RU2021136700A

RU2021136700A - Система и способ генерирования и ускорения намагниченной плазмы

Info

Publication number: RU2021136700A
Application number: RU2021136700A
Authority: RU
Inventors: Стивен Джеймс ХОВАРД; Дуглас Харви РИЧАРДСОН; Мишель Джордж ЛАБЕРЖ; Мерритт Уэйн РЕЙНОЛДС; Аарон Мэттью ФРОЭЗ; Келли Бернард ЭПП; Мартин Клиффорд УАЙТ; Яков ГОФМАН
Original assignee: Дженерал Фьюжн Инк.
Priority date: 2019-05-28
Filing date: 2020-05-28
Publication date: 2023-06-28

Claims

1. Система генерирования и ускорения намагниченной плазмы, причем система содержит:

плазменный генератор, содержащий ионизирующие электроды, выполненные с возможностью ионизации газа, и генератор формирующего магнитного поля;

плазменный ускоритель, соединенный по текучей среде с плазменным генератором и содержащий электроды ускорителя, выполненные с возможностью генерирования толкающего тороидального поля, задний по ходу конец плазменного генератора и передний по ходу конец плазменного ускорителя, вместе определяющие ускоряющий промежуток и область релаксации;

генератор обратного полоидального поля, выполненный с возможностью генерирования обратного полоидального поля через ускоряющий промежуток; и

по меньшей мере один источник питания, электрически связанный с ионизирующими электродами и электродами ускорителя и выполненный с возможностью: генерирования намагниченного плазменного тороида с замкнутым полоидальным полем, который перемещается от плазменного генератора к области релаксации, где обратное полоидальное поле находится за намагниченным плазменным тороидом и имеет то же направление поля, что и задний край замкнутого полоидального поля, и имеет направление поля, противоположное формирующему магнитному полю; и генерирования толкающего тороидального поля, чтобы толкать обратное полоидальное поле к замкнутому полоидальному полю, тем самым ускоряя намагниченный плазменный тороид через плазменный ускоритель.

2. Система по п. 1, в которой генератор формирующего магнитного поля содержит по меньшей мере одну магнитную катушку или по меньшей мере один постоянный магнит.

3. Система по п. 1 или 2, в которой генератор обратного полоидального поля содержит по меньшей мере одну магнитную катушку или по меньшей мере один постоянный магнит.

4. Система по любому из пп. 1-3, дополнительно содержащая ферромагнитный материал, расположенный с каждой стороны ускоряющего промежутка для увеличения обратного полоидального поля через ускоряющий промежуток.

5. Система по п. 4, в которой ферромагнитный материал содержит по меньшей мере одно из кольца, кольцевого диска и ряда разнесенных сегментов, ограничивающих один или оба из переднего по ходу конца внутреннего электрода электродов ускорителя и заднего по ходу конца внутреннего электрода ионизирующих электродов.

6. Система по любому из пп. 1-5, в которой количество и расположение магнитного генератора обратного полоидального поля выбраны для генерирования обратного полоидального потока в 0,1–0,25⋅ψ_CT, где ψ_CT – это общий полоидальный поток намагниченного плазменного тороида.

7. Система по пп. 2 и 3, в которой генератор формирующего магнитного поля содержит три формирующие магнитные катушки, а генератор обратного полоидального поля содержит одну магнитную катушку обратного полоидального поля.

8. Система по любому из пп. 1-7, в которой ионизирующие электроды являются кольцевыми и определяют кольцевой канал формирования плазмы.

9. Система по п. 1, в которой плазменный тороид представляет собой компактный тороид или сферический токамак.

10. Система по п. 1, в которой область релаксации выполнена с возможностью расширения и стабилизации в ней плазменного тороида.

11. Система по любому из пп. 1-10, в которой электроды ускорителя являются кольцевыми и определяют кольцевой канал распространения, который сужается внутрь от входа к выходу.

12. Система по любому из пп. 1-11, в которой по меньшей мере один источник питания содержит по меньшей мере одну батарею конденсаторов и выполнен с возможностью подачи первого импульса тока на плазменный генератор, а второго импульса тока на плазменный ускоритель.

13. Способ генерирования и ускорения намагниченной плазмы, причем способ предусматривает этапы, на которых:

ионизируют газ в плазменном генераторе и генерируют формирующее магнитное поле, и генерируют намагниченный плазменный тороид с замкнутым полоидальным полем, который перемещается от плазменного генератора в область релаксации;

генерируют обратное полоидальное поле за намагниченным плазменным тороидом, причем обратное полоидальное поле имеет то же направление поля, что и задний край замкнутого полоидального поля, и имеет направление поля, противоположное направлению формирующего магнитного поля; и

генерируют толкающее тороидальное поле, которое толкает обратное полоидальное поле к замкнутому полоидальному полю, тем самым ускоряя намагниченный плазменный тороид через плазменный ускоритель за плазменным генератором.

14. Способ по п. 13, в котором плазменный генератор содержит кольцевой канал формирования плазмы, и в котором формирование намагниченной плазмы предусматривает нагнетание газа в кольцевой канал формирования плазмы для образования намагниченного плазменного тороида.

15. Способ по п. 13, в котором намагниченный плазменный тороид представляет собой компактный тороид или сферический токамак.

16. Способ по любому из пп. 13-15, в котором газ содержит любой один или смесь водорода, изотопов водорода, неона, аргона, криптона, ксенона и гелия.

17. Способ по любому из пп. 13-16, в котором после генерирования в плазменном генераторе и до ускорения в плазменном ускорителе намагниченный плазменный тороид расширяется и стабилизируется в области релаксации.

18. Способ по любому из пп. 13-17, причем способ дополнительно предусматривает этапы, на которых посылают первый импульс тока на плазменный генератор для ионизации газа и создания замкнутого полоидального поля, и посылают второй импульса тока на плазменный ускоритель для создания толкающего тороидального поля.

19. Способ по любому из пп. 13-18, в котором обратное полоидальное поле создается через ускоряющий промежуток между задним по ходу концом плазменного генератора и передним по ходу концом плазменного ускорителя.

20. Способ по п. 18, в котором генерирование обратного полоидального поля предусматривает генерирование обратного полоидального потока в диапазоне 0,1–0,25⋅ψ_CT, где ψ_CT – это общий полоидальный поток намагниченного плазменного тороида.

21. Способ по любому из пп. 13-20, в котором плазменный ускоритель содержит сужающийся кольцевой канал, и способ дополнительно предусматривает этап, на котором сжимают и нагревают плазменный тороид во время ускорения через сужающийся кольцевой канал.