(57)【要約】  本発明はプラズマエネルギー変換器及び前記変換器を製造するための電磁反応炉に係る。本発明はプラズマ物理の方法及び装置に関し、特に、制御核融合を含む高温反応の実施条件を得るための高エネルギープラズマの電磁的閉じ込めシステムに関する。本発明は、プラズマを閉じ込めて加熱するための電磁システムの電磁場内に作動媒質を有する作動チャンバを有する。前記システムは電荷及び回転方向が互いに異なる少なくとも２つの電磁渦反応炉からなり、その渦場は作動チャンバ内に位置している。反応炉は作動チャンバと作動媒質のプラズマ生成システムとを有する。前記プラズマ生成システムはマイクロ波渦電磁場の集束器を有し、その軸が反応炉の渦場軸と一致している。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマを閉じ込めて加熱する電磁システムの電磁場内に作動媒質を有する作動チャンバを具備するプラズマエネルギー変換器であって、プラズマの安定性を増加させ、反応時間を延ばすために、前記プラズマ閉じ込め加熱電磁システムは、電荷及び回転方向が互いに異なる少なくとも２つの電磁渦反応炉を有し、前記電磁渦反応炉の渦場が前記作動チャンバ内に位置していることを特徴とするプラズマエネルギー変換器。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマエネルギー変換器において、前記作動チャンバは貫流式チャンバとして作製され、直列接続した機械エネルギー変換器，冷却ボックス，レシーバ及びコンプレッサを有する外部コンターと接続する導入路及び導出路を有することを特徴とするプラズマエネルギー変換器。
【請求項３】
請求項１に記載のプラズマエネルギー変換器において、前記作動チャンバは内部に液相を有することを特徴とするプラズマエネルギー変換器。
【請求項４】
請求項１に記載のプラズマエネルギー変換器において、前記作動チャンバは内部に固相を有することを特徴とするプラズマエネルギー変換器。
【請求項５】
作動チャンバ及び作動媒質のプラズマ状態を励起するシステムを有する電磁渦反応炉であって、プラズマの安定性を増加させ、反応時間を延ばすために、前記作動媒質プラズマ状態励起システムは高圧SHF渦電磁場の集束器を有し、前記高圧SHF渦電磁場の軸が反応炉の渦場軸と一致していることを特徴とする電磁渦反応炉。
【請求項６】
請求項５に記載の電磁渦反応炉において、SHF回転電磁場の前記集束器は、前記反応炉の渦場軸の領域に位置する作動媒質と連通する導波管環状共鳴器の形で作製されることを特徴とする電磁渦反応炉。
【請求項７】
請求項５に記載の電磁渦反応炉において、前記反応炉の渦場軸の領域に初期電荷を与えるシステムを有することを特徴とする電磁渦反応炉。
【請求項８】
請求項５に記載の電磁渦反応炉において、前記反応炉の渦場軸の領域の作動媒質を予めイオン化するシステムを有することを特徴とする電磁渦反応炉。
【請求項９】
請求項５に記載の電磁渦反応炉において、前記反応炉の渦場軸の領域に初期磁気モーメントを与えるシステムを有することを特徴とする電磁渦反応炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般にプラズマ物理の分野に関連する方法及び装置に関し、特に核合成反応を含む高温反応の進行条件を与えるプラズマ閉じ込めに用いるシステムに関する。本発明は原油のプラズマ分離及び他の高温反応の活性化にも用いることができる。
【背景技術】
【０００２】
高温プラズマの閉じ込めは制御可能な熱核合成の重要な課題である。現在、２つの閉じ込め方法がある。第１の方法は例えばレーザにより反応を開始させる慣性閉じ込めである（例えば、Stauffer等の米国特許第 6,418,177号，2002年７月９日，国際特許分類 H05H 1/22，米国特許分類 376/152参照）。第２の方法は磁場による高温プラズマの閉じ込めである（Rostoker等の米国特許第6,664,740号，2003年12月16日，国際特許分類 G21D 7/00，米国特許分類 315/111.41参照）。第１の方法の主な課題は、作動体が供給される微小で複雑なシステム内に多量のエネルギーを集束させることである。プラズマの磁気閉じ込めシステムの主な課題は、種々の不安定性を抑制することである。全ての不安定さは気体力学に起因し、磁化プラズマの種々の揺らぎと関係しているので、実質的に避けることができない。
【０００３】
米国特許第7,119,491号（Rostoker等、2006年10月10日，国際特許分類H01J 7/24，米国特許分類315/111.21）は本発明の技術的解決手段に最も近い装置を開示している。この公知装置は、プラズマを閉じ込めて加熱するシステムの電磁場内に作動媒質を充填した作動チャンバを有し、さらに作動チャンバ内の作動媒質のプラズマを励起するシステムを有する。プラズマ閉じ込め加熱システムの電磁気は、トーラス軸の周囲に螺旋成分を有するパルストロイダル磁場を生成する電磁石によって得られる。
【０００４】
この公知装置の欠点は、プラズマの安定性が限られており、合成反応の時間が短いことである。この欠点は気体力学に起因し、磁化プラズマの種々の揺らぎと関係しているので、完全に避けるのは実質的に不可能である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、プラズマの安定性を向上させ、反応時間を延長させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、プラズマを閉じ込めて加熱する電磁システムが、電荷及び回転方向が互いに異なる少なくとも２つの電磁渦反応炉を有し、その渦場が作動チャンバ内に位置していることにより達成される。
【０００７】
作動チャンバは、機械エネルギー変換器，冷却ボックス，レシーバ及びコンプレッサを有する外部コンター（contour）と相互接続した導入路及び導出路を有する貫流式部品の形で作製することができる。
【０００８】
作動チャンバは、貫流式に作製することができ、直列接続した機械エネルギー変換器，冷却ボックス，レシーバ及びコンプレッサを有する外部コンターと接続する導入路及び導出路を有することができる。
【０００９】
作動チャンバは内部に液相を有しても良い。
【００１０】
作動チャンバは内部に固相を有しても良い。
【００１１】
本発明の目的は、各電磁渦反応炉の作動媒質プラズマ励起システムが高圧SHF渦電磁場の集束器を有し、高圧SHF波渦電磁場の軸が反応炉の渦場軸と一致していることによっても達成される。
【００１２】
SHF回転電磁場の集束器は、反応炉の渦場軸の領域の作動媒質と連通する導波管環状共鳴器の形で作製することができる。
【００１３】
電磁渦反応炉は、反応炉の渦場軸の領域に初期電荷を与えるシステムを含んでも良い。
【００１４】
電磁渦反応炉は、反応炉の渦場軸の領域の作動媒質を予めイオン化するシステムを含んでも良い。
【００１５】
電磁渦反応炉は、反応炉の渦場軸の領域に初期磁気モーメントを与えるシステムを含んでも良い。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】プラズマエネルギー変換器を示すブロック図である。
【図２】電荷及び回転方向が異なる２つの電磁渦反応炉の相対位置を示す図である。
【図３】反応炉内のSHF電磁場の１つの位相における電場及び磁場の形状とポインティングベクトルとを示す図である。
【図４】電磁場の配置及び全エネルギーフローの方向を示す図である。
【図５】SHF渦電磁場の集束器の断面図を含む電磁渦反応炉を示すブロック図である。
【図６】電磁渦反応炉の導波管部分を示す一般図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１にブロック図で示すプラズマエネルギー変換器は、導入路５と導出路６との間に配置された渦領域３及び４を有する第１の電磁渦反応炉１及び第２の電磁渦反応炉２を有する。導入路５に作動媒質７が充填されている。導出路６は外部シャフト９を有する機械エネルギー変換器８と接続している。機械エネルギー変換器８の導出口は、冷却ボックス10，レシーバ11及びコンプレッサ12を介して導入路５と接続している。
【００１８】
図２に示す２つの電磁渦反応炉３及び４の相対位置は、渦領域３及び４の電荷が異なり、回転方向が相反する点に特徴がある。
【００１９】
図３に概略的に示す電磁場の形状は、回転交番電磁渦場の１つの位相に対応している。電場13は垂直軸と交差した双極状であり、磁場14は垂直面に位置した環状である。電場及び磁場のベクトルは交点で互いに直交する。従って、この場合のポインティングベクトル15は両方の場と直交し、反応炉の渦場軸16と一致する方向に力学的モーメントを形成する。
【００２０】
図４に示す渦エネルギー17の平均フローは、交番電磁場の系全体に応じて反応炉の渦場軸16の周りに環状になるように配置される。
【００２１】
図５に概略的に断面で示す電磁渦反応炉は、反応炉の渦場軸16に沿って配置された環状共鳴器18を有し、共鳴器18の外側に入力導波管19が取り付けられており、入力導波管内をSHF波20が伝播する。ここではH01波を用いた例を示す。環状共鳴器18は反応炉の渦場16の環状領域内の空間と連通する素子を有する。電気的接続はピン21を介して行われ、磁気的接続は開放導波管22を介して行われる。共鳴器18は結合窓23を介して入力導波管19と接続している。入力導波管の自由端は無反射終端器24と結合している。ピン21は誘導性素子26からなるデカップラを介して直流電流源25と接続している。電離放射線源27により生成された電磁場は反応炉の渦場軸16の周囲に配置された環状共鳴器17の隙間をくぐり抜ける。
【００２２】
図６に示す電磁渦反応炉の導波管部分の一般図は、環状共鳴器18，入力導波管19及び無反射終端器24の外形を示している。環状共鳴器18は反応炉の渦場軸16側に位置し、出力素子（ピン21及び開放導波管22）を有する。
【００２３】
本発明の装置は以下のように動作する。
【００２４】
初期状態において、プラズマエネルギー変換器の電磁渦反応炉１及び２の軸近傍の作動域に作動冷媒７が充填されている（図１参照）。図５にブロック図で示す電磁渦反応炉１及び２のスイッチを入れ、各電磁渦反応炉１及び２の導波管19にSHF波20を導入した後に作動を開始する。同時に、各反応炉内の直流電圧源25及び電離放射線源27のスイッチを入れる。SHF波は導波管19から結合窓23を介して環状共鳴器18に入る。SHF波はピン21及び開放導波管22を介して回転渦SHF電磁場が生成される反応炉の軸16の渦場域に導入される。誘導性素子26は定電場及び交番電磁場の間をデカップリングする。初期状態では各反応炉の渦領域内に高周波放電が生じていないので、この段階で環状共鳴器18のQ値は最大となり、渦領域の電磁界強度は降伏点まで指数関数的に上昇する。絶縁破壊により共鳴器のインピーダンスは急激に減少するので、Q値も減少し、各放電過程が安定化する。その結果、図３及び図４に示す形状の電磁渦が生成される。これらの渦は、Ｂ／Ｆ／ポルトラツキーの論文「Electromagnetic vortex in structure of elementary particles」（モスクワ  2006年）にも記載されている。
【００２５】
生成された電磁SHF渦は、図２に示すように互いに対向している。電荷は正負反対であり、回転は反対側を向いている。従って、空間内の相互配置は不安定である。形成された渦が相互作用することにより、互いに近接し、相互破壊（非物質化）される。その際、共鳴器及び電磁渦に蓄積された全エネルギーは小体積内に放出される。非物質化にかかる時間はSHF波の周期よりはるかに小さいので、気体反応又は流体反応は進展しない。従って、全体のパルス工程に影響を与えない。媒質の初期状態が液体又は固体であった場合、液圧衝撃が生じる。これにより渦の相互作用域が超高温高圧となり、高温化学反応又は高温核反応を僅かな時間活性化させる。
【００２６】
上述工程はパルス特性を有する。パルス繰返し数は、パルス間の最小停止時間と工程の必要平均強度とを考慮して選択すべきである。最小停止時間はシステム整定時間により決定される。システム整定時間は流体反応工程と関係があるので、渦生成の電磁工程の時間より数桁大きい値を有する。SHF波源は、高パルス相対持続時間内（緩やかな作動条件下）で作動できる。パルス相対持続時間を変えることにより、有用エネルギー及び冷却システムの使用中止の可能性に応じて工程の平均強度を調節できる。提案された装置の作動時間は基本的に制限されない。
【００２７】
従って、本提案はプラズマ閉じ込めの慣性方法及び磁気方法の欠点を取り除きつつ利点を組み合わせたものである。それにより、プラズマの安定性が向上し、反応時間の制限がなくなる。よって、本提案により、本発明の目的が達成される。
【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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【国際調査報告】
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