TW202029218A - 用於電漿自壓縮的方法及系統 - Google Patents

Abstract

本發明描述用於經由電漿之帶正電粒子群組與帶負電粒子群組之間的電磁相互作用來壓縮電漿的系統及方法。

Description

用於電漿自壓縮的方法及系統

對相關申請案之交叉參考

本申請案主張2018年10月19日申請之美國臨時申請案第62/747,974號的權利及優先權，所述申請案特此以全文引用之方式併入。

由於具有相同電荷正負號之粒子之間的排斥電力，將帶電粒子集中於真空中可具有挑戰性。隨時間推移，具有相同電荷正負號之群組中的帶電粒子之間的排斥力將導致電荷分離且減小電荷密度。增加及維持電荷密度對於許多技術係有用的，包括融合、離子及電子源，以及實驗物理研究。

本文中描述之方法、系統及設備用於壓縮電漿，諸如包含帶負電粒子及帶正電粒子（諸如，電子及一或多個正離子或負離子）之電漿。藉由壓縮電漿，可使電漿內具有不同正負號之帶電粒子的群組更靠近，從而能夠產生帶電粒子之極密集群組。

在一個態樣中，揭示真空系統、電漿壓縮系統及融合阱系統。舉例而言，此態樣之一種系統可包含：第一粒子源，其經配置以沿著軸線導引帶負電粒子；第二粒子源，其經配置以沿著軸線導引帶正電粒子；第一電壓元件，其沿著軸線配置以用於控制來自第一粒子源之帶負電粒子的第一軸向速度；及第二電壓元件，其沿著軸線配置以用於控制來自第二粒子源之帶正電粒子的第二軸向速度。

將瞭解，如本文中所使用之術語電壓元件可指為了諸如以下各者之共同的功能而一起操作之多個個別電壓元件：使帶電粒子之群組加速，使帶電粒子之群組減速，作為帶電粒子阱之一個末端，使帶電粒子之群組聚焦或塑形，或其類似者。作為實例，在一些實施例中，第一電壓元件對應於第一對電壓元件。視情況，第二電壓元件對應於第二對電壓元件。在一些實施例中，相互作用區定位於第一對電壓元件之間及第二對電壓元件之間。實例電壓元件包括環形電極。舉例而言，多個環形電極可用以形成帶電粒子加速透鏡、帶電粒子減速透鏡、帶電粒子聚焦或單透鏡，或帶電粒子塑形透鏡

控制電路系統亦可包括於此態樣之系統中。舉例而言，控制電路系統可經組態以：控制施加至第一電壓元件之電位以沿著軸線導引帶負電粒子之第一群組，諸如自軸線徑向延伸且特徵在於第一徑向分佈之帶負電粒子的第一群組；控制施加至第二電壓元件之電位以沿著軸線導引帶正電粒子之第二群組，諸如自軸線徑向延伸且特徵在於第二徑向分佈之帶正電粒子的第二群組；控制施加至第一電壓元件及第二電壓元件之電位以控制帶負電粒子之第一群組的第一軸向速度及帶正電粒子之第二群組的第二軸向速度，且當帶負電粒子之第一群組及帶正電粒子之第二群組正在相反方向上移動時同時將帶負電粒子之第一群組及帶正電粒子之第二群組定位於相互作用區中。在實施例中，在相互作用區中的帶負電粒子之第一群組與帶正電粒子之第二群組之間的相互作用可導致第一徑向分佈或第二徑向分佈中之一者或兩者變窄。帶電粒子群組之徑向分佈的變窄在本文中可視情況被稱作壓縮、電漿壓縮或電漿自壓縮。在一些狀況下，控制施加至電壓元件之電位在本文中可被稱作控制電壓元件。

以上描述可對應於帶電粒子之群組的單次相互作用。然而，諸如藉由使帶電粒子之群組在電壓元件之間振盪，可發生多次重複的相互作用。在一些實施例中，控制電路系統經進一步組態以：控制第一電壓元件及第二電壓元件以控制帶負電粒子之第一群組的第一軸向速度及帶正電粒子之第二群組的第二軸向速度，從而重新導引帶負電粒子之第一群組及帶正電粒子之第二群組，且當帶負電粒子之第一群組及帶正電粒子之第二群組正在相反方向上移動時同時將帶負電粒子之第一群組及帶正電粒子之第二群組重新定位於相互作用區中持續額外時間。在一些實施例中，在相互作用區中的帶負電粒子之第一群組與帶正電粒子之第二群組之間的進一步相互作用導致第一徑向分佈或第二徑向分佈中之一者或兩者進一步變窄。

可使用用於所揭示系統之各種帶電粒子組態。舉例而言，在一些實施例中，帶負電粒子之第一群組包含電子射束或電子聚束。視情況，帶正電粒子之第二群組包含正離子射束或正離子聚束。在一些實施例中，帶正電粒子之第二群組包含兩個或多於兩個不同的正離子種類。視情況，可使用帶電粒子之多個分開的群組，諸如多個正離子群組、多個負離子群組或多個電子群組。視情況，帶電粒子可經由電漿團產生。換言之，在本文中所描述之任何系統中，電漿團可用作帶正電粒子源、帶負電粒子源或其兩者。

可實施所揭示系統之元件的各種幾何配置。舉例而言，在一些實施例中，軸線為線性的。電壓元件可視情況沿著軸線線性地分佈。視情況，軸線之至少一部分為彎曲的。彎曲軸線之使用可適用於實施具有環形組態之真空系統、電漿壓縮系統或融合阱系統。舉例而言，此態樣之系統可進一步包含一或多個帶電粒子偏轉器，其經配置以偏轉帶負電粒子之第一群組及帶正電粒子之第二群組，使得軸線對應於環形組態。

在操作中，此態樣之系統可使用任何適合數目及性質之帶電粒子。在一些實施例中，相互作用區包括相等數目個帶負電粒子及帶正電粒子，諸如當帶負電粒子之第一群組及帶正電粒子之第二群組同時定位於相互作用區中時。使用相等數目個帶正電粒子及帶負電粒子可適用於減少或消除由於帶電粒子群組中之不同粒子之間的電場效應而導致的帶電粒子群組自膨脹。如下文進一步詳細解釋，當相等數目個帶正電粒子及帶負電粒子同時存在於空間中之同一區中時，帶電粒子之間的空間電荷效應可傾向於抵消，從而最小化帶正電粒子及帶負電粒子之重疊群組的自膨脹。

來自不同群組之帶電粒子彼此緊密接觸的相互作用區可具有任何所要組態。舉例而言，帶負電粒子之第一群組的特徵可為第一體積，而帶正電粒子之第二群組的特徵可為第二體積。相互作用區可視情況對應於第一體積與第二體積重疊之區。在一些實施例中，電壓元件或真空腔室壁例如可在系統內，諸如在相互作用區處建立無場區。在特定實施例中，第一電壓元件及第二電壓元件在相互作用區處建立無場區。

帶電粒子阱可與此態樣之系統一起使用以累積群組中之一定數目的帶電粒子。視情況，此態樣之系統進一步包含第一帶電粒子阱，其經定位以接收來自第一粒子源之帶負電粒子。視情況，此態樣之系統進一步包含第二帶電粒子阱，其經定位以接收來自第二粒子源之帶正電粒子。實例帶電粒子阱可包括在空間上彼此分離之複數個電壓元件，其中控制所施加之電位（亦即，電壓）以使帶電粒子停留在電壓元件之間持續一段時間。藉由將額外帶電粒子添加至帶電粒子阱，可產生大量帶電粒子之群組。

在一些實施例中，電壓元件可作為帶電粒子靜電鏡進行操作。當一對電壓元件作為一對帶電粒子靜電鏡進行操作且在空間上彼此分離時，電壓元件可起作用以將帶電粒子捕集於其間的空間中，其中粒子在所述對靜電鏡之間自一側至另一側振盪。視情況，第一電壓元件對應於第一對電壓元件，而第二電壓元件對應於第二對電壓元件，其中控制電路系統經進一步組態以控制施加至第一對電壓元件及第二對電壓元件之電位，以控制帶負電粒子之第一群組的第一軸向速度及帶正電粒子之第二群組的第二軸向速度，從而使帶負電粒子之第一群組在第一對電壓元件之間振盪且使帶正電粒子之第二群組在第二對電壓元件之間振盪，以便當帶負電粒子之第一群組及帶正電粒子之第二群組正在相反方向上移動時同時將帶負電粒子之第一群組及帶正電粒子之第二群組重複地定位於相互作用區中。此組態可有利地允許帶電粒子群組之間的多次相互作用，且因此，提供電漿自壓縮之多次機會以集中帶電粒子群組，增加粒子群組體積密度及/或減小帶電粒子群組空間或徑向分佈。

如上文所提到，帶電粒子之多個不同群組可包括於所揭示系統中。舉例而言，此態樣之系統可進一步包含第三粒子源，其經配置以沿著軸線導引帶正電粒子，其中第二電壓元件（或額外電壓元件）經進一步配置以用於控制來自第三粒子源之帶正電粒子的第三軸向速度，諸如自軸線徑向延伸且特徵在於第三徑向分佈之帶正電粒子的第三群組。視情況，第二粒子源與第三粒子源相同。視情況，控制電路系統可經組態以或經進一步組態以控制第一電壓元件及第二電壓元件，以控制帶負電粒子之第一群組的第一軸向速度、帶正電粒子之第二群組的第二軸向速度及帶正電粒子之第三群組的第三軸向速度，且當帶負電粒子之第一群組在與帶正電粒子之第二群組及帶正電粒子之第三群組相反的方向上移動時同時將帶負電粒子之第一群組、帶正電粒子之第二群組及帶正電粒子之第三群組定位於相互作用區中。在此組態中，在相互作用區中的帶負電粒子之第一群組、帶正電粒子之第二群組及帶正電粒子之第三群組之間的相互作用可導致第一徑向分佈、第二徑向分佈或第三徑向分佈中之一或多者變窄。舉例而言，帶電粒子之三個群組的使用可促進將系統用作融合系統。

視情況，控制電路系統可經組態以控制第二軸向速度或第三軸向速度中之一者或兩者，以增加帶正電粒子之第二群組與帶正電粒子之第三群組之間的相對速度。使帶正電粒子之不同群組之間具有相對速度可允許來自不同群組之個別帶電粒子彼此碰撞且經歷融合。視情況，此態樣之系統可進一步包含直接能量轉換器，諸如經組態以進行以下操作之直接能量轉換器：自帶正電粒子之第二群組及帶正電粒子之第三群組的帶正電粒子之間的融合反應收集帶電融合產物，且將來自所收集之帶電融合產物的諸如動能之能量轉換成電能。

各種直接能量轉換器可與本文中所描述之系統一起使用。舉例而言，直接能量轉換器視情況包含環繞相互作用區之收集柵格。視情況，系統可進一步包含一或多個電容器，其配置成與直接能量轉換器電連通以用於儲存電能。其他直接能量轉換器可包括接收或收集融合產物且將融合產物中所含有之能量轉換成熱的元件。熱可用以直接發電或經由諸如蒸汽渦輪機之一或多個中間系統發電。

將瞭解，除本文中所描述之彼等組件以外，此態樣之系統亦可視情況包括額外或較少組件。

在另一態樣中，本文中描述用於集中帶電粒子之方法。此態樣之方法可由本文中所揭示之系統或其他系統執行。舉例而言，用於集中帶電粒子之方法可對應於用於誘發電漿壓縮或電漿自壓縮之程序。用於集中帶電粒子之方法可適用於例如融合阱系統及其他融合系統中。

此態樣之實例方法包含：沿著軸線導引帶負電粒子之第一群組，諸如自軸線徑向延伸且特徵在於第一徑向分佈之帶負電粒子的第一群組；沿著軸線導引帶正電粒子之第二群組，諸如自軸線徑向延伸且特徵在於第二徑向分佈之帶正電粒子的第二群組；及控制帶負電粒子之第一群組的第一軸向速度及帶正電粒子之第二群組的第二軸向速度，以當帶負電粒子之第一群組及帶正電粒子之第二群組正在相反方向上移動時同時將帶負電粒子之第一群組及帶正電粒子之第二群組定位於相互作用區中。在實施例中，在相互作用區中的帶負電粒子之第一群組與帶正電粒子之第二群組之間的相互作用導致第一徑向分佈或第二徑向分佈中之一者或兩者變窄。如下文更詳細地描述，徑向分佈之此變窄在本文中可被稱作自壓縮或電漿自壓縮，此係因為當帶正電粒子及帶負電粒子在相反方向上行進時，在其彼此重疊時會發生此情況。在一些實施例中，帶負電粒子之第一群組包含電子射束或電子聚束。視情況，帶正電粒子之第二群組包含正離子射束或正離子聚束。視情況，帶正電粒子之第二群組包含兩個或多於兩個不同的正離子種類。

視情況，此態樣之方法可進一步包含：控制帶負電粒子之第一群組的第一軸向速度及帶正電粒子之第二群組的第二軸向速度，以重新導引帶負電粒子之第一群組及帶正電粒子之第二群組，且當帶負電粒子之第一群組及帶正電粒子之第二群組正在相反方向上移動時同時將帶負電粒子之第一群組及帶正電粒子之第二群組重新定位於相互作用區中持續額外時間。在相互作用區中的帶負電粒子之第一群組與帶正電粒子之第二群組之間的進一步相互作用可導致第一徑向分佈或第二徑向分佈中之一者或兩者進一步變窄。以此方式，帶正電粒子之群組與帶負電粒子之群組之間的重複相互作用可建立重複的自壓縮且產生帶電粒子之緊密集中的群組。

各種幾何組態可與本文中所描述之方法一起使用。舉例而言，在一些實施例中，軸線可為線性軸線。視情況，軸線之至少一部分可為彎曲的。視情況，此態樣之方法可進一步包含偏轉帶負電粒子之第一群組及帶正電粒子之第二群組，使得軸線對應於環形組態。線性組態及環形組態進一步詳細描述於本文中。

視情況，此態樣之方法包括使相等數目個帶負電粒子與帶正電粒子在相互作用區中重疊。此組態可有利地導致最小化或消除靜電粒子間相互作用，靜電粒子間相互作用可傾向於散佈個別帶電粒子群組。視情況，當帶負電粒子之第一群組及帶正電粒子之第二群組同時定位於相互作用區中時，相互作用區包括相等數目個帶負電粒子及帶正電粒子。在一些實例中，相互作用區對應於為帶負電粒子之第一群組所特有的第一體積與為帶正電粒子之第二群組所特有的第二體積重疊的區。

如上文及本文中關於所揭示系統而描述，電壓元件可用以控制此態樣之方法中的帶電粒子之速度及位置。舉例而言，第一電壓元件可經組態以控制帶負電粒子之第一群組的第一軸向速度。視情況，第二電壓元件經組態以控制帶正電粒子之第二群組的第二軸向速度。視情況，此態樣之方法可進一步包含在第一電壓元件與第二電壓元件之間建立無場區。

如上文及本文中關於所揭示系統而描述，粒子源可用以產生帶電粒子。另外，帶電粒子阱可用以儲存及/或累積一定數目的帶電粒子以供用於此態樣之方法中。舉例而言，在一些實施例中，此態樣之方法包含或進一步包含使用第一粒子源產生帶負電粒子之第一群組。視情況，此態樣之方法包含或進一步包含將帶負電粒子之第一群組儲存於第一帶電粒子阱中。視情況，導引帶負電粒子之第一群組可包括使第一帶電粒子阱中之帶負電粒子之第一群組在第一方向上加速。視情況，此態樣之方法包含或進一步包含使用第二粒子源產生帶正電粒子之第二群組。視情況，此態樣之方法包含或進一步包含將帶正電粒子之第二群組儲存於第二帶電粒子阱中。視情況，導引帶正電粒子之第二群組包括使第二帶電粒子阱中之帶正電粒子之第二群組在第二方向上加速。

在一些實施例中，帶電粒子之群組可來回振盪，諸如在作為靜電鏡元件進行操作之電壓元件之間，以允許在相反方向上行進之帶電粒子的不同群組之間的重複相互作用。舉例而言，導引帶負電粒子之第一群組視情況包括使帶負電粒子之第一群組在沿著軸線配置之第一對電壓元件之間振盪。視情況，導引帶正電粒子之第二群組包括使帶正電粒子之第二群組在沿著軸線配置之第二對電壓元件之間振盪。此組態可視情況適用於帶負電粒子之第一群組及帶正電粒子之第二群組，以當帶負電粒子之第一群組及帶正電粒子之第二群組正在相反方向上移動時重複地同時定位於相互作用區中。以此方式，可能發生多次自壓縮，從而導致帶電粒子之緊密集中的群組。

此態樣之方法亦可適用於產生、促進或實現帶電粒子之間的融合反應。舉例而言，此態樣之方法可進一步包含沿著軸線在第三方向上導引帶正電粒子之第三群組，諸如自軸線徑向延伸且特徵在於第三徑向分佈之帶正電粒子的第三群組。在實施例中，所述方法可控制帶負電粒子之第一群組的第一軸向速度、帶正電粒子之第二群組的第二軸向速度及帶正電粒子之第三群組的第三軸向速度，以當帶負電粒子之第一群組在與帶正電粒子之第二群組及帶正電粒子之第三群組相反的方向上移動時同時將帶負電粒子之第一群組、帶正電粒子之第二群組及帶正電粒子之第三群組定位於相互作用區中。在相互作用區中的帶負電粒子之第一群組、帶正電粒子之第二群組及帶正電粒子之第三群組之間的相互作用可導致第一徑向分佈、第二徑向分佈或第三徑向分佈中之一或多者變窄。

由於帶正電粒子之不同群組之間的相對速度，來自一個群組之個別帶正電粒子可與來自另一群組之個別正帶電粒子碰撞且經歷融合。視情況，此態樣之方法可包括：控制第二軸向速度或第三軸向速度中之一者或兩者，以增加帶正電粒子之第二群組與帶正電粒子之第三群組之間的相對速度；以及自帶正電粒子之第二群組及帶正電粒子之第三群組的帶正電粒子之間的融合反應收集帶電融合產物。來自所收集之帶電融合產物的動能可有利地轉換成電能，且視情況儲存於一或多個電容器或其他電荷儲存裝置中。

可參考以下詳細描述及隨附圖式來獲得對本發明實施例之性質及優點的較佳理解。

定義

一般而言，本文中所使用之術語及片語具有其在此項技術中公認的含義，其可參考熟習此項技術者已知之標準本文、期刊參考文獻及上下文來找到。提供以下定義以闡明其在本發明之上下文中的特定用途。

「粒子源」係指可產生帶電粒子之裝置或組件。粒子源可為帶負電粒子源或帶正電粒子源。粒子源可使用發射裝置或離子化裝置，其可使用施加至一或多個電極之電壓或電流來將電子與材料分離。在一些狀況下，在衝擊離子化方案中使電子與氣體分離，其中電子導向氣體原子或分子且經由電子衝擊自氣體原子或分子移除電子以產生帶正電離子。在一些狀況下，電子係自諸如熱離子發射器之發射元件直接發射，發射元件在經加熱時可發射電子。粒子源可包括用於使所產生之帶電粒子加速的電極。

「帶負電粒子」係指具有可能由於粒子中之電子數目大於質子數目而具有負電荷的原子、次原子或分子種類。帶負電粒子包括分子及原子陰離子種類，以及個別電子。

「帶正電粒子」係指具有可能由於粒子中之質子數目大於電子數目而具有正電荷的原子、次原子或分子種類。帶正電粒子包括分子及原子陽離子種類，以及個別質子或氫核。

「電壓元件」係指導電裝置，其可藉由將電壓施加至裝置來保持在任何所要電位下。電壓元件可包括電極，諸如環形電極或板狀電極。電壓元件可具有任何合適的形狀，包括環形或圓環形、圓柱形、板形或長方體形。在一些狀況下，電壓元件可包括多個個別組件，諸如多個電極元件或子元件。舉例而言，單透鏡為由保持在受控電壓下之複數個個別電極構成且用以聚焦通過電極之帶電粒子的電壓元件。

「軸向速度」係指物件沿著軸線橫移之速度。在一些狀況下，軸向速度係指速度向量之平行於軸線的分量之量值。在一些狀況下，軸向速度係指沿著軸線行進之物件的群組之平均或總體速度。

「控制電路系統」係指經互連以允許或能夠改變電特性作為輸出且可視情況接收識別電特性可如何改變之輸入的一或多個電組件。控制電路系統可能夠隨時間改變或調整輸出電特性。在一些狀況下，控制電路系統可包括處理器或積體電路，其用於執行可確定何輸出應依據時間而變化的指令。控制電路系統可使用輸入，諸如感測器輸入或使用者輸入，以提供對輸出電特性之調整。實例輸出電特性可包括AC及DC電壓、AC及DC電流、開關信號及其類似者。

「帶電粒子群組」或「帶電粒子之群組」係指複數組一或多個帶電粒子。帶電粒子群組可包括配置成彼此接近且一起以共同速度行進的粒子。帶電粒子群組一般係指具有相同電荷正負號（亦即，正或負）之粒子。舉例而言，帶電粒子群組可為帶負電粒子之群組或帶正電粒子之群組。在一些狀況下，帶電粒子群組可為電漿。帶電粒子群組包括帶電粒子之射束或帶電粒子之聚束。「帶電粒子之射束」或「帶電粒子射束」可指帶電粒子之縱向延伸分佈，其可自粒子源連續地串流傳輸。「帶電粒子之聚束」或「帶電粒子聚束」可指帶電粒子之離散群組，其亦可被稱作包束、聚束、小束，或指示粒子群組不連續之其他術語。在實施例中，帶電粒子之群組可沿著軸線整體地行進，且可具有位於相距軸線非零距離處之位置，意謂粒子群組可沿著軸線軸向地居中，但個別粒子可能未必全部準確地處於軸線上，而可替代地自軸線移位。

「徑向分佈」係物件圍繞點或軸線定位之距離的描述。徑向分佈可反映物件之統計位置。取決於由分佈所描述之物件的位置，徑向分佈可以參考點或軸線為中心，或可自點或軸線移位。徑向分佈之變窄可指描述特徵在於分佈之物件變得更靠近在一起或較少散佈的徑向分佈之改變。就高斯分佈而言，較窄高斯分佈具有較小標準偏差。舉例而言，帶電粒子群組之徑向分佈可描述群組中之帶電粒子相對於軸線的統計位置。在一些實施例中，帶電粒子群組之徑向分佈可由高斯分佈描述或特性化。變窄之粒子群組的徑向分佈可指特性化粒子相對於軸線之位置改變以具有較小標準偏差的高斯分佈。帶電粒子群組之徑向分佈的變窄之特徵亦可能在於或指示粒子群組之電荷或數量密度逐漸增加。

「同時定位」於同一部位處之帶電粒子群組與帶電粒子群組的「重疊」係指帶電粒子之相異群組佔據共同空間區，使得粒子可被視為互混的。將瞭解，兩個粒子無法佔據同一準確位置，因此粒子之兩個或多於兩個群組的重疊可指具有相同中心位置或同置於粒子之其他群組之範圍內的中心位置的群組。在一些實施例中，帶電粒子群組之特徵可為體積，諸如描述群組中之群組之最大範圍的體積，諸如俘獲群組中之所有粒子的最小圓柱體積。重疊的帶電粒子群組或同時定位於同一部位處的帶電粒子群組可指示兩個或多於兩個粒子群組之特性體積在空間中至少部分地重疊。

「相互作用區」係指真空系統、電漿壓縮系統或融合阱之一部分，在其中帶電粒子群組可重疊。在一些實施例中，相互作用區可指在真空系統、電漿壓縮系統或融合阱之操作期間帶電粒子群組進行重疊、已重疊或將重疊的空間。在一些實施例中，相互作用區可被稱作無場區或漂移區，或可經組態以具有無場組態，其中並不有意引入電位以使帶電粒子群組加速、減速、聚焦或偏轉。無場區可具有由鄰近於相互作用區之電壓元件提供的場強度，其為零、接近零或低於臨限值，對於臨限值，帶電粒子加速、減速、聚焦效應或偏轉不影響帶電粒子之軌跡。然而，在無場區中，帶電粒子之間可能存在電場及磁場相互作用。可藉由將至少兩個電壓元件在空間中定位成彼此隔開及在電壓元件中之每一者上建立共同電位來在真空系統、電漿壓縮系統或融合阱中建立無場區。在一些狀況下，無場區不含電極或電壓元件。在一些狀況下，無場區可包括一或多個電極或電壓元件，其全部具有共同電位，諸如匹配存在於無場區之邊緣處的電極之電位的電位。在一些狀況下，無場區可接地（亦即，電極電位發送至0 V或接地）。視情況，無場區可由諸如真空腔室壁之接地元件環繞。在一些實施例中，無場區可具有非零電位，但由於存在於無場區或周圍之電極或電壓元件處的共同非零電位，仍展現無場組態。將瞭解，雜散場可存在於無場區中，但所述區可仍被視為無場區，其限制條件為並不有意地藉由鄰近於無場區之電壓元件施加場。

「融合」係指兩個原子核接合在一起以形成一或多個不同原子核之程序。舉例而言，兩個氫核之融合可形成氦核。能量可以光子及/或產物粒子中之動能之形式自融合反應釋放。在一些實施例中，由融合反應釋放之能量可俘獲及儲存於能量儲存裝置中。舉例而言，由融合反應產生之帶電粒子的動能可俘獲及儲存於電容器中。在一些實施例中，直接能量轉換器，諸如對應於環繞相互作用區之一或多個電極的收集柵格，可用以俘獲由融合反應釋放之能量。

本發明描述用於經由電漿之帶正電粒子群組與帶負電粒子群組之間的電相互作用及磁相互作用來壓縮電漿的系統及方法。帶正電粒子群組及帶負電粒子群組可在同軸組態中（亦即，沿著共同軸線）導向彼此（亦即，具有相反的速度方向），且當群組重疊（亦即，存在於同一空間體積中使得重疊區中之總電荷為零或個別地比群組中之每一者更接近零）時，群組可曝露於傾向於朝向共同軸線導引群組中之帶正電粒子及帶負電粒子的力。此類力在本文中可被稱為徑向壓縮力，且經受此類力之帶正電粒子及帶負電粒子之群組可被稱作經受徑向壓縮。以此方式可達成徑向壓縮，此係因為每一粒子在重疊期間所曝露於的有效電場可為零或極小（由於在重疊時正電荷與負電荷抵消，從而導致在重疊期間總電荷為零或電荷接近於零），而每一粒子在重疊期間所曝露於的有效磁場可徑向地壓縮帶正電粒子之群組及帶負電粒子之群組兩者。若允許群組以此方式重複地相互作用，則群組壓縮可導致帶電粒子高度集中之緊密壓縮的群組。帶電粒子群組之實例可包括帶電粒子之包束或聚束或帶電粒子之射束。

可使用帶正電粒子之多個群組，而非僅朝向帶負電粒子之群組導引帶正電粒子之單一群組。舉例而言，可朝向帶負電粒子之群組導引帶正電粒子之兩個不同群組。經由所有群組之共同重疊區處的電荷之抵消，總的電力及磁力可導致群組中之每一者的徑向壓縮以及帶正電粒子及帶負電粒子之集中度或數量密度的增加。

此組態可適用於射束間或聚束間融合。舉例而言，當兩個帶正電離子群組正以不同速度（亦即，其中其間具有相對速度）行進時，可發生來自一個群組之帶正電離子與來自另一群組之帶正電粒子之間的融合。藉由經由帶正電離子群組與帶負電粒子群組之重疊來集中帶正電離子之群組（亦即，增加群組內之數量密度），可增加將發生融合之機率。 I.  粒子射束及聚束

可例如在真空系統中將諸如電子及離子（例如，氫離子、氦離子等）之帶電粒子組合成穩定的射束及聚束。圖1中所描繪之實例真空系統100包括真空腔室105。實例粒子射束包括可使用諸如單透鏡、環形電極或靜電偏轉器之電壓元件110產生及聚焦或偏轉之電子射束。類似地，可產生及聚焦或偏轉離子射束。在一些狀況下，可產生連續的粒子射束，諸如包含可由粒子源115、117補充之連續流動的粒子串流。視情況，粒子可組合成聚束或包束，其包括分組成有限體積之複數個個別粒子。帶電粒子射束及聚束，在本文中亦被稱作帶電粒子之群組120、122或帶電粒子群組120、122，可經受各種力，諸如由例如磁場及電場產生之磁力及電力。帶電粒子群組120、122可藉由粒子源115、117沿著軸線125導引，且可自軸線125延伸及/或其特徵在於圍繞軸線125之徑向分佈。帶電粒子群組120、122圍繞軸線125之徑向分佈可反映帶電粒子群組120、122之大小，其中較小或較窄徑向分佈對應於帶電粒子120、122之較緊密、較小或較高度壓縮的群組。徑向分佈亦可或替代地對應於帶電粒子群組120、122可佔據之空間中的體積或帶電粒子群組120、122可存在之空間中的體積之範圍。對於帶電粒子群組120、122內之固定數目個帶電粒子，徑向分佈亦可與帶電粒子之數量密度有關，此係因為固定數目個帶電粒子分組得愈緊密，則體積愈小且其數量密度愈高。

帶電粒子群組120、122在存在帶正電粒子及帶負電粒子兩者之電漿上可能為相異的。當帶正電粒子群組120及帶負電粒子群組122置放於空間中之同一實體體積中時，群組可對應於電漿或展現類似於電漿之性質的性質。

可在真空系統內使帶電粒子群組120、122加速或減速以控制其運動（亦即，速度及位置）。在一些狀況下，圓柱環形電極可用於控制帶電粒子群組120、122沿著軸線125之運動。在一些實施例中，可使帶電粒子群組120、122在作為靜電鏡進行操作之電壓元件110之間振盪。對於一些實施例，振盪運動可為有利的，此係因為在單次通過中心無場相互作用區130之後，帶電粒子群組120、122內之帶電粒子可能不會由於與真空腔室之壁碰撞而丟失，且可藉助於在靜電鏡之間的相互作用區130內多次通過而展現較長使用壽命。帶電粒子群組120、122之速度可藉由通過保持在帶電粒子之較低電位（例如，在帶負電粒子之狀況下為較大正電壓，及在帶正電粒子之狀況下為較大負電壓）下的環形電極來控制。以此方式，可將粒子之速度控制至任何所要值。

關於靜電鏡之其他細節可見於以下各者中：美國專利第6,744,042號；D. Zajfman等人的「《用於長期儲存快速離子射束之靜電瓶（Electrostatic bottle for long-time storage of fast ion beams）》」，Physical Review A，第55卷，第3期，第R1577至R1580頁（1997年）；Pedersen等人的「《離子阱共振器中之離子運動同步（Ion Motion Synchronization in an Ion-Trap Resonator）》」，Phys. Rev. Lett.，第055001至055004頁，87（2001年）；Pedersen等人的「《離子阱共振器中之擴散及同步（Diffusion and synchronization in an ion-trap resonator）》」，Physical Review A，第65卷，第042704頁（2002年）；Andersen等人的「《具有靜電環及阱的物理學（Physics with electrostatic rings and traps）》」，J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 37（2004年），R57至R88；及Attia等人的「《儲存於靜電離子射束阱中的離子之橫向運動學（Transverse kinematics of ions stored in an electrostatic ion beam trap）》」，Nucl. Ins. and Methods in Physics Research A，547，第279至286頁（2005年），以上所有者特此以全文引用之方式併入。A. 粒子源

帶電粒子可由粒子源115、117產生。帶正電粒子群組120及帶負電粒子群組122兩者可由各種粒子源115產生。舉例而言，電子源117可用以產生自由電子（亦即，未鍵結至原子或分子之電子），其可形成為電子射束或電子聚束。實例電子源117為經加熱發射器，其可包含被加熱至一定溫度之材料，在所述溫度下，賦予電子之熱能高於材料之功函數，從而允許電子自材料逸出。低功函數材料，諸如各種金屬氧化物、耐火金屬及合金以及過渡金屬六硼化物、硼化物及碳化物，可為適用於經加熱發射器之材料。經加熱發射器可併入至電子源117中，電子源包括可使電子加速及聚焦之一或多個電極或電壓元件。

離子源115可比電子源複雜，此係因為可簡單地發射電子而無需分開的原子材料源。一般而言，離子源115可包括質量流量控制器，其經由真空饋通件將可離子化氣體流導引至真空腔室中。在饋通件之末端附近，可藉由在兩個電極之間提供高電壓來產生放電。放電可對應於電子電弧，且可離子化氣體可曝露於或通過電弧，且氣體內之原子可藉助於電子衝擊離子化而變得離子化。一或多個電極或電壓元件可用以使離子加速及聚焦。

在一些狀況下，取決於組態，高能電子射束或聚束可用於代替放電或電子電弧來產生離子。舉例而言，可離子化氣體可通過或進入電子射束或電子聚束之路徑中，且電子射束與可離子化氣體之間的碰撞可導致電子衝擊離子化及帶正電離子之形成。

為了產生電子或離子射束，可以連續方式操作粒子源115、117。為了產生電子或離子聚束，可視情況以脈衝式或開關方式操作粒子源115、117。在一些狀況下，粒子阱可用以群聚帶電粒子，如下文更詳細地論述，且可與連續或脈衝式粒子源一起使用。B. 離子阱及電子阱

諸如電子阱及離子阱之粒子阱可適用於產生帶電粒子聚束，且適用於在一定體積中累積一定數目的帶電粒子以例如增加粒子密度。為了消除與始終必須產生新帶電粒子相關聯之損失，離子阱及電子阱可為有益的。在質譜法中使用離子阱及電子阱以藉由將離子或帶電粒子長時間捕集於受控環境中來研究離子及其他帶電粒子。一些實施例利用由充當離子及電子兩者之靜電鏡的電極之子集組成的離子阱及電子阱之一或多個集合。靜電鏡為上面施有電壓以便產生指定靜電場梯度之電極的集合，藉由靜電場梯度，使帶正電粒子及帶負電粒子兩者加速、減速及重新加速。藉由使用適當設計之離子阱及電子阱，一旦藉由離子化產生離子及經由發射產生電子，離子及電子便可在離子阱及電子阱內無限期地加速、減速及重新加速，且其振盪頻率藉由例如電腦控制來維持。一旦經離子化/發射，離子/電子便可藉由靜電鏡加速至用於目標應用之所要速度及/或動能位準。在沿著容納離子阱或電子阱之真空系統之長度的每一次橫移之後，離子及電子之動能可由靜電鏡重新俘獲且重新被賦予重新加速。結果為離子及電子作為被捕獲電荷跨越真空系統之長度連續地振盪。由於離子及電子保持被捕集且在鏡之間振盪，因此減少了離子及電子損失，從而允許在振盪的離子與電子之間或在不同振盪離子之間的多次相互作用。因此，使用離子阱及電子阱可允許及/或最大化離子化及發射能量、所賦予動能以及離子及電子自身的持留。

在實施例中，粒子阱可包含例如經配置以接收來自粒子源115、117之帶電粒子的多個電壓元件110（例如，電極）。電壓元件110可使其電位以動態方式獨立地改變，以便產生允許收集帶電粒子之電位阱。被捕集之粒子可在阱內經歷振盪運動。粒子阱之簡單實例可包含作為靜電鏡進行操作之一對電壓元件110。舉例而言，帶電粒子120、122之射束可沿著軸線且朝向一系列一或多個額外環形電極元件114被導引通過一系列一或多個輸入環形電極元件112，一或多個額外環形電極元件保持在足以作為靜電鏡進行操作以反射帶電粒子120、122之電位下。可改變輸入環形電極元件112之電位以允許由額外環形電極元件反射之帶電粒子再次向輸入環形電極元件112反射，且將帶電粒子捕獲於輸入環形電極元件112與額外環形電極元件114之間。可藉由根據謹慎控制之時序組態降低輸入環形電極元件之電位來使額外帶電粒子進入阱中。可視情況依據時間控制離子阱內之環形電極元件，以將振盪粒子形成為較緊密的聚束。涵蓋其他離子阱組態，包括四極離子阱及多極離子阱。C. 離子及電子注入

各種注入技術可用以在真空系統100內導引帶電粒子120、122，使得粒子可相互作用。如上文所描述，粒子源115、117可沿著電壓元件110置放於真空系統100內之某點處，當電壓元件110作為靜電鏡進行操作時，粒子在電壓元件處將自然地減速（停止）及重新加速（朝向真空系統之另一側加速）。藉由協同由粒子源115、117產生帶電粒子120、122來控制電壓元件110之加速時序，離子及電子可在相互作用區130中導向彼此。

另一注入方法涉及使用帶電粒子阱作為注入器。由粒子源115、117產生之帶電粒子群組120、122可被捕集於環形電極元件112與114之間，如上文所描述。環形電極114可作為閘進行操作，以允許帶電粒子群組120、122進入粒子源115、117之間的帶電粒子群組120、122可相互作用的區中。

相互作用區130可對應於真空系統100內之漂移區，在漂移區中帶電粒子群組120、122可在空間中自由移動而不受電壓元件110影響或影響最小或減小，諸如其中由電壓元件110產生之電場強度足夠低以避免使帶電粒子群組120、122在任何顯著程度上減速或加速（例如，速度改變小於1%）。相互作用區130可不對應於任何實體上相異或分開的空間，且在圖1中由虛線描繪以識別真空系統100內的相互作用區130可處於的一般區。在一些實施例中，相互作用區130可對應於真空系統100內的不同帶電粒子群組120、122彼此可相交、重疊或緊密分離的位置。將瞭解，多個相互作用區130可存在於真空系統100中。另外，將理解，圖1中所描繪之組態僅為實例且可使用其他組態，諸如其中任何合適或所要數目個無場或相互作用區130、電壓元件110、離子或電子阱及離子或電子源可包括於真空系統100中。 II. 電漿壓縮

在帶電粒子群組中，每一個別粒子可能會由於群組中之其他粒子而經受電力及磁力。舉例而言，在質子群組中，每一質子可經受由群組中之所有其他質子產生的電力。圖2提供帶電粒子群組200之簡單模型的示意性說明。舉例而言，帶電粒子群組200可對應於電子聚束或射束、負離子聚束或射束，或正離子聚束或射束。圖中之圓柱體表示帶電粒子群組200之空間範圍，且整個圓柱體之密度在此模型中可視為均勻的。在帶電粒子群組200中，r 指示半徑且l 指示長度。A. 電場效應

可使用馬克士威（Maxwell）方程式、高斯定律（Gauss）及發散定理中之一者求解帶電粒子群組200中之給定離子或電子可經受的電場，其依據半徑而變化。

此處，電場為E ，帶電粒子密度為ρ ，且ϵ ₀ 為自由空間之電容率。在等式中，長度抵消項且電場之主導變數變為評估電場之帶電粒子群組200內的密度及半徑。B. 磁場效應

可類似地使用馬克士威方程式及史托克斯（Stokes）定理來判定帶電粒子群組200內之磁場。

此處，磁場為B，粒子或電荷密度為ρ ，ϵ ₀ 為自由空間之電容率，μ ₀ 為自由空間之磁導率，且v 為速度。基於此等等式，產生之磁場為速度、半徑及密度之函數。在此情況下，不存在長度抵消項，此係因為長度對由群組產生之磁場無關緊要。C. 離子射束相互作用

當存在兩個或多於兩個帶電粒子群組（CP）時，一個群組內之粒子之間及不同群組內之粒子之間可存在電磁效應。當帶電粒子群組在空間中彼此疊置且實體上重疊時，所得電場為相加性的。

對於帶正電粒子，ρ 將具有正值；對於帶負電粒子，ρ 將具有負值。根據此等式，若謹慎地選擇不同ρ 值，則組合電場可為零，其可等效於來自每一帶電粒子群組之空間電荷由其他帶電粒子群組中和。

舉例而言，在一個帶正電粒子群組（例如，正離子群組）及一個帶負電粒子群組（例如，電子群組）之狀況下，若將正離子群組之電荷密度設定為+n 且將電子群組之電荷密度設定為-n （亦即，電子及正離子之總數相同），則所得電場為

類似地，在兩個帶正電離子射束（IB）（例如，兩個正離子群組）及一個帶負電電子射束（EB）（例如，電子群組）之狀況下，若將每一正離子射束之電荷密度設定為+n 且將則電子射束之電荷密度設定為-2n （亦即，電子及正離子之總數相同），則所得電場為

可將組合電場代入勞侖茲（Lorentz）力方程式中以判定由於電場作用於重疊帶電粒子群組中任何處之離子或電子上而產生的力。忽略磁力，具有電荷+q （正離子）或-q （電子）之給定帶電粒子上的所得電力為F_Electric =qE 或

因此，在具有相等數目個帶負電粒子及帶正電粒子之組合群組內，不存在作用於帶電粒子中之任一者上的電力。此結果消除通常傾向於散佈單一帶電粒子群組中之電子或離子之徑向向外的電力。

當帶電粒子群組在空間中彼此疊置且實體上重疊時，所得磁場亦為相加性的。

對於帶正電粒子，ρ 將同樣具有正值；對於帶負電粒子，ρ 將同樣具有負值。相同方向上之速度將具有相同正負號，而相反方向上之速度將具有相反正負號。

舉例而言，在一個帶正電粒子群組（例如，正離子群組）及一個帶負電粒子群組（例如，電子群組）之狀況下，將正離子群組之電荷密度設定為+n ，將電子群組之電荷密度設定為-n （亦即，正離子及電子之總數相同），且對於相反方向上之速度（+v_ion 及-v_electron ），所得磁場為

因此，當帶負電粒子群組及帶正電粒子群組正在相反方向上移動時，磁場以相加方式組合而非抵消。

類似地，在兩個帶正電離子射束（IB）（例如，兩個正離子群組）及一個帶負電電子射束（EB）（例如，電子群組）之狀況下，對於設定為+n 之每一正離子射束的電荷密度、設定為-2n 之電子射束的電荷密度（亦即，電子及正離子之總數相同）以及帶正電離子射束在相同方向上之速度（+v_IB1 及+v_IB2 ）及電子射束在相反方向上之速度（-v_electron ），所得磁場為

同樣，當帶負電粒子群組及帶正電粒子群組正在相反方向上移動時，磁場以相加方式組合而非抵消。磁場為半徑之函數，且沿切線方向被導引至圓柱對稱之重疊帶電粒子群組。

可將組合磁場代入勞侖茲力方程式中以計算由於磁場作用於重疊帶電粒子群組中任何處之離子或電子上而產生的力。忽略電力，具有電荷+q （正離子）或-q （電子）與速度v 之給定帶電粒子上的所得磁力為F_Magnetic =q (v ×B )。由於帶電粒子群組之對稱性、方向及共同軸線，磁力可簡化為F_Magnetic =qvB _combined 。對於正離子或電子，組合群組中任何處之力為

此結果指示聚束中之每一離子或電子上的磁力徑向向內地導向共同軸線。

假定組合電力抵消，則作用於整個組合群組中之給定離子或電子上的總勞侖茲力（電力及磁力）為

因此，在反向傳播之重疊的電子及正離子群組中，作用於重疊群組上之力係徑向向內導引，從而產生傾向於增加每一電子或正離子群組之電荷密度的壓縮力。對於正離子群組及電子群組之同向傳播，電力仍可準確地抵消，但磁力在相反方向上，至少部分地彼此抵消。在正離子群組及電子群組在交替的同向傳播及反向傳播組態中可重複地彼此相互作用的系統中（諸如，當在定向於圖1中所展示之真空系統100中的鄰近電壓元件110之間的相互作用區130中重複地振盪時），總體效應可為傾向於徑向地壓縮正離子及電子群組，使每一者之徑向分佈變窄。

將瞭解，儘管關於電子提供描述，但諸如負離子之其他帶負電粒子之行為可類似於電子，且因此在本說明書中使用電子亦可等效於且表示負離子之行為。換言之，負離子可視情況代替電子。藉由產生反向傳播之正及負離子群組，相互作用區中之電力抵消及相加性磁力可導致正及負離子群組兩者之壓縮。D. 預壓縮

壓縮系統之額外設計元件可在離子群組及電子群組於相互作用區中重疊之前及期間利用離子群組及電子群組之預壓縮，且輔助產生最大程度的自壓縮。舉例而言，描述可預壓縮聚束之兩種方式。第一種方式利用電場且第二種方式利用磁場。在一個實施例中，沿著離子群組及電子群組橫移之共同軸線置放單透鏡，以便使聚束聚焦。透鏡可經由電腦控制（如下文所解釋）進行實體置放或組態，且通常包括三個或多於三個線性安置或置放之電極，其上施有特定設計之電壓，使得行進通過透鏡之帶電粒子上存在光學「聚焦」效應之電等效效應。焦點可視情況設定為相互作用區之中心點，其係沿著群組行進之共同軸線。藉由相應地設定焦點，帶電粒子可被「聚焦」或預壓縮，從而輔助例如在離子群組與電子群組重疊時發生的後續自壓縮。

除電場以外，亦可使用磁場。實例磁性預壓縮組態可使用由導電線製成之線圈，導電線沿著電漿壓縮系統之長度纏繞於其周圍，諸如纏繞於相互作用區周圍。在電流流經線圈之情況下，沿著線圈之長度且與共同軸線一致地產生軸向磁場，在共同軸線上，群組橫移電漿壓縮系統之長度。

在一些實施例中，可使用電場與磁場之組合，諸如單透鏡與磁性線圈之組合。然而，在一些實施例中，可能不使用預壓縮。無論是否使用預壓縮，電漿皆可經歷自壓縮。 III.      電漿自壓縮系統

帶正電粒子數目與帶負電粒子數目相同之重疊的帶正電粒子群組及帶負電粒子群組在本文中可被稱作電漿。當正離子群組及電子群組正在相反方向上移動時，例如，重疊的群組可經歷壓縮，如上文所描述。此壓縮現象在本文中可被稱作電漿自壓縮，且可適用於例如產生緊密集中的電子群組或正及/或負離子群組。真空系統，諸如圖1中所說明之彼種系統，適用於例如產生自壓縮電漿，且可被稱作電漿自壓縮系統。圖3A至圖3D、圖4A至圖4D、圖5A至圖5C及圖6提供將在下文描述之不同電漿自壓縮系統組態的示意性說明。在圖3A至圖3D、圖4A至圖4D、圖5A至圖5C及圖6中，出於說明及簡化描述之目的，可能未展示真空系統之各種元件。因此，將瞭解，除圖3A至圖3D、圖4A至圖4D、圖5A至圖5C及圖6中所說明之彼等元件以外的元件可存在於電漿自壓縮系統中，諸如圖1中所描繪之真空系統元件中的任何一或多者，包括複數個個別元件。舉例而言，帶電粒子源可能未明確地描繪於圖3A至圖3D、圖4A至圖4D、圖5A至圖5C及圖6中，以免混淆其他細節，但電漿自壓縮仍可包括帶電粒子源。此外，諸如離子光學件、真空組件等之其他習知元件可能未說明於圖3A至圖3D、圖4A至圖4D、圖5A至圖5C及圖6中，但可存在於電漿自壓縮系統中。A. 帶電粒子聚束之線性組態

圖3A至圖3D、圖4A至圖4D及圖5A至圖5C提供具有線性組態之電漿自壓縮系統的各種時間快照。在圖3A至圖3D中，電漿自壓縮系統300用以壓縮電子聚束305、第一正離子聚束310及第二正離子聚束315。複數個電壓元件包括於電漿自壓縮系統300中。在電漿自壓縮系統300中，第一電壓元件320及第二電壓元件325定位於最外配置中，且第三電壓元件330及第四電壓元件335定位於中間配置中，且第五電壓元件340及第六電壓元件345定位於最內配置中。將瞭解，儘管每一電壓元件320、325、330、335、340及345描繪為包括五個環形電極，但可使用電壓元件320、325、330、335、340及345之任何合適的組態。舉例而言，對於每一電壓元件，可獨立地使用1個、2個、3個、4個、5個或多於5個環形電極。此外，儘管說明環形電極，但可使用其他電極形狀及/或組態。將進一步瞭解，圖中之電壓元件之間的距離並非按比例的且僅為了達成說明之目的，以展示可用以將電子聚束305導向第一正離子聚束310及第二正離子聚束315之不同電壓元件的實例相對位置及定向。

在圖3A中，電子聚束305經展示為自電壓元件325朝向電壓元件335射出。類似地，第一離子聚束310經展示為自電壓元件340朝向電壓元件345射出，且第二離子聚束315經展示為自電壓元件330朝向電壓元件340射出。圖3A可反映剛好在帶電粒子聚束被注入至電漿自壓縮系統305中之後的時間點。此組態可反映電子源在電壓元件325處或附近之置放、第一離子源在電壓元件340處或附近之置放及第二離子源在電壓元件330處或附近之置放。可將電壓獨立地施加至電壓元件320、325、330、335、340及345中之任何一或多者，以適當地使電子聚束305、第一正離子聚束310及第二正離子聚束315朝向圖中心加速。將瞭解，電子顯著輕於所有離子，甚至輕於裸露的氫離子（質子），且因此電子聚束305可具有顯著高於第一正離子聚束310或第二正離子聚束315中之任一者的速度。然而，施加至電壓元件320、325、330、335、340及345之不同電壓可用以控制電子聚束305、第一正離子聚束310及第二正離子聚束315之速度。為了確保電子聚束305、第一正離子聚束310及第二正離子聚束315全部同時重疊，第二正離子聚束315可具有高於第一正離子聚束310之速度。

在經過一段時間之後，電子聚束305、第一正離子聚束310及第二正離子聚束315可繼續朝向圖中心行進，如圖3B中所說明。可再次獨立地施加電壓元件320、325、330、335、340及345上之電壓，以允許帶電粒子聚束之無阻礙行進。在一些狀況下，可依據時間來調整電壓元件320、325、330、335、340及345上之電壓，以加速、聚焦或修改電子聚束305、第一正離子聚束310及第二正離子聚束315之群聚。

圖3C展示在電子聚束305、第一正離子聚束310及第二正離子聚束315繼續朝向彼此行進且在電壓元件340與345之間移動時的另一時間步驟。隨著電子聚束305、第一正離子聚束310及第二正離子聚束315開始重疊，由於電子聚束305中之電子與第一正離子聚束310及第二正離子聚束中之正離子之間的吸引電場效應，第一正離子聚束310及第二正離子聚束315中之正離子之間的排斥電場效應開始消除。類似地，由於電子聚束305中之電子與第一正離子聚束310及第二正離子聚束中之正離子之間的吸引電場效應，電子聚束305中之電子之間的排斥電場效應開始消除。

然而，每一電子及每一正離子上之磁力變為相加性的，且因此當電子聚束305、第一正離子聚束310及第二正離子聚束315開始重疊時，磁力傾向於將電子及正離子導向其共同軸線，從而形成壓縮電漿350，如圖3D中示意性地說明（至少對於一個實例而言）。在圖3D中所描繪之時間快照之後，電子聚束305繼續朝向電壓元件340移動，且第一正離子聚束310及第二正離子聚束315繼續朝向電壓元件345移動。B. 用於使帶電粒子群組振盪之線性組態

施加至電壓元件320、325、330、335、340及345之電壓可用以使電子聚束305、第一正離子聚束310及第二正離子聚束315減速，且使其行進方向反向，以允許其間的多次相互作用。舉例而言，施加至電壓元件320及325之電壓可允許此等元件作為電子聚束305中之電子的靜電鏡進行操作。舉例而言，可將大的負電位施加至電壓元件320及325以產生排斥電位且捕集電子聚束305，從而允許電子聚束305在電壓元件320與325之間重複地振盪。

類似地，施加至電壓元件340及345之電壓可允許此等元件作為第一正離子聚束310中之正離子的靜電鏡進行操作，但僅減慢來自第二正離子聚束315之正離子，而施加至電壓元件330及335之電壓可允許此等元件作為第二正離子聚束315中之正離子的靜電鏡進行操作。藉由將電壓元件340及345設定至第一正離子聚束310中之正離子不足以克服的電位，第一正離子聚束310可在電壓元件340與345之間被捕集且重複地振盪。然而，第二正離子聚束315中之正離子可具有彼等離子足以克服由電壓元件340及345建立之電位障壁，但不足以克服由電壓元件330及335建立之電位障壁的較高速度，從而允許第二正離子聚束315在電壓元件330與335之間被捕集且重複地振盪。

當電子聚束305、第一正離子聚束310及第二正離子聚束315正在如上文所描述之電壓元件之間振盪時，藉由電子聚束305、第一正離子聚束310及第二正離子聚束315之每一次後續重疊，其中電子聚束305在與第一正離子聚束310及第二正離子聚束相反之方向上行進，帶電粒子經歷額外自壓縮。取決於速度、電壓元件之間的長度及其他尺寸方面的考慮因素，一些組態可允許電子聚束305、第一正離子聚束310及第二正離子聚束315之每次通過在空間上重疊，從而允許重複的自壓縮組態。然而，其他組態可允許電子聚束305、第一正離子聚束310及第二正離子聚束315在同一方向上彼此通過，或不會同時全部存在於空間中之同一點處。此等非最佳重疊將不會導致電子聚束305、第一正離子聚束310及第二正離子聚束315之不合需要的散佈，但可減小每當帶正電粒子聚束與帶負電粒子聚束重疊時由於電場效應而引起之散佈。然而，總體而言，可能發生電子聚束305、第一正離子聚束310及第二正離子聚束315之顯著壓縮。C. 帶電粒子射束之線性組態

在圖4A至圖4D中，電漿自壓縮系統400用以壓縮電子射束405、第一正離子離子射束410及第二正離子射束415。複數個電壓元件包括於電漿自壓縮系統400中。在電漿自壓縮系統400中，第一電壓元件420及第二電壓元件425定位於最外配置中，且第三電壓元件430及第四電壓元件435定位於中間配置中，且第五電壓元件440及第六電壓元件445定位於最內配置中。將瞭解，儘管每一電壓元件420、425、430、435、440及445描繪為包括五個環形電極，但可使用電壓元件420、425、430、435、440及445之任何合適的組態。舉例而言，對於每一電壓元件，可獨立地使用1個、2個、3個、4個、5個或多於5個環形電極。此外，儘管說明環形電極，但可使用其他電極形狀及/或組態。將進一步瞭解，圖中之電壓元件之間的距離並非按比例的且僅為了達成說明之目的，以展示可用以將電子射束405導向第一正離子射束410及第二正離子射束415之不同電壓元件的實例相對位置及定向。

在圖4A中，電子射束405經展示為自電壓元件425朝向電壓元件435及445射出。類似地，第一離子聚束410經展示為自電壓元件440朝向電壓元件445射出，且第二離子聚束415經展示為自電壓元件430朝向電壓元件440及445射出。圖4A可反映剛好在帶電粒子射束被注入至電漿自壓縮系統405中之後的時間點。此組態可反映電子源在電壓元件425處或附近之置放、第一離子源在電壓元件440處或附近之置放及第二離子源在電壓元件430處或附近之置放。可將電壓獨立地施加至電壓元件420、425、430、435、440及445中之任何一或多者，以適當地使電子聚束405、第一正離子聚束410及第二正離子聚束415朝向圖中心加速。將瞭解，電子顯著輕於所有離子，甚至輕於裸露的氫離子（質子），且因此電子射束405中之電子可具有顯著高於第一正離子射束410或第二正離子射束415中之任一者之正離子的速度。然而，施加至電壓元件420、425、430、435、440及445之不同電壓可用以控制電子射束405中之電子以及第一正離子射束410及第二正離子射束415中之正離子的速度。在一些實施例中，第一正離子射束410之正離子具有低於第二正離子射束415之正離子的速度。

圖4B描繪剛好在來自電子射束405之電子開始與來自第一正離子射束410及第二正離子射束415之正離子重疊之前的時間點。可獨立地調整電壓元件420、425、430、435、440及445上之電壓以修改帶電粒子聚束之速度。圖4C展示另一時間步驟，其中電子射束405、第一正離子射束410及第二正離子射束415在電壓元件440與445之間的空間中幾乎完全重疊。如所說明，電漿450經歷自壓縮，從而導致電子射束405、第一正離子射束410及第二正離子射束415之徑向分佈變窄。同樣，由於電子射束405中之電子與第一正離子射束410及第二正離子射束415中之正離子之間的吸引電場效應，第一正離子射束410及第二正離子射束415中之正離子之間的排斥電場效應開始消除。類似地，由於電子射束405中之電子與第一正離子射束410及第二正離子射束415中之正離子之間的吸引電場效應，電子射束405中之電子之間的排斥電場效應開始消除。同樣，當電子射束405正在與第一正離子射束410及第二正離子射束415相反之方向上行進時，每一電子及每一正離子上之磁力變為相加性的。

施加至電壓元件420、425、430、435、440及445之電壓可用以使朝向圖中心之電子聚束405、第一正離子射束410及第二正離子射束415減速，且使其行進方向反向。如圖4D中所說明，藉由適當組態之電壓，電子射束405可通過電壓元件430、435、440及445，其中電壓元件420及425作為電子射束405之電子的靜電鏡進行操作。類似地，第二正離子射束415可通過電壓元件440及445，其中電壓元件430及435作為第二正離子射束415之正離子的靜電鏡進行操作，且電壓元件440及445作為第一正離子射束410之正離子的靜電鏡進行操作。

在電子射束405、第一正離子射束410及第二正離子射束415連續重疊且電子密度等於正離子之組合密度的情況下，電場效應將消除，從而減小帶電粒子射束由於電場效應之徑向散佈。當正離子及電子正在相反方向上越過彼此時，其磁性相互作用將變為相加性的，導致額外的徑向自壓縮，從而使帶電粒子徑向分佈變窄。D. 電漿體產生器組態

圖5A至圖5C以不同時間快照展示三重電漿體產生器組態之實例。通常藉由在中心電極與許多徑向且同心置放之電極之間引發極高電流電弧來產生電漿體。在圖5A至圖5C中，電極被描繪為元件505。高電流電弧之方向取決於所利用的電壓，但可為自中心電極至周邊電極或自周邊電極至中心電極。極高電流電弧行進通過中性可離子化氣體，其未明確地展示於圖5A至圖5C中，但可存在於容納電漿體產生器之整個真空系統體積中。可離子化氣體可藉由高電流電弧離子化，從而產生正離子。高電流電弧可經歷各種不穩定性，包括細絲化、扭結、壓縮等，從而導致極高度壓縮之環形管電漿，包括正離子及電子兩者。

在電漿體之「減少」或「耗盡」階段，可藉由使電漿體具有其特徵之強烈且迅速減小的磁場來設置強烈電場。此等強烈電場接著作用於構成電漿體之離子及電子上，從而沿著電漿體之中心軸線在相反方向上導引離子及電子之高密度射束。以此方式，電漿體可用作粒子源。

在充分壓縮成極小且密集的電漿體之後，電漿體可能會經由制動輻射（Bremstrahlung）而迅速失去能量，且整個電漿體中之強烈磁場可隨時間快速減小，從而沿著電漿體之軸線（亦即，穿過孔）產生極強電場。此高強度電場接著以定向方式（例如，沿著電漿體之軸線）使正離子（包括剛剛經由電漿體本身之形成而離子化的離子）加速，且同時使電漿體中之電子在相反方向上加速。

實例組態描繪於圖5A中，其中建立三個分開的電漿體510、515及520，一個用於產生用於發生上文所概述之自壓縮機制兩個或多於兩個群組（例如，正離子及電子群組）中之每一者。在圖5A中所描繪之組態中，兩個電漿體510及515（分別用於第一正離子群組525及第二正離子群組530之電漿體產生器）係依據其產生及驅動能量來計時，以在減少期間形成第一正離子群組525及第二正離子群組530，如圖5B中所描繪。產生第一正離子群組525及第二正離子群組530之兩個電漿體510及515可以相同定向置放且沿著共同線性軸線相應地間隔開，使得第一正離子群組525及第二正離子群組530在同一方向上導引。所使用的時序及電壓可提供第一正離子群組525及第二正離子群組530，其中第一正離子群組與第二正離子群組之間具有相對速度使得其以不同速度沿著線性共同軸線在一個方向上移動。

第三電漿體520用以在減少期間產生電子群組535，如圖5B中所說明，從而在與第一正離子群組525及第二正離子群組530相反之方向上移動。相較於電漿體510及515，產生電子群組535之第三電漿體520之組態可反轉，使得當電子群組535自電漿體加速時，電子群組535導向第一正離子群組525及第二正離子群組530。當第一正離子群組525及第二正離子群組530以及電子群組535相遇以形成電漿540時，如圖5C中所描繪，發生上文所概述之自壓縮機制，且由電漿體510及515產生之兩個已經極密集的正離子群組525及530以及由電漿體520產生之電子群組535全部壓縮至甚至更大的程度。E. 環形組態

替代以線性組態來組織，電漿壓縮系統可以環形組態配置，從而允許帶電粒子以連續方式循環。圖6提供具有環形配置之電漿自壓縮系統600的示意性說明。類似於圖4A至圖4D中所描繪之電漿自壓縮系統400，電漿自壓縮系統600可包括一或多個帶正電粒子源及一個帶負電粒子源。舉例而言，電壓元件620、625及630可經配置以沿著共同軸線將第一正離子射束605、第二正離子射束610導向電子射束615。電壓元件620、625及630可用以使正離子及電子射束加速至足夠速度，以在射束重疊時發生電漿自壓縮。

偏轉區段635存在於電漿自壓縮系統600中，偏轉區段可對應於磁場偏轉區段、電場偏轉區段或使用磁場與電場之組合的區段。可控制偏轉區段635以使第一正離子射束605、第二正離子射束610及電子射束615沿著弧形路徑行進，此可導致射束沿著連續路徑循環。因此，粒子沿著行進的共同軸線可被視為包括彎曲區段及/或線性區段。如圖6中所說明，第一正離子射束605及第二正離子射束610可以逆時針方式行進且電子射束615可以順時針方式行進。

儘管電漿自壓縮系統600說明為具有兩個半圓形偏轉區段及兩個線性區段，但涵蓋其他環形組態，包括圓環形組態、卵環形組態、橢圓環形組態，或允許正離子射束及電子射束在相反方向上傳播之其他環形組態。藉由使用反向傳播之帶正電粒子射束及帶負電粒子射束，射束可經歷連續的電漿自壓縮，如上文所概述，從而導致射束之徑向分佈變窄且產生高帶電粒子密度。 IV.       融合

在一些實施例中，電漿壓縮系統可用作融合系統。可使用上文參看圖1、圖3A至圖3D、圖4A至圖4D、圖5A至圖5C及圖6所描述之電漿壓縮系統達成的高帶電粒子密度可有利地允許不同帶正電離子之間的融合以所要速率發生。當用以驅動融合反應時，電漿壓縮系統在本文中可被稱作融合阱。

融合或核融合係用以描述兩個原子核（通常為離子）在足夠高的速度及功能下之碰撞的術語，兩個原子核克服庫侖（Coulomb）障壁且組合以形成一或多個新原子核及次原子粒子，此為由於碰撞前之核（反應物）與碰撞後之核及粒子（產物）之間的質量差而釋放大量能量的程序。

為了在融合反應器中產生商業上可行之功率位準，每秒之融合反應的數目及正融合之核的動能必須足夠高。雖然可用熱或靜電方式來賦予此等位準之動能，但已證實增加融合速率更加困難且需要高離子密度或大的融合相互作用體積。融合功率之以下等式描述融合輸出功率（P_fusion ）、兩個離子種類之數量密度（n₁ 及n₂ ）、兩個離子種類之間的相對速度、兩個離子種類之融合橫截面或以實驗方式導出之兩個離子種類之間發生融合的機率（σ ）、每一融合事件所釋放之能量（E_fusion ）及相互作用體積（V_fusion ）之間的關係：

橫截面及相對速度可基於所選的融合反應物而有效地設定為特定值，且兩者均可被視為恆定值。在同一方面，每一融合事件所釋放的能量對於每一組已知融合產物亦為恆定的。此將兩個離子種類之密度以及相互作用體積留作兩個變數，可修改兩個變數以便產生融合。

增加離子密度或反應器之融合體積可導致融合功率輸出之增加。由於增加融合相互作用體積可能很快變得難以維持，此係因為融合功率輸出之增加將需要反應器體積之同等增加，因此更有用的解決方案為增加兩個融合離子種類之密度。藉由使用上文所描述之電漿自壓縮技術，可將兩個融合離子種類之離子密度增加至可達成所要融合輸出功率的位準。A. 電漿自壓縮

如鑒於前述描述將瞭解，本文中所描述之自壓縮機制為可產生最大或合適的融合離子密度及融合輸出功率之遞迴程序。當組合之正離子群組及電子群組重疊時，由於空間電荷（電場及相關聯力）之消除及由組合群組產生之磁場的組合徑向向內力，發生所有正離子及電子之自壓縮。隨著此自壓縮發生，離子群組及電子群組內之帶電粒子密度增加。如上文所描述，磁力為帶電粒子密度之函數，且因此前述帶電粒子密度增加會導致組合磁場更強烈地將帶電粒子徑向向內地導引，從而遞迴地壓縮帶電粒子。此遞迴程序可快速導致融合離子密度增加幾個數量級，且因此增加融合輸出功率。B. 融合阱系統

圖7提供類似於圖3A至圖3D及圖4A至圖4D中所描繪之電漿壓縮系統300及400之組態的實例融合阱700之示意性說明。將瞭解，其他組態可用於融合阱，包括環形組態或使用電漿體產生器。融合阱700包括電壓元件720、725、730、735、740及745。融合阱700可包括粒子產生器，但此等元件未描繪於圖7中以免混淆其他細節。對於位於融合阱700右側之電子產生器，電壓元件725可首先操作以使電子群組朝向融合阱700之中心加速，且接著作為電子之靜電鏡進行操作，而電壓元件720可作為電子之靜電鏡進行操作。對於位於融合阱700左側之第一正離子產生器及第二正離子產生器，電壓元件730及740可首先操作以使正離子朝向融合阱700之中心加速，且接著作為正離子之靜電鏡進行操作，而電壓元件735及745可作為正離子之靜電鏡進行操作，此類似於上文參看圖3A至圖3D及圖4A至圖4D中所描述之組態。

藉由使用離子及電子可由作為靜電鏡進行操作之電壓元件反射的組態，每當離子及電子在相反方向上彼此重疊時，離子及電子可經歷多個自壓縮循環，從而允許融合阱700作為帶電粒子阱進行操作。此可導致顯著的自壓縮，從而極大地增加帶電粒子密度。另外，每當第一正離子群組及第二正離子群組通過彼此時，此允許有另一機會來發生融合。此外，相較於僅使用單次通過且移除離子及電子之組態，藉由使用此組態，可有效地重新使用離子及電子，從而減少產生額外離子及電子以替換失去之離子及電子所需的能量及材料。實際上，作為靜電鏡進行操作之電壓元件可允許在減速期間重新俘獲帶電粒子之動能，且接著重新使用所俘獲之能量以使帶電粒子在相反方向上重新加速。

在一些實施例中，離子及電子可維持於融合阱內直至系統中之任何兩個融合離子經歷融合，接著所產生之產物可離開反應器且被轉換成電。在離開離子及電子阱之線性安置體積後，在自融合離子及電子聚束正行進之共同軸線徑向向外的任何方向上，融合產物（其中儲存所釋放能量）之動能可被俘獲且直接轉換成電。舉例而言，收集柵格750可環繞不同的離子及電子群組可通過彼此且經歷電漿自壓縮之相互作用區的一部分。在一個實例中，收集柵格750可對應於直接能量轉換器，諸如充當電極之導電線的徑向分佈柵格，其中電極上具有適當電壓以產生使諸如高能α粒子及其他核之融合產物755減速所需的電場，且直接將此等產物之動能轉換成電能。此能量可接著直接用於或儲存於諸如電容器、電池或其他儲存媒體之能量存儲元件760中以供未來使用。

儘管收集柵格被例示為有用的直接能量轉換器，但將瞭解，收集柵格僅為實例且替代收集柵格或除收集柵格以外，亦可使用其他直接能量轉換器。舉例而言，來自融合產物之能量可轉換成熱且熱可用以產生電能。其他實例為可能的。C. 電極之時序及控制

如本文中所描述之離子及電子的捕集可指聚束在任一方向上跨越阱之長度的線性橫移，而在離子與電子、離子與離子或電子與電子之間無同步。在一些實施例中，離子及/或電子可保留在阱中直至發生融合，或其由於自然的損耗程序而可能不再保留。然而，此可能不會導致高效的反應器設計，此係因為在無同步的情況下，離子將融合之機率可為低的。此情形可發生係因為阱中大約50%的離子（及電子）可正在一個方向上移動，而另外50%可正在相反方向上移動。雖然由於電場效應，此將消除空間電荷，但因為兩個融合離子群組不作為聚束沿著共同軸線在一個方向上行進，而電子以聚束形式沿著同一軸線上在相反方向上行進，所以將不存在電漿之自壓縮。

為了確保建立且維持用於融合離子及電子之最大自壓縮的條件，可使融合離子及電子以聚束形式保持在一起或經同步，使得當兩組融合離子及電子在作為靜電鏡進行操作之電壓元件之間振盪時，其各自無限期地保持聚束形式。可使用產生及維持此環境之兩種方法。第一種方法為使用在靜電離子及電子阱中觀察到之自然群聚現象，且第二種方法為使用主動聚束控制及當彼等聚束在鏡之間振盪時長時間維持聚束，主動聚束控制使用AC波形以按需求形成離子及電子聚束。兩種方法及兩者之數種組合可用以產生同步離子群聚之效應。

若由靜電鏡建立之電場經適當組態及偏壓，則阱中之離子可長時間保持聚束形式，此係因為其以同步方式在鏡之間來回彈跳。若電場偏離過多，則離子可能無法在長時間內保持聚束形式，且離子可在整個阱中分散。由於離子之加速及減速期間之動能的重組，可能會發生單能條件（所有離子基本上具有相同動能）或平衡，其中聚束中之離子保持彼此接近且維持聚束形式。舉例而言，當離子以一定的動能注入至離子阱中時，可達成此同步的離子群聚現象，且適當地控制阱長度、電極數目、電極電壓及其他參數以使此群聚效應發生。

上文所提及之第二種方法涉及使用離子或電子阱，且使離子或電子群組動態地或按需求形成聚束，且無限期地保持聚束形式。藉由在離子（及電子）阱之現有靜電鏡上使用疊加的AC（及脈衝式DC）波形及適當地匹配所施加波形與兩個融合離子聚束及電子聚束之自然轉變時間（亦即，給定聚束橫移阱長度所花費的時間）的個別特性頻率，阱中之任何融合離子或電子可縱向地壓縮以按需求形成聚束，接著其可無限期地維持聚束形式（只要施加了AC波形）。AC波形產生之效應類似於在上文所描述之加速及減速期間藉由能量重分佈達成的同步離子群聚行為。藉由減慢阱中之最快離子（或電子）及加快最慢離子（或電子），但不同於以受控方式進行的靜態場引發之群聚現象，主動地進行此操作，可達成單能條件或平衡條件。 V.  可動態地重組態之電壓元件陣列

替代使用具有固定數目個電壓元件之單一電漿壓縮或融合阱系統組態，可視情況使用可動態地重組態之電壓元件陣列組態，其可適用於產生廣泛多種電壓元件組態，其可使用合適的電壓控制電路來動態且即時地組態。實例電壓控制電路可視情況包括用於邏輯、反饋及控制之定製軟體，且可使用定製電路板、場可程式化閘陣列系統、脈衝產生器、感測器、AC波形產生器及其他電源供應器，以及其類似者。

圖8A描繪實例電壓元件陣列800，其包括供用於真空系統、電漿壓縮系統或融合阱系統中之複數個個別電壓元件805。電壓元件沿著系統之長度線性地分佈，且可取決於所要組態而定位成均勻地間隔開或不均勻地間隔開。可針對真空系統、電漿壓縮系統或融合阱系統中之每一個別電壓元件提供個別真空饋通件810，以允許將個別電位施加至每一個電壓元件。可在短時間範圍內，諸如在至多亞皮秒時間範圍內，基於用於產生及控制電位之控制器、AC波形產生器、脈衝產生器、電源供應器等的轉換率來施加、移除或以其他方式修改個別電位。

有利地，此允許每一個別電壓元件幾乎瞬時地改變其電位，從而實現對所有電壓元件之即時、動態且可重組態的控制。舉例而言，每一電壓元件可在某一時刻充當呈正離子群組之靜電鏡組態的電極，且在另一時刻充當呈負離子群組之靜電鏡組態的電極。作為另一實例，每一電壓元件可在某一時刻充當呈靜電鏡組態之電極，且在另一時刻充當系統中之無場或漂移區的部分。視情況，可實施電腦控制以應用各種控制演算法，從而建立特定操作條件或一組改變的操作條件。

可在真空系統、電漿壓縮系統或融合阱系統中應用多種電壓元件組態，包括但不限於帶正電粒子群組之靜電鏡、帶負電粒子群組之靜電鏡、無場區、帶電粒子阱、帶電粒子注入器、單透鏡、聚束式控制電極。此等組態中之每一者可視情況在位置、長度及所施加電位或電壓上發生變化。在圖8之電壓元件陣列800中，可在任何固定或動態地改變之持續時間內在任一個或複數個個別電壓元件上應用此等組態中之每一者。視情況，此等組態中之每一者可經組態以沿著可重組態電壓元件陣列之長度動態地行進。

圖8B描繪作為單一帶電粒子阱進行操作之電壓元件陣列800，其中靜電鏡825與830之間具有大的無場區815。無場區815處之電壓元件經說明為與無場區815邊緣處之電壓元件806及807電連接至相同的電位820。在圖8B中，以白色描繪無場區815中之電壓元件，以輔助可視化且指示無場區815內不存在有意施加之電場，從而允許在其內移動之任何帶電粒子之行進基本上不受電壓元件干擾且主要受粒子間相互作用影響。將瞭解，儘管圖8B將無場區815中之電壓元件展示為電連接至電壓元件806及807，但此組態僅為達成說明之目的，且在操作中，可簡單地經由每一電壓元件之對應真空饋通件將相同電位820個別地施加至無場區815中之電壓元件中之每一者，且施加至電壓元件806及807。同時，靜電鏡825及830之電壓元件可具有每一個別電壓元件之個別地控制的電位以提供合適的電場，從而使帶電粒子在靜電鏡825與830之間來回減速及重新加速。

將瞭解，任何合適數目個電壓元件可包括於電壓元件陣列中，且所說明組態並不意欲限制可動態地重組態之電壓元件陣列中的電壓元件之數目。作為一個實例，圖8C描繪另一電壓元件陣列802，其具有比電壓元件陣列800中之電壓元件多的電壓元件。在一些實施例中，電壓元件陣列可包括10至10000個電壓元件，或其間之任何數目或範圍，諸如100至1000個電壓元件，或50、100、150、200、250、300、350、400、450或500個電壓元件。在一些實施例中，可提供甚至多於10000個電壓元件。在一些實施例中，可能需要使用偶數個電壓元件。在其他實施例中，可能需要使用奇數個電壓元件。真空系統、電漿壓縮系統或融合阱系統中之電壓元件的最大使用數目可由真空腔室大小考慮因素、內部電壓元件間隔考慮因素、真空饋通件之可用數目、電源供應器或控制器中之電壓控制通道的可用數目或其類似者來指示。

在圖8C中，電壓元件陣列802包括多種操作區。舉例而言，區816、817及818可對應於無場區，其中每一區經展示為分別個別地與共同電位821、822及823相連。同樣，以白色說明區816、817及818中之電壓元件以描繪在無場區內不存在有意施加之電場。建立具有個別電位之數個電壓元件以作為靜電鏡826、827、828及829進行操作。藉由此組態，區816可作為由靜電鏡826及827定界之第一帶電粒子阱進行操作，而區818可作為由靜電鏡828及829定界之第二帶電粒子阱進行操作。可建立具有額外帶電粒子阱之其他組態，諸如兩個或多於兩個帶正電粒子阱及一或多個帶負電粒子阱。

舉例而言，區817可作為相互作用區進行操作，在相互作用區中，捕集於區816中及區818中之帶電粒子可導向彼此。對於反向傳播之帶正電粒子群組及帶負電粒子群組，可在相互作用區中之帶電粒子群組的重疊期間發生如本文中所描述之電漿自壓縮。為了將捕集在區816及818中之帶電粒子注入至區817中，可對靜電鏡827及828之施加有電位的電壓元件進行計時及控制，以至少臨時地減小由靜電鏡827及828之電壓元件針對所捕集之帶電粒子建立的靜電障壁，從而允許帶電粒子行進至區817中。在帶電粒子自區816及818行進至區817中之後，可重新建立或修改施加至靜電鏡827及828之電壓元件的電位以允許作為靜電鏡之進一步操作或用於另一組態。

對於融合阱系統組態，可能需要將多個帶正電粒子群組分開地捕集於個別阱中，其中帶負電粒子之群組被捕集於相距一定距離之另一個別阱及在所捕集之帶負電粒子群組與帶正電粒子群組之間的中心區中。舉例而言，三個帶電粒子阱可用作待導向彼此之群組的聚束注入器或發射器，其中正離子群組之兩個群體分開地被捕集在兩個正離子阱中且電子群組被捕集至電子阱中。兩個離子阱可用以捕集例如由正離子源產生之增大的獨立正離子群體，正離子源包括在中心無場區（例如，藉由適當地組態系統中之大量電壓元件而建立）之一側且沿著共同軸線置放之氣體源及離子化器。單一電子阱可捕集藉助於諸如加熱的發射器之電子源產生的增大之電子群體，電子源係在無區場之另一側且沿著共同軸線置放。

使用電腦或自動化控制，三個阱各自可接著以適當時序修改其靜電鏡中之一者（降低電位障壁或使得無場），從而使所儲存之正離子群組及電子群組自其各別阱且朝向中心無場區釋放，其中正離子群組例如具有不同速度。在沿著同一共同軸線全部發射後，現存在在同一方向上朝向中心無場區移動之兩個正離子群組及在相反方向上朝向同一中心無場區移動之一個電子群組。在相互作用區處重疊後，離子與電子之間的相互作用可在所有帶電粒子上產生徑向壓縮力，且群組可接著移動越過彼此且朝向系統之相對末端移動，遠離其作為獨立群組開始之處。

有利地，可動態地重新組態電壓元件以藉由至少臨時地在適當位置中且以適當時序建立足夠高的電位障壁及無場區來維持系統中之離子及電子。舉例而言，一旦兩個正離子群組及電子群組到達系統之相對末端，其便可在與其系統中之對應開始位置相對之靜電鏡處藉由適當電位捕集且簡單地反射，其中電場藉由電腦或自動化控制來建立。對於簡單反射，可藉由控制適當電壓元件上之電位來建立具有足夠高度之電位障壁，以使帶電粒子群組減速且使其朝向中心無場區重新加速。若控制電壓元件以捕集帶電粒子群組，則可在一段時間內捕集帶電粒子群組，且若適當的帶電粒子源在新的捕集部位處可用，則可視情況將額外帶電粒子獨立地添加至每一群組。在此時間段之後，可如上所述再次操作系統以再次將兩個正離子群組以及電子群組導向彼此及中心無場區。在任一狀況下，當帶電粒子群組重疊時，重疊的聚束可經受徑向壓縮。 VI.      電壓元件之控制

圖9展示根據各種實施例之實例電壓控制電路，其包括控制器、感測器、電漿壓縮或融合阱系統之電壓元件，及多通道電源供應器。控制器可用以將信號輸出至多通道電源供應器，以指導多通道電源供應器輸出供施加至各種電壓元件之電壓。

各種感測器可將信號提供至控制器，諸如融合輸出感測器、直接能量轉換器（DEC）電壓感測器及影像電荷感測器。舉例而言，此等及其他感測器可用以即時地提供關於電漿壓縮或融合阱系統中之各種帶電粒子之位置及速度的資訊，以及系統之一般操作條件及關於電漿之壓縮或融合反應之發生的資訊。由感測器提供至控制器之資訊可用以調整施加至電漿壓縮或融合阱系統中之各種電壓元件的電壓之時序及量值。

控制器可使用與感測器信號耦接之各種自動時序資訊，以提供一組合適的時變電壓條件，以供輸出至電壓元件。舉例而言，控制器可判定適當的時刻以調整施加至個別電壓元件中之每一者的電壓條件，從而根據目標軌跡導引帶電粒子。控制器可用於根據諸如上文參看圖1、圖3A至圖3D、圖4A至圖4D、圖5A至圖5C、圖6或圖7所描述之各種操作組態而控制電壓元件之操作，或用於圖8A至圖8C之可動態地重組態之電壓元件陣列組態。視情況，控制器可包括使用者輸入面板或用於接收使用者提供之輸入以用於手動地調整時序、電壓等的其他介面。使用者輸入可諸如經由一或多個開關或經由一或多個數位輸入介面而以數位方式接收。視情況，使用者輸入可作為類比信號被接收。

多通道電源供應器可自控制器接收用於每一電極或電壓元件之控制信號且接著產生輸出電壓。控制信號可為數位或類比信號且可為低壓信號，其藉由電源供應器轉換為較高電壓輸出以供施加至電壓元件。如所說明，任何數目個通道可包括於多通道電源供應器中。在一些實施例中，可使用多個個別通道或多通道電源供應器。

本文中所描述之方法中之任一者可完全或部分地使用電腦系統來執行，電腦系統包括可經組態以執行步驟之一或多個處理器。因此，實施例可針對經組態以執行本文中所描述之方法中的任一者之步驟的電腦系統，潛在地其中不同組件執行各別步驟或各別步驟群組。舉例而言，控制電路系統可包含或包括經程式化或經組態以執行各種態樣之電腦系統或一或多個處理器。經組態以執行操作或動作之控制系統可經程式化、配置或以其他方式調適以執行操作或動作。本文中所描述之態樣可體現為非暫時性電腦可讀程式指令，非暫時性電腦可讀程式指令在由一或多個處理器執行時使一或多個處理器執行操作，諸如本文中所描述之方法的一或多個部分。儘管呈現為編號或有序步驟，但本文中之方法的步驟可同時或以不同次序執行。另外，此等步驟之部分可供來自其他方法之其他步驟之部分使用。又，步驟之全部或部分可為可選的。另外，任何方法之任何步驟可使用用於執行此等步驟的模組、單元、電路或其他構件來執行。

可在不脫離本發明之實施例的精神及範疇的情況下以任何合適方式組合特定實施例之特定細節。然而，本發明之其他實施例可針對與每一個別態樣或此等個別態樣之特定組合相關的特定實施例。

可參考以下非限制性實例進一步理解本發明之態樣。如下文所使用，對一系列實例之任何參考應理解為分離地參考彼等實例中之每一者（例如，「實例1至4」應理解為「實例1、2、3或4」)。

實例1為一種系統，其包含：第一粒子源，其經配置以沿著軸線導引帶負電粒子；第二粒子源，其經配置以沿著軸線導引帶正電粒子；第一電壓元件，其沿著軸線配置以用於控制來自第一粒子源之帶負電粒子的第一軸向速度；及第二電壓元件，其沿著軸線配置以用於控制來自第二粒子源之帶正電粒子的第二軸向速度；及控制電路系統，其經組態以：控制第一電壓元件以沿著軸線導引帶負電粒子之第一群組，其中帶負電粒子之第一群組自軸線徑向延伸且其特徵在於第一徑向分佈；控制第二電壓元件以沿著軸線導引帶正電粒子之第二群組，其中帶正電粒子之第二群組自軸線徑向延伸且其特徵在於第二徑向分佈；及控制第一電壓元件及第二電壓元件以控制帶負電粒子之第一群組的第一軸向速度及帶正電粒子之第二群組的第二軸向速度，且當帶負電粒子之第一群組及帶正電粒子之第二群組正在相反方向上移動時同時將帶負電粒子之第一群組及帶正電粒子之第二群組定位於相互作用區中，其中在相互作用區中的帶負電粒子之第一群組與帶正電粒子之第二群組之間的相互作用導致第一徑向分佈或第二徑向分佈中之一者或兩者變窄。

實例2為如實例1之系統，其中控制電路系統經進一步組態以：控制第一電壓元件及第二電壓元件以控制帶負電粒子之第一群組的第一軸向速度及帶正電粒子之第二群組的第二軸向速度，以重新導引帶負電粒子之第一群組及帶正電粒子之第二群組，且當帶負電粒子之第一群組及帶正電粒子之第二群組正在相反方向上移動時同時將帶負電粒子之第一群組及帶正電粒子之第二群組重新定位於相互作用區中持續額外時間，其中在相互作用區中的帶負電粒子之第一群組與帶正電粒子之第二群組之間的進一步相互作用導致第一徑向分佈或第二徑向分佈中之一者或兩者進一步變窄。

實例3為如實例1或實例2之系統，其中帶負電粒子之第一群組包含電子射束或電子聚束，且其中帶正電粒子之第二群組包含正離子射束或正離子聚束。

實例4為如實例1至3之系統，其中帶正電粒子之第二群組包含兩個或多於兩個不同的正離子種類。

實例5為如實例1至4之系統，其中第一電壓元件對應於第一對電壓元件，其中第二電壓元件對應於第二對電壓元件，其中相互作用區定位於第一對電壓元件之間，且其中相互作用區定位於第二對電壓元件之間。

實例6為如實例1至5之系統，其中軸線之至少一部分為彎曲的。

實例7為如實例1至6之系統，其進一步包含一或多個帶電粒子偏轉器，其經配置以偏轉帶負電粒子之第一群組及帶正電粒子之第二群組，使得軸線對應於環形組態。

實例8為如實例1至7之系統，其中當帶負電粒子之第一群組及帶正電粒子之第二群組同時定位於相互作用區中時，相互作用區包括相等數目個帶負電粒子及帶正電粒子。

實例9為如實例1至8之系統，其中帶負電粒子之第一群組的特徵在於第一體積，其中帶正電粒子之第二群組的特徵在於第二體積，且其中相互作用區對應於第一體積與第二體積重疊之區。

實例10為如實例1至9之系統，其中第一電壓元件及第二電壓元件在相互作用區處建立無場區。

實例11為如實例1至10之系統，其進一步包含：第一帶電粒子阱，其經定位以接收來自第一粒子粒子之帶負電粒子；及第二帶電粒子阱，其經定位以接收來自第二粒子源之帶正電粒子。

實例12為如實例1至11之系統，其中第一電壓元件對應於第一對電壓元件，其中第二電壓元件對應於第二對電壓元件，且其中控制電路系統經進一步組態以：控制第一對電壓元件及第二對電壓元件，以控制帶負電粒子之第一群組的第一軸向速度及帶正電粒子之第二群組的第二軸向速度，以使帶負電粒子之第一群組在第一對電壓元件之間振盪且使帶正電粒子之第二群組在第二對電壓元件之間振盪，以便在帶負電粒子之第一群組及帶正電粒子之第二群組正在相反方向上移動時同時將帶負電粒子之第一群組及帶正電粒子之第二群組重複地定位於相互作用區中。

實例13為如實例1至12之系統，其進一步包含第三粒子源，其經配置以沿著軸線導引帶正電粒子，其中第二電壓元件經進一步配置以控制來自第三粒子源之帶正電粒子之第三群組的第三軸向速度，其中帶正電粒子之第三群組自軸線徑向延伸且特徵在於第三徑向分佈，且其中控制電路系統經組態以：控制第一電壓元件及第二電壓元件，以控制帶負電粒子之第一群組的第一軸向速度、帶正電粒子之第二群組的第二軸向速度及帶正電粒子之第三群組的第三軸向速度，且當帶負電粒子之第一群組在與帶正電粒子之第二群組及帶正電粒子之第三群組相反的方向上移動時同時將帶負電粒子之第一群組、帶正電粒子之第二群組及帶正電粒子之第三群組定位於相互作用區中，且其中在相互作用區中的帶負電粒子之第一群組、帶正電粒子之第二群組及帶正電粒子之第三群組之間的相互作用導致第一徑向分佈、第二徑向分佈或第三徑向分佈中之一或多者變窄。

實例14為如實例13之系統，其中控制電路系統經組態以：控制第二軸向速度或第三軸向速度中之一者或兩者，以增加帶正電粒子之第二群組與帶正電粒子之第三群組之間的相對速度；且其中系統進一步包含直接能量轉換器，直接能量轉換器經組態以：自帶正電粒子之第二群組及帶正電粒子之第三群組的帶正電粒子之間的融合反應收集帶電融合產物；及將來自所收集之帶電融合產物的動能轉換成電能。

實例15為如實例14之系統，其進一步包含一或多個電容器，其配置成與直接能量轉換器電連通以用於儲存電能。

實例16為如實例14至15之系統，其中直接能量轉換器包含環繞相互作用區之收集柵格。

實例17為如實例13之系統，其中第一粒子源包含第一電漿體，其中第二粒子源包含第二電漿體，或其中第三粒子源包含第三電漿體。

實例18為如實例1至17之系統，其中第一粒子源包含第一電漿體，或其中第二粒子源包含第二電漿體。

實例19為一種集中帶電粒子之方法，方法包含：沿著軸線導引帶負電粒子之第一群組，其中帶負電粒子之第一群組自軸線徑向延伸且特徵在於第一徑向分佈；沿著軸線導引帶正電粒子之第二群組，其中帶正電粒子之第二群組自軸線徑向延伸且特徵在於第二徑向分佈；及控制帶負電粒子之第一群組的第一軸向速度及帶正電粒子之第二群組的第二軸向速度，以當帶負電粒子之第一群組及帶正電粒子之第二群組正在相反方向上移動時同時將帶負電粒子之第一群組及帶正電粒子之第二群組定位於相互作用區中，其中在相互作用區中的帶負電粒子之第一群組與帶正電粒子之第二群組之間的相互作用導致第一徑向分佈或第二徑向分佈中之一者或兩者變窄。。

實例20為如實例19之方法，其進一步包含：控制帶負電粒子之第一群組的第一軸向速度及帶正電粒子之第二群組的第二軸向速度，以重新導引帶負電粒子之第一群組及帶正電粒子之第二群組，且當帶負電粒子之第一群組及帶正電粒子之第二群組正在相反方向上移動時同時將帶負電粒子之第一群組及帶正電粒子之第二群組重新定位於相互作用區中持續額外時間，其中在相互作用區中的帶負電粒子之第一群組與帶正電粒子之第二群組之間的進一步相互作用導致第一徑向分佈或第二徑向分佈中之一者或兩者進一步變窄。

實例21為如實例19至20之方法，其中帶負電粒子之第一群組包含電子射束或電子聚束，且其中帶正電粒子之第二群組包含正離子射束或正離子聚束。

實例22為如實例19至21之方法，其中帶正電粒子之第二群組包含兩個或多於兩個不同的正離子種類。

實例23為如實例19至22之方法，其中軸線之至少一部分為彎曲的。

實例24為如實例19至23之方法，其進一步包含偏轉帶負電粒子之第一群組及帶正電粒子之第二群組，使得軸線對應於環形組態。

實例25為如實例19至24之方法，其中當帶負電粒子之第一群組及帶正電粒子之第二群組同時定位於相互作用區中時，相互作用區包括相等數目個帶負電粒子及帶正電粒子。

實例26為如實例19至25之方法，其中相互作用區對應於帶負電粒子之第一群組的第一體積特性與帶正電粒子之第二群組的第二體積特性重疊的區。

實例27為如實例19至26之方法，其中第一電壓元件可經組態以控制帶負電粒子之第一群組的第一軸向速度，其中第二電壓元件經組態以控制帶正電粒子之第二群組的第二軸向速度。

實例28為如實例27之方法，其進一步包含在第一電壓元件與第二電壓元件之間建立無場區。

實例29為如實例19至28之方法，其進一步包含：使用第一粒子源產生帶負電粒子之第一群組；將帶負電粒子之第一群組儲存於第一帶電粒子阱中，其中導引帶負電粒子之第一群組包括使第一帶電粒子阱中之帶負電粒子之第一群組在第一方向上加速；使用第二粒子源產生帶正電粒子之第二群組；及將帶正電粒子之第二群組儲存於第二帶電粒子阱中，其中導引帶正電粒子之第二群組包括使第二帶電粒子阱中之帶正電粒子之第二群組在第二方向上加速。

實例30為如實例19至29之方法，其中導引帶負電粒子之第一群組包括使帶負電粒子之第一群組在沿著軸線配置之第一對電壓元件之間振盪，且其中導引帶正電粒子之第二群組包括使帶正電粒子之第二群組在沿著軸線配置之第二對電壓元件之間振盪，且其中當帶負電粒子之第一群組及帶正電粒子之第二群組正在相反方向上移動時，帶負電粒子之第一群組及帶正電粒子之第二群組重複地同時定位於相互作用區中。

實例31為如實例19至30之方法，其進一步包含：沿著軸線在第三方向上導引帶正電粒子之第三群組，其中帶正電粒子之第三群組自軸線徑向延伸且特徵在於第三徑向分佈，其中控制包括控制帶負電粒子之第一群組的第一軸向速度、帶正電粒子之第二群組的第二軸向速度及帶正電粒子之第三群組的第三軸向速度，以當帶負電粒子之第一群組在與帶正電粒子之第二群組及帶正電粒子之第三群組相反的方向上移動時同時將帶負電粒子之第一群組、帶正電粒子之第二群組及帶正電粒子之第三群組定位於相互作用區中，且其中在相互作用區中的帶負電粒子之第一群組、帶正電粒子之第二群組及帶正電粒子之第三群組之間的相互作用導致第一徑向分佈、第二徑向分佈或第三徑向分佈中之一或多者變窄。

實例32為如實例31之方法，其進一步包含：控制第二軸向速度或第三軸向速度中之一者或兩者，以增加帶正電粒子之第二群組與帶正電粒子之第三群組之間的相對速度；自帶正電粒子之第二群組及帶正電粒子之第三群組的帶正電粒子之間的帶電融合產物收集帶電融合產物；及將來自所收集之帶電融合產物的動能轉換成電能。

實例33為如實例32之方法，其進一步包含：將電能儲存於一或多個電容器中。

已出於說明及描述之目的呈現本發明之實例實施例的以上描述。描述並不意欲為窮盡性的或將本發明限於所描述之精確形式，且鑒於以上教示，許多修改及變化為可能的。

除非有相反的特定指示，否則「一（a/an）」或「所述（the）」之敍述意指「一或多個」。除非有相反的特定指示，否則「或」之使用意指「包括性的或」，而非「互斥性的或」。提及「第一」組件不一定需要提供第二組件。此外，除非有明確陳述，否則提及「第一」或「第二」組件不會將所提及組件限於特定部位。

100:真空系統 105:真空腔室 110:電壓元件 112:輸入環形電極元件 114:環形電極元件/環形電極 115:離子源/粒子源 117:電子源/粒子源 120:帶正電粒子群組/帶電粒子射束 122:帶負電粒子群組/帶電粒子射束 125:軸線 130:中心無場相互作用區 200:帶電粒子群組 300:電漿自壓縮系統 305:電子聚束 310:第一正離子聚束 315:第二正離子聚束 320:第一電壓元件 325:第二電壓元件 330:第三電壓元件 335:第四電壓元件 340:第五電壓元件 345:第六電壓元件 350:壓縮電漿 400:電漿自壓縮系統 405:電子射束/電子聚束 410:第一正離子射束/第一正離子聚束 415:第二正離子射束/第二正離子聚束 420:第一電壓元件 425:第二電壓元件 430:第三電壓元件 435:第四電壓元件 440:第五電壓元件 445:第六電壓元件 450:電漿 505:元件 510:電漿體 515:電漿體 520:第三電漿體 525:第一正離子群組 530:第二正離子群組 535:電子群組 540:電漿 600:電漿自壓縮系統 605:第一正離子射束 610:第二正離子射束 615:電子射束 620:電壓元件 625:電壓元件 630:電壓元件 635:偏轉區段 700:融合阱 720:電壓元件 725:電壓元件 730:電壓元件 735:電壓元件 740:電壓元件 745:電壓元件 750:收集柵格 755:融合產物 760:能量存儲元件 800:電壓元件陣列 802:電壓元件陣列 805:電壓元件 806:電壓元件 807:電壓元件 810:真空饋通件 815:無場區 816:區 817:區 818:區 820:電位 821:共同電位 822:共同電位 823:共同電位 825:靜電鏡 826:靜電鏡 827:靜電鏡 828:靜電鏡 829:靜電鏡 830:靜電鏡r:半徑l:長度

圖1提供包括電壓元件及粒子源之實例真空系統的示意性說明。

圖2提供帶電粒子群組之模型的示意性說明。

圖3A、圖3B、圖3C及圖3D提供實例電漿壓縮系統之示意性說明，其具有描繪電漿壓縮程序之演進的各種時間快照。

圖4A、圖4B、圖4C及圖4D提供實例電漿壓縮系統之示意性說明，其具有描繪電漿壓縮程序之演進的各種時間快照。

圖5A、圖5B及圖5C提供實例電漿壓縮系統之示意性說明，其具有描繪電漿壓縮程序之演進的各種時間快照，其中使用電漿體產生器產生帶電粒子。

圖6提供以環形組態配置之實例電漿壓縮系統的示意性說明。

圖7提供實例融合阱系統之示意性說明。

圖8A、圖8B及圖8C提供可動態地重組態之電壓元件陣列的示意性說明。

圖9說明根據各種實施例之包括控制器、電壓元件、感測器及電源供應器的實例電路。

100:真空系統

105:真空腔室

110:電壓元件

112:輸入環形電極元件

114:環形電極元件/環形電極

115:離子源/粒子源

117:電子源/粒子源

120:帶正電粒子群組/帶電粒子射束

122:帶負電粒子群組/帶電粒子射束

125:軸線

130:中心無場相互作用區

Claims (33)

1. 一種系統，其包含： 一第一粒子源，其經配置以沿著一軸線導引帶負電粒子； 一第二粒子源，其經配置以沿著所述軸線導引帶正電粒子； 一第一電壓元件，其沿著所述軸線配置以用於控制來自所述第一粒子源之帶負電粒子的一第一軸向速度；及 一第二電壓元件，其沿著所述軸線配置以用於控制來自所述第二粒子源之帶正電粒子的一第二軸向速度；及 控制電路系統，其經組態以： 控制所述第一電壓元件以沿著所述軸線導引帶負電粒子之一第一群組，其中帶負電粒子之所述第一群組自所述軸線徑向延伸且特徵在於一第一徑向分佈， 控制所述第二電壓元件以沿著所述軸線導引帶正電粒子之一第二群組，其中帶正電粒子之所述第二群組自所述軸線徑向延伸且特徵在於一第二徑向分佈，及 控制所述第一電壓元件及所述第二電壓元件以控制帶負電粒子之所述第一群組的所述第一軸向速度及帶正電粒子之所述第二群組的所述第二軸向速度，且當帶負電粒子之所述第一群組及帶正電粒子之所述第二群組正在相反方向上移動時同時將帶負電粒子之所述第一群組及帶正電粒子之所述第二群組定位於一相互作用區中，其中在所述相互作用區中的帶負電粒子之所述第一群組與帶正電粒子之所述第二群組之間的相互作用導致所述第一徑向分佈或所述第二徑向分佈中之一者或兩者變窄。
2. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中所述控制電路系統經進一步組態以： 控制所述第一電壓元件及所述第二電壓元件，以控制帶負電粒子之所述第一群組的所述第一軸向速度及帶正電粒子之所述第二群組的所述第二軸向速度，從而重新導引帶負電粒子之所述第一群組及帶正電粒子之所述第二群組，且當帶負電粒子之所述第一群組及帶正電粒子之所述第二群組正在相反方向上移動時同時將帶負電粒子之所述第一群組及帶正電粒子之所述第二群組重新定位於所述相互作用區中持續一額外時間，其中在所述相互作用區中的帶負電粒子之所述第一群組與帶正電粒子之所述第二群組之間的進一步相互作用導致所述第一徑向分佈或所述第二徑向分佈中之一者或兩者進一步變窄。
3. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中帶負電粒子之所述第一群組包含一電子射束或一電子聚束，且其中帶正電粒子之所述第二群組包含一正離子射束或一正離子聚束。
4. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中帶正電粒子之所述第二群組包含兩個或多於兩個不同的正離子種類。
5. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中所述第一電壓元件對應於第一對電壓元件，其中所述第二電壓元件對應於第二對電壓元件，其中所述相互作用區定位於所述第一對電壓元件之間，且其中所述相互作用區定位於所述第二對電壓元件之間。
6. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中所述軸線之至少一部分為彎曲的。
7. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其進一步包含一或多個帶電粒子偏轉器，其經配置以偏轉帶負電粒子之所述第一群組及帶正電粒子之所述第二群組，使得所述軸線對應於一環形組態。
8. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中當帶負電粒子之所述第一群組及帶正電粒子之所述第二群組同時定位於所述相互作用區中時，所述相互作用區包括相等數目個帶負電粒子及帶正電粒子。
9. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中帶負電粒子之所述第一群組的特徵在於一第一體積，其中帶正電粒子之所述第二群組的特徵在於一第二體積，且其中所述相互作用區對應於所述第一體積與所述第二體積重疊之一區。
10. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中所述第一電壓元件及所述第二電壓元件在所述相互作用區處建立一無場區。
11. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其進一步包含： 一第一帶電粒子阱，其經定位以接收來自所述第一粒子源之帶負電粒子；及 一第二帶電粒子阱，其經定位以接收來自所述第二粒子源之帶正電粒子。
12. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中所述第一電壓元件對應於第一對電壓元件，其中所述第二電壓元件對應於第二對電壓元件，且其中所述控制電路系統經進一步組態以： 控制所述第一對電壓元件及所述第二對電壓元件，以控制帶負電粒子之所述第一群組的所述第一軸向速度及帶正電粒子之所述第二群組的所述第二軸向速度，從而使帶負電粒子之所述第一群組在所述第一對電壓元件之間振盪且使帶正電粒子之所述第二群組在所述第二對電壓元件之間振盪，以便當帶負電粒子之所述第一群組及帶正電粒子之所述第二群組正在相反方向上移動時重複地同時將帶負電粒子之所述第一群組及帶正電粒子之所述第二群組定位於所述相互作用區中。
13. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其進一步包含 一第三粒子源，其經配置以沿著所述軸線導引帶正電粒子，其中所述第二電壓元件經進一步配置以控制來自所述第三粒子源之帶正電粒子之一第三群組的一第三軸向速度，其中帶正電粒子之所述第三群組自所述軸線徑向延伸且特徵在於一第三徑向分佈，且其中所述控制電路系統經組態以： 控制所述第一電壓元件及所述第二電壓元件，以控制帶負電粒子之所述第一群組的所述第一軸向速度、帶正電粒子之所述第二群組的所述第二軸向速度及帶正電粒子之所述第三群組的一第三軸向速度，且當帶負電粒子之所述第一群組在與帶正電粒子之所述第二群組及帶正電粒子之所述第三群組相反的一方向上移動時同時將帶負電粒子之所述第一群組、帶正電粒子之所述第二群組及帶正電粒子之所述第三群組定位於所述相互作用區中，且其中在所述相互作用區中的帶負電粒子之所述第一群組、帶正電粒子之所述第二群組及帶正電粒子之所述第三群組之間的相互作用導致所述第一徑向分佈、所述第二徑向分佈或所述第三徑向分佈中之一或多者變窄。
14. 如申請專利範圍第13項所述之系統，其中所述控制電路系統經組態以： 控制所述第二軸向速度或所述第三軸向速度中之一者或兩者，以增加帶正電粒子之所述第二群組與帶正電粒子之所述第三群組之間的一相對速度；且 其中所述系統進一步包含一直接能量轉換器，所述直接能量轉換器經組態以： 自帶正電粒子之所述第二群組及帶正電粒子之所述第三群組的帶正電粒子之間的融合反應收集帶電融合產物；及 將來自所收集之帶電融合產物的動能轉換成電能。
15. 如申請專利範圍第14項所述之系統，其進一步包含一或多個電容器，其配置成與所述直接能量轉換器電連通以用於儲存所述電能。
16. 如申請專利範圍第14項所述之系統，其中所述直接能量轉換器包含環繞所述相互作用區之一收集柵格。
17. 如申請專利範圍第13項所述之系統，其中所述第一粒子源包含一第一電漿團，其中所述第二粒子源包含一第二電漿團，或其中所述第三粒子源包含一第三電漿團。
18. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中所述第一粒子源包含一第一電漿團，或其中所述第二粒子源包含一第二電漿團。
19. 一種用於集中帶電粒子之方法，所述方法包含： 沿著一軸線導引帶負電粒子之一第一群組，其中帶負電粒子之所述第一群組自所述軸線徑向延伸且特徵在於一第一徑向分佈； 沿著所述軸線導引帶正電粒子之一第二群組，其中帶正電粒子之所述第二群組自所述軸線徑向延伸且特徵在於一第二徑向分佈；及 控制帶負電粒子之所述第一群組的一第一軸向速度及帶正電粒子之所述第二群組的一第二軸向速度，以當帶負電粒子之所述第一群組及帶正電粒子之所述第二群組正在相反方向上移動時同時將帶負電粒子之所述第一群組及帶正電粒子之所述第二群組定位於一相互作用區中，其中在所述相互作用區中的帶負電粒子之所述第一群組與帶正電粒子之所述第二群組之間的相互作用導致所述第一徑向分佈或所述第二徑向分佈中之一者或兩者變窄。
20. 如申請專利範圍第19項所述之方法，其進一步包含： 控制帶負電粒子之所述第一群組的所述第一軸向速度及帶正電粒子之所述第二群組的所述第二軸向速度，以重新導引帶負電粒子之所述第一群組及帶正電粒子之所述第二群組，且當帶負電粒子之所述第一群組及帶正電粒子之所述第二群組正在相反方向上移動時同時將帶負電粒子之所述第一群組及帶正電粒子之所述第二群組重新定位於所述相互作用區中持續一額外時間，其中在所述相互作用區中的帶負電粒子之所述第一群組與帶正電粒子之所述第二群組之間的進一步相互作用導致所述第一徑向分佈或所述第二徑向分佈中之一者或兩者進一步變窄。
21. 如申請專利範圍第19項所述之方法，其中帶負電粒子之所述第一群組包含一電子射束或一電子聚束，且其中帶正電粒子之所述第二群組包含一正離子射束或一正離子聚束。
22. 如申請專利範圍第19項所述之方法，其中帶正電粒子之所述第二群組包含兩個或多於兩個不同的正離子種類。
23. 如申請專利範圍第19項所述之方法，其中所述軸線之至少一部分為彎曲的。
24. 如申請專利範圍第19項所述之方法，其進一步包含偏轉帶負電粒子之所述第一群組及帶正電粒子之所述第二群組，使得所述軸線對應於一環形組態。
25. 如申請專利範圍第19項所述之方法，其中當帶負電粒子之所述第一群組及帶正電粒子之所述第二群組同時定位於所述相互作用區中時，所述相互作用區包括相等數目個帶負電粒子及帶正電粒子。
26. 如申請專利範圍第19項所述之方法，其中所述相互作用區對應於為帶負電粒子之所述第一群組所特有的一第一體積與為帶正電粒子之所述第二群組所特有的一第二體積重疊的一區。
27. 如申請專利範圍第19項所述之方法，其中一第一電壓元件經組態以控制帶負電粒子之所述第一群組的所述第一軸向速度，其中一第二電壓元件經組態以控制帶正電粒子之所述第二群組的所述第二軸向速度。
28. 如申請專利範圍第27項所述之方法，其進一步包含在所述第一電壓元件與所述第二電壓元件之間建立一無場區。
29. 如申請專利範圍第19項所述之方法，其進一步包含： 使用一第一粒子源產生帶負電粒子之所述第一群組； 將帶負電粒子之所述第一群組儲存於一第一帶電粒子阱中，其中導引帶負電粒子之所述第一群組包括使所述第一帶電粒子阱中之帶負電粒子之所述第一群組在一第一方向上加速； 使用一第二粒子源產生帶正電粒子之所述第二群組；及 將帶正電粒子之所述第二群組儲存於一第二帶電粒子阱中，其中導引帶正電粒子之所述第二群組包括使所述第二帶電粒子阱中之帶正電粒子之所述第二群組在一第二方向上加速。
30. 如申請專利範圍第19項所述之方法，其中導引帶負電粒子之所述第一群組包括使帶負電粒子之所述第一群組在沿著所述軸線配置之第一對電壓元件之間振盪，且其中導引帶正電粒子之所述第二群組包括使帶正電粒子之所述第二群組在沿著所述軸線配置之第二對電壓元件之間振盪，且其中當帶負電粒子之所述第一群組及帶正電粒子之所述第二群組正在相反方向上移動時，帶負電粒子之所述第一群組及帶正電粒子之第二群組重複地同時定位於所述相互作用區中。
31. 如申請專利範圍第19項所述之方法，其進一步包含： 沿著所述軸線在一第三方向上導引帶正電粒子之一第三群組，其中帶正電粒子之所述第三群組自所述軸線徑向延伸且特徵在於一第三徑向分佈， 其中控制包括控制帶負電粒子之所述第一群組的所述第一軸向速度、帶正電粒子之所述第二群組的所述第二軸向速度及帶正電粒子之所述第三群組的一第三軸向速度，以當帶負電粒子之所述第一群組在與帶正電粒子之所述第二群組及帶正電粒子之所述第三群組相反的一方向上移動時同時將帶負電粒子之所述第一群組、帶正電粒子之所述第二群組及帶正電粒子之所述第三群組定位於所述相互作用區中，且其中在所述相互作用區中的帶負電粒子之所述第一群組、帶正電粒子之所述第二群組及帶正電粒子之所述第三群組之間的相互作用導致所述第一徑向分佈、所述第二徑向分佈或所述第三徑向分佈中之一或多者變窄。
32. 如申請專利範圍第31項所述之方法，其進一步包含： 控制所述第二軸向速度或所述第三軸向速度中之一者或兩者，以增加帶正電粒子之所述第二群組與帶正電粒子之所述第三群組之間的一相對速度； 自帶正電粒子之所述第二群組及帶正電粒子之所述第三群組的帶正電粒子之間的融合反應收集帶電融合產物；及 將來自所收集之帶電融合產物的動能轉換成電能。
33. 如申請專利範圍第32項所述之方法，其進一步包含： 將所述電能儲存於一或多個電容器中。

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