RS56260B1 - Sistem za formiranje i održavanje frc visokih performansi - Google Patents

Description

Opis pronalaska

POZIV NA POVEZANE PRIJAVE

[0001] Ova prijava se poziva na US privremenu prijavu br. 61/559,154, podnetu 14. novembra 2011, a poziva se i na US privremenu prijavu br. 61/559,721, podnetu 15. novembra 2011.

OBLAST TEHNIKE

[0002] Primeri izvođenja koji su ovde opisani se generalno odnose na sisteme za magnetno držanje plazme, a još preciznije, na sisteme i postupke koji olakšavaju formiranje i održavanje konfiguracija sa reverznim poljima sa superiornom stabilnošću, kao i držanje čestica, energije i fluksa.

STANJE TEHNIKE

[0003] Konfiguracija sa reverznim poljima (eng. Field Reversed Configuration, skr. FRC) spada u klasu topologija za magnetno držanje plazme poznatu kao kompaktni toroidi (eng. compact toroids - CT). Ona ispoljava pretežno poloidalna magnetna polja i poseduje nula ili malo samogenerisanih toroidnih polja (videti M. Tuszewski, Nucl. Fusion 28, 2033 (1988)). Atraktivnosti ovakve konfiguracije su njena jednostavna geometrija, koja omogućava jednostavnost konstrukcije i održavanja, zatim prirodno neograničeni divertor za olakšavanje ekstrakcije energije i uklanjanje pepela, i vrlo visoki β (β je odnos prosečnog pritiska plazme i prosečnog pritiska magnetnog polja u FRC), tj., visoka gustina energije. Prirodno visoki β je podesan za ekonomičnost operacije i za korišćenje naprednih, aneutronskih goriva, kao što su D-He<3>i p-B<11>.

[0004] Tradicionalni postupak formiranja FRC primenjuje θ-pinč tehnologiju reverznog polja, koja stvara vrele plazme visoke gustine (videti A. L. Hoffman i J. T. Slough, Nucl. Fusion 33, 27 (1993)). Varijacija ovoga je postupak translacije-zarobljavanja (eng. translation-trapping), u kome se plazma stvorena u teta-pinč "izvoru" više-manje odmah kroz jedan kraj izbacuje u komoru za držanje. Translirajući plazmoid se zatim zarobljava između dva jaka ogledala na krajevima komore (videti, na primer, H. Himura, S. Okada, S. Sugimoto, i S. Goto, Phys. Plasmas 2, 191 (1995)). Jednom kada je u komori za držanje, mogu se primeniti različiti postupci za zagrevanje i napajanje strujom, kao što su injektiranje snopa (neutralnog ili neutralisanog), rotirajuća magnetna polja, RF ili omsko zagrevanje, itd. Ovo razdvajanje funkcija izvora i držanja pruža ključne konstrukcijske prednosti pri projektovanju potencijalnih budućih fuzionih reaktora. FRC-ovi su se pokazali kao izuzetno robusni, otporni na dinamičko formiranje, translaciju i pojave nasilnog hvatanja. Osim toga, oni ispoljavaju tendenciju da preuzmu poželjno stanje plazme (videti npr. H. Y. Guo, A. L. Hoffman, K. E. Miller, i L. C. Steinhauer, Phys. Rev. Lett.92, 245001 (2004)). U poslednjoj dekadi je ostvaren značajan napredak u razvoju drugih postupaka formiranja FRC: spajanje sferomaksa sa suprotno usmerenim helicitima (videti npr. Y. Ono, M. Inomoto, Y. Ueda, T. Matsuyama, i T. Okazaki, Nucl. Fusion 39, 2001 (1999)) i napajanje strujom pomoću rotirajućih magnetnih polja (RMF) (videti npr. I. R. Jones, Phys. Plasmas 6, 1950 (1999)), koji takođeobezbeđuje dodatnu stabilnost.

[0005] Nedavno je znatno unapređena tehnika sjedinjavanja sudarom (eng. collisionmerging), koja je bila odavno predložena (videti npr. D. R. Wells, Phys. Fluids 9, 1010 (1966)): dva odvojena teta-pinča na suprotnim krajevima komore za držanje istovremeno stvaraju dva plazmoida i ubrzavaju ih jedan prema drugom velikom brzinom; oni se zatim sudaraju u centru komore za držanje i sjedinjavaju da bi formirali sjedinjenu FRC. Pri konstrukciji i uspešnom radu jednog od najvećih FRC eksperimenata do danas je pokazano da konvencionalni postupak sjedinjavanja sudarom stvara FRC-ove koji su stabilni, dugotrajni, sa visokim fluksom i visokom temperaturom (videti npr. M. Binderbauer, H.Y. Guo, M. Tuszewski et al., Phys. Rev. Lett.105, 045003 (2010)).

[0006] FRC-ovi se sastoje od torusa sa linijama polja zatvorenim unutar separatrise, i prstenastog ivičnog sloja na otvorenim linijama polja neposredno izvan separatrise. Spoljašnji sloj se sjedinjava u mlazeve iza dužine FRC, formirajući prirodni divertor. FRC topologija se poklapa sa onom kod plazme u polju preokrenutom kao u ogledalu (eng. Field-ReversedMirror). Međutim, značajna razlika je što je kod FRC plazme β oko 10. Inherentno slabo unutrašnje magnetno polje obezbeđujeodređenu sopstvenu populaciju čestica sa kinetičkom energijom, tj. čestice sa velikim Larmorovim radijusima su uporedive sa malim FRC radijusom. Izgleda da su ovi jaki kinetički efekti ono što bar delimično doprinosi velikoj stabilnosti ranijih i sadašnjih FRC-ova, kao što su oni dobijeni u eksperimentu spajanja sudarom.

[0007] Tipičnim ranijim FRC eksperimentima su dominirali konvektivni gubici uz držanje energije koje je pretežno bilo određeno transportom čestica. Iz zapremine separatrise čestice se šire pretežno radijalno, a zatim se gube aksijalno u ivičnom sloju. Shodno tome, FRC držanje zavisi od svojstava regiona i sa zatvorenim, i sa otvorenim linijama polja. Širenje, odn. difuzija čestica koje ističu iz separatrise se određujekao τ⊥~ a<2>/D⊥(a ~ rs/4, gde je rscentralni radijus separatrise), a D⊥je karakteristična difuzivnost FRC, tako da D⊥~ 12,5 ρie, gde ρiepredstavlja žiro-radijus jona, procenjen u eksterno primenjenom magnetnom polju. Vreme držanja u spoljašnjem sloju τ║ je u suštini aksijalno vreme prolaska iz prethodnih FRC eksperimenata. U stacionarnom stanju, odnos izmeđuradijalnog i aksijalnog gubitka čestica daje dužinu gradijenta gustine separatrise δ ~ (D⊥τ║)<1/2>. FRC vreme držanja čestica se određujekao (τ⊥τ║)<1/2>za prethodne FRC-ove koji imaju znatnu gustinu na separatrisi (videti npr. M. TUSZEWSKI, "Field Reversed Configurations," Nucl. Fusion 28, 2033 (1988)).

[0008] FRC sa rotirajućim magnetnim poljima primenjenim na plazme sa konfiguracijom ogledala je prikazan u S.A. Cohen et al. "Formation of Collisionless High-Beta Plasmas by Odd-Parity Rotating Magnetic Fields ", Physical Review Letters 98, 145002 (2007).

[0009] Sledeći nedostatak ranijih konstrukcija FRC sistema je bila potreba da se iskoriste eksterni multipoli za kontrolu rotacionih nestabilnosti, kao što su brzo rastuće n=2 nestabilnosti u obliku petlje. Na ovaj način, tipična eksterno primenjena kvadrupolna polja su obezbeđivala potrebno magnetno ponovno vraćanje pritiska radi prigušivanja rasta ovih nestabilnih stanja. Dok je ova tehnika adekvatna za kontrolu stabilnosti termičke plazme velike zapremine, ona dovodi do ozbiljnih problema kod FRC-ova sa većom kinetikom ili kod naprednih hibridnih FRC-ova, gde se populacija čestica koje se nalaze u orbiti sa velikom kinetičkom energijom kombinuje sa uobičajenom termičkom plazmom. Kod ovih sistema, distorzije osnosimetričnog magnetnog polja usled takvih multipolnih polja dovode do dramatičnih gubitaka brzih čestica usled stohastičke difuzije bez sudara, čiju posledicu predstavlja gubitak održanja kanoničnog ugaonog momenta. Shodno tome, neophodno je novo rešenje da bi se obezbedila stabilnost kontrole bez povećanja difuzije bilo kojih čestica da bi se iskoristila prednost većeg potencijala performansi ovih nikada ranije istraživanih naprednih FRC koncepata.

[0010] Shodno tome, u svetlu prethodno navedenog je poželjno da se poboljšaju držanje i stabilnost FRC-ova sa ciljem da se iskoristi stabilno stanje FRC-ova kao put za mnoštvo različitih primena kompaktnih izvora neutrona (za dobijanje medicinskih izotopa i za preradu nuklearnog otpada), za sisteme za maseno razdvajanje i obogaćivanje, kao i za jezgro reaktora za fuziju lakih jezgara za dobijanje energije u budućnosti.

SUŠTINA PRONALASKA

[0011] Izvođenja predmetnog pronalaska koja su ovde data se odnose na sisteme i postupke koji olakšavaju formiranje i održavanje novih konfiguracija sa reverznim poljima visokih performansi. U skladu sa ovom novom paradigmom FRC-ova visokih performansi, predmetni sistem kombinuje mnoštvo novih ideja i sredstava radi dramatičnog poboljšanja FRC držanja čestica, energije i fluksa, kao i obezbeđivanja kontrole stabilnosti bez negativnih sporednih efekata.

[0012] Ovde opisani FRC sistem sadrži centralni sud za držanje okružen sa dve dijametralno suprotne sekcije za formiranje reverznih polja sa teta pinčom, a iza tih sekcija za formiranje, dve komore divertora za kontrolu gustine neutrala i kontaminacije nečistoćama. Magnetni sistem sadrži seriju kvazi-DC (eng. quasi-DC) namotaja, koji se nalaze na aksijalnim položajima duž komponenata FRC sistema, pri čemu se kvazi-DC namotaji ogledala nalaze između bilo kog kraja komore za držanje i susednih sekcija za formiranje, i prigušnica ogledala, koje sadrže kompaktne kvazi-DC namotaje ogledala između svake od sekcija za formiranje i divertora, koji proizvode dodatna polja za usmeravanje da bi fokusirali površine magnetnog fluksa prema divertoru. Sekcije za formiranje sadrže modularne impulsno napajane sisteme za formiranje, koji omogućavaju da FRC-ovi budu formirani na licu mesta, a zatim ubrzani i injektirani (=statičko formiranje) ili da budu istovremeno formirani i ubrzani (=dinamičko formiranje).

[0013] FRC sistem sadrži injektore snopova neutralnih atoma i injektor peleta. Takođe su uključeni sistemi za geterovanje, kao i aksijalni plazma topovi. Takođe postoje i polarizacione elektrode za električnu polarizaciju otvorenih površina fluksa.

[0014] Sistemi, postupci, karakteristike i prednosti pronalaska će biti ili će postati očigledne stručnjaku iz odgovarajuće oblasti posle analize sledećih slika i detaljnog opisa. Namera je da svi takvi dodatni postupci, karakteristike i prednosti budu uključeni u okvir ovog opisa, i da budu u opsegu pronalaska, kao i da budu zaštićeni priloženim patentnim zahtevima. Takođe je predviđeno dapronalazak ne bude ograničen na zahteve u vezi detalja primera izvođenja.

KRATKI OPIS SLIKA NACRTA

[0015] Priložene slike nacrta, koje su uključene kao deo predmetnog opisa pronalaska, prikazuju poželjne primere izvođenja i zajedno sa gore datim opštim opisom i detaljnim opisom poželjnog primera izvođenja datim u nastavku služe za objašnjenje i otkrivanje principa predmetnog pronalaska.

Na slici 1 je prikazano držanje čestica u aktuelnom FRC sistemu u FRC režimu visokih performansi (HPF) u odnosu na ono u konvencionalnom FRC režimu (CR) i u odnosu na druge konvencionalne FRC eksperimente.

Na slici 2 su prikazane komponente aktuelnog FRC sistema i magnetna topologija FRC koja se može dobiti u aktuelnom FRC sistemu.

Na slici 3 je prikazan osnovni raspored u aktuelnom FRC kada se on posmatra odozgo, uključujući poželjni raspored snopova neutrala, elektroda, plazma topova, prigušnica ogledala i injektora peleta.

Slika 4 šematski ilustruje komponente sistema za impulsno napajanje sekcija za formiranje.

Slika 5 ilustruje izometrijski izgled jedne pojedinačne skretnice za impulsno napajanje sekcije za formiranje.

Slika 6 ilustruje izometrijski izgled sklopa cevi za formiranje.

Slika 7 ilustruje delimični izometrijski izgled preseka sistema za snopove neutrala i ključnih komponenti.

Slika 8 ilustruje izometrijski izgled sklopa za snop neutrala na komori za držanje.

Slika 9 ilustruje delimični izometrijski izgled preseka poželjne konstrukcije sistema za geterovanje sa Ti i Li.

Slika 10 ilustruje delimični izometrijski izgled preseka plazma topa smeštenog u komori divertora. Takođe su prikazane njima pridružene magnetne prigušnice ogledala i sklop elektroda divertora.

Slika 11 ilustruje poželjni raspored polarizacionih elektroda na aksijalnom kraju komore za držanje.

Slika 12 ilustruje evoluciju radijusa isključenog fluksa u FRC sistemu dobijenog iz niza spoljašnjih dijamagnetnih petlji na sekcijama za formiranje dva teta-pinča-reverznih-polja i magnetnih proba smeštenih unutar centralne metalne komore za držanje. Vreme je mereno od trenutka sinhronizovanog okretanja polja u izvorima za formiranje, a rastojanje z je dato u odnosu na aksijalnu centralnu ravan uređaja.

Slike 13 (a) do (d) ilustruju podatke za reprezentativna ne-HPF, neodrživa pražnjenja aktuelnog FRC sistema. Kao funkcije vremena su prikazani (a) radijus isključenog fluksa u centralnoj ravni, (b) 6 kanala linijski integrisane gustine iz centralne ravni CO2 interferometra, (c) podaci o Abelovim inverznim radijalnim profilima gustine sa CO2interferometra, i (d) ukupna temperatura plazme za ravnotežu pritisaka.

Slika 14 ilustruje aksijalne profile isključenog fluksa u izabranim trenucima za isto pražnjenje aktuelnog FRC sistema koje je prikazano na slici 13.

Slika 15 ilustruje izometrijski izgled kalemova oblika sedla montiranih izvan komore za držanje.

Slika 16 ilustruje korelaciju između vremena života FRC i dužine impulsa injektiranih snopova neutrala. Kao što je prikazano, duže trajanje impulsa snopova stvara FRC-ove sa dužim vremenom života.

Slika 17 ilustruje pojedinačne i kombinovane efekte različitih komponenata FRC sistema na performanse FRC i postizanje HPF režima.

Slike 18(a) do (d) ilustruju podatke za reprezentativni HPF, neodrživo pražnjenje na aktuelnom FRC sistemu. Kao funkcija vremena su prikazani (a) radijus isključenog fluksa u centralnoj ravni, (b) 6 kanala linijski integrisane gustine za centralnu ravan CO2 interferometra, (c) podaci o Abelovim inverznim radijalnim profilima gustine sa CO2 interferometra, i (d) ukupna temperatura plazme za ravnotežu pritisaka.

Slika 19 ilustruje držanje fluksa u funkciji temperature elektrona (Te). Ono predstavlja grafičku predstavu novouspostavljenog superiornog skalirajućeg režima za HPF pražnjenja.

[0016] Treba uočiti da slike nisu obavezno nacrtane u razmeri i da su elementi sličnih struktura ili funkcija generalno označeni istim pozivnim oznakama na slikama nacrta u ilustrativne svrhe. Takođe treba uočiti da su slike namenjene samo za to da olakšaju opisivanje različitih, ovde prikazanih primera izvođenja. Slike ne moraju da prikažu svaki aspekt ovde prikazanih otkrivanja i ne ograničavaju obim zaštite definisan patentnim zahtevima.

DETALJNI OPIS PRONALASKA

[0017] Primeri izvođenja koji su ovde prikazani se odnose na sisteme i postupke koji olakšavaju formiranje i održavanje konfiguracija sa reverznim poljima visokih performansi (eng. High Performance Field Reversed Configurations, skr. FRC-ovi) superiorne stabilnosti, kao i sa superiornim držanjem čestica, energije i fluksa u odnosu na konvencionalne FRC. Ispitivani su različiti pomoćni sistemi i režimi rada da bi se utvrdilo da li postoji superiorni režim držanja kod FRC-ova. Ovi napori su doveli do izuzetnih otkrića i do razvoja ovde opisane paradigme FRC visokih performansi. U skladu sa ovom novom paradigmom, aktuelni sistem i postupci kombinuju mnogo novih ideja i sredstava radi dramatičnog poboljšanja držanja FRC, kao što je prikazano na slici 1, kao i radi obezbeđivanjakontrole stabilnosti bez negativnih sporednih efekata. Kao što je detaljno razmotreno u nastavku, slika 1 prikazuje držanje čestica u dole opisanom FRC sistemu 10 (videti slike 2 i 3), koji radi u skladu sa režimom FRC visokih performansi (eng. High Performance FRC, skr. HPF) za formiranje i održavanje FRC, za razliku od rada u skladu sa konvencionalnim režimom CR za formiranje i održavanje FRC, i za razliku od držanja čestica u skladu sa konvencionalnim režimima za formiranje i održavanje FRC, koji su korišćeni u drugim eksperimentima. Predmetnim otkrivanjem će biti naznačene i detaljno opisane pojedinačne inovativne komponente FRC sistema 10 i postupaka, kao i njihovi zajednički efekti.

Opis FRC sistema

Vakuumski sistem

[0018] Slike 2 i 3 šematski prikazuju aktuelni FRC sistem 10. FRC sistem 10 sadrži centralni sud 100 za držanje okružen sa dve dijametralno suprotne sekcije 200 za formiranje reverznih polja sa teta-pinčom i, iza sekcija 200 za formiranje, dve komore 300 divertora za kontrolu gustine neutrala i kontaminacije nečistoćama. Predmetni FRC sistem 10 je prilagođen za održavanje ultra visokog vakuuma i on radi na tipičnom osnovnom pritisku od 10<-8>torr. Takvi vakuumski pritisci zahtevaju primenu dvostruko-pumpajućih uparenih prirubnica izmeđuuparenih komponenata, metalne O-prstenove, unutrašnje zidove velike čistoće, kao i pažljivu početnu pripremu površina svih delova pre sastavljanja, kao što je fizičko/mehaničko i hemijsko čišćenje, koje je praćeno sa 24-časovnim vakuumskim pečenjem na 250 °C i čišćenjem tinjajućim pražnjenjem kroz vodonik.

[0019] Sekcije 200 za formiranje reverznih polja sa teta-pinčom su standardni teta-pinčevireverznih-polja (eng. field-reversed-theta-pinches, skr. FRTP-ovi), mada sa naprednim impulsno napajanim sistemom za formiranje koji je detaljno razmotren dole (videti sliku 4 do sliku 6) Svaka sekcija 200 za formiranje je napravljena od standardnih neprovidnih kvarcnih cevi industrijskog kvaliteta, koje su iznutra obložene sa 2 mm ultra-čistog kvarca. Komora 100 za držanje je napravljena od nerđajućeg čelika da bi se obezbedilo mnoštvo radijalnih i tangencijalnih kanala; ona takođe služi i za konzervaciju fluksa u vremenskom periodu odvijanja dole opisanih eksperimenata i takođe ograničava brze magnetne promene. Unutar FRC sistema 10 se dobijaju i održavaju vakuumi pomoću grupe suvih zavojnih pretpumpi, turbo molekularnih pumpi i krio pumpi.

Magnetni sistem

[0020] Magnetni sistem 400 je prikazan na slikama 2 i 3. Slika 2, pored ostalih karakteristika, prikazuje konture FRC magnetnog fluksa i gustine (kao funkcije radijalnih i aksijalnih koordinata) koje se odnose na FRC 450, koji može napraviti FRC sistem 10. Ove konture su dobijene 2-D rezistentnom Hall-MHD numeričkom simulacijom uz korišćenje koda razvijenog za simulaciju sistema i postupaka koji odgovaraju FRC sistemu 10 i one se dobro slažu sa izmerenim eksperimentalnim podacima. Kao što se vidi na slici 2, FRC 450 se sastoji od torusa koji formiraju zatvorene linije polja u unutrašnjosti 453 FRC 450, unutar separatrise 451, i od kružnog ivičnog sloja 456 na otvorenim linijama polja 452 neposredno izvan separatrise 451. Ivični sloj 456 se sjedinjuje u mlazeve 454 iza dužine FRC, praveći tako prirodni divertor.

[0021] Glavni magnetni sistem 410 obuhvata niz kvazi-dc kalemova 412, 414, i 416 koji su smešteni na posebnim aksijalnim pozicijama duž komponenata FRC sistema 10, tj. duž komore 100 za držanje, sekcija 200 za formiranje i divertora 300. Kvazi-dc kalemovi 412, 414 i 416 se napajaju pomoću kvazi-dc prekidačkog napajanja i oni stvaraju osnovna polarizaciona magnetna polja od oko 0,1 T u komori 100 za držanje, sekcijama 200 za formiranje i divertorima 300. Pored kvazi-dc kalemova 412, 414 i 416, glavni magnetni sistem 410 sadrži kvazi-dc kalemove 420 ogledala (koje napajaju prekidačka napajanja) izmeđubilo kog kraja komore 100 za držanje i susednih sekcija 200 za formiranje. Kvazi-dc kalemovi 420 ogledala obezbeđuju odnose magnetnog ogledala do 5 i mogu biti nezavisno napajani radi kontrole ravnotežnog oblikovanja. Pored toga, izmeđusvake od sekcija 200 za formiranje i divertora 300 su smeštene prigušnice 440 ogledala. Prigušnice 440 ogledala sadrže kompaktne kvazi-dc kalemove 430 ogledala i kalemove 444 prigušnica ogledala. Kvazi-dc kalemovi 430 ogledala sadrže tri kalema 432, 434 i 436 (koje napajaju prekidačka napajanja) koji proizvode dodatna vodeća polja da bi fokusirali površine 455 magnetnog fluksa prema prolazu 442 malog prečnika, koji prolazi kroz kalemove 444 prigušnica ogledala. Kalemovi 444 prigušnica ogledala, koji su obavijeni oko prolaza 442 malog prečnika i i napaja ih LC impulsno kolo za napajanje, stvaraju jako magnetno polje u ogledalu do 4 T. Svrha ovog celokupnog rasporeda kalemova je da tesno usnope i vode površine 455 magnetnog fluksa i mlazeve 454 plazme koji struje sa krajeva u udaljene komore 310 divertora 300. Na kraju, grupa "antena" 460 oblika sedla (videti sliku 15) je locirana izvan komore 100 za držanje, po dva sa svake strane centralne ravni, i one se napajaju iz izvora jednosmerne struje. Antene 460 u vidu kalema oblika sedla mogu biti konfigurisane tako da se realizuje kvazi-statično magnetno polje u vidu dipola ili kvadrupola od oko 0,01 T za kontrolu rotacionih nestabilnosti i/ili kontrolu strujanja elektrona. Antene 460 u vidu kalema oblika sedla mogu fleksibilno da obezbede magnetna polja koja su simetrična ili asimetrična oko centralne ravni uređaja, u zavisnosti od smera primenjenih struja.

Impulsno napajani sistemi za formiranje

[0022] Impulsno napajani sistemi 210 za formiranje rade na modifikovanom teta-pinč principu. Postoje dva sistema, od kojih svaki napaja po jednu od sekcija 200 za formiranje. Slike 4 do 6 prikazuju glavne delove od kojih se sastoje, kao i raspored sistema 210 za formiranje. Sistem 210 za formiranje se sastoji od modularnog uređaja za impulsno napajanje, koji se sastoji od pojedinačnih jedinica (=skretnica) 220, od kojih svaka napaja podskup kalemova 232 pojasnog sklopa 230 (=pojaseva), koji su obavijeni oko kvarcnih cevi 240 za formiranje. Svaka skretnica 220 se sastoji od kondenzatora 221, induktora 223, brzih prekidača 225 jakih struja i pridruženog okidača 222 i sabirnog kola 224. Sve u svemu, svaki sistem 210 za formiranje akumulira između350-400 kJ kapacitivne energije, što obezbeđuje oko 35 GW snage za formiranje i ubrzanje FRC-ova. Koordinisani rad ovih komponenata se ostvaruje pomoću naprednog okidača i upravljačkog sistema 222 i 224, koji omogućava međusobnu vremensku sinhronizaciju između sistema 210 za formiranje na svakoj sekciji 200 za formiranje i minimizira odstupanje prekidanja reda veličine od desetine nanosekundi. Prednost ovakvog modularnog dizajna je njegova fleksibilnost u radu: FRC-ovi mogu biti formirani na licu mesta, odn. in-situ, a zatim ubrzani i injektirani (= statičko formiranje) ili mogu biti formirani i ubrzani u isto vreme (=dinamičko formiranje)

Injektori snopa neutrala

[0023] Snopovi neutralnih atoma se primenjuju na FRC sistem 10 da bi se obezbedili zagrevanje i proticanje struje, kao i ostvarivanje pritiska brzih čestica. Kao što je prikazano na slikama 3 i 8, sistemi 610 i 640 za injektiranje snopova neutralnih atoma, koji sadrže pojedinačne linije snopova, nalaze se oko centralne komore 100 za držanje i injektiraju brze čestice tangencijalno na FRC plazmu (i normalno na osu komore 100 za držanje) sa takvim parametrom udara da ciljna zona hvatanja leži duboko unutar separatrise 451 (videti sliku 2). Svaki sistem 610 i 640 za injektiranje je sposoban da injektira snopove neutrala snage do 1 MW u FRC plazmu sa energijom čestica između20 i 40 keV. Sistemi 610 i 640 su bazirani na izvorima za ekstrakciju pozitivnih jona sa više otvora i koriste geometrijsko fokusiranje, inercijalno hlađenje rešetki za ekstrakciju jona i diferencijalno pumpanje. Osim korišćenja različitih izvora plazme, sistemi 610 i 640 se pre svega razlikuju po svom fizičkom izgledu da bi odgovarali svojim mestima za ugradnju, strani prinosa i vrhunskim svojstvima injektiranja. Tipične komponente ovih injektora snopova neutrala su posebno prikazane na slici 7 i to za bočne sisteme 610 za injektiranje. Kao što je prikazano na slici 7, svaki pojedinačni sistem 610 za snopove neutrala sadrži RF izvor 612 plazme na ulaznom kraju (ovo je zamenjeno lučnim izvorom u sistemima 640), sa magnetnim ekranom 614 koji pokriva kraj. Optički izvor jona i rešetke 616 za ubrzanje su povezani sa izvorom 612 plazme, a zasunski ventil 620 se nalazi između optičkog izvora jona i rešetki 616 za ubrzanje i neutralizatora 622. Magnet 624 za deflekciju i jonski sabirnik 628 se nalaze izmeđuneutralizatora 622 i uređaja 630 za usmeravanje na izlaznom kraju. Sistem za hlađenje sadrži dva krio-hladnjaka 634, dva krio panela 636 i LN2 pokrivač 638. Ovakav fleksibilni dizajn omogućava rad uz širok dijapazon FRC parametara.

Injektor peleta

[0024] Da bi se obezbedio način za injektiranje novih čestica i bolju kontrolu svih FRC čestica, u FRC sistemu 10 se primenjuje 12-cevni injektor 700 peleta (videti npr. I. Vinyar et al., "Pellet Injector Developed at PELIN for JET, TAE, and HL-2A", Proceedings of 26th Fusion Science and Technology Symposium, 09/27 to 10/01 (2010)). Slika 3 prikazuje horizontalnu projekciju injektora 700 peleta u FRC sistemu 10. Cilindrične pelete (D ~ 1 mm, L ~ 1 - 2 mm) se injektiraju u FRC sa brzinom u opsegu od 150 - 250 km/s. Svaka pojedinačna peleta sadrži oko 5×10<19>atoma vodonika, što je uporedivo sa svim FRC česticama.

Sistemi za geterovanje

[0025] Dobro je poznato da neutralni halo gas predstavlja ozbiljan problem u svim sistemima za držanje. Procesi razmene naelektrisanja i recikliranja (oslobađanja hladnih nečistoća sa zidova) mogu imati poražavajući efekat na držanje energije i čestica. Osim toga, svaka značajnija gustina neutralnog gasa na ivici ili u njenoj blizini će dovesti do trenutnih gubitaka ili će bar znatno smanjiti vreme života injektovanih čestica sa velikom orbitom (visokoenergetskih) (velika orbita se odnosi na čestice koje imaju orbitu reda FRC topologije ili bar radijus orbite koji ima mnogo veći red veličine od podužnog gradijenta karakterističnog magnetnog polja) – činjenica koja je štetna za sve energetske primene plazme, uključujući fuziju sa dodatnim zagrevanjem pomoću snopova.

[0026] Kondicioniranje površine je način na koji se mogu kontrolisati ili smanjiti štetni efekti neutralnog gasa i nečistoće u sistemu za držanje. U tom cilju se u FRC sistemu 10 koji je ovde opisan koriste sistemi 810 i 820 za taloženje titanijuma i litijuma kojima su obložene površine komore 100 (ili suda) za držanje koje su okrenute ka plazmi i divertori 300 sa filmovima (debljine desetine mikrometra) od Ti i/ili Li. Obloge su napravljene tehnikama naparavanja. Čvrsti Li i/ili Ti isparavaju i/ili sublimiraju, pa se onda raspršuju na bliske površine da bi se formirale obloge. Izvori su atomske peći sa vodećim mlaznicama 822 (u slučaju Li) ili zagrejane sfere 812 čvrste materije sa prekrivačem za vođenje (u slučaju Ti). Li sistemi za naparavanje obično rade u neprekidnom radnom režimu, dok Ti sublimatori uglavnom rade sa prekidima izmeđurada plazme. Da bi se ostvarile velike brzine taloženja, radne temperature ovih sistema su iznad 600 °C. Da bi se postigla dobra pokrivenost zida, potrebno je više strateški lociranih sistema za isparavanje/sublimaciju. Na slici 9 je detaljno prikazan poželjan raspored sistema 810 i 820 za taloženje geterovanjem u FRC sistemu 10. Obloge deluju kao površine za geterovanje i efikasno pumpaju atomske i molekulske verzije vodonika (H i D). Obloge takođe smanjuju druge tipične nečistoće, kao što su ugljenik ili kiseonik, do zanemarljivih nivoa.

Prigušnice ogledala

[0027] Kao što je gore navedeno, FRC sistem 10 koristi grupe kalemova 420, 430, i 444 ogledala, kao što je prikazano na slikama 2 i 3. Prva grupa kalemova 420 ogledala je locirana na dva aksijalna kraja komore 100 za držanje i nezavisno se napaja sa kalemova 412, 414 i 416 za držanje glavnog magnetnog sistema 410. Prva grupa kalemova 420 ogledala primarno služi da upravlja i aksijalno održava FRC 450 tokom sjedinjavanja i tokom održavanja obezbeđujeravnotežnu kontrolu oblika. Prva grupa kalemova 420 ogledala stvara nominalno jača magnetna polja (oko 0,4 do 0,5 T) od centralnog polja za držanje, koje stvaraju centralni kalemovi 412 za držanje. Druga grupa kalemova 430 ogledala, koja sadrži tri kompaktna kvazi-dc kalema 432, 434 i 436 ogledala, nalazi se između sekcije 200 za formiranje i divertora 300, a pobuđujese sa zajedničkog prekidačkog napajanja. Kalemovi 432, 434 i 436 ogledala, zajedno sa još kompaktnijim impulsnim prigušnim kalemovima 444 ogledala (koje napaja kapacitivni izvor) i fizičkim suženjem 442, formiraju prigušnice 440 ogledala koje obezbeđuju usku prolaznu putanju za gas uz vrlo jaka magnetna polja (između2 do 4 T sa vremenom uspostave od 10 do 20 ms). Najkompaktniji impulsni kalemovi 444 ogledala imaju kompaktne radijalne dimenzije, centralni otvor od 20 cm i slične dužine, u poređenju sa kalemovima 412, 414 i 416 za držanje koji imaju oblik palačinke i centralni otvor reda veličine većeg od metra. Svrha prigušnica 440 ogledala je višestruka: (1) kalemovi 432, 434, 436 i 444 tesno usnopljuju i vode površine 452 magnetnog fluksa i mlazeve 454 plazme koji struje sa krajeva u komore 300 udaljenog divertora. Ovo garantuje da će izbačene čestice na odgovarajući način stići do divertora 300 i da postoje kontinualne površine 455 fluksa koje polaze iz regiona otvorenih linija 452 polja centralnog FRC 450 sve do divertora 300. (2) fizička suženja 442 u FRC sistemu 10, kroz koja kalemovi 432, 434, 436 i 444 omogućavaju prolazak površinama 452 magnetnog fluksa i mlazevima 454 plazme, predstavljaju prepreku strujanju neutralnog gasa iz plazma topova 350 koji su smešteni u divertorima 300. Istovremeno, suženja 442 sprečavaju povratno strujanje gasa iz sekcija 200 za formiranje do divertora 300, čime se smanjuje broj neutralnih čestica koje treba da budu uvedene u celokupni FRC sistem 10 kada počne formiranje FRC. (3) jaka aksijalna ogledala koja stvaraju kalemovi 432, 434, 436 i 444 smanjuju gubitke aksijalnih čestica, a time smanjuju difuzibilnost paralelnih čestica na linijama otvorenog polja.

Aksijalni plazma topovi

[0028] Struje plazme iz topova 350 koji su montirani u komorama 310 divertora 300 su namenjene za poboljšanje stabilnosti i performansi snopova neutrala. Topovi 350 su montirani na osi unutar komore 310 divertora 300, kao što je prikazano na slikama 3 i 10, i proizvode plazmu koja struji duž otvorenih linija fluksa 452 u divertoru 300 i prema centru komore 100 za držanje. Topovi 350 rade sa visokom gustinom pražnjenja gasa u kanalu sa naslaganim prstenastim pločama i namenjeni su za generisanje nekoliko kiloampera potpuno jonizovane plazme tokom 5 do 10 ms. Topovi 350 sadrže impulsni magnetni kalem koji odgovara izlaznoj struji plazme sa željenom veličinom plazme u komori 100 za držanje. Tehnički parametri topova 350 su karakterisani kanalom koji ima spoljašnji prečnik od 5 do 13 cm i unutrašnji prečnik do oko 10 cm, a obezbeđuju struju pražnjenja od 10-15 kA na 400-600 V sa magnetnim poljem unutar topa između 0,5 do 2,3 T.

[0029] Struje iz plazma topova mogu prodreti kroz magnetna polja prigušnica 440 ogledala i strujati u sekciju 200 za formiranje i komoru 100 za držanje. Efikasnost transfera plazme kroz prigušnicu 440 ogledala se povećava sa smanjenjem rastojanja izmeđutopa 350 i prigušnice 440 i pravljenjem šire i kraće prigušnice 440. Pod razumnim uslovima, svaki top 350 može isporučiti približno 10<22>protona/s kroz prigušnice 440 ogledala od između 2 do 4 T, sa visokim temperaturama jona i elektrona od oko 150 do 300 eV i oko 40 do 50 eV, respektivno. Topovi 350 obezbeđuju značajno ponovno napajanje FRC ivičnog sloja 456, i sveukupno poboljšano držanje čestica FRC.

[0030] Da bi se još više povećala gustina plazme, mogao bi se upotrebiti rezervoar gasa za ubacivanje dodatnog gasa u struju plazme iz topova 350. Ova tehnika omogućava povećanje gustine plazme od nekoliko puta. U FRC sistemu 10, rezervoar gasa koji je instaliran na strani divertora 300 prigušnica 440 ogledala poboljšava ponovno napajanje FRC ivičnog sloja 456, formiranje FRC 450 i linijsko vezivanje plazme.

[0031] Uzimajući u obzir sve parametre podešavanja koji su razmotreni gore, a takođe uzimajući u obzir i da je moguć rad samo sa jednim ili sa oba topa, lako se uočava da je dostupan široki spektar radnih režima.

Polarizacione elektrode

[0032] Električna polarizacija otvorenih površina fluksa može obezbediti radijalne potencijale koji izazivaju azimutno ExB kretanje, koje obezbeđuje mehanizam upravljanja, analogan okretanju dugmeta, za kontrolu obrtanja plazme sa otvorenim linijama polja, kao i aktuelnog FRC jezgra 450 pomoću brzine smicanja. Da bi se ostvarilo ovakvo upravljanje, u FRC sistemu 10 se upotrebljavaju različite elektrode koje su strateški postavljene u različitim delovima mašine. Slika 3 prikazuje polarizacione elektrode koje su postavljene na poželjnim lokacijama unutar FRC sistema 10.

[0033] U principu postoje 4 klase elektroda: (1) tačkaste elektrode 905 u komori 100 za držanje koje ostvaruju kontakt sa određenim otvorenim linijama polja 452 na ivici FRC 450 da bi se ostvarilo lokalno naelektrisanje, (2) prstenaste elektrode 900 izmeđukomore 100 za držanje i sekcija 200 za formiranje da bi se naelektrisali najudaljeniji ivični slojevi fluksa 456 azimutno simetrično, (3) naslagane koncentrične elektrode 910 u divertorima 300 za naelektrisanje višestrukih koncentričnih slojeva fluksa 455 (zahvaljujući čemu se izborom slojeva može upravljati pomoću podešavajućih kalemova 416 radi podešavanja magnetnog polja divertora tako da se željeni slojevi fluksa 456 završe na odgovarajućim elektrodama 910, i konačno (4) same anode 920 (videti sliku 10) plazma topova 350 (koje zadržavaju, odn. presreću unutrašnje otvorene površine fluksa 455 u blizini separatrise FRC 450). Slike 10 i 11 prikazuju neke tipične konstrukcije za neke od njih.

[0034] U svim slučajevima ove elektrode se napajaju impulsnim ili dc izvorima energije sa naponima do oko 800 V. U zavisnosti od veličine elektroda i toga koje površine fluksa se zadržavaju, struje koje se povlače mogu biti u kilo-amperskom opsegu.

Neodrživi rad FRC sistema - konvencionalni režim

[0035] Standardno formiranje plazme na FRC sistemu 10 sledi dobro razvijenu tehniku reverznog polja sa teta-pinčevima. Tipični proces za započinjanje FRC počinje napajanjem kvazi-dc kalemova 412, 414, 416, 420, 432, 434 i 436 sve do stacionarnog radnog režima. RFTP impulsna kola za impulsno napajane sisteme 210 za formiranje onda napajaju impulsne kalemove 232 brzog reverznog magnetnog polja da bi generisale privremenu reverznu polarizaciju od oko -0,05 T u sekciji 200 za formiranje. U ovom trenutku unapred određena količina neutralnog gasa pod 9-20 psi se injektira u dve zapremine za formiranje definisane kvarcnim cevima kao komorama 240 (severna i južna) sekcija 200 za formiranje pomoću grupe azimutno orijentisanih zidova za ubacivanje na prirubnicama lociranim na spoljašnjim krajevima sekcija 200 za formiranje. Kao sledeće, generiše se malo RF (~ stotine kiloherca) polje od strane grupe antena na površinama kvarcnih cevi 240 da bi se stvorila pre-prejonizacija u obliku lokalnih regiona za zasejavanje jonizacije unutar neutralnih gasnih kolona.

Ovo je praćeno primenom teta-prstenaste modulacije na strujom napajane impulsne kalemove 232 brzog reverznog magnetnog polja, što dovodi do globalnije prejonizacije gasnih kolona. Konačno, uključuju se glavni energetski blokovi impulsno napajanih sistema 210 za formiranje da bi napajali impulsne kalemove 232 brzog reverznog magnetnog polja, da bi se stvorilo prednje polarizaciono polje do 0,4 T. Ovaj korak može biti vremenski sekvenciran, tako da se prednje polarizaciono polje generiše ravnomerno po dužini cevi 240 za formiranje (statičko formiranje) ili tako da se ostvaruje uzastopna peristaltička modulacija polja duž ose cevi 240 za formiranje (dinamičko formiranje).

[0036] U ovom celom procesu formiranja, tekuća promena polja u plazmi se dešava brzo, u okviru oko 5 ms. Multi-gigavatna impulsna energija, koja je dovedena radi formiranja plazme, lako stvara vrele FRC-ove, koji se onda izbacuju iz sekcija 200 za formiranje bilo primenom vremenski sekvencirane modulacije prednjeg magnetnog polja (magnetna peristalzija) ili privremenim povećanjem struja u poslednjim kalemovima grupa kalemova 232 u blizini aksijalnih spoljašnjih krajeva cevi 210 za formiranje (čime se formira gradijent aksijalnog magnetnog polja koji je usmeren aksijalno prema komori 100 za držanje). Dva formirana FRC-a (severni i južni), koji su tako formirani i ubrzani, onda ekspanduju u komori 100 za držanje većeg prečnika, gde kvazi-dc kalemovi 412 stvaraju prednje polarizovano polje radi upravljanja radijalnom ekspanzijom i obezbeđivanja ravnoteže spoljašnjeg magnetnog fluksa.

[0037] Kada formirani severni i južni FRC-ovi dođuu blizinu centralne ravni komore 100 za držanje, FRC-ovi se sudaraju. Tokom kolizije aksijalne kinetičke energije formiranog severnog i južnog FRC-a se pretežno termalizuju, kada se FRC-ovi konačno sjedinjavaju u samo jedan FRC 450. U komori 100 za držanje se na raspolaganju nalazi velika grupa dijagnostičkih sredstava za plazmu da bi se proučile ravnoteže FRC 450. Tipični radni uslovi u FRC sistemu 10 proizvode sjedinjene FRC-ove sa radijusima separatrisa od oko 0,4 m i aksijalnim pružanjem od oko 3 m. Sledeće karakteristike su spoljašnja magnetna polja od oko 0,1 T, gustine plazme oko 5×10<19>m<-3>i ukupna temperatura plazme do 1 keV. Bez bilo kakvog održavanja, tj. bez zagrevanja i/ili napajanja strujom putem injektiranja snopova neutrala ili drugih pomoćnih sredstava, trajanje ovih FRC-ova je ograničeno na oko 1 ms, kao vreme raspadanja, koje je inherentna karakteristika konfiguracije.

Eksperimentalni podaci za neodrživi rad - konvencionalni režim

[0038] Slika 12 prikazuje tipično vreme evolucije radijusa isključenog fluksa, rΔυ, koji aproksimira radijus separatrise, rs, da bi se ilustrovala dinamika procesa teta-pinčnog sjedinjavanja FRC 450. Dva pojedinačna plazmoida (severni i južni) se stvaraju istovremeno, a zatim se ubrzavaju iz odgovarajućih sekcija 200 za formiranje pod nadzvučnom brzinom, VZ~ 250 km/s, i sudaraju se u blizini centralne ravni u z = 0. Tokom kolizije plazmoidi se aksijalno komprimuju pre konačnog sjedinjavanja da bi formirali FRC 450, što je praćeno brzom radijalnom i aksijalnom ekspanzijom. I radijalna, i aksijalna dinamika sjedinjavanja FRC 450 su pokazane detaljnim merenjima profila gustine i bolometrijski baziranom tomografijom.

[0039] Podaci za reprezentativno neodrživo pražnjenje FRC sistema 10 su prikazani kao funkcije vremena na slici 13. FRC se inicira u t = 0. Radijus isključenog fluksa u aksijalnoj centralnoj ravni mašine je prikazan na slici 13(a). Ovi podaci su dobijeni na osnovu niza magnetnih proba, lociranih upravo unutar zida od nerđajućeg čelika komore za držanje, koje mere aksijalno magnetno polje. Čelični zid dobro održava fluks u vremenskim periodima za ovo pražnjenje.

[0040] Linijski integrisane gustine su prikazane na slici 13(b), sa 6-kanalnog CO2/He-Ne interferometra lociranog u z = 0. Uzimajući u obzir vertikalno (y) pomeranje FRC, kao što je izmereno bolometrijskom tomografijom, Abelova inverzija daje konture gustine sa slike 13(c). Posle izvesnog aksijalnog i radijalnog kolebanja tokom prvih 0,1 ms, FRC se stabilizuje, sa šupljim profilom gustine. Ovaj profil je prilično ravan, sa znatnom gustinom na osi, kao što je neophodno za tipične 2-D FRC ravnoteže.

[0041] Ukupna temperatura plazme je prikazana na slici 13(d), a izvedena je na osnovu ravnoteže pritisaka i u potpunosti je konzistentna sa merenjima Tomsonovim rasejanjem i spektroskopskim merenjima.

[0042] Analiza celokupne oblasti isključenog fluksa ukazuje da oblik FRC separatrise (aproksimiran aksijalnim profilima isključenog fluksa) postepeno evoluira od oblika trkačke staze do eliptičnog. Ova evolucija, koja je prikazana na slici 14, konzistentna je sa postepenom magnetnom rekonekcijom dve FRC u samo jednu. Zaista, grube procene sugerišu da se u ovom specifičnom trenutku oko 10% od dva inicijalna FRC magnetna fluksa rekonektuje tokom kolizije.

[0043] Dužina FRC se konstantno smanjuje sa 3 na oko 1 m tokom trajanja FRC. Ovo skraćivanje, koje je vidljivo na slici 14, sugeriše da držanjem FRC dominiraju pretežno konventivni gubici energije. Pošto se pritisak plazme unutar separatrise smanjuje brže od spoljašnjeg magnetnog pritiska, linijski napon magnetnog polja u krajnjim regionima aksijalno komprimuje FRC, zbog čega se ponovo uspostavlja aksijalna i radijalna ravnoteža. Za pražnjenje koje je razmotreno na slikama 13 i 14, FRC magnetni fluks, ukupan broj čestica i toplotna energija (oko 10 mWb, 7×10<19>čestica, i 7 kJ, respektivno) se smanjuju grubo uzev za jedan red veličine u prvoj milisekundi, kada počinje da se uspostavlja FRC ravnoteža.

Održivi rad - HPF režim

[0044] Primeri na slikama 12 do 14 su karakteristični za raspadajuće FRC-ove bez mogućnosti održanja. Međutim, na FRC sistemu 10 je primenjeno nekoliko tehnika za dalje poboljšanje držanja FRC (unutrašnjeg jezgra i ivičnog sloja) u HPF režimu i održanje konfiguracije.

Snopovi neutrala

[0045] Prvo se brzi (H) neutrali injektiraju upravno na Bzu snopovima iz osam injektora 600 snopova neutrala. Snopovi brzih neutrala se injektiraju od momenta kada se formirani severni i južni FRC-ovi sjedine u komori 100 za držanje u jedan FRC 450. Brzi joni, prvenstveno stvoreni razmenom naelektrisanja, koji imaju betatronske orbite (sa primarnim radijusima u razmerama FRC topologije ili mnogo većim od razmere podužnog gradijenta karakterističnog magnetnog polja), dodaju se azimutnoj struji FRC 450. Posle izvesnog dela pražnjenja (posle 0,5 do 0,8 ms od pobude), dovoljno velika populacija brzih jona značajno poboljšava unutrašnju stabilnost i svojstva držanja FRC (videti npr. M.W. Binderbauer i N. Rostoker, Plasma Phys. 56, deo 3, 451 (1996)). Dalje, iz perspektive održivosti, snopovi iz injektora 600 snopova neutrala su takođe primarna sredstva za napajanje strujom i zagrevanje FRC plazme.

[0046] U plazma režimu FRC sistema 10, brzi joni prvenstveno usporavaju na elektronima plazme. Tokom ranog dela pražnjenja, tipična vremena prosečnog usporavanja orbita brzih jona su od 0,3 - 0,5 ms, što rezultuje značajnim zagrevanjem FRC, a prvenstveno elektrona. Brzi joni vrše velike radijalne izlaske izvan separatrise, jer je unutrašnje FRC magnetno polje inherentno slabo (oko 0,03 T u proseku za spoljašnje aksijalno polje od 0,1 T). Ako bi gustina neutralnog gasa izvan separatrise bila prevelika, brzi joni bi bili podložni gubicima usled razmene naelektrisanja. Zbog toga geterovanje zida i druge tehnike (kao što su plazma top 350 i prigušnice 440 ogledala koji doprinose, između ostalih, kontroli gasa) koje su primenjene na FRC sistemu 10 teže da minimiziraju ivične neutrale i da omoguće neophodno stvaranje struje brzih jona.

Injektiranje peleta

[0047] Kada se stvori značajna populacija brzih jona unutar FRC 450, sa višim temperaturama elektrona i dužim vremenima života FRC, zamrznute H ili D pelete se injektiraju u FRC 450 iz injektora 700 peleta da bi se održale sve FRC čestice FRC-a 450. Anticipirani redovi veličina vremena za izdvajanje su dovoljno kratki da obezbede značajan izvor FRC čestica. Ova brzina se takođe može povećati povećanjem površine injektiranog delića razbijanjem pojedinačne pelete na manje fragmente, dok se u bubnjevima ili cevima za injektiranje injektora 700 peleta i pre ulaska u komoru 100 za držanje može ostvariti korak povećanja trenja između pelete i zidova cevi za injektiranje smanjenjem radijusa krivine poslednjeg segmenta cevi za injektiranje neposredno pre ulaska u komoru 100 za držanje. Zahvaljujući promeni sekvence i brzine injektiranja 12 bubnjeva (cevi za injektiranje), kao i fragmentaciji, moguće je podesiti sistem 700 za injektiranje peleta tako da se ostvari upravo željeni nivo održavanja svih čestica. Sa druge strane ovo pomaže održavanje unutrašnjeg kinetičkog pritiska u FRC 450 i održivi rad i vreme života FRC 450.

[0048] Kada se izdvojeni atomi sretnu sa značajnom plazmom u FRC 450, onda oni postaju potpuno jonizovani. Rezultujuća komponenta hladne plazme se onda koliziono zagreva postojećom FRC plazmom. Energija koja je neophodna za održavanje željene FRC temperature se konačno obezbeđuje od strane injektora 600 snopova. U ovom smislu injektori 700 peleta zajedno sa injektorima 600 snopova neutrala formiraju sistem koji održava stacionarno stanje, kao i FRC 450.

Kalemovi oblika sedla

[0049] Da bi se ostvarilo stacionarno napajanje strujom i održala struja jona, poželjno je da se spreči ili značajno smanji spin elektrona zbog sile trenja izmeđuelektrona i jona (koja nastaje usled prenosa momenta između jona i elektrona pri njihovom sudaru). FRC sistem 10 primenjuje inovativnu tehniku za obezbeđivanje proboja elektrona pomoću statičkog magnetnog dipolnog ili kvadrupolnog polja primenjenog spolja. Ovo se ostvaruje pomoću spoljašnjih kalemova 460 oblika sedla koji su prikazani na slici 15. Poprečno primenjeno radijalno magnetno polje iz kalemova 460 oblika sedla indukuje aksijalno električno polje u rotirajućoj FRC plazmi. Rezultujuća struja aksijalnih elektrona sadejstvuje sa radijalnim magnetnim poljem da bi se stvorila azimutna sila proboja na elektronima, Fθ=-σVeθ<|Br|<2>>. Za tipične uslove u FRC sistemu 10, neophodno primenjeno magnetno dipolno (ili kvadrupolno) polje unutar plazme treba da bude samo reda od 0,001 T da bi se obezbedio adekvatni proboj elektrona. Odgovarajuće spoljašnje polje od oko .015 T je dovoljno malo da ne izazove primetne gubitke brzih čestica ili da na neki drugi način negativno ne utiče na držanje. U stvari, primenjeno magnetno dipolno (ili kvadrupolno) polje doprinosi smanjenju nestabilnosti. U kombinaciji sa tangencijalnim injektiranjem snopova neutrala i aksijalnim injektiranjem plazme, kalemovi 460 oblika sedla obezbeđuju dodatni nivo kontrole za aktuelno održavanje i stabilnost.

Prigušnice ogledala

[0050] Konstrukcija impulsnih kalemova 444 unutar prigušnica 440 ogledala dopušta lokalno generisanje jakih magnetnih polja (2 do 4 T) sa umerenom (oko 100 kJ) kapacitivnom energijom. Za formiranje magnetnih polja koja su tipična za aktuelni rad FRC sistema 10, sve linije polja unutar zapremine za formiranje prolaze kroz suženja 442 na prigušnicama 440 ogledala, što sugerišu linije magnetnog polja na slici 2, i ne dolazi do kontakta plazme sa zidovima. Dalje, prigušnice 440 ogledala u tandemu sa magnetima 416 kvazi-dc divertora se mogu podesiti tako da vode linije polja na elektrode 910 divertora, ili da šire linije polja u rubnu konfiguraciju na krajevima (nije prikazana). Zadnje pomenuto poboljšava stabilnost i sprečava paralelnu termičku kondukciju pomoću elektrona.

[0051] Same prigušnice 440 ogledala takođe doprinose kontroli neutralnog gasa. Prigušnice 440 ogledala dopuštaju bolje iskorišćavanje deuterijuma kao gasa ubačenog u kvarcne cevi tokom formiranja FRC, pošto je strujanje gasa nazad u divertore 300 znatno smanjeno malom provodnošću gasa od strane prigušnica (jedva 500 L/s). Najveći deo zaostalog gasa ubačenog unutar cevi 210 za formiranje se brzo jonizuje. Pored toga, plazma visoke gustine koja struji kroz prigušnice 440 ogledala obezbeđujeefikasnu neutralnu jonizaciju zbog efikasne barijere za gas. Kao rezultat ovoga, najveći deo neutrala iz ivičnog sloja 456 FRC recikliranih u divertorima 300 se ne vraća u komoru 100 za držanje. Pored toga, neutrali koji su povezani sa radom plazma topova 350 (kao što je razmotreno u nastavku) će biti uglavnom zadržani u divertorima 300.

[0052] Konačno, prigušnice 440 ogledala teže da poboljšaju zadržavanje FRC ivičnog sloja. Za odnose ogledala (prigušnice/magnetna polja za držanje) u opsegu od 20 do 40 i za dužinu od 15 m izmeđuseverne i južne prigušnice 440 ogledala, vreme držanja čestica ivičnog sloja τ║ povećava se za jedan red veličine. Poboljšanje τ║ tako povećava držanje FRC čestica.

[0053] Pretpostavljajući da je radijalni difuzni (D) gubitak čestica iz zapremine 453 separatrise uravnotežen sa aksijalnim gubitkom (τ║) iz ivičnog sloja 456, dobija se da je (2πrsLs)(Dns/δ) = (2πrsLsδ)(ns/τ║), na osnovu čega se podužni gradijent gustine separatrise može napisati kao δ = (Dτ║)<1/2>. Ovde su rs, Lsi nsradijus separatrise, dužina separatrise i gustina separatrise, respektivno. Vreme držanja FRC čestica je τN= [πrs<2>Ls<n>]/[(2πrsLs)(Dns/δ)] = (<n>/ns)(τ⊥τ║)<1/2>, gde je τ⊥= a<2>/D sa a=rs/4. Fizički, poboljšanje τ║ dovodi do povećanja δ (smanjeni su gradijent gustine separatrise i parametar zanošenja) i zbog toga do smanjenog gubitka FRC čestica. Ukupno poboljšanje držanja FRC čestica je generalno nešto manje od kvadrata, jer se nspovećava sa τ║.

[0054] Značajno poboljšanje τ║ takođezahteva da ivični sloj 456 ostane stabilan u celini (tj. da nema n = 1 tipa flaute, vatrogasnog creva ili druge MHD nestabilnosti tipične za otvorene sisteme). Primena plazma topova 350 obezbeđuje ovu poželjnu stabilnost ivica. U ovom smislu, prigušnice 440 ogledala i plazma top 350 obrazuju efikasni upravljački sistem za ivice.

Plazma topovi

[0055] Plazma topovi 350 poboljšavaju stabilnost izbačenih mlazeva 454 FRC putem linijskog vezivanja. Plazme iz plazma topova 350 se generišu bez azimutnog ugaonog momenta, što se pokazalo korisnim u kontroli rotacionih nestabilnosti FRC. Topovi 350 kao takvi su efikasno sredstvo za kontrolu stabilnosti FRC bez potrebe za starijom tehnikom stabilizacije kvadrupolima. Zahvaljujući tome, plazma topovi 350 prvenstveno obezbeđuju korisne efekte brzih čestica ili pristup naprednom hibridnom kinetičkom FRC režimu, kao što je istaknuto u ovom otkrivanju. Zbog toga plazma topovi 350 omogućavaju da FRC sistem 10 radi sa strujama iz kalemova oblika sedla koje su upravo adekvatne za proboj elektrona, ali ispod granice koja bi izazvala nestabilnost FRC i /ili dovela do dramatične difuzije brzih čestica.

[0056] Kao što je pomenuto gore u diskusiji Prigušnice ogledala, ako τ║ može da bude znatno poboljšan, onda bi realizovana plazma iz topova bila uporediva sa brzinom gubitaka čestica u ivičnom sloju (~ 10<22>/s). Vreme života plazme proizvedene topovima u FRC sistemu 10 je reda veličine milisekunda. Zaista, razmotrimo plazmu iz topova sa gustinom ne~ 10<13>cm<-3>i temperaturom jona od oko 200 eV, koja se drži izmeđukrajnjih prigušnica 440 ogledala. Dužina zamke L i odnos ogledala R su oko 15 m i 20, respektivno. Srednja slobodna putanja jona zbog Kulonovih kolizija je λii~ 6×10<3>cm i, pošto je λiilnR/R < L, joni se drže u gasno-dinamičkom režimu. Vreme držanja plazme u ovom režimu je τgd~ RL/2Vs~ 2 ms, gde je Vsjonska brzina zvuka. Radi poređenja, klasično vreme držanja jona za ove parametre plazme bi bilo τc~ 0,5τii(lnR (lnR)<0,5>) ~ 0,7 ms. Anomalna poprečna difuzija u principu može skratiti vreme držanja plazme. Međutim, u FRC sistemu 10, ako pretpostavimo Bomovu brzinu difuzije, onda je procenjeno vreme poprečnog držanja za plazmu iz topova τ⊥> τgd~ 2 ms. Shodno tome, topovi bi obezbedili značajno ponovno napajanje FRC ivičnog sloja 456, kao i poboljšano ukupno držanje FRC čestica.

[0057] Pored toga, struje plazme iz topova se mogu uključiti na oko 150 do 200 mikrosekundi, što omogućava njihovu primenu za formiranje, translaciju i sjedinjavanje FRC u komori 100 za držanje. Ako se uključe tokom oko t ~ 0 (inicijacija glavnog bloka FRC), plazme iz topova potpomažu održanje aktuelne dinamički formirane i sjedinjene FRC 450. Sve sjedinjene čestice od formiranja FRC-ova i iz topova su adekvatne za hvatanje snopova neutrala, zagrevanje plazme i za dugo održavanje. Ako se uključe tokom t u opsegu od -1 do 0 ms, plazme iz topova mogu ispuniti kvarcne cevi 210 plazmom ili jonizovati gas ubačen u kvarcne cevi, čime se omogućava formiranje FRC sa smanjenom količinom ili možda čak bez ubačenog gasa. Zadnje pomenuto može zahtevati dovoljno hladno formiranje plazme da bi se omogućila brza difuzija reverznog polarizacionog magnetnog polja. Ako se uključe tokom t < -2 ms, struje plazme bi mogle ispuniti oko 1 do 3 m<3>zapremine linija polja regiona za formiranje i držanje sekcija 200 za formiranje i komore 100 za držanje sa plazmom male ciljne gustine od 10<13>cm<-3>, što je dovoljno da omogući stvaranje snopova neutrala pre prispeća FRC. Formiranje FRC-ova bi onda moglo biti formirano i translirano u sud za držanje rezultujuće plazme. Na ovaj način plazma topovi 350 omogućavaju veliki broj radnih uslova i parametarskih režima.

Električna polarizacija

[0058] Kontrola profila radijalnog električnog polja u ivičnom sloju 456 je na različite načine korisna za stabilnost i držanje FRC. Zahvaljujući inovativnim komponentama za polarizaciju koje su razvijene u FRC sistemu 10 moguće je primeniti različite razmotrene raspodele električnih potencijala da bi se grupisale otvorene površine fluksa u mašini, od oblasti koje su dosta udaljene od centralnog regiona za držanje u komori 100 za držanje. Na ovaj način se mogu generisati radijalna električna polja kroz ivični sloj 456 neposredno izvan FRC 450. Ova radijalna električna polja onda modifikuju azimutnu rotaciju ivičnog sloja 456 i utiču na njegovo držanje putem E×B brzine smicanja. Bilo kakva diferencijalna rotacija između ivičnog sloja 456 i FRC jezgra 453 se onda može preneti smicanjem na unutrašnjost FRC plazme. Kao rezultat ovoga, kontrola ivičnog sloja 456 direktno utiče na FRC jezgro 453. Pored toga, pošto slobodna energija pri rotaciji plazme takođe može biti odgovorna za nestabilnosti, ova tehnika obezbeđuje sredstvo za direktnu kontrolu pojave i porasta nestabilnosti. U FRC sistemu 10, odgovarajuća ivična polarizacija omogućava efikasnu kontrolu transporta i rotacije otvorenih linija polja, kao i rotacije FRC jezgra. Lokacija i oblik različitih predviđenih elektroda 900, 905, 910 i 920 omogućavaju kontrolu različitih grupa površina fluksa 455 i različitih i nezavisnih potencijala. Na ovaj način se može realizovati veliki spektar različitih konfiguracija i jačina električnih polja, od kojih svaki ima različit karakteristični uticaj na performanse plazme.

[0059] Ključna prednost svih ovih inovativnih polarizacionih tehnika je činjenica da se na ponašanje jezgra i ivice plazme može dosta uticati izvan FRC plazme, tj. da nema potrebe da se bilo koja od fizičkih komponenti dovodi u kontakt sa centralnom vrelom plazmom (što bi imalo ozbiljne implikacije na gubitke energije, fluksa i čestica). Ovo ima veliki korisni uticaj na performanse i sve potencijalne primene HPF koncepta.

Eksperimentalni podaci - HPF rad

[0060] Injektiranje brzih čestica pomoću snopova iz topova 600 za snopove neutrala igra važnu ulogu u omogućavanju HPF režima. Slika 16 ilustruje ovu činjenicu. Prikazana je grupa krivih koje pokazuju u kakvoj korelaciji se nalazi vreme života FRC sa dužinom impulsa snopova. Svi drugi radni uslovi su održavani konstantnim za sva pražnjenja koja je sadržala ova studija. Podaci su bili uprosečeni za mnoge pobude i zbog toga predstavljaju tipično ponašanje. Jasno je pokazano da duže trajanje snopa proizvodi FRC-ove sa dužim vremenom života. Posmatrajući ovaj dokaz, kao i drugu dijagnostiku tokom ove studije, on dokazuje da snopovi povećavaju stabilnost i smanjuju gubitke. Korelacija između dužine impulsa snopova i vremena života FRC nije savršena, pošto zarobljavanje snopova postaje neefikasno ispod izvesne veličine plazme, tj. pošto se FRC 450 skuplja po svojoj fizičkoj veličini ukoliko svi injektirani snopovi nisu uhvaćeni i zarobljeni. Skupljanje FRC se primarno javlja usled činjenice da je za posebnu eksperimentalnu postavku neto energetski gubitak (~ 4 MW) FRC plazme tokom pražnjenja nešto veći od ukupne energije napajanja dovedene u FRC pomoću snopova neutrala (~2,5 MW). Lociranje snopova na lokaciju koja je bliža centralnoj ravni suda 100 bi dovelo do tendencije smanjenja ovih gubitaka i produžetka vremena života FRC.

[0061] Slika 17 ilustruje efekte različitih komponenata na ostvarivanje HPF režima. Ona prikazuje familiju tipičnih krivih koje prikazuju vreme života FRC 450 kao funkciju vremena. U svim slučajevima se konstantna, umerena količina energije snopova (oko 2,5 MW) injektira tokom celog trajanja svakog pražnjenja. Svaka kriva predstavlja različitu kombinaciju komponenata. Na primer, rad FRC sistema 10 bez bilo koje prigušnice 440 ogledala, plazma topova 350 ili geterovanja iz sistema 800 za geterovanje rezultuje brzom pojavom rotacione nestabilnosti i gubitkom FRC topologije. Dodavanje samo prigušnica 440 ogledala odlaže pojavu nestabilnosti i povećava držanje. Korišćenje kombinacije prigušnica 440 ogledala i plazma topa 350 još više smanjuje nestabilnosti i povećava vreme života FRC. Konačno, dodavanje geterovanja (Ti u ovom slučaju) na vrh topa 350 i prigušnica 440 daje najbolje rezultate - rezultujuća FRC nema nestabilnosti i ispoljava najduže vreme života. Na osnovu ove eksperimentalne demonstracije je jasno da kompletna kombinacija komponenata daje najbolji efekat i da obezbeđuje snopovesa najboljim ciljnim uslovima.

[0062] Kao što je prikazano na slici 1, novootkriveni HPF režim ispoljava dramatično poboljšano transportno ponašanje. Slika 1 ilustruje promenu vremena držanja čestica u FRC sistemu 10 između konvencionalnog režima i HPF režima. Kao što se može videti, ono je poboljšano znatno više od faktora 5 u HPF režimu. Pored toga, slika 1 detaljno prikazuje vreme držanja čestica u FRC sistemu 10 u odnosu na vreme držanja u ranijim konvencionalnim FRC eksperimentima. Što se tiče ove u odnosu na druge mašine, HPF režim FRC sistema 10 ima poboljšano držanje za faktor između5 i skoro 20. Konačno i najvažnije, priroda skaliranja držanja FRC sistema 10 u HPF režimu je dramatično drugačija od svih prethodnih merenja. Pre uspostavljanja HPF režima u FRC sistemu 10, na osnovu podataka su bili izvedeni različiti empirijski zakoni za preračunavanje da bi se predvidela vremena držanja u prethodnim FRC eksperimentima. Sva ova pravila za preračunavanje zavise uglavnom od odnosa R<2>/ρi, gde je R radijus nule magnetnog polja (aproksimativna mera fizičke veličine mašine) i ρije jonski Larmorov radijus određen u spoljnom primenjenom polju (aproksimativna mera primenjenog magnetnog polja). Sa slike 1 je jasno da je dugo držanje u konvencionalnim FRC-ovima moguće samo u mašini velike veličine i /ili sa jakim magnetnim poljem. FRC sistem 10 koji radi u konvencionalnom FRC režimu CR teži tome da sledi ova pravila za preračunavanje, kao što je prikazano na slici 1. Međutim, HPF režim je znatno superiorniji i prikazuje da se može ostvariti mnogo bolje držanje bez mašine velike veličine ili jakih magnetnih polja. Još važnije, sa slike 1 je takođe jasno da HPF režim rezultuje poboljšanjem vremena držanja sa smanjenom veličinom plazme u poređenju sa CR režimom. Slični trendovi se takođemogu uočiti za vremena držanja fluksa i energije, kao što je opisano u nastavku, koja su se u FRC sistemu 10 takođepovećala za faktor veći od 3-8. Zbog toga proboj sa HPF režimom omogućava upotrebu snopova sa umerenom energijom, slabija magnetna polja i manju veličinu za dostizanje i održavanje FRC ravnoteže u FRC sistemu 10 i buduće mašine sa većom energijom. Uporedo sa ovim poboljšanjima dolazi do nižih troškova rada i konstrukcije, kao i manje kompleksnosti pri projektovanju.

[0063] Radi daljeg poređenja, slika 18 prikazuje podatke za reprezentativni HPF režim pražnjenja u FRC sistemu 10 kao funkciju vremena. Slika 18(a) prikazuje radijus isključenog fluksa u centralnoj ravni. Za ove duže vremenske razmere provodni čelični zid nije više dobar za održavanje fluksa, a magnetne probe unutar zida su bile pojačane sa probama sa spoljašnje strane zida da bi se adekvatno odredila difuzija magnetnog fluksa kroz čelik. U poređenju sa tipičnim performansama u konvencionalnom režimu CR, kao što je prikazano na slici 13, rad HPF režima ispoljava preko 400% duže vreme života.

[0064] Reprezentativna traka traga linijske integrisane gustine je prikazana na slici 18(b) svojim Abelovim inverznim komplementom, profilima gustine, na slici 18(c). U poređenju sa konvencionalnom FRC režimom CR, kao što je prikazano na slici 13, plazma je mirnija tokom impulsa, što ukazuje na veoma stabilan rad. Vršna gustina je takođeneznatno manja nego kod HPF pobuda - ovo je posledica više ukupne temperature plazme (za faktor do 2), kao što je prikazano na slici 18(d).

[0065] Za odgovarajuće pražnjenje koje je prikazano na slici 18, vremena držanja energije, čestica i fluksa su 0,5 ms, 1 ms i 1 ms, respektivno. Za referentno vreme od 1 ms u pražnjenju, akumulirana energija plazme je 2 kJ, dok su gubici oko 4 MW, što ovaj cilj čini veoma podesnim za održavanje snopova neutrala.

[0066] Slika 19 sumira sve prednosti HPF režima u obliku novog eksperimentalno potvrđenog proporcionalnog držanja HPF fluksa. Kao što se može videti na slici 19, na osnovu merenja izvršenih pre i posle t = 0,5 ms, tj. t ≤ 0,5 ms i t > 0,5 ms, držanje je približno proporcionalno kvadratu temperature elektrona. Ova jaka proporcionalnost sa pozitivnom energijom Te(a ne sa negativnom energijom) je potpuno suprotna onome što se ispoljava kod konvencionalnih tokomaka, gde je držanje obično inverzno proporcionalno nekoj energiji temperature elektrona. Manifestacija ove proporcionalnosti je direktna posledica HPF stanja i velike orbite (tj. orbita u razmerama FRC topologije i /ili bar razmerama podužnog gradijenta karakterističnog magnetnog polja) populacije jona. Fundamentalno, ova nova proporcionalnost bitno stimuliše visoke radne temperature i omogućava reaktore relativno umerene veličine.

[0067] Iako je pronalazak podložan različitim modifikacijama i varijantnim izvođenjima, njegovi specifični primeri su prikazani na slikama nacrta i ovde su detaljno opisani. Međutim, treba imati u vidu da pronalazak nije ograničen na ove posebno opisane oblike ili postupke, već nasuprot tome pronalazak obuhvata sve modifikacije i varijante koje ulaze u okvir priloženih patentnih zahteva.

[0068] U gornjem opisu, isključivo za svrhe objašnjenja, korišćena je specifična nomenklatura da bi se obezbedilo potpuno razumevanje predmetnih otkrivanja. Međutim, stručnjaku iz odgovarajuće oblasti će biti očigledno da ovi specifični detalji nisu neophodni za primenu predmetnog otkrivanja u praksi.

[0069] Različite karakteristike reprezentativnih primera i zavisnih zahteva se mogu kombinovati na načine koji nisu posebno i eksplicitno nabrojani da bi se realizovali dodatni korisni primeri izvođenja aktuelnih otkrivanja. Takođe je izričito navedeno da svi opsezi vrednosti ili indikacije grupa entiteta ukazuju na svaku moguću srednju vrednost ili intermedijerni entitet za svrhe originalnog otkrivanja.

[0070] Otkriveni su sistemi i postupci za generisanje i održavanje HPF režima FRC. Podrazumeva se da su ovde opisani primeri izvođenja namenjeni za svrhe objašnjenja i da ih ne treba smatrati ograničavajućim za predmet otkrivanja. Različite modifikacije, primene, zamene, kombinacije, poboljšanja, postupci proizvodnje bez izlaženja iz okvira predmetnog pronalaska bi bili očigledni za stručnjaka iz odgovarajuće oblasti. Na primer, čitalac treba da ima u vidu da su specifični redosled i kombinacija akcija u ovde opisanom procesu samo ilustrativni, ukoliko nije drugačije navedeno. Kao sledeći primer, svaka karakteristika jednog primera izvođenja može biti kombinovana i usklađena sa drugim karakteristikama prikazanim u drugim primerima izvođenja. Shodno tome, pronalazak ne treba da bude ograničen, izuzev na osnovu priloženih patentnih zahteva.

Claims (16)

Patentni zahtevi

1. Sistem za generisanje i održavanje magnetnog polja sa konfiguracijom sa reverznim poljima (FRC) koji sadrži

komoru (100) za držanje,

prvu i drugu dijametralno suprotnu FRC sekciju (200) za formiranje, koje su spojene sa komorom (100) za držanje,

prvi i drugi divertor (300), koji su spojeni sa prvom i drugom sekcijom (200) za formiranje, jednim ili više od mnoštva plazma topova (350), jednom ili više polarizacionih elektroda i prvom i drugom prigušnicom (440) ogledala, pri čemu mnoštvo plazma topova (350) obuhvata prvi i drugi aksijalni plazma top (350) funkcionalno povezane sa prvim i drugim divertorom (300), prvom i drugom sekcijom (200) za formiranje i komorom (100) za držanje, pri čemu su jedna ili više polarizacionih elektroda postavljene unutar jedne ili više komora (100) za držanje, prve i druge sekcije (200) za formiranje, i prvog i drugog divertora (300), i pri čemu su prva i druga prigušnica (440) ogledala postavljene između prve i druge sekcije (200) za formiranje i prvog i drugog divertora (300),

sistem (800) za geterovanje koji je spojen sa komorom (100) za držanje i prvim i drugim divertorima (300),

mnoštvo injektora (600) snopova neutralnih atoma koji su spojeni sa komorom (100) za držanje i orijentisani su normalno na osu komore (100) za držanje,

i

magnetni sistem (410) koji sadrži mnoštvo kvazi-dc kalemova (432, 434, 436 i 444) postavljenih duž komore (100) za držanje, prve i druge sekcije (200) za formiranje, i prvog i drugog divertora (300), prvu i drugu grupu kvazi-dc kalemova (432, 434, 436 i 444) ogledala koji su postavljeni izmeđukomore (100) za držanje i prve i druge sekcije (200) za formiranje

2. Sistem prema zahtevu 1 koji dalje sadrži dva ili više kalemova (460) oblika sedla koji su spojeni sa komorom (100) za držanje.

3. Sistem prema zahtevima 1-2 koji dalje sadrži injektor (700) jonskih peleta koji je spojen sa komorom (100) za držanje.

4. Sistem prema zahtevu 1, pri čemu sekcija (200) za formiranje sadrži modularne sisteme za formiranje namenjene za generisanje FRC i njenu translaciju prema centralnoj ravni komore (100) za držanje.

5. Sistem prema zahtevu 4 koji sadrži

prvi i drugi aksijalni plazma top koji su funkcionalno spojeni sa prvim i drugim divertorom (300), prvom i drugom sekcijom (200) za formiranje i komorom (100) za držanje,

prvu i drugu prigušnicu (440) ogledala postavljene izmeđuprve i druge sekcije (200) za formiranje i prvog i drugog divertora (300),

jednu ili više polarizacionih elektroda za električnu polarizaciju otvorenih površina fluksa (455) generisane FRC, pri čemu su jedna ili više polarizacionih elektroda postavljene unutar jedne ili više komora (100) za držanje, prve i druge sekcije (200) za formiranje, i prvog i drugog divertora (300),

dva ili više kalema (460) oblika sedla koji su spojeni sa komorom (100) za držanje, i injektor (700) jonskih peleta koji je spojen sa komorom (100) za držanje.

6. Sistem prema zahtevima 1, 4, i 5, pri čemu prigušnica ogledala sadrži treću i četvrtu grupu kalemova ogledala izmeđusvake prve i druge sekcije (200) za formiranje i prvog i drugog divertora (300).

7. Sistem prema zahtevu 6, pri čemu prigušnica ogledala dalje sadrži grupu kalemova prigušnica ogledala obavijenih oko suženja (442) u prolazu izmeđuprve i druge sekcije (200) za formiranje i prvog i drugog divertora (300).

8. Sistem prema zahtevima 1, 4-5 i 7, pri čemu prva i druga sekcija (200) za formiranje sadrže izduženu kvarcnu cev (210) sa kvarcnom oblogom.

9. Sistem prema zahtevima 1, 4-5 i 7, pri čemu su sistemi za formiranje impulsno napajani sistemi za formiranje.

10. Sistem prema zahtevima 1, 4-5 i 7, pri čemu sistemi za formiranje sadrže mnoštvo pogonskih i upravljačkih jedinica (220) koje su spojene sa pojedinim od mnoštva pojasnih sklopova (230) radi napajanja grupe kalemova pojedinih od mnoštva pojasnih sklopova (230) koji su obavijeni oko izduženih cevi (210) prve i druge sekcije (200) za formiranje.

11. Sistem prema zahtevu 10, pri čemu pojedine od mnoštva pogonskih i upravljačkih jedinica (220) sadrže okidač (222) i upravljački sistem.

12. Sistem prema zahtevu 11, pri čemu se okidač (222) i upravljački sistemi pojedinih od mnoštva pogonskih i upravljačkih jedinica (220) mogu sinhronizovati da bi se omogućilo formiranje statičke FRC, pri čemu se formira FRC, a zatim se FRC injektira ili dinamički formira, pri čemu se FRC istovremeno formira i translira.

13. Sistem prema zahtevima 1, 4-5 i 7, pri čemu mnoštvo injektora (600) snopova neutralnih atoma sadrži jedan ili više injektora (600) snopova neutralnih atoma sa RF izvorima plazme i jedan ili više elektro-lučnih injektora (600) snopova neutralnih atoma.

14. Sistem prema zahtevima 1, 4-5 i 7, pri čemu je mnoštvo injektora (600) snopova neutralnih atoma orijentisano tako da je putanja injektiranja tangencijalna na FRC sa ciljnom zonom zarobljavanja unutar separatrise (451) FRC.

15. Sistem prema zahtevima 1, 4-5 i 7, pri čemu sistem (800) za geterovanje sadrži jedan ili više sistema (810) za taloženje titanijuma i sistema (820) za taloženje litijuma kojima su obložene površine komora (100) za držanje i prvih i drugih divertora (300) koje su okrenute prema plazmi.

16. Sistem prema zahtevima 1, 4-5 i 7, pri čemu polarizacione elektrode sadrže jednu ili više od jedne ili više tačkastih elektroda postavljenih unutar komore (100) za držanje radi dolaska u kontakt sa otvorenim linijama polja, grupu prstenastih elektroda između komore (100) za držanje i prve i druge sekcije (200) za formiranje radi naelektrisanja slojeva fluksa udaljenih od ivica na azimutno simetričan način, mnoštvo koncentrično postavljenih elektroda, koje su postavljene u prvom i drugom divertoru (300) da bi naelektrisale mnoštvo koncentričnih slojeva fluksa, i anode plazma topova (350) za zadržavanje otvorenog fluksa (452).