[發(fā)明專利]用于形成并維持高性能FRC的系統(tǒng)和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201280055842.6
• 申請(qǐng)日: 2012-11-14
• 公開（公告）號(hào): CN103918034A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: M.圖斯?jié)删S斯基;M.賓德鮑爾;D.巴內(nèi)斯;E.加拉特;H.郭;S.普特溫斯基;A.斯米諾夫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 加州大學(xué)評(píng)議會(huì)
• 主分類號(hào): G21B1/05
• 分類號(hào): G21B1/05
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 原紹輝;譚祐祥

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求保護(hù)在2011年11月4日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No.?61/559,154的權(quán)益，并且要求保護(hù)在2011年11月15日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No.?61/559,721的權(quán)益，這些申請(qǐng)都以引用的方式并入到本文中。

技術(shù)領(lǐng)域

本文所描述的實(shí)施例大體而言涉及磁等離子體約束系統(tǒng)，并且更特定而言涉及便于形成并維持具有優(yōu)良的穩(wěn)定性以及粒子、能量和通量約束的場(chǎng)反向配置的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

場(chǎng)反向配置(FRC)屬于被稱作緊湊等離子體環(huán)/緊湊環(huán)形線圈（CT）的磁等離子體約束拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的類別。其表現(xiàn)出主導(dǎo)的極向磁場(chǎng)以及具有零或小自生等離子體環(huán)場(chǎng)（參看M.?Tuszewski,?Nucl.?Fusion?28,?2033(1988)）。這種配置的吸引力在于其簡(jiǎn)單的幾何形狀，易于構(gòu)造和維護(hù)，便于能量提取和除灰的自然不受限制的偏濾器和很高的β（β是平均等離子體壓力與FRC內(nèi)的平均磁場(chǎng)壓力的比），即高功率密度。高β性質(zhì)有利于經(jīng)濟(jì)操作和使用先進(jìn)的無中子燃料諸如D-He³和p-B¹¹。

形成FRC的傳統(tǒng)方法使用場(chǎng)反向θ-箍縮技術(shù)，產(chǎn)生熱的高密度等離子體（參看A.?L.?Hoffman和J.?T.?Slough,?Nucl.?Fusion?33,?27(1993)）。其一種變型為平移-捕集方法，其中，在θ-箍縮“源”中形成的等離子體差不多立即從一端出射到約束腔室內(nèi)。然后平移的等離子體粒團(tuán)被捕集于在腔室端部處的兩個(gè)強(qiáng)鏡之間（參看，例如，H.?Himura、S.?Okada、S.?Sugimoto和S.?Goto,?Phys.Plasmas?2,?191(1995)）。一旦處于約束腔室中，可以采用各種加熱和電流驅(qū)動(dòng)方法，諸如束噴射（中性或中和的）、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)、RF或歐姆加熱等。這種源分離和約束功能對(duì)于可能的未來聚變反應(yīng)堆提供關(guān)鍵的工程優(yōu)點(diǎn)。FRC被證明極為穩(wěn)健/強(qiáng)固，對(duì)于動(dòng)態(tài)形成、平移和暴力捕獲事件具有適應(yīng)性。此外，它們表現(xiàn)出呈現(xiàn)優(yōu)選等離子體狀態(tài)的傾向性（參看例如H.?Y.?Guo、A.?L.?Hoffman、K.?E.?Miller和L.?C.?Steinhauer,?Phys.?Rev.?Lett.?92,?245001(2004)）。在過去的數(shù)十年中發(fā)展其它FRC形成方法已取得了重大進(jìn)展：合并具有相反方向螺旋性的球馬克（參看，例如，Y.?Ono、M.?Inomoto、Y.?Ueda、T.?Matsuyama和T.?Okazaki,?Nucl.?Fusion?39,?2001(1999)）和通過以旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（RMF）來驅(qū)動(dòng)電流(參看，例如，I.?R.?Jones,?Phys.?Plasmas?6,?1950(1999)），其也提供額外穩(wěn)定性。

近來，已顯著地更進(jìn)一步發(fā)展了長(zhǎng)久以前提出的碰撞-合并技術(shù)（參看，例如D.?R.?Wells,?Phys.?Fluids?9,?1010(1966)）：在約束腔室相反端處的兩個(gè)單獨(dú)θ箍縮同時(shí)生成兩個(gè)等離子體粒團(tuán)并且使等離子體粒團(tuán)朝向彼此以高速加速；它們?nèi)缓笤诩s束腔室中心處碰撞并且合并以形成復(fù)合FRC。在目前為止的最大FRC實(shí)驗(yàn)之一的構(gòu)造和成功操作中，示出了常規(guī)的碰撞-合并方法以產(chǎn)生穩(wěn)定、長(zhǎng)壽命、高通量、高溫FRC（參看例如M.?Binderbauer、H.Y.?Guo、M.?Tuszewski等人，Phys.?Rev.?Lett.?105,?045003(2010)）。

FRC包括了在分界面內(nèi)側(cè)的閉場(chǎng)線的圓環(huán)面和在分界面外側(cè)附近的開場(chǎng)線上的環(huán)形邊緣層。邊緣層聯(lián)合/合并為超過FRC長(zhǎng)度的射流，提供自然偏濾器。FRC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與場(chǎng)反向鏡等離子體的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相符。但是，顯著差別在于FRC等離子體具有約10的β。固有低內(nèi)磁場(chǎng)提供某些本源運(yùn)動(dòng)粒子總體，即，與FRC小半徑相比，具有大拉莫半徑（larmor?radii）的粒子。正是這些強(qiáng)動(dòng)力學(xué)效應(yīng)表現(xiàn)為至少部分地造成/有助于過去和當(dāng)前FRC的總體穩(wěn)定性，諸如在碰撞-合并實(shí)驗(yàn)中所產(chǎn)生的那些。