旋转芯等离子体压缩系统技术方案

一种等离子体压缩系统，包括等离子体密闭容器、在容器内部的环形旋转芯，以及固定地安装到容器壁的外表面的多个压缩驱动器。环形旋转芯包含液体介质并且可旋转以使液体介质循环并且形成具有空腔的液体内衬。旋转芯包括与容器壁的内表面间隔开以限定环形间隙的外表面，以及多个内爆驱动器，每个内爆驱动器包括推动器孔，该推动器孔具有可在其中滑动的推动器活塞。每个推动器孔延伸穿过旋转芯。该多个压缩驱动器压缩环形间隙中的压缩流体并且产生压力脉冲，使得当旋转芯旋转并且液体介质填充推动器孔时，推动器活塞可操作以向内推动液体介质，从而使液体内衬塌缩并且压缩空腔中的等离子体。等离子体。等离子体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】旋转芯等离子体压缩系统


[0001]本公开总体上涉及用于压缩等离子体的旋转芯流体压缩系统。

技术介绍

[0002]除非本文另有说明，否则本部分中描述的材料不是本申请中的权利要求的现有技术，并且不因为包含在本部分中而被承认是现有技术。
[0003]核聚变是结合两个原子核的过程，由此反应释放能量。能量的释放是由于反应物与熔融反应产物之间质量的微小差异，并且受dE＝dmc2控制。常见的反应物是氘(具有一个质子和一个中子的氢核)和氚(具有一个质子和两个中子的氢核)的等离子体形式。这两种反应物的聚变产生氦
‑
4核、中子和作为热量被捕获的能量。实现反应物的聚变需要反应物的高温和高压(密度)。某些聚变方法的聚变条件可以是800兆帕斯卡的压力和1.5亿摄氏度的等离子体温度的量级。
[0004]等离子体是一种类似于气体的物质状态，并且由电离气体和自由电子组成。包括反应容器内的电离聚变反应物的等离子体可用于引发聚变反应。例如，为了在等离子体中实现具有足够的温度和密度以用于聚变的条件，等离子体需要被定位、约束和压缩。已知有几种操纵和压缩等离子体的方法。在一种方法中，导电线圈定位在反应容器的圆周周围并且被电流激励以产生磁场。此磁场与磁化等离子体相互作用以操纵其形状、位置，并且在一些方法中操纵其压缩(密度)。实现聚变条件的其他方法包括使用强磁场来压缩等离子体，在此期间绝热加热使等离子体达到聚变条件。这些方法中的一些已经证明了聚变产物，然而，迄今为止，这些等离子体压缩系统还没有产生比其消耗的更多的能量。
>[0005]实现聚变条件的另一种方法是使用更常规的装置，例如机械活塞，来压缩氢等离子体。这些机械等离子体压缩系统通过形成等离子体定位在其中的基本上圆柱形的空腔来压缩聚变能量装置内的等离子体。通过旋转液态金属空腔内衬使得离心力使液态金属移动抵靠旋转圆柱体的壁形成液态内衬，来形成圆柱形空腔。通过使空腔径向内爆而使液态金属内衬塌缩。当液态金属内衬塌缩时等离子体被压缩。在此压缩期间，实现聚变条件，发生聚变反应，并且将热副产物释放到液态金属内衬中。通过使加热的液态金属循环通过常规的热交换器而从聚变能量装置中去除此热能。这种类型的等离子体压缩系统被称为磁化靶聚变，以下称为“MTF”，并且是General Fusion公司所使用的等离子体压缩系统。
[0006]如现有技术中已知的，用于在液体内衬中形成空腔并用于使液体内衬内爆的系统形成基本上圆柱形的空腔，该空腔通过使圆柱形液体内衬内爆而塌缩。这种现有技术的内爆液体内衬系统的一个实例是1970年代在美国海军研究实验室中开发的LINUS系统。在LINUS系统中，旋转的圆柱形液态金属内衬由自由活塞径向地驱动。活塞由高压气体轴向地驱动，导致旋转的液体内衬的自由表面的径向运动。通过使其中包含液体介质的圆柱形容器旋转来提供液态金属的初始旋转。包括圆柱形容器和活塞的整个系统围绕其纵向轴线旋转，使得沿着旋转轴线形成圆柱形空腔，并且圆柱形空腔与旋转轴线同轴。在假设的将足够大以在商业规模上产生功率的LINUS系统中，此系统的旋转质量将产生非常大的向心结构
力。
[0007]这种现有技术系统的另一个实例是由General Fusion公司在2009年开发的、在2018年6月授予Laberge等人的美国专利10,002,680B2。在此系统中，旋转的液态金属内衬在压力容器内产生涡流腔，并且内衬的内爆和等离子体在涡流腔中的压缩由声压波驱动，该声压波由撞击砧板的可移动活塞产生，该砧板径向地定位在压力容器周围。这些活塞在固定地安装到压力容器的外壁的孔内移动。
[0008]这种现有技术系统的另一个实例是General Fusion公司在2017年开发的、在2020年10月授予Zimmerman等人的美国专利10,798,808B2。在此系统中，浸没在液体介质中的转子使液体介质循环以产生围绕包含等离子体的涡流腔的液体内衬，然后通过径向定位在压力容器外部并固定地安装到压力容器的压缩驱动器使该液体内衬塌缩。在此设计中，液体介质部分地填充压缩驱动器，使得液体介质跨越转子和非旋转压力容器之间的间隙。环形间隙内的流体是液体。当转子使液体内衬循环时，间隙中的液体介质由于流体耦合而经受大的剪切力，从而需要额外的能量来克服扭矩并驱动转子。
[0009]因此，期望提供一种对现有的用于使液体内衬内爆和压缩等离子体的系统的改进。

技术实现思路

[0010]根据本专利技术的一个方面，提供了一种等离子体压缩系统，其包括具有容器壁的等离子体密闭容器、在容器内部的环形旋转芯，以及固定地安装到容器壁的外表面的多个压缩驱动器。环形旋转芯包含液体介质并且可在容器内部旋转以使液体介质循环并形成具有空腔的液体内衬。旋转芯包括与容器壁的内表面间隔开以限定环形间隙的外表面，以及多个内爆驱动器，每个内爆驱动器包括推动器孔，该推动器孔具有可在其中滑动的推动器活塞。环形间隙内的流体是气体。每个推动器孔延伸穿过旋转芯并且具有与环形间隙流体连通的近端和与液体介质流体连通的远端。
[0011]在一个方面中，该多个压缩驱动器可各自固定地安装到容器壁的外表面，并且包括用于储存加压气体的蓄能器以及与蓄能器和容器壁中的容器壁开口流体连通的驱动阀。当旋转芯旋转时，驱动阀可操作以将加压气体从蓄能器排放到环形间隙中，从而产生压力脉冲，该压力脉冲使推动器活塞移动并且向内推动液体介质以使液体内衬塌缩并且压缩空腔中的等离子体。
[0012]在另一方面中，该多个压缩驱动器可各自包括驱动器孔，该驱动器孔具有可在其中滑动的驱动器活塞；每个驱动器孔可固定地安装到容器壁的外表面并且具有与容器壁中的开口流体连通的远端。在此方面中，等离子体压缩系统还包括原动机，其可操作以沿着驱动器孔移动驱动器活塞；以及在环形间隙和驱动器孔中并与驱动器活塞和推动器活塞流体连通的压缩流体，例如氦。驱动器活塞朝向容器壁开口的运动压缩该压缩流体并且产生移动推动器活塞的压力脉冲，使得当旋转芯旋转并且液体介质填充推动器孔时，推动器活塞可操作以向内推动液体介质，从而使液体内衬塌缩并且压缩空腔中的等离子体。
[0013]等离子体压缩系统可进一步包括等离子体发生器，其与容器流体连通并且可操作以将等离子体注入到空腔中。
[0014]容器可具有选自由圆柱形、卵形和球形组成的组中的形状，并且旋转芯的外表面
可具有与容器壁的内表面的曲率一致的曲率。推动器孔可具有比驱动器孔更短的长度，并且推动器活塞可具有比驱动器活塞更小的质量。该多个压缩驱动器可相对于旋转芯的旋转轴线大致径向地延伸，并且可布置在容器外部的多个竖直堆叠层中。另外，该多个内爆驱动器可相对于旋转芯的旋转轴线大致径向地延伸，并且可布置在旋转芯中的多个竖直堆叠层中。
[0015]对于具有蓄能器和驱动阀的压缩驱动器，可以进一步包括释放罐以及与释放罐和容器壁开口流体连通的回弹阀。回弹阀可操作以在加压气体已经排入环形间隙中并且驱动阀关闭之后打开，从而允许加压气体从环形间隙流入释放罐中。等离子体压缩系统可进一步包括与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种等离子体压缩系统，包括：等离子体密闭容器，包括容器壁；以及环形旋转芯，包含液体介质并且能够在所述容器内旋转以使所述液体介质循环并形成具有空腔的液体内衬，所述旋转芯包括外表面和多个内爆驱动器，所述外表面与所述容器壁的内表面间隔开以限定环形间隙，每个内爆驱动器包括推动器孔，所述推动器孔具有能够在其中滑动的推动器活塞，每个推动器孔延伸穿过所述旋转芯并且具有与所述环形间隙流体连通的近端和与所述液体介质流体连通的远端；其中，当所述旋转芯旋转时，所述推动器活塞能够操作以向内推动所述液体介质，以使所述液体内衬塌缩并且压缩所述空腔中的等离子体。2.根据权利要求1所述的等离子体压缩系统，进一步包括：多个压缩驱动器，每个压缩驱动器包括驱动器孔，所述驱动器孔具有能够在其中滑动的驱动器活塞，每个驱动器孔固定地安装到所述容器壁的外表面并且具有与所述容器壁中的容器壁开口流体连通的远端；原动机，能够操作以使所述驱动器活塞沿着所述驱动器孔移动；以及压缩流体，位于所述环形间隙和所述驱动器孔中，并且与所述驱动器活塞和所述推动器活塞流体连通；其中，所述驱动器活塞朝向所述容器壁开口的运动压缩所述压缩流体，并且产生移动所述推动器活塞的压力脉冲。3.根据权利要求2所述的等离子体压缩系统，其中，所述推动器孔具有比所述驱动器孔短的长度，并且所述推动器活塞具有比所述驱动器活塞低的质量。4.根据权利要求2或3所述的等离子体压缩系统，其中，所述压缩流体是氦。5.根据权利要求2至4中任一项所述的等离子体压缩系统，其中，所述多个压缩驱动器相对于所述旋转芯的旋转轴线大致径向地延伸并且布置在所述容器外部的多个层中，所述多个层相对于所述旋转轴线轴向地堆叠。6.根据权利要求2至5中任一项所述的等离子体压缩系统，其中，每个驱动器孔具有比所述容器壁开口大的直径，并且每个压缩驱动器进一步包括使所述容器壁开口与所述驱动器孔的远端互连的环形面表面，并且由此所述压缩流体的压缩在所述环形面表面上施加向内压力，所述向内压力抵消所述容器上的向外压力。7.根据权利要求6所述的等离子体压缩系统，其中，所述驱动器活塞包括平行于所述环形面表面的环形凸缘和垂直于所述环形凸缘并与其相邻的环形边沿，使得当所述驱动器活塞位于所述容器壁开口处时，由所述环形边沿、所述环形面表面和所述环形凸缘形成压缩流体通道。8.根据权利要求2至7中任一项所述的等离子体压缩系统，其中，所述原动机包括容纳加压驱动器流体的蓄能器和将所述蓄能器流体地联接到每个驱动器活塞的驱动器流体阀。9.根据权利要求8所述的等离子体压缩系统，其中，所述驱动器流体阀是可调节的，以调节由所述驱动器流体施加到所述驱动器活塞的压力。10.根据权利要求8或9中任一项所述的等离子体压缩系统，进一步包括在所述驱动器孔中的至少一个排放端口，用于从所述驱动器孔排放所述驱动器流体或所述压缩流体，所述排放端口包括排放阀，所述排放阀是可调节的，以调节由所述驱动器流体或所述压缩流
体施加到所述驱动器活塞的压力，从而控制所述驱动器活塞的加速度分布。11.根据权利要求2至10中任一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：约尔格，
申请(专利权)人：通用融合公司，
类型：发明
国别省市：