用于产生脉动高强度磁场的设备和方法与流程

背景技术：

1、可以用由大电流和高电压驱动的多个载流线圈产生强磁场。此类磁场可以用于限制高能粒子和/或将粒子或对象加速到高速。在一些情况下，可以使用强磁场来限制等离子体。

技术实现思路

1、所描述的实施方式涉及用于动态地控制强磁场内包含的粒子、对象和/或等离子体的方法和设备。磁场可以用磁性线圈的组件产生，所述磁性线圈被控制以向包含的粒子、对象或等离子体赋予能量。在一些情况下，可以控制磁性线圈以直接从粒子或等离子体提取能量。对于与等离子体的重复能量交换(例如，将能量递送到等离子体和从等离子体提取能量)，由磁性线圈产生的磁场的至少一部分可以在空间上和时间上变化以脉动等离子体。

2、一些实施方式涉及一种限制高能等离子体的方法。此方法可包括以下动作：将所述等离子体注入到容器中；将第一多个电流施加到多个磁性线圈，所述多个磁性线圈被布置成在所述容器内产生磁场，其中所述磁场制备处于第一状态的所述等离子体，其中当所述等离子体处于所述第一状态时，处于所述第一状态的所述等离子体的分界面的半径具有第一径向值，并且所述分界面的长度具有第一长度值；将第二多个电流施加到所述多个磁性线圈，其改变所述磁场以将所述等离子体从所述第一状态转变为第二状态，其中所述分界面的半径在所述第二状态下具有小于所述第一径向值的第二径向值，并且所述分界面在所述第二状态下具有第二长度值；以及将第三多个电流施加到所述多个磁性线圈，其在所述等离子体从所述第二状态转变为第三状态时改变所述磁场，在所述第三状态下，所述等离子体具有比在所述第二状态下更多的能量并且开始膨胀超过至少第二长度，其中选择所述第三多个电流以产生磁场，所述磁场抵抗在所述分界面的长度增加超过所述第二长度值时在所述分界面的长度的至少一部分上所述分界面的半径从所述第二径向值的膨胀。

3、一些实施方式涉及一种磁场系统。所述系统可以包括容器、被布置成在所述容器内产生磁场的多个磁性线圈、耦合到所述多个磁性线圈中的每一个磁性线圈的一个或多个供电电路，以及控制电流到所述多个磁性线圈的递送的电路系统。所述电路系统可被配置成：将第一多个电流施加到所述多个磁性线圈以在所述容器内产生制备处于第一状态的等离子体的所述磁场，其中当所述等离子体处于所述第一状态时，处于所述第一状态的所述等离子体的分界面的半径具有第一径向值，并且所述分界面的长度具有第一长度值；将第二多个电流施加到所述多个磁性线圈，其改变所述磁场以将所述等离子体从所述第一状态转变为第二状态，其中所述分界面的半径在所述等离子体的第二状态下具有小于所述第一径向值的第二径向值，并且所述分界面在所述第二状态下具有第二长度值；以及将第三多个电流施加到所述多个磁性线圈，其在所述等离子体从所述第二状态转变为第三状态时改变所述磁场，在所述第三状态下，所述等离子体具有比在所述第二状态下更多的能量并且开始膨胀超过至少第二长度，其中选择所述第三多个电流以产生磁场，所述磁场抵抗在所述分界面的长度增加超过所述第二长度值时在所述分界面的长度的至少一部分上所述分界面的半径从所述第二径向值的膨胀。

4、前述概念和下文更详细地论述的附加概念的所有组合(条件是这些概念不相互不一致)被构想为是本文公开的发明主题的一部分。特别地，在本公开末尾出现的所要求保护的主题的所有组合都被构想为是本文公开的发明主题的一部分。本文明确采用的也可以出现在通过引用并入的任何公开内容中的术语应赋予与本文所公开的特定概念最一致的含义。

1.一种限制高能等离子体的方法，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其中选择所述第三多个电流以在所述分界面的长度增加超过所述第二长度值时在所述分界面的长度的所述部分上将所述分界面的半径约束为大约所述第二径向值。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述等离子体在所述第一状态下具有环形形状，并且所述等离子体的平均β值为至少0.3，其中β是所述等离子体的压力与所述等离子体上的磁压的比率，并且在所述等离子体的表面上求平均值以获得所述平均β值。

4.根据权利要求1所述的方法，其中施加所述第二多个电流还包括将所述分界面的长度从所述第一状态下的所述分界面的第一长度值减小到所述第二状态下的所述第二长度值。

5.根据权利要求1所述的方法，其中施加所述第二多个电流还包括将所述第一多个电流中的至少一个电流增大到1.5倍至10,000倍。

6.根据权利要求1所述的方法，其中施加所述第二多个电流还包括将所述容器的中心处的所述磁场的量值增大到1.5倍至10,000倍。

7.根据权利要求1所述的方法，其中施加所述第二多个电流还包括将所述分界面的半径从所述第一径向值减小到所述第一径向值的1.5分之一至5分之一。

8.根据权利要求1所述的方法，其中施加所述第二多个电流还包括将所述分界面的长度从所述第一长度值减小到所述第一长度值的1.5分之一至50分之一。

9.根据权利要求1所述的方法，其中施加所述第一多个电流和施加所述第二多个电流均在1微秒至100毫秒范围的持续时间内发生。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，还包括在所述多个磁性线圈中的至少一个磁性线圈中接收电流，所述电流通过在所述等离子体转变为所述第三状态时产生的磁通量的增加而感生。

11.根据权利要求10所述的方法，还包括将所接收的电流提供到外部负载。

12.根据权利要求10所述的方法，还包括在循环序列中重复注入所述等离子体、施加所述第一多个电流、施加所述第二多个电流、施加所述第三多个电流和接收电流的动作，其中序列循环包括至少100个循环。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述序列循环中的每个循环具有在1微秒至1,000毫秒范围内的持续时间。

14.一种系统，包括：

15.根据权利要求14所述的系统，其中所述多个磁性线圈各自具有中心，所述中心沿着线性轴线被布置以形成反场构型发生器。

16.根据权利要求14所述的系统，其中施加所述第二多个电流还包括将所述第一多个电流中的至少一个电流增大到1.5倍至10,000倍。

17.根据权利要求14所述的系统，其中施加所述第二多个电流还包括将所述容器的中心处的所述磁场的量值增大到1.5倍至10,000倍。

18.根据权利要求14所述的系统，其中施加所述第一多个电流和施加所述第二多个电流的动作在1微秒至1,000毫秒范围的持续时间内发生。

19.根据权利要求14所述的系统，其中所述电路系统还被配置成在操作磁场系统时循环地重复施加所述第一多个电流、施加所述第二多个电流和施加所述第三多个电流的序列。

20.根据权利要求14至19中任一项所述的系统，其中所述电路系统包括通信地耦合到所述一个或多个供电电路中的每一个供电电路的控制器。

21.根据权利要求14至19中任一项所述的系统，其中所述电路系统包括触发控制电路系统，所述触发控制电路系统被配置成响应于接收到将电流递送到所述多个磁性线圈中的第一磁性线圈的命令信号而按顺序将电流递送到所述多个磁性线圈中的每一个磁性线圈。

22.根据权利要求21所述的系统，其中所述触发控制电路系统分布在耦合到所述多个磁性线圈中的每一个磁性线圈的所述一个或多个供电电路中。

23.根据权利要求14至19中任一项所述的系统，其中所述一个或多个供电电路中的每个供电电路包括：

24.根据权利要求23所述的系统，其中所述一个或多个供电电路中的每个供电电路还包括第二开关，以从所述磁性线圈回收能量并且对所述能量储存部件再充电。

25.根据权利要求23所述的系统，其中所述一个或多个供电电路中的每个供电电路还包括第三开关，以将电流从所述磁性线圈提供到外部负载。