专利名称：增强热核聚变反应预点燃条件的系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及增强热核聚变反应的预点燃条件的各种技术，更具体地涉及(a)将预定能量、数量或注量的电子注入聚变燃料等离子体，(b)聚变反应的瞬时分段抽运，(a)、(b) 可单独实施或相互结合实施。
背景技术：
两个轻原子核聚合形成较重的原子核时会发生热核聚变反应。在此过程中，聚变反应释放大量能量。本说明书描述三种增强聚变反应预点燃条件的技术。1、将电子注入聚变燃料等离子体第一种增强聚变反应预点燃条件的技术涉及达到正确的离子与电子温度比，以促进热核聚变反应的点燃。所属领域的技术人员已知，抽运聚变燃料以产生适合点燃燃料来产生等离子体的条件的抽运要求存在明显矛盾。一方面，为了达到适当的压缩，X射线抽运能量不能太高或X射线以最小相互作用穿过靶。另一方面，希望以非常高的温度抽运等离子体，例如质子-11硼反应(P-11B)的抽运温度约为IOOKeV,以促进聚变等离子体的点燃。另有，控制离子温度与电子温度之间的比率是有益的。通常以开氏度(° K)或电子伏(eV)测量离子或电子的等离子体温度，等离子体温度是每个粒子的热动能的量度。一项重要的考虑因素是聚变燃料等离子体是否简并。在物理学中，简并指相同能级的粒子(即离子、电子、核子和中子)的密度。超过一定密度的等离子体称为简并；低于较低密度的等离子体称为非简并；两个密度之间的等离子体称为部分简并。经典分析表明，如果聚变燃料等离子体中离子与电子之间的温差太大，电子就会吸收离子的能量，从而可能淬灭反应。然而，Son, S.和Fisch，N. J.在《物理快报》A部分 通用原子和固体物理学，3 (1-2) (2004年)，第80-81页(简称“Son等人”)的简并等离子体的无中子聚变(2004年)中讲授一种不同的观点。下文的描述来源于Son等人。如果电子完全简并，那么离子拖曳力主要来自电子。相比经典极限，并不消除电子力。这是因为，由于缺乏电子空穴迁移率的不对称，离子上电子的拖曳力并不完全是平方反比定律的引力。拖曳力取决于相对离子速度的方向。然而，只会因反平方力而发生消除。由于缺乏可用空穴，电子不会与离子碰撞，所以完全简并电子不会拖曳离子。在P-nB聚变反应中，预计终止频率会因适当电子温度而大幅下降。此过程还减少轫致辐射。轫致辐射是因电子减速而发生的高能电离辐射的一种形式，从德语直译过来是“制动辐射”。如Yamaguchi、KaWata等人在NII电子图书馆服务的国家聚变科学研究所(日本)的《简并等离子体的轫致辐射能损耗》第6页中所述，在无穷远处，速度为\的电子与位于原点的离子碰撞。在频率间隔dv内，电子发射的辐射能dqv(所谓的有效辐射)为
权利要求
1.一种增强聚变反应预点燃条件的系统，包括a)容纳聚变燃料的靶室和能量驱动装置，所述能量驱动装置用于将等离子体约束装置导向所述聚变燃料，以促进所述聚变燃料的受控聚变反应的点燃；结合上述，其特征在于，包括b)多个电子源，所述多个电子源提供预定能量、一定注量和数量的电子束，所述电子束导向并照射聚变燃料衍生等离子体，以控制所述等离子体的离子温度与电子温度之比。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括通过控制输入调节所述电子束电压的装置。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括通过控制输入调节所述电子束电流的装置。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电子源将所述电子束聚焦到所述聚变燃料上。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于a)惯性约束用于控制和引发聚变反应；和b)中央靶室容纳聚变燃料；c)能量驱动装置用于将光学激光的能量脉冲、X射线辐射或离子导向所述聚变燃料， 以促进所述聚变燃料的受控聚变反应。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于a)磁约束用于控制和引发聚变反应；和b)环形靶室容纳聚变燃料；c)能量驱动装置用于将压缩磁约束场和连续射频加热场导向由向室内注入聚变燃料产生的聚变等离子体。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，提供装置用于在预定时段后将预定能量、 脉冲宽度和数量的电子脉冲注入由所述能量脉冲相对于自身引起的全电离产生的聚变等离子体。
8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，提供装置用于将与第一能量脉冲具有固定延迟的射频脉冲注入由所述能量脉冲引起的全电离产生的聚变等离子体。
9.根据权利要求5所述的系统，其特征在于a)提供装置用于将与第一能量脉冲具有固定延迟的射频脉冲注入由所述能量脉冲引起的全电离产生的聚变等离子体；和b)提供装置用于在预定时段后将预定能量、脉冲宽度和数量的电子脉冲注入由所述能量脉冲相对于自身引起的全电离产生的聚变等离子体。
10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，提供装置用于通过控制输入以微微秒或更精微的增量微调所述时间间隔。
11.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，提供装置用于通过控制输入以微微秒或更精微的增量微调所述时间间隔和所述预定时间。
12.一种增强聚变反应预点燃条件的系统，其特征在于，包括a)容纳球形聚变靶材料芯块的中央靶室和至少第一和第二多个能量驱动器，所述第一和第二多个能量驱动器用于以三维对称方式围绕所述聚变靶材料芯块提供X射线脉冲；b)所述第一和第二多个能量驱动器，其向所述聚变靶材料提供第一组和第二组瞬时分段X射线脉冲；提供所述第一组后的一段时间后提供所述第二组，作为所述聚变靶材料的预点燃条件。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，提供装置用于通过控制输入以微微秒或更精微的增量微调所述时间间隔。
14.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，提供装置用于将特定能量和注量的电子作为脉冲注入由所述第一 X射线脉冲引起的全电离产生的聚变等离子体；在所述第一组和第二组X射线脉冲间隔内的预定时间注入所述电子。
15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，提供装置用于通过控制输入以微微秒或更精微的增量微调所述时间间隔和所述预定时间。
16.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，提供装置用于将与第一能量脉冲具有固定延迟的射频脉冲注入由第一组X射线脉冲引起的全电离产生的聚变等离子体。
17.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，提供装置用于通过控制输入以微微秒或更精微的增量微调所述时间间隔。
18.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，提供装置用于将特定能量和注量的脉冲电子注入由所述第一 X射线脉冲引起的全电离产生的聚变等离子体；在所述第一组和第二组X射线脉冲间隔的预定时间内注入所述电子。
19.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，提供装置用于通过控制输入以微微秒或更精微的增量微调所述时间间隔和所述预定时间。
全文摘要
本发明公开了增强聚变反应预点燃条件的系统。第一系统包括容纳聚变燃料的靶室和能量驱动装置，所述能量驱动装置用于将等离子体约束结构导向所述聚变燃料，以促进所述聚变燃料的受控聚变反应的点燃。多个电子源提供预定能量、一定注量和数量的电子束，所述电子束导向并照射聚变燃料衍生等离子体，以控制所述等离子体的离子温度与电子温度之比。第二系统包括容纳球形聚变靶材料芯块的中央靶室和至少第一和第二多个能量驱动器，所述第一和第二多个能量驱动器用于以三维对称方式围绕所述聚变靶材料芯块提供瞬时分段X射线脉冲。第三系统结合所述第一系统和所述第二系统的各个方面。
文档编号H05H1/22GK102204413SQ200980133703
公开日2011年9月28日 申请日期2009年8月28日 优先权日2008年8月28日
发明者柯蒂斯·A·比恩巴赫 申请人:高级融合系统有限责任公司