相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)根據(jù)《美國(guó)法典》第35卷第119節(jié)第e項(xiàng)(35u.s.c.§119(e))要求2014年9月16日提交的名稱(chēng)為“alfvén-wavegyratingnon-linearinertial-confinementreactor(阿爾文波旋轉(zhuǎn)式非線(xiàn)性慣性約束反應(yīng)堆)”的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)no.62/051,173、2014年9月16日提交的名稱(chēng)為“electromagneto-dynamicvariableaperturelens(電永磁動(dòng)力學(xué)可變孔透鏡)”的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)no.62/051,177以及2014年9月16日提交的名稱(chēng)為“solidstatetargetforfusionpurposes(用于熔融目的的固態(tài)靶)”的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)no.62/051,181的權(quán)益。這些申請(qǐng)中的每項(xiàng)申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)參引并入本文。

本發(fā)明的用于聚變的系統(tǒng)總體上涉及等離子體物理學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。等離子體物理學(xué)、磁動(dòng)流體力學(xué)、粒子物理學(xué)、離子光學(xué)以及等離子體聚變?cè)O(shè)備的

背景技術(shù)：
對(duì)理解這項(xiàng)技術(shù)是有幫助的。說(shuō)明性實(shí)施方式利用可變電磁孔透鏡來(lái)提高反饋控制以及在活性等離子體中產(chǎn)生阿爾文波以更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)靶板的約束的能力。(在等離子體物理學(xué)中，阿爾文波是離子響應(yīng)于由有效張力對(duì)磁場(chǎng)線(xiàn)提供的回復(fù)力而振蕩的磁流體動(dòng)力學(xué)波類(lèi)型。)

背景技術(shù)

數(shù)十年來(lái)，受控核聚變是科學(xué)家的目標(biāo)，花費(fèi)了上億美元來(lái)研發(fā)這種能源。大多數(shù)系統(tǒng)力圖通過(guò)使用磁約束或者慣性約束來(lái)約束可聚變的燃料進(jìn)而激發(fā)聚變。帶電粒子的約束、不穩(wěn)定性的存在以及將反應(yīng)系統(tǒng)保持處于高溫所需的大量的能量均使得聚變成為最具挑戰(zhàn)性的全球?yàn)橹Φ哪繕?biāo)之一。提出和試驗(yàn)了許多不同的構(gòu)型，但迄今為止還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)節(jié)能并且低成本的反應(yīng)堆。

例如，由美國(guó)的國(guó)家點(diǎn)火設(shè)施(nif)——其位于勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室——實(shí)施的進(jìn)行中的實(shí)驗(yàn)試圖使用激光聚焦來(lái)實(shí)現(xiàn)聚變，其中，使用光線(xiàn)來(lái)加熱靶以發(fā)生聚變。這個(gè)過(guò)程并未使用離子束。相反，電磁輻射針對(duì)的是如下的靶，該靶包括容納有小球形式的氘氫氣和氚氫氣的囊。激光入射在靶囊上的正時(shí)和配位需精確以防止聚變反應(yīng)中形成破裂不穩(wěn)定性。

此外，該專(zhuān)利的發(fā)明人ericthomas和demitrihopkins進(jìn)行了這個(gè)領(lǐng)域中的之前的工作和研究。這種先前的技術(shù)使用針對(duì)重水冰靶的線(xiàn)性離子束以引起升華并且提供聚變所需的氘，其中，離子束通過(guò)不動(dòng)的靜電透鏡而被聚焦。

技術(shù)現(xiàn)狀還包括將靜電透鏡用于所謂的“離子光學(xué)”領(lǐng)域，其中，借助靜電透鏡形成靜電電位以聚焦或者拓寬離子的噴射以用于不同的用途(例如，用于掃描電子顯微鏡)。其還包括磁性線(xiàn)圈包層，比如亥姆霍茲線(xiàn)圈。最后，先前的技術(shù)還包括用于控制進(jìn)入攝像機(jī)的光的量的攝像機(jī)快門(mén)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

被設(shè)計(jì)成使可能的變化項(xiàng)和組合達(dá)到最大限度的聚變反應(yīng)堆能夠提高研究和調(diào)節(jié)等離子體用于特定用途的能力。該反應(yīng)堆依靠改變多個(gè)透鏡中的獨(dú)立于其它透鏡的每個(gè)透鏡中的至少四個(gè)獨(dú)立變化項(xiàng)的能力而進(jìn)行操作。這使得波形和其它基于時(shí)間的變化項(xiàng)能夠起作用，這樣使得能夠產(chǎn)生阿爾文波并且能夠調(diào)節(jié)內(nèi)部等離子體動(dòng)力學(xué)，從而主動(dòng)地導(dǎo)致較高的效率狀態(tài)。通過(guò)將呈離子束形式的等離子體的調(diào)節(jié)與固態(tài)金屬靶相結(jié)合，能夠產(chǎn)生高效的快中子源。這種裝置在模擬仿真中的試驗(yàn)非常成功，并且呈現(xiàn)期望的無(wú)損耗聚變結(jié)果。這也可以帶來(lái)許多工業(yè)應(yīng)用，比如能量的產(chǎn)生、核凈化、從半稀土金屬中生產(chǎn)出稀土金屬以及氦的產(chǎn)生。

附圖說(shuō)明

圖1是根據(jù)說(shuō)明性實(shí)施方式的沒(méi)有電氣系統(tǒng)的聚變反應(yīng)堆的視圖，其中，去除了反應(yīng)堆的壁部以使得能夠看見(jiàn)反應(yīng)堆的內(nèi)部。

圖2是圖1中示出的可變透鏡的分解圖。

圖3是位于離子束源的端部處并且用于在用于聚變用途的等離子體設(shè)備中使用的示例性靶板的放大圖。

圖4是圖2中示出的可變透鏡的遮擋件機(jī)構(gòu)的視圖。

圖5是附接有豎向控制凸部的完全組裝好的透鏡的圖像。

圖6是對(duì)齊的五個(gè)圖5中示出的透鏡的視圖，其中，移除了反應(yīng)堆的其它部分以便更好地看見(jiàn)這五個(gè)透鏡在反應(yīng)堆芯中的定位。

圖7是如圖1中的反應(yīng)堆的側(cè)視圖，其使得透鏡的豎向運(yùn)動(dòng)能夠被容易地概念化。

圖8是沒(méi)有端蓋并且被旋轉(zhuǎn)成便于視線(xiàn)向下穿過(guò)透鏡的反應(yīng)堆的視圖，其中，遮擋件機(jī)構(gòu)設(shè)定在四分之一直徑處，能夠看到葉片是重疊的以便產(chǎn)生遮擋效果。

圖9是在向下看遮擋件的葉片時(shí)的放大圖，能夠看到葉片是重疊的，每個(gè)葉片呈大致弧形形狀，葉片一起形成位于中心處的暴露的圓孔，能夠通過(guò)該孔看到用于相同的透鏡的第二遮擋件。

圖10是反應(yīng)堆的端部的放大圖，其示出了一個(gè)透鏡、豎向控制桿、透鏡直徑控制桿、豎向控制凸部以及下方具有用于真空的孔的靶板。

圖11是向下看反應(yīng)堆時(shí)的圖像，其示出控制桿、豎向直徑和透鏡直徑——其中，控制桿被附接至伺服馬達(dá)——以及用于離子源的中心孔和用于將電氣部件接線(xiàn)至內(nèi)部反應(yīng)堆部件的孔。

具體實(shí)施方式

圖1描繪了沒(méi)有鉤掛電氣系統(tǒng)——在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，電氣系統(tǒng)能夠用于高效商業(yè)發(fā)電——的聚變反應(yīng)堆的整體視圖。聚變反應(yīng)堆100包括多個(gè)離子透鏡110、靶板130以及離子源180。穿過(guò)透鏡110的離子形成離子束，離子束最后撞擊靶板以便于在靶板處發(fā)生聚變。反應(yīng)堆系統(tǒng)依賴(lài)于可變電磁透鏡110和包括固體金屬結(jié)構(gòu)的靶130來(lái)實(shí)現(xiàn)聚變。圖2中示出了可變透鏡110的分解圖。在圖2中，可變透鏡110包括用于遮擋件200的簡(jiǎn)化的安置保持件。下面對(duì)各種結(jié)構(gòu)的優(yōu)選或者說(shuō)明性實(shí)施方式進(jìn)行描述。

用于聚變用途的固態(tài)靶

圖3示出了位于圖1中描繪的反應(yīng)堆的底部處的靶板130的放大圖。類(lèi)似地，圖10描繪了反應(yīng)堆的端部的放大圖，其示出了一個(gè)透鏡110、豎向控制桿150、透鏡直徑控制桿170、豎向控制凸部160和下方具有用于真空的孔的靶板130。靶板130是聚變和等離子體物理學(xué)中的新型概念模型，其設(shè)計(jì)成使得對(duì)等離子體的相對(duì)于固體靶的約束最優(yōu)化以便增大聚變反應(yīng)的量。通常，靶板定位成作為離子束的路徑的端部并且為等離子體撞擊的部位以使聚變反應(yīng)達(dá)到最大限度。在一個(gè)實(shí)施方式中，靶板在反應(yīng)堆靶板端部140b附近布置成與離子源180相對(duì)。進(jìn)入反應(yīng)堆的離子通過(guò)靜電透鏡、中空陰極、回旋加速器以及用于使氣體離子化成離子束的其它裝置而能夠形成為束。離子束能夠布置成線(xiàn)性或者非線(xiàn)性流，其中，當(dāng)束撞擊靶板時(shí)路徑終止。靶板還能夠保持電荷，并且因而能夠?qū)㈦x子流以朝向、圍繞或者背逆靶板的方式進(jìn)行引導(dǎo)。在一個(gè)實(shí)施方式中，靶板下方設(shè)置有用于真空連接的孔。這樣，能夠在整個(gè)設(shè)備上泵吸真空。

能夠用于最優(yōu)化的聚變用的靶板的材料包括含氘或者氚的固體材料，比如氘化鋰、硼氘化鋰、氚化鋰、硼氚化鋰、富含氘或者氚的鈀。這些示例不應(yīng)當(dāng)被解釋為是限制性的，因?yàn)槟軌蚴褂闷渌牧蟻?lái)增強(qiáng)不同種類(lèi)的聚變以便產(chǎn)生不同種類(lèi)的能量表現(xiàn)。然而，為了在反應(yīng)堆中產(chǎn)生最大的能量輸出與輸入之比，含氫的固體這一類(lèi)是優(yōu)選的。所有這一類(lèi)的含氫的固體起作用的程度不同。目前，能夠通過(guò)將期望的材料機(jī)加工、激光切割或者3d打印成靶板來(lái)制造靶板。此外，能夠通過(guò)引入更多的材料使之成為靶而經(jīng)常地更新板。這樣，能夠用燃料來(lái)補(bǔ)充反應(yīng)堆以便始終發(fā)電或者提供快中子源。與其它已知的技術(shù)方法相比，應(yīng)用包括用于聚變用途的固態(tài)金屬靶的這項(xiàng)技術(shù)能夠大大提高聚變效率。

電永磁動(dòng)力學(xué)可變孔透鏡

根據(jù)本發(fā)明的電永磁動(dòng)力學(xué)可變孔透鏡(“可變透鏡”并且將多個(gè)可變透鏡總體上稱(chēng)為“可變透鏡”)的一個(gè)透鏡中應(yīng)用了四個(gè)獨(dú)立的變化項(xiàng)以便控制離子光學(xué)。這能夠?qū)崿F(xiàn)離子束流控制和反饋控制的進(jìn)一步具體化。用如本文中描述的透鏡替代典型的不可變的靜電透鏡以用于提高具體性和對(duì)離子光學(xué)及離子束的路徑的控制。所述四個(gè)變化項(xiàng)如下：(1)靜電透鏡的直徑；(2)靜電透鏡的豎向位置；(3)靜電場(chǎng)的強(qiáng)度；以及(4)磁場(chǎng)的強(qiáng)度。通過(guò)調(diào)節(jié)這些變化項(xiàng)，能夠特別控制粒子束的微小的方面。這些變化項(xiàng)還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)僅改變靜電場(chǎng)的強(qiáng)度和/或磁場(chǎng)的強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)透鏡的更具體的反饋控制。通過(guò)能夠調(diào)節(jié)可變透鏡的徑向直徑和豎向位置以及靜電場(chǎng)的強(qiáng)度和磁場(chǎng)的強(qiáng)度能夠?qū)崿F(xiàn)提高的控制程度。

圖2是可變透鏡110的實(shí)施方式的圖示，其中，可變透鏡110具有用于遮擋件200的簡(jiǎn)化的安置保持件。圖4是遮擋件及其部件的更詳細(xì)的圖示。透鏡110具有由不能夠形成電弧的材料(例如，抗靜電塑料)制成的兩個(gè)端蓋220，這兩個(gè)端蓋220將整個(gè)透鏡保持在一起并且防止在單獨(dú)的透鏡之間形成電弧。端蓋內(nèi)側(cè)設(shè)置有兩個(gè)靜電透鏡遮擋件200。遮擋件類(lèi)似于攝像機(jī)快門(mén)，但其還能夠使靜電電荷作用于其自身。遮擋件對(duì)穿過(guò)遮擋件的離子的透鏡效果與攝像機(jī)快門(mén)對(duì)穿過(guò)攝像機(jī)快門(mén)的光子的透鏡效果相似。遮擋件進(jìn)一步由一系列金屬葉片420構(gòu)成，電壓能夠作用于金屬葉片420。金屬葉片由位于遮擋件殼體440內(nèi)的一組遮擋件控制銷(xiāo)430控制。更具體地，通過(guò)將每個(gè)遮擋件上的銷(xiāo)連接至可變電壓源，能夠?qū)φ趽跫┘涌勺冸姾?。通過(guò)使操作性地連接至銷(xiāo)并且通過(guò)透鏡直徑控制桿170而旋轉(zhuǎn)的齒輪旋轉(zhuǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)遮擋件的調(diào)節(jié)。當(dāng)銷(xiāo)通過(guò)齒輪而移動(dòng)時(shí)，葉片420旋轉(zhuǎn)，致使中心孔的直徑改變。如圖9中示出的，葉片相重疊，其中，每個(gè)葉片呈大致弧形形狀，并且葉片一起形成位于遮擋件的中心處的暴露的圓孔。兩個(gè)遮擋件部件200同步以便保持靜電透鏡的整體性。遮擋件的直徑能夠在從一直敞開(kāi)(與靜電部件210的直徑相匹配)至一直閉合并且阻擋離子流的范圍中變化。

磁透鏡管筒230直接連接至透鏡蓋220，并且將遮擋件200和靜電透鏡的靜電部件210保持在其內(nèi)。磁線(xiàn)——比如漆包線(xiàn)——圍繞磁透鏡管筒230中的凹槽重復(fù)地纏繞。通過(guò)對(duì)纏繞的線(xiàn)施加電壓能夠產(chǎn)生磁場(chǎng)。通過(guò)改變作用于纏繞的磁線(xiàn)的電壓，能夠控制磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小。靜電透鏡的靜電部件210位于磁透鏡管筒230內(nèi)并且靠近徑向中心。靜電部件210也連接至可變電壓源。靜電部件210確定靜電透鏡的作為單個(gè)場(chǎng)的可能的最外部直徑，并且使透鏡的兩個(gè)遮擋件部件之間的電場(chǎng)線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。盡管遮擋件200、磁透鏡管筒230和靜電部件210均能夠構(gòu)造成具有可變電荷，在一個(gè)實(shí)施方式中，遮擋件200、磁透鏡管筒230和靜電部件210彼此保持同步以便正確地控制靜電透鏡。

圖5示出了附接有控制凸部160的可變透鏡110，該可變透鏡110具有與圖2大致相似的特征。在一個(gè)實(shí)施方式中，通過(guò)使用操作性地連接至豎向控制桿150的伺服馬達(dá)能夠豎向地調(diào)節(jié)可變透鏡?？刂茥U通過(guò)螺紋穿過(guò)附接至可變透鏡的豎向控制凸部160以便被豎向地調(diào)節(jié)。當(dāng)伺服馬達(dá)使控制桿旋轉(zhuǎn)時(shí)，控制裝置旋轉(zhuǎn)，并且由于螺紋連接而致使可變透鏡沿著控制桿150向上或者向下移動(dòng)。對(duì)于每個(gè)豎向透鏡，可以使用多個(gè)控制桿和相應(yīng)的豎向控制凸部。這樣，可以控制可變透鏡的豎向位置。在這種結(jié)構(gòu)的情況下，每個(gè)透鏡提供四個(gè)可獨(dú)立控制的變化項(xiàng)，并且能夠獨(dú)立地控制每個(gè)透鏡。

圖6是對(duì)齊的五個(gè)圖5中示出的透鏡110的視圖，其中，移除了反應(yīng)堆的其它部分以便更好地看見(jiàn)這五個(gè)透鏡在反應(yīng)堆芯中的定位。圖7至圖8示出了如圖1中的包括五個(gè)透鏡的實(shí)施方式中的反應(yīng)堆的兩個(gè)視圖。能夠容易地將透鏡110的豎向運(yùn)動(dòng)概念化。圖8是沒(méi)有端蓋并且被旋轉(zhuǎn)成便于視線(xiàn)向下穿過(guò)透鏡的反應(yīng)堆的視圖，其中，遮擋件機(jī)構(gòu)設(shè)定在四分之一直徑處，能夠看到葉片是重疊的以便產(chǎn)生遮擋效果。圖8中還示出了用于容納反應(yīng)堆的反應(yīng)堆防護(hù)件120，其中，反應(yīng)堆部件位于反應(yīng)堆防護(hù)件120內(nèi)。

如本文中描述的可變透鏡在內(nèi)設(shè)到電子顯微鏡中或者內(nèi)設(shè)到聚變反應(yīng)堆中之后可以進(jìn)行安裝。能夠通過(guò)機(jī)加工、3d打印、激光切割或者它們的一些組合來(lái)制造可變透鏡的部件。當(dāng)組裝好透鏡時(shí)，能夠根據(jù)待增設(shè)透鏡的機(jī)械設(shè)備而將透鏡固定就位從而安裝透鏡。這種可變透鏡還能夠用于為了獲得更受控制并且定向的電子束和離子束的一些電子光學(xué)工作領(lǐng)域。在靜電透鏡或磁透鏡的任何應(yīng)用中，這種應(yīng)用能夠用于提高束的特質(zhì)性的程度。相繼疊置的這種技術(shù)能夠用作等離子體設(shè)備的一部分以便研究等離子體控制系統(tǒng)和反饋控制系統(tǒng)的依賴(lài)時(shí)間的變化項(xiàng)。相繼疊置的這種技術(shù)能夠用作用于許多類(lèi)型的可持續(xù)的核聚變的等離子體設(shè)備的一部分。

聚變反應(yīng)堆

實(shí)現(xiàn)受控的聚變反應(yīng)的始終的挑戰(zhàn)是形成內(nèi)部等離子體的高度復(fù)雜的系統(tǒng)中的不穩(wěn)定性的形成。在沒(méi)有多種渠道克服這些不穩(wěn)定性的情況下，這些不穩(wěn)定性終將發(fā)展為最終停止整個(gè)反應(yīng)的不可克服的問(wèn)題。例如，nif模型理想地會(huì)以完全球形對(duì)稱(chēng)的爆縮的方式壓縮氘氚燃料。然而，即使微小的紊流也會(huì)導(dǎo)致爆縮的對(duì)稱(chēng)性的不穩(wěn)定性，從而最終使燃料的加熱效果降低，使最大壓縮程度降低，并且大大地降低聚變效率。在只有一個(gè)或兩個(gè)可調(diào)節(jié)的變化項(xiàng)的情況下，不能夠以有效的方式針對(duì)復(fù)雜的不穩(wěn)定性。由于等離子體整個(gè)被約束，因此不穩(wěn)定性具有發(fā)展的自然趨勢(shì)。另外的問(wèn)題在于離子必須使大量的磁力對(duì)其進(jìn)行作用以便很大程度地約束等離子體以實(shí)現(xiàn)聚變?，F(xiàn)有的模型需要強(qiáng)于地球的磁場(chǎng)大約40,000倍等級(jí)的磁場(chǎng)。本文中描述的反應(yīng)堆使用許多變化項(xiàng)，這些變化項(xiàng)能夠被調(diào)節(jié)以便控制等離子體并且對(duì)不穩(wěn)定性進(jìn)行響應(yīng)，從而主動(dòng)地致使效率提高。這項(xiàng)技術(shù)還采用能夠大大減少用于進(jìn)行約束的必需的能量的靶板，從而使得能夠以每次反應(yīng)所需的低得多的能量成功地操作反應(yīng)堆。

設(shè)計(jì)成將可能的變化項(xiàng)和組合最大化的反應(yīng)堆能夠提高研究和調(diào)節(jié)用于特定用途的等離子體的能力。在模擬仿真中已經(jīng)非常成功地進(jìn)行了試驗(yàn)，并且呈現(xiàn)期望的無(wú)損耗聚變結(jié)果。其依靠改變多個(gè)透鏡中的與其它透鏡獨(dú)立的每個(gè)透鏡中的四個(gè)獨(dú)立的變化項(xiàng)而進(jìn)行操作。這使得波形和其它基于時(shí)間的變化項(xiàng)能夠起作用，而這能夠?qū)崿F(xiàn)諸如阿爾文波的產(chǎn)生和內(nèi)部等離子體動(dòng)力學(xué)的調(diào)節(jié)之類(lèi)的事情，從而主動(dòng)地實(shí)現(xiàn)較高的效率狀態(tài)。這也可以帶來(lái)許多工業(yè)應(yīng)用，比如能量的產(chǎn)生、核凈化、從半稀土金屬中生產(chǎn)出稀土金屬以及氦的產(chǎn)生。

根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)堆設(shè)計(jì)成使反應(yīng)堆能夠操作的可能的范圍最優(yōu)化。圖1描繪了沒(méi)有鉤掛電氣系統(tǒng)——在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，電氣系統(tǒng)能夠用于高效商業(yè)發(fā)電——的聚變反應(yīng)堆的整體視圖。聚變反應(yīng)堆100包括多個(gè)離子透鏡110、靶板130以及離子源180。穿過(guò)透鏡110的離子形成離子束，離子束最后撞擊靶板130以便于在靶板處發(fā)生聚變。

通過(guò)具有如上所述的能夠被獨(dú)立地調(diào)節(jié)的四個(gè)變化項(xiàng)的所述多個(gè)離子透鏡110能夠控制離子束。每個(gè)透鏡的所述四個(gè)變化項(xiàng)包括：(1)靜電透鏡的直徑；(2)靜電透鏡的豎向位置；(3)靜電場(chǎng)的強(qiáng)度；以及(4)磁場(chǎng)的強(qiáng)度。在這種結(jié)構(gòu)的情況下，每個(gè)透鏡能夠提供四個(gè)被獨(dú)立控制的變化項(xiàng)，并且能夠獨(dú)立地控制每個(gè)透鏡。

反應(yīng)堆100包括端件140a和140b以及反應(yīng)堆壁部120。圖11是向下看反應(yīng)堆的圖像以便看見(jiàn)豎向控制桿150和透鏡直徑控制桿170——其中，豎向控制桿150和透鏡直徑控制桿170被附接至伺服馬達(dá)(未描繪)——以及用于離子源180的中心孔和用于將電氣部件接線(xiàn)至內(nèi)部反應(yīng)堆部件的孔195。這些部件由不能夠形成電弧的材料(例如，抗靜電塑料)制成以便防止等離子體形成電弧。這些部件還被密封在一起以便在整個(gè)裝置上保持真空以最佳地操作等離子體。反應(yīng)堆離子源端件140a中的孔是離子從離子源180進(jìn)入反應(yīng)堆的部位。在一個(gè)實(shí)施方式中，離子源180是中空陰極，然而，離子源能夠是可互換的而無(wú)需對(duì)反應(yīng)堆設(shè)計(jì)進(jìn)行進(jìn)一步的修改。線(xiàn)材通過(guò)螺紋的方式穿過(guò)端件140a中的另一孔195以將高壓電源連接至透鏡110以便施加靜電力和磁力，靜電力和磁力占每個(gè)透鏡的可主動(dòng)調(diào)節(jié)的所述四個(gè)變化項(xiàng)中的兩個(gè)變化項(xiàng)。

豎向控制凸部160和豎向控制桿150也用不能夠形成電弧的材料(例如，抗靜電塑料)構(gòu)造而成。在反應(yīng)堆內(nèi)部的外側(cè)，圖1中并未描繪，每個(gè)控制桿150操作性地連接有高精度快速馬達(dá)(例如，伺服馬達(dá))，并且該馬達(dá)能夠使每個(gè)控制桿旋轉(zhuǎn)。所有的控制桿150是帶螺紋的，但只有用于所述五個(gè)透鏡中的每個(gè)透鏡的控制凸部160中的一個(gè)控制凸部是帶螺紋的并且對(duì)于每個(gè)透鏡而言位于不同的徑向位置處。以此方式，對(duì)馬達(dá)施加電流會(huì)使所連接的控制桿150旋轉(zhuǎn)，而這進(jìn)而升高或者降低透鏡的所示出的豎向位置——其提供每個(gè)透鏡的所述四個(gè)可主動(dòng)調(diào)節(jié)的變化項(xiàng)中的一個(gè)變化項(xiàng)。因而，當(dāng)反應(yīng)堆運(yùn)行時(shí)，反應(yīng)堆的每個(gè)透鏡能夠獨(dú)立于其它透鏡沿豎向上下移動(dòng)。所述豎向運(yùn)動(dòng)是相對(duì)于由離子束的一般路徑限定的軸線(xiàn)的。

還描繪了透鏡直徑控制桿170。這些桿同樣用不能夠形成電弧的材料構(gòu)造而成。如上所述，每個(gè)透鏡直徑控制桿170操作性地連接至使銷(xiāo)430(圖4中示出)移動(dòng)的齒輪以便控制遮擋件處的靜電透鏡的直徑。遮擋件的直徑能夠在從一直敞開(kāi)(與靜電部件210的直徑相匹配)至一直閉合并且阻擋離子流的范圍中變化。這提供每個(gè)透鏡的第四變化項(xiàng)，其中，每個(gè)透鏡能夠獨(dú)立于其它透鏡被操作。

靶板130位于反應(yīng)堆的端部處的反應(yīng)堆靶板端部140b附近。離子從離子源180加速穿過(guò)透鏡110，并且獲得動(dòng)量和慣性約束直到最后撞擊靶板為止——使約束密度最大化。在一個(gè)實(shí)施方式中，離子在撞擊靶之前沿螺旋路徑穿過(guò)反應(yīng)堆100。因而，離子束可以是線(xiàn)性或者非線(xiàn)性的。各種各樣的材料能夠被包括在固體金屬靶板中以用于不同類(lèi)型的聚變，其中，密度較大的材料更優(yōu)。能夠基于需要激發(fā)的聚變的種類(lèi)來(lái)選擇靶材料。在優(yōu)選實(shí)施方式中，真空通過(guò)安置在靶板下方的反應(yīng)堆靶板端部140b中的孔被連接。真空能夠使反應(yīng)堆中的壓力降低，并且能夠使反應(yīng)堆的內(nèi)部氣體的容量標(biāo)準(zhǔn)化。在另外的實(shí)施方式中，真空可以連接在另一反應(yīng)堆表面處，比如反應(yīng)堆壁部120。跟離子源一樣，能夠改變真空連接而不會(huì)影響反應(yīng)堆的整體功能或者操作性。

在本文中描述的一個(gè)說(shuō)明性實(shí)施方式中，反應(yīng)堆包括五個(gè)透鏡設(shè)計(jì)。在所述五個(gè)透鏡設(shè)計(jì)中，反應(yīng)堆可以具有在反應(yīng)堆運(yùn)行時(shí)可以被主動(dòng)地調(diào)節(jié)的多達(dá)二十五個(gè)的主動(dòng)變化項(xiàng)。首先，所述五個(gè)透鏡提供用于通過(guò)使用透鏡(基于每個(gè)透鏡的四個(gè)可單獨(dú)調(diào)節(jié)的變化項(xiàng))而調(diào)節(jié)等離子體的二十個(gè)可單獨(dú)控制的變化項(xiàng)。這使得反應(yīng)堆能夠運(yùn)行的操作狀況的范圍得到很大的改進(jìn)。四個(gè)另外的變化項(xiàng)包括：分布在中空陰極離子源180的所述兩個(gè)單獨(dú)件上的電荷，其中，泵入氘(或者氚)；泵入氘(或者氚，或者激發(fā)成氣態(tài)的其它元素)的速率；以及在反應(yīng)堆中形成的真空，其中，將后處理氣體從反應(yīng)堆中抽出。最后的變化項(xiàng)是施加于靶板以吸引離子撞擊靶的電壓。

在運(yùn)行期間，能夠替換不同的材料以發(fā)生聚變，從而提供在反應(yīng)過(guò)程期間不能夠被調(diào)節(jié)的另一變化項(xiàng)(由此稱(chēng)為靜態(tài)變化項(xiàng))。靶材料的一些示例包括氘化鋰(或者氚化鋰)、硼氘化鋰(或者硼氚化鋰)和富含氘(或者氚)的鈀。這些都是含有很高水平的氘(或者氚)以進(jìn)行聚變過(guò)程的材料。其它材料能夠用于不同種類(lèi)的聚變，并且只要這些材料遵循固體靶設(shè)計(jì)就能夠在該反應(yīng)堆設(shè)計(jì)中起作用。

在這種構(gòu)型中，具有能夠調(diào)節(jié)等離子體狀態(tài)的總共二十五個(gè)主動(dòng)變化項(xiàng)以及等離子體能夠撞擊的材料(靶板)的單個(gè)靜態(tài)變化項(xiàng)。通過(guò)改變固體靶板材料，可以改變反應(yīng)堆的功能，這是因?yàn)椴煌陌邪鍖?duì)于不同種類(lèi)的聚變而言可以是最優(yōu)的，并且靶板的移除能夠用于形成聚變離子推進(jìn)器。

能夠獨(dú)立地將主動(dòng)變化項(xiàng)中的每個(gè)變化項(xiàng)設(shè)定成靜止模式以便開(kāi)發(fā)不同的功能模式。在一個(gè)實(shí)施方式中，主動(dòng)變化項(xiàng)也能夠在圖案化的、隨機(jī)的或者半隨機(jī)的運(yùn)動(dòng)的整個(gè)過(guò)程中運(yùn)動(dòng)。在另一實(shí)施方式中，反應(yīng)堆能夠以預(yù)定運(yùn)動(dòng)的方式運(yùn)行，其中，能夠通過(guò)反饋控制系統(tǒng)來(lái)主動(dòng)地改變預(yù)定運(yùn)動(dòng)以便監(jiān)測(cè)和改變等離子體以控制所形成的不穩(wěn)定性。這還能夠使得用于能夠使啟動(dòng)和關(guān)閉所需的時(shí)間優(yōu)化的啟動(dòng)程序和關(guān)閉程序的變化項(xiàng)改變。在反應(yīng)堆運(yùn)行的同時(shí)使所有這些變化項(xiàng)處于改變狀態(tài)能夠用于使用于不同的功能作用的等離子體優(yōu)化并且能夠用于開(kāi)發(fā)活化等離子體的非靜態(tài)電磁場(chǎng)。

如本文中描述的聚變反應(yīng)堆能夠用于能夠使用高效快速的中子源的廣泛的應(yīng)用。這種應(yīng)用例如可以包括：能量產(chǎn)生、飛行、太空航行和嬗變。這種技術(shù)允許很大程度的調(diào)節(jié)，并且能夠允許穿過(guò)裝置的等離子體的許多其他可能的表現(xiàn)。與偏移磁波形串聯(lián)的豎向和直徑運(yùn)動(dòng)的波形以及聚焦透鏡中的靜電強(qiáng)度在模擬仿真中表明了很大的成功——超過(guò)了等離子體物理學(xué)方面的q＝1表達(dá)式，該表達(dá)式q＝1指的是能量輸入等于能量輸出。事實(shí)上，在模擬仿真中表明了這種成功——其超過(guò)該q＝1極限4倍以上，其中，模擬的能量輸入低于100千瓦水平。直到申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)為止，還沒(méi)有在快中子源中實(shí)現(xiàn)過(guò)這種效率水平，并且在該設(shè)計(jì)之前還沒(méi)有在仿真器上進(jìn)行過(guò)建模。

因此，該裝置能夠通過(guò)核聚變過(guò)程而提供高效快速的中子源，使得應(yīng)用到公共部門(mén)和私有部門(mén)中。在私有部門(mén)中可能最值得指出的應(yīng)用是能量產(chǎn)生，因?yàn)樗窃O(shè)計(jì)成克服不穩(wěn)定性的第一個(gè)無(wú)損耗聚變反應(yīng)堆模型。本文中描述的反應(yīng)堆能夠用于以可維持的方式實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)成本較低的能量產(chǎn)生。在一個(gè)實(shí)施方式中，反應(yīng)堆能夠設(shè)立為像是裂變發(fā)電站一樣的全功率發(fā)電站。其持續(xù)接收氫作為聚變材料并且產(chǎn)生呈高能量中子形式的能量以用于發(fā)電。例如，來(lái)自聚變過(guò)程的高能量中子能夠用于產(chǎn)生蒸汽(或者另一導(dǎo)熱流體)以便使常規(guī)的發(fā)電渦輪機(jī)運(yùn)行。

在另一實(shí)施方式中，聚變反應(yīng)能夠用作快中子源以便將重元素——比如鉭和鈮——轉(zhuǎn)變成金、鉑、鈀和銠。中型反應(yīng)堆能夠用于使元素(例如鉭)循環(huán)通過(guò)該反應(yīng)堆并且通過(guò)快中子撞擊使該元素起反應(yīng)變成更期望的元素(例如鉑)。這個(gè)過(guò)程能夠用于銷(xiāo)售由于比預(yù)處理的材料稀有而市場(chǎng)資本更高的重金屬。采用這種技術(shù)的另一種嬗變應(yīng)用是將放射性廢物轉(zhuǎn)變成較輕的穩(wěn)定元素以便消除放射性廢物。通過(guò)將放射性廢物放置在快中子流附近，放射性廢物將會(huì)被迫經(jīng)受阿爾法衰變成為較輕的更穩(wěn)定的元素以便消除放射性廢物。能夠圍繞這種技術(shù)建立設(shè)施以便在世界各地的溢漏地處消除放射性廢物。

氦是氫聚變的副產(chǎn)品。當(dāng)氦供給減少時(shí)，能夠設(shè)立這種反應(yīng)堆以在氫聚變之后重新捕獲氦。這種重新捕獲構(gòu)型就其自身而言能夠是可行的，或者這種重新捕獲構(gòu)型能夠與其它用途結(jié)合使用。氦能夠作為產(chǎn)品進(jìn)行銷(xiāo)售，從而可能形成氦的新的可持續(xù)的供給裝置。

在另一實(shí)施方式中，該聚變反應(yīng)堆能夠用作用于組合的聚變裂變反應(yīng)堆的快中子源。例如，釷是與鈾或者其它常見(jiàn)的裂變材料相比在地球上更豐富的裂變材料。此外，釷的各種物理性質(zhì)和核性質(zhì)優(yōu)于鈾，釷對(duì)于核武器的大量生產(chǎn)更具阻力，并且釷能夠減少钚和錒的生產(chǎn)。另外，釷不需要廣泛的富集過(guò)程，并且不能夠保持核鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(與鈾不同)。因?yàn)殁Q并不進(jìn)行鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，釷循環(huán)需要另一中子源以便激發(fā)燃料循環(huán)。本文中描述的聚變反應(yīng)堆能夠提供中子源——即使并不以完全無(wú)損耗的方式運(yùn)行——以便于釷燃料循環(huán)并且提供干凈的能量源生產(chǎn)而不會(huì)有熔化的可能性。

在又一實(shí)施方式中，該反應(yīng)堆能夠被設(shè)置在聚變離子推進(jìn)器中以實(shí)現(xiàn)更高效的太空航行，其能夠提供為了解決由所需的重量引起的目前使太空航行非常昂貴的問(wèn)題所需的推力。聚變能夠產(chǎn)生大量的呈離子形式的能量，這些能量然后被以較高的速度推出推進(jìn)器的后部并且然后被推出典型的燃料推進(jìn)器，從而能夠?qū)崿F(xiàn)單位推進(jìn)距離的燃料消耗極少，并且能夠?qū)崿F(xiàn)較高的最大速度。在又一實(shí)施方式中，能夠再次改變?cè)撾x子推進(jìn)器構(gòu)型，仍使用該芯模型并且僅將外部部件增設(shè)到噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中，這樣能夠保持飛機(jī)的燃料更高效的模式。

結(jié)論

本文中公開(kāi)的設(shè)備和方法的不同的示例包括各種各樣的部件、特征及功能。應(yīng)當(dāng)理解的是，本文中公開(kāi)的設(shè)備和方法的各種示例可以以任何組合形式包括本文中公開(kāi)的設(shè)備和方法的其它示例中的任何示例的任何部件、特征和功能，并且所有這種可能性意在在本公開(kāi)的精神和范圍內(nèi)。本公開(kāi)所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員將想到，本文中闡述的示例的許多變型具有前述描述和相關(guān)附圖中提出的教導(dǎo)的益處。因此，應(yīng)當(dāng)理解的是，本公開(kāi)不限于所提出的具體示例，并且應(yīng)當(dāng)理解的是，改型和其它示例意在被包括在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。此外，盡管前述描述和相關(guān)附圖在元件和/或功能的一些說(shuō)明性組合的背景下描述了本公開(kāi)的示例，但應(yīng)當(dāng)理解的是，在不脫離所附權(quán)利要求的范圍的情況下可以通過(guò)替代性實(shí)施方案來(lái)提供元件和/或功能的不同的組合。