(57)【要約】      （修正有）【課題】導電パスを発生させ液体ジェットをプラズマへ変換するZピンチ装置を提供する。【解決手段】注入システム１５０は、液体を収容するリザーバ１５２と、ゲート板開口２１８の円形アレイを有するゲート板２１６と、ゲート板２１６に隣接したフェース板オリフィス２５６の円形アレイを有するフェース板２５０と、ゲート板２１６を回転させるモータ２４２と、コントローラ２４８とを有する。コントローラ２４８は、ゲート板開口２１８とフェース板オリフィス２５６とに位置合わせされた液体ジェット２８６の円筒状アレイを形成し、位置合わせクロッキング配向へとゲート板２１６を回転させ、液体が注入された後に、ゲート板２１６を非位置合わせクロッキング配向へと回転させて、液体ジェット２８６の形成を停止するよう、モータを制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
注入システム（１５０）を備えるＺピンチ装置（１０８）であって、前記注入システム（１５０）が、
導電性の液体（１５８）を圧力下で収容しリザーバ端部（１６４）を有する、リザーバ（１５２）と、
前記リザーバ端部に位置し、ゲート板開口（２１８）の円形アレイを有し、前記ゲート板円形アレイの中心を通る中央軸（２２２）の周りで回転可能な、ゲート板（２１６）と、
前記ゲート板に隣接した定位置にあり、前記ゲート板開口を補完するように配置されたフェース板オリフィス（２５６）の円形アレイ（２５８）を有する、フェース板（２５０）と、
前記中央軸の周りで前記ゲート板を回転させるように構成された、モータ（２４２）と、
前記モータを、
前記ゲート板開口及び前記フェース板オリフィスが位置合わせされ、カソード板（２６８）に向けた注入エリア（２５２）への液体ジェットの円筒状アレイ（２８６）の注入を開始する、位置合わせクロッキング配向へと、前記ゲート板を回転させ、
区別された量の前記液体が注入された後、前記ゲート板を、前記フェース板オリフィスに対して、前記ゲート板開口の非位置合わせクロッキング配向へと回転させて、前記液体ジェットの形成を停止する
よう制御するように構成された、コントローラ（２４８）と、
電流のパルスを前記フェース板に印加するように構成された電源（２７６）と
を含み、
前記電流は、前記液体ジェットを通り前記カソード板へと流れ、前記液体ジェットを前記中央軸に沿ったプラズマへと変態させる、Ｚピンチ装置（１０８）。
【請求項２】
前記フェース板オリフィス（２５６）のうちの少なくとも１つがオリフィスライニング（２６０）を含み、前記ライニングが、前記オリフィスライニングの受け端から前記オリフィスライニングの送出端への方向に沿ってサイズがテーパする円錐形の内部（２６２）を有する、請求項１に記載のＺピンチシステム（１０８）。
【請求項３】
前記液体（１５８）が溶融金属であり、
前記リザーバ（１５２）が、前記溶融金属を溶融状態に維持するように構成されたリザーバヒータ（１６０）を含む、請求項１又は２に記載のＺピンチシステム（１０８）。
【請求項４】
前記液体（１５８）を加圧するために前記リザーバ（１５２）内で摺動可能に取付けられたピストン（１６８）を更に含む、請求項１から３の何れか一項に記載のＺピンチシステム（１０８）。
【請求項５】
前記注入エリア（２５２）が、前記フェース板（２５０）と前記フェース板から離間した位置にあるカソード板（２６８）との間で延びる囲み要素（２７２）によって集合的に画定される核融合チャンバ（２７４）である、請求項１から４の何れか一項に記載のＺピンチシステム（１０８）。
【請求項６】
区別された液体ジェット（２８６）の円筒状アレイを注入する方法（３００）であって、
コントローラ（２４８）から命令されるモータ（２４２）を用いて、ゲート板開口（２１８）の円形アレイが前記ゲート板に隣接した定位置にあるフェース板（２５０）のフェース板オリフィス（２５６）の円形アレイ（２５８）と位置合わせされている位置合わせクロッキング配向へと、ゲート板（２１６）を回転させる（３０４）ステップ、
リザーバ（１５２）内の圧力下にある液体（１５８）を、前記ゲート板開口及びフェース板オリフィスに通過させて（３０６）、液体ジェット（２８６）の円筒状アレイの注入エリア（２５２）への注入を開始するステップ、
前記コントローラから命令される前記モータを用いて、前記ゲート板を非位置合わせクロッキング配向へと回転させる（３０８）ステップ、並びに
前記ゲート板を前記非位置合わせクロッキング配向へと回転させることに応じて、前記液体ジェットの形成を停止する（３１０）ステップ
を含む、方法。
【請求項７】
前記液体（１５８）が溶融金属であり、前記方法が、
前記溶融金属を溶融状態に維持するために、リザーバヒータ（１６０）を用いて前記リザーバ（１５２）に熱を加えることを更に含む、
請求項６に記載の方法（３００）。
【請求項８】
前記コントローラ（２４８）に通信可能に連結された温度検知器（１６２）を用いて、前記リザーバ（１５２）内の前記液体（１５８）の温度を監視することと、
前記液体の温度が閾値温度を下回ったとき、前記コントローラの命令により、前記リザーバヒータ（１６０）の熱出力を調整することと
を更に含む、請求項７に記載の方法（３００）。
【請求項９】
前記液体ジェット（２８６）が停止したときに、電源（２７６）を用いて、前記フェース板（２５０）に電流のパルスを印加することと、
前記電流を用いて、前記液体ジェットをプラズマへと加熱することと
を更に含む、請求項６から８の何れか一項に記載の方法（３００）。
【請求項１０】
前記電流の少なくとも一部を前記電源（２７６）に戻すことを更に含む、
請求項９に記載の方法（３００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は概して、液体インジェクタに関し、より詳細には、導電可能な液体ジェットの円筒状アレイを形成すべく液体を区別された（ｄｉｓｃｒｅｔｅ）量で繰り返し注入する、インジェクタシステム及び方法に関する。
【０００２】
核融合推進は、人間にとって実用的なタイムスケールで惑星間宇宙旅行を可能にする潜在性を有している。核融合推進の１つの手法には、Ｚピンチプラズマ法が挙げられる。Ｚピンチプラズマ法では、Ｚピンチ装置のアノードとカソードとの間に延伸する材料の導電性の円柱に、高強度電流パルスを通過させる。比較的短い期間（例えば、１０−６秒）で電流が材料を高温プラズマへと加熱し、電流と相互作用する磁束を発生させ、結果としてプラズマを非常に高密度まで径方向に圧縮するローレンツ力が生じる。高温プラズマはノズル内で膨張させられて放出され、ビークルの推進スラストが発生する。
【０００３】
Ｚピンチ法の１つでは、電流パルスが通過する導電性材料として細い金属製ワイヤのアレイを用いる。ところが、Ｚピンチ反応が行われるたびにワイヤが破壊されてしまう。金属製ワイヤを用いた新しいＺピンチ反応のセットアップには時間がかかる。更に、アノードとカソードとの間の導電性材料の新しい円柱を繰り返し導入して新しい円柱の各々に電流のパルスを印加することが要求されるパルス核融合推進システムには、金属製ワイヤを用いたＺピンチ反応が適用できない。
【０００４】
このように、当技術分野では、Ｚピンチ装置で電流が印加され得る導電パスを繰り返し発生させるシステム及び方法に対する需要が存在する。
【発明の概要】
【０００５】
Ｚピンチ反応における導電パスを発生させることに関する上記の需要は、本開示によって具体的に対処、対応される。本開示は、区別された液体ジェットの円筒状アレイを発生させる注入システムを提供する。注入システムは、液体を収容するリザーバと、ゲート板開口の円形アレイを有するゲート板とを含む。注入システムは更に、ゲート板に隣接して位置し、フェース板オリフィスの円形アレイを有する、フェース板を含む。注入システムは、ゲート板を回転させるモータと、ゲート板開口とフェース板オリフィスとが位置合わせされた、液体ジェットの円筒状アレイの注入エリアへの注入を開始する、位置合わせクロッキング配向に、ゲート板を回転させ、区別された量の液体が注入された後、非位置合わせクロッキング配向にゲート板を回転させて液体ジェットの形成を停止するようモータを制御する、コントローラと、も有する。
【０００６】
注入システムのＺピンチ装置での実装も開示する。Ｚピンチ装置の注入システムは、上記のリザーバ、回転可能なゲート板、フェース板、モータ、及びコントローラを有する。コントローラは、ゲート板を位置合わせクロッキング配向へと回転させて、液体ジェットの円筒状アレイのカソード板に向けた注入を開始するよう、モータを制御するように構成されている。更に、コントローラは、液体ジェットの自由端がカソード板に接触した後、ゲート板を非位置合わせクロッキング配向に回転させて、液体ジェットの形成を停止するよう、モータを制御するように構成されている。Ｚピンチ装置は、液体ジェットの形成の停止時にフェース板に電流のパルスを印加するように構成された電源を有する。電流は、液体ジェットをプラズマへと加熱し、電流と相互作用する磁束を発生させる。結果として、プラズマを高密度・高温ピンチプラズマ円筒へと、中央軸に沿って径方向に圧縮する、ローレンツ力が生じる。
【０００７】
更に、Ｚピンチ装置におけるＺピンチ反応などの液体ジェットの円筒状アレイを注入する方法を開示する。方法は、コントローラから命令されるモータを用いて、ゲート板を位置合わせクロッキング配向に回転させることを含む。位置合わせクロッキング配向では、ゲート板開口の円形アレイが、ゲート板に隣接した定位置にあるフェース板のフェース板オリフィスの円形アレイと、位置合わせされる。方法は更に、フェース板から離間した位置にあるカソードの方に向けた液体ジェットの円筒状アレイを形成するために、リザーバ内で圧力下にある液体を、ゲート板開口及びフェース板オリフィスに通すことを含む。方法は、液体ジェットの自由端がカソード板に接触すると、コントローラから命令されるモータを用いて、ゲート板を非位置合わせクロッキング配向に回転させることも含む。更に、方法は、ゲート板を非位置合わせクロッキング配向に回転させることに応じて、液体ジェットの形成を停止することを含む。
【０００８】
上述の特徴、機能、及び利点は、本開示の様々な実施形態において単独で達成することができるか、或いは更に別の実施形態において組み合わせることができる。それらの更なる詳細は、以下の説明及び図面を参照して理解することができる。
【０００９】
本開示のこれらの特徴及び他の特徴は、図面を参照することにより明確となり、全体を通して類似の参照番号は類似の部分を指す。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】液体ジェットの円筒状アレイを注入する本開示の注入システムの一例のブロック図である。
【図２】本開示の注入システムの一例を組み込んだＺピンチエンジンを有する宇宙機の一例の斜視図である。
【図３】図２のＺピンチエンジンに組み込まれた注入システムの斜視図である。
【図４】注入システムの斜視図である。
【図５】図４の注入システムの上面図である。
【図６】図５の注入システムの垂直断面図である。
【図７】図６の線７で切り取った注入システムの部分切欠き上部断面図である。
【図８】図６の線８で切り取った注入システムの底部断面図である。
【図９】Ｚピンチ装置で液体ジェットの円筒状アレイを注入する方法に含まれる一以上の工程を有するフロー図である。
【図１０】注入システムの一部分の部分切欠き斜視図であり、フェース板からカソード板への液体ジェットの円筒状アレイの注入の開始を示している。
【図１１】図１０の注入システムの斜視図であり、液体ジェットの自由端がカソード板に接触する瞬間の液体ジェットの円筒状アレイを示している。
【図１２】図１０の注入システムの斜視図であり、電源又は電源バンクによりフェース板（例えば、アノード）に印加された電流パルスを示し、電流が液体ジェットの各々に沿ってフェース板からカソード板の方へ流れ、液体ジェットがプラズマとなっていることを示している。
【図１３】注入システムの斜視図であり、電流パルスによって発生する磁束を示す。この結果として、プラズマを高温プラズマ円筒へと径方向に圧縮するローレンツ力が生じる。
【図１４】Ｚピンチエンジンの側面図であり、カソード板の中央開口を通って磁気ノズルに入るプラズマを示している。
【図１５】Ｚピンチエンジンの側面図であり、磁気ノズル内でのプラズマの膨張を示している。
【図１６】Ｚピンチエンジンの側面図であり、膨張するプラズマの磁気ノズルからの噴出、結果として推進スラストの発生を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
ここで、本開示の好ましい様々な実施形態を示すための図面を参照する。図１は、液体ジェットの円筒状アレイ２８６を注入エリア２５２へと注入する、本書に開示の注入システム１５０の一例である。注入システム１５０は、溶融金属などの液体１５８を収容するリザーバ１５２を含む。リザーバは、液体１５８を加圧するためのピストン１６８を含み得る。更に、注入システム１５０は、リザーバ端部１６４に位置するゲート板２１６を回転させる、モータ２４２を含む。注入システム１５０は、回転中にゲート板２１６の中心が中央軸２２２であることを保持するための遊星歯車２２６を含み得る。ゲート板は、ゲート板開口２１８の円形アレイを含み、コントローラ２４８の命令によりモータ２４２によって回転させられて、ゲート板開口２１８から、リザーバ１５２に連結されたフェース板２５０に形成されたフェース板オリフィス２５６の円形アレイ２５８へと、リザーバ１５２からの液体１５８を選択的に通過させる。
【００１２】
下記で述べるように、注入システム１５０は、フェース板オリフィス２５６の円形アレイ２５８を通じて、比較的少量の液体１５８を通過させて、液体ジェット２８６の円筒状アレイを形成する。これに関して、モータ２４２は、ゲート板２１６を位置合わせクロッキング配向２６４（図７）に回転させて、フェース板オリフィス２５６を通じた液体１５８のフローを開始し、液体ジェット２８６を発生させる。Ｚピンチ装置１０８（例えば、図３−４）のような所与の用途では、区別された量の液体１５８のみを注入エリア２５２に注入すべく精密な方式で、回転可能ゲート板２１６がゲート板２１６を非位置合わせクロッキング配向２６６（図８）に回転させて、液体ジェット２８６の形成を停止することに留意されたい。例えば、注入システム１５０は、区別された液体ジェット２８６の円筒状アレイを、Ｚピンチエンジン１１０（図３−４）の核融合チャンバ２７４（図３−４）へと注入するように実装され得る。液体ジェット２８６は核融合チャンバ２７４でＺピンチ核融合反応し得る。有利には、Ｚピンチ反応の開始後に液体１５８が注入されると生じ得る核融合反応クエンチを防止するために、本開示の注入システム１５０が、区別された量の液体１５８が注入された後に液体ジェット２８６を停止する手段を提供する。
【００１３】
本開示の注入システム１５０は、Ｚピンチエンジン１１０の文脈で記載されているが、様々な製品に用いられるナノ粒子（例えば、１００ｎｍ未満の幅の粒子）の製造、電力の発生、エネルギー出力最適化のための慣性閉じ込め核融合実験の実施、及びその他の用途を含むがこれらに限定されない様々な装置又は用途の何れにも実装され得る。有利には、本開示の注入システム１５０は、金属製ワイヤを用いて従来実施されている連続的なＺピンチ反応実験を行うターンアラウンドタイムを大幅に低減させる。更に、注入システム１５０では、複数のコヒーレントな液体ジェット２８６を精密に形成すべく同時に開始・停止するよう連携した動作を要し得る複数の別個のインジェクタ、例えば、ノズル、燃焼インジェクタ、及び分注インジェクタなど（図示せず）を用いなくてすむ。更に、本開示の注入システム１５０は、液体ジェット２８６の反復可能な注入を、様々な異なる頻度の何れでも可能にする。これに関して、注入システム１５０は、図２−３で示すＺピンチエンジン１１０などのパルス核融合推進システムで要求され得るような反復可能なＺピンチ反応を可能にする。
【００１４】
図２を参照すると、宇宙探査のための無人宇宙探査機などの宇宙機１０２のＺピンチエンジン１１０に実装された、本開示の注入システム１５０の一例が示されている。注入システム１５０は、推進スラスト２９６（図１６）を発生させるために高強度電流２７８パルス（図１２）を定期的にＺピンチエンジン１１０に印加する、電源２７６（図１）を含み得る。例えば、比較的質量の小さい宇宙機１０２では、電源２７６が、電流２７８パルスをＺピンチエンジン１１０に数時間ごとに（例えば、８時間ごとに）印加して、液体ジェットの円筒状アレイ２８６のＺピンチ反応を開始し、宇宙機１０２に対する推進スラスト２９６（図１６）のパルスを発生させ、その後、下記に述べるように、新しい液体ジェットの円筒状アレイ２８６に印加する次の電流のパルス２７８に備えて、ソーラーパネル（図示せず）が電源２７６を再充電し得る。上述のように、本開示の注入システム１５０は、様々な装置又は用途の何れにも実装され得、宇宙機のＺピンチエンジン１１０に限定されない。
【００１５】
図３は、Ｚピンチエンジン１１０の後端に連結された磁気ノズル１１２を有するＺピンチエンジン１１０に実装された、注入システム１５０の斜視図である。図示の例で、フェース板２５０から離間した位置にカソード板２６８がある。しかしながら、注入システム１５０は、カソード板２６８を含まない非エンジンＺピンチ装置に実装されてもよい。図３で、カソード板２６８は、囲み要素２７２によってフェース板２５０から離れた位置にある。しかしながら、囲み要素２７２は省略されてもよく、カソード板２６８がシュラウド（図示せず）又は別のカソード支持要素（図示せず）など、Ｚピンチエンジン１１０に含まれ得る他の手段で、位置に保持されてもよい。図示の例で、囲み要素２７２は、液体ジェット２８６が注入される核融合チャンバ２７４を囲み得る。囲み要素２７２は非導電性の材料で形成され、且つ／又は、カソード板２６８がフェース板２５０から電気的に絶縁されるように取り付けられ得る。電源２７６（図６）によってフェース板２５０に印加される電流２７８（図１２）パルスが液体ジェット２８６（図１２）を通流し、図１３に示すリターン経路２８０を通じて電源２７６に戻ることが可能となる。
【００１６】
図１０−１３に示し、且つ下記で詳説するように、注入システム１５０は、フェース板オリフィス２５６からの液体ジェット２８６の流出がゲート板２１６によって停止されると高強度電流２７８パルスがフェース板２５０に印加される装置に、実装され得る。一実施形態で、ゲート板２１６は、液体ジェット２８６の開始から所定の時間が経過した後、液体ジェット２８６を停止するように作動し得る。図１０−１１に示す別の実施形態で、ゲート板２１６は、液体ジェット２８６の自由端２８８がカソード板２６８に接触した後、液体ジェット２８６を停止するように作動し得る。
【００１７】
液体ジェット２８６が停止される方式に関わらず、電流２７８は、フェース板２５０（例えば、アノード）からカソード板２６８へ、液体ジェット２８６を通って進み、液体ジェット２８６をプラズマ２９０へと加熱し、同時に電流２７８と相互作用する磁束２８２を発生させ、結果として、プラズマ２９０を閉じ込め径方向に圧縮するか或いはプラズマ２９０をピンチする、ローレンツ力２８４が生じる。プラズマ２９０の径方向の圧縮又は爆縮により、核の個々のペアが結合又は融合して異なる核を形成し、熱とエネルギーを放出する核融合反応が生じる。これに関して、径方向に爆縮するプラズマ２９０は、融合した原子からなる高温・高密度ピンチプラズマ２９２円筒となり、一般に中央軸２２２に沿って延伸する。核融合反応により生じたピンチプラズマ２９２は不安定であり、膨張する傾向がある。ローレンツ力２８４によるピンチプラズマ２９２の閉じ込めにより、ピンチプラズマ２９２が、核融合チャンバ２７４からカソード板２６８の中央開口２７０を通って磁気ノズル１１２へと吐出され、ピンチプラズマ２９２は膨張プラズマ２９４へと膨張する。
【００１８】
依然として図３を参照する。磁気ノズル１１２を断面でみると、磁気ノズル１１２は放物線状に配置された複数のノズルリング１１４を含む。ノズルリング１１４は、複数のノズルスプライン１１６によって支持されている。各ノズルリング１１４は、管状のスラストコイル（図示せず）に包まれた中央超伝導コイル（図示せず）を含み得る。図１４−１６に示し、且つ下記で詳述するように、超伝導コイルを流れる電流により、ノズルリング１１４が磁気ノズル１１２内で集合的に磁力線１１８（図１４）を発生させる。下記で詳述するように、磁力線１１８は、高温膨張プラズマ２９４がノズルリング１１４に接触してこれを損傷するのを防ぐことで、膨張プラズマ２９４が膨張（図１５）して磁気ノズル１１２から放出される（図１６）ことを可能にする。結果として、ビークル１００を推進するためのスラスト２９６が生じる。これに関して、本開示の核融合推進は、（１）核融合反応が核融合チャンバ内でピンチプラズマ２９２を発生させ、その後、（２）膨張プラズマ２９４の膨張及び磁気ノズル１１２からの噴出によって、推進スラスト２９６が発生させられる、というシーケンスとして記載され得る。
【００１９】
図６−７は、リザーバ端部１６４に位置するリザーバ基部フランジ１６６を有したリザーバ１５２を示す。リザーバ基部フランジ１６６はリザーバ１５２側壁から横方向外側に延伸し、約０．１０−１．０インチの範囲の厚さを有し得るが、リザーバは注入システム１５０の所与の実装に要する任意のサイズ、形状、又は構成で設けられてよい。Ｚピンチ装置１０８の例に実装される場合、カソード板２６８はフェース板２５０から離れて取付けられ得る。囲み要素２７２、フェース板２５０、及びカソード板２６８は集合的に、液体ジェットの円筒状アレイ２８６（図１）が注入される核融合チャンバ２７４（図６）を形成し得る。図６は、Ｚピンチ装置１０８に実装された注入システム１５０の垂直断面図である。導電性の液体１５８を収容する、リザーバ側壁１５４を有したリザーバ１５２が示されている。液体１５８は、水、重水素、リチウム、ガリウム、インジウム、ビスマス、鉛、銅、アルミニウム、及び／又は水銀、或いは導電性の任意の組成物を含むがこれらに限定されない、様々な組成物のうちの任意のもので提供されてよい。図示の例で、リザーバ側壁１５４は、約０．１０−１．０インチの範囲か又はそれより大きい厚さを有し得る。リザーバ側壁１５４は、リザーバ側壁１５４とリザーバ１５２の内容物との間の反応を防止するように構成されたポリマー材料を含むリザーバライニング１５６で被覆されていてよい。
【００２０】
ある実施例では、液体１５８が、好ましくは、華氏８００度未満の融点など比較的低い融点を有する材料の溶融金属であり得る。これに関して、リザーバ１５２は、リザーバ側壁１５４の外部及び／又は内部などでリザーバ１５２に取付けられたリザーバヒータ１６０を含み得る。リザーバヒータ１６０は、コントローラ２４８に通信可能に連結され得、溶融金属の温度を制御するためにコントローラ２４８によって制御され得る。ある実施例では、リザーバヒータ１６０が、リザーバ側壁１５４に付けたＫａｐｔｏｎ（商標）ストリップヒータ、リザーバ側壁１５４の周囲に巻き付けられた抵抗線などの抵抗加熱要素、又はリザーバ１５２の内容物を加熱するための任意のタイプの導電式ヒータ、対流式ヒータ又は輻射式ヒータを含む、他のヒータ構成であってもよい。
【００２１】
依然として図６を参照すると、注入システム１５０は、リザーバ１５２に取付けられて、コントローラ２４８に通信可能に連結された、一以上の温度検出器１６２を含み得、コントローラ２４８が、リザーバ１５２のリザーバ側壁１５４及び／又は内容物（例えば、溶融金属）の温度を連続的に監視することを可能にする。ある実施例では、一以上の温度検出器１６２が、リザーバヒータ１６０とリザーバ側壁１５４の外部との間に取付けられた熱電対として設けられてもよい。他の実施例では、温度検出器１６２が、抵抗温度検出器、サーミスタ、又は他の接触型もしくは非接触型温度検出器であり得、リザーバ１５２の内容物の温度を直接感知することを可能にするリザーバ側壁のセンサポート（図示せず）を含み得る。コントローラ２４８は、温度検出器１６２からの温度データを連続的に受け取り、リザーバ１５２の内容物を液体又は溶融状態で維持するよう、コントローラ２４８がリザーバヒータ１６０の熱出力を調整することを可能にする。
【００２２】
リザーバ１５２及びピストン１６８は円筒形状を有するように図示されているが、様々な断面形状のうちの任意のもので設けられてよい。上述のように、ピストン１６８は、液体１５８を加圧するためにリザーバ１５２に摺動可能に取付けられ得る。圧力は、ばね（図示せず）、液圧、空圧、又は電気機械アクチュエータを用いて、ピストン１６８に加えられ得る。図６で示すように、ピストン１６８は、ピストン１６８をリザーバ側壁１５４にシールするべく、ピストン側面１７０の外周で延伸する一以上のピストンシール１７２を含み得る。一実施例で、ピストンシール２１２が、耐高温性材料で形成されたＯリングシールとして構成され得る。
【００２３】
図６−７を参照すると、注入システム１５０は、リザーバ端部１６４の近位に位置する回転可能ゲート板２１６を含む。ゲート板２１６は、約０．１０−１．０インチの範囲の厚さを有した概して平坦なディスクとして設けられ得るが、ゲート板２１６又は注入システムの任意の他の構成要素の寸法形状は、本開示の範囲よりも大きくても小さくてもよい。ゲート板２１６は、リザーバ１５２の液体１５８と直接接触していてよい。ゲート板２１６は、ゲート板開口２１８の対称な円形アレイ２２０を有し、ゲート板２１６円形アレイ２２０の中心を通る中央軸２２２の周囲で回転可能である。
【００２４】
注入システム１５０は、ゲート板２１６をリザーバ基部フランジ１６６とフェース板２５０との間で回転可能に支持するための、ゲート板２１６の対向する両側に取付けられた一対のゲート板ベアリング２３６を含み得る。ゲート板２１６とリザーバ基部フランジ１６６との間に位置するゲート板ベアリング２３６は、圧力下の液体１５８によって付与される軸方向荷重に対して、ゲート板２１６を支持し得る。ゲート板２１６とフェース板２５０との間に位置するゲート板ベアリング２３６は、ゲート板２１６及びフェース板２５０が互いにシール接触を維持するように、ゲート板２１６のフェース板２５０から離れる軸方向の移動を防止し得る。一実施形態で、各ゲート板ベアリング２３６は、ゲート板２１６、リザーバ基部フランジ１６６、及びフェース板２５０の表面に形成された対向する円形溝２４０内に捕捉された玉軸受又は円錐ころ軸受などのベアリング要素２３８のアレイを含み得る。しかしながら、ゲート板ベアリングは、様々な構成のうちの任意のものとして設けられてよく、図示や記載の実施形態に限定されない。
【００２５】
ゲート板開口２１８の円形アレイ２２０は、約０．５−８インチの範囲、より好ましくは約１−３インチの範囲の直径を有し得るが、ゲート板開口２１８の円形アレイ２２０は、０．５インチよりも小さいか或いは８インチよりも大きい直径で設けられてもよい。図示の例で、円形アレイ２２０は、８つのゲート板開口２１８を含む。しかしながら、ゲート板２１６は、円形アレイ２２０に配置された任意の数のゲート板開口２１８で設けられてよい。例えば、ゲート板２１６が４−１２個のゲート板開口２１８を含んでよい。他の実施例では、ゲート板２１６が１２より多いゲート板開口２１８を含み得る。ゲート板開口２１８の量は、他の要因もあり得るが、ゲート板開口２１８間の所望の周方向の間隔に依存し得る。個々のゲート板開口２１８は、図７では円形形状で示されているが、正方形、長方形、三角形、スロット、又は、液体１５８がゲート板開口２１８を通ってフェース板オリフィス２５６へと通過しやすい任意の他の形状を含む様々な形状のうちの任意のもので設けられてよい。
【００２６】
依然として図６−７を参照すると、注入システム１５０は、約０．１−１．０インチの厚さで設けられ得る上記のフェース板２５０を含むが、フェース板２５０は、注入システム１５０の特定の実装に応じた任意のサイズ、形状、又は構成で設けられてよい。フェース板２５０は、リザーバ基部フランジ１６６及びフェース板２５０の周囲で周方向に離間した複数の機械的締結具２５４によって、リザーバ基部フランジ１６６に回転不能に連結され得る。環境からの汚染物がリザーバ基部フランジ１６６とフェース板２５０との間を通過するのを防ぐため、フェース板２５０は、周方向ガスケット２３２を用いてリザーバ基部フランジ１６６にシールされ得る。電源２７６によりフェース板２５０に印加される電流２７８パルスが液体ジェット２８６へ通るように、ゲート板２１６及び／又はリザーバ１５２は、フェース板２５０から電気的に絶縁され得る。
【００２７】
図６で示すように、フェース板２５０はゲート板２１６に軸方向に直接隣接して位置し、ゲート板開口２１８の円形アレイ２２０を補完するように配置されたフェース板オリフィス２５６の対称の円形アレイ２５８を有する。これに関して、図６に示すように、フェース板２５０は、同じ量のフェース板オリフィス２５６を、ゲート板開口２１８と同じ角方向間隔及び同じアレイ直径で有し得る。個々のゲート板開口２１８は、個々のフェース板オリフィス２５６と実質的に同じ直径であり得る。しかしながら、ゲート板２１６が図７で示す位置合わせクロッキング配向２６４にあるときに、液体１５８がゲート板開口２１８を通ってフェース板オリフィス２５６へと滞りなく流れやすいよう、個々のゲート板開口２１８がフェース板オリフィス２５６よりも大きい幅又は直径で設けられてもよい。
【００２８】
対応する幅又は直径の液体ジェット２８６を発生させるために、フェース板オリフィス２５６の各々は、約１００ミクロン未満の開口幅（例えば、オリフィスの出口端での最終的な幅又は直径）を有し得る。例えば、個々のフェース板オリフィス２５６の直径は、５−１００ミクロンの個々の直径を有する液体ジェット２８６を発生させるために、約５−１００ミクロンの範囲であり得る。一実施形態で、フェース板オリフィス２５６の各々が、約５−１０ミクロンの範囲の最終幅又は直径を有し得る。フェース板オリフィス２５６はそれぞれ、軸方向に沿って見たときに円形の断面形状を有し得るが、フェース板オリフィス２５６が非円形の断面形状で設けられてもよい。これに関して、軸方向断面形状及び長手方向断面形状を含むフェース板２５０オリフィスの形状は、フェース板オリフィス２５６を出る液体ジェット２８６がフェース板２５０からカソード板２６８へ電流２７８を導電できるコヒーレントなストリームであるように、最適化されてよい。液体１５８をフェース板オリフィス２５６に通過させるのに用いる圧力、液体１５８の温度、フェース板オリフィス２５６の温度、並びにフェース板オリフィス２５６の形状及び材料組成もまた、液体ジェット２８６のコヒーレンシに影響し得る。
【００２９】
本開示で、コヒーレントな液体ジェット２８６とは、フェース板２５０からカソード板２６８への液体ジェット２８６の長さに沿って、連続的であり、切れ目なく、且つ概してしぶきのない或いは噴霧状でない液体ストリームとして記載され得る。コヒーレントな液体ジェット２８６は、長さに沿って概して円筒状であり、好ましくは、液体ジェット２８６の長さに沿ってフェース板からカソード板２６８まで、実質的に（例えば、２０パーセント以内）同じ断面形状及び／又はサイズ（例えば、直径）を維持し得る。注入システム１５０がＺピンチ装置１０８に実装される例では、液体ジェット２８６を一貫したコヒーレントなストリームとして形成することにより、各電流２７８パルスが円筒状アレイの液体ジェット２８６間で軸対称又は均一に分布することが可能となり得る。液体ジェット２８６間で電流２７８パルスを均一に分布させることで、液体ジェット２８６をプラズマ２９０へと均一に加熱することが可能となり、概して中央軸２２２を中心とする高密度な円柱へとプラズマ２９０がピンチされるか或いは圧縮されるようなローレンツ力２８４によるプラズマ２９０の径方向の圧縮が促進され得る。
【００３０】
図６を参照すると、ある実施例では、個々のフェース板オリフィス２５６が、フェース板２５０オリフィスの受け端からフェース板２５０オリフィス出口端まである方向に沿ってサイズがテーパする円錐形の内部２６２を含み得る。円錐形の内部２６２により、液体ジェット２８６の長さに沿ったコヒーレンシが促進され得る。更なる実施例では、フェース板オリフィス２５６のうちの一以上がオリフィスライナー２６０を含み得る。オリフィスライナー２６０は、受け端から出口端までサイズがテーパする円錐形の内部２６２を有し得る。オリフィスライナー２６０は、金属材料（例えば、タングステン、スチール）、セラミック材料（例えば、二ホウ化ハフニウム、二ホウ化ジルコニウム）、及び／又は天然もしくは合成の宝石材料（例えば、ルビー、サファイア、ダイヤモンド）で作製され得る。フェース板２５０に印加された電流２７８パルスがオリフィスライナー２６０を通過して液体ジェット２８６へと進むように、材料に関わらず、各オリフィスライナー２６０は導電性であり得る。
【００３１】
図８で示すようにゲート板２１６が非位置合わせクロッキング配向２６６にあるとき、ゲート板２１６とフェース板２５０との間で液体１５８が漏出することを防ぐように、ゲート板２１６の底面は、フェース板２５０の上面と物理的に直接接触しているか、或いは、ゲート板２１６がフェース板２５０にシールされていてもよい。一実施形態では、ゲート板２１６がリザーバ基部フランジ１６６及びフェース板２５０にシールされ得る。例えば、図６−７で示すように、一方が他方よりも大きい直径を有する一対の周方向ゲート板シール２３４が、上記のゲート板ベアリング２３６の径方向内側に位置し得る。周方向ゲート板シール２３４の対の一方が、ゲート板２１６の一方の側で、ゲート板２１６とリザーバ基部フランジ１６６との間に位置し得、周方向ゲート板シール２３４の他方が、ゲート板２１６の反対側で、ゲート板２１６とフェース板２５０との間に位置し得る。一実施形態で、ゲート板シール２３４はそれぞれ、好ましくは耐高温性材料で作製されたＯリングシールとして構成され得る。ゲート板シール２３４は、ゲート板２１６、リザーバ基部フランジ１６６、及び／又はフェース板２５０の表面に形成され得る周方向溝内に存在し得る。
【００３２】
ある実施形態（図示せず）では、ゲート板２１６が非位置合わせクロッキング配向２６６（図８）にあるときに液体１５８がゲート板開口２１８を通過してゲート板２１６とフェース板２５０の対向する表面間で漏れてフェース板オリフィス２５６から出てしまうことを防ぐために、個々のゲート板開口２１８がフェース板２５０の表面にシールされ得る。ゲート板２１６とフェース板２５０の対向する表面間の境界の構成に関わらず、ゲート板２１６及びフェース板２５０が、好ましくは、液体１５８がフェース板オリフィス２５６を通過するのを防ぐように取付けられる。注入システム１５０がＺピンチ装置１０８に実装された実施例では、ゲート板２１６とフェース板２５０との間で液体１５８が漏れることを防ぐことにより、液体ジェット２８６の区別された量での形成を正確に制御することを促進し得る。
【００３３】
依然として図６−７を参照すると、注入システム１５０は、ゲート板２１６の横方向の動きを防ぎ、回転中にゲート板２１６の中央軸２２２への中心合わせを維持する、遊星歯車システム２２４を含み得る。遊星歯車システム２２４は、ゲート板２１６の外周で角方向に１２０度間隔を空けた少なくとも３つの遊星歯車２２６を含み得る。より好ましくは、遊星歯車システム２２４が、ゲート板２１６の外周で角方向に９０度間隔を空けたを４つの遊星歯車２２６含む。遊星歯車２２６の各々は、リザーバ基部フランジ１６６及びフェース板２５０により支持されるか或いはこれらに係合しているスピンドル（図示せず）又はベアリングで回転可能であり得る。遊星歯車２２６は、モータ２４２から延びるモータシャフト２４４に固定的に連結された少なくとも１つの駆動歯車２３０を含む。残りの遊星歯車２２６は、フリースピン支持歯車２２８であり得る。遊星歯車２２６の各々（例えば、駆動歯車２３０及び支持歯車２２８）は、ゲート板２１６の外周縁に形成された歯とかみ合うように構成された歯を有する。
【００３４】
モータ２４２は、リザーバ１５２に取付けられ、コントローラ２４８からの命令により、ゲート板２１６の中央軸２２２周りでの回転を生じさせるべく駆動歯車２３０を回転させるように構成されている。モータ２４２は、ステッパモータなどの電気モータであり得る。或いは、モータ２４２が、油圧回路（図示せず）に流体連結された回転式油圧アクチュエータ（図示せず）などの油圧式駆動装置であり得、油圧回路は、液体１５８を圧力下に維持するピストン１６８に対して一定の圧力を維持するために注入システム１５０に含まれ得る。ピストン１６８への一定の圧力を保証するため、そのような油圧回路はポンプ（図示せず）と逃がし弁（図示せず）を含み得る。モータ２４２は可逆式であり得、リザーバ基部フランジ１６６を通って延び、遊星歯車システム２２４の駆動歯車２３０で終端し得るモータシャフト２４４を含み得る。モータシャフト２４４は、Ｏリング又はその他のシール構成物として構成されてもよい一以上のシャフトシール２４６を用いて、リザーバ基部フランジ１６６にシールされ得る。
【００３５】
図６を参照すると、注入システム１５０が例示的に実装されて図示されたＺピンチ装置１０８は、フェース板２５０から離間して取付けられたカソード板２６８を含み得る。図示の例で、カソード板２６８は、フェース板２５０の約１−３インチ以内、より好ましくは、フェース板２５０の約２インチ以内に取付けられ得る。しかしながら、カソード板２６８とフェース板２５０との間隔は実装態様によるものであり、例えば、カソード板２６８がフェース板２５０から２インチを超える距離に離間されていてもよい。カソード板２６８は電極として機能し、電源が電流２７８パルスをフェース板２５０に印加すると電流２７８はまずカソード板２６８の方へ流れる。カソード板２６８は、概して平坦なフェース板２５０に平行である、平坦なディスクとして設けられ得る。しかしながら、カソード板２６８は、様々な異なるサイズ、形状及び構成のうちの何れで設けられてもよい。好ましくは、フェース板２５０に対向するカソード板２６８の表面は、液体ジェット２８６の自由端２８８を受け、概して中央軸２２２を中心とする高密度  ピンチプラズマ２９２円柱へとプラズマ２９０が径方向に圧縮されるのを促進するように、構成されている。
【００３６】
パルス核融合推進（例えば、図１４−１６）のＺピンチエンジン１１０として構成されたＺピンチ装置１０８で、カソード板２６８は、ピンチプラズマ２９２が磁気ノズル１１２へと通過す（例えば、放出され）ることを可能にするために、中央軸２２２を中心とする中央開口２７０を含み得る。プラズマ２９４は磁気ノズル１１２内で膨張し、ノズル１１４から放出され、スラスト２９６を発生させる。有利には、注入システム１５０が、下記の反復サイクルを含むパルス核融合推進を可能にする。（１）液体ジェットの円筒状アレイ２８６を、注入エリア２５２（例えば、核融合チャンバ２７４）に注入すること、（２）液体ジェット２８６をプラズマ２９０へと加熱し径方向に圧縮するために、電流２７８パルスを印加すること、（３）径方向に圧縮或いはピンチしたプラズマ２９２を、注入エリア２５２からノズル１１４へと吐出すること、及び、（４）ノズル１１４内でプラズマ２９４膨張させ、プラズマ２９４をノズル１１４から放出して推進スラスト２９６のパルスを発生させること。
【００３７】
注入システム１５０が実装される例示的なＺピンチ装置１０８は、オプションとして、カソード板２６８とフェース板２５０との間で延びる囲み要素２７２を含み得る。一実施例では、囲み要素２７２が、フェース板２５０に対する位置にカソード板２６８を保持し得る。或いは、囲み要素２７２を省略し、上述のようにシュラウド（図示せず）又はその他のカソード支持要素（図示せず）によって、カソード板２６８が位置を保持されてもよい。しかしながら、囲み要素２７２を含む例では、フェース板２５０、カソード板２６８、及び囲み要素２７２が集合的に、液体ジェット２８６を囲む核融合チャンバ２７４を画定する。核融合チャンバ２７４は、オプションとして、Ｚピンチ反応を促進するために、真空又はアルゴンもしくは窒素などの不活性ガスを収容してもよい。ある実施例では、不活性ガスが周囲の圧力よりも高い圧力にあり得る。
【００３８】
リザーバ１５２、ゲート板２１６、フェース板２５０、及び遊星歯車システム２２４を含む注入システム１５０の構成要素は、金属材料、ポリマー材料、セラミック材料、又はそれらの組み合わせなどの高温・高強度材料で作製され得る。一実施形態で、注入システムがＺピンチ装置１０８に実装される例では、上記の構成要素のうちの一以上が、リザーバ１５２の内容物（例えば、溶融金属）に適合した、且つ／又はＺピンチ反応の副生成物（例えば、プラズマ２９０）に適合した、ステンレス鋼、インコネル、チタン、又はその他の金属組成物又は合金などの高強度・高温金属材料で作製され得る。
【００３９】
図６−８を参照すると、注入システム１５０は、モータ２４２に通信可能に連結されたコントローラ２４８を含む。コントローラ２４８は、ゲート板２１６を位置合わせクロッキング配向２６４（図７）へと回転させるように、モータ２４２を制御するように構成されており、図１０で示すように、位置合わせクロッキング配向２６４においてゲート板開口２１８とフェース板オリフィス２５６とが位置合わせされることにより、液体ジェットの円筒状アレイ２８６の形成を開始させる液体１５８のフローが可能となる。更に、コントローラ２４８は、フェース板オリフィス２５６を通る液体１５８のフローをブロックすることにより、液体ジェットの円筒状アレイ２８６の形成を停止させるべく、ゲート板２１６を非位置合わせクロッキング配向２６６（図８）へと回転させるよう、モータ２４２を制御するように構成されている。ある実施例では、コントローラが、ゲート板２１６を非位置合わせクロッキング配向２６６（図８）から位置合わせクロッキング配向２６４へと回転させ、所定の期間、ゲート板２１６を位置合わせクロッキング配向２６４に維持して液体ジェットの円筒状アレイ２８６の注入を可能にし、その後ゲート板２１６を非位置合わせクロッキング配向２６６へと戻すように回転させて、液体ジェット２８６の形成を停止するよう、モータ２４２を制御し得る。
【００４０】
注入システム１５０がカソード板２６８を有するＺピンチ装置１０８に実装される例では、液体ジェット２８６の自由端２８８がカソード板２６８に接触してフェース板２５０（例えば、アノード）とカソード板２６８との間で複数の導電パスを形成する瞬間に、及び電流のパルス２７８がフェース板２５０に印加される前に、コントローラ２４８がモータ２４２に、位置合わせクロッキング配向２６４（図７）から非位置合わせクロッキング配向２６６（図８）までゲート板２１６を回転させるよう命令する。非位置合わせクロッキング配向２６６では、リザーバ１５２からの液体１５８がゲート板２１６によってブロックされるように、ゲート板開口２１８がフェース板オリフィス２５６と位置合わせされていない。このようにして、ゲート板２１６は、フェース板オリフィス２５６から出る液体ジェット２８６のフローを停止することで、Ｚピンチ反応のクエンチを回避する。
【００４１】
図１１を参照すると、注入システム１５０が、電源２７６を有するＺピンチ装置１０８（例えば、Ｚピンチエンジン１１０）に実装され得る。電源２７６は、メガアンペアオーダーの、例えば２０メガアンペア又はそれ以上の電荷を貯蔵又は供給するように構成され得る。電源２７６は、フェース板２５０に電気的に接続され、ゲート板２１６が非位置合わせクロッキング配向２６６（図８）へと回転したことにより液体ジェット２８６のフローが停止した瞬間に、高強度電流２７８のパルスをフェース板２５０に送出するように構成され得る。Ｚピンチ装置１０８がカソード板２６８を有する例では、液体ジェット２８６の自由端２８８がカソード板２６８に接触し結果としてフェース板２５０とカソード板２６８との間の導電パスをそれぞれ形成する液体ジェットの円筒状アレイ２８６が生じると、液体ジェット２８６の形成が停止され得る。
【００４２】
図１３を参照すると、下記で詳述するように、高強度電流２７８のパルスにより、数百ナノ秒オーダーの比較的短い期間にわたり生じるＺピンチ反応が始動する。Ｚピンチ反応中、電流２７８パルスは円筒状アレイの液体ジェット２８６の各々に沿ってフェース板２５０からカソード板２６８に向かって進み、液体ジェット２８６をプラズマ２９０にする。液体ジェットを通流する電流パルス２７８は、電流２７８と相互作用してローレンツ力２８４を生み出す磁束２８２を同時に発生させる。ローレンツ力２８４はプラズマ２９０を、概して中央軸２２２（例えば、ｚ軸）を中心とする高温（数百万ケルビン度）のピンチプラズマ２９２の円柱又はマスへと、径方向に圧縮する。
【００４３】
ある実施例では、電源２７６が、電流のパルス２７８をフェース板２５０に少なくとも１Ｈｚの周波数で印加するように構成され得る。コントローラ２４８はモータ２４２を、電源２７６からの電流２７８の送出と同期して駆動するように構成され得る。これに関して、コントローラ２４８は、ゲート板２１６を位置合わせクロッキング配向（図７）と非位置合わせクロッキング配向（図８）との間で  定期的に回転させるよう、モータ２４２に命令し得る。電源２７６は、ゲート板２１６が位置合わせクロッキング配向２６４から非位置合わせクロッキング配向２６６へと回転したことにより液体ジェット２８６の形成が停止した瞬間ごとに、フェース板２５０に電流のパルス２７８を印加し得る。電源２７６は、新しい液体ジェットの円筒状アレイ２８６が核融合チャンバ２７４に注入されるごとに、高強度電流２７８のパルス（例えば、１−２０ｍＡ以上）を定期的に印加するように構成され得る。
【００４４】
一実施形態で、液体ジェット２８６の円筒状アレイを連続的に形成するために、コントローラ２４８はモータ２４２に、１−１０Ｈｚの範囲の周波数でゲート板２１６を位置合わせクロッキング配向２６４へと回転させるよう命令し得る。しかしながら、モータ２４２は、ゲート板２１６を１Ｈｚ未満の周波数で回転させるように命令されてもよい。例えば、ゲート板２１６が、数時間ごとに新しい液体ジェットの円筒状アレイ２８６を形成するように回転させられてもよい。他の実施例では、ゲート板２１６が、新しい液体ジェットの円筒状アレイ２８６を形成するように１０Ｈｚよりも高い周波数で回転されてもよい。ゲート板２１６は、同じ方向にパルス式に回転させられ得る。結果として、ゲート板開口２１８がフェース板オリフィス２５６と図７で示す位置合わせクロッキング配向２６４に位置合わせされるたびに新しい液体ジェットの円筒状アレイ２８６が開始（例えば、図１０）され、自由端２８８がカソード板２６８に接触する（例えば、図１１）と各新しい液体ジェットの円筒状アレイ２８６の形成が停止し、ゲート板２１６が図８で示す非位置合わせクロッキング配向２６６へと回転させられる。或いは、ゲート板２１６が、位置合わせクロッキング配向２６４へと一方向に回転させられ、非位置合わせクロッキング配向２６６へと反対方向に回転させられて、各新しい液体ジェットの円筒状アレイ２８６の形成を繰り返し開始及び停止してもよい。
【００４５】
図１０−１６も参照しつつ図９のフロー図を参照すると、図９は、液体ジェットの円筒状アレイ２８６を注入する方法３００に含まれる一以上の工程を示す。
【００４６】
方法３００のステップ３０２は、リザーバ１５２内で導電性の液体１５８（図６）を加圧することを含む。上述のように、液体１５８は、水、重水素、リチウム、ガリウム、インジウム、ビスマス、鉛、銅、アルミニウム、及び／又は水銀を含むがこれらに限定されない様々な導電性材料の何れとして提供されてもよい。方法３００は、リザーバ１５２内に摺動可能に取付けられたピストン１６８（図６）を用いて、リザーバ１５２内の液体１５８を加圧することを含み得る。ピストン１６８は、液体ジェット２８６がフェース板オリフィス２５６からコヒーレントなストリームとして送出されるよう（図１０）、所定の圧力レベルで液体１５８を加圧し得る。方法３００は、ピストン側面１７０の周囲を延びる上述のピストンシール１７２（図６）を用いて、ピストン１６８をリザーバ１５２にシールすることを含み得る。液体１５８が溶融金属である実施形態で、方法は、溶融金属を溶融状態に維持するために、リザーバヒータ１６０（図６）を用いてリザーバ１５２に熱を加えることを含み得る。そのような加熱は、リザーバ側壁１５４に取付けられたＫａｐｔｏｎストリップヒータなどの抵抗加熱要素、又は他のタイプのリザーバヒータ１６０を用いて実施され得る。
【００４７】
方法３００は、液体１５８を溶融状態に維持するようコントローラ２４８がリザーバヒータ１６０を制御することを可能にするために、リザーバ１５２内の液体１５８の温度を監視することを更に含み得る。これに関して、注入システム１５０は、リザーバ１５２に取付けられコントローラ２４８に通信可能に連結された上述の温度検出器１６２（例えば、熱電対）を含み得る。方法は、溶融金属の温度が閾値温度（例えば、金属の融点より５度も高い）を下回った場合に、コントローラ２４８の命令によりリザーバヒータ１６０の熱出力を調整することを含み得る。
【００４８】
方法３００のステップ３０４は、コントローラ２４８の命令により、モータ２４２を用いてゲート板２１６を、ゲート板開口２１８の円形アレイ２２０がフェース板オリフィス２５６の円形アレイ２５８と位置合わせされている位置合わせクロッキング配向２６４（図７）へと回転させることを含む。上述のように、フェース板２５０は、回転可能なゲート板２１６のすぐ隣（例えば、下方）の定位置にある。モータ２４２はステッパモータ、リニアアクチュエータ、油圧アクチュエータ、又は、位置合わせクロッキング配向２６４（図８）及び非位置合わせクロッキング配向２６６（図８）を含む別々の角方向位置へとゲート板２１６を回転させることができる任意の他の装置であってもよい。
【００４９】
方法３００は、ゲート板２１６の外周で角方向に離間し且つリザーバ基部フランジ１６６とフェース板２５０との間に捕捉された遊星歯車２２６を有する遊星歯車システム２２４を用いて、ゲート板２１６を回転させることを更に含み得る。ゲート板２１６の回転は、遊星歯車２２６（例えば、図６−７の駆動歯車２３０）のうちの少なくとも１つを回転可能に駆動してゲート板２１６を回転させることで実施され得る。方法は、図６−７で示すように、ゲート板２１６とフェース板２５０との間に位置するゲート板ベアリング２３６を用いて、且つ好ましくは、ゲート板２１６とリザーバ基部フランジ１６６との間に位置する追加のゲート板ベアリング２３６を用いて、ゲート板２１６を回転可能に支持することを更に含み得る。図示の例で、ゲート板ベアリング２３６の各々は、円形溝２４０内に捕捉されている玉軸受などの複数のベアリング要素２３８を含み得る。方法  は、図６−７で示すように、一以上のゲート板シール２３４を用いて、ゲート板２１６をフェース板２５０及びリザーバ基部フランジ１６６にシールすることを更に含み得る。ゲート板シール２３４は、ゲート板２１６とリザーバ基部フランジ１６６との間、及びゲート板２１６とフェース板２５０との間に位置するＯリングなどの周方向シールとして構成され得る。
【００５０】
方法３００のステップ３０６は、カソード板２６８の方に向けられた液体ジェットの円筒状アレイ２８６を形成するために、リザーバ１５２からゲート板開口２１８及びフェース板オリフィス２５６を通して液体１５８を通過させることを含む（図９−１０）。上述のように、ゲート板２１６が位置合わせクロッキング配向２６４（図７）にあるときに液体１５８をゲート板開口２１８及びフェース板オリフィス２５６へ押し通すために、液体１５８はリザーバ１５２内で圧力下にあり得る。ゲート板２１６及びフェース板２５０は、対応する量の液体ジェット２８６を発生させるために、同じ量のゲート板開口２１８及びフェース板オリフィス２５６をそれぞれ含み得る。ある実施例で、フェース板２５０は、フェース板オリフィス２５６の各々にオリフィスライナー２６０を含み得る。上述のように、液体１５８がフェース板オリフィス２５６を通流することでフェース板オリフィス２５６が経時的に腐食することを低減又は防止するため、オリフィスライナー２６０は高硬度・耐高温性材料で形成され得る。更に、フェース板オリフィス２５６は、液体ジェット２８６がコヒーレントなストリームとして形成されるのを促進するように構成され得る。これが、有利には、注入システム１５０がＺピンチ装置１０８に実装される例で電流２７８パルスの液体ジェット２８６間の均一な分布を促進する。
【００５１】
方法３００のステップ３０８は、コントローラ２４８により命令されると、モータ２４２を用いて、ゲート板２１６を位置合わせクロッキング配向２６４から非位置合わせクロッキング配向２６６へと回転させることを含む。例えば、モータ２４２は、区別された量の液体ジェット２８６が注入エリア２５２に注入される所定の時間量の経過後、ゲート板２１６を非位置合わせクロッキング配向２６６へと回転させ得る。注入システム１５０がＺピンチ装置１０８に実装される例では、図１１で示すように液体ジェット２８６の自由端２８８がＺピンチ装置１０８のカソード板２６８に接触すると、モータ２４２が、ゲート板２１６を非位置合わせクロッキング配向２６６へと回転させ得る。そのためＺピンチ装置１０８は、液体ジェット２８６の自由端２８８のカソード板２６８への接触を感知し得る一以上のセンサ（図示せず）を含んでもよい。センサは、コントローラ２４８にゲート板２１６を非位置合わせクロッキング配向２６６へと回転させる信号を、コントローラ２４８に送り得る。
【００５２】
方法３００のステップ３１０は、ゲート板２１６を非位置合わせクロッキング配向２６６へと回転させることに応じて、液体ジェット２８６の形成を停止することを含む。図８は、リザーバ１５２からの液体１５８がブロックされるか或いはフェース板オリフィス２５６へと流れることを防止されるように、フェース板オリフィス２５６と位置合わせされていないゲート板開口２１８を示す。Ｚピンチ装置１０８で、液体ジェット２８６がフェース板２５０とカソード板２６８との間で導電パスを確立すると開始されてしまうＺピンチ反応のクエンチが、追加の液体ジェット２８６がフェース板オリフィス２５６へと流れることをブロックすることで回避される。
【００５３】
Ｚピンチ装置１０８について、方法３００は、液体ジェット２８６の形成が停止すると、電源２７６を用いてフェース板２５０（例えば、アノード）に電流のパルス２７８を印加することを含み得る。電流のパルス２７８は、液体ジェット２８６の自由端２８８がカソード板２６８に接触してゲート板２１６が非位置合わせクロッキング配向２６６へと回転させられるのと同時（例えば、数マイクロ秒内又は数ナノ秒内）に、フェース板２５０に印加され得る。ある実施例では、方法が、電源レギュレータ（図示せず）を用いて、少なくとも１Ｈｚの周波数で電流のパルス２７８をフェース板２５０に印加するよう電源２７６に命令することを含み得る。コントローラ２４８は、位置合わせクロッキング配向２６４と非位置合わせクロッキング配向２６６との間でゲート板２１６を定期的に回転させるよう、モータ２４２に命令し得る。電源２７６は、液体ジェットの円筒状アレイ２８６の形成が停止した時点でフェース板２５０に電流のパルス２７８を印加し得る。ある実施例では、方法が、ゲート板２１６を１−１０Ｈｚの範囲の周波数で位置合わせクロッキング配向２６４へと回転させることを含み得る。
【００５４】
注入システム１５０がＺピンチ装置１０８に実装される例で、方法３００は、電源２７６の再充電を少なくとも部分的に支援するために、少なくとも電流２７８の一部分を電源２７６に戻すことを含み得る。方法３００はオプションとして、核融合チャンバ２７４内に形成された真空内でＺピンチ反応を実施することを含んでもよい。或いは、核融合チャンバ２７４が、Ｚピンチ反応を促進するためのアルゴンや窒素などのガスを含み得る。
【００５５】
ある実施例では、方法３００が、液体ジェット２８６の長さに沿って流れる電流２７８パルスを用いて液体ジェット２８６を高温プラズマ２９０へと加熱することを含み得る。図１２は、Ｚピンチ装置１０８において電流２７８が液体ジェット２８６を通流し、結果として液体ジェット２８６の各々がプラズマ２９０コアへと変態する、液体ジェット２８６の加熱の初期段階を示す。液体ジェット２８６を通る電流２７８のフローは、図１２−１３で示すプラズマ２９０コアのアレイを囲む磁束２８２も発生させる。磁束２８２は電流２７８と相互作用し、結果として図１３で示すローレンツ力２８４が生じる。ローレンツ力２８４がプラズマ２９０コアを中央軸２２２のほうへと径方向内側に圧縮し、結果として、非常に高温（例えば、１００万度ケルビンオーダー）且つ非常に高密度（例えば、１０２０イオン／ｃｍ３）のピンチプラズマ２９２円筒となる。電流２７８パルスの印加に始まり爆縮プラズマ２９２の中央軸２２２におけるスタグネーションまでに経過するＺピンチ反応の時間トータルは、１マイクロ秒未満オーダーである。
【００５６】
ゲート板２１６を位置合わせクロッキング配向２６４へと回転させる（ステップ３０４）、液体１５８をフェース板オリフィス２５６に通過させて液体ジェットの円筒状アレイ２８６の注入を  開始する（ステップ３０６）、ゲート板２１６を非位置合わせクロッキング配向２６６と回転させる（ステップ３０８）、及び、液体ジェット２８６の形成を停止する（ステップ３１０）、という上記ステップはまとめて、液体ジェットの円筒状アレイ２８６を注入エリア２５２に注入することであり得る。ある実施例では、方法３００が、液体ジェットの円筒状アレイ２８６を反復形式で注入することを含み得る。例えば、方法３００は、液体ジェットの円筒状アレイ２８６を注入エリア２５２に注入するステップ、電源２７６を用いて電流のパルス２７８をフェース板２５０に印加するステップ、電流２７８パルスを用いて液体ジェット２８６をプラズマ２９０へと加熱するステップ、及び、プラズマ２９０を注入エリア２５２から吐出するステップ、を順次実施することを含み得る。電流２７８パルスが液体ジェット２８６に沿って通過することにより、上述のローレンツ力２８４が生じる。ローレンツ力２８４はプラズマ２９０を高温ピンチプラズマ２９２円筒へと径方向に圧縮し、これが注入エリア２５２からカソード板２６８の中央開口２７０を通って吐出され得る。上述のように、導電性の液体ジェット２８６の円筒状アレイを核融合チャンバ２７４などの注入エリア２５２に反復して注入できることにより、Ｚピンチ実験を容易にするか或いは実験の実施能力が向上し得る。更に、導電性の液体ジェット２８６の円筒状アレイを反復して注入できることで、ビークル１００推進などのためのスラスト２９６の核融合推進パルスの連続シーケンスを発生させるか、或いは、導電性液体ジェット２８６のアレイの反復を要する様々な活動のうち任意のものを実施することが可能となり得る。これに関して、本開示の注入システム１５０及び方法３００は、有利には、Ｚピンチ反応の実施ごとに新しい金属製ワイヤ（図示せず）を設置することにかかる時間とコストを回避する。
【００５７】
図１４−１６は、注入システム１５０のＺピンチエンジン１１０への実装を示し、方法３００は、中央軸２２２における高温・高密度プラズマ２９０を用いてビークル１００の核融合推進を発生させることを含み得る。図１４は、カソード板２６８の中央開口２７０を通過し、カソード板２６８の後方側に取付けられた磁気ノズル１１２へと進む、ピンチプラズマ２９２円筒を示す。上述のように、磁気ノズル１１２は、磁力線１１８（図１４）を発生させる。磁力線１１８は、高温プラズマ２９０がノズルリング１１４に接触してこれを損傷する可能性を防ぐ。図１５は、磁気ノズル１１２内の膨張プラズマ２９４を示す。膨張プラズマ２９４は磁場の圧縮をもたらし、これが磁場の強度と磁気圧を徐々に上昇させる。膨張プラズマ２９４からの上昇する磁気圧が、磁気ノズル１１２のノズルリング１１４の径方向及び軸方向の力と反応し、結果として、ビークル１００の主軸（図示せず）に沿う方向に向けられた推進スラスト２９６（図１６）のパルスとなる。膨張プラズマ２９４からの磁気圧は、プラズマ２９４をノズル１１２の後端（例えば、開口端）の方へと押し、最終的にはプラズマがノズル１１２から噴出され、その後磁場がもとの状態に減圧される（図１４）。パルス核融合推進は、プラズマ２９４の膨張とノズル１１４からの噴出との間に起こる。
【００５８】
更に、本発明は下記の条項に記載の実施形態を含む。
【００５９】
条項１．
導電性の液体を圧力下で収容しリザーバ端部を有する、リザーバと、
リザーバ端部に位置し、ゲート板開口の円形アレイを有し、ゲート板円形アレイの中心を通る中央軸の周りで回転可能な、ゲート板と、
ゲート板に隣接した定位置にあり、ゲート板開口を補完するように配置されたフェース板オリフィスの円形アレイを有する、フェース板と、
中央軸の周りでゲート板を回転させるように構成された、モータと、
モータを、
ゲート板開口とフェース板オリフィスとが位置合わせされた、液体ジェットの円筒状アレイの注入エリアへの注入を開始する、位置合わせクロッキング配向へと、ゲート板を回転させ、
区別された量の液体が注入された後、ゲート板を、フェース板オリフィスに対して、ゲート板開口の非位置合わせクロッキング配向へと回転させて、液体ジェットの形成を停止する
ように制御するように構成された、コントローラと
を備える、注入システム。
【００６０】
条項２
ゲート板の周りで角方向に離間した少なくとも３つの遊星歯車
を含む遊星歯車システムを更に備え、
モータが、ゲート板を回転させるために、遊星歯車のうちの少なくとも１つを回転可能に駆動するように構成されている、条項１に記載の注入システム。
【００６１】
条項３．
フェース板オリフィスのうちの少なくとも１つが、金属材料、セラミック材料、及び宝石材料のうちの少なくとも１つで形成されたオリフィスライニングを含む、条項１に記載の注入システム。
【００６２】
条項４． 
オリフィスライニングが、オリフィスライニングの受け端からオリフィスライニングの送出端への方向に沿ってサイズがテーパした円錐形の内部を有する、条項２に記載の注入システム。
【００６３】
条項５． 
フェース板オリフィスの各々が約１００ミクロン未満の開口幅を有する、条項１に記載の注入システム。
【００６４】
条項６． 
液体が溶融金属であり、
リザーバが、溶融金属を溶融状態に維持するように構成されたリザーバヒータを含む、条項１に記載の注入システム。
【００６５】
条項７． 
液体を加圧するための、リザーバ内で摺動可能に取付けられたピストンを更に含む、条項１に記載の注入システム。
【００６６】
条項８． 
液体ジェットが、フェース板から離間した位置にあるカソード板に向けて注入され、
液体ジェットの自由端がカソード板に接触すると、モータが、ゲート板を非位置合わせクロッキング配向へと回転させて、液体ジェットの形成を停止するように構成されている、条項１に記載の注入システム。
【００６７】
条項９．
注入エリアが、フェース板とフェース板から離間した位置にあるカソード板との間で延びる囲み要素によって集合的に画定される核融合チャンバである、
条項１に記載の注入システム。
【００６８】
条項１０．
注入システムを備えるＺピンチ装置であって、注入システムが、
導電性の液体を圧力下で収容しリザーバ端部を有する、リザーバと、
リザーバ端部に位置し、ゲート板開口の円形アレイを有し、ゲート板円形アレイの中心を通る中央軸の周りで回転可能な、ゲート板と、
ゲート板に隣接した定位置にあり、ゲート板開口を補完するフェース板オリフィスの円形アレイを有する、フェース板と、
中央軸の周りでゲート板を回転させるように構成された、モータと、
モータを、
ゲート板開口とフェース板オリフィスとが位置合わせされた、液体ジェットの円筒状アレイの注入エリアへのカソード板に向けた注入を開始する、位置合わせクロッキング配向へと、ゲート板を回転させ、
液体ジェットの自由端がカソード板に接触した後、ゲート板を非位置合わせクロッキング配向へと回転させて、液体ジェットの形成を停止する
よう制御するように構成された、コントローラと、
電流のパルスをフェース板に印加するように構成された電源と
を含み、
電流は、液体ジェットを通ってカソード板へと流れ、中央軸に沿ったプラズマへと液体ジェットを変態させる、Ｚピンチ装置。
【００６９】
条項１１． 
区別された液体ジェットの円筒状アレイを注入する方法であって、
コントローラから命令されるモータを用いて、ゲート板開口の円形アレイとゲート板に隣接した定位置にあるフェース板のフェース板オリフィスの円形アレイとが位置合わせされた位置合わせクロッキング配向へと、ゲート板を回転させるステップ、
リザーバ内の圧力下にある液体を、ゲート板開口及びフェース板オリフィスに通過させて、液体ジェットの円筒状アレイの注入エリアへの注入を開始するステップ、
コントローラから命令されるモータを用いて、ゲート板を非位置合わせクロッキング配向へと回転させるステップ、並びに
ゲート板を非位置合わせクロッキング配向へと回転させることに応じて、液体ジェットの形成を停止するステップ
を含む、方法。
【００７０】
条項１２． 
ゲート板を回転させるステップが、
ゲート板の外周で角方向に離間した少なくとも３つの遊星歯車のうちの少なくとも１つを、モータを用いて回転可能に駆動すること
を含む、条項１１に記載の方法。
【００７１】
条項１３．
フェース板オリフィスのうちの少なくとも１つが、金属材料、セラミック材料、及び宝石材料のうちの少なくとも１つで形成されたオリフィスライニングを含む、条項１１に記載の方法。
【００７２】
条項１４．
液体が溶融金属であり、
方法が更に、溶融金属を溶融状態に維持するために、リザーバヒータを用いてリザーバに熱を加えることを含む、条項１１に記載の方法。
【００７３】
条項１５． 
コントローラに通信可能に連結された温度検知器を用いて、リザーバ内の液体の温度を監視すること、及び
液体の温度が閾値温度を下回ったとき、コントローラの命令により、リザーバヒータの熱出力を調整すること
を更に含む、条項１４に記載の方法。
【００７４】
条項１６．
リザーバ内に摺動可能に取り付けられたピストンを用いて、リザーバ内の液体に圧力を印加すること
を更に含む、条項１１に記載の方法。
【００７５】
条項１７．
液体ジェットが停止したときに、電源を用いてフェース板に電流のパルスを印加すること、及び
電流を用いて、液体ジェットをプラズマへと加熱すること
を更に含む、条項１１に記載の方法。
【００７６】
条項１８．
ゲート板を位置合わせクロッキング配向へと回転させるステップ、液体をフェース板オリフィスに通過させて、液体ジェットの円筒状アレイの注入を開始するステップ、ゲート板を非位置合わせクロッキング配向へと回転させるステップ、及び、液体ジェットの形成を停止するステップが、液体ジェットの円筒状アレイを注入エリアに注入することを含み、方法が、
液体ジェットの円筒状アレイを注入エリアに注入するステップ、
電源を用いて、電流のパルスをフェース板に印加するステップ、
電流を用いて、液体ジェットをプラズマへと加熱するステップ、並びに
注入エリアからプラズマを吐出するステップ
を反復式に順次実施することを含む、条項１７に記載の方法。  
【００７７】
条項１９．
電流のパルスをフェース板に印加するステップが、
少なくとも１Ｈｚの周波数で電流のパルスをフェース板に印加することを含む、条項１７に記載の方法。
【００７８】
条項２０． 
電流の少なくとも一部を電源に戻すことを更に含む、条項１７に記載の方法。
【００７９】
条項２１．
カソード板の方に向けた液体ジェットの円筒状アレイを形成するために液体をゲート板開口及びフェース板オリフィスに通過させるステップが、
フェース板とフェース板から離間した位置にあるカソード板との間で延びる囲み要素によって集合的に画定される核融合チャンバに、液体ジェットを注入することを含む、条項１１に記載の方法。
【００８０】
本開示に関連する技術分野の当業者は、本開示の改変や他の構成を多く想起し、上記の記載及び関連図面に示した教示内容の恩恵に浴する。本書に記載の例は例示のためのものであり、限定的或いは網羅的であることも意図していない。本書では特定の用語が用いられているが、それらは、一般的且つ説明的な意味でのみ使用されており、限定を目的とするものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【外国語明細書】
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