用于生成和加速磁化等离子体的系统和方法与流程

技术特征：
1.一种用于生成和加速磁化等离子体的系统，所述系统包括：等离子体发生器，所述等离子体发生器包括能操作为使气体电离的电离化电极和形成磁场发生器；等离子体加速器，所述等离子体加速器流体偶联至所述等离子体发生器并且包括能操作为生成推动环场的加速器电极，所述等离子体发生器的下游端和所述等离子体加速器的上游端共同限定了加速隙和弛豫区；反向极向场发生器，所述反向极向场发生器能操作以生成跨过所述加速隙的反向极向场；以及至少一个电源，所述至少一个电源电偶联至所述电离化电极和所述加速器电极，并且能操作以：生成从所述等离子体发生器移动至所述弛豫区的具有闭合极向场的磁化等离子体环，其中，所述反向极向场位于所述磁化等离子体环的后方并且具有与所述闭合极向场的后缘相同的场方向且具有与所述形成磁场相反的场方向；并且生成所述推动环场以逆着所述闭合极向场推动所述反向极向场，借此通过所述等离子体加速器使所述磁化等离子体环加速。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述形成磁场发生器包括至少一个磁性线圈或者至少一个永磁铁。3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述反向极向场发生器包括至少一个磁性线圈或者至少一个永磁铁。4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，还包括定位在所述加速隙的每一侧的铁磁材料以增加跨过所述加速隙的反向极向场。5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述铁磁材料包括环、环形盘和一系列间隔段中的至少一种，其限制所述加速器电极的内部电极的上游端和所述电离化电极的内部电极的下游端中的一者或两者。6.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其中，选择所述反向极向磁发生器的数目和位置以生成0.1
‑
0.25*ψ
ct
的反向极向通量，其中ψ
ct
是所述磁化等离子体环的总极向通量。7.根据权利要求2和3所述的系统，其中，所述形成磁场发生器包括三个形成磁性线圈并且所述反向极向场发生器包括一个反向极向磁性线圈。8.根据权利要求1至7中任一项所述的系统，其中，所述电离化电极是环形的并且限定了环形等离子体形成通道。9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述等离子体环是紧凑环或球形托卡马克。10.根据权利要求1所述的系统，其中，为所述等离子体环配置所述弛豫区以在其中扩张并稳定。11.根据权利要求1至10中任一项所述的系统，其中，所述加速器电极是环形的并且限定了从入口至出口向内呈锥形的环形传送通道。12.根据权利要求1至11中任一项所述的系统，其中，所述至少一个电源包括至少一个电容器组，并且能操作以向所述等离子体发生器提供第一电流脉冲且向所述等离子体加速器提供第二电流脉冲。13.一种用于生成和加速磁化等离子体的方法，包括：
使等离子体发生器中的气体电离并生成形成磁场，并生成从所述等离子体发生器移动至弛豫区的具有闭合极向场的磁化等离子体环；在所述磁化等离子体环后方生成反向极向场，所述反向极向场具有与所述闭合极向场的后缘相同的场方向并且具有与所述形成磁场相反的场方向；并且生成推动环场，所述推动环场逆着所述闭合极向场推动所述反向极向场，借此通过所述等离子体发生器下游的等离子体加速器使所述磁化等离子体环加速。14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述等离子体发生器包括环形等离子体形成通道，并且其中，形成所述磁化等离子体包括将所述气体注入到所述环形等离子体形成通道中以形成所述磁化等离子体环。15.根据权利要求13中所述的方法，其中，所述磁化等离子体环是紧凑环或球形托卡马克。16.根据权利要求13至15中任一项所述的方法，其中，所述气体包括氢、氢的同位素、氖、氩、氪、氙和氦中的任一种或其混合物。17.根据权利要求13至16中任一项所述的方法，其中，在所述等离子体发生器中生成后并且在所述等离子体加速器中加速前，所述磁化等离子体环在所述弛豫区中扩张并稳定。18.根据权利要求13至17中任一项所述的方法，还包括将第一电流脉冲发送至所述等离子体发生器以电离所述气体并生成所述闭合极向场，并将第二电流脉冲发送至所述等离子体加速器以生成所述推动环场。19.根据权利要求13至18中任一项所述的方法，其中，在所述等离子体发生器的下游端和所述等离子体加速器的上游端之间跨过加速隙生成所述反向极向场。20.根据权利要求18中所述的方法，其中，生成所述反向极向场包括生成在0.1
‑
0.25*ψ
ct
的范围内的反向极向通量，其中ψ
ct
是所述磁化等离子体环的总极向通量。21.根据权利要求13至20中任一项所述的方法，其中，所述等离子体加速器包括锥形环形通道，并且所述方法还包括压缩和加热所述等离子体环，同时加速通过所述锥形环形通道。

技术总结
用于稳定生成和加速磁化等离子体的方法和系统包括使等离子体发生器中的注入气体电离并生成形成磁场以形成具有闭合极向场的磁化等离子体，在磁化等离子体后方产生反向极向场并且反向极向场具有与闭合极向场的后缘相同的场方向且具有与形成磁场相反的场方向，并且生成逆着闭合极向场推动反向极向场的推动环场，借此通过等离子体发生器下游的等离子体加速器使磁化等离子体加速。反向极向场用于防止在形成磁化等离子体后，形成磁场和闭合极向场的重联，这将使得推动环场与闭合极向场混合并引起不稳定性和降低的等离子体约束。并引起不稳定性和降低的等离子体约束。并引起不稳定性和降低的等离子体约束。


技术研发人员：斯蒂芬
受保护的技术使用者：通用融合公司
技术研发日：2020.05.28
技术公布日：2021/12/14