(57)【要約】  例示の方法は、内部電極内から内部電極と内部電極を実質的に囲む外部電極の間の加速領域に、一つ以上の第１の弁を介して、ガスを導くステップと、外部電極の外側から加速領域に、二つ以上の第２の弁を介して、ガスを導くステップと、内部電極と外部電極の間に、電源によって、電圧を印加し、それによって導かれたガスの少なくとも一部を実質的に環状の断面を有するプラズマに変換するステップとを含み、プラズマは、加速領域の中を内部電極の第１の端部および外部電極の第１の端部の方へ軸方向に流れて、その後に、外部電極の第１の端部と内部電極の第１の端部の間に流れるＺピンチプラズマを確立する。関連したプラズマ閉じ込めシステムおよび方法も、本願明細書に開示される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部電極と、
前記内部電極を実質的に囲む外部電極と、
前記内部電極内から前記内部電極と前記外部電極の間の加速領域にガスを導くように構成される一つ以上の第１の弁と、
前記外部電極の外側から前記加速領域にガスを導くように構成される二つ以上の第２の弁と、
前記内部電極と前記外部電極の間に電圧を印加するように構成される電源と
を備えるプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項２】
前記加速領域は、実質的に環状の断面を有する請求項１に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項３】
前記内部電極は、実質的に円筒状の本体を備える請求項１〜２のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項４】
前記内部電極は、第１の端部および対向する第２の端部を備え、そして前記外部電極は、第１の端部および対向する第２の端部を備え、前記内部電極の前記第１の端部は、前記外部電極の前記第１の端部と前記外部電極の前記第２の端部の間にある請求項１〜３のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項５】
前記内部電極の前記第１の端部と前記外部電極の前記第１の端部の間で前記外部電極内に集合領域を更に備える請求項１〜４のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項６】
前記内部電極の前記第１の端部は丸い請求項４〜５のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項７】
前記内部電極の前記第２の端部は、実質的に円形である請求項４〜６のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項８】
前記外部電極は、実質的に円筒状の本体を備える請求項１〜７のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項９】
前記外部電極の前記第１の端部は、実質的にディスク形である請求項４〜８のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項１０】
前記外部電極の前記第２の端部は、実質的に円形である請求項４〜９のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項１１】
前記一つ以上の第１の弁は、前記内部電極の前記第１の端部と前記内部電極の前記第２の端部の間に、または前記内部電極の前記第１の端部に軸方向に配置される請求項４〜１０のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項１２】
前記一つ以上の第１の弁は、前記内部電極内に配置される請求項１〜１１のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項１３】
前記二つ以上の第２の弁は、前記外部電極の前記第１の端部と前記外部電極の前記第２の端部の間に、または前記外部電極の前記第２の端部に軸方向に配置される請求項４〜１２のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項１４】
前記二つ以上の第２の弁は、前記外部電極のまわりに配置される請求項１〜１３のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項１５】
前記一つ以上の第１の弁は、前記二つ以上の第２の弁に軸方向に合わせられる請求項１〜１４のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項１６】
ガス供給源と、
前記それぞれの一つ以上の第１の弁を通しての前記ガス供給源からのガス流を制御するように構成される一つ以上の第１の調整器と
を更に備える請求項１〜１５のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項１７】
前記それぞれの二つ以上の弁を通しての前記ガス供給源からのガス流を制御するように構成される一つ以上の第２の調整器を更に備える請求項１６に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項１８】
前記外部電極の前記第２の端部と前記内部電極の間に絶縁体を更に備える請求項１〜１７のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項１９】
前記絶縁体は、環状断面を有する請求項１８に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項２０】
前記内部電極および前記外部電極を少なくとも部分的に囲む真空チャンバを更に備える請求項１〜１９のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項２１】
プラズマ閉じ込めシステムを操作する方法であって、
一つ以上の第１の弁を介して、前記内部電極内から内部電極と前記内部電極を実質的に囲む外部電極の間の加速領域にガスを導くステップと、
二つ以上の第２の弁を介して、前記外部電極の外側から前記加速領域にガスを導くステップと、
電源によって、前記内部電極と前記外部電極の間に電圧を印加し、それによって前記誘導されたガスの少なくとも一部を実質的に環状の断面を有するプラズマに変換するステップであって、前記プラズマは、前記内部電極の第１の端部および前記外部電極の第１の端部の方へ前記加速領域内を軸方向に流れて、その後で、前記外部電極の前記第１の端部と前記内部電極の前記第１の端部の間に流れるＺピンチプラズマを確立するステップと
を含む方法。
【請求項２２】
前記加速領域は、実質的に環状の断面を有する請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記内部電極は、実質的に円筒状の本体を備える請求項２１〜２２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
前記外部電極は、前記外部電極の前記第１の端部の反対側の第２の端部を備え、前記内部電極の前記第１の端部は、前記外部電極の前記第１の端部と前記外部電極の前記第２の端部の間にある請求項２１〜２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
前記Ｚピンチプラズマは、前記内部電極の前記第１の端部と前記外部電極の前記第１の端部の間で前記外部電極内の集合領域に流れる請求項２１〜２４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
前記内部電極の前記第１の端部は丸い請求項２１〜２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
前記内部電極は、実質的に円形である第２の端部を備える請求項２１〜２６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】
前記外部電極は、実質的に円筒状の本体を備える請求項２１〜２７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２９】
前記外部電極の前記第１の端部は、実質的にディスク形である請求項２１〜２８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３０】
前記外部電極の前記第２の端部は、実質的に円形である請求項２４〜２９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３１】
前記一つ以上の第１の弁は、前記内部電極の前記第１の端部と前記内部電極の前記第２の端部の間に、または前記内部電極の前記第１の端部に軸方向に配置される請求項２４〜３０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３２】
前記一つ以上の第１の弁は、前記内部電極内に配置される請求項２１〜３１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３３】
前記二つ以上の第２の弁は、前記外部電極の前記第１の端部と前記外部電極の前記第２の端部の間に軸方向に配置される請求項２４〜３２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３４】
前記二つ以上の第２の弁は、前記外部電極のまわりに配置される請求項２１〜３３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３５】
前記一つ以上の第１の弁は、前記二つ以上の第２の弁に軸方向に合わせられる請求項２１〜３４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３６】
前記一つ以上の第１の弁を介して前記ガスを導くステップは、第２の弁電圧を前記一つ以上の第１の弁へ供給することが続く、第１の弁電圧を前記一つ以上の第１の弁へ供給することを含む請求項２１〜３５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３７】
前記第１の弁電圧は、２７０〜３３０ボルト、２９０〜３１０ボルト、または２９５〜３０５ボルトである請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記一つ以上の第１の弁を介して前記ガスを導くステップは、９０〜１１０μｓ、９５〜１０５μｓ、または９８〜１０２μｓの期間の間に前記第１の弁電圧を提供することを含む請求項３６〜３７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３９】
前記第２の弁電圧は、１３．５〜１６．５ボルト、１４〜１６ボルト、または１４．５〜１５．５ボルトである請求項３６〜３８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４０】
前記一つ以上の第１の弁を介して前記ガスを導くステップは、０．５〜５ｍｓ、０．６５〜３．５ｍｓ、または０．７５〜２ｍｓの期間の間に前記第２の弁電圧を提供することを含む請求項３６〜３９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４１】
前記第１の弁電圧は、前記第２の弁電圧より大きい請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記第２の弁電圧は、前記第１の弁電圧を提供すると直ちに提供される請求項３６〜４１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４３】
前記一つ以上の第１の弁を介してガスを導くプロセスは、前記内部電極と前記外部電極の間の前記電圧が前記電源により印加される前に、１０００〜５８００トルの前記一つ以上の第１の弁に隣接するガス圧力を生じる請求項３６〜４２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４４】
前記一つ以上の第１の弁に隣接した前記ガス圧力は、５４５０〜５５５０トルである請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記二つ以上の第２の弁を介して前記ガスを導くステップは、第４の弁電圧を前記二つ以上の第２の弁へ供給することが続く、第３の弁電圧を前記二つ以上の第２の弁へ供給することを含む請求項２１〜４４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４６】
前記第３の弁電圧は、２７０〜３３０ボルト。２９０〜３１０ボルト、または２９５〜３０５ボルトである請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記二つ以上の第２の弁を介して前記ガスを導くステップは、９０〜１１０μｓ、９５〜１０５μｓ、または９８〜１０２μｓの期間の間に前記第３の弁電圧を提供することを含む請求項４５〜４６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４８】
前記第４の弁電圧は、１３．５〜１６．５ボルト、１４〜１６ボルト、または１４．５〜１５．５ボルトである請求項４５〜４７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４９】
前記二つ以上の第２の弁を介して前記ガスを導くステップは、０．５〜５ｍｓ、０．６５〜３．５ｍｓ、または０．７５〜２ｍｓの期間の間に前記第４の弁電圧を提供することを含む請求項４５〜４８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５０】
前記第３の弁電圧は、前記第４の弁電圧より大きい請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
前記第４の弁電圧は、前記第３の弁電圧を供給すると直ちに供給される請求項４５〜５０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５２】
前記二つ以上の第２の弁を介してガスを導くステップは、前記内部電極と前記外部電極の間の前記電圧が前記電源により印加される前に、１０００〜５８００トルの前記二つ以上の第２の弁に隣接するガス圧力を生じる請求項４５〜５１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５３】
前記二つ以上の第２の弁に隣接した前記ガス圧力は、５４５０〜５５５０トルである請求項５２に記載の方法。
【請求項５４】
前記内部電極と前記外部電極の間の前記電圧が前記電源により印加される前の前記加速領域内のガス圧力は、１０００〜５８００トルである請求項２１〜５３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５５】
前記加速領域内の前記ガス圧力は、５４５０〜５５５０トルである請求項５４に記載の方法。
【請求項５６】
前記一つ以上の第１の弁を介してガスを導くステップは、１．１〜２ミリ秒（ｍｓ）または１．３〜１．５ｍｓの期間の間に前記一つ以上の第１の弁を開くことを含む請求項２１〜５５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５７】
前記二つ以上の第２の弁を介してガスを導くステップは、０．７５〜１ミリ秒（ｍｓ）または０．８〜０．９５ｍｓの期間の間に前記二つ以上の第２の弁を開くことを含む請求項２１〜５６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５８】
前記一つ以上の第１の弁を介してガスを導くステップは、前記電源によって、前記内部電極と前記外部電極の間に前記電圧を印加する前に、前記一つ以上の第１の弁を１．０〜１．６ｍｓまたは１．３〜１．５ｍｓの間に開けることを含む請求項２１〜５７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５９】
前記二つ以上の第２の弁を介してガスを導くステップは、前記電源によって、前記内部電極と前記外部電極の間に前記電圧を印加する前に、前記二つ以上の第２の弁を０．６〜１．２ｍｓまたは０．７〜０．９ｍｓの間に開けることを含む請求項２１〜５８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６０】
前記内部電極と前記外部電極の間に印加される前記電圧は、２ｋＶ〜３０ｋＶである請求項２１〜５９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６１】
前記内部電極と前記外部電極の間に前記電圧を印加するステップは、前記内部電極と前記外部電極の間に前記電圧を５０〜４００μｓの期間の間に印加することを含む請求項２１〜６０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６２】
前記内部電極と前記外部電極結果の間に印加される前記電圧は、３０ｋＶ／ｍ〜５００ｋＶ／ｍの放射電界を生じる請求項２１〜６１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６３】
前記Ｚピンチプラズマは、０．１ｍｍ〜５ｍｍの半径を有する請求項１〜６２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６４】
前記Ｚピンチプラズマは、９００〜２０００ｅＶのイオン温度および５００ｅＶより大きい電子温度を有する請求項１〜６３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６５】
前記Ｚピンチプラズマは、１×１０２３イオン／ｍ３より大きいイオン数密度または１×１０２３電子／ｍ３を超える電子数密度を有する請求項１〜６４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６６】
前記Ｚピンチプラズマは、せん断された流れを呈する請求項１〜６５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６７】
前記Ｚピンチプラズマは、８Ｔを超える磁場を呈する請求項１〜６６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６８】
前記Ｚピンチプラズマは、少なくとも１０μｓの間の安定性を呈する請求項１〜６７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６９】
内部電極と、
前記内部電極を実質的に囲む中間電極と、
前記中間電極を実質的に囲む外部電極と、
前記内部電極内から前記内部電極と前記中間電極の間の加速領域にガスを導くように構成される一つ以上の第１の弁と、
前記中間電極の外側から前記加速領域にガスを導くように構成される二つ以上の第２の弁と、
前記内部電極と前記中間電極の間に電圧を印加するように構成される第１の電源と、
前記内部電極と前記外部電極の間に電圧を印加するように構成される第２の電源と
を備えるプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項７０】
前記加速領域は、実質的に環状の断面を有する請求項６９に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項７１】
前記内部電極は、実質的に円筒状の本体を備える請求項６９〜７０のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項７２】
前記外部電極は、第１の端部および対向する第２の端部を備える請求項６９〜７１のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項７３】
前記内部電極は、（ａ）前記外部電極の前記第１の端部と前記外部電極の前記第２の端部の間の第１の端部および（ｂ）対向する第２の端部を備える請求項７２に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項７４】
前記中間電極は、（ａ）前記外部電極の前記第１の端部と前記外部電極の前記第２の端部の間の第１の端部および（ｂ）対向する第２の端部を備える請求項７２〜７３のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項７５】
前記内部電極の前記第１の端部と前記外部電極の前記第１の端部の間で前記外部電極内に集合領域を更に備える請求項７３〜７４のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項７６】
前記内部電極の前記第１の端部は丸い請求項７３〜７５のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項７７】
前記中間電極の前記第１の端部は、実質的に円形である請求項７３〜７６のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項７８】
前記内部電極の前記第２の端部は、実質的に円形である請求項７３〜７７のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項７９】
前記中間電極の前記第２の端部は、実質的に円形である請求項７４〜７８のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項８０】
前記外部電極は、実質的に円筒状の本体を備える請求項６９〜７９のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項８１】
前記中間電極は、実質的に円筒状の本体を備える請求項６９〜８０のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項８２】
前記外部電極の前記第１の端部は、実質的にディスク形である請求項７２〜８１のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項８３】
前記外部電極の前記第２の端部は、実質的に円形である請求項７２〜８２のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項８４】
前記一つ以上の第１の弁は、前記内部電極の前記第１の端部と前記内部電極の前記第２の端部の間に軸方向に配置される請求項７３〜８３のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項８５】
前記一つ以上の第１の弁は、前記内部電極内に配置される請求項６９〜８４のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項８６】
前記二つ以上の第２の弁は、前記中間電極の前記第２の端部に配置される請求項７４〜８５のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項８７】
前記二つ以上の第２の弁は、前記外部電極外に配置される請求項６９〜８６のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項８８】
ガス供給源と、
前記ガス供給源から前記それぞれの一つ以上の第１の弁を通るガス流を制御するように構成される一つ以上の第１の調整器と
を更に備える請求項６９〜８７のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項８９】
前記ガス供給源から前記それぞれの二つ以上の第２の弁を通るガス流を制御するように構成される一つ以上の第２の調整器を更に備える請求項８８に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項９０】
前記外部電極の前記第２の端部と前記中間電極の間に第１の絶縁体を更に備える請求項６９〜８９のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項９１】
前記第１の絶縁体は、環状断面を有する請求項９０に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項９２】
前記中間電極の前記第２の端部と前記内部電極の間に第２の絶縁体を更に備える請求項６９〜９１のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項９３】
前記第２の絶縁体は、環状断面を有する請求項９２に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項９４】
前記二つ以上の第２の弁は、前記第１の絶縁体と前記第２の絶縁体の間にガスを導くように構成される請求項６９〜９３のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項９５】
前記内部電極、前記中間電極、および前記外部電極を少なくとも部分的に囲む真空チャンバを更に備える請求項６９〜９４のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項９６】
プラズマ閉じ込めシステムを作動する方法であって、
一つ以上の第１の弁を介して、前記内部電極内から内部電極と前記内部電極を実質的に囲む中間電極の間の加速領域にガスを導くステップと、
二つ以上の第２の弁を介して、前記中間電極の外側から前記加速領域にガスを導くステップと、
第１の電源によって、前記内部電極と前記中間電極の間に電圧を印加し、それによって前記誘導されたガスの少なくとも一部を実質的に環状の断面を有するプラズマに変換するステップであって、前記プラズマは、前記内部電極の第１の端部および前記外部電極の第１の端部の方へ前記加速領域内を軸方向に流れるステップと、
第２の電源によって、前記内部電極と前記外部電極の間に電圧を印加して、前記外部電極の前記第１の端部と前記内部電極の前記第１の端部の間に流れるＺピンチプラズマを確立するステップと
を含む方法。
【請求項９７】
前記加速領域は、実質的に環状の断面を有する請求項９６に記載の方法。
【請求項９８】
前記内部電極は、実質的に円筒状の本体を備える請求項９６〜９７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９９】
前記外部電極は、第１の端部および対向する第２の端部を備える請求項９６〜９８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１００】
前記内部電極は、（ａ）前記外部電極の前記第１の端部と前記外部電極の前記第２の端部の間の第１の端部および（ｂ）対向する第２の端部を備える請求項９９に記載の方法。
【請求項１０１】
前記中間電極は、（ａ）前記外部電極の前記第１の端部と前記外部電極の前記第２の端部の間の第１の端部および（ｂ）対向する第２の端部を備える請求項９９〜１００のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０２】
前記Ｚピンチプラズマは、前記内部電極の前記第１の端部と前記外部電極の前記第１の端部の間の前記外部電極内で集合領域を流れる請求項９９〜１０１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０３】
前記内部電極の前記第１の端部は丸い請求項９６〜１０２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０４】
前記中間電極の前記第１の端部は、実質的に円形である請求項１０１〜１０３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０５】
前記内部電極の前記第２の端部は、実質的に円形である請求項１００〜１０４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０６】
前記中間電極の前記第２の端部は、実質的に円形である請求項１０１〜１０５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０７】
前記外部電極は、実質的に円筒状の本体から成る請求項９６〜１０６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０８】
前記中間電極は、実質的に円筒状の本体から成る請求項９６〜１０７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０９】
前記外部電極の前記第１の端部は、実質的にディスク形である請求項９９〜１０８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１０】
前記外部電極の前記第２の端部は、実質的に円形である請求項９９〜１０９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１１】
前記一つ以上の第１の弁は、前記内部電極の前記第１の端部と前記内部電極の前記第２の端部の間に軸方向に配置される請求項１００〜１１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１２】
前記一つ以上の第１の弁は、前記内部電極内に配置される請求項９６〜１１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１３】
前記二つ以上の第２の弁は、前記中間電極の前記第２の端部に配置される請求項１０１〜１１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１４】
前記二つ以上の第２の弁は、前記外部電極外に配置される請求項９６〜１１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１５】
前記二つ以上の第２の弁は、前記中間電極外に配置される請求項９６〜１１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１６】
前記一つ以上の第１の弁を介して前記ガスを導くステップは、第２の弁電圧を前記一つ以上の第１の弁へ供給することが続く、第１の弁電圧を前記一つ以上の第１の弁へ供給することを含む請求項９６〜１１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１７】
前記第１の弁電圧は、２７０〜３３０ボルト、２９０〜３１０ボルト、または２９５〜３０５ボルトである請求項１１６に記載の方法。
【請求項１１８】
前記一つ以上の第１の弁を介して前記ガスを導くステップは、９０〜１１０μｓ、９５〜１０５μｓ、または９８〜１０２μｓの期間の間に前記第１の弁電圧を提供することを含む請求項１１６〜１１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１９】
前記第２の弁電圧は、１３．５〜１６．５ボルト、１４〜１６ボルト、または１４．５〜１５．５ボルトである請求項１１６〜１１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２０】
前記一つ以上の第１の弁を介して前記ガスを導くステップは、０．５〜５ｍｓ、０．６５〜３．５ｍｓ、または０．７５〜２ｍｓの期間の間に前記第２の弁電圧を提供することを含む請求項１１６〜１１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２１】
前記第１の弁電圧は、前記第２の弁電圧より大きい請求項１２０に記載の方法。
【請求項１２２】
前記第２の弁電圧は、前記第１の弁電圧を提供すると直ちに提供される請求項１１６〜１２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２３】
前記一つ以上の第１の弁を介してガスを導くプロセスは、前記内部電極と前記中間電極の間の前記電圧が前記第１の電源により印加される前に、１０００〜５８００トルの前記一つ以上の第１の弁に隣接するガス圧力を生じる請求項９６〜１２２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２４】
前記一つ以上の第１の弁に隣接した前記ガス圧力は、５４５０〜５５５０トルである請求項１２３に記載の方法。
【請求項１２５】
前記二つ以上の第２の弁を介して前記ガスを導くステップは、第４の弁電圧を前記二つ以上の第２の弁へ供給することが続く、第３の弁電圧を前記二つ以上の第２の弁へ供給することを含む請求項９６〜１２４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２６】
前記第３の弁電圧は、２７０〜３３０ボルト。２９０〜３１０ボルト、または２９５〜３０５ボルトである請求項１２５に記載の方法。
【請求項１２７】
前記二つ以上の第２の弁を介して前記ガスを導くステップは、９０〜１１０μｓ、９５〜１０５μｓ、または９８〜１０２μｓの期間の間に前記第３の弁電圧を提供することを含む請求項１２５〜１２６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２８】
前記第４の弁電圧は、１３．５〜１６．５ボルト、１４〜１６ボルト、または１４．５〜１５．５ボルトである請求項１２５〜１２７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２９】
前記二つ以上の第２の弁を介して前記ガスを導くステップは、０．５〜５ｍｓ、０．６５〜３．５ｍｓ、または０．７５〜２ｍｓの期間の間に前記第４の弁電圧を提供することを含む請求項１２５〜１２８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３０】
前記第３の弁電圧は、前記第４の弁電圧より大きい請求項１２９に記載の方法。
【請求項１３１】
前記第４の弁電圧は、前記第３の弁電圧を供給すると直ちに供給される請求項１２５〜１３０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３２】
前記二つ以上の第２の弁を介してガスを導くステップは、前記内部電極と前記中間電極の間の前記電圧が前記第１の電源により印加される前に、１０００〜５８００トルの前記二つ以上の第２の弁に隣接するガス圧力を生じる請求項９６〜１３１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３３】
前記二つ以上の第２の弁に隣接した前記ガス圧力は、５４５０〜５５５０トルである請求項１３２に記載の方法。
【請求項１３４】
前記内部電極と前記中間電極の間の前記電圧が前記第１の電源により印加される前の前記加速領域内のガス圧力は、１０００〜５８００トルである請求項９６〜１３３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３５】
前記加速領域内の前記ガス圧力は、５４５０〜５５５０トルである請求項１３４に記載の方法。
【請求項１３６】
前記一つ以上の第１の弁を介してガスを導くステップは、１．１〜２ミリ秒（ｍｓ）または１．３〜１．５ｍｓの期間の間に前記一つ以上の第１の弁を開くことを含む請求項９６〜１３５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３７】
前記二つ以上の第２の弁を介してガスを導くステップは、０．７５〜１ミリ秒（ｍｓ）または０．８〜０．９５ｍｓの期間の間に前記二つ以上の第２の弁を開くことを含む請求項９６〜１３６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３８】
前記一つ以上の第１の弁を介してガスを導くステップは、前記第１の電源によって、前記内部電極と前記外部電極の間に前記電圧を印加する前に、前記一つ以上の第１の弁を１．０〜１．６ｍｓまたは１．３〜１．５ｍｓの間に開けることを含む請求項９６〜１３７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３９】
前記二つ以上の第２の弁を介してガスを導くステップは、前記第１の電源によって、前記内部電極と前記中間電極の間に前記電圧を印加する前に、前記二つ以上の第２の弁を０．６〜１．２ｍｓまたは０．７〜０．９ｍｓの間に開けることを含む請求項９６〜１３８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４０】
前記内部電極と前記中間電極の間に印加される前記電圧は、２ｋＶ〜３０ｋＶである請求項９６〜１３９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４１】
前記内部電極と前記中間電極の間に前記電圧を印加するステップは、前記内部電極と前記中間電極の間に前記電圧を５０〜４００μｓの期間の間に印加することを含む請求項９６〜１４０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４２】
前記内部電極と前記中間電極結果の間に印加される前記電圧は、３０ｋＶ／ｍ〜５００ｋＶ／ｍの放射電界を生じる請求項９６〜１４１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４３】
前記内部電極と前記外部電極の間に印加される前記電圧は、２ｋＶ〜３０ｋＶである請求項９６〜１４２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４４】
前記内部電極と前記外部電極の間に前記電圧を印加するステップは、前記内部電極と前記中間電極の間に前記電圧を印加するのを開始した後に、前記内部電極と前記外部電極の間に前記電圧を１７〜２７μｓまたは１９〜２２μｓの間に印加するのを開始することを含む請求項９６〜１４３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４５】
前記内部電極と前記外部電極の間に印加される前記電圧は、３０ｋＶ／ｍ〜５００ｋＶ／ｍの放射電界を生じる請求項９６〜１４４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４６】
前記Ｚピンチプラズマは、０．１ｍｍ〜５ｍｍの半径を有する請求項９６〜１４５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４７】
前記Ｚピンチプラズマは、９００〜２０００ｅＶのイオン温度および５００ｅＶより大きい電子温度を有する請求項９６〜１４６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４８】
前記Ｚピンチプラズマは、１×１０２３イオン／ｍ３より大きいイオン数密度または１×１０２３電子／ｍ３を超える電子数密度を有する請求項９６〜１４７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４９】
前記Ｚピンチプラズマは、せん断された流れを呈する請求項９６〜１４８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５０】
前記Ｚピンチプラズマは、８Ｔを超える磁場を呈する請求項９６〜１４９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５１】
前記Ｚピンチプラズマは、少なくとも１０μｓの間の安定性を呈する請求項９６〜１５０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５２】
内部電極と、
前記内部電極を実質的に囲む外部電極と、
前記内部電極に面する中間電極と、
前記内部電極内から前記内部電極と前記外部電極の間の加速領域にガスを導くように構成される一つ以上の第１の弁と、
前記外部電極の外側から前記加速領域にガスを導くように構成される二つ以上の第２の弁と、
前記内部電極と前記外部電極の間に電圧を印加するように構成される第１の電源と、
前記内部電極と前記中間電極の間に電圧を印加するように構成される第２の電源と
を備えるプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項１５３】
前記加速領域は、実質的に環状の断面を有する請求項１５２に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項１５４】
前記内部電極は、実質的に円筒状の本体を備える請求項１５２〜１５３のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項１５５】
前記外部電極は、第１の端部および対向する第２の端部を備える請求項１５２〜１５４のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項１５６】
前記内部電極は、（ａ）前記外部電極の前記第１の端部と前記外部電極の前記第２の端部の間の第１の端部および（ｂ）対向する第２の端部を備える請求項１５５に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項１５７】
前記中間電極は、実質的にディスク形である請求項１５２〜１５６のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項１５８】
前記内部電極の前記第１の端部と前記中間電極の間で前記外部電極内に集合領域を更に備える請求項１５６〜１５７のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項１５９】
前記内部電極の前記第１の端部は丸い請求項１５６〜１５８のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項１６０】
前記内部電極の前記第２の端部は、実質的に円形である請求項１５６〜１５９のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項１６１】
前記外部電極は、実質的に円筒状の本体を備える請求項１５２〜１６０のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項１６２】
前記外部電極の前記第１の端部は、実質的に円形である請求項１５５〜１６１のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項１６３】
前記外部電極の前記第２の端部は、実質的に円形である請求項１５２〜１６２のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項１６４】
前記一つ以上の第１の弁は、前記内部電極の前記第１の端部と前記内部電極の前記第２の端部の間に軸方向に配置される請求項１５２〜１６３のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項１６５】
前記一つ以上の第１の弁は、前記内部電極内に配置される請求項１５２〜１６４のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項１６６】
前記二つ以上の第２の弁は、前記一つ以上の第１の弁に軸方向に合わせられる請求項１５２〜１６５のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項１６７】
前記二つ以上の第２の弁は、前記外部電極外に配置される請求項１５２〜１６６のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項１６８】
ガス供給源と、
前記ガス供給源から前記それぞれの一つ以上の第１の弁を通るガス流を制御するように構成される一つ以上の第１の調整器と
を更に備える請求項１５２〜１６７のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項１６９】
前記ガス供給源から前記それぞれの二つ以上の第２の弁を通るガス流を制御するように構成される一つ以上の第２の調整器を更に備える請求項１６８に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項１７０】
前記外部電極と前記内部電極の間に第１の絶縁体を更に備える請求項１５２〜１６９のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項１７１】
前記第１の絶縁体は、環状断面を有する請求項１７０に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項１７２】
前記外部電極の前記第２の端部と前記中間電極の間に第２の絶縁体を更に備える請求項１５２〜１７１のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項１７３】
前記第２の絶縁体は、環状断面を有する請求項１７２に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項１７４】
前記内部電極、前記中間電極、および前記外部電極を少なくとも部分的に囲む真空チャンバを更に備える請求項１５２〜１７３のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項１７５】
プラズマ閉じ込めシステムを作動する方法であって、
一つ以上の第１の弁を介して、前記内部電極内から内部電極と前記内部電極を実質的に囲む外部電極の間の加速領域にガスを導くステップと、
二つ以上の第２の弁を介して、前記外部電極の外側から前記加速領域にガスを導くステップと、
第１の電源によって、前記内部電極と前記外部電極の間に電圧を印加し、それによって前記誘導されたガスの少なくとも一部を実質的に環状の断面を有するプラズマに変換するステップであって、前記プラズマは、前記内部電極の第１の端部および前記外部電極の第１の端部の方へ前記加速領域内を軸方向に流れるステップと、
第２の電源によって、前記内部電極と前記中間電極の間に電圧を印加して、前記中間電極と前記内部電極の前記第１の端部の間に流れるＺピンチプラズマを確立するステップであって、前記中間電極は、前記外部電極の第１の端部に配置されるステップと
を含む方法。
【請求項１７６】
前記加速領域は、実質的に環状の断面を有する請求項１７５に記載の方法。
【請求項１７７】
前記内部電極は、実質的に円筒状の本体を備える請求項１７５〜１７６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７８】
前記外部電極は、第１の端部および対向する第２の端部を備える請求項１７５〜１７７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７９】
前記内部電極は、（ａ）前記外部電極の前記第１の端部と前記外部電極の前記第２の端部の間の第１の端部および（ｂ）対向する第２の端部を備える請求項１７８に記載の方法。
【請求項１８０】
前記中間電極は、実質的にディスク形である請求項１７５〜１７９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８１】
前記Ｚピンチプラズマは、前記内部電極の前記第１の端部と前記中間電極の間の前記外部電極内で集合領域を流れる請求項１７５〜１８０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８２】
前記内部電極の前記第１の端部は丸い請求項１７５〜１８１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８３】
前記内部電極の前記第２の端部は、実質的に円形である請求項１７９〜１８２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８４】
前記外部電極は、実質的に円筒状の本体から成る請求項１７５〜１８３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８５】
前記外部電極の前記第１の端部は、実質的に円形である請求項１７８〜１８４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８６】
前記外部電極の前記第２の端部は、実質的に円形である請求項１７８〜１８５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８７】
前記一つ以上の第１の弁は、前記内部電極の前記第１の端部と前記内部電極の前記第２の端部の間に軸方向に配置される請求項１７９〜１８６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８８】
前記一つ以上の第１の弁は、前記内部電極内に配置される請求項１７５〜１８７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８９】
前記二つ以上の第２の弁は、前記外部電極外に配置される請求項１７５〜１８８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９０】
前記一つ以上の第１の弁を介して前記ガスを導くステップは、第２の弁電圧を前記一つ以上の第１の弁へ供給することが続く、第１の弁電圧を前記一つ以上の第１の弁へ供給することを含む請求項１７５〜１８９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９１】
前記第１の弁電圧は、２７０〜３３０ボルト、２９０〜３１０ボルト、または２９５〜３０５ボルトである請求項１９０に記載の方法。
【請求項１９２】
前記一つ以上の第１の弁を介して前記ガスを導くステップは、９０〜１１０μｓ、９５〜１０５μｓ、または９８〜１０２μｓの期間の間に前記第１の弁電圧を提供することを含む請求項１９０〜１９１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９３】
前記第２の弁電圧は、１３．５〜１６．５ボルト、１４〜１６ボルト、または１４．５〜１５．５ボルトである請求項１９０〜１９２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９４】
前記一つ以上の第１の弁を介して前記ガスを導くステップは、０．５〜５ｍｓ、０．６５〜３．５ｍｓ、または０．７５〜２ｍｓの期間の間に前記第２の弁電圧を提供することを含む請求項１９０〜１９３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９５】
前記第１の弁電圧は、前記第２の弁電圧より大きい請求項１９４に記載の方法。
【請求項１９６】
前記第２の弁電圧は、前記第１の弁電圧を提供すると直ちに提供される請求項１９０〜１９５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９７】
前記一つ以上の第１の弁を介してガスを導くプロセスは、前記内部電極と前記外部電極の間の前記電圧が前記第１の電源により印加される前に、１０００〜５８００トルの前記一つ以上の第１の弁に隣接するガス圧力を生じる請求項１７５〜１９６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９８】
前記一つ以上の第１の弁に隣接した前記ガス圧力は、５４５０〜５５５０トルである請求項１９７に記載の方法。
【請求項１９９】
前記二つ以上の第２の弁を介して前記ガスを導くステップは、第４の弁電圧を前記二つ以上の第２の弁へ供給することが続く、第３の弁電圧を前記二つ以上の第２の弁へ供給することを含む請求項１７５〜１９８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２００】
前記第３の弁電圧は、２７０〜３３０ボルト。２９０〜３１０ボルト、または２９５〜３０５ボルトである請求項１９９に記載の方法。
【請求項２０１】
前記二つ以上の第２の弁を介して前記ガスを導くステップは、９０〜１１０μｓ、９５〜１０５μｓ、または９８〜１０２μｓの期間の間に前記第３の弁電圧を提供することを含む請求項１９９〜２００のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０２】
前記第４の弁電圧は、１３．５〜１６．５ボルト、１４〜１６ボルト、または１４．５〜１５．５ボルトである請求項１９９〜２０１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０３】
前記二つ以上の第２の弁を介して前記ガスを導くステップは、０．５〜５ｍｓ、０．６５〜３．５ｍｓ、または０．７５〜２ｍｓの期間の間に前記第４の弁電圧を提供することを含む請求項１９９〜２０２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０４】
前記第３の弁電圧は、前記第４の弁電圧より大きい請求項２０４に記載の方法。
【請求項２０５】
前記第４の弁電圧は、前記第３の弁電圧を供給すると直ちに供給される請求項１９９〜２０４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０６】
前記二つ以上の第２の弁を介してガスを導くステップは、前記内部電極と前記外部電極の間の前記電圧が前記第１の電源により印加される前に、１０００〜５８００トルの前記二つ以上の第２の弁に隣接するガス圧力を生じる請求項１７５〜２０５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０７】
前記二つ以上の第２の弁に隣接した前記ガス圧力は、５４５０〜５５５０トルである請求項２０６に記載の方法。
【請求項２０８】
最初のガス圧力は、前記内部電極と前記外部電極の間の前記電圧が前記第１の電源により印加される前の前記加速領域で１０００〜５８００トルである請求項１７５〜２０７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０９】
前記加速領域内の前記最初のガス圧力は、５４５０〜５５５０トルである請求項２０８に記載の方法。
【請求項２１０】
前記一つ以上の第１の弁を介してガスを導くステップは、１．１〜２ミリ秒（ｍｓ）または１．３〜１．５ｍｓの期間の間に前記一つ以上の第１の弁を開くことを含む請求項１７５〜２０９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１１】
前記二つ以上の第２の弁を介してガスを導くステップは、０．７５〜１ミリ秒（ｍｓ）または０．８〜０．９５ｍｓの期間の間に前記二つ以上の第２の弁を開くことを含む請求項１７５〜２１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１２】
前記一つ以上の第１の弁を介してガスを導くステップは、前記第１の電源によって前記内部電極と前記外部電極の間に前記電圧を印加する前に、前記一つ以上の第１の弁を１．０〜１．６ｍｓまたは１．３〜１．５ｍｓの間に開けることを含む請求項１７５〜２１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１３】
前記二つ以上の第２の弁を介してガスを導くステップは、前記第１の電源によって前記内部電極と前記外部電極の間に前記電圧を印加する前に、前記二つ以上の第２の弁を０．６〜１．２ｍｓまたは０．７〜０．９ｍｓの間に開けることを含む請求項１７５〜２１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１４】
前記内部電極と前記外部電極の間に印加される前記電圧は、２ｋＶ〜３０ｋＶである請求項１７５〜２１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１５】
前記内部電極と前記外部電極の間に前記電圧を印加するステップは、前記内部電極と前記外部電極の間に前記電圧を５０〜４００μｓの期間の間に印加することを含む請求項１７５〜２１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１６】
前記内部電極と前記外部電極結果の間に印加される前記電圧は、３０ｋＶ／ｍ〜５００ｋＶ／ｍの放射電界を生じる請求項１７５〜２１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１７】
前記内部電極と前記中間電極の間に印加される前記電圧は、２ｋＶ〜３０ｋＶである請求項１７５〜２１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１８】
前記内部電極と前記中間電極の間に前記電圧を印加するステップは、前記内部電極と前記外部電極の間に前記電圧を印加するのを開始した後に、前記内部電極と前記中間電極の間に前記電圧を１７〜２７μｓまたは１９〜２２μｓの間に印加するのを開始することを含む請求項１７５〜２１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１９】
前記内部電極と前記中間電極の間に印加される前記電圧は、３０ｋＶ／ｍ〜５００ｋＶ／ｍの電界を生じる請求項１７５〜２１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２０】
前記Ｚピンチプラズマは、０．１ｍｍ〜５ｍｍの半径を有する請求項１７５〜２１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２１】
前記Ｚピンチプラズマは、９００〜２０００ｅＶのイオン温度および５００ｅＶより大きい電子温度を有する請求項１７５〜２２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２２】
前記Ｚピンチプラズマは、１×１０２３イオン／ｍ３より大きいイオン数密度または１×１０２３電子／ｍ３を超える電子数密度を有する請求項１７５〜２２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２３】
前記Ｚピンチプラズマは、せん断された流れを呈する請求項１７５〜２２２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２４】
前記Ｚピンチプラズマは、８Ｔを超える磁場を呈する請求項１７５〜２２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２５】
前記Ｚピンチプラズマは、少なくとも１０μｓの間の安定性を呈する請求項１７５〜２２４のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、２０１７年２月２３日に出願された米国仮特許出願第６２／４６２，７７９号の利益を主張するものであり、その内容全体を参照によって本願明細書に引用したものとする。
【０００２】
連邦支援の研究または開発に関する言明
本発明は、エネルギー省［ＤＯＥ］によって与えられた認可番号ＤＥ−ＡＲ００００５７１、ＤＥ−ＦＧ０２−０４ＥＲ５４７５６、およびＤＥ−ＮＡ０００１８６０の下で政府の支援サポートにより行われた。政府は本発明において一定の権利を有する。
【背景技術】
【０００３】
本願明細書に示されない限り、このセクションに記載されている材料は、本願の請求項に対する従来技術でなくて、このセクションへの包含によって従来技術であると認められない。
【０００４】
核融合は、２つの核を結合するプロセスである。鉄のそれより小さい原子番号を有する元素の２つの核が融合するときに、エネルギーは放出される。エネルギーの放出は、反応物と核融合反応の生成物の間の質量のわずかな違いによるものであって、ΔＥ＝Δｍｃ２により決定される。エネルギーの放出は、反応核の間の反発静電力に打ち勝つ反応核の間の引力のある強い核力にも依存する。
【０００５】
最も低いプラズマ温度を必要とする核融合反応は、ジュウテリウム（１つの陽子と１つの中性子を有する水素核）とトリチウム（１つの陽子と２つの中性子を有する水素核）の間で発生する。この反応は、ヘリウム４核と中性子を生じる。
【０００６】
核融合を達成する１つの方法は、リアクタチャンバ内で融合反応物を含むガスにエネルギーを与えることである。エネルギーを与えられたガスは、イオン化を経てプラズマになる。融合のための充分な温度および密度を有する状態を達成するために、プラズマを閉じ込めることが必要である。
【発明の概要】
【０００７】
本開示の第１の態様は、内部電極、内部電極を実質的に囲む外部電極、ガスを内部電極内から内部電極と外部電極の間の加速領域に導くように構成される一つ以上の第１の弁、ガスを外部電極の外側から加速領域に導くように構成される二つ以上の第２の弁、および内部電極と外部電極の間に電圧を印加するように構成される電源を含むプラズマ閉じ込めシステムである。
【０００８】
本開示の第２の態様は、プラズマ閉じ込めシステムを操作する方法である。方法は、内部電極内から内部電極と内部電極を実質的に囲む外部電極の間の加速領域に、一つ以上の第１の弁を介して、ガスを導くステップと、外部電極の外側から加速領域に、二つ以上の第２の弁を介して、ガスを導くステップと、内部電極と外部電極の間に、電源によって、電圧を印加し、それによって導かれたガスの少なくとも一部を実質的に環状の断面を有するプラズマに変換するステップと、を含み、プラズマは、加速領域の中を内部電極の第１の端部および外部電極の第１の端部の方へ軸方向に流れて、その後に、外部電極の第１の端部と内部電極の第１の端部の間に流れるＺピンチプラズマを確立する。
【０００９】
本開示の第３の態様は、内部電極、内部電極を実質的に囲む中間電極、中間電極を実質的に囲む外部電極、内部電極内から内部電極と中間電極の間の加速領域にガスを導くように構成される一つ以上の第１の弁、中間電極の外側から加速領域にガスを導くように構成される二つ以上の第２の弁、内部電極と中間電極の間に電圧を印加するように構成される第１の電源、および内部電極と外部電極の間に電圧を印加するように構成される第２の電源を含むプラズマ閉じ込めシステムである。
【００１０】
本開示の第４の態様は、プラズマ閉じ込めシステムを操作する方法である。方法は、内部電極内から、一つ以上の第１の弁を介して、内部電極と内部電極を実質的に囲む中間電極の間の加速領域にガスを導くステップと、中間電極の外側から、二つ以上の第２の弁を介して、加速領域にガスを導くステップと、第１の電源によって、内部電極と中間電極の間に電圧を印加し、それによって導かれたガスの少なくとも一部を実質的に環状の断面を有するプラズマに変換するステップとを含み、プラズマは、加速領域の中を内部電極の第１の端部および外部電極の第１の端部の方へ軸方向に流れて、第２の電源によって、内部電極と外部電極の間に電圧を印加して、外部電極の第１の端部と内部電極の第１の端部の間に流れるＺピンチプラズマを確立する。
【００１１】
本開示の第５の態様は、内部電極、内部電極を実質的に囲む外部電極、内部電極に面する中間電極、内部電極内から内部電極と外部電極の間の加速領域にガスを導くように構成される一つ以上の第１の弁、外部電極の外側から加速領域にガスを導くように構成される二つ以上の第２の弁、内部電極と外部電極の間に電圧を印加するように構成される第１の電源、および内部電極と中間電極の間に電圧を印加するように構成される第２の電源を含むプラズマ閉じ込めシステムである。
【００１２】
本開示の第６の態様は、プラズマ閉じ込めシステムを操作する方法である。方法は、内部電極内から、一つ以上の第１の弁を介して、内部電極と内部電極を実質的に囲む外部電極の間の加速領域にガスを導くステップと、外部電極の外側から、二つ以上の第２の弁を介して、加速領域にガスを導くステップと、第１の電源によって、内部電極と外部電極の間に電圧を印加し、それによって導かれたガスの少なくとも一部を実質的に環状の断面を有するプラズマに変換するステップとを含み、プラズマは、加速領域の中を内部電極の第１の端部および外部電極の第１の端部の方へ軸方向に流れて、第２の電源によって、内部電極と中間電極の間に電圧を印加して、中間電極と内部電極の第１の端部の間に流れるＺピンチプラズマを確立し、そこにおいて中間電極は外部電極の第１の端部に配置される。
【００１３】
用語「実質的に」または「だいたい」が本願明細書に使われるとき、詳述される特徴、パラメータ、または値が、厳密に達成される必要がないが、例えば、許容度、測定誤差、測定精度限界、および当業者に知られている他の要因を含む、偏差または変動が、特徴が提供することを目的とした効果を排除しない量で起こる場合があることを意味する。本願明細書に開示されるいくつかの実施例において、「実質的に」または「だいたい」は、詳述された値の＋／−５％内を意味する。
【００１４】
これらの態様、ならびに他の態様、利点、および変形例は、必要に応じて添付図面を参照して、以下の詳細な説明を読むことによって当業者にとって明らかになる。更に、本願明細書に提供されているこの概要および他の説明および図が、実施例だけで本発明を例示することを目的とすること、従って多数のバリエーションが可能であることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】例示の実施形態による、プラズマ閉じ込めシステムの略断面図である。
【図２】例示の実施形態による、プラズマ閉じ込めシステムの略断面図である。
【図３】例示の実施形態による、プラズマ閉じ込めシステムの略断面図である。
【図４】例示の実施形態による、プラズマ閉じ込めシステムを操作する方法のブロック図である。
【図５Ａ】例示の実施形態による、プラズマ閉じ込めシステムおよび操作方法のいくつかの態様を示す。
【図５Ｂ】例示の実施形態による、プラズマ閉じ込めシステムおよび操作方法のいくつかの態様を示す。
【図５Ｃ】例示の実施形態による、プラズマ閉じ込めシステムおよび操作方法のいくつかの態様を示す。
【図５Ｄ】例示の実施形態による、プラズマ閉じ込めシステムおよび操作方法のいくつかの態様を示す。
【図５Ｅ】例示の実施形態による、プラズマ閉じ込めシステムおよび操作方法のいくつかの態様を示す。
【図５Ｆ】例示の実施形態による、プラズマ閉じ込めシステムおよび操作方法のいくつかの態様を示す。
【図６】例示の実施形態による、プラズマ閉じ込めシステムを操作する方法に関連した電圧波形を示す。
【図７】例示の実施形態による、プラズマ閉じ込めシステムを操作する方法に関連したガス圧力プロフィールを示す。
【図８】例示の実施形態による、プラズマ閉じ込めシステムを操作する方法のブロック図である。
【図９Ａ】例示の実施形態による、プラズマ閉じ込めシステムおよび操作方法のいくつかの態様を示す。
【図９Ｂ】例示の実施形態による、プラズマ閉じ込めシステムおよび操作方法のいくつかの態様を示す。
【図９Ｃ】例示の実施形態による、プラズマ閉じ込めシステムおよび操作方法のいくつかの態様を示す。
【図９Ｄ】例示の実施形態による、プラズマ閉じ込めシステムおよび操作方法のいくつかの態様を示す。
【図９Ｅ】例示の実施形態による、プラズマ閉じ込めシステムおよび操作方法のいくつかの態様を示す。
【図９Ｆ】例示の実施形態による、プラズマ閉じ込めシステムおよび操作方法のいくつかの態様を示す。
【図１０】例示の実施形態による、プラズマ閉じ込めシステムを操動する方法に関連した電圧波形を示す。
【図１１】例示の実施形態による、プラズマ閉じ込めシステムを操動する方法に関連したガス圧力プロフィールを示す。
【図１２】例示の実施形態による、プラズマ閉じ込めシステムを操動する方法のブロック図である。
【図１３Ａ】例示の実施形態による、プラズマ閉じ込めシステムおよび操作方法のいくつかの態様を示す。
【図１３Ｂ】例示の実施形態による、プラズマ閉じ込めシステムおよび操作方法のいくつかの態様を示す。
【図１３Ｃ】例示の実施形態による、プラズマ閉じ込めシステムおよび操作方法のいくつかの態様を示す。
【図１３Ｄ】例示の実施形態による、プラズマ閉じ込めシステムおよび操作方法のいくつかの態様を示す。
【図１３Ｅ】例示の実施形態による、プラズマ閉じ込めシステムおよび操作方法のいくつかの態様を示す。
【図１３Ｆ】例示の実施形態による、プラズマ閉じ込めシステムおよび操作方法のいくつかの態様を示す。
【図１４】例示の実施形態による、プラズマ閉じ込めシステムを操作する方法に関連した電圧波形を示す。
【図１５】例示の実施形態による、プラズマ閉じ込めシステムを操作する方法に関連したガス圧力プロフィールを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
プラズマ閉じ込めシステムおよびそれらの使用方法のさまざまな実施形態が、本願明細書に開示される。開示される実施形態は、既存のシステムおよび方法と比較するときに、向上したプラズマ安定性、より強いせん断されたプラズマ流、より小さいＺピンチプラズマ半径、より高い磁場、および／またはより高いプラズマ温度を容易にすることができる。開示される実施形態のいくつかは、プラズマ加速およびプラズマ圧縮の独立制御を同様に呈する。
【００１７】
図１は、プラズマ閉じ込めシステム１００の略断面図である。プラズマ閉じ込めシステム１００は、内部電極１０２および内部電極１０２を実質的に囲む外部電極１０４を含む。プラズマ閉じ込めシステム１００はまた、内部電極１０２内から内部電極１０２と外部電極１０４の間の加速領域１１０にガスを導くように構成される一つ以上の第１の弁１０６および外部電極１０４の外側から加速領域１１０にガスを導くように構成される二つ以上の第２の弁１１２を含む。プラズマ閉じ込めシステム１００はまた、内部電極１０２と外部電極１０４の間に電圧を印加するように構成される電源１１４を含む。
【００１８】
内部電極１０２は、実質的に円筒状の本体１１６を有する導電性（例えば、ステンレス鋼）シェルという形を一般にとる。内部電極１０２は、第１の端部１１８（例えば、丸い端部）および対向する第２の端部１２０（例えば、実質的に円形の端部）を含む。より詳しくは、第１の端部１１８は、丸い先端を有する円錐形状を有することができる。内部電極１０２は、一つ以上の第１の弁１０６から加速領域１１０にガスを送るための一つ以上の導管またはチャネル（図示せず）を含むことができる。
【００１９】
外部電極１０４はまた、実質的に円筒状の本体１２８を有する導電性（例えば、ステンレス鋼）シェルという形を一般にとる。外部電極１０４は、第１の端部１２２（例えば、実質的にディスク形の端部）および対向する第２の端部１２４（例えば、実質的に円形の端部）を含む。図１に示すように、内部電極１０２の第１の端部１１８は、外部電極１０４の第１の端部１２２と外部電極１０４の第２の端部１２４の間にある。外部電極１０４は、内部電極１０２の大部分を囲む。内部電極１０２および外部電極１０４は、同心円であり、そして同じ軸に関して放射相称を有することができる。外部電極１０４は、二つ以上の第２の弁１１２から加速領域１１０にガスを送るための一つ以上の導管またはチャネル（図示せず）を含むことができる。
【００２０】
一つ以上の第１の弁１０６は、「パフ弁」という形をとることができるが、内部電極１０２内から内部電極１０２と外部電極１０４の間の加速領域１１０にガス（例えば、水素またはジュウテリウム）を導くように構成されるいかなるタイプの弁も含むことができる。図１に示すように、一つ以上の第１の弁１０６は、内部電極１０２の第１の端部１１８と内部電極１０２の第２の端部１２０の間に軸方向に配置される。あるいは、一つ以上の第１の弁は、内部電極１０２の第１の端部１１８または第２の端部１２０に配置されるかもしれない。図１において、一つ以上の第１の弁１０６は、内部電極１０２内に配置されるが、他の実施例も可能である。後述するように、一つ以上の第１の弁１０６は、一つ以上の第１の弁１０６に制御電圧を提供することによって操作できる。
【００２１】
加速領域１１０は、内部電極１０２と外部電極１０４の形状により画成される実質的に環状の断面を有する。
【００２２】
二つ以上の第２の弁１１２は、「パフ弁」という形をとることができるが、外部電極１０４の外側から加速領域１１０にガス（例えば、水素またはジュウテリウム）を導くように構成されるいかなるタイプの弁も含むことができる。図１に示すように、二つ以上の第２の弁１１２は、外部電極１０４の第１の端部１２２と外部電極１０４の第２の端部１２４の間に軸方向に配置される。あるいは、二つ以上の第２の弁は、第２の端部１２４に、または第１の端部１２２に設置できる。二つ以上の第２の弁１１２は、通常、外部電極１０４のまわりに配置される。図１に示すように、一つ以上の第１の弁１０６は、二つ以上の第２の弁１１２に軸方向に合わせられるが、他の実施例も可能である。後述するように、二つ以上の第１の弁１１２は、二つ以上の第２の弁１１２に制御電圧を提供することによって作動できる。
【００２３】
電源１１４は、例えば、最高５００ｋＪまたは最高３〜４ＭＪを格納できるコンデンサバンクという形を通常とる。電源１１４の陽極端子は、内部電極１０２に、あるいは外部電極１０４に連結できる。
【００２４】
プラズマ閉じ込めシステム１００は、内部電極１０２の第１の端部１１８と外部電極１０４の第１の端部１２２の間の外部電極１０４内に集合領域１２６を含む。プラズマ閉じ込めシステム１００は、後述するように、集合領域１２６内にＺピンチプラズマを維持するように構成される。
５４
【００２５】
プラズマ閉じ込めシステム１００はまた、ガス供給源１３０（例えば、加圧ガスタンク）およびガス供給源１３０からそれぞれの一つ以上の第１の弁１０６を通してのガス流を制御するように構成される一つ以上の第１の調整器１３２を含む。一つ以上の第１の調整器１３２と一つ以上の第１の弁１０６の間の連結部（例えば、パイピング）は、明確にするため図１において省略される。
【００２６】
プラズマ閉じ込めシステム１００はまた、ガス供給源１３０からそれぞれの２つ以上の第２の弁１１２を通してのガス流を制御するように構成される２つ以上の第２の調整器１３４を含む。一つ以上の第２の調整器１３４と二つ以上の第２の弁１１２の間の連結部（例えば、パイピング）は、明確にするため図１において省略される。
【００２７】
プラズマ閉じ込めシステム１００はまた、内部電極１０２と外部電極１０４の間に電気的絶縁を維持するために、外部電極１０４の第２の端部１２４と内部電極１０２の間に絶縁体１３６を含む。絶縁体１３６（例えば、セラミック材料）は、一般に環状断面を有する。
【００２８】
図１に示すように、プラズマ閉じ込めシステムはまた、内部電極１０２および外部電極１０４を少なくとも部分的に囲む真空チャンバ１３８（例えば、ステンレス鋼容器）を含む。
【００２９】
図２は、プラズマ閉じ込めシステム２００の略断面図である。プラズマ閉じ込めシステム２００は、内部電極２０２、内部電極２０２を実質的に囲む中間電極２０３、および中間電極２０３を実質的に囲む外部電極２０４を含む。プラズマ閉じ込めシステム２００はまた、内部電極２０２内から内部電極２０２と中間電極２０３の間の加速領域２１０にガスを導くように構成される一つ以上の第１の弁２０６を含む。プラズマ閉じ込めシステム２００はまた、中間電極２０３の外側から加速領域２１０にガスを導くように構成される二つ以上の第２の弁２１２を含む。プラズマ閉じ込めシステム２００はまた、内部電極２０２と中間電極２０３の間に電圧を印加するように構成される第１の電源２１４および内部電極２０２と外部電極２０４の間に電圧を印加するように構成される第２の電源２１５を含む。
【００３０】
内部電極２０２は、実質的に円筒状の本体２１６を有する導電性（例えば、ステンレス鋼）シェルという形を一般にとる。内部電極２０２は、第１の端部２１８（例えば、丸い端部）および対向する第２の端部２２０（例えば、実質的に円形の端部）を含む。より詳しくは、第１端部２１８は、丸い先端を有する円錐形状を有することができる。内部電極２０２は、通常、上記の内部電極１０２と類似している。内部電極２０２は、一つ以上の第１の弁２０６から加速領域２１０にガスを送るための一つ以上の導管またはチャネル（図示せず）を含むことができる。
【００３１】
外部電極２０４はまた、実質的に円筒状の本体２２８を有する導電性（例えば、ステンレス鋼）シェルという形を一般にとる。外部電極２０４の第１の端部２２２は、実質的にディスク形であり、そして外部電極の第２の端部２２４は、実質的に円形である。外部電極２０４は、内部電極２０２の大部分および中間電極２０３の大部分を囲む。内部電極２０２、中間電極２０３、および外部電極２０４は、同心であり、そして同じ軸に関して放射相称を有することができる。
【００３２】
中間電極２０３は、実質的に円筒状の本体２２９を有する導電性（例えば、ステンレス鋼）という形を一般にとる。中間電極２０３は、実質的に円形である第１の端部２１９および実質的に円形である第２の対向端部２２１を含む。中間電極２０３は、二つ以上の第２の弁２１２から加速領域２１０にガスを送るための一つ以上の導管またはチャネル（図示せず）を含むことができる。
【００３３】
内部電極２０２の第１の端部２１８は、外部電極２０４の第１の端部２２２と外部電極２０４の第２の端部２２４の間にある。中間電極２０３の第１の端部２１９は、外部電極２０４の第１の端部２２２と外部電極２０４の第２の端部２２４の間にある。
【００３４】
一つ以上の第１の弁２０６は、「パフ弁」という形をとることができるが、内部電極２０２内から内部電極２０２と中間電極２０３の間の加速領域２１０にガス（例えば、水素またはジュウテリウム）を導くように構成されるいかなるタイプの弁も含むことができる。図２に示すように、一つ以上の第１の弁２０６は、内部電極２０２の第１の端部２１８と内部電極２０２の第２の端部２２０の間に軸方向に配置される。あるいは、一つ以上の第１の弁は、内部電極２０２の第１の端部２１８または第２の端部２２０に設置してもよい。図２において、一つ以上の第１の弁２０６は、内部電極２０２内に配置されるが、他の実施例も可能である。後述するように、一つ以上の第１の弁２０６は、一つ以上の第１の弁２０６に制御電圧を提供することによって操作できる。
【００３５】
加速領域２１０は、内部電極２０２と中間電極２０３の形状により画成される実質的に環状の断面を有する。
【００３６】
二つ以上の第２の弁２１２は、「パフ弁」という形をとることができるが、中間電極２０３の外側から加速領域２１０にガス（例えば、水素またはジュウテリウム）を導くように構成されるいかなるタイプの弁も含むことができる。図２に示すように、二つ以上の第２の弁２１２は、中間電極２０３の第２の端部２２１に配置されるが、他の実施例も可能である。二つ以上の第２の弁２１２は、例えば、外部電極２０４外に、且つ中間電極２０３外に配置される。他の実施例において、二つ以上の第２の弁は、外部電極内部に、且つ中間電極の外側に設置できる。二つ以上の第２の弁２１２は、第１の絶縁体２３６と第２の絶縁体２３７の間にガスを導くように構成される。後述するように、二つ以上の第１の弁２１２は、二つ以上の第２の弁２１２に制御電圧を提供することによって作動できる。
【００３７】
第１の電源２１４および第２の電源２１５は、例えば、最高１００〜２００ｋＪまたは３〜４ＭＪを格納できるそれぞれのコンデンサバンクという形を通常とる。
【００３８】
プラズマ閉じ込めシステム２００は、内部電極２０２の第１の端部２１８と外部電極２０４の第１の端部２２２の間の外部電極２０４内に集合領域２２６を含む。プラズマ閉じ込めシステム２００は、後述するように、集合領域２２６の中にＺピンチプラズマを維持するように構成される。
【００３９】
プラズマ閉じ込めシステム２００はまた、ガス供給源２３０（例えば、加圧ガスタンク）およびガス供給源２３０からそれぞれの一つ以上の第１の弁２０６を通してのガス流を制御するように構成される一つ以上の第１の調整器２３２を含む。一つ以上の第１の調整器２３２と一つ以上の第１の弁２０６の間の連結部（例えば、パイピング）は、明確にするため図２において省略される。
【００４０】
プラズマ閉じ込めシステム２００はまた、ガス供給源２３０からそれぞれの二つ以上の第２の弁２１２を通してのガス流を制御するように構成される二つ以上の第２の調整器２３４を含む。二つ以上の第２の調整器２３４と二つ以上の第２の弁２１２の間の連結部（例えば、パイピング）は、明確にするため図２において省略される。
【００４１】
プラズマ閉じ込めシステム２００はまた、外部電極２０４の第２の端部２２４と中間電極２０３の間に第１の絶縁体２３６を含む。第１の絶縁体２３６は、一般に環状断面を有する。
【００４２】
プラズマ閉じ込めシステム２００はまた、中間電極２０３の第２の端部２２１と内部電極２０２の間に第２の絶縁体２３７を含む。第２の絶縁体２３７は、一般に環状断面を有する。
【００４３】
図２に示すように、プラズマ閉じ込めシステム２００はまた、内部電極２０２、中間電極２０３、および外部電極２０４を少なくとも部分的に囲む真空チャンバ２３８（例えば、鋼鉄容器）を含む。
【００４４】
図３は、プラズマ閉じ込めシステム３００の略断面図である。プラズマ閉じ込めシステム３００は、内部電極３０２、内部電極３０２を実質的に囲む外部電極３０４、および内部電極３０２に面する中間電極３０３を含む。プラズマ閉じ込めシステム３００はまた、内部電極３０２内から内部電極３０２と外部電極３０４の間の加速領域３１０にガスを導くように構成される一つ以上の第１の弁３０６および外部電極３０４の外側から加速領域３１０にガスを導くように構成される二つ以上の第２の弁３１２を含む。プラズマ閉じ込めシステム３００はまた、内部電極３０２と外部電極３０４の間に電圧を印加するように構成される第１の電源３１４および内部電極３０２と中間電極３０３の間に電圧を印加するように構成される第２の電源３１５を含む。
【００４５】
内部電極３０２は、実質的に円筒状の本体３１６を有する導電性（例えば、ステンレス鋼）シェルという形を一般にとる。内部電極３０２は、第１の端部３１８（例えば、丸い端部）および対向する第２の端部３２０（例えば、実質的に円形の端部）を含む。より詳しくは、第１の端部３１８は、丸い先端を有する円錐形状を有することができる。内部電極３０２は、上記の内部電極１０２および内部電極２０２と大体類似している。内部電極３０２は、一つ以上の第１の弁３０６から加速領域３１０にガスを送るための一つ以上の導管またはチャネル（ラベルをつけず）を含むことができる。
【００４６】
外部電極３０４はまた、実質的に円筒状の本体３２８を有する導電性（例えば、ステンレス鋼）シェルという形を一般にとる。外部電極３０４の第１の端部３２２は、実質的に円形であり、そして外部電極の第２の端部３２４は、実質的に円形である。外部電極３０４は、内部電極３０２の大部分を囲む。内部電極３０２および外部電極３０４は、同心であり、そして同じ軸に関して放射相称を有することができる。内部電極３０２の第１の端部３１８は、外部電極３０４の第１の端部３２２と外部電極３０４の第２の端部３２４の間にある。外部電極３０４は、二つ以上の第２の弁３１２から加速領域３１０にガスを送るための一つ以上の導管またはチャネル（図示せず）を含むことができる。
【００４７】
中間電極３０３はまた、通常、導電性材料（例えば、ステンレス鋼）という形をとって、実質的にディスク形である。
【００４８】
一つ以上の第１の弁３０６は、「パフ弁」という形をとることができるが、内部電極３０２内から内部電極３０２と外部電極３０４の間の加速領域３１０にガス（例えば、水素またはジュウテリウム）を導くように構成されるいかなるタイプの弁も含むことができる。図３に示すように、一つ以上の第１の弁３０６は、内部電極３０２の第１の端部３１８と内部電極３０２の第２の端部３２０の軸方向中間に配置される。あるいは、一つ以上の第１の弁は、内部電極３０２の第１の端部３１８または第２の端部３２０に設置してもよい。図３において、一つ以上の第１の弁３０６は、内部電極３０２内に配置されるが、他の実施例も可能である。後述するように、一つ以上の第１の弁３０６は、一つ以上の第１の弁３０６に制御電圧を提供することによって操作できる。
【００４９】
加速領域３１０は、内部電極３０２と外部電極３０４の形状により画成される実質的に環状の断面を有する。
【００５０】
二つ以上の第２の弁３１２は、「パフ弁」という形をとることができるが、外部電極３０４の外側から加速領域３１０にガス（例えば、水素またはジュウテリウム）を導くように構成されるいかなるタイプの弁も含むことができる。図３に示すように、二つ以上の第２の弁３１２は、外部電極３０４の第１の端部３２２と外部電極３０４の第２の端部３２４の間に軸方向に配置される。あるいは、二つ以上の第２の弁は、第２の端部３２４に、または第１の端部３２２に設置できる。二つ以上の第２の弁３１２は、通常、外部電極３０４のまわりに（例えば、外側に）配置される。図３に示すように、一つ以上の第１の弁３０６は、二つ以上の第２の弁３１２に軸方向に合わせられるが、他の実施例も可能である。後述するように、二つ以上の第１の弁３１２は、二つ以上の第２の弁３１２に制御電圧を提供することによって操作できる。
【００５１】
第１の電源３１４および第２の電源３１５は、例えば、最高１００〜２００ｋＪまたは３〜４ＭＪを格納できるそれぞれのコンデンサバンクという形を通常とる。
【００５２】
プラズマ閉じ込めシステム３００は、内部電極３０２の第１の端部３１８と中間電極３０３の間の外部電極３０４内に集合領域３２６を含む。プラズマ閉じ込めシステム３００は、後述するように、集合領域３２６の中にＺピンチプラズマを維持するように構成される。
【００５３】
プラズマ閉じ込めシステム３００はまた、ガス供給源３３０（例えば、加圧ガスタンク）およびガス供給源３３０からそれぞれの一つ以上の第１の弁３０６を通してガス流を制御するように構成される一つ以上の第１の調整器３３２を含む。一つ以上の第１の調整器３３２と一つ以上の第１の弁３０６の間の連結部（例えば、パイピング）は、明確にするため図３において省略される。
【００５４】
プラズマ閉じ込めシステム３００はまた、ガス供給源３３０からそれぞれの二つ以上の第２の弁３１２を通してガス流を制御するように構成される二つ以上の第２の調整器３３４を含む。一つ以上の第２の調整器３３４と二つ以上の第２の弁３１２の間の連結部（例えば、パイピング）は、明確にするため図３において省略される。
【００５５】
プラズマ閉じ込めシステム３００はまた、内部電極３０２と外部電極３０４の間に電気的絶縁を維持するために、外部電極３０４と内部電極３０２の間に（例えば、環状断面を有する）第１の絶縁体３３６を含む。
【００５６】
プラズマ閉じ込めシステム３００はまた、内部電極３０３と外部電極３０４の間に電気的絶縁を維持するために、外部電極３０４の第２の端部３２２と内部電極３０３の間に（例えば、環状断面を有する）第２の絶縁体３３７を含む。
【００５７】
プラズマ閉じ込めシステム３００はまた、内部電極３０２、中間電極３０３、および／または外部電極３０４を少なくとも部分的に囲む真空チャンバ３３８を含む。
【００５８】
図４は、プラズマ閉じ込めシステム（例えば、プラズマ閉じ込めシステム１００）を作動する方法４００のブロック図である。一緒に見られる図１、５Ａ〜Ｆ、６、および７は、後述するように方法４００の態様のいくつかを例示する。図５Ａ〜Ｆは、プラズマ閉じ込めシステム１００の機能を表すだけでなく、プラズマ閉じ込めシステム１００の部分の簡略図を含む。
【００５９】
ブロック４０２で、方法４００は、内部電極内から内部電極と内部電極を実質的に囲む外部電極の間の加速領域に、一つ以上の第１の弁を介して、ガスを導くステップを含む。
【００６０】
例えば、一つ以上の第１の弁１０６は、内部電極１０２内から内部電極１０２と内部電極１０２を実質的に囲む外部電極１０４の間の加速領域１１０にガス４１２（図５Ａ〜Ｂ参照）を導くことができる。図５Ａは、加速領域１１０に入るガス４１２の初期量を示し、そして図５Ｂは、加速領域１１０に入るガス４１２の追加量を示す。
【００６１】
図６は、方法４００のいくつかの他の可能性がある特徴を表す。図６に表される電圧、波形、および時間は、必ずしも一定の比率で示されるというわけではない。いくつかの実施形態では、一つ以上の第１の弁１０６を介してガス４１２を導くことは、第２の弁電圧４２２を（例えば、直流電源によって）一つ以上の第１の弁１０６に供給することが続く、（示されないコンデンサバンクのような電源によって）第１の弁電圧４２０を一つ以上の第１の弁１０６に（例えば、一つ以上の第１の弁１０６の制御端子に）供給することを含む。
【００６２】
この文脈において、第１の弁電圧４２０は、通常、２７０〜３３０ボルト、２９０〜３１０ボルト、または２９５〜３０５ボルトである。本願明細書に詳述される電圧は、通常、特に明記しない限り直流電圧である。第１の弁電圧４２０は、９０〜１１０μｓ、９５〜１０５μｓ、または９８〜１０２μｓの期間４２４の間に提供されることができる。第１の弁電圧４２０および第２の弁電圧４２２のそれぞれの波形が、実際には矩形波という形をとらなくて、通常、より滑らかな波形を有して、ＲＬＣ回路に特有の第１の弁電圧４２０と第２の弁電圧４２２の間で推移する点に留意する必要がある。
【００６３】
第２の弁電圧４２２は、１３．５〜１６．５ボルト、１４〜１６ボルト、または１４．５〜１５．５ボルトであるかもしれない。例えば、第２の弁電圧４２２は、０．５〜５ｍｓ、０．６５〜３．５ｍｓ、または０．７５〜２ｍｓの期間４２６の間に提供されるかもしれない。通常は、第１の弁電圧４２０は、第２の弁電圧４２２より大きく、そして第２の弁電圧４２２は、第１の弁電圧４２０を供給すると直ちに供給される。
【００６４】
一つ以上の第１の弁１０６の動作の後に、一つ以上の第１の弁１０６に隣接したガス圧力４２８（図７参照）は、内部電極１０２と外部電極１０４の間の電圧４１４（図６参照）が電源１１４により印加される前に、１０００〜５８００トル（例えば、５４５０〜５５５０トル）であるかもしれない。
【００６５】
一つ以上の第１の弁１０６を介してガス４１２を導くことは、１．１〜２ミリ秒（ｍｓ）または１．３〜１．５ｍｓの期間の間に一つ以上の第１の弁１０６を開くことを含むかもしれない。加えて、一つ以上の第１の弁１０６を介してガス４１２を導くことは、電源１１４によって内部電極１０２と外部電極１０４の間に電圧４１４を印加する前に、一つ以上の第１の弁１０６を１．０〜１．６ｍｓまたは１．３〜１．５ｍｓの間に開けることを含むかもしれない。
【００６６】
ブロック４０４で、方法４００は、二つ以上の第２の弁を介して、外部電極の外側から加速領域にガスを導くステップを含む。例えば、二つ以上の第２の弁１１２は、図５Ａ〜Ｂに示すように、ガス４１２の一部を加速領域１１０に導くことができる。
【００６７】
いくつかの実施形態では、二つ以上の第２の弁１１２を介してガス４１２を導くことは、第４の弁電圧４３２を（例えば、直流電源によって）二つ以上の第２の弁１１２へ供給することが続く、（示されないコンデンサバンクのような電源によって）第３の弁電圧４３０（図６参照）を二つ以上の第２の弁１１２に（例えば、二つ以上の第２の弁１１２の制御端子に）供給することを含む。
【００６８】
この文脈において、第３の弁電圧４３０は、通常、２７０〜３３０ボルト、２９０〜３１０ボルト、または２９５〜３０５ボルトである。第３の弁電圧４３０は、９０〜１１０μｓ、９５〜１０５μｓ、または９８〜１０２μｓの期間４３４の間に提供されるかもしれない。第３の弁電圧４３０および第４の弁電圧４３２のそれぞれの波形が、実際には矩形波という形をとらなくて、通常、より滑らかな波形を有して、ＲＬＣ回路に特有の第３の弁電圧４３０と第４の弁電圧４３２の間で推移する点に留意する必要がある。
【００６９】
第４の弁電圧４３２は、通常、１３．５〜１６．５ボルト、１４〜１６ボルト、または１４．５〜１５．５ボルトである。第４の弁電圧４３２は、０．５〜５ｍｓ、０．６５〜３．５ｍｓ、または０．７５〜２ｍｓの期間４３６の間に提供されるかもしれない。第３の弁電圧４３０は、通常は、第４の弁電圧４３２より大きい。第４の弁電圧４３２は、通常は、第３の弁電圧４３０を提供すると直ちに供給される。
【００７０】
二つ以上の第２の弁１１２の動作の後に、二つ以上の第２の弁１１２に隣接したガス圧力４３８（図７参照）は、内部電極１０２と外部電極１０４の間の電圧４１４が電源１１４により印加される前に、１０００〜５８００トル（例えば、５４５０〜５５５０トル）であるかもしれない。
【００７１】
二つ以上の第２の弁１１２を介してガス４１２を導くことは、０．７５〜１ミリ秒（ｍｓ）または０．８〜０．９５ｍｓの期間の間に二つ以上の第２の弁１１２を開くことを含むかもしれない。
【００７２】
加えて、二つ以上の第２の弁１１２を介してガス４１２を導くことは、電源１１４によって内部電極１０２と外部電極１０４の間に電圧４１４を印加する前に、二つ以上の第２の弁１１２を０．６〜１．２ｍｓまたは０．７〜０．９ｍｓの間に開けることを含むかもしれない。
【００７３】
一つ以上の第１の弁１０６および二つ以上の第２の弁１１２の動作の後に、加速領域１１０内のガス圧力４４０（図７参照）は、内部電極１０２と外部電極１０４の間の電圧４１４が電源１１４により印加される前に、１０００〜５８００トル（例えば、５４５０〜５５５０トル）であるかもしれない。加速領域内のガス圧力は、通常、ガスが加速領域にもはや導入されなくなると、ガス挿入の位置からの距離が増加するとともに、且つ時間がたつとともに減少する。
【００７４】
ブロック４０６で、方法４００は、電源によって、内部電極と外部電極の間に電圧を印加し、それにより誘導されたガスの少なくとも一部を実質的に環状の断面を有するプラズマに変換するステップであって、プラズマは、内部電極の第１の端部および外部電極の第１の端部の方へ加速領域内を軸方向に流れるステップと、その後で、外部電極の第１の端部と内部電極の第１の端部の間に流れるＺピンチプラズマを確立するステップとを含む。
【００７５】
例えば、電源１１４は、内部電極１０２と外部電極１０４の間に電圧４１４を印加し、それにより誘導されたガス４１２の少なくとも一部を実質的に環状の断面を有するプラズマ４１６（図５Ｃ〜Ｄ参照）に変換するかもしれない。それ自体の電流によって発生する磁場のため、プラズマ４１６は、図５Ｃ〜Ｄに示すように、内部電極１０２の第１の端部１１８および外部電極１０４の第１の端部１２２の方へ加速領域１１０内を軸方向に流れることができる。プラズマ４１６が、加速領域１１０を越えて移動するとき、Ｚピンチプラズマ４１８（図５Ｅ〜Ｆ参照）が確立されて、外部電極１０４の第１の端部１２２と内部電極１０２の第１の端部１１８の間に流れる。
【００７６】
Ｚピンチプラズマ４１８は、通常、内部電極１０２の第１の端部１１８と外部電極１０４の第１の端部１２２の間の外部電極１０４内で集合領域１２６に流れる。
【００７７】
内部電極１０２と外部電極１０４の間に電源１１４により印加される電圧４１４は、２ｋＶ〜３０ｋＶであるかもしれない。電圧４１４は、５０〜４００μｓの期間４４２（図６参照）の間に印加されるかもしれない。
【００７８】
内部電極１０２と外部電極１０４の間に印加される電圧４１４は、３０ｋＶ／ｍ〜５００ｋＶ／ｍの範囲で加速領域１１０内に放射電界を生じるかもしれない。
【００７９】
Ｚピンチプラズマ４１８は、せん断された軸流を呈して、０．１ｍｍ〜５ｍｍの半径、９００〜２０００ｅＶのイオン温度、５００ｅＶより大きい電子温度、１×１０２３イオン／ｍ３より大きいイオン数密度または１×１０２３電子／ｍ３を超える電子数密度、８Ｔ以上の磁場を有することができて、そして／または少なくとも１０μｓの間は安定でありえる。
【００８０】
図８は、プラズマ閉じ込めシステム（例えば、プラズマ閉じ込めシステム２００）を操作する方法８００のブロック図である。一緒に見られる図２、９Ａ〜Ｆ、１０、および１１は、後述するように方法８００の態様のいくつかを例示する。図９Ａ〜Ｆは、プラズマ閉じ込めシステム２００の機能を表すだけでなく、プラズマ閉じ込めシステム２００の部分の簡略図を含む。
【００８１】
ブロック８０２で、方法８００は、内部電極内から内部電極と内部電極を実質的に囲む中間電極の間の加速領域に、一つ以上の第１の弁を介して、ガスを導くステップを含む。
【００８２】
例えば、一つ以上の第１の弁２０６は、内部電極２０２内から内部電極２０２と内部電極２０２を実質的に囲む中間電極２０３の間の加速領域２１０にガス８１２を導くことができる。図９Ａは、加速領域２１０に入るガス８１２の最初の量を示し、そして図９Ｂは、加速領域２１０に入るガス８１２の追加量を示す。
【００８３】
図１０は、方法８００のいくつかの他の可能性がある特徴を表す。図１０に表される電圧、波形、および時間は、必ずしも一定の比率で示されるというわけではない。いくつかの実施形態では、一つ以上の第１の弁２０６を介してガス８１２を導くことは、第２の弁電圧８２２を（例えば、直流電源によって）一つ以上の第１の弁２０６に供給することが続く、（示されないコンデンサバンクのような電源によって）第１の弁電圧８２０を一つ以上の第１の弁２０６に（例えば、一つ以上の第１の弁２０６の制御端子に）供給することを含む。
【００８４】
この文脈において、第１の弁電圧８２０は、通常、２７０〜３３０ボルト、２９０〜３１０ボルト、または２９５〜３０５ボルトである。本願明細書に詳述される電圧は、特に明記しない限り直流電圧である。第１の弁電圧８２０は、９０〜１１０μｓ、９５〜１０５μｓ、または９８〜１０２μｓの期間４２４の間に提供されることができる。第１の弁電圧８２０および第２の弁電圧８２２のそれぞれの波形が、実際には矩形波という形をとらなくて、通常、より滑らかな波形を有して、ＲＬＣ回路に特有の第１の弁電圧８２０と第２の弁電圧８２２の間で推移する点に留意する必要がある。
【００８５】
第２の弁電圧８２２は、１３．５〜１６．５ボルト、１４〜１６ボルト、または１４．５〜１５．５ボルトであるかもしれない。例えば、第２の弁電圧８２２は、０．５〜５ｍｓ、０．６５〜３．５ｍｓ、または０．７５〜２ｍｓの期間８２６の間に提供されるかもしれない。通常は、第１の弁電圧８２０は、第２の弁電圧８２２より大きく、そして第２の弁電圧８２２は、第１の弁電圧８２０を供給すると直ちに供給される。
【００８６】
一つ以上の第１の弁２０６の動作の後に、一つ以上の第１の弁２０６に隣接したガス圧力８２８（図１１参照）は、内部電極２０２と中間電極２０３の間の電圧８１４（図１０参照）が電源２１４により印加される前に、１０００〜５８００トル（例えば、５４５０〜５５５０トル）であるかもしれない。
【００８７】
一つ以上の第１の弁２０６を介してガス８１２を導くことは、１．１〜２ミリ秒（ｍｓ）または１．３〜１．５ｍｓの期間の間に一つ以上の第１の弁２０６を開くことを含むかもしれない。加えて、一つ以上の第１の弁２０６を介してガス８１２を導くことは、電源２１４によって内部電極２０２と中間電極２０３の間に電圧８１４を印加する前に、一つ以上の第１の弁２０６を１．０〜１．６ｍｓまたは１．３〜１．５ｍｓの間に開けることを含むかもしれない。
【００８８】
ブロック８０４で、方法８００は、二つ以上の第２の弁を介して、中間電極の外側から加速領域にガスを導くステップを含む。例えば、二つ以上の第２の弁２１２は、図９Ａ〜Ｂに示すように、ガス８１２の一部を加速領域２１０に導くことができる。
【００８９】
いくつかの実施形態では、二つ以上の第２の弁２１２を介してガス８１２を導くことは、第４の弁電圧８３２を（例えば、直流電源によって）二つ以上の第２の弁２１２へ供給することが続く、（示されないコンデンサバンクのような電源によって）第３の弁電圧８３０を二つ以上の第２の弁２１２に（例えば、二つ以上の第２の弁２１２の制御端子に）供給することを含む。
【００９０】
この文脈において、第３の弁電圧８３０は、通常、２７０〜３３０ボルト、２９０〜３１０ボルト、または２９５〜３０５ボルトである。第３の弁電圧８３０は、９０〜１１０μｓ、９５〜１０５μｓ、または９８〜１０２μｓの期間４３４の間に提供されるかもしれない。第３の弁電圧８３０および第４の弁電圧８３２のそれぞれの波形が、実際には矩形波という形をとらなくて、通常、より滑らかな波形を有して、ＲＬＣ回路に特有の第３の弁電圧８３０と第４の弁電圧８３２の間で推移する点に留意する必要がある。
【００９１】
第４の弁電圧８３２は、通常、１３．５〜１６．５ボルト、１４〜１６ボルト、または１４．５〜１５．５ボルトである。第４の弁電圧８３２は、０．５〜５ｍｓ、０．６５〜３．５ｍｓ、または０．７５〜２ｍｓの期間８３６の間に提供されるかもしれない。第３の弁電圧８３０は、通常は、第４の弁電圧８３２より大きい。第４の弁電圧８３２は、通常は、第３の弁電圧８３０を提供すると直ちに供給される。
【００９２】
二つ以上の第２の弁２１２の動作の後に、二つ以上の第２の弁２１２に隣接したガス圧力８３８（図１１参照）は、内部電極２０２と中間電極２０３の間の電圧８１４が電源２１４により印加される前に、１０００〜５８００トル（例えば、５４５０〜５５５０トル）であるかもしれない。
【００９３】
二つ以上の第２の弁２１２を介してガス８１２を導くことは、０．７５〜１ミリ秒（ｍｓ）または０．８〜０．９５ｍｓの期間の間に二つ以上の第２の弁２１２を開くことを含むかもしれない。
【００９４】
加えて、二つ以上の第２の弁２１２を介してガス８１２を導くことは、電源２１４によって内部電極２０２と中間電極２０３の間に電圧８１４を印加する前に、二つ以上の第２の弁２１２を０．６〜１．２ｍｓまたは０．７〜０．９ｍｓの間に開けることを含むかもしれない。
【００９５】
一つ以上の第１の弁２０６および二つ以上の第２の弁２１２の動作の後に、加速領域２１０内のガス圧力８４０（図１１参照）は、内部電極１０２と中間電極２０３の間の電圧８１４が電源２１４により印加される前に、１０００〜５８００トル（例えば、５４５０〜５５５０トル）であるかもしれない。加速領域内のガス圧力は、通常、ガスが加速領域にもはや導入されなくなると、ガス挿入の位置からの距離が増加するとともに、且つ時間がたつとともに減少する。
【００９６】
ブロック８０６で、方法８００は、第１の電源によって、内部電極と中間電極の間に電圧を印加し、それにより誘導されたガスの少なくとも一部を実質的に環状の断面を有するプラズマに変換するステップであって、プラズマは、内部電極の第１の端部および外部電極の第１の端部の方へ加速領域内を軸方向に流れるステップを含む。
【００９７】
例えば、第１の電源２１４は、内部電極２０２と中間電極２０３の間に電圧８１４（図１０参照）を印加し、それにより誘導されたガス８１２の少なくとも一部を実質的に環状の断面を有するプラズマ８１６（図９Ｃ〜Ｄ参照）に変換できる。それ自体の電流によって発生する磁場のため、プラズマ８１６は、図９Ｃ〜Ｄに示すように、内部電極２０２の第１の端部２１８および外部電極２０４の第１の端部２２２の方へ加速領域２１０内を軸方向に流れることができる。
【００９８】
内部電極２０２と中間電極２０３の間に電源２１４により印加される電圧８１４は、２ｋＶ〜３０ｋＶであるかもしれない。電圧８１４は、５０〜４００μｓの期間８４２（図１０参照）の間に印加されるかもしれない。
【００９９】
内部電極２０２と中間電極２０３の間に印加される電圧８１４は、３０ｋＶ／ｍ〜５００ｋＶ／ｍの加速領域２１０内の放射電界を生じるかもしれない。
【０１００】
ブロック８０８で、方法８００は、外部電極の第１の端部と内部電極の第１の端部の間に流れるＺピンチプラズマを確立するために、内部電極と外部電極の間に電圧を、第２の電源によって、印加するステップを含む。
【０１０１】
例えば、第２の電源２１５は、外部電極２０４の第１の端部２２２と内部電極２０２の第１の端部２１８の間に流れるＺピンチプラズマ８１８（図９Ｅ〜Ｆ参照）を確立するために、内部電極２０２と外部電極２０４の間に電圧８１５（図１０参照）を印加するかもしれない。プラズマ８１６が、加速領域２１０を越えて移動するときに、Ｚピンチプラズマ８１８は、内部電極２０２の第１の端部２１８と外部電極２０４の第１の端部２２２の間の外部電極２０４内の集合領域２２６に確立される。
【０１０２】
ブロック８０６および８０８がまた、当業者が認めるように、（ａ）内部電極２０２と中間電極２０３の間の電圧および（ｂ）中間電極２０３と外部電極２０４の間の電圧を制御する他の手段により実施されるかもしれない点に留意する必要がある。例えば、電源は、内部電極と外部電極の間の代わりに、中間電極２０３と外部電極２０４の間に電圧を供給するかもしれない。
【０１０３】
内部電極２０２と外部電極２０４の間に電圧を印加することは、内部電極２０２と中間電極２０３の間に電圧を印加するのを開始した後に１７〜２７μｓまたは１９〜２２μｓの間に内部電極２０２と外部電極２０４の間に電圧を印加するのを開始することを含むかもしれない。
【０１０４】
内部電極２０２と外部電極２０４の間に電源２１５により印加される電圧８１５は、通常、２ｋＶ〜３０ｋＶである。電圧８１５は、５０〜４００μｓの期間８４４の間に印加されるかもしれない。
【０１０５】
Ｚピンチプラズマ８１８は、せん断された軸流を呈して、０．１ｍｍ〜５ｍｍの半径、９００〜２０００ｅＶのイオン温度、５００ｅＶより大きい電子温度、１×１０２３イオン／ｍ３より大きいイオン数密度または１×１０２３電子／ｍ３を超える電子数密度、８Ｔ以上の磁場を有することができて、そして／または少なくとも１０μｓの間は安定でありえる。
【０１０６】
図１２は、プラズマ閉じ込めシステム（例えば、プラズマ閉じ込めシステム３００）を作動する方法９００のブロック図である。一緒に見られる図３、１３Ａ〜Ｆ、１４、および１５は、後述するように、方法９００の態様のいくつかを例示する。図１３Ａ〜Ｆは、プラズマ閉じ込めシステム３００の機能を表すだけでなく、プラズマ閉じ込めシステム３００の部分の簡略図を含む。
【０１０７】
ブロック９０２で、方法９００は、一つ以上の第１の弁を介して、内部電極内から内部電極と内部電極を実質的に囲む外部電極の間の加速領域にガスを導くステップを含む。
【０１０８】
例えば、一つ以上の第１の弁３０６は、内部電極３０２内から内部電極３０２と内部電極３０２を実質的に囲む外部電極３０４の間の加速領域３１０にガス９１２（図１３Ａ〜Ｂ参照）を導くことができる。図１３Ａは、加速領域３１０に入るガス９１２の最初の量を示し、そして図１３Ｂは、加速領域３１０に入るガス９１２の追加量を示す。
【０１０９】
図１４は、方法９００のいくつかの他の可能性がある特徴を表す。図１４に表される電圧、波形、および時間は、必ずしも一定の比率で示されるというわけではない。いくつかの実施形態では、一つ以上の第１の弁３０６を介してガス９１２を導くことは、第２の弁電圧９２２を（例えば、直流電源によって）一つ以上の第１の弁３０６に供給することが続く、（示されないコンデンサバンクのような電源によって）第１の弁電圧９２０を一つ以上の第１の弁３０６に（例えば、一つ以上の第１の弁３０６の制御端子に）供給することを含む。
【０１１０】
この文脈において、第１の弁電圧９２０は、通常、２７０〜３３０ボルト、２９０〜３１０ボルト、または２９５〜３０５ボルトである。本願明細書に詳述される電圧は、通常、特に明記しない限り直流電圧である。第１の弁電圧９２０は、９０〜１１０μｓ、９５〜１０５μｓ、または９８〜１０２μｓの期間９２４の間に提供されることができる。第１の弁電圧９２０および第２の弁電圧９２２のそれぞれの波形が、実際には矩形波という形をとらなくて、通常、より滑らかな波形を有して、ＲＬＣ回路に特有の第１の弁電圧９２０と第２の弁電圧９２２の間で推移する点に留意する必要がある。
【０１１１】
第２の弁電圧９２２は、１３．５〜１６．５ボルト、１４〜１６ボルト、または１４．５〜１５．５ボルトであるかもしれない。例えば、第２の弁電圧９２２は、０．５〜５ｍｓ、０．６５〜３．５ｍｓ、または０．７５〜２ｍｓの期間９２６の間に提供されるかもしれない。通常は、第１の弁電圧９２０は、第２の弁電圧９２２より大きく、そして第２の弁電圧９２２は、第１の弁電圧９２０を提供すると直ちに供給される。
【０１１２】
一つ以上の第１の弁３０６の動作の後に、一つ以上の第１の弁３０６に隣接したガス圧力９２８（図１５参照）は、内部電極３０２と外部電極３０４の間の電圧９１４（図１４参照）が電源３１４により印加される前に、１０００〜５８００トル（例えば、５４５０〜５５５０トル）であるかもしれない。
【０１１３】
一つ以上の第１の弁３０６を介してガス９１２を導くことは、１．１〜２ミリ秒（ｍｓ）または１．３〜１．５ｍｓの期間の間に一つ以上の第１の弁３０６を開くことを含むかもしれない。加えて、一つ以上の第１の弁３０６を介してガス９１２を導くことは、電源３１４によって、内部電極３０２と外部電極３０４の間に電圧９１４を印加する前に、一つ以上の第１の弁３０６を１．０〜１．６ｍｓまたは１．３〜１．５ｍｓの間に開けることを含むかもしれない。
【０１１４】
ブロック９０４で、方法９００は、二つ以上の第２の弁を介して、外部電極の外側から加速領域にガスを導くステップを含む。例えば、二つ以上の第２の弁３１２は、図１３Ａ〜Ｂに示すように、ガス９１２の一部を加速領域３１０に導くことができる。
【０１１５】
いくつかの実施形態では、二つ以上の第２の弁３１２を介してガス９１２を導くことは、第４の弁電圧９３２を（例えば、直流電源によって）二つ以上の第２の弁３１２へ供給することが続く、（示されないコンデンサバンクのような電源によって）第３の弁電圧９３０を二つ以上の第２の弁３１２に（例えば、二つ以上の第２の弁３１２の制御端子に）供給することを含む。
【０１１６】
この文脈において、第３の弁電圧９３０は、通常、２７０〜３３０ボルト、２９０〜３１０ボルト、または２９５〜３０５ボルトである。第３の弁電圧９３０は、９０〜１１０μｓ、９５〜１０５μｓ、または９８〜１０２μｓの期間９３４の間に提供されることができる。第３の弁電圧９３０および第４の弁電圧９３２のそれぞれの波形が、実際には矩形波という形をとらなくて、通常、より滑らかな波形を有して、ＲＬＣ回路に特有の第３の弁電圧９３０と第４の弁電圧９３２の間で推移する点に留意する必要がある。
【０１１７】
第４の弁電圧９３２は、通常、１３．５〜１６．５ボルト、１４〜１６ボルト、または１４．５〜１５．５ボルトである。第４の弁電圧９３２は、０．５〜５ｍｓ、０．６５〜３．５ｍｓ、または０．７５〜２ｍｓの期間９３６の間に提供されるかもしれない。第３の弁電圧９３０は、通常、第４の弁電圧９３２より大きい。第４の弁電圧９３２は、通常、第３の弁電圧９３０を提供すると直ちに提供される。
【０１１８】
二つ以上の第２の弁３１２の動作の後に、二つ以上の第２の弁３１２に隣接したガス圧力９３８（図１５参照）は、内部電極３０２と外部電極３０４の間の電圧９１４が電源３１４により印加される前に、１０００〜５８００トル（例えば、５４５０〜５５５０トル）であるかもしれない。
【０１１９】
二つ以上の第２の弁３１２を介してガス９１２を導くことは、０．７５〜１ミリ秒（ｍｓ）または０．８〜０．９５ｍｓの期間の間に二つ以上の第２の弁３１２を開くことを含むかもしれない。
【０１２０】
加えて、二つ以上の第２の弁３１２を介してガス９１２を導くことは、電源３１４によって内部電極３０２と外部電極３０４の間に電圧９１４を印加する前に、二つ以上の第２の弁３１２を０．６〜１．２ｍｓまたは０．７〜０．９ｍｓの間に開けることを含むかもしれない。
【０１２１】
一つ以上の第１の弁３０６および二つ以上の第２の弁３１２の動作の後に、加速領域３１０内のガス圧力９４０（図１５参照）は、内部電極３０２と外部電極３０４の間の電圧９１４が電源３１４により印加される前に、１０００〜５８００トル（例えば、５４５０〜５５５０トル）であるかもしれない。加速領域内のガス圧力は、通常、ガスが加速領域にもはや導入されなくなると、ガス挿入の位置からの距離が増加するとともに、且つ時間がたつとともに減少する。
【０１２２】
ブロック９０６で、方法９００は、第１の電源によって、内部電極と外部電極の間に電圧を印加し、それにより誘導されたガスの少なくとも一部を実質的に環状の断面を有するプラズマに変換するステップであって、プラズマは、内部電極の第１の端部および外部電極の第１の端部の方へ加速領域内を軸方向に流れるステップを含む。
【０１２３】
例えば、電源３１４は、内部電極３０２と外部電極３０４の間に電圧９１４を印加し、それにより誘導されたガス９１２の少なくとも一部を実質的に環状の断面を有するプラズマ９１６（図１３Ｃ〜Ｄ参照）に変換するかもしれない。それ自体の電流によって発生する磁場のため、プラズマ９１６は、図１３Ｃ〜Ｄで示すように、内部電極１０２の第１の端部３１８および外部電極３０４の第１の端部３２２の方へ加速領域３１０内を軸方向に流れることができる。
【０１２４】
内部電極３０２と外部電極３０４の間に電源３１４により印加される電圧９１４は、２ｋＶ〜３０ｋＶであるかもしれない。電圧９１４は、５０〜４００μｓの期間９４２（図１４参照）の間に印加されるかもしれない。
【０１２５】
内部電極３０２と外部電極３０４の間に印加される電圧９１４は、３０ｋＶ／ｍ〜５００ｋＶ／ｍの加速領域３１０内の放射電界を生じるかもしれない。
１５５
【０１２６】
ブロック９０８で、方法９００は、第２の電源によって、中間電極と内部電極の第１の端部の間に流れるＺピンチプラズマを確立するために、内部電極と中間電極の間に電圧を印加するステップを含む。この文脈において、中間電極は、外部電極の第１の端部に配置される。
【０１２７】
例えば、電源３１５は、中間電極３０３と内部電極３０２の第１の端部３１８の間に流れるＺピンチプラズマ９１８を確立するために、内部電極３０２と中間電極３０３の間に電圧９１５を印加するかもしれない。Ｚピンチプラズマ９１８は、プラズマ９１６が加速領域３１０を越えて移動するときに確立される。Ｚピンチプラズマ９１８は、内部電極３０２の第１の端部３１８と中間電極３０３の間で外部電極３０４内の集合領域３２６に流れる。
【０１２８】
内部電極３０２と中間の電極３０３の間に電圧を印加することは、内部電極３０２と外部電極３０４の間に電圧を印加するのを開始した後に、内部電極３０２と中間電極３０３の間に１７〜２７μｓまたは１９〜２２μｓの間に電圧を印加するのを開始することを含むかもしれない。
【０１２９】
ブロック９０６および９０８がまた、当業者が認めるように、（ａ）内部電極３０２と外部電極３０４の間の電圧および（ｂ）内部電極３０２と中間電極３０３の間の電圧を制御する他の手段により実施されるかもしれない点に留意する必要がある。例えば、電源は、内部電極と中間電極の間の代わりに、中間電極３０３と外部電極３０４の間に電圧を供給するかもしれない。内部電極１０２と中間電極３０３の間に電源３１５により印加される電圧９１５は、２ｋＶ〜３０ｋＶであるかもしれない。電圧９１５は、５０〜４００μｓの期間９４２（図１４参照）の間に印加されるかもしれない。
【０１３０】
Ｚピンチプラズマ９１８は、せん断された軸流を呈して、０．１ｍｍ〜５ｍｍの半径、９００〜２０００ｅＶのイオン温度、５００ｅＶより大きい電子温度、１×１０２３イオン／ｍ３より大きいイオン数密度または１×１０２３電子／ｍ３を超える電子数密度、８Ｔ以上の磁場を有することができて、そして／または少なくとも１０μｓの間は安定でありえる。
【０１３１】
さまざまな例示態様および例示実施形態が、本願明細書に開示されたが、他の態様および実施形態も当業者にとって明らかである。本願明細書に開示されたさまざまな例示態様および例示実施形態は、説明のためであって、制限することを目的としない。本当の範囲および精神は、以下の請求項により示される。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図９Ｅ】
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【図９Ｆ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１３Ｅ】
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【図１３Ｆ】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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