(625)의 구성이 지지체(615)의 길이를 따라 변하고 그 방향을 따라 0이 아닌 구배를 갖는 임의의 적절한 자기장을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 특히, 전기 전도성 재료(625)는 도 3a 내지 도 3d에 도시된 자기권 반경 구성 또는 플라스마 손실을 감소시키기 위해 플라스마 가둠 시스템(100) 내에 사용될 수 있는 임의의 다른 구성을 생성하도록 구성될 수 있다.
도 7은 특정 실시예에 따른, 플라스마에 노출되는 구조를 차폐하기 위한 예시적인 방법(700)의 흐름도를 도시한다. 예를 들어, 방법(700)은, 플라스마 내에 배치되거나 침지되는 하나 이상의 구성요소가 기계적 지지를 필요로 하는 플라스마 가둠 시스템, 예를 들어 플라스마 가둠 시스템(100)에서 구현될 수 있다. 방법(700)은 단계(710)에서 시작할 수 있고, 여기서 내부 자기 코일(105)과 같은 하나 이상의 내부 자기 코일이 인클로저의 플라스마 구역 내에 현수된다. 예를 들어, 내부 자기 코일은 플라스마를 제어 및/또는 가두기 위한 자기장을 발생시키기 위해, 예를 들어 융합 프로세스를 사용하여 에너지를 발생시키기 위해 플라스마 가둠 시스템에서 사용될 수 있다. 내부 자기 코일은 유리하게는 내부 자기 코일이 플라스마에 노출되도록 시스템 내의 구역 내에, 예를 들어 시스템의 동작 중에 플라스마가 유동하거나 달리 존재하는 인클로저의 구역 내에 배치될 수 있다. 코일은 코일의 포지션을 유지하고 코일의 위치를 플라스마에 침지되도록 설계되지 않은 플라스마 가둠 시스템의 비차폐 구성요소 또는 다른 구성요소로부터 멀리 유지하기 위한 기계적 지지체를 필요로 할 수 있다.
단계(520)에서, 하나 이상의 지지체가 인클로저 내에 현수되는 하나 이상의 내부 자기 코일을 지지하는데 사용된다. 하나 이상의 지지체는 플라스마 구역 내에 적어도 부분적으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 내부 자기 코일이 플라스마 구역 내에 완전히 침지되면, 지지체는 플라스마 구역 내에서 내부 자기 코일에 결합될 수 있다. 이로 인해, 플라스마 구역 내에서 내부 자기 코일의 배치를 지지하는 대가(tradeoff)로서 플라스마 구역 내에서 플라스마가 지지체에 잠재적으로 충돌할 수 있다.
단계(730)에서, 자기장은 하나 이상의 지지체 각각을 따라 발생될 수 있다. 발생된 자기장은 입사 플라스마로부터 지지체를 차폐 또는 "보호"할 수 있다. 예를 들어, 발생된 자기장은 지지체 부근에서 자기장선을 변경하기 위해 배경 자기장 토폴로지(background magnetic field topology)를 변경할 수 있다. 이는 지지체의 일부와 교차하는 궤적을 갖는 대신에 지지체 주위로 연장되는 자기장선을 생성하는 것을 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 발생된 자기장은 하나 이상의 지지체 각각 내에 배치된 전기 전도성 재료에 공급되는 전류를 사용하여 지지된 내부 자기 코일로/로부터 지지체의 길이를 따라 지지체를 따라 변한다. 특히, 전기 전도성 재료는, 전기가 공급될 때 결과적인 자기장이 지지체의 길이를 따르는 방향으로 0이 아닌 구배를 갖도록, 지지체 내에서 특정 방식으로 구성될 수 있다. 달리 말하면, 지지체에 발생된 자기장의 유효 자기권 반경은 예시적인 지지체(215, 315, 515, 615)에 도시된 바와 같이 그 길이를 따라 변할 수 있다. 이러한 방식으로, 지지체는 플라스마 손실을 감소시키는 자기장을 발생시킬 수 있다.
도 7에 도시된 방법(700)에 대한 수정, 추가 또는 생략이 이루어질 수 있다. 임의의 단계가 병행하여 또는 임의의 적절한 순서로 수행될 수 있다. 또한, 방법(700)은 더 많은, 더 적은, 또는 다른 단계를 포함할 수 있다. 추가적으로, 방법(700)의 단계 중 하나 이상 또는 그 실시예는 플라스마 가둠 시스템(100) 또는 지지체(115, 215, 415, 515 및/또는 615)의 임의의 적절한 구성요소 또는 구성요소의 조합에 의해 수행될 수 있다.
본 개시내용은 본원에 개시된 다양한 실시예 및 예에 대해 설명된 다양한 기술적 장점과 같은 수많은 장점을 제공할 수 있다. 다른 기술적 장점은, 이하의 도면, 설명 및 청구항으로부터 관련 기술 분야의 일반적 기술자에 의해 용이하게 이해될 수 있다. 또한, 특정 장점이 본 개시내용에서 열거되었지만, 다양한 실시예는 열거된 장점의 전부, 일부를 포함하거나 전혀 포함하지 않을 수 있다.
본 개시내용의 범주는 관련 기술 분야의 일반적인 기술자라면 이해할 본원에 설명된 또는 도시된 예시적인 실시예에 대한 모든 변화, 대체, 변경, 대안 및 수정을 포함한다. 본 개시내용의 범주는 본원에서 설명 또는 도시된 예시적인 실시예에 제한되지 않는다. 또한, 본 개시내용은 본원 내의 각 실시예가 특정한 구성요소, 요소, 기능, 동작 또는 단계를 포함하는 것으로 기술 및 도시하고 있지만, 이 실시예 중의 임의의 실시예는 관련 기술 분야의 일반적인 기술자가 이해할 본원에 설명된 또는 도시된 임의의 구성요소, 요소, 기능, 동작 또는 단계의 임의의 조합 또는 변경을 포함할 수 있다. 또한, 첨부된 청구항 내에서의 특정 기능을 수행하도록 적응 또는 배열되거나, 특정 기능을 수행 가능하거나, 특정 기능을 수행하도록 구성 또는 가능화되거나, 특정 기능을 수행하도록 동작식 또는 동작형인 장치 또는 시스템, 또는 장치 또는 시스템의 구성요소에 대한 참조는, 해당 장치, 시스템 또는 구성요소가 그에 따라 적응 또는 배열되거나, 수행 가능하거나, 구성 또는 가능화되거나, 동작식 또는 동작형이라면, 그것 또는 해당 특정 기능의 활성화, 켜짐 또는 잠금해제와 무관하게 해당 장치, 시스템 또는 구성요소를 포함한다.
일부 실시예로 본 개시내용을 설명하였지만, 관련 기술 분야의 일반적 기술자는 수많은 변화, 변경, 대체, 변환 및 수정을 제시할 수 있을 것이고, 본 개시내용은, 첨부된 청구항의 범위 내에 포함되는 것으로서, 그러한 변화, 변경, 대체, 변환 및 수정을 포함할 것이다.

Claims (20)

  1. 플라스마 가둠 시스템이며,
    인클로저,
    플라스마 구역에서 인클로저 내에 현수되는 하나 이상의 내부 자기 코일, 및
    인클로저 내에 현수되는 하나 이상의 내부 자기 코일을 지지하도록 구성되는 하나 이상의 지지체를 포함하고, 하나 이상의 지지체의 각각의 지지체는,
    인클로저의 내부 부분에 결합되는 제1 단부;
    제1 단부와 대향하고 플라스마 구역 내에 배치된 구성요소에 결합되는 제2 단부; 및
    제1 단부와 제2 단부 사이에 배치되는 전기 전도성 재료를 포함하고,
    전기 전도성 재료는, 하나 이상의 전류가 공급될 때, 제1 단부에서 제2 단부로 지지체를 따라 변하는 자기장 구배를 갖는 자기장을 발생시키도록 구성되는, 플라스마 가둠 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 전기 전도성 재료는 전기 전도성 재료의 하나 이상의 제1 부분 및 전기 전도성 재료의 하나 이상의 제2 부분을 포함하고, 전기 전도성 재료는 하나 이상의 제1 부분에서 제1 방향으로 그리고 하나 이상의 제2 부분에서 제1 방향과 대향하는 제2 방향으로 전류를 전도하도록 구성되는, 플라스마 가둠 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 하나 이상의 제1 부분과 하나 이상의 제2 부분 사이의 거리는 제1 단부와 제2 단부 사이에서 지지체를 따라 변하는, 플라스마 가둠 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 전기 전도성 재료는 복수의 권선을 갖는 전기 전도성 재료의 코일을 포함하는, 플라스마 가둠 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 복수의 권선은 하나보다 많은 단면적을 형성하는, 지지체.
  6. 제1항에 있어서, 하나 이상의 지지체 각각은 플라스마 구역 내에서의 플라스마 유동의 방향과 일치하는 축선 방향을 갖는 세장형 구멍을 형성하는 플라스마 가둠 시스템.
  7. 지지체이며,
    플라스마 가둠 시스템의 인클로저의 내부 부분에 결합되는 제1 단부,
    제1 단부와 대향하는 제2 단부로서, 플라스마 구역 내에 배치된 구성요소에 결합되는 제2 단부;
    제1 단부와 제2 단부 사이에 배치되는 전기 전도성 재료를 포함하고,
    전기 전도성 재료는, 하나 이상의 전류가 공급될 때, 제1 단부에서 제2 단부로 지지체를 따라 변하는 자기장 구배를 갖는 자기장을 발생시키도록 구성되는, 지지체.
  8. 제7항에 있어서, 전기 전도성 재료는 전기 전도성 재료의 하나 이상의 제1 부분 및 전기 전도성 재료의 하나 이상의 제2 부분을 포함하고, 전기 전도성 재료는 하나 이상의 제1 부분에서 제1 방향으로 그리고 하나 이상의 제2 부분에서 제1 방향과 대향하는 제2 방향으로 전류를 전도하도록 구성되는, 지지체.
  9. 제8항에 있어서, 하나 이상의 제1 부분과 하나 이상의 제2 부분 사이의 거리는 제1 단부와 제2 단부 사이에서 지지체를 따라 변하는, 지지체.
  10. 제7에 있어서, 전기 전도성 재료는 복수의 권선을 갖는 전기 전도성 재료의 코일을 포함하는, 지지체.
  11. 제10항에 있어서, 복수의 권선은 단일 단면적을 형성하는, 지지체.
  12. 제10항에 있어서, 복수의 권선은 하나보다 많은 단면적을 형성하는, 지지체.
  13. 제7항에 있어서, 하나 이상의 지지체 각각은 플라스마 구역 내에서의 플라스마 유동의 방향과 일치하는 축선 방향을 갖는 세장형 구멍을 형성하는, 지지체.
  14. 제7항에 있어서, 지지체는 자기장에 직교하는 방향으로 더 얇은 타원형의 단면 형상을 포함하는, 지지체.
  15. 방법이며,
    인클로저의 플라스마 구역 내에 현수된 하나 이상의 내부 자기 코일을 배치하는 단계,
    인클로저 내에 현수된 하나 이상의 내부 자기 코일을 지지하기 위해 하나 이상의 지지체를 사용하는 단계로서, 하나 이상의 지지체는 플라스마 구역 내에 적어도 부분적으로 배치되는, 단계,
    하나 이상의 지지체의 각각을 따라 자기장을 발생시키는 단계로서, 자기장은 지지된 내부 자기 코일로/로부터 지지체의 길이를 따라 0이 아닌 자기장 구배를 가지며, 자기장은 하나 이상의 지지체의 각각 내에 배치되는 전기 전도성 재료에 공급되는 전류를 사용하여 발생되는, 단계를 포함하는, 방법.
  16. 제15항에 있어서, 전기 전도성 재료에 공급되는 전류를 사용하는 것은
    전기 전도성 재료의 하나 이상의 제1 부분에서 내부 자기 코일을 향하는 제1 방향으로 전류를 유동시키는 것; 및
    전기 전도성 재료의 하나 이상의 제2 부분에서 내부 자기 코일로부터 멀어지는 제2 방향으로 전류를 유동시키는 것을 포함하는, 방법.
  17. 제16항에 있어서, 하나 이상의 제1 부분과 하나 이상의 제2 부분 사이의 거리는 지지체의 길이를 따라 변하는, 방법.
  18. 제15 항에 있어서, 전기 전도성 재료는 복수의 권선을 갖는 전기 전도성 재료의 코일을 포함하는, 방법.
  19. 제18항에 있어서, 복수의 권선은 하나보다 많은 단면적을 형성하는, 방법.
  20. 제18항에 있어서, 복수의 권선은 단일 단면적을 형성하는, 방법.
KR1020217041254A 2019-07-11 2020-06-29 플라스마 환경에서의 차폐 구조물 KR102630016B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/509,286 2019-07-11
US16/509,286 US11672074B2 (en) 2019-07-11 2019-07-11 Shielding structures in plasma environment
PCT/US2020/040069 WO2021007058A1 (en) 2019-07-11 2020-06-29 Shielding structures in plasma environment

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220032006A true KR20220032006A (ko) 2022-03-15
KR102630016B1 KR102630016B1 (ko) 2024-01-25

Family

ID=71728936

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020217041254A KR102630016B1 (ko) 2019-07-11 2020-06-29 플라스마 환경에서의 차폐 구조물

Country Status (12)

Country Link
US (1) US11672074B2 (ko)
EP (1) EP3997716A1 (ko)
JP (1) JP7342152B2 (ko)
KR (1) KR102630016B1 (ko)
AU (1) AU2020311853B2 (ko)
CA (1) CA3138792C (ko)
CL (1) CL2021003319A1 (ko)
IL (1) IL288337A (ko)
NZ (1) NZ782481A (ko)
SG (1) SG11202112853VA (ko)
WO (1) WO2021007058A1 (ko)
ZA (1) ZA202109643B (ko)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5234529A (en) * 1991-10-10 1993-08-10 Johnson Wayne L Plasma generating apparatus employing capacitive shielding and process for using such apparatus
KR20130132469A (ko) * 2010-11-08 2013-12-04 내셔널 사이언스 센터 하이코프 인스티튜트 오브 피직스 앤드 테크놀로지 (앤에스씨 케이아이피티) 진공 아크 플라즈마 이송 방법 및 장치
WO2014165641A1 (en) * 2013-04-03 2014-10-09 Lockheed Martin Corporation Magnetic field plasma confinement for compact fusion power reactor
US20160011290A1 (en) * 2013-05-21 2016-01-14 Victor Iannello Non-Invasive, In-Vivo Measurement of Blood Constituents Using a Portable Nuclear Magnetic Resonance Device

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3117912A (en) 1954-06-17 1964-01-14 Donald H Imhoff Method of producing neutrons
US3012955A (en) 1958-08-20 1961-12-12 Russell M Kulsrud High temperature reactor
US3218562A (en) * 1960-06-17 1965-11-16 James T Serduke Method and apparatus for acceleration of charged particles using a low voltage direct current supplies
US4229679A (en) 1974-06-05 1980-10-21 Lode Tenny D Plasma control system
US4087322A (en) 1976-09-07 1978-05-02 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Air core poloidal magnetic field system for a toroidal plasma producing device
US4166760A (en) 1977-10-04 1979-09-04 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Plasma confinement apparatus using solenoidal and mirror coils
US4252608A (en) 1979-03-16 1981-02-24 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Generating end plug potentials in tandem mirror plasma confinement by heating thermal particles so as to escape low density end stoppering plasmas
US4436691A (en) 1981-03-24 1984-03-13 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Method and apparatus for the formation of a spheromak plasma
US6077384A (en) * 1994-08-11 2000-06-20 Applied Materials, Inc. Plasma reactor having an inductive antenna coupling power through a parallel plate electrode
KR100260802B1 (ko) 1991-11-01 2000-07-01 요트.게.아. 롤페즈 편향 장치를 구비한 디스플레이 진공관
JPH0722231A (ja) 1993-06-21 1995-01-24 Toshiba Corp Ｍｒｉ装置用超電導マグネット
US5521351A (en) * 1994-08-30 1996-05-28 Wisconsin Alumni Research Foundation Method and apparatus for plasma surface treatment of the interior of hollow forms
US6628740B2 (en) 1997-10-17 2003-09-30 The Regents Of The University Of California Controlled fusion in a field reversed configuration and direct energy conversion
JP2001066389A (ja) 1999-08-27 2001-03-16 Japan Atom Energy Res Inst 第一壁／増殖ブランケット
US6593539B1 (en) 2000-02-25 2003-07-15 George Miley Apparatus and methods for controlling charged particles
US6664740B2 (en) 2001-02-01 2003-12-16 The Regents Of The University Of California Formation of a field reversed configuration for magnetic and electrostatic confinement of plasma
US6611106B2 (en) 2001-03-19 2003-08-26 The Regents Of The University Of California Controlled fusion in a field reversed configuration and direct energy conversion
US7461502B2 (en) * 2003-03-20 2008-12-09 Elwing Llc Spacecraft thruster
DE10358676A1 (de) 2003-12-12 2005-07-07 Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH Glühlampe mit aktivierender Wirkung
US20110170647A1 (en) * 2006-09-27 2011-07-14 Emc2 Method and apparatus for controlling charged particles
US10012709B2 (en) 2012-08-06 2018-07-03 The General Hospital Corporation System for optimized low power MR imaging
US9934876B2 (en) 2013-04-03 2018-04-03 Lockheed Martin Corporation Magnetic field plasma confinement for compact fusion power
US9959942B2 (en) 2013-04-03 2018-05-01 Lockheed Martin Corporation Encapsulating magnetic fields for plasma confinement
US9941024B2 (en) 2013-04-03 2018-04-10 Lockheed Martin Corporation Heating plasma for fusion power using electromagnetic waves
US9959941B2 (en) 2013-04-03 2018-05-01 Lockheed Martin Corporation System for supporting structures immersed in plasma
US9754686B2 (en) 2013-08-20 2017-09-05 University Of Washington Through Its Center For Commercialization Plasma confinement system and methods for use
ES2746302T3 (es) 2014-10-30 2020-03-05 Tae Tech Inc Sistemas y métodos para formar y mantener un plasma en una FRC de alto rendimiento
US20180047461A1 (en) 2015-02-24 2018-02-15 The Trustees Of Princeton University System and method for small, clean, steady-state fusion reactors
US10582604B2 (en) 2016-08-26 2020-03-03 Daniel Prater Device and method for the heating and confinement of plasma

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5234529A (en) * 1991-10-10 1993-08-10 Johnson Wayne L Plasma generating apparatus employing capacitive shielding and process for using such apparatus
KR20130132469A (ko) * 2010-11-08 2013-12-04 내셔널 사이언스 센터 하이코프 인스티튜트 오브 피직스 앤드 테크놀로지 (앤에스씨 케이아이피티) 진공 아크 플라즈마 이송 방법 및 장치
WO2014165641A1 (en) * 2013-04-03 2014-10-09 Lockheed Martin Corporation Magnetic field plasma confinement for compact fusion power reactor
US20160011290A1 (en) * 2013-05-21 2016-01-14 Victor Iannello Non-Invasive, In-Vivo Measurement of Blood Constituents Using a Portable Nuclear Magnetic Resonance Device

Also Published As

Publication number Publication date
US20210014957A1 (en) 2021-01-14
SG11202112853VA (en) 2021-12-30
CL2021003319A1 (es) 2022-07-22
CA3138792C (en) 2024-04-30
WO2021007058A1 (en) 2021-01-14
JP7342152B2 (ja) 2023-09-11
AU2020311853A1 (en) 2021-12-16
BR112021025331A2 (pt) 2022-02-22
US11672074B2 (en) 2023-06-06
ZA202109643B (en) 2023-10-25
JP2022539692A (ja) 2022-09-13
KR102630016B1 (ko) 2024-01-25
CA3138792A1 (en) 2021-01-14
AU2020311853B2 (en) 2023-08-17
EP3997716A1 (en) 2022-05-18
IL288337A (en) 2022-01-01
NZ782481A (en) 2023-07-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2667832B2 (ja) 偏向マグネット
US4734653A (en) Magnetic field apparatus for a particle accelerator having a supplemental winding with a hollow groove structure
EP0276123B1 (en) Magnetic field generating assembly
CN111479379A (zh) 主动返回系统
US3036963A (en) Method and apparatus for injecting and trapping electrons in a magnetic field
US5557172A (en) Plasma beam generating method and apparatus which can generate a high-power plasma beam
US9805901B2 (en) Compact magnet design for high-power magnetrons
US3577317A (en) Controlled fusion reactor
US7619375B2 (en) Electromagnetic wave generating device
KR20230011431A (ko) 자기 거울 머신
US20110274228A1 (en) Nuclear fusion using electrostatic cage and electro-magnetic field
KR102630016B1 (ko) 플라스마 환경에서의 차폐 구조물
JP5496223B2 (ja) アーク・エバポレーターおよびアーク・エバポレーターの操作方法
BR112021025331B1 (pt) Sistema de confinamento de plasma
US20230051124A1 (en) Nuclear fusion apparatus
JP2511990B2 (ja) 偏向マグネット、及びその励磁装置
JP7249906B2 (ja) 超電導コイルおよび超電導磁石装置
JP6124715B2 (ja) マイクロ波イオン源及びイオン引出部
JPH0878200A (ja) 渦電流の作る磁場の制御方法及び装置
JPS6342402A (ja) 重水減速型原子炉の圧力管のまわりで導電性の材料で構成された部材を移動させる装置および方法
Ogawa et al. Development of Faraday-cup-based Fast Ion Loss Detector in Wendelstein 7-X
Berkvens et al. The positron production and acceleration facility at the 90 MeV electron Linac of Ghent State University
JPH02270308A (ja) 超電導偏向電磁石およびその励磁方法
Bryzgunov et al. Electron collector for 2 MeV electron cooler for COSY
US2925505A (en) Device for producing sustained magnetic self-focusing streams

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
A302 Request for accelerated examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant