(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-09-01
(45)【発行日】2023-09-11
(54)【発明の名称】プラズマ環境における遮蔽構造
(51)【国際特許分類】
G21B 1/11 20060101AFI20230904BHJP
G21B 1/05 20060101ALI20230904BHJP
H05H 1/10 20060101ALI20230904BHJP
【ＦＩ】
G21B1/11 B
G21B1/05
H05H1/10
【請求項の数】
12
(21)【出願番号】P 2021576367
(86)(22)【出願日】2020-06-29
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-09-13
(86)【国際出願番号】 US2020040069
(87)【国際公開番号】W WO2021007058
(87)【国際公開日】2021-01-14
【審査請求日】2023-06-12
(31)【優先権主張番号】16/509,286
(32)【優先日】2019-07-11
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】504242618
【氏名又は名称】ロッキード マーティン コーポレーション
【氏名又は名称原語表記】ＬＯＣＫＨＥＥＤ ＭＡＲＴＩＮ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
(74)【代理人】
【識別番号】100094569
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 伸一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100103610
【弁理士】
【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦
(74)【代理人】
【識別番号】100109070
【弁理士】
【氏名又は名称】須田 洋之
(74)【代理人】
【識別番号】100098475
【弁理士】
【氏名又は名称】倉澤 伊知郎
(74)【代理人】
【識別番号】100130937
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100144451
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 博子
(74)【代理人】
【識別番号】100168871
【弁理士】
【氏名又は名称】岩上 健
(72)【発明者】
【氏名】ハインリッヒ ジョナサン ロバート
(72)【発明者】
【氏名】ギャレット マイケル レーン
(72)【発明者】
【氏名】マグワイア トーマス ジョン
(72)【発明者】
【氏名】フォント ガブリエル イヴァン
【審査官】大谷 純
(56)【参考文献】
【文献】特表２０１６－５３５２４２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特許第３４２９７９４（ＪＰ，Ｂ２）
【文献】米国特許出願公開第２００５／０１２７８３６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許第１００１２７０９（ＵＳ，Ｂ２）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ２１Ｂ １／１１
Ｇ２１Ｂ １／０５
Ｈ０５Ｈ １／１０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
プラズマ閉じ込めシステムであって、エンクロージャーと、
プラズマ領域において前記エンクロージャー内で懸下された１又は２以上の内部磁気コイルと、
前記エンクロージャー内に懸下された前記１又は２以上の内部磁気コイルを支持するように構成された１又は２以上の支持体と、
を備え、
前記１又は２以上の支持体の各支持体が、
前記エンクロージャーの内部に連結された第１端部と、
前記第１端部と対向する第２端部であって、前記第２端部が、前記プラズマ領域内に配置された構成要素に連結された前記第２端部と、
前記第１端部と前記第２端部との間に配置された導電材と、
を備え、
前記導電材は、導電材の１又は２以上の第１部分と、導電材の１又は２以上の第２部分とを備え、前記導電材は、前記１又は２以上の第１部分において第１方向へ、及び、前記１又は２以上の第２部分において前記第１方向とは反対の第２方向へ、電流を流すように構成され、
前記導電材は、１又は２以上の電流が供給されたときに、前記第１端部から前記第２端部まで前記支持体に沿って変化する磁場勾配を有する磁場を発生させるように構成される、
プラズマ閉じ込めシステム。
【請求項2】
前記１又は２以上の第１部分と前記１又は２以上の第２部分との間の距離は、前記第１端部と前記第２端部との間で前記支持体に沿って変化する、請求項１に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項3】
前記導電材は、複数の巻線を有する導電材のコイルを備える、請求項１に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項4】
前記複数の巻線は、２以上の断面積を定める、請求項３に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項5】
前記１又は２以上の支持体の各々は、前記プラズマ領域内のプラズマの流れ方向と一致する軸方向を有する細長い孔を定める、請求項１に記載のプラズマ閉じ込めシステム。
【請求項6】
支持体であって、プラズマ閉じ込めシステムのエンクロージャーの内部に連結された第１端部と、
前記第１端部と対向する第２端部であって、前記第２端部が、プラズマ領域内に配置された構成要素に連結された前記第２端部と、
前記第１端部と前記第２端部との間に配置された導電材と、
を備え、
前記導電材は、導電材の１又は２以上の第１部分と、導電材の１又は２以上の第２部分とを備え、前記導電材は、前記１又は２以上の第１部分において第１方向へ、及び、前記１又は２以上の第２部分において前記第１方向とは反対の第２方向へ、電流を流すように構成され、
前記導電材は、１又は２以上の電流が供給されたときに、前記第１端部から前記第２端部まで前記支持体に沿って変化する磁場勾配を有する磁場を発生させるように構成される、
支持体。
【請求項7】
前記１又は２以上の第１部分と前記１又は２以上の第２部分との間の距離は、前記第１端部と前記第２端部との間で前記支持体に沿って変化する、請求項６に記載の支持体。
【請求項8】
前記導電材は、複数の巻線を有する導電材のコイルを備える、請求項６に記載の支持体。
【請求項9】
前記複数の巻線は、単一の断面積を定める、請求項８に記載の支持体。
【請求項10】
前記複数の巻線は、２以上の断面積を定める、請求項８に記載の支持体。
【請求項11】
前記１又は２以上の支持体の各々は、前記プラズマ領域内のプラズマの流れ方向と一致する軸方向を有する細長い孔を定める、請求項６に記載の支持体。
【請求項12】
前記支持体は、前記磁場と直交する方向により薄くなる楕円形の断面形状を備える、請求項６に記載の支持体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、一般にプラズマ閉じ込めに関し、より詳細には、プラズマ環境における遮蔽構造に関するものである。
【背景技術】
【0002】
核融合電力とは、２又は３つ以上の原子核が超高速で衝突して結合し、新しい種類の原子核を形成する核融合プロセスによって発生する電力である。核融合炉とは、プラズマを閉じ込めて制御することにより、核融合電力を作り出すデバイスである。
【0003】
核融合炉又はプラズマ閉じ込めデバイスの特定部品は、プラズマ中に浸されるか、又はプラズマに曝露される可能性がある。プラズマへの曝露は、核融合炉又はプラズマ閉じ込めデバイスの構成要素を損傷し、又はその構成要素の動作を干渉する可能性がある。更に、プラズマ閉じ込めデバイスの構成要素によるプラズマ又はそれに付随する電磁場への干渉は、プラズマの閉じ込め及び／又は制御の効率及び／又は安定性を低下させる可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
プラズマ（例えば、核融合で使用される）中の支持体、機能性構造体、診断機器などの障害物は、これらの障害物で又はその近くで、イオン及び電子の著しい捕集をもたらす可能性がある。障害物によるプラズマ損失は、プラズマの密度と温度を大きく変える可能性があり、通常は望ましくない。その結果として、プラズマパラメータを測定するための非摂動的な光学技術及びビーム技術には、このような複雑な相互作用を考慮することが求められている。更に、閉じ込めシステムに対する設計の中には、プラズマ内の障害物の数を減らしてこれらの問題を回避するように高ベータ核融合の対象となる磁場形状を生成するための、複雑で高価な空中浮揚技術を利用するものもある。加えて、この問題は、電磁コイルなどの構成要素をプラズマ中に浸すか、又は別の方法によりプラズマで取り囲むことを必要とする、特定クラスの磁気核融合概念の現実的な探求を妨げる。従って、特定の実施形態では、磁場防護及び磁場成形を用いてプラズマ中の障害物を遮蔽することにより、この問題に対処する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
一実施形態によれば、プラズマ閉じ込めシステムは、エンクロージャーと、１又は２以上の内部磁気コイルと、１又は２以上の支持体とを含む。１又は２以上の内部磁気コイルは、エンクロージャー内でプラズマ領域中に懸下される。１又は２以上の支持体は、エンクロージャー内に懸下された１又は２以上の内部磁気コイルを支持する。１又は２以上の支持体の各支持体は、第１端部と、第１端部に対向する第２端部と、導電材とを含む。第１端部は、エンクロージャーの内部に連結される。第２端部は、プラズマ領域内に配置された構成要素に連結される。導電材は、第１端部と第２端部との間に配置される。導電材は、１又は２以上の電流が供給されたときに、第１端部から第２端部まで支持体に沿って変化する磁場勾配を有する磁場を発生させるように構成される。
【0006】
別の実施形態によれば、支持体は、第１端部と、第２端部と、導電材とを含む。第１端部は、プラズマ閉じ込めシステムのエンクロージャーの内部に連結される。第２端部は、プラズマ領域内に配置された構成要素に連結される。導電材は、第１端部と第２端部との間に配置される。導電材は、１又は２以上の電流が供給されたときに、第１端部から第２端部まで支持体に沿って変化する磁場勾配を有する磁場を発生させるように構成される。
【0007】
更に別の実施形態によれば、方法は、エンクロージャーのプラズマ領域内に懸下される１又は２以上の内部磁気コイルを配置するステップを含む。本方法は更に、１又は２以上の支持体を用いて、エンクロージャー内に懸下される１又は２以上の内部磁気コイルを支持するステップを含む。１又は２以上の支持体は、少なくとも部分的にはプラズマ領域内に配置される。本方法は更に、１又は２以上の支持体の各々に沿って磁場を発生させるステップを含み、磁場は、支持された内部磁気コイルとの間で支持体の長さに沿って非ゼロ磁場勾配を有し、磁場は、１又は２以上の支持体の各々内に配置された導電材に供給される電流を用いて生成される。
【0008】
上記に要約した実施形態の各々は、１又は２以上の付加的な又は異なる利点を提供することができる、１又は２以上の変形又は任意選択の特徴を有することができる。このような変形及び／又は任意選択の特徴の非限定的な例が本明細書で開示されるが、更なる変形及び／又は特徴は、詳細な説明、特許請求の範囲、及び添付図面を含め、本開示に照らして、適切に理解することができる。
【0009】
本開示は、数多くの技術的利点を提供することができる。例えば、特定の実施形態は、支持体の長さに沿って非ゼロ磁場勾配を備えた磁場を発生させる、プラズマに浸された構成要素に対して支持を提供する。このようにして、磁場を既存の磁場と重ね合わせ、これにより、構成要素、支持体、又はプラズマが閉じ込められたエンクロージャーへのプラズマ入射を低減することができる。別の例では、特定の実施形態は、非ゼロ勾配を備えた磁場を生成するように構成された導電材の巻線を含む、支持体内の導電材を提供する。このようにして、巻線は、プラズマ損失を最小限に抑える磁場を提供するために様々な方法で構成することができる。更に別の例として、特定の実施形態は、プラズマが通り抜けることのできるスロットを設けることにより、支持体へのプラズマ損失を更に低減する。提供された支持体の磁場は、支持体を遮蔽することができるが、スロットにより、プラズマは、特定の磁力線に追従するプラズマが支持体に衝突することなく、支持体を通り抜けることができる。
【0010】
他の技術的利点は、以下の図、明細書、及び特許請求の範囲から当業者には容易に明らとなろう。更に、特定の利点を上に挙げたが、様々な実施形態は、列挙した利点の全部、又は一部を含む、或いは含まない場合がある。
【0011】
本開示及びその利点をより完全に理解するために、添付図面と併せて以下の説明を参照する。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1A】特定の実施形態による、プラズマ領域内に１又は２以上の支持体で支持された内部磁気コイルを有する例示的なプラズマ閉じ込めシステムを示す図である。
【図1B】特定の実施形態による、プラズマ領域内に１又は２以上の支持体で支持された内部磁気コイルを有する例示的なプラズマ閉じ込めシステムを示す図である。
【図2A】特定の実施形態による、プラズマに対する遮蔽用の磁場を発生させるように構成された例示的な支持体を示す図である。
【図2B】特定の実施形態による、プラズマに対する遮蔽用の磁場を発生させるように構成された例示的な支持体を示す図である。
【図3A】特定の実施形態による、非ゼロ勾配を有する磁場を発生させるように構成された内部磁気コイルに対する、支持体の様々な例示的構成を示す図である。
【図3B】特定の実施形態による、非ゼロ勾配を有する磁場を発生させるように構成された内部磁気コイルに対する、支持体の様々な例示的構成を示す図である。
【図3C】特定の実施形態による、非ゼロ勾配を有する磁場を発生させるように構成された内部磁気コイルに対する、支持体の様々な例示的構成を示す図である。
【図3D】特定の実施形態による、非ゼロ勾配を有する磁場を発生させるように構成された内部磁気コイルに対する、支持体の様々な例示的構成を示す図である。
【図4】特定の実施形態による、特定構成の導電材を有する例示的な支持体を示す図である。
【図5A】特定の実施形態による、プラズマが貫流するスロットを定める例示的な支持体を示す図である。
【図5B】特定の実施形態による、プラズマが貫流するスロットを定める例示的な支持体を示す図である。
【図5C】特定の実施形態による、プラズマが貫流するスロットを定める例示的な支持体を示す図である。
【図6】特定の実施形態による、異なる断面積を備えた複数の巻線を有する導電材を備えた例示的な支持体を示す図である。
【図7】特定の実施形態による、プラズマに曝される構造体を遮蔽するための例示的な方法のフローチャート図解である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
磁場を用いて物体又は他の障害物をプラズマから遮蔽する又は「防護する」これまでの試みは、懐疑と論争の的となってきた。例えば、プラズマ中で障害物を遮蔽するために双極子磁場を使用する以前の試みは、種々の幾何形状において、並びに様々なプラズマ環境に亘って磁場遮蔽をどのように実装するかという問題に遭遇した。これに応じて、例えば内部構成要素の空中浮揚によって、構成要素をプラズマ領域から取り除くこと、並びに構成要素をプラズマ領域中に浸すのを回避することを含め、構成要素をプラズマから保護し遮蔽するための種々の仕組みが考えられてきており、それによって、プラズマ閉じ込めシステムについて可能性のある構成が制限されている。
【0014】
本明細書で詳述するように、プラズマ領域に配置された電磁コイルに対する支持体などの支持構造体の周囲に、磁場の長さに沿って非ゼロ勾配を有する磁場を生成することで、磁場遮蔽の改善を提案する。その結果として、プラズマ閉じ込めデバイスの支持構造体以外の構成要素を含めて、内部構成要素へのプラズマの影響を最小限に抑えることができる。
【0015】
本開示のより良い理解を容易にするために、特定の実施形態の以下の例が与えられる。以下の例は、本開示の範囲を限定又は定めるものと解釈すべきではない。本開示の実施形態及びその利点は、図１～７を参照することによって最も良く理解され、ここで同様の番号を用いて同様の要素及び対応する要素を示す。
【0016】
プラズマは、電磁場で閉じ込めることができ、加熱されると、核融合反応によってプラズマに正味のエネルギを作り出させることができる。これらの電磁場は、電極及び／又は磁場コイルで生成することができる。多くの場合、これらはプラズマ閉じ込めチャンバの外部にあるが、構成によっては真空適合性の内部部品が必要とされる。これらの内部電極及び／又は磁場コイルは、プラズマをひどく攪乱することなく、機械的な支持とプラズマ環境の危険性からの保護とを必要とする可能性がある。
【0017】
図１Ａ及び１Ｂは、特定の実施形態による、プラズマ領域１２０内に１又は２以上の支持体で支持された内部磁気コイル１０５を有する例示的なプラズマ閉じ込めシステム１００を示す。プラズマ閉じ込めシステム１００は、内部磁気コイル１０５などの構成要素を使用する何れかのシステムとすることができ、これらの構成要素は、プラズマに曝される可能性があり、それらを支持する構造体、例えば支持体１１５を必要とする場合がある。例えば、プラズマ閉じ込めシステム１００は、内部磁気コイル１０５を用いて発生した磁場、並びに、必要に応じて他のコイル（例えば、エンクロージャー１１０の外側にある又はエンクロージャー１１０の内部に埋め込まれたコイル又は他の磁石）或いは内部磁気コイル１０５と同軸の他のコイルによって発生した磁場を利用して、プラズマ領域１２０内にプラズマを制御し閉じ込めることができる。
【0018】
従来のプラズマ内部の構成要素は、ケーブル、絶縁フィードスルーを介して支持されるか、又は外部磁場によって浮揚されていた。これらの手法にはそれぞれ問題がある。ケーブルは、構造的な支持を提供するが、プラズマからの絶縁を提供できない。また、ケーブル周囲の流れは滑らかではない場合があり、ケーブル表面は粗いことが多いため、ケーブルはプラズマ環境を乱す可能性がある。絶縁フィードスルーは通常、電力、冷却、又は診断などの１つのサービスだけを提供し、セラミック材料でできている場合がある。セラミック材料は脆く、ほとんど支持を提供することができない。また、セラミック表面は、プラズマがその表面に電荷を付着させたときに帯電する場合があり、帯電はプラズマ環境を乱す可能性がある。外部浮揚はあまりにも複雑な手法であり、いつまでも持続することはできない。それゆえ、外部浮揚は、核融合炉の運転に望ましいとされる定常状態運転を維持するには不十分な解決策である。本開示の一部の実施形態は、支持体１１５などの１又は２以上の支持ストークを使用することによって、既存の手法に関するこれら及び他の欠陥に対処し、プラズマ閉じ込めへの有害な影響を最小限に抑えるように設計された方法で、機械的支持に加えて、並びに電気ライン、診断ライン、及び冷却ラインのサービスにおいて、プラズマ環境からの保護を提供することができる。
【0019】
一般に、支持体１１５は、プラズマ閉じ込めシステム１００の内部磁気コイル１０５に機械的支持を提供することができる。内部磁気コイル１０５は、少なくとも部分的に、例えばプラズマ領域１２０において、プラズマに浸される可能性があるので、特別な支持機構を必要とする場合がある。一部の実施形態において、１又は２以上の支持体１１５は、内部磁気コイル１０５を機械的に支持し、プラズマ環境を乱すことなく、又はプラズマ環境の乱れを最小限に抑えて、プラズマ環境との持続的な接触に耐えることができる。一部の実施形態では、支持体１１５は、何れかの適切な構成要素が内部磁気コイル１０５の内部に貫通して延びることのできる内部空洞を含むことができる。例えば、電気を供給して内部磁気コイル１０５で磁場を発生させるために使用される構成要素、或いは内部磁気コイル１０５内で冷却する又は診断を提供するために使用される構成要素は、支持体１１５の内部を貫いて延びることができる。
【0020】
図１Ａは、特定の実施形態による、プラズマ閉じ込めシステム１００内で内部磁気コイル１０５を支持する３つの支持体１１５を示す。図１Ａは３つの支持体１１５を示しているが、本開示は、プラズマ領域１２０内に配置できる内部磁気コイル１０５又は各内部磁気コイル１０５を支持するために、何れか適切な数の支持体１１５を使用することができると想定している。例えば、一部の実施形態では、各内部磁気コイル１０５は、２つ又は１つの支持体１１５で支持されるのがよい。本開示は、１又は２以上の支持体１１５が何れか適切な形状を有することができると想定している。例えば、支持体１１５は、楕円形又は円形の断面を有することができる。
【0021】
一部の実施形態では、支持体１１５は各々、支持体１１５の第１端部１１６でエンクロージャー１１０に連結することができ、第２端部１１７で内部磁気コイル１０５に連結することができる。本開示は、支持体１１５を何れか適切な方法で内部磁気コイル１０５及びエンクロージャー１１０に連結することができると想定する。一例として、支持体１１５を内部磁気コイル１０５及びエンクロージャー１１０に溶接することができる。別の例として、何れか適切な数の何れか適切な締結具を使用して、支持体１１５を内部磁気コイル１０５及びエンクロージャー１１０に連結することができる。本開示は、支持体１１５を内部磁気コイル１０５及びエンクロージャー１１０に連結するために、何れか適切な材料の組み合わせを使用することを想定している。一部の実施形態では、１又は２以上の支持体１１５はモジュール式とすることができ、これは有利なことに、支持体１１５のより容易な交換及び／又は整備を可能にすることができる。
【0022】
一部の実施形態において、支持体１１５は、内部磁気コイル１０５をプラズマ領域１２０に懸下するすための機械的支持を提供することができる。一部の実施形態では、支持体１１５を張力状態又は圧縮状態に置くことができる。支持体１１５は、何れか適切な材料又は材料の組み合わせから形成することができる。一例として、支持体１１５をステンレス鋼又はタングステンから形成することができる。別の例として、タングステンで被覆されたアルミニウムから支持体１１５を形成することができる。支持体１１５を形成するために使用される１又は２以上の材料は、プラズマ閉じ込めシステム１００内の支持体１１５の特定用途に応じて変わる場合がある。一例として、一部の実施形態において、内部磁気コイル１０５は、他の実施形態よりも実質的に重くなる可能性があり、おそらくは、より重い内部磁気コイル１０５を支持するのにより適した材料を使用する必要がある。
【0023】
支持体１１５は、エンクロージャー１１０の何れか適切な区域に設置することができる。一部の実施形態では、支持体１１５をプラズマ領域１２０に浸す、又は部分的に浸すことができる。一部の実施形態において、支持体１１５は、プラズマ閉じ込めシステム１００において、例えば、プラズマが内部磁気コイル１０５の周り及び／又はプラズマ領域１２０内の内部磁気コイル１０５と別の磁気コイルとの間を循環する再循環ゾーンなど、プラズマ領域１２０のプラズマ濃度が最も薄い区域に設置することができる。支持体１１５は、プラズマの閉じ込め又は制御に有害な影響を与えることなく、エンクロージャー１１０内のプラズマへの曝露に耐えるように適合させることができる。
【0024】
上述したように、支持体１１５は、何れかの適切な形状を有することができる。一部の実施形態では、支持体１１５は、楕円体の断面形状を有することができる。一部の実施形態では、この楕円体形状により、プラズマは支持体１１５の周りを滑らかに流れることができ、有利なことに、支持体１１５によるプラズマ閉じ込めへの有害な影響を防止することができる。一部の実施形態では、支持体１１５の断面は、磁場に直交する方向でより薄くなっている。支持体１１５をこのように方向付けることで、有利なことに、剛性を提供しつつ、表面へのプラズマ流束の減少をもたらすことができる。一部の実施形態では、支持体１１５の表面を被覆して、衝突するプラズマに対するスパッタリング耐性を与えることができる。
【0025】
内部磁気コイル１０５などの１又は２以上の内部磁気コイルが、プラズマ領域、例えばプラズマ領域１２０内に配置されるプラズマ閉じ込めシステムの例は、２０１８年５月１日に発行された米国特許第９，９５９，９４１号明細書に提供されており、これにより、参照によって本明細書に組み込まれる。本明細書に開示する特定の実施形態及び例は、特定のプラズマ閉じ込めシステムに言及する場合があるが、本明細書に開示する特定の技術及び装置は、構成要素がプラズマの一領域に配置され、何らかの機械的支持を必要とするあらゆる好適な閉じ込めシステムに実装することができる。
【0026】
図２Ａ及び２Ｂは、それぞれ、特定の実施形態による、プラズマに対する遮蔽用の磁場「Ｂ」を発生させるように構成された例示的な支持体２１５を示す。図２Ａは、電流２２５ａ及び２２５ｂが支持体２１５を貫流するように構成された例示的な支持体２１５を示す。この特定の例に示すように、電流２２５ａ及び２２５ｂは、例えば、エンクロージャー１１０から内部磁気コイル１０５へ、並びに内部磁気コイル１０５からエンクロージャー１１０へと、反対方向に流れる。各電流２２５ａと２２５ｂは磁場を発生させ、これは、重ね合わせ原理により、記号Ｂで指定される単一の合成磁場を発生させる。図２Ａに示すように、磁場Ｂは一般に、支持体２１５内の電流２２５ａと２２５ｂの間ではページの中に向いており、電流２２５ａ及び２２５ｂの外側且つ支持体１１５の外側ではページから外に向いている。
【0027】
一部の実施形態では、電流２２５ａ及び２２５ｂは、支持体２１５内に配置された導電材で流すことができる。例えば、支持体２１５は、１又は２以上のワイヤ、又は電気を伝導するように構成された他の材料堆積物を含むことができる。一部の実施形態では、電流２２５ａ及び２２５ｂは、それぞれ、導電材の第１部分及び第２部分で流すことができる。例えば、電流２２５ａは、支持体２１５内に配置された導電材の第１部分で流されるとすることができ、電流２２５ｂは、支持体２１５内に配置された導電材の第２部分で流されるのがよい。一部の実施形態では、第１部分と第２部分は、１又は２以上の巻線を有するコイル状配線の異なる部分として連結させることができる。例えば、第１部分は、エンクロージャー１１０から内部磁気コイル１０５への第１方向に電流を流す巻線の部分とすることができ、第２部分は、内部磁気コイル１０５からエンクロージャー１１０への第２方向に電流を流す巻線の部分とすることができる。支持体２１５内で電流を流すことのできる導電材の何れか適切な構成が、本明細書では想定されている。
【0028】
図２Ｂは、支持体２１５の断面図を示す。電流２２５ａ及び２２５ｂは、それぞれ、支持体２１５の長さに沿って、ページの中に、並びにページから外に向いている。図２Ｂは、１対の電流２２５ａ及び２２５ｂに由来する、図示の断面平面における例示的な磁力線２３０を示す。図示するように、磁力線２３０は、開いていても閉じていてもよい。例えば、電流２２５ａ及び２２５ｂに近い磁力線２３０ほど、より詰まって閉じたループである。しかしながら、電流２２５ａと２２５ｂの中心点から特定の距離では、磁力線２３０は更に離れて広がり、もはや閉ループではない。閉じた磁力線２３０と開いた磁力線２３０の境界２３５は、流束境界又は磁気圏と呼ぶ場合がある。境界２３５は、電流２２５ａと２２５ｂの中心点と、開いた磁力線２３０と閉じた磁力線２３０の間の遷移点との間の距離を定める半径「ｒ」を含めて、１又は２以上のパラメータで定めることができる。半径「ｒ」は、電流２２５ａ及び２２５ｂの特定構成に応じて変化する可能性がある。一般に、より大きな電流が支持体２１５を貫いて供給される場合に、半径「ｒ」はより大きくなり得る。本明細書で更に詳述するように、境界２３５とその関係する磁気圏の半径「ｒ」は、支持体２１５の長さに沿って変化するように構成することができる。
【0029】
特定の実施形態では、図２Ａ及び２Ｂの例に示す磁場は、支持体２１５を通して１又は２以上の電流を流すことなく発生させることができる。例えば、一部の実施形態では、永久磁石の組み合わせを用いてこの磁場を発生させることができる。永久磁石の使用により、支持体２１５内に電流及び導電材を提供する必要性を低減することができる。しかしながら、永久磁石の使用は、実現できる磁場の幾何形状、及び／又は特定レベルの磁場強度の利用可能性を制限する可能性がある。
【0030】
図３Ａ－３Ｄは、特定の実施形態による、非ゼロ勾配を有する磁場を発生させる支持体２１５の様々な例示的構成を示す。前述のように、境界２３５とその関係する磁気圏の半径「ｒ」は、支持体２１５の長さに沿って変化するように構成することができる。磁気圏半径「ｒ」の変化は、いくつかの利点を有する場合がある。例えば、プラズマ閉じ込めデバイス１００と内部磁気コイル１０５などのその構成要素の構成によっては、プラズマ領域１２０内のプラズマは、例えばプラズマを制御する／閉じ込める磁場を介して、プラズマ圧力を受ける場合があり、この磁場により、プラズマはより高い発生率で内部磁気コイル１０５及び／又はエンクロージャー１１０に衝突することになる。従ってプラズマが受ける「ドリフト」の一部を打ち消し、それによって内部磁気コイル１０５及び／又はエンクロージャー１１０へのプラズマ損失を低減するように、支持体２１５が発生させる磁場を構成することができる。特に、支持体２１５の磁場をプラズマ閉じ込めシステム１００の磁場に重ね合わせて、より安定したプラズマ領域１２０をもたらすことができる。
【0031】
支持体２１５に沿う磁場の変化は、内部磁気コイル１０５とエンクロージャー１１０の間で支持体２１５に沿って変化する磁気圏半径「ｒ」によって表すことができる。図３Ａは、磁気圏半径「ｒ」が支持体２１５に沿って変化し、それによって非ゼロ勾配を備えた磁場（例えば、支持体２１５に沿って∇Ｂ≠０）を与える支持体２１５の構成を示す。特に、図３Ａは、例えば支持体２１５内の電流の特定構成による、結果として生じる磁場が磁気圏半径ｒａ、ｒｂ、及びｒｃを有するような、支持体２１５の構成を示す。この特定の例では、ｒａはｒｂよりも大きく、ｒｃはｒｂよりも大きい。その結果として、磁気圏半径「ｒ」は、支持体２１５の長さに沿って減少し、その後で増加する。
【0032】
別の実施形態によると、図３Ｂは、磁気圏半径ｒｄ、ｒｅ、及びｒｆを有する支持体２１５の構成を示している。この特定の構成では、ｒｄはｒｅよりも小さく、ｒｆはｒｅよりも小さい。従って、磁気圏半径「ｒ」は、支持体２１５の長さに沿って増加し、その後で減少する。
【0033】
別の実施形態によると、図３Ｃは、磁気圏半径ｒｇ、ｒｈ、及びｒｉを有する支持体２１５の構成を示している。この例では、磁気圏半径「ｒ」は、エンクロージャー１１０から内部磁気コイル１０５まで減少するだけである。別の実施形態によると、図３Ｄは、磁気圏半径ｒｊ、ｒｋ、及びｒｌを有する支持体２１５の構成を示している。この例では、磁気圏半径「ｒ」は、エンクロージャー１１０から内部磁気コイル１０５まで増加するだけである。一部の実施形態では、支持体２１５の長さに沿う磁気圏半径の減少／増加は、均一、線形、非線形、階段状、又は何れか他の適切な変化であるのがよい。
【0034】
図３Ａ－Ｄは、磁気圏半径「ｒ」が支持体２１５の長さに沿って変化する支持体２１５の特定の例示的構成を提供するが、プラズマ損失を低減することができる、あらゆる他の適切な構成が本明細書では想定されている。例えば、プラズマ閉じ込めシステム１００の異なる構成は、プラズマ損失を低減するための、支持体２１５の異なる磁場構成を保証することができる。別の例として、プラズマ閉じ込めシステム１００における異なるコイル用の支持体は、異なる磁場トポロジを受けて、支持体２１５からの異なる重畳磁場を必要とする可能性がある。従って、支持体２１５に沿って非ゼロ勾配を備えた磁場を発生させる支持体２１５のあらゆる適切な構成が、本明細書において、並びに当業者の理解に照らして想定されている。
【0035】
図４は、特定の実施形態で導電材４２５を有する例示的な支持体４１５を示す。支持体４１５には、図４の図解付きの例に示すように、１又は２以上のループ又は巻線を有する導電材４２５を内部に配置することができる。一部の実施形態では、導電材４２５は、支持体４１５内で電流を伝導するように構成された金属線又はコイルの１又は２以上の巻線を含む。特定の実施形態では、導電材４２５は、１又は２以上の電流が導電材４２５を貫流するときに、非ゼロ勾配を備えた磁場が作り出されるように、支持体４１５内に配置される。例えば、電流が反対方向に流れている導電材４２５の部分間の距離ｄ１、ｄ２、及びｄ３は、支持体４１５の長さに沿って変化することができる。特に、導電材４２５の対向する部分は、内部磁気コイル１０５に近接して第１距離ｄ１だけ、支持体４１５の中央付近で第２距離ｄ２だけ、エンクロージャー１１０に近接して第３距離ｄ３だけ、離れているのがよい。
【0036】
ｄ１、ｄ２、及びｄ３の相対的な値は、支持体４１５に沿った磁場の所望の変化（例えば、磁場勾配のプロファイル）に基づいて選択することができる。具体的には、支持体４１５内の導電材４２５の構成は、磁場の特定構成に基づいて選択することができる。図４の図解付きの例では、ｄ１はｄ２よりも小さく、ｄ２はｄ３よりも大きい。従って、対応する磁気圏半径ｒ１はｒ２よりも大きく、ｒ２はｒ３よりも小さい。
【0037】
上記の例では、支持体４１５に対する有効磁気圏半径は、支持体４１５内の導電材４２５の部分間の距離の変化に基づいて、支持体４１５の長さに沿って減少し、その後で増加する。これは、そのような構成の１つを表しているに過ぎず、支持体４１５内の導電材４２５の構成のバリエーションは、図３Ａ－Ｄに示す構成、並びに当業者が認識し得るあらゆる他の構成を含めて、支持体４１５の長さに沿って非ゼロ勾配を有するあらゆる磁場に対して明示的に想定されている。
【0038】
図５Ａ－Ｃは、特定の実施形態による、プラズマが貫流するスロット５４０を定める例示的な支持体５１５を示す。支持体５１５は、電流が流れて磁場遮蔽支持体５１５を作り出すことのできる導電材５２５を含むことができる。導電材５２５は、支持体５１５の長さに沿って非ゼロ勾配を有する磁場を作り出す上述の構成を含めて、何れかの適切な構成を有することができる。更に、支持体５１５は、支持体５１５及び導電材５２５を構成する材料が存在しないスロット５４０を定める。
【0039】
支持体５１５が発生させる磁場は、例えば磁気圏半径で定められた有効境界に基づいて、遮蔽効果を有することができるが、作り出された磁場により、依然として、プラズマは支持体５１５に向かって流れ、それに衝突することができる。例えば、図５Ｃに示すように、磁気圏境界５３５の外側から始まり、境界５３５内に入り、再び境界５３５の外側に出る、１又は２以上の磁力線５３０が存在する。プラズマは、磁力線５３０に沿って移動することができ、それゆえ、境界５３５内の領域から完全には排除されない可能性がある。その結果として、プラズマは、支持体５１５の一部に衝突するようにプラズマを導く磁力線に追従しようとする可能性がある。
【0040】
特定の実施形態では、支持体５１５は、スロット５４０の向きが、導電材５２５の対向する部分間の磁力線の向きと一致するように、スロット５４０を定める。例えば、スロット５４０は、磁力線と同じ軸方向を有するように定めることができる。図５Ｂに示すように、スロット５４０をプラズマの流れ方向に向けることができる。このようにして、支持体５１５の遮蔽磁場によって方向転換されないプラズマは、支持体５１５に衝突するのではなく、スロット５４０を貫流することができる。
【0041】
スロット５４０のサイズ及び形状は、プラズマの支持体５１５との衝突を最小限に抑えるように定めることができる。例えば、スロット５４０のサイズは、支持体５１５に必要な機械的強度、及び／又は支持体５１５内の導電材について必要とされるスペース及び構成を考慮して、最大化することができる。例えば、図５Ａ－５Ｃに示すような巻線構成が使用される場合、スロット５４０は、導電材５２５が存在しない支持体５１５の中央部分に定めることができる。一部の実施形態では、スロット５４０は細長い孔とすることができ、特定の実施形態では、スロット５４０はオーバル形又は円形の形状を有することができる。
【0042】
スロット５４０を例示的な支持体５１５に設けているが、スロット５４０或いは何れか同様の切り抜き又は孔は、本明細書に開示する支持体２１５、４１５、５１５、６１５の何れの構成又は特徴とも併せて使用することができる。
【0043】
図６は、特定の実施形態による、異なる断面積を備えた複数の巻線を有する導電材６２５を備えた例示的な支持体６１５を示す。別の言い方をすると、支持体６１５は、支持体６１５の長さに沿って変化する電流の集中度（ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ）を支持する導電材６２５を含むことができる。図４に関連して論じた実施形態とは異なり、反対方向に電流を流す導電材６２５の部分間の距離は変化する必要がない。図解付きの例に示すように、変化する磁気圏半径は、異なる位置で始まり終わる巻線を設けることによって達成することができる。言い換えれば、巻線の面積は変化することができる。
【0044】
図６の例に示すように、導電材６２５ａの巻線は、支持体６１５の内部で内部磁気コイル１０５に近接して輪を描くことができ、それによって、支持体６１５内に、より高い電流の集中度を有する領域が生成され、ひいては、より大きな磁気圏半径を有する磁場が発生する。同様に、導電材料６２５ｃの巻線は、支持体６１５の内部でエンクロージャー１１０に近接して輪を描くことができ、それによって、支持体６１５内に、より高い電流の集中度を有する領域が生成され、ひいては、より大きな磁気圏半径を有する磁場が発生する。対照的に、支持体６１５の中央付近の導電材６２５ｂの巻線は、より大きな面積を有することができ、それゆえ、より低い電流の集中度を有する。従って、支持体６１５の中央付近の磁気圏半径は、支持体６１５の両端における磁気圏半径よりも小さいのがよい。このようにして、支持体６１５内の導電材６２５を用いて、支持体６１５の長さに沿って変化し、非ゼロ勾配を有する磁場を発生させることができる。
【0045】
図６は、支持体６１５内に異なる面積及び／又は異なる集中度を備えた巻線を有する導電材６２５の例示的な一構成を示しているに過ぎない。導電材６２５の巻線の配置を変化させるあらゆる適切な構成が、本明細書では想定されている。例えば、異なる断面積の巻線を備えた導電材６２５の構成を用いて、支持体６１５の長さに沿って変化し、その方向に沿って非ゼロ勾配を有する何れか適切な磁場を生成することができる。特に、導電材６２５は、図３Ａ－Ｄに示す磁気圏半径の構成、又はプラズマ損失を低減するためにプラズマ閉じ込めシステム１００内で使用できる何れか他の構成を作り出すように構成することができる。
【0046】
図７は、特定の実施形態による、プラズマに曝される構造体を遮蔽するための例示的な方法７００のフローチャート図解を示す。例えば、方法７００は、プラズマ閉じ込めシステム１００などのプラズマ閉じ込めシステムにおいて実装することができ、この場合、プラズマ内に配置される又は浸される１又は２以上の構成要素が機械的な支持を必要とする。方法７００は、ステップ７１０で開始することができ、ここでは、内部磁気コイル１０５などの１又は２以上の内部磁気コイルが、エンクロージャーのプラズマ領域内に懸下される。例えば、内部磁気コイルをプラズマ閉じ込めシステムで使用して磁場を発生させ、例えば核融合プロセスを用いてエネルギを発生させるために、プラズマを制御する及び／又は閉じ込めることができる。内部磁気コイルは、有利には、内部磁気コイルがプラズマに曝されるようなシステム内の領域の中に、例えば、システムの運転中にプラズマが流動している、又は別の態様で存在するエンクロージャーの領域内に配置することができる。コイルは、その姿勢と、非遮蔽構成要素又はプラズマに浸されるようには設計されないプラズマ閉じ込めシステムの他の構成要素から離れた位置とを維持するために、機械的な支持を必要とする場合がある。
【0047】
ステップ５２０では、１又は２以上の支持体を用いて、エンクロージャー内に懸下された１又は２以上の内部磁気コイルを支持する。１又は２以上の支持体は、少なくとも部分的にはプラズマ領域内に配置することができる。例えば、内部磁気コイルがプラズマ領域に完全に浸される場合、プラズマ領域内で支持体を内部磁気コイルに連結することができる。これは、プラズマ領域内で内部磁気コイルの配置を支持することのトレードオフとして、プラズマ領域内のプラズマによる潜在的な影響に支持体を曝す可能性がある。
【0048】
ステップ７３０では、１又は２以上の支持体の各々に沿って磁場を発生させることができる。発生した磁場は、入射プラズマから支持体を遮蔽する又は「防護する」ことができる。例えば、発生した磁場は、背景磁場のトポロジを改変して、支持体に近接する磁力線を修正することができる。これには、支持体の一部と交差する経路を有するのではなく、支持体の周囲に延びる磁力線を生成するステップを含めることができる。特定の実施形態では、発生した磁場は、１又は２以上の支持体の各々内に配置された導電材に供給される電流を用いて、支持された内部磁気コイルとの間で支持体の長さに沿って変化する。特に、導電材は、電気が供給されたときに、結果として生じる磁場が支持体の長さに沿う方向に非ゼロ勾配を有するように、支持体内で特定の方法で構成することができる。別の言い方をすれば、支持体２１５、３１５、５１５、及び６１５の例に示すように、支持体に発生した磁場の有効磁気圏半径は、その長さに沿って変化することができる。このようにして、支持体は、プラズマ損失を低減する磁場を発生させることができる。
【0049】
図７に描写する方法７００に修正、追加、又は省略を加えることができる。何れかのステップを並行して、又は何れか適切な順序で実行することができる。更に、方法７００は、より多くの、より少ない、又は他のステップを含むことができる。更に、方法７００のステップの１又は２以上、或いはその実施形態は、プラズマ閉じ込めシステム１００又は支持体１１５、２１５、４１５、５１５、及び／又は６１５の何れか適切な構成要素又は構成要素の組み合わせで実行することができる。
【0050】
本開示は、本明細書に開示する様々な実施形態及び例に関して記載した様々な技術的利点など、数多くの利点を提供することができる。他の技術的利点は、以下の図、説明、及び特許請求の範囲から当業者には容易に明らかとなろう。更に、本開示では特定の利点を上に挙げたが、様々な実施形態は、列挙した利点の全部又は一部を含む、或いは一切含まない場合がある。
【0051】
本開示の範囲は、本明細書に記載する又は図示する例示的な実施形態に対して、当業者が理解するであろう全ての変更、置換え、変形、改変、及び修正を包含する。本開示の範囲は、本明細書に記載する又は図示する例示的な実施形態に限定されない。更に、本開示は、特定の構成要素、要素、機能、動作、又はステップを含むものとして、本明細書にそれぞれの実施形態を記載し図示するが、これらの実施形態のどれもが、本明細書のどこかで記載又は図示した構成要素、要素、機能、動作、又はステップの何れかの、当業者が理解するであろうあらゆる組み合わせ又は並べ換えを含むことができる。更に、添付の特許請求の範囲において、装置又はシステム、或いは装置又はシステムの構成要素が、特定の機能を実行するように適応される、配置される、能力がある、構成される、有効化される、動作可能である、又は動作するという言及は、その装置、システム、又は構成要素がそのように適応される、配置される、能力がある、構成される、有効化される、動作可能である、又は動作する限り、それが又はその特定の機能が作動している、オンになっている、又はロック解除されているか否かに関わらず、その装置、システム、構成要素を包含する。
【0052】
本開示をいくつかの実施形態を用いて説明してきたが、無数の変更、変形、改変、変換、及び修正を当業者に提案することができ、本開示は、添付の特許請求の範囲内に含まれるような変更、変形、改変、変換、及び修正を包含するものとする。
【図1A】
【図1B】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図6】
【図7】