口的能力。
[0065]本发明的实施例可利用用于通过质量的离子分离的方法和设备，其使用永磁体以在腔内产生均匀磁场。这经由真空下的等离子体前体气体或气化物的光电离，在受限的空间内产生优选的低密度等离子体来实现。通过质量或质量电荷比的分离发生，因为具有更大质量或更高质量电荷比的离子不受磁场所影响，并且趋向于与较轻的离子或具有较低质量电荷比的离子分离。
[0066]首先参考图1B，示出了通常由参考标记10指定的本封闭等离子体通道设备(在下文中有时也更简单地称为“本设备”)的侧横截面示意图。设备10的第一主组件是离子化室12 (在一些实施例中在此也称为“等离子体分离室”)，其包括具有离子化空间(在一些实施例中在此也称为“等离子体分离空间”)的离子化容器(在一些实施例中在此也称为“等离子体分离容器”)。在优选实施例中，离子化室12由具有第一端部12A和第二端部12B的半柔性细长真空导管组成，该导管包括具有纵轴16并且限定用于容纳来自存储容器22经由入口 20提供的等离子体前体气体或气化物100的传输空间18的中空圆柱形壁14。在下文中术语“室”和“导管”可互换地使用，除非明确区分。真空系统24可操作地附接到导管12，用于将空气从传输空间18通过出口 26排出，该出口 26通过壁14被设置。导管12可由耦合到一起以限定传输空间18的多个分离部分构成，或可以由一体式结构构成。导管12和传输空间14的横截面形状可以是圆形、椭圆形、多边形或以其它形状并且基于效率来选择，如通过实验确定的，采用该效率，能量传输通过该系统。
[0067]离子化部件被提供用于离子化在导管12内侧的等离子体前体气体100。然而应当立即确认，等离子体前体气体100同样可以在单独的室中进行，并且然后转移到传输空间18。尽管有这个选项，但是优选在导管12内的离子化以在持续的基础上处理带电粒子的再结合。预计可能存在返回到不希望的气体或气化物状态的一些再结合；等离子体前体气体普遍符合在离子状态中是导体并且在气体状态中是绝缘体的玻色-爱因斯坦原理。借助于紫外线、X射线、放射线、发光金属、燃烧气体和电子碰撞的离子化都被考虑，但是前者的手段是优选的。
[0068]人们认识到，合适波长的激光束可以穿透并且离子化很远距离的气体或气化物介质。因此，提供离子化束发射部件28，其用于发射离子化束30 ( “激光束”)到传输空间18中，该传输空间18已用等离子体前体气体100带电。在此使用的术语“离子化束发射部件”不仅包括目前已知的激光器和激光二极管，而且还包括将在介质中激发离子化的高球面发射强度的其它光源。激光器利用能级之间的原子或分子的固有振荡，用于生成一个或多个离散频率的高度放大和相干的电磁辐射的束。用于离子化等离子体前体气体100的激光器部件应当关于能量、脉宽和波长来选择。传输空间18必须清理、干燥、擦洗会阻碍等离子体前体气体100的完全离子化的任何催化剂或杂质。
[0069]包裹镜32横跨导管12的第一端部12A的开口来安装，并且固体反射镜34横跨相对的端部12B的开口来安装。包裹镜32和固体镜34具有分别面向传输空间18的反射表面36和38。包裹镜32允许通过束发射部件28所生成的离子化束30进入到传输空间18中的通路，但不允许光以相反的方向穿过，而是将它反射回到反应空间18中。在传输空间18内的离子化束30的反射促进等离子体前体气体100的均匀光电离。
[0070]为了确保整个传输空间18的等离子体前体气体100的均匀光电离，壁14的内侧表面40必须在反射光特别是在UV范围中的短波光的方面是高度有效的。可替代地，可以采用光学腔或光谐振器技术，并且其由形成用于光波的驻波腔谐振器的镜子的布置组成。光学腔是激光器的主要组件，其包围增益介质并且提供激光的反馈。在腔中限制的光多次反射产生用于某些谐振频率的驻波。
[0071]—旦等离子体前体气体100被离子化以实现所需的等离子体密度，则等离子体组分响应于在传输空间18内施加的磁场，基本上分离成与纵轴16平行运行的区域化通道。每个通道主要由单个等离子体组件(即电子、离子或中性粒子)组成，并且从第一端部12A到第二端部12B，沿着传输空间18的整个长度被建立。一个通道主要由自由电子(“电子通道”或“电子路径”)组成，并提供最小阻力的路径，用于穿过其中的能量的传输。磁场产生部件的几个实施例如下描述。通常，均匀的轴向磁场首先在贯穿包含离子化气体的传输空间中建立，以将等离子体分离成其离子、电子和中性粒子成分部分，每一种组分类型占据与纵轴16平行的基本上分离的区域，每个区域具有不同程度的导电性。此过程可被称为等离子体的“层化”。
[0072]在第一实施例中，磁场通过导管12本身在传输空间18内产生，该导管12的圆柱形壁14由具有变化的磁化方向44( S卩“Halbach圆柱体”)的磁区段42的阵列组成，该变化的磁化方向产生被限制于导管12的传输空间18的磁通。本领域技术人员将认识到，导管12的外部内部半径比在实现传输空间18内的所需磁通上起关键作用，如同每个磁化区段42的磁化数量和方向。参考图3，可以观察到，由K = 2种类的圆柱体产生的磁场方向是均勾地底部到顶部(横向向上)，如由矢量场箭头46所指示的。K = 2Halbach布置产生均勾磁场。这种布置的变型在图4中示出，其中成形为楔形件48的多个永磁体被组织成所需的空心导管12。由Abel和Jensen提出的这种布置同样提供了传输空间18内的均匀场。每个楔形件48的磁化方向使用Abele给出的一组规则计算，并允许在壁14的形状和传输空间18中大的自由度。具有非均匀磁场的实施例也可以使用。注意，通过将磁化方向44改变成不同的图案，传输空间18内的磁通量变得更复杂，如由矢量场箭头46所显示的。这种布置相应产生更复杂的通道布置，包括例如同一等离子体组分的一个以上的通道。因此，通过这些布置在单个传输空间18内可以生成一个以上的电子路径。
[0073]在称为“磁性乳”的另一种设计变化中，磁场产生部件在导管12的外部，并且在一个实施例中由多个均匀磁化杆50组成，该均匀磁化杆围绕与其纵轴16平行的导管12的圆周被逐渐间隔开。杆具有相对于另一个的磁化44的不同横截面方向，以模拟产生Halbach圆柱体效应的场。如可以观察到的，所示的布置与k = 2的Halbach圆柱体紧密相关。彼此相对的转动杆50产生许多可能性，包括动态可变场和各种偶极配置。提供导管12的外部的磁场产生部件的实施例具有允许导管由导电或非导电材料制成的优点。半刚性聚合物、陶瓷和玻璃可被考虑。
[0074]在另一个实施例中，在导管外部的电磁场产生部件由至少一个电磁体组成，该至少一个电磁体被布置成赋予传输空间18内的电磁场，用于等离子体组分到所需纵向通道中的分离。四极电磁体是说明性的，但对于适合于长距离电力传输的长度的导管可能不是理想的。
[0075]再次参考图1B，一旦“区域化”磁场在传输空间18内建立，并且等离子体组分被分离到轴向对准的区域中，则电流“I”从电源52抽出并穿过与磁场“B”垂直的导管12，产生具有大小和方向两者的电磁力“F” (洛仑兹力)。为简单起见，磁场“B”示出在两个永久磁体54A、54B之间，而不是上述的磁场产生部件之间。力F的方向是由磁场8和根据弗莱明(Fleming)的左手定律的电流I的方向决定。外部电磁力(洛伦兹力)的施加将对等离子体分层并且基本上彼此分离等离子体组分。一旦分离，则所施加的电动势将从点到点开发自由电子的路径，具有很少或没有阻力。所利用的等离子体前体气体或气化物100是顺磁性的，并且将被吸引到电磁场或从电磁场排除出。质量/电荷比对于电子、离子和中性粒子是不同的，其导致对外部场更大或更小的吸引力。因此，每个等离子体组分响应于具有更大或更小的空间位移的力。
[0076]实施例可以形成具有用于提取不希望离子的一个或多个质量分离过滤器的封闭等离子体导体(CPC)。图5A-B和8A-8C的鳍片可以用作质量分离过滤器，其中40表示离子束在其中流动的容器表面，并且磁场和/或电场可以用来控制在束中的离子运动，以使得过滤器可以去除不希望的离子。鳍片可以从表面延伸出来并具有多种路径，例如螺旋、圆形(图5A-5B)或其它所需的路径。
[0077]基于在应用中已经描述的Halbach磁性布置，永磁体的布置影响在CPC内侧的带电粒子。某些布置可以吸引不同的质量离子朝向室壁或朝向中心排斥。在不希望的离子已被吸引以沿着室壁移动的情况下，提取可以通过此处描述的方法用过滤器完成。然后在CPC的下一区段中，不同的Halbach布置吸引不同的质量的离子到过滤器等，直到仅所需的离子(产物)继续行进。
[0078]鳍片型质量分离过滤器已被添加到CPC。掺杂剂、供体、接收器、“吸气剂”(getter)同样可以以在实施例变体中描述的方式来使用。优选实施例是由铁磁性材料制成的“鳍片”型过滤器，该铁磁性材料在可成形材料中束缚，以成形鳍片型离子过滤器，其在如图8A-8C中示出的CPC内侧成环形。可以施加掺杂剂。在特定实施例中，鳍片也可以是Halbach磁体，这意味着它是离散磁场的分段极点设置的合成体，以增强或取消在三维平面中的通量。
[0079]CPC同样可以适于以常规方式产生的离子化。Tanjyo等人的美国专利5，189，303和Brailove等人的美国专利6，803, 590教导这种传统的离子化方法。Tanjyo和Brailove都采用传统的离子化室。Tanjyo使用细丝来诱导在室和细丝之间的电弧放电；而Brailove使用采用射频装置将电子离子化的RF天线。因此，Tanjyo和Brailove的离子化生产技术可用本质量分离方法来实现。
[0080]本发明的实施例可以通过质量将离子与离子化的气体或气化物分离，将不希望的离子从成为本发明产物的离子消除。Tanjyo (图21)使用用于质量分离的Wien过滤器，并且Brailove (图22和23)使用独特设计的准直器壁，其中磁场被调整以发射所需的离子，同时通过与准直器壁的碰撞消除不同质量的不必要的离子。
[0081]使用上述即Brailove的传统设定，本CPC发明将由传统的离子化源、传统的电极组(除了它们将是管状的之外)组成，并且将用一个以上的新颖特征取代Wein过滤器和Brailove准直器壁。
[0082]通过修改传统的CPC设计，如贯穿本申请教导的“鳍片”可以用作质量分离过滤器，该传统的CPC设计通过将“鳍片”设置在在等离子体电极之后并在加速和接地电极之前。“鳍片”过滤器可以包括在CPC本身内侧的圆柱形架子或盆。考虑离子化气体或气化物以及所使用的Halbach阵列测量的当前性质，延伸到CPC中的距离的这种测量完全匹配不希望的离子与产物离子的空间分离。
[0083]以举例的方式，如果具有最大质量的离子将要被提取，则Halbach阵列被组装以吸引该质量离子到室壁，并且“鳍片”将以与质量体积群体将占据的相同距离被设定。
[0084]在实施例中，在CPC “鳍片”中，在通过第一过滤器之后，CPC的下一部分可以用以下部件组装:吸引不同的离子到室壁的不同的Halbach配置；和附加的正确测量的过滤器以提取在该位置处的离子组。等等。
[0085]可以理解，“鳍片”过滤器的概念可以采取任何数量的形状，优选的实施例在此解释。为了 CPC的目的，我们将这个标记为“鳍片”过滤器，因为如果海豚以与离子流相同的方向游动，则它类似于(在横截面中)海豚的背鳍。因此放置朝向离子束的鳍片的后部，使得与CPC的壁形成杯子。鳍片的背侧部分最接近于CPC的中心，并且鳍片漏(drain)的前