(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
核融合炉であって、前記核融合炉は、
格納容器であって、前記格納容器の中心軸を通る中心線と、第１の端部および前記第１の端部に対向する第２の端部と、前記格納容器の前記第１の端部と前記第２の端部との間で実質的に等距離である中間点と、を含む格納容器と、
前記格納容器内に懸架され、前記中心線上に中心がある複数の内部磁場コイルであって、前記複数の内部磁場コイルのそれぞれは、前記内部磁場コイルを通して面を画定し、前記面は、前記内部磁場コイルから前記内部磁場コイルの中心に向かって内側に延びる内部領域と、前記内部磁場コイルから前記内部磁場コイルの中心と反対方向に外側に延びる外部領域とを有し、前記複数の内部磁場コイルは、前記複数の内部磁場コイルのそれぞれの前記外部領域および前記内部領域の少なくとも両方において、前記格納容器内にプラズマを閉じ込めるように動作可能であり、前記格納容器の前記中間点と前記第１の端部との間に位置する少なくとも１つの第１の内部磁場コイルと、前記格納容器の前記中間点と前記第２の端部との間に位置する少なくとも１つの第２の内部磁場コイルと、を含む、複数の内部磁場コイルと、
前記中心線上に中心がある複数の閉じ込め磁場コイルであって、前記複数の内部磁場コイルより大きい直径を有し、前記格納容器の前記中間点と前記第１の端部との間に位置する少なくとも１つの第１の閉じ込め磁場コイルと、前記格納容器の前記中間点と前記第２の端部との間に位置する少なくとも１つの第２の閉じ込め磁場コイルと、を含む、複数の閉じ込め磁場コイルと、
前記中心線上に中心があり、前記格納容器の前記中間点に近接して位置する中央磁場コイルと、
前記中心線上に中心がある複数のミラー磁場コイルであって、前記格納容器の前記中間点と前記第１の端部との間に位置する少なくとも１つの第１のミラー磁場コイルと、前記格納容器の前記中間点と前記第２の端部との間に位置する少なくとも１つの第２のミラー磁場コイルと、を含む、複数のミラー磁場コイルと、
を含み、
前記磁場コイルは、電流が供給された場合に、前記格納容器内にプラズマを閉じ込めるための磁場を形成するように動作可能であり、前記中央磁場コイルは、前記格納容器の内部の外側に配置される、核融合炉。
【請求項２】
前記磁場コイルに供給される前記電流は、
前記複数の閉じ込め磁場コイル、前記中央磁場コイル、および前記複数のミラー磁場コイルを第１の方向に流れる複数の第１の電流と、
前記複数の内部磁場コイルを前記第１の方向と反対の第２の方向に流れる複数の第２の電流と、
を含む、請求項１に記載の核融合炉。
【請求項３】
前記複数の閉じ込め磁場コイルは、前記プラズマが拡がることを防止する磁壁を維持することによって、前記核融合炉の磁気流体力学（ＭＨＤ）的安定性を維持するように動作可能である、請求項１に記載の核融合炉。
【請求項４】
前記複数の内部磁場コイルは、前記格納容器の前記中間点の各側に２つの内部磁場コイルを含む、請求項１に記載の核融合炉。
【請求項５】
前記複数のミラー磁場コイルは、前記格納容器の前記中間点の各側に２つのミラー磁場コイルを含む、請求項１に記載の核融合炉。
【請求項６】
核融合炉であって、前記核融合炉は、
格納容器であって、第１の端部および前記第１の端部に対向する第２の端部と、前記格納容器の前記第１の端部と前記第２の端部との間で実質的に等距離である中間点と、を含む格納容器と、
前記格納容器の内部内に懸架された少なくとも２つの内部磁場コイルであって、前記少なくとも２つの内部磁場コイルのそれぞれは、前記内部磁場コイルを通して面を画定し、前記面は、前記内部磁場コイルから前記内部磁場コイルの中心に向かって内側に延びる内部領域と、前記内部磁場コイルから前記内部磁場コイルの中心と反対方向に外側に延びる外部領域とを有し、前記少なくとも２つの内部磁場コイルは、前記少なくとも２つの内部磁場コイルのそれぞれの前記外部領域および前記内部領域の少なくとも両方において、前記格納容器内にプラズマを閉じ込めるように動作可能である、少なくとも２つの内部磁場コイルと、
前記格納容器の前記中間点の各側に配置され、各々が前記内部磁場コイルと同軸である１つ以上の閉じ込め磁場コイルと、
前記格納容器の中心軸と同軸であり、前記格納容器の前記中間点に近接して位置する中央磁場コイルと、
前記内部磁場コイルと同軸である少なくとも２つのミラー磁場コイルと、
を含み、
前記磁場コイルは、電流が供給された場合に、前記格納容器内にプラズマを閉じ込めるための磁場を形成するように動作可能であり、前記中央磁場コイルは、前記格納容器の内部の外側に配置される、核融合炉。
【請求項７】
前記格納容器の前記中間点に近接して位置する中央磁場コイルをさらに含み、前記中央磁場コイルは、前記少なくとも２つの内部磁場コイルと同軸である、請求項６に記載の核融合炉。
【請求項８】
前記少なくとも２つの内部磁場コイルは、前記中央磁場コイルと前記格納容器の前記第１の端部との間に位置する２つの内部磁場コイルと、前記中央磁場コイルと前記格納容器の前記第２の端部との間に位置する２つの内部磁場コイルと、を含み、
前記格納容器の前記中間点の各側に配置された前記１つ以上の閉じ込め磁場コイルは、第１の内部磁場コイルと前記格納容器の前記第１の端部との間に位置する２つ以上の閉じ込め磁場コイルの第１のセットと、第２の内部磁場コイルと前記格納容器の前記第２の端部との間に位置する２つ以上の閉じ込め磁場コイルの第２のセットと、を含み、
前記少なくとも２つのミラー磁場コイルは、前記格納容器の前記第１の端部に近接して位置する第１のミラー磁場コイルと、前記格納容器の前記第２の端部に近接して位置する第２のミラー磁場コイルと、を含む、請求項７に記載の核融合炉。
【請求項９】
前記少なくとも２つの内部磁場コイルは、各々トロイダル形状を含み、
前記閉じ込め磁場コイルは、実質的に正方形の断面を含む、
請求項６に記載の核融合炉。
【請求項１０】
前記少なくとも２つの内部磁場コイルは、前記格納容器の前記中間点の各側に２つの内部磁場コイルを含む、請求項６に記載の核融合炉。
【請求項１１】
前記少なくとも２つのミラー磁場コイルは、前記格納容器の前記中間点の各側に２つのミラー磁場コイルを含む、請求項６に記載の核融合炉。
【請求項１２】
前記磁場コイルに供給される前記電流は、
前記閉じ込め磁場コイルおよび前記少なくとも２つのミラー磁場コイルを第１の方向に流れる複数の第１の電流と、
前記少なくとも２つの内部磁場コイルを前記第１の方向と反対の第２の方向に流れる複数の第２の電流と、
を含む、請求項６に記載の核融合炉。
【請求項１３】
前記閉じ込め磁場コイルは、前記格納容器の外部にある、請求項６に記載の核融合炉。
【請求項１４】
核融合炉であって、前記核融合炉は、
格納容器の内部内に懸架された複数の内部磁場コイルであって、前記複数の内部磁場コイルのそれぞれは、前記内部磁場コイルを通して面を画定し、前記面は、前記内部磁場コイルから前記内部磁場コイルの中心に向かって内側に延びる内部領域と、前記内部磁場コイルから前記内部磁場コイルの中心と反対方向に外側に延びる外部領域とを有し、前記複数の内部磁場コイルは、前記複数の内部磁場コイルのそれぞれの前記外部領域および前記内部領域の少なくとも両方において、前記格納容器内にプラズマを閉じ込めるように動作可能である、複数の内部磁場コイルと、
前記複数の内部磁場コイルと同軸である１つ以上の中央磁場コイルと、
前記内部磁場コイルと同軸であり、前記格納容器内のプラズマが拡がることを防止する磁壁を維持するように動作可能である複数の閉じ込め磁場コイルと、
前記内部磁場コイルと同軸である複数のミラー磁場コイルと、
を含み、前記１つ以上の中央磁場コイルは、前記格納容器の内部の外側に配置される、核融合炉。
【請求項１５】
前記磁場コイルは、電流が供給された場合に、前記格納容器内にプラズマを閉じ込めるための磁場を形成するように動作可能であり、
前記電流は、前記閉じ込め磁場コイル、前記１つ以上の中央磁場コイル、および前記複数のミラー磁場コイルを第１の方向に流れる複数の第１の電流と、前記複数の内部磁場コイルを前記第１の方向と反対の第２の方向に流れる複数の第２の電流と、を含む、請求項１４に記載の核融合炉。
【請求項１６】
前記１つ以上の中央磁場コイルおよび前記閉じ込め磁場コイルは、前記格納容器の外部にある、請求項１４に記載の核融合炉。
【請求項１７】
前記複数の内部磁場コイルは、前記格納容器の中間点の各側に２つの内部磁場コイルを含み、
前記複数のミラー磁場コイルは、前記格納容器の前記中間点の各側に２つのミラー磁場コイルを含み、
前記１つ以上の中央磁場コイルは、前記格納容器の前記中間点の各側に１つの中央磁場コイルを含む、
請求項１４に記載の核融合炉。
【請求項１８】
前記複数の内部磁場コイルは、各々トロイダル形状を含み、
前記複数の閉じ込め磁場コイルは、各々実質的に正方形の断面を含む、
請求項１４に記載の核融合炉。
【請求項１９】
前記複数の内部磁場コイルは、前記格納容器の中間点の各側に１つの内部磁場コイルと、前記格納容器の前記中間点に位置する１つの内部磁場コイルと、を含み、
前記複数のミラー磁場コイルは、前記格納容器の前記中間点の各側に１つのミラー磁場コイルを含み、
前記１つ以上の中央磁場コイルは、前記格納容器の前記中間点の各側に１つの中央磁場コイルを含む、請求項１４に記載の核融合炉。
【請求項２０】
前記複数の閉じ込め磁場コイルは、前記格納容器の中間点の各側に２つ、３つ、４つ、または５つの閉じ込め磁場コイルを含む、請求項１４に記載の核融合炉。
【請求項２１】
前記格納容器が、前記格納容器内に前記プラズマを閉じ込めるためのチャンバを規定し、前記複数の内部磁場コイルのそれぞれが前記チャンバ内に配置され、前記中央磁場コイル、前記複数の閉じ込め磁場コイル、及び前記複数のミラー磁場コイルのそれぞれが前記チャンバの外側に配置される、請求項１に記載の核融合炉。
【請求項２２】
前記複数の内部磁場コイルのそれぞれが、前記内部磁場コイルを囲む少なくとも第１のシールディングを含み、前記複数の内部磁場コイルのそれぞれが、少なくとの１つの支持体によって前記格納容器内に懸架される、請求項１に記載の核融合炉。
【請求項２３】
前記少なくとも２つの内部磁場コイルのそれぞれが、前記内部磁場コイルを囲む少なくとも第１のシールディングを含み、前記少なくとも２つの内部磁場コイルのそれぞれが、少なくとの１つの支持体によって前記格納容器内に懸架される、請求項６に記載の核融合炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般的には核融合炉に関し、より具体的には、小型核融合動力のための磁場によるプラズマの閉じ込めに関する。
【背景技術】
【０００２】
核融合動力は、２つ以上の原子核が非常に高速で衝突して結合し、新たな種類の原子核を形成する核融合プロセスによって生成される動力である。核融合炉は、プラズマを閉じ込めて制御することによって、核融合動力を生成する装置である。典型的な核融合炉は、大型で複雑であり、車両に搭載することができない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
一実施形態によれば、核融合炉は、格納容器内に懸架された複数の内部磁場コイルと、複数の内部磁場コイルと同軸である１つ以上の中央磁場コイルと、内部磁場コイルと同軸である複数の閉じ込め磁場コイルと、内部磁場コイルと同軸である複数のミラー磁場コイルと、を含む。閉じ込め磁場コイルは、格納容器内のプラズマが拡がることを防止する磁壁を維持する。
【０００４】
特定の実施形態の技術的利点は、典型的な核融合炉よりも複雑でなく、構築するのに高価でない小型核融合炉を提供することを含むことができる。いくつかの実施形態は、トラック、航空機、船舶、列車、宇宙船、または潜水艦などの車両に搭載するのに十分なほど小型の核融合炉を提供することができる。いくつかの実施形態は、淡水化プラントまたは発電所で用いることができる核融合炉を提供することができる。他の技術的利点は、以下の図面、詳細な説明、および特許請求の範囲から当業者にとっては直ちに明らかになろう。さらに、特定の利点が上で列挙されているが、様々な実施形態は、列挙された利点のすべてを含む場合もあり、その一部を含む場合もあり、あるいはそれを全く含まない場合もあり得る。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】特定の実施形態による、核融合炉の例示的な用途を示す図である。
【図２】特定の実施形態による、核融合炉を用いる例示的な航空機システムを示す図である。
【図３Ａ】特定の実施形態による、例示的な核融合炉を示す図である。
【図３Ｂ】特定の実施形態による、例示的な核融合炉を示す図である。
【図４Ａ】図３Ａおよび図３Ｂの核融合炉の様々な実施形態のコイルの簡略化した図、ならびに、特定の実施形態による、コイルに通電する例示的なシステムを示す図である。
【図４Ｂ】図３Ａおよび図３Ｂの核融合炉の様々な実施形態のコイルの簡略化した図、ならびに、特定の実施形態による、コイルに通電する例示的なシステムを示す図である。
【図４Ｃ】図３Ａおよび図３Ｂの核融合炉の様々な実施形態のコイルの簡略化した図、ならびに、特定の実施形態による、コイルに通電する例示的なシステムを示す図である。
【図４Ｄ】図３Ａおよび図３Ｂの核融合炉の様々な実施形態のコイルの簡略化した図、ならびに、特定の実施形態による、コイルに通電する例示的なシステムを示す図である。
【図４Ｅ】図３Ａおよび図３Ｂの核融合炉の様々な実施形態のコイルの簡略化した図、ならびに、特定の実施形態による、コイルに通電する例示的なシステムを示す図である。
【図５】特定の実施形態による、図３Ａおよび図３Ｂの核融合炉内のプラズマを示す図である。
【図６】特定の実施形態による、図３Ａおよび図３Ｂの核融合炉の磁場を示す図である。
【図７】特定の実施形態による、図３Ａおよび図３Ｂの核融合炉の内部コイルを示す図である。
【図８】特定の実施形態による、図３Ａおよび図３Ｂの核融合炉の格納容器の破断図である。
【図９】特定の実施形態による、例示的なコンピュータシステムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
核融合炉は、核融合プロセスで用いられるプラズマを閉じ込めて制御することによって動力を生成する。通常、核融合炉は極めて大型で複雑な装置である。それらが極端に大きなサイズであるために、通常の核融合炉を車両に搭載することはできない。その結果、通常の核融合炉の有用性が制限される。
【０００７】
本開示の教示が認識するように、トラック、列車、航空機、船舶、潜水艦、宇宙船などの車両に搭載するのに十分なほど小さい小型核融合炉を提供することが望ましい。例えば、非集中型動力システムを提供することができる、トラックに搭載される小型核融合炉を提供することが望ましい場合があり得る。別の例として、航空機の航続距離および飛行時間を大きく広げる、航空機用の小型核融合炉を提供することが望ましい場合があり得る。さらに、発電所および淡水化プラントで用いることができる核融合炉を提供することが望ましい場合があり得る。以下では、核融合燃料（例えば、プラズマ）を収容し閉じ込めるための装置および方法について説明するが、この装置および方法によって、発電所ならびに航空宇宙、海上、および陸上の輸送車両などの車両で用いるための正味のエネルギーを生成するために、核融合燃料を加熱することが可能になる。
【０００８】
図１は、特定の実施形態による、核融合炉１１０の用途を示す。一例として、核融合炉１１０のいくつかの実施形態は、航空機１０１の１つ以上のエンジン（例えば、タービン）に熱を供給するために、航空機１０１によって利用される。航空機で１つ以上の核融合炉１１０を用いる特定の例は、図２を参照して以下でさらに詳細に説明する。別の例では、核融合炉１１０のいくつかの実施形態は、電気および推進力を供給するために、船舶１０２によって利用される。図１には船舶１０２として空母を示しているが、任意の種類の船舶（例えば、貨物船、クルーズ船など）が核融合炉１１０のいくつかの実施形態を用いてもよい。別の例として、核融合炉１１０のいくつかの実施形態は、非集中型動力を提供するために、または電気を必要とする遠隔領域に電力を供給するために、フラットベッドトラック１０３に搭載することができる。別の例として、核融合炉１１０のいくつかの実施形態は、送電網に電気を提供するために、発電所１０４によって用いることができる。図１には、核融合炉１１０の特定の用途を示しているが、本開示は図示した用途に限定されない。例えば、核融合炉１１０は、列車、淡水化プラント、宇宙船、潜水艦などの他の用途で用いることができる。
【０００９】
一般に、核融合炉１１０は、核融合プロセスで用いられるプラズマを閉じ込めて制御することによって動力を生成する装置である。核融合炉１１０は、核融合プロセスから、動力の様々な形態に変換することができる大量の熱を生成する。例えば、核融合炉１１０によって生成された熱は、タービンおよび発電機を駆動するための蒸気を生成するために用いることができ、それによって、電気を生成することができる。別の例として、図２を参照してさらに以下で説明するように、核融合炉１１０によって生成された熱は、燃焼器の代わりに航空機のターボファンまたはファンジェットエンジンのタービンによって直接用いることができる。
【００１０】
核融合炉１１０は、任意の所望の用途のための任意の所望の出力を有するように、規模を拡大・縮小することができる。例えば、核融合炉１１０の一実施形態は、約１０ｍ×７ｍとすることができ、約１００ＭＷの総熱出力を有することができる。他の実施形態では、核融合炉１１０は、用途に応じてより大きくまたはより小さくすることができ、より大きいまたはより小さい熱出力を有することができる。例えば、核融合炉１１０は、２００ＭＷ以上の総熱出力を有するために、規模を拡大することができる。
【００１１】
図２は、特定の実施形態による、１つ以上の核融合炉１１０を用いる例示的な航空機システム２００を示す。航空機システム２００は、１つ以上の核融合炉１１０、燃料処理装置２１０、１つ以上の補助動力部（ＡＰＵ）２２０、ならびに１つ以上のターボファン２３０を含む。核融合炉１１０は、１つ以上の熱伝達ラインを用いてターボファン２３０に（例えば、直接または燃料処理装置２１０を経由して）熱い冷却材２４０を供給する。いくつかの実施形態では、熱い冷却材２４０は、ＦＬｉＢｅ（すなわち、フッ化リチウム（ＬｉＦ）およびフッ化ベリリウム（ＢｅＦ２）の混合物）またはＬｉＰｂである。いくつかの実施形態では、熱い冷却材２４０は、さらにＡＰＵ２２０に供給される。ターボファン２４０によって用いられると、戻り冷却材２５０は核融合炉１１０に戻されて加熱され、再び用いられる。いくつかの実施形態では、戻り冷却材２５０は、核融合炉１１０に直接供給される。いくつかの実施形態では、戻り冷却材２５０は、さらにＡＰＵ２２０から核融合炉１１０に供給することができる。
【００１２】
一般に、航空機システム２００は、熱い冷却材２４０を介してターボファン２３０に熱を提供するために、１つ以上の核融合炉１１０を用いる。通常、ターボファンは吸気を加熱するためにジェット燃料を燃焼させる燃焼器を用い、それによって推力を生成する。しかし、航空機システム２００では、ターボファン２３０の燃焼器は、吸気を加熱するために１つ以上の核融合炉１１０によって提供される熱い冷却材２４０を用いる熱交換器と置き換えられている。これは、通常のターボファンに勝る多くの利点を提供することができる。
例えば、ターボファン２４０がジェット燃料を燃焼させる燃焼器なしで動作することを可能にすることにより、航空機１０１の航続距離を大きく延長することができる。さらに、ジェット燃料の必要性を極めて低減または除去することによって、航空機１０１の運転費を著しく低減することができる。
【００１３】
図３Ａおよび図３Ｂは、特定の実施形態による、図１の例示的な用途で用いることができる核融合炉１１０を示す。一般に、核融合炉１１０は、内部カスプ磁場コイルを用いて生成されたプラズマが拡がるのを防止するために、閉じ込め磁場コイル１５０が用いられる閉じ込め線形リングカスプ核融合炉である。いくつかの実施形態では、核融合炉１１０は、図示するように格納容器１２０の中心を通る中心線１１５を有する格納容器１２０を含む。いくつかの実施形態では、格納容器１２０は、真空チャンバを含み、図７を参照して後述するような断面を有する。核融合炉１００は、内部コイル１４０（例えば、内部コイル１４０ａおよび１４０（別名「カスプ」コイル））、閉じ込めコイル１５０、およびミラーコイル１６０（例えば、ミラーコイル１６０ａおよび１６０ｂ）を含む。内部コイル１４０は、任意の適切な方法によって格納容器１２０内に懸架され、中心線１１５上に中心がある。閉じ込めコイル１５０もまた、中心線１１５上に中心があり、格納容器１２０の内部にあってもよく、あるいは外部にあってもよい。例えば、閉じ込めコイル１５０は、いくつかの実施形態では、格納容器１２０内に懸架することができる。他の実施形態では、閉じ込めコイル１５０は、図３Ａおよび図３Ｂに示すように格納容器１２０の外部にあってもよい。
【００１４】
一般に、核融合炉１００は、核融合プロセスのための格納容器１２０内にプラズマ３１０を制御し閉じ込めることによって動力を供給する。内部コイル１４０、閉じ込めコイル１５０、およびミラーコイル１６０が通電され、プラズマ３１０を図３Ｂおよび図５に示す形状などの形状に閉じ込める磁場を形成する。それから、重水素および三重水素ガスなどの特定のガスが反応して、プラズマ３１０および格納容器１２０の壁を加熱する高エネルギー粒子を生成する。それから、発生した熱は、例えば、車両に動力を供給するために使用することができる。ＦＬｉＢｅまたはＬｉＰｂなどの液体金属冷却材は、核融合炉１１０の壁から航空機のエンジンへ熱を運ぶことができる。いくつかの実施形態では、ガスタービンエンジンの燃焼器を、核融合炉１１０から発生した熱を利用する熱交換器に置き換えることができる。いくつかの実施形態では、磁気流体力学（ＭＨＤ）プロセスにより、核融合炉１１０から電力を抽出することもできる。
【００１５】
核融合炉１１０は、閉じ込め線形リングカスプ核融合装置である。いくつかの実施形態では、主要なプラズマ閉じ込めは、いずれかの側に軸方向に配置された２つのスピンドルカスプ（例えば、内部コイル１４０）を有する中央リニアリングカスプ（例えば、中央コイル１３０）によって達成される。それから、これらの閉じ込め領域は、ミラーコイル１６０によって提供される同軸ミラー磁場内に（例えば、閉じ込めコイル１５０により）閉じ込めされる。
【００１６】
核融合炉１１０の磁場は、様々なサイズおよび電流の同軸上に配置された磁場コイルによって提供される。中央領域のリングカスプ損失は、スピンドルカスプ内への再循環により緩和される。再循環する流れは、閉じ込めコイル１５０により提供される閉じ込め磁場によって、安定かつ小型化される。主要な閉じ込め領域からの外方向拡散損失および軸方向損失は、閉じ込めコイル１５０により提供される閉じ込め磁場の強いミラー磁場によって緩和される。核融合エネルギー生成装置として機能するために、熱が閉じ込められたプラズマ３１０に付加され、核融合反応が生じて熱を生成する。この熱は収集されて、有用な熱、仕事、および／または電力を生成することができる。
【００１７】
いくつかの実施形態では、特定の目的に適した閉じ込め領域を生成するために、追加のコイルを用いて閉じ込め領域の形状を変更することができる。例えば、中央閉じ込めウエルは、より球形に拡張することができ、非熱的核融合方式のために体積を増大させ、適合性を向上させることができる。別の例は、中央領域をより細長い葉巻状に伸長することであり、これは、おそらく航空宇宙ビークルにより容易に一体化するため、またはより容易に動力変換するため、または増殖などの表面壁効果のためである。特定の実施形態では、スタック全体が軸上の２つのスピンドルカスプによってキャップされた状態であるように、損失を大きくすることなく核融合体積を拡張させるために、追加の中央セルを用いることができる。これは、システムをモジュール化し、動力ニーズに対して所与の設備の出力を調整する方法として役立つ。
【００１８】
核融合炉１１０は、既存のシステムを上回る改良であるが、それは部分的には、全体的なＭＨＤ安定性を確保することができ、さらにヌルラインに沿って移動する粒子の散乱により、連続する閉じ込め領域による損失がより多く分離されるからである。この特徴は、中心線に沿って移動する粒子が直ちにシステムの外に通過することは起こりにくいが、システムを離れる多数の散乱事象が起こることを意味する。これは、装置内の粒子の寿命を増加させ、有用な核融合動力を生成する核融合炉の能力を向上させる。
【００１９】
核融合炉１１０は新規な磁場構成を有しており、それは全体的なＭＨＤ安定性を示し、開いた磁力線により粒子損失を最小にし、利用可能な磁場エネルギーのすべてを使用し、大幅に簡素化された工学的設計を有している。磁場の効率的な使用は、開示する実施形態が、通常のシステムよりも一桁小さくすることができ、発電プラントの資本コストを大幅に低減できることを意味する。さらに、コストを低減することによって、各設計サイクルが通常のシステムよりもずっと速く完了することができるように、コンセプトをより速く展開することができる。一般に、開示した実施形態は、既存のシステムよりも、はるかに物理リスクが少なく、より簡素で、より安定した設計を有する。
【００２０】
格納容器１２０は、核融合反応を収容するための任意の適切なチャンバまたは装置である。いくつかの実施形態では、格納容器１２０は、略円筒形の真空チャンバである。他の実施形態では、格納容器１２０は、円筒形以外の形状であってもよい。いくつかの実施形態では、図示するように、格納容器１２０は、格納容器１２０の中心軸を通る中心線１１５を有する。いくつかの実施形態では、格納容器１２０は、第１の端部３２０および第１の端部３２０に対向する第２の端部３３０を有する。いくつかの実施形態では、格納容器１２０は、第１の端部３２０と第２の端部３３０との間で実質的に等距離である中間点３４０を有する。格納容器１２０の特定の実施形態の断面については、図８を参照して後で説明する。
【００２１】
核融合炉１１０のいくつかの実施形態は、中央コイル１３０を含むことができる。中央コイル１３０は、一般に格納容器１２０の中間点３４０に近接して配置される。いくつかの実施形態では、中央コイル１３０は、中心線１１５上に中心があり、内部コイル１４０と同軸である。中央コイル１３０は、格納容器１２０の内部にあってもよいし、外部にあってもよく、中間点３４０に対して任意の適切な軸方向位置に配置されてもよく、任意の適切な半径を有してもよく、任意の適切な電流を流してもよく、任意の適切なアンペアターンを有していてもよい。
【００２２】
内部コイル１４０は、格納容器１２０内に懸架され、あるいは配置された任意の適切な磁場コイルである。いくつかの実施形態では、内部コイル１４０は、超電導磁場コイルである。いくつかの実施形態では、図３Ｂに示すように、内部コイル１４０はトロイダル形状である。いくつかの実施形態では、内部コイル１４０は、中心線１１５上に中心がある。いくつかの実施形態では、内部コイル１４０は、２つのコイル、すなわち、格納容器１２０の中間点３４０と第１の端部３２０との間に配置された第１の内部コイル１４０ａと、格納容器１２０の中間点３４０と第２の端部３３０との間に配置された第２の内部コイル１４０ｂと、を含む。内部コイル１４０は、中間点３４０に対して任意の適切な軸方向位置に配置されてもよく、任意の適切な半径を有してもよく、任意の適切な電流を流してもよく、任意の適切なアンペアターンを有していてもよい。内部コイル１４０の特定の実施形態については、図７を参照して後でより詳細に説明する。
【００２３】
閉じ込めコイル１５０は、任意の適切な磁場コイルであり、一般に内部コイル１４０よりも大きな直径を有する。いくつかの実施形態では、閉じ込めコイル１５０は、中心線１１５上に中心があり、内部コイル１４０と同軸である。一般に、閉じ込めコイル１５０は、内部コイル１４０を閉じ込めして、磁気圏内部の内部コイル１４０の本来の磁力線を閉じるように動作する。これらの磁力線を閉じることによって、開いた磁力線の範囲を低減し、再循環により損失を低減することができる。また閉じ込めコイル１５０は、プラズマ３１０が拡がることを防止する磁壁を維持することによって、核融合炉１１０のＭＨＤ安定性を保持している。閉じ込めコイル１５０は、正方形または円形などの任意の適切な断面を有する。いくつかの実施形態では、閉じ込めコイル１５０は、格納容器１２０内に懸架される。他の実施形態では、図３Ａおよび図３Ｂに示すように、閉じ込めコイル１５０は、格納容器１２０の外部にあってもよい。閉じ込めコイル１５０は、中間点３４０に対して任意の適切な軸方向位置に配置されてもよく、任意の適切な半径を有してもよく、任意の適切な電流を流してもよく、任意の適切なアンペアターンを有していてもよい。
【００２４】
核融合炉１１０は、任意の数の、任意の配置の閉じ込めコイル１５０を含むことができる。いくつかの実施形態では、閉じ込めコイル１５０は、格納容器１２０の中間点３４０の各側に位置する少なくとも１つの閉じ込めコイル１５０を含む。例えば、核融合炉１１０は、２つ閉じ込めコイル１５０、すなわち、格納容器１２０の中間点３４０と第１の端部３２０との間に位置する第１の閉じ込めコイル１５０と、格納容器１２０の中間点３４０と第２の端部３３０との間に位置する第２の閉じ込めコイル１５０と、を含むことができる。いくつかの実施形態では、核融合炉１１０は、合計で２つ、４つ、６つ、８つまたは任意の他の偶数個の閉じ込めコイル１５０を含む。特定の実施形態では、核融合炉１１０は、内部コイル１４０ａと格納容器１２０の第１の端部３２０との間に位置する２つの閉じ込めコイル１５０の第１セットと、内部コイル１４０ｂと格納容器１２０の第２の端部３３０との間に位置する２つの閉じ込めコイル１５０の第２のセットと、を含む。特定の数の、特定の配置の閉じ込めコイル１５０を開示しているが、任意の適切な数の、任意の適切な配置の閉じ込めコイル１５０を核融合炉１１０が利用することができる。
【００２５】
ミラーコイル１６０は、一般に格納容器１２０の端部（すなわち、第１の端部３２０および第２の端部３３０）に近接して配置された磁場コイルである。いくつかの実施形態では、ミラーコイル１６０は、中心線１１５上に中心があり、内部コイル１４０と同軸である。一般に、ミラーコイル１６０は、軸方向カスプ損失を減少させ、他の既存の再循環方式では満たされない条件である平均最小−βをすべての再循環磁力線が満足するようにするのに役立つ。いくつかの実施形態では、ミラーコイル１６０は、２つのミラーコイル１６０、すなわち、格納容器１２０の第１の端部３２０に近接して位置する第１のミラーコイル１６０ａと、格納容器１２０の第２の端部３３０に近接して位置する第２のミラーコイル１６０ｂと、を含む。ミラーコイル１６０は、格納容器１２０の内部にあってもよいし、外部にあってもよく、中間点３４０に対して任意の適切な軸方向位置に配置されてもよく、任意の適切な半径を有してもよく、任意の適切な電流を流してもよく、任意の適切なアンペアターンを有していてもよい。
【００２６】
いくつかの実施形態では、コイル１３０、１４０、１５０、および１６０は、一定の制約に従って設計または選択される。例えば、コイル１３０、１４０、１５０、および１６０は、以下を含む制約に従って設計することができる。すなわち、高い必要な電流（いくつかの実施形態では約１０メガアンペアターンの最大値）、定常連続動作、真空設計（プラズマ衝突から保護されている）、トロイダル形状、脱ガス制限１５０Ｃ焼き出しと互換性のある材料、熱蓄積、およびショット間の冷却である。
【００２７】
核融合炉１１０は、１つ以上の熱入射装置１７０を含むことができる。熱入射装置１７０は、一般的に、プラズマ３１０を加熱するために任意の適切な熱を核融合炉１１０に加えることができるように動作可能である。いくつかの実施形態では、例えば、熱入射装置１７０は、核融合炉１１０内のプラズマ３１０を加熱するために、中性のビームを追加するために使用することができる。
【００２８】
動作中、核融合炉１１０は、少なくとも内部コイル１４０、閉じ込めコイル１５０、およびミラーコイル１６０を用いて核融合プロセスのためのプラズマ３１０の形状を制御することにより、核融合動力を生成する。内部コイル１４０および閉じ込めコイル１５０が通電され、図３Ｂおよび図５に示すような形状にプラズマ３１０を閉じ込める磁場を形成する。それから、重水素および三重水素などのガスが反応して、プラズマ３１０および格納容器１２０の壁を加熱する高エネルギー粒子を生成することができる。それから、発生した熱を動力に用いることができる。例えば、液体金属冷却材は、核融合炉の壁から航空機のエンジンに熱を運ぶことができる。いくつかの実施形態では、ＭＨＤにより核融合炉１１０から電力を抽出することもできる。
【００２９】
プラズマ３１０の体積を拡大し、より良好な最小−βジオメトリを形成するために、内部コイルの数を増やして、カスプを形成することができる。核融合炉１１０のいくつかの実施形態では、外部「ソレノイド」磁場（すなわち、閉じ込めコイル１５０によって提供される磁場）によって閉じ込めを得るために、内部コイル１４０、中央コイル１３０、およびミラーコイル１６０の和は奇数である。これによって、リングカスプ磁場を形成し、閉じ込めするセパラトリックスを破壊することを回避する。交互に分極する２つの内部コイル１４０および中央コイル１３０は、カスプ内の最小β特性を有する磁気ウエルおよび準球状のコアプラズマ体積を与える。２つの軸方向「ミラー」コイル（すなわち、ミラーコイル１６０）を追加することは、軸方向カスプ損失を減少させ、より重要なことには、他の既存の再循環方式では満たされない条件である平均最小−βをすべての再循環磁力線が満足するようにするのに役立つ。いくつかの実施形態では、ウエル内により多くのプラズマ体積を生成するために、内部コイル１４０の追加のペアを加えることができる。しかし、このような追加は、核融合炉１１０のコストおよび複雑さを増大させ、プラズマ３１０内部のコイルのための追加のサポートを必要とする場合がある。
【００３０】
核融合炉１１０の図示した実施形態では、内部コイル１４０だけがプラズマ３１０内にある。いくつかの実施形態では、内部コイル１４０は、図７に示す支持体７５０などの１つ以上の支持体により格納容器１２０内に懸架されている。支持体は、中央コアプラズマウエルの外側にあるが、依然として高いプラズマ束を受ける可能性がある。あるいは、いくつかの実施形態の内部コイル１４０は、浮揚することができ、これによって、プラズマ３１０内に支持構造を設けることのリスクおよび複雑さが取り除かれるであろう。
【００３１】
図４Ａは、核融合炉１１０の一実施形態のコイルの簡略化した図、およびコイルに通電する例示的なシステムを示す。この実施形態では、磁場の幾何学的形状は、単純な磁石技術により生成することができる磁場によって適切なイオン磁化を達成するのに必要な最小サイズになるように、サイズが決められる。適切なイオン磁化は、再循環領域の幅に対して、設計平均イオンエネルギーにおいて、約５イオンジャイロ半径であると考えられた。１００ｅＶプラズマ温度の設計エネルギーでは１３イオン拡散ジャンプがあり、最大の２０ＫｅＶプラズマエネルギーでは６．５イオンジャンプがある。これは、カスプにおいて２．２Ｔの合理的な磁場を維持し、適度な装置サイズを維持するための最低値である。
【００３２】
図４Ａに示すように、核融合炉１１０の特定の実施形態は、２つのミラーコイル１６０、すなわち、格納容器の第１の端部３２０に近接して位置する第１のミラーコイル１６０ａと、格納容器１２０の第２の端部３３０に近接して位置する第２の磁場コイル１６０ｂと、を含む。また核融合炉１１０の特定の実施形態は、格納容器１２０の中間点３４０に近接して位置する中央コイル１３０を含む。また核融合炉１１０の特定の実施形態は、２つの内部コイル１４０、すなわち、中央コイル１３０と格納容器１２０の第１の端部３２０との間に位置する第１の内部コイル１４０ａと、中央コイル１３０と格納容器１２０の第２の端部３３０との間に位置する第２の内部コイル１４０ｂと、を含む。さらに、核融合炉１１０の特定の実施形態は、２つ以上の閉じ込めコイル１５０を含むことができる。例えば、核融合炉１１０は、第１の内部コイル１４０ａと格納容器１２０の第１の端部３２０との間に位置する２つの閉じ込めコイル１５０の第１セットと、第２の内部コイル１４０ｂと格納容器１２０の第２の端部３３０との間に位置する２つの閉じ込めコイル１５０の第２のセットと、を含むことができる。いくつかの実施形態では、核融合炉１１０は、任意の偶数個の閉じ込めコイル１５０を含むことができる。いくつかの実施形態では、閉じ込めコイル１５０は、図４Ａに示した位置ではなく、中心線１１５に沿った任意の適切な位置に配置することができる。一般的には、内部コイル１４０、さらにミラーコイル１６０および閉じ込めコイル１５０は、プラズマ３１０の所望の形状を得るための正確な形状に磁場を維持するために、中心線１１５に沿った任意の適切な位置に配置することができる。
【００３３】
いくつかの実施形態では、図４Ａ〜図４Ｅに示すように、コイル１３０、１４０、１５０、および１６０に電流が供給される。これらの図では、各コイルは、中心線１１５に沿って分割されており、各端部に「Ｘ」または「Ｏ」のいずれかを付した矩形で表されている。「Ｘ」は紙面に流れ込む電流を表し、「Ｏ」は紙面から流れ出る電流を表す。この命名法を用いると、図４Ａ〜図４Ｅは、核融合炉１１０のこれらの実施形態では、閉じ込めコイル１５０、中央コイル１３０、およびミラーコイル１６０を同じ方向に（すなわち、コイルの上部では紙面の中に）電流が流れ、内部コイル１４０を反対方向に（すなわち、コイルの底部では紙面の中に）電流が流れることを示している。
【００３４】
いくつかの実施形態では、核融合炉１１０の幾何学的形状は、コイルの相対電流に敏感であり得るが、この問題は制御を可能にするために適切に分離することができる。まず、コイルの対向するペアへの電流は、軸方向に非対称性が存在しないことを保証するために、直列に駆動することができる。いくつかの実施形態における磁場は、中央の３つのコイル（例えば、内部コイル１４０および中央コイル１３０）に最も敏感である。内部コイル１４０の電流を固定すると、中央磁気ウエルの形状を微調整するために、中央コイル１３０の電流を調整することができる。磁束の増加が球を軸方向の形状に「圧迫する」ので、中央コイル１３０の電流を増加させることにより、この領域を軸方向に向いた「バーベル」形状に変更することができる。あるいは、中央コイル１３０の電流を減少させることができ、その結果、中間点３４０においてリング状の磁気ウエルを得ることができる。中央コイル１３０の半径は、リングカスプのヌルラインが、内部コイル１４０にどのくらい近いかを設定するが、このヌルラインを中央コイル１３０と内部コイル１４０との間の隙間の中央に近づけて閉じ込めを改善させるように、選択することができる。
【００３５】
内部コイル１４０の半径は、中央ウエルの点カスプとリングカスプとの間の相対的な場の強度のバランスを設定するのに役立つ。ベースラインサイズは、これらの磁場の値がほぼ等しくなるように選択することができる。この領域の相対的な磁束を増加させることによりリングカスプ損失を低減することが好ましいが、バランス手法がより望ましい場合がある。
【００３６】
いくつかの実施形態では、磁界がミラーコイル１６０および閉じ込めコイル１５０にそれほど敏感ではないが、その寸法は、プラズマ３１０の所望の形状が得られるように選択するべきである。いくつかの実施形態では、ミラーコイル１６０は、より複雑な磁石を必要とせずに、できるだけ強くなるように選択することができ、ミラーコイル１６０の半径は、装置の中央への良好な診断アクセスを維持するように選択することができる。いくつかの実施形態は、ミラーコイル１６０を縮小することで利益を得ることができ、それによって、低減された軸方向診断アクセスを犠牲にするけれども、より少ない電流でより高いミラー比を達成することができる。
【００３７】
一般に、閉じ込めコイル１５０は、核融合炉１１０内の他のコイルよりも、より弱い磁場を有する。したがって、閉じ込めコイル１５０の位置決めは、他のコイルほど重大ではない。いくつかの実施形態では、閉じ込めコイル１５０の位置は、診断のためにコアへの連続するアクセスが維持されるように規定される。いくつかの実施形態では、内部コイル１４０をサポートするために、偶数個の閉じ込めコイル１５０を選択することができる。閉じ込めコイル１５０の直径は、一般的に内部コイル１４０の直径よりも大きく、製造および円筒形の格納容器１２０への共通の取り付けを容易にするために、すべて同じであってもよい。いくつかの実施形態では、閉じ込めコイル１５０をプラズマ境界に内向きに移動させることができるが、これは核融合炉１１０の製造可能性および熱伝達特性に影響を及ぼすことがある。
【００３８】
いくつかの実施形態では、核融合炉１１０は、中央コイル１３０、内部コイル１４０、閉じ込めコイル１５０、およびミラーコイル１６０に通電するための様々なシステムを含む。例えば、中央コイルシステム４１０、閉じ込めコイルシステム４２０、ミラーコイルシステム４３０、および内部コイルシステム４４０は、いくつかの実施形態において利用することができる。コイルシステム４１０〜４４０およびコイル１３０〜１６０は、図４Ａに示すように結合することができる。コイルシステム４１０〜４４０は、コイル１３０〜１６０を流れる任意の適切な量の電流を駆動するための任意の適切なシステムであってもよい。中央コイルシステム４１０は中央コイル１３０を駆動するために利用することができ、閉じ込めコイルシステム４２０は閉じ込めコイル１５０を駆動するために利用することができ、ミラーコイルシステム４３０はミラーコイル１６０を駆動するために利用することができ、内部コイルシステム４４０は内部コイル１４０を駆動するために利用することができる。他の実施形態では、図４Ａに示したものよりもより多くのまたはより少ないコイルシステムを利用することができる。一般的に、コイルシステム４１０〜４４０はバッテリバンクなどの任意の適切な電源を含むことができる。
【００３９】
図４Ｂは、核融合炉１１０の別の実施形態のコイル１３０〜１６０を示す。この実施形態では、核融合炉１１０は、１つの中央コイル１３０、２つの内部コイル１４０、および２つのミラーコイル１６０を含む。さらに、核融合炉１１０のこの実施形態は、６つの閉じ込めコイル１５０を含む。コイル１３０〜１６０の特定の位置を図示しているが、コイル１４０〜１６０は、格納容器１２０内のプラズマ３１０の所望の形状を維持するために、中心線１１５に沿った任意の適切な位置に配置することができる。
【００４０】
図４Ｃは、核融合炉１１０の別の実施形態のコイル１３０〜１６０を示す。この実施形態では、核融合炉１１０は、２つの中央コイル１３０、３つの内部コイル１４０、および２つのミラーコイル１６０を含む。さらに、核融合炉１１０のこの実施形態は、６つの閉じ込めコイル１５０を含む。コイル１３０〜１６０の特定の位置を図示しているが、コイル１４０〜１６０は、格納容器１２０内のプラズマ３１０の所望の形状を維持するために、中心線１１５に沿った任意の適切な位置に配置することができる。
【００４１】
図４Ｄは、核融合炉１１０の別の実施形態のコイル１３０〜１６０を示す。この実施形態では、核融合炉１１０は、２つの中央コイル１３０、４つの内部コイル１４０、および４つのミラーコイル１６０を含む。さらに、核融合炉１１０のこの実施形態は、８つの閉じ込めコイル１５０を含む。コイル１３０〜１６０の特定の位置を図示しているが、コイル１４０〜１６０は、格納容器１２０内のプラズマ３１０の所望の形状を維持するために、中心線１１５に沿った任意の適切な位置に配置することができる。
【００４２】
図４Ｅは、核融合炉１１０の別の実施形態のコイル１３０〜１６０を示す。この実施形態では、核融合炉１１０は、１つの中央コイル１３０、４つの内部コイル１４０、および４つのミラーコイル１６０を含む。さらに、核融合炉１１０のこの実施形態は、４つの閉じ込めコイル１５０を含む。コイル１３０〜１６０の特定の位置を図示しているが、コイル１４０〜１６０は、格納容器１２０内のプラズマ３１０の所望の形状を維持するために、中心線１１５に沿った任意の適切な位置に配置することができる。
【００４３】
以上、図４Ａ〜図４Ｅの様々な実施形態に示したように、核融合炉１１０の実施形態は、内部コイル１４０、閉じ込めコイル１５０、およびミラーコイル１６０の、任意の適切な個数、組み合わせ、および間隔を有してもよい。一般に、核融合炉１１０は、１つの中央コイル１３０、２つ以上の内部コイル１４０（例えば、２つ、４つ、６つなど）、２つ以上のミラーコイル１６０（例えば、２つ、４つ、６つなど）、ならびに内部コイル１４０を閉じ込めする磁場を提供する１つ以上の閉じ込めコイル１５０を有する。本開示は、内部コイル１４０、閉じ込めコイル１５０、およびミラーコイル１６０の、任意の個数、組み合わせ、および間隔を予想しており、図示した実施形態に限定されるものではない。
【００４４】
図５は、中央コイル１３０、内部コイル１４０、閉じ込めコイル１５０、およびミラーコイル１６０により成形されて閉じ込められた、格納容器１２０内のプラズマ３１０を示す。図示するように、外部ミラー磁場がミラーコイル１６０によって提供される。リングカスプ流れは、ミラー内部に収容される。閉じ込めコイル１５０によって提供されたトラップされ磁化されたシース５１０は、プラズマ３１０の脱離を防止する。トラップされ磁化されたシース５１０は、プラズマ３１０を再循環させる磁気壁であり、プラズマ３１０が外向きに拡がるのを防止する。したがって、再循環の流れは、より強い磁場中に留まるように強制される。これは、小型で効率的な円筒形状における完全な安定性を提供する。さらに、核融合炉１１０から出て行くプラズマによる唯一の損失は、中心線１１５に沿った核融合炉１１０の端部の２つの小さな点カスプにおいて生じる。これは、プラズマが他の場所において脱離し出て行く典型的な設計に対する改良である。
【００４５】
核融合炉１１０の特定の実施形態の損失も、図５に示してある。上述したように、核融合炉１１０から出て行くプラズマによる唯一の損失は、中心線１１５に沿った核融合炉１１０の端部の２つの小さな点カスプにおいて生じる。他の損失は、内部コイル１４０および軸方向カスプ損失による拡散損失を含む場合がある。さらに、内部コイル１４０が１つ以上の支持体（例えば、「ストーク」）で格納容器１２０内に懸架される実施形態では、核融合炉１１０は、支持体によるリングカスプ損失を含む場合がある。
【００４６】
いくつかの実施形態では、内部コイル１４０は、拡散損失を低減するように設計することができる。例えば、核融合炉１１０の特定の実施形態は、磁場の形状に適合するように構成された内部コイル１４０を含むことができる。これによって、磁力線に追従するプラズマ３１０が内部コイル１４０に接触するのを回避することができ、それによって、損失を低減または除去することができる。共形な形状を示す内部コイル１４０の例示的な実施形態については、図７を参照して後で説明する。
【００４７】
図６は、核融合炉１１０の特定の実施形態の磁場を示す。一般に、核融合炉１１０は、高いベータ動作に必要となる中央ウエルを有し、かつ、より高いプラズマ密度を達成するように設計される。図６に示すように、磁場は３枚の磁気ウエルを含むことができる。中央の磁気ウエルは、高ベータを伴って拡がることができ、すべての３つの磁気ウエルで核融合が生ずる。別の望ましい特徴は、リングカスプ損失を抑制することである。図６に示すように、リングカスプが相互に接続されて、再循環する。さらに、すべての領域で良好なＭＨＤ安定性が要求される。図６に示すように、２つの磁場だけの浸透が必要であり、ＭＨＤ交換はあらゆる所で満足される。
【００４８】
いくつかの実施形態では、電流を減少させ、例えばより弱いカスプを生成し、リングと点カスプとのバランスを変化させることにより、コイルを再配置することなく、磁場を変更することができる。また電流の極性も、ミラー型磁場と、さらに閉じ込めミラーとを形成するために、逆転させることができる。さらに、コイルの物理的位置を変更することができる。
【００４９】
図７は、核融合炉１１０の内部コイル１４０の例示的な実施形態を示す。この実施形態では、内部コイル１４０は、コイル巻線７１０、内側シールド７２０、層７３０、および外側シールド７４０を含む。いくつかの実施形態では、内部コイル１４０は、１つ以上の支持体７５０で格納容器１２０内に懸架されてもよい。コイル巻線７１０は、幅７１５を有することができ、内側シールド７２０によって全体的または部分的に覆われてもよい。内側シールド７２０は、厚さ７２５を有することができ、層７３０によって全体的または部分的に覆われてもよい。層７３０は、厚さ７３５を有することができ、外側シールド７４０により全体的または部分的に覆われてもよい。外側シールドは、厚さ７４５を有することができ、格納容器１２０内の磁場と共形な形状を有してもよい。いくつかの実施形態では、内部コイル１４０は、約１．０４ｍの全体の直径を有することができる。
【００５０】
コイル巻線７１０は、超電導コイルを形成し、典型的には閉じ込めコイル１５０、中央コイル１３０、およびミラーコイル１６０と反対方向の電流を運ぶ。いくつかの実施形態では、コイル巻線の幅７１５は約２０ｃｍである。コイル巻線７１０は、内側シールド７２０によって囲まれてもよい。内側シールド７２０は、構造的な支持を提供し、残留中性子束を減少させ、不純物に起因するガンマ線をシールドする。内側シールド７２０は、タングステン、あるいは中性子およびガンマ線を停止させることができる他の任意の材料から作製することができる。いくつかの実施形態では、内側シールド７２０の厚さ７２５は約１１．５ｃｍである。
【００５１】
いくつかの実施形態では、内側シールド７２０は、層７３０に囲まれている。層７３０は、リチウム（例えば、リチウム−６）で形成され、約５ｍｍの厚さ７３５を有することができる。層７３０は、外側シールド７４０によって囲まれてもよい。外側シールド７４０は、ＦＬｉＢｅで作製することができ、約３０ｃｍの厚さ７４５を有することができる。いくつかの実施形態では、損失を低減するために、外側シールドは、格納容器１２０内の磁界と共形であってもよい。例えば、外側シールド７４０は、トロイドを形成することができる。
【００５２】
図８は、核融合炉１１０の特定の実施形態の格納容器１２０の破断図である。いくつかの実施形態では、格納容器１２０は、１つ以上の内側ブランケット部分８１０と、外側ブランケット８２０と、上述した１つ以上の層７３０と、を含む。図示した実施形態では、格納容器１２０は、３の層７３０によって分離された３つの内側ブランケット部分８１０を含む。他の実施形態は、任意の個数または構成の、内側ブランケット部分８１０、層７３０、および外側ブランケット８２０を有することができる。いくつかの実施形態では、格納容器１２０は、多くの場所で約８０ｃｍの総厚さ１２５を有することができる。他の実施形態では、格納容器１２０は、多くの場所で約１．５０ｍの総厚さ１２５を有することができる。しかし、厚さ１２５は、格納容器１２０内の磁場の形状に応じて、格納容器１２０の長さ全体にわたって変化することができる（すなわち、格納容器１２０の内部形状は、図３ｂに示すように磁場に適合することができ、したがって均一な厚さ１２５でなくてもよい）。
【００５３】
いくつかの実施形態では、内側ブランケット部分８１０は、約７０ｃｍの複合厚さ８１５を有する。他の実施形態では、内側ブランケット部分８１０は、約１２６ｃｍの複合厚さ８１５を有する。いくつかの実施形態では、内側ブランケット部分は、Ｂｅ、ＦＬｉＢｅなどの材料で形成される。
【００５４】
外側ブランケット８２０は、放射線被曝によって放射性となる傾向がない任意の低放射化材料である。例えば、外側ブランケット８２０は、鉄または鋼とすることができる。いくつかの実施形態では、外側ブランケット８２０は、約１０ｃｍの厚さ８２５を有することができる。
【００５５】
図９は、例示的なコンピュータシステム９００を示す。特定の実施形態では、１つ以上のコンピュータシステム９００は、コンピュータ化された制御を必要とする任意の態様のために、核融合炉１１０によって利用される。特定の実施形態は、１つ以上のコンピュータシステム９００の１つ以上の部分を含む。本明細書では、コンピュータシステムへの言及は、コンピューティングデバイスを包含することができ、また適切な場合には、その逆も可能である。さらに、コンピュータシステムへの言及は、適切な場合には、１つ以上のコンピュータシステムを包含することができる。
【００５６】
本開示は、任意の好適な数のコンピュータシステム９００を想定している。本開示は、任意の好適な物理的形式をとるコンピュータシステム９００を想定している。例としては、これらに限定されないが、コンピュータシステム９００は、組込みコンピュータシステム、システムオンチップ（ＳＯＣ）、シングルボードコンピュータ（ＳＢＣ）（例えば、コンピュータオンモジュール（ＣＯＭ）もしくはシステムオンモジュール（ＳＯＭ）など）、デスクトップコンピュータシステム、ラップトップもしくはノートブックコンピュータシステム、対話型キオスク、メインフレーム、コンピュータシステムのメッシュ、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、サーバ、タブレットコンピュータシステム、またはこれらの２つ以上の組み合わせであってもよい。必要に応じて、コンピュータシステム９００は、１つ以上のコンピュータシステム９００を含むことができ、それは一体型もしくは分散型であってもよく、複数の位置にまたがってもよく、複数のマシンにまたがってもよく、複数のデータセンターにまたがってもよく、あるいはクラウドに存在してもよく、それは１つ以上のネットワークにおける１つ以上のクラウドコンポーネントを含むことができる。必要に応じて、１つ以上のコンピュータシステム９００は、本明細書で記載または図示した１つ以上の方法の１つ以上のステップを、実質的に空間的または時間的制約なく実行することができる。例としては、これらに限定されないが、１つ以上のコンピュータシステム９００は、本明細書に記載または図示した１つ以上の方法の１つ以上のステップを、リアルタイムで、またはバッチモードで実行することができる。１つ以上のコンピュータシステム９００は、本明細書に記載または図示した１つ以上の方法の１つ以上のステップを、異なる時間に、または異なる場所で実行することができる。
【００５７】
特定の実施形態では、コンピュータシステム９００は、プロセッサ９０２、メモリ９０４、記憶装置９０６、入出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース９０８、通信インターフェース９１０、およびバス９１２を含む。本開示は、特定の配置における特定の数の特定のコンポーネントを有する特定のコンピュータシステムについて記載および図示しているが、本開示は、任意の好適な構成における任意の好適な数の任意の好適なコンポーネントを有する任意の好適なコンピュータシステムを想定している。
【００５８】
特定の実施形態では、プロセッサ９０２は、コンピュータプログラムを構成するものなどの命令を実行するためのハードウェアを含む。例としては、これらに限定されないが、命令を実行するために、プロセッサ９０２は、内部レジスタ、内部キャッシュ、メモリ９０４、または記憶装置９０６から命令を読み出し（またはフェッチし）、それらをデコードして実行し、それから内部レジスタ、内部キャッシュ、メモリ９０４、または記憶装置９０６に１つ以上の結果を書き込むことができる。特定の実施形態では、プロセッサ９０２は、データ、命令、またはアドレスのための１つ以上の内部キャッシュを含むことができる。本開示は、必要に応じて、任意の好適な数の任意の好適な内部キャッシュを含むプロセッサ９０２を想定している。例としては、これらに限定されないが、プロセッサ９０２は、１つ以上の命令キャッシュ、１つ以上のデータキャッシュ、ならびに１つ以上のトランスレーション・ルックアサイド・バッファ（ＴＬＢ）を含むことができる。命令キャッシュ内の命令は、メモリ９０４または記憶装置９０６内の命令の複製であってもよく、命令キャッシュは、プロセッサ９０２によるそれらの命令の読み出しを高速化することができる。データキャッシュ内のデータは、動作するプロセッサ９０２で実行する命令についてのメモリ９０４または記憶装置９０６内のデータ、プロセッサ９０２で実行するその後の命令によるアクセスのために、またはメモリ９０４もしくは記憶装置９０６への書込みのためにプロセッサ９０２で実行された前の命令の結果、あるいは他の適切なデータの複製であってもよい。データキャッシュは、プロセッサ９０２による読み出しまたは書込み動作を高速化することができる。ＴＬＢは、プロセッサ９０２の仮想アドレス変換を高速化することができる。特定の実施形態では、プロセッサ９０２は、データ、命令、またはアドレスのための１つ以上の内部レジスタを含むことができる。本開示は、必要に応じて、任意の好適な数の任意の好適な内部レジスタを含むプロセッサ９０２を想定している。必要に応じて、プロセッサ９０２は、１つ以上の算術論理演算ユニット（ＡＬＵ）を含んでもよいし、マルチコアプロセッサであってもよいし、あるいは１つ以上のプロセッサ９０２を含んでもよい。本開示は特定のプロセッサを記載および図示しているが、本開示は任意の好適なプロセッサを想定している。
【００５９】
特定の実施形態では、メモリ９０４は、プロセッサ９０２が実行する命令またはプロセッサ９０２が動作するデータを記憶するための主メモリを含む。例としては、これらに限定されないが、コンピュータシステム９００は、記憶装置９０６または別のソース（例えば、別のコンピュータシステム９００など）からメモリ９０４へ命令をロードすることができる。それからプロセッサ９０２は、命令をメモリ９０４から内部レジスタまたは内部キャッシュへロードすることができる。命令を実行するために、プロセッサ９０２は、内部レジスタまたは内部キャッシュから命令を読み出し、それらをデコードすることができる。命令の実行中または実行後に、プロセッサ９０２は、１つ以上の結果（これは中間的または最終的な結果であり得る）を内部レジスタまたは内部キャッシュに書き込むことができる。それからプロセッサ９０２は、それらの結果の１つまたは複数をメモリ９０４に書き込む。特定の実施形態では、プロセッサ９０２は、１つもしくは複数の内部レジスタまたは内部キャッシュあるいはメモリ９０４にある命令のみを実行し（記憶装置９０６などとは対照的に）、１つもしくは複数の内部レジスタまたは内部キャッシュあるいはメモリ９０４にあるデータのみについて動作する（記憶装置９０６などとは対照的に）。１つ以上のメモリバス（各々がアドレスバスおよびデータバスを含むことができる）は、プロセッサ９０２をメモリ９０４に結合することができる。バス９１２は、後述するように、１つ以上のメモリバスを含んでもよい。特定の実施の形態では、１つ以上のメモリ管理ユニット（ＭＭＵ）は、プロセッサ９０２とメモリ９０４との間にあり、プロセッサ９０２により要求されるメモリ９０４へのアクセスを容易にする。特定の実施形態では、メモリ９０４は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を含む。このＲＡＭは、必要に応じて、揮発性メモリであってもよい。必要に応じて、このＲＡＭは、ダイナミックＲＡＭ（ＤＲＡＭ）またはスタティックＲＡＭ（ＳＲＡＭ）であってもよい。さらに、必要に応じて、このＲＡＭは、シングルポートまたはマルチポートＲＡＭであってもよい。本開示は、任意の好適なＲＡＭを想定している。メモリ９０４は、必要に応じて、１つ以上のメモリ９０４を含んでもよい。本開示は、特定のメモリを記載および図示しているが、本開示は、任意の好適なメモリを想定している。
【００６０】
特定の実施形態では、記憶装置９０６は、データまたは命令のための大容量記憶装置を含む。例としては、これらに限定されないが、記憶装置９０６は、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、フロッピーディスクドライブ、フラッシュメモリ、光ディスク、光磁気ディスク、磁気テープ、またはユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）ドライブ、あるいはこれらの２つ以上の組み合わせを含んでもよい。記憶装置９０６は、必要に応じて、取り外し可能な媒体または取り外しできない（すなわち固定された）媒体を含んでもよい。記憶装置９０６は、必要に応じて、コンピュータシステム９００の内部または外部にあってもよい。特定の実施形態では、記憶装置９０６は、不揮発性のソリッドステートメモリである。特定の実施形態では、記憶装置９０６は、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）を含む。必要に応じて、このＲＯＭは、マスクプログラムされたＲＯＭ、プログラマブルＲＯＭ（ＰＲＯＭ）、消去可能なＰＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ）、電気的に消去可能なＰＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、電気的に変更可能なＲＯＭ（ＥＡＲＯＭ）、またはフラッシュメモリ、あるいはこれらの２つ以上の組み合わせであってもよい。本開示は、任意の好適な物理的形式をとる大容量記憶装置９０６を想定している。記憶装置９０６は、必要に応じて、プロセッサ９０２と記憶装置９０６との間の通信を容易にする１つ以上の記憶装置制御ユニットを含んでもよい。必要に応じて、記憶装置９０６は、１つ以上の記憶装置９０６を含んでもよい。本開示は、特定の記憶装置を記載および図示しているが、本開示は、任意の好適な記憶装置を想定している。
【００６１】
特定の実施の形態では、Ｉ／Ｏインターフェース９０８は、ハードウェア、ソフトウェア、またはその両方を含み、コンピュータシステム９００と１つ以上のＩ／Ｏ装置との間の通信のための１つ以上のインターフェースを提供する。コンピュータシステム９００は、必要に応じて、これらのＩ／Ｏ装置の１つまたは複数を含んでもよい。これらのＩ／Ｏ装置の１つまたは複数は、人とコンピュータシステム９００との間の通信を可能にする。例としては、これらに限定されないが、Ｉ／Ｏ装置は、キーボード、キーパッド、マイクロフォン、モニタ、マウス、プリンタ、スキャナ、スピーカ、スチルカメラ、スタイラス、タブレット、タッチスクリーン、トラックボール、ビデオカメラ、別の好適なＩ／Ｏ装置、またはこれらの２つ以上の組み合わせを含んでもよい。Ｉ／Ｏ装置は、１つ以上のセンサを含んでもよい。本開示は、任意の好適なＩ／Ｏ装置および任意の好適なＩ／Ｏインターフェース９０８を想定している。必要に応じて、Ｉ／Ｏインターフェース９０８は、プロセッサ９０２がこれらのＩ／Ｏ装置の１つまたは複数を駆動できるようにする１つ以上の装置またはソフトウェアドライバを含むことができる。Ｉ／Ｏインターフェース９０８は、必要に応じて、１つ以上のＩ／Ｏインターフェース９０８を含んでもよい。本開示は、特定のＩ／Ｏインターフェースを記載および図示しているが、本開示は、任意の好適なＩ／Ｏインターフェースを想定している。
【００６２】
特定の実施形態では、通信インターフェース９１０は、コンピュータシステム９００と１つもしくは複数の他のコンピュータシステム９００または１つもしくは複数のネットワークとの間の通信（例えば、パケットベースの通信など）のための、１つ以上のインターフェースを提供するハードウェア、ソフトウェア、または両方を含む。例としては、これらに限定されないが、通信インターフェース９１０は、イーサネットまたは他の有線ベースのネットワークと通信するためのネットワーク・インターフェース・コントローラ（ＮＩＣ）またはネットワークアダプタ、あるいはＷＩ−ＦＩネットワークなどの無線ネットワークと通信するための無線ＮＩＣ（ＷＮＩＣ）または無線アダプタを含んでもよい。本開示は、任意の好適なネットワークおよびそのための任意の好適な通信インターフェース９１０を想定している。例としては、これらに限定されないが、コンピュータシステム９００は、アドホックネットワーク、パーソナルエリアネットワーク（ＰＡＮ）、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、メトロポリタンエリアネットワーク（ＭＡＮ）、またはインターネットの１つもしくは複数の部分、あるいはこれらの２つ以上の組み合わせと通信することができる。これらのネットワークの１つ以上の１つ以上の部分は、有線または無線であってもよい。例として、コンピュータシステム９００は、無線ＰＡＮ（ＷＰＡＮ）（例えば、ブルートゥースＷＰＡＮなど）、ＷＩ−ＦＩネットワーク、ＷＩ−ＭＡＸネットワーク、携帯電話ネットワーク（例えば、移動通信用グローバルシステム（ＧＳＭ）ネットワークなど）、または他の好適な無線ネットワーク、あるいはこれらの２つ以上の組み合わせと通信することができる。コンピュータシステム９００は、必要に応じて、これらのいかなるネットワークについても、任意の好適な通信インターフェース９１０を含むことができる。通信インターフェース９１０は、必要に応じて、１つ以上の通信インターフェース９１０を含んでもよい。本開示は、特定の通信インターフェースを記載および図示しているが、本開示は、任意の好適な通信インターフェースを想定している。
【００６３】
特定の実施形態では、バス９１２は、コンピュータシステム９００の構成要素を互いに結合するハードウェア、ソフトウェア、またはその両方を含む。例としては、これらに限定されないが、バス９１２は、アクセラレーテッドグラフィックスポート
（ＡＧＰ）または他のグラフィックスバス、拡張業界標準アーキテクチャ（ＥＩＳＡ）バス、フロントサイドバス（ＦＳＢ）、ハイパートランスポート（ＨＴ）インターコネクト、業界標準アーキテクチャ（ＩＳＡ）バス、インフィニバンドインターコネクト、ローピンカウント（ＬＰＣ）バス、メモリバス、マイクロチャネルアーキテクチャ（ＭＣＡ）バス、ペリフェラル・コンポーネント・インターコネクト（ＰＣＩ）バス、ＰＣＩエクスプレス（ＰＣＩｅ）バス、シリアル・アドバンスド・テクノロジー・アタッチメント（ＳＡＴＡ）バス、ビデオ・エレクトロニクス・スタンダーズ・アソシエーション・ローカル（ＶＬＢ）バス、または別の好適なバス、あるいはこれらの２つ以上の組み合わせを含んでもよい。
バス９１２は、必要に応じて、１つ以上のバス９１２を含んでもよい。本開示は特定のバスを記載および図示しているが、本開示は任意の好適なバスまたはインターコネクトを想定している。
【００６４】
ここで、１つ以上のコンピュータ可読非一時的記憶媒体は、必要に応じて、１つもしくは複数の半導体ベースのまたは他の集積回路（ＩＣ）（例えば、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）または特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）など）、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、ハイブリッドハードドライブ（ＨＨＤ）、光ディスク、光ディスクドライブ（ＯＤＤ）、光磁気ディスク、光磁気ドライブ、フロッピーディスク、フロッピーディスクドライブ（ＦＤＤ）、磁気テープ、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）、ＲＡＭドライブ、セキュアデジタルカードまたはドライブ、他の任意の好適なコンピュータ可読非一時的記憶媒体、あるいはこれらの２つ以上の任意の好適な組み合わせを含むことができる。コンピュータ可読非一時的記憶媒体は、必要に応じて、揮発性、不揮発性、または揮発性および不揮発性の組み合わせであってもよい。
【００６５】
本明細書では、特に明示的に示されるか、あるいは特に文脈により示される場合を除き、「または」は包括的であって、排他的なものではない。したがって、本明細書では、特に明示的に示されるか、あるいは特に文脈により示される場合を除き、「ＡまたはＢ」は、「Ａ、Ｂ、またはその両方」を意味する。さらに、特に明示的に示されるか、あるいは特に文脈により示される場合を除き、「および」は共同的なものである。したがって、本明細書では、特に明示的に示されるか、あるいは特に文脈により示される場合を除き、「ＡおよびＢ」は「共同でＡおよびＢ」を意味する。
【００６６】
本開示の範囲は、当業者が理解するであろう、本明細書に記載または図示した例示的な実施形態に対するあらゆる変更、置換、変形、改変、および修正を包含する。本開示の範囲は、本明細書に記載または図示した例示的な実施形態に限定されるものではない。さらに、本開示は、本明細書において、特定の構成要素、要素、機能、動作、またはステップを含むものとして各実施形態を記載および図示しているが、これらの実施形態のいずれも、本明細書のいずれかの箇所に記載または図示した構成要素、要素、機能、動作、またはステップのいずれかの任意の組み合わせまたは順列を含むことができ、当業者はこれらを理解するであろう。さらに、特定の機能を実行するように、適応し、配置され、可能であり、構成され、可能とされ、動作可能であり、または動作する、装置またはシステムまたは装置もしくはシステムの構成要素に対する添付の特許請求の範囲の参照は、その装置、システム、または構成要素がそのように適応し、配置され、可能であり、構成され、可能とされ、動作可能であり、または動作する限り、その特定の機能が活性化されているか、オンになっているか、またはロック解除されているかに関わらず、その装置、システム、または構成要素を包含する。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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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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