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(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】2024-11-08
(45)【発行日】2024-11-18
(54)【発明の名称】プラズマ閉じ込め装置及びプラズマ閉じ込め方法
(51)【国際特許分類】
H05H 1/10 20060101AFI20241111BHJP
H05H 1/22 20060101ALI20241111BHJP
G21B 1/11 20060101ALN20241111BHJP
【ＦＩ】
H05H1/10
H05H1/22
G21B1/11 E
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2022553218
(86)(22)【出願日】2020-11-11
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2023-01-20
(86)【国際出願番号】 EP2020081762
(87)【国際公開番号】W WO2021094372
(87)【国際公開日】2021-05-20
【審査請求日】2023-09-13
(31)【優先権主張番号】19208258.4
(32)【優先日】2019-11-11
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(73)【特許権者】
【識別番号】522185346
【氏名又は名称】ノバトロン・フュージョン・グループ・エービー
【氏名又は名称原語表記】Ｎｏｖａｔｒｏｎ Ｆｕｓｉｏｎ Ｇｒｏｕｐ ＡＢ
【住所又は居所原語表記】Ｓｔｏｒｖｒｅｔｓｖａｅｇｅｎ １５４，１６３ ４７ Ｓｐａｎｇａ Ｓｗｅｄｅｎ
(74)【代理人】
【識別番号】110003708
【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所
(74)【代理人】
【識別番号】100108855
【弁理士】
【氏名又は名称】蔵田 昌俊
(74)【代理人】
【識別番号】100179062
【弁理士】
【氏名又は名称】井上 正
(74)【代理人】
【識別番号】100199565
【弁理士】
【氏名又は名称】飯野 茂
(74)【代理人】
【識別番号】100212705
【弁理士】
【氏名又は名称】矢頭 尚之
(74)【代理人】
【識別番号】100219542
【弁理士】
【氏名又は名称】大宅 郁治
(74)【代理人】
【識別番号】100153051
【弁理士】
【氏名又は名称】河野 直樹
(74)【代理人】
【識別番号】100162570
【弁理士】
【氏名又は名称】金子 早苗
(72)【発明者】
【氏名】イェーデルバリ、ヤーン
【審査官】藤本 加代子
(56)【参考文献】
【文献】特開平０１－１６１１８９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５５－０２４４１７（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２５４１５３（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０５Ｈ １／００－１／５４
Ｇ２１Ｂ １／００－３／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１の複数の同心円状に配置された円形ループコイルを備える第１の磁石系と、第２の複数の同心円状に配置された円形ループコイルを備える第２の磁石系とを備えるプラズマ閉じ込め装置であって、前記第１の磁石系は、第１の方向に電流を通すように配置された第１のコイルと前記第１の方向と反対の第２の方向に電流を通すように配置された第２のコイルとを備え、
前記第２の磁石系は、前記第１の磁石系と前記第２の磁石系の間に位置する対称平面に関して、前記第１の磁石系に対してミラー対称に配置され、
前記対称平面において前記対称平面に垂直な磁場を有する前記対称平面で環状のプラズマ閉じ込め領域を作り出し、
前記プラズマ閉じ込め装置は、前記プラズマ閉じ込め領域の半径方向外側に配置された第３の磁石系をさらに備え、前記第３の磁石系は、少なくとも１つの円形ループコイルを備える、プラズマ閉じ込め装置。
【請求項2】
前記第１の複数の同心円状に配置された円形ループコイルは、前記第２の複数の同心円状に配置された円形ループコイルと同一に設計されている、請求項１に記載のプラズマ閉じ込め装置。
【請求項3】
前記第３の磁石系は、前記対称平面の前記第１の磁石系と同じ側に配置された第１のコイルと、前記対称平面の反対側に配置された第２のコイルとを備え、前記第２のコイルは、前記第１のコイルに対してミラー対称に配置されている、請求項１に記載のプラズマ閉じ込め装置。
【請求項4】
前記第１の磁石系における前記第１の複数の同心円状に配置された円形ループコイルと、前記第２の磁石系における前記第２の複数の同心円状に配置された円形ループコイルとは、それぞれがそれぞれの強磁性構造の中に埋め込まれている、請求項１から３のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込め装置。
【請求項5】
前記強磁性構造は、前記対称平面に向かう方向において、それぞれの前記複数の同心円状に配置された円形ループコイルの少なくとも１つのコイルを覆わない、請求項４に記載のプラズマ閉じ込め装置。
【請求項6】
前記強磁性構造が強磁性鋼を備える、請求項４又は５に記載のプラズマ閉じ込め装置。
【請求項7】
プラズマを閉じ込めるための、請求項１から６のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込め装置の使用。
【請求項8】
核融合炉における、請求項１から６のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込め装置の使用。
【請求項9】
プラズマ閉じ込め方法であって、
第１の複数の同心円状に配置された円形ループコイルを備える第１の磁石系と、
第２の複数の同心円状に配置された円形ループコイルを備える第２の磁石系と、において、
前記第１の磁石系は、第１の方向に電流を通す第１のコイルと前記第１の方向と反対の第２の方向に電流を通す第２のコイルとを備え、
前記第２の磁石系は、前記第１の磁石系と前記第２の磁石系の間に位置する対称平面に関して、前記第１の磁石系に対してミラー対称の電流を通し、
前記対称平面に垂直の磁場を有する前記対称平面で環状のプラズマ閉じ込め領域を作り出すことを備え、
前記プラズマ閉じ込め方法は、前記プラズマ閉じ込め領域の半径方向外側に配置された第３の磁石系において、電流調節によって閉じ込められたプラズマを制御すること
をさらに備える、プラズマ閉じ込め方法。
【請求項10】
前記制御することは、前記プラズマ閉じ込め領域の半径を変更することを含む、請求項９に記載のプラズマ閉じ込め方法。
【請求項11】
前記プラズマ閉じ込め領域の半径方向外側、又は前記プラズマ閉じ込め領域の半径方向内側の領域内にイオンビームを挿入することによってプラズマを加熱すること、及び前記イオンビームからのイオンが、前記プラズマ閉じ込め領域中に移動することを可能にすること
をさらに備える、請求項９又は１０に記載のプラズマ閉じ込め方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、プラズマ閉じ込め装置及びプラズマ閉じ込め方法に関する。
【背景技術】
【0002】
制御された核融合のための原子炉を設計するために、世界中で多大な努力が払われている。最も有望な融合プロセスは、水素同位体の重水素（２Ｈ）とトリチウム（３Ｈ）との間のものである。重水素－トリチウム核融合プロセスでは、約３．５ＭｅＶの運動エネルギーを有する４Ｈｅアルファ粒子と、約１４．１ＭｅＶの運動エネルギーを有する中性子とが作り出される。
【0003】
核融合が起こるためには、原子核は１億５０００万ケルビン程度の温度を有するプラズマの形態をしていなくてはならない。このようなプラズマの閉じ込めをもたらすことは、依然として大きな課題である。
【0004】
プラズマ閉じ込めのためのいくつかの異なる知られた磁気構成がある。
【0005】
プラズマの閉じ込めは、プラズマの荷電粒子を閉じ込めることを伴う。また、閉じ込められたプラズマの安定性に有益な種々の特性が望ましい場合がある。
【0006】
よく知られているデザインは磁気ミラーである。その場合には、粒子は磁場線に追従し、装置の各端部における磁束密度が増加する領域において反射される。実験的に実証されているように、プラズマ閉じ込めが可能である一方で、様々なプラズマ不安定性の問題と関連している。これらの問題を解決するために、テニスボールに似た「ミニマムＢ」設計、又は「バイコニックカスプ（Biconic Cusp）」などの、様々な畳み込まれた非回転対称形状が、従来技術において提案されている。
【0007】
もう一つのよく知られている設計はトカマク（tokamak）である。トカマクは、閉じ込めのために、トロイド形、すなわちドーナツ形の磁場を使用する。トカマクもまた、電荷分離などの様々なプラズマ安定性の問題と関連している。
【発明の概要】
【0008】
本開示の目的は、特に核融合炉における使用のための、改良型プラズマ閉じ込め装置及び方法を提供することである。
【0009】
この目的のために、第１の態様によれば、第１の方向に電流を通すように配置された第１のコイル、及び第１の方向と反対の第２の方向に電流を通すように配置された第２のコイルを備える、第１の複数の同心円状に配置された円形ループコイルを備える、第１の磁石系と、第１の磁石系と第２の磁石系の間に位置する対称平面に関して、第１の磁石系に対してミラー対称に配置され、第２の複数の同心円状に配置された円形ループコイルを備える、第２の磁石系とを備え、対称平面において対称平面に垂直な磁場を有する、対称平面における環状のプラズマ閉じ込め領域を作り出す、プラズマ閉じ込め装置が提供される。
【0010】
環状のプラズマ閉じ込め領域として、例えばドーナツ状又は円盤状のトポロジを有する場合を含む、プラズマの荷電粒子が閉じ込められた回転対称区域と理解されるべきである。
【0011】
これにより、得られる磁場構成は、静的な軸方向及び半径方向の磁場を用いて、荷電粒子を開放磁場線磁気ミラー構成に閉じ込め得る。
【0012】
第１の磁石系及び第２の磁石系のそれぞれにおいて、第１のコイルが第１の方向に電流を通すように配置され、第２のコイルが反対の第２の方向に電流を通すように配置されている配設は、対称平面付近で比較的低い磁束密度を維持しながら、第１のコイルと第２のコイルとの間に高い磁束密度の区域を作り出すことを可能にする。従来の磁気ミラー配置と比較して、これによりミラー比を増加させることが可能になり、それによって損失コーン（loss cone）の大きさを低減して、プラズマのより良好な閉じ込めが可能になる。
【0013】
また、トカマクと比較して、プラズマを閉じ込める際に、電荷分離効果を回避し得て、プラズマの安定性のための誘導プラズマ電流を必要としない場合がある。結果として生じる準静的プラズマによって、すなわちグローバルプラズマ電流なしで、磁気流体力学的不安定性を回避することができる。また、核融合炉は、電流ランピング（ramping）を行うことなく、連続（定常）状態で運転可能にさせ得る。
【0014】
さらに、結果として得られる磁場構成は、プラズマを加熱する単純な方法を可能にし得る。
【0015】
第１の複数の同心円状に配置されたコイルは、例えば、第２の複数の同心円状に配置されたコイルと同一に設計され得る。これは、所望の磁場構成を達成するための特に簡単な方法である。
【0016】
この装置は、プラズマ閉じ込め領域の半径方向外側に配置された第３の磁石系をさらに備えてもよく、第３の磁石系は、少なくとも１つの円形ループコイルを備える。
【0017】
これにより、確実に半径方向に増大する磁場を配置することができ、これは閉じ込められたプラズマの安定性に有益であり、従来型の磁気ミラーにさらに改良を加える。
【0018】
さらに、第３の磁石系を有する配設は、プラズマ閉じ込め領域全体において凹状磁場を配置することを可能にし、このことは閉じ込められたプラズマの安定性にとって有益であり得る。
【0019】
このように、ミラー比が高く、プラズマ安定性に有益な特性を有する、回転対称型の開放磁場線プラズマ閉じ込め装置が提供され得る。
【0020】
また、第３の磁石系は、第３の磁石系の円形ループコイルにおける電流調節により、閉じ込められたプラズマを制御することを可能にし得る。
【0021】
第３の磁石系は、第１の磁石系において対称平面の同じ側に配置された第１のコイルと、対称平面の反対側に配置された第２のコイルとを備えてもよく、ここで、第２のコイルは、第１のコイルに対してミラー対称に配置される。
【0022】
第１の磁石系における第１の複数の同心円状に配置されたコイルと、第２の磁石系における第２の複数の同心円状に配置されたコイルとは、それぞれの強磁性構造に埋め込まれていてもよい。これにより、強磁性材料の相対的に高い透磁率を通る磁束が増加し、所定のコイル電流に対してより強い磁場が得られ、それによってより良好な閉じ込めが得られる。
【0023】
任意選択で、前記の強磁性構造は、前記対称平面に向かう方向において、それぞれの前記複数のコイルのうちの少なくとも１つのコイルを覆わない。これによって、対称平面から離れる方向の磁束がシールドされ、磁束を対称平面に向かう方向、すなわちプラズマに向かって誘導する。これにより、所与のコイル電流に対してより効率的なシールドが達成される。
【0024】
前記強磁性構造は、強磁性鋼であり得る。
【0025】
第１の態様による装置は、プラズマを閉じ込めるために用いられ得る。
【0026】
第１の態様による装置は、核融合炉に用いられ得る。
【0027】
第２の態様によれば、第１の方向に電流を通す第１のコイル、及び第１の方向と反対の第２の方向に電流を通す第２のコイルを備える、第１の複数の同心円状に配置された円形ループコイルを備える、第１の磁石系と、第１の磁石系と第２の磁石系の間に位置する対称平面に関して、第１の磁石系に対してミラー対称の電流を通す、第２の複数の同心円状に配置された円形ループコイルを備える、第２の磁石系とにおいて、対称平面に垂直な磁場を有する、対称平面における環状のプラズマ閉じ込め領域を作り出すことを含む、プラズマ閉じ込めの方法が提供される。
【0028】
この第２の態様の実施形態及び利点は、一般に、第１の態様の実施形態と同様又は同一であり得る。
【0029】
この方法は、プラズマ閉じ込め領域の半径方向外側に配置された第３の磁石系における電流調節によって閉じ込められたプラズマを制御することをさらに含み得る。
【0030】
制御することは、プラズマ閉じ込め領域の半径を変化させることを含んでもよく、これにより、プラズマの半径を変化させ得る。
【0031】
この方法は、プラズマ閉じ込め領域の半径方向外側又はプラズマ閉じ込め領域の半径方向内側の領域にイオンビームを挿入し、イオンビームからのイオンをプラズマ閉じ込め領域中に移動させることによって、プラズマを加熱することをさらに含み得る。
【0032】
プラズマを閉じ込めるために作り出された磁場が、外部から来るイオンをプラズマから偏向させるとともに、磁場を貫通し、プラズマ内で一度だけイオン化される中性ビームを使用して加熱を行う必要がある、トカマク又は同様の装置のような既存の解決策とは異なり、ここでは、現在の磁場構成は、イオンを偏向させるのではなく、プラズマ閉じ込め領域にイオンを引き込むことができるので、高エネルギーイオンは、閉じ込められたプラズマに便利で簡単に追加され得るか、又は核融合条件を作り出すためにプラズマの初期加熱のために提供され得る。これにより、手順の複雑さの軽減をもたらすとともに、粒子損失をさらに低減させ得る。
【0033】
第３の態様によれば、第１の方向に電流を通すように配置された第１のコイル、及び第１の方向と反対の第２の方向に電流を通すように配置された第２のコイルを備える、第１の複数の同心円状に配置された円形ループコイルを備える、第１の磁石系と、第１の磁石系と第２の磁石系との間に位置する対称平面に関して第１の磁石系に対してミラー対称に配置された、第２の複数の同心円状に配置された円形ループコイルを備える、第２の磁石系とを備えて、対称平面において対称平面に垂直な磁場を有する、対称平面における環状の粒子閉じ込め領域を作り出すことを含む、磁気ミラーマシン及び／又は粒子閉じ込め装置が提供される。
【0034】
その他の態様と併せて、また本開示全体を通して考察された実施形態及び利点は、この第３の態様と適合性がある。
【0035】
第４の態様によれば、第１の方向に電流を通す第１のコイル、及び第１の方向と反対の第２の方向に電流を通す第２のコイルを備える、第１の複数の同心円状に配置された円ループコイルを備える、第１の磁石系と、第１の磁石系と第２の磁石系との間に位置する対称平面に関して、第１の磁石系に対してミラー対称の電流を通す、第２の複数の同心円状に配置された円形ループコイルを備える、第２の磁石系とにおいて、対称平面に垂直な磁場を有する、対称平面における環状の粒子閉じ込め領域を作り出すことを含む、荷電粒子の閉じ込め方法が提供される。
【0036】
その他の態様と併せて、また本開示全体を通して考察された実施形態及び利点は、この第３の態様と適合性がある。
【0037】
本発明概念の上記、ならびにさらなる目的、特徴及び利点は、類似の要素に対して同一の参照番号が使用される添付の図面を参照すれば、好ましい実施形態についての以下の例証的及び非限定的な詳細な説明を通して、よりよく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0038】
【図1a】プラズマ閉じ込め装置に備えられ得る、第１の磁石系及び第２の磁石系の斜視図。
【図3a】プラズマ閉じ込め装置に備えられ得る、第１の磁石系、第２の磁石系、及び第３の磁石系の切り欠き斜視図。
【図5a】プラズマ閉じ込め装置を示す切り欠き斜視図。
【図5b】プラズマ閉じ込め装置を示す切り欠き斜視図。
【図6】プラズマ閉じ込め装置の切り欠き斜視図。
【図7】プラズマ閉じ込め装置の切り欠き斜視図。
【図8】プラズマ閉じ込め装置の切り欠き斜視図。
【図9】従来式の直線磁気ミラー構成によって生成された模擬磁場線を示す平面図。
【図10】第１及び第２の磁石系によって生成された模擬磁場線を示す平面図。
【図11】第１、第２、及び第３の磁石系によって生成された模擬磁場線を示す平面図。
【図12】第１、第２、及び第３の磁石系によって生成された模擬磁場線を示す平面図において、第１の磁石系及び第２の磁石系における各コイルのそれぞれが、それぞれの強磁性シールドに埋め込まれている、平面図。
【図13】第１、第２、及び第３の磁石系によって生成された模擬磁場線を示す平面図。
【図15】ｖｚ／ｖＲ比が０．５、１．５、２．５のそれぞれに対して、初期半径位置が１．５ｍ、３．０ｍ、及び４．５ｍの模擬荷電粒子軌道を示す図。
【図16】ｖｚ／ｖＲ比が０．５、１．５、２．５のそれぞれに対して、初期半径位置が１．５ｍ、３．０ｍ、及び４．５ｍの模擬荷電粒子軌道を示す図。
【図17】ｖｚ／ｖＲ比が０．５、１．５、２．５のそれぞれに対して、初期半径位置が１．５ｍ、３．０ｍ、及び４．５ｍの模擬荷電粒子軌道を示す図。
【発明を実施するための形態】
【0039】
一般に知られているように、プラズマ閉じ込め装置は、開放磁場線又は閉鎖磁場線のいずれかに基づき得る。
【0040】
閉鎖磁場線装置は、例えば、トロイダル磁場を有し得る。そのような装置の一例がトカマクである。
【0041】
閉鎖磁場線装置は、粒子が磁場線をたどるため、漏れることなくプラズマ粒子を閉じ込める可能性があるが、電荷分離によるＥｘＢドリフトや磁気流体力学的（ＭＨＤ：magneto-hydrodynamic）効果などの他の問題により、プラズマを逃がす可能性がある。ヘリウム灰を除去するには、システムをパルシング（pulsing）したり、定常動作を許可しないなど、特別な配設を行う必要がある。
【0042】
トロイダル場の大きな問題の１つは、電荷分離によって引き起こされるＥｘＢドリフトによってイオンが閉じ込め状態から逃れることである。
【0043】
トカマクにおいては、この問題は、プラズマ中に電流を誘導することによって対処することができ、そこで電流はポロイダル場を作り出す。この結果として、磁場がトーラスに沿ってねじれて、ポロイダル磁場とトロイダル場が一緒になってねじれた磁場を作り上げる。これにより、ＥｘＢドリフトは緩和されるが、内部磁気コイルの電流がランピングしている間、つまり定常状態で動作できない間だけ、プラズマが閉じ込められるという追加の問題が持ちこまれる。
【0044】
さらに、プラズマ電流は、キンク不安定性などの、磁気流体力学的効果に関連するいくつかの不安定性をもたらす。これは、原子炉容器のまわりの様々な補償コイルによって対処することができるが、プラズマの基本的な特性は、大きな磁気流体力学的効果のために不安定なままである。
【0045】
開放磁場線プラズマ閉じ込め装置は、従来技術で知られているように、磁気ミラーリングの原理によって動作可能であり、この場合に、プラズマの荷電粒子は、閉じ込め領域のそれぞれの端部の磁束密度が増加する領域において反射される。このような機械は定常動作の能力を有し、一般に電荷分離の問題が少なく、またヘリウム灰の取り扱いも容易にすることができる。
【0046】
解放磁場線プラズマ閉じ込め装置は、プラズマ閉じ込めを提供できると認識されているが、磁場線に十分に整列した速度ベクトルを持つ電荷粒子の漏れが常にある。より具体的には、ミラー効果は、磁場線のまわりの荷電粒子のジャイロスピンのらせん渦巻きピッチ角によって定義される、損失コーンの外側の接近角の範囲内のすべての粒子に対して生じる。
【0047】
損失コーンの程度は、磁場線に続く最大磁束密度Ｂｍａｘと最小磁束密度Ｂｍｉｎの比として定義される、ミラー比ｒｍｉｒｒｏｒによって決定される：
【0048】
【数1】
【0049】
損失コーンを定義する角度は次のとおりである：
【0050】
【数2】
【0051】
したがって、ミラー比が高いと損失コーンが小さくなり、その結果として磁場線に最も整列した速度を持つ粒子のみが逃れることがわかる。逆に、ミラー比が低いと、損失コーンが大きくなる。
【0052】
閉じ込められたプラズマの磁気流体力学的安定性と関連する、プラズマ閉じ込め装置の磁場線の、文献から知られている第１の性質は、プラズマ閉じ込め領域及び閉じ込められたプラズマの外側から見た凹状の磁場、すなわち凹状の磁場線を有する磁場である。
【0053】
閉じ込められたプラズマの磁気流体力学的安定性と関連する、プラズマ閉じ込め装置の磁場線の、文献から知られている第２の性質は、半径方向に確実に増加する磁場である。
【0054】
【0055】
第１の磁石系１は、対称軸Ａのまわりに配置された第１の複数の同心円状に配置された円形ループコイル、例えば、図示されているような、第１の、内側コイル１１と、内側コイル１１の径方向外側に同心円状に配置された、第２の、外側コイル１２とを備える。
【0056】
さらに、第１の磁石系１は、同様に軸Ａのまわりに同心円状に配置されるが、第１の磁石系に対して上下に変位した、第２の複数の円形ループコイルを備える、第２の磁石系２を備える。第２の磁石系は、例えば、図示されるように、第１の、内側コイル２１と、内側コイル２１に対して同心円状に、その半径方向外側に配置された、第２の外側コイル２２とを備えてもよい。
【0057】
図１ｃは、対称軸Ａを通る断面平面において、第１の磁石系１及び第２の磁石系２を通る横断面図を示す。
【0058】
第２磁石系２のコイル２１、２２は、第１の磁石系１及び第２の磁石系２のそれぞれに対して等距離にある対称平面Ｐと相対的に、第１の磁石系１のコイル１１、１２に対してミラー対称に配置されている。
【0059】
本開示全体を通して、軸Ａ及び対称平面Ｐに対する座標系及び方向を参照することができる。特に、座標及び方向は、対称軸Ａと対称平面Ｐとの交点を原点として有する円筒座標系又はデカルト座標系を参照して記述することができる。
【0060】
「Ｘ，Ｙ，Ｚ」、「Ｘ，Ｙ，Ｚ」、「Ａ，Ｂ，Ｃ」等と称される座標を有する、デカルト座標系とは、対称平面Ｐに横たわる最初の２つの座標軸「Ｘ，Ｙ」、「Ｘ，Ｙ」、「Ａ，Ｂ」等と、対称軸Ａに沿って原点から上方（図１～図５に見られるように）に正方向に延びる第３の座標軸「ｚ」、「Ｚ」、「Ｃ」等と、を有するものと理解されるべきである。
【0061】
空間座標の単位が開示されていない場合、メートル又は度の単位が暗示される。時間の単位が開示されていない場合、秒の単位が暗示される。
【0062】
円筒座標系とは、対称軸Ａと対称平面Ｐとの交点における原点から延びる径方向及び座標（「Ｒ」、「ｒ」等）と、対称軸Ａを中心とする回転角度として測定される方位角方向及び座標（「φ」、「Ｐｈｉ」等）と、軸方向及び、対称軸Ａに沿って原点から上方に正方向に延びる座標（「ｚ」、「Ｚ」、「Ｃ」等）とを有するものと理解されるべきである。方位角方向に対する正方向は、正の軸方向に対して右手の法則に従う。
【0063】
さらに、本開示全体を通して、模擬磁場（磁束密度）線、すなわち、等磁位線を示す、図２、４ａ、４ｂ、９、１０、１１、及び１２を含む図が参照される。本明細書に開示される磁石系の対称性特性のせいで、すなわち、対称平面Ｐに対するミラー対称性及び軸Ａを中心とする回転対称性のせいで、このような象限の磁場特性は、全体としての磁場構成を記述するのに十分である。したがって、象限を示す図は、対称特性に言及することを条件として、４つの象限すべてにおける磁場及び磁石系構成を開示するものと解釈されるべきである。さらに、回転対称性のせいで、図は３次元磁場と磁石系とを開示していると解釈されるべきである。
【0064】
さらに図１ｃを参照して、第１の磁石系１の第１の複数の同心円状に配置されたコイル１１、１２は、図示されているように、ミラー対称性を守り、第２の磁石系２の第２の複数の同心円状に配置されたコイル２１、２２と同一に設計され得る。
【0065】
【0066】
第１の磁石系１では、内側コイル１１の電流は、図１ｃの右側の断面平面（ばつ印でマーク）の中に入り、図１ｃ左側の断面平面（中心点付き円でマーク）から外に出る方向、すなわち、第１磁石系の上方から見て反時計回りに、流れるように構成されている。逆に、外側コイル１２の電流は、図１ｃの右側の断面平面（中心点付き円でマーク）から外に出て、図１ｃの左側の断面平面（ばつ印でマーク）から中に入る方向、すなわち、第１の磁石系の上方から見て時計回りに流れるように構成されている。
【0067】
このように、第１の複数の同心円状に配置された円形ループコイルは、第１の方向に電流を通すように配置された第１のコイル１１と、第１の方向と反対の第２の方向に電流を通すように配置された第２のコイル１２とを備える。
【0068】
同様に、対称平面Ｐに対するミラー対称性を守り、第２の磁石系２において、内側コイル２１の電流は、図１ｃの右側の断面平面（ばつ印でマーク）の中に入り、図１ｃの左側の断面平面（中心点付き円でマーク）から外に出る方向、すなわち、第１の磁石系を上方から見て反時計回り、に流れるように構成されており、外側コイル２２の電流は、図１ｃの右側の断面平面（中心点付き円でマーク）から外に出て、図１ｃの左側の断面平面（ばつ印でマーク）の中に入る方向、すなわち、第１の磁石系の上方から見て時計回り、に流れるように構成されている。
【0069】
このように、第２の磁石系２の電流は、第１の磁石系１及び第２の磁石系２が動作している状態で、第１の磁石系１と第２の磁石系２との間に位置する対称平面Ｐに関して、第１の磁石系に対してミラー対称に配置される。
【0070】
磁場（磁束密度）ベクトルＢを示すベクトル矢印２０２で示されているように、対称平面Ｐにおいて、第１の磁石系１と第２の磁石系２における電流のミラー対称構成は、対称平面Ｐにおいて、対称平面Ｐに垂直な磁場を作り出す。近似的な破線楕円で示される、環状で、典型的にはトロイド形状の、プラズマ閉じ込め領域２０６（図２、５ａ及び５ｂ参照）が、以下でさらに説明されるように、対称平面Ｐにおいて形成される。
【0071】
このように、換言すれば、プラズマ閉じ込め装置は、プラズマが閉じ込められ得る空間をその間に有する、軸方向に対向する２つの円盤状の磁石系１、２を備えてもよい。各磁石系１、２は、電流の方向と大きさが、対称平面Ｐにおいて垂直方向磁場境界条件を作り出す、少なくとも２つのコイル１１、１２、２１、２２を有する。
【0072】
また、なお図１ａ、１ｂ、１ｃを参照して、第１の磁石系１における第１の複数の同心円状に配置されたコイル１１、１２、及び第２の磁石系２における第２の複数の同心円状に配置されたコイル２１、２２のそれぞれが、強磁性鋼などの強磁性材料でもよいそれぞれのコア構造２０４に埋め込まれていてもよい。あるいは、コア構造２０４は、非強磁性鋼などの非強磁性材料であってもよい。
【0073】
任意選択で、図示されているように、第１の磁石系１及び第２の磁石系２のそれぞれのコア構造２０４は、図示されるように対称平面Ｐに向かう方向にはそれぞれの複数のコイルのすべてのコイルのうちの、少なくとも１つのコイルを覆っていないが、その他のすべての方向において、それぞれのコイル１１、１２、２１、２２を覆っている。
【0074】
比較の目的で、図９は、２つのコイル、すなわち、各半球において単一のコイル１６００、を備える直線磁気ミラー構成の模擬磁場線を示す。このような直線磁気ミラー（「ボトル」）構成に典型的であるように、磁場は、対称平面Ｐ付近の比較的低い磁束密度の領域１６０２と、コイル１６００の近傍の比較的高い磁束密度の領域１６０４とを見せて、上記説明のように磁気反射の原理に基づいて、荷電粒子に対する閉じ込め領域２０６を作り出している。また、閉じ込め領域２０６の半径方向外側から、すなわち図９において右から見られるとき、対称平面の近くの比較的大きな領域は凸状の磁場線を見せるのに対して、コイル１６００に近いより小さい領域は凹状の磁場線を見せ、前者は、上記で考察された第１の特性のとおりに、不利であり、後者が有利である。また、対称平面Ｐにおいて、磁束密度は半径の増加とともに減少していることが注記され得る。
【0075】
開示された磁石系構成は、対称平面Ｐと直角に交差する磁場線によって明らかなように、対称平面Ｐ全体にわたって対称平面Ｐに垂直な磁場を作る。図２は、図１ｃと同様に、軸Ａを通る断面平面における磁場線を示している。第１の磁石系１及び第２の磁石系２の回転対称性のせいで、磁場構成も回転対称であり、その結果として、図２は、任意のそのような断面平面全体に対して、したがってすべての磁場構成に対しても、代表的である。特に、この磁場は、すなわち、図２の断面平面に出入りする方向、すなわち上記で言及した方位角方向を指す方向において、トロイダル成分を有さない。換言すれば、磁場ベクトルは、軸Ａを通る任意のそのような断面平面に対して、断面平面内にある。図９～図１３の構成についても同様である。
【0076】
図２には、図１ａ、１ｂ、１ｃと併せて上記で考察された第１の磁石系１及び第２の磁石系２における電流のミラー対称構成から生じる、磁場線が示されている。結果として生じる磁場構成からは、プラズマのイオンが閉じ込められ得る、ここでも近似的な破線楕円によって表わされた、環状の閉じ込め領域２０６が得られる。プラズマ閉じ込め領域は、シミュレーションで確認されたように、内側の半径と外側の半径の間で半径方向に制限されている。プラズマ閉じ込め装置に閉じ込められたプラズマイオンは、対称平面Ｐにおけるプラズマ閉じ込め領域２０６において、その平面に垂直な磁場のせいで、その平面内で円形ジャイロ運動を行うことになる。既述のように、トロイダル場は存在しない。したがって、トロイダル磁場成分がない場合には、対称平面Ｐにおけるイオンには軸方向ローレンツ力は存在しない。磁場線に沿って、軸方向に対称平面から遠ざかると、ローレンツ力がイオンを対称平面に向かって押し戻し、イオンを対称平面に閉じ込め得る。
【0077】
プラズマがトロイダル磁場及びポロイダル磁場で閉じ込められているトカマクにおける状況と異なり、本開示による閉じ込め装置は、プラズマを軸方向（軸Ａに平行）磁場及び半径方向磁場によって閉じ込める。
【0078】
図１０は、プラズマ閉じ込め装置に備えられ得る別の構成を示し、この構成も、第１の方向に電流を通すように配置された第１のコイル１１、及び第１の方向と反対の第２の方向に電流を通すように配置された第２のコイル１２を備える、第１の磁石系１（図１ｃ参照）と、第１の磁石系１と第２の磁石系２（図示なし）の間に位置する対称平面Ｐに関して、前記第１の磁石系に対してミラー対称で配置されている第１及び第２の同心円状に配置された円形ループコイル（図示なし）を備える、第２の磁石系とが配置されている。図９の直線磁気ミラーに対するのと同様に、荷電粒子に対する閉じ込め領域、すなわちプラズマ閉じ込め領域２０６は、対称平面において、対称平面に垂直な磁場を有する、対称平面Ｐである。
【0079】
図９と併せて上記で考察されたように、図１０に示され、又は図２において明白なように、第１の磁石系及び第２の磁石系のコイル１１、１２の幾何学形状とそれに通される電流を適切に選択することによって、磁気反射の原理に基づいて、対称平面Ｐに近い比較的低い磁束密度の区域１６０２と、コイル１１、１２に近い比較的高い磁束密度の区域１６０４とを示す、荷電粒子に対する閉じ込め領域２０６を作り出す、磁場構成を達成することができる。さらに、図１０におけるように、閉じ込め領域２０６の半径方向外側から、すなわち図９において右から見て、対称平面の近くの区域１６０２は、凸状の磁場線を見せるのに対して、区域１６０４は凹状の磁場線を見せる。
【0080】
さらに、図１０（及び図１２）を図９と比較することから明白なように、コイルの幾何学形状とそれを流れる電流の適切な選択により、コイル１１、１２の近くの比較的高い磁束密度の区域１６０４における、かなり増大された磁束密度が可能になる。このことは、より高いミラー比をもたらして、低減された損失コーンのせいで、プラズマ内の荷電粒子の閉じ込めを改善し得る。
【0081】
図３ａ及び３ｂは、プラズマ閉じ込め装置内に備えられ得る、第１の磁石系１と、第２の磁石系２と、第３の磁石系とを示す（図５ａ及び５ｂを参照）。以下に具体的に言及しない限り、図３ａ、３ｂ、及び図４の磁石系は、図１ａ、１ｂ、１ｃ、及び２に併せて上述された、第１の磁石系及び第２の磁石系と同じ特徴及び特性を有する。第３の磁石系３は、軸Ａに対して、プラズマ閉じ込め領域２０６の半径方向外側に配置される。
【0082】
さらに、第３の磁石系３は、図示されるように、軸Ａに対して、第１の磁石系１及び第２の磁石系２の半径方向外側に位置し得る。
【0083】
第３の磁石系３は、少なくとも１つの円形ループコイル、例えば、図示されるような、第１の磁石系と対称平面Ｐの同じ側に配置された第１の円形ループコイル３１と、対称平面Ｐの反対側に配置された第２の円形コイルループ３２とを備え、この場合に、第２のコイル３２は第１のコイル３１に関してミラー対称で配置されている。特に、図３ｂを参照すると、第１のコイル３１及び第２のコイル３２の各々は、磁石系が動作している状態で、図３ｂの左側の断面平面（ばつ印でマーク）の中に入り、図３ｂの右側の断面平面（中心点付き円でマーク）から外に出る方向、すなわち、第１の磁石系の上方から見た時計回りに流れるように構成された電流を有する。
【0084】
得られた模擬磁場線が図４ａ及び４ｂに示されている。磁場構成は、図２のそれと同様である。特に、環状のプラズマ閉じ込め領域２０６が、図１ａ、１ｂ、１ｃ、及び２と併せて上述されたように、形成される。図４ｂは、図４ａの１つの象限を拡大して示している。磁石系の対称特性のせいで、すなわち、対称平面Ｐに対するミラー対称と、軸Ａのまわりの回転対称のせいで、そのような１つの象限の磁場特性は全体としての磁場構成を説明するのに十分である。
【0085】
図１１は、プラズマ閉じ込め装置において備えられ得る、さらに別の構成を示す。図１０の第１の磁石系１と第２の磁石系２に加えて、図３ａ及び３ｂにおけるように、第３の磁石系３が、プラズマ閉じ込め領域２０６の半径方向外側に配置されている。第３の磁石系３は円形ループコイル３１を備える。
【0086】
さらに図１１を参照すると、図９に併せて上記で考察されたように、磁場構成は、対称平面Ｐに近い比較的低い磁束密度の区域１６０２と、コイル１１、１２近くの比較的高い磁束密度の区域１６０４とを見せて、磁気反射の原理に基づいて、荷電粒子に対する閉じ込め領域２０６を作り出している。
【0087】
さらに、図１１をさらに参照すると、図１０におけるように、閉じ込め領域２０６の半径方向外側から、すなわち図９において右から見たときに、対称平面の近くの区域１６０２は、プラズマ閉じ込め領域２０６の外側から見たとき、凹状の磁場線を見せるのに対して、区域１６０４は、やはりプラズマ閉じ込め領域２０６の外側から見たときに、凸状の磁場線を見せる。しかしながら、凹状の磁場線の区域は、プラズマ閉じ込め領域の大部分に対応して、図１０の構成のそれよりも大きい。
【0088】
また、さらに図１１を参照すると、図１０におけるように、コイルの幾何学形状と、それを流れる電流とを適切に選択すると、コイル１１、１２の近くの比較的高い磁束密度の区域１６０４における、磁束密度をかなり増大させて、高いミラー比をもたらすことが可能になる。
【0089】
さらに、図１１（及び図４ａ及び４ｂ）から明らかなように、第３の磁石系のコイル３１を通過する電流の適切な選択を通して、プラズマ閉じ込め領域２０６における、半径方向に確実に増大する磁束密度を有する磁場構成が達成可能である。
【0090】
図１２は、プラズマ閉じ込め装置に備えられ得る、さらに別の構成を示す。図１１の構成に加えて、第１の磁石系１及び第２の磁石系２におけるそれぞれのコイルの各々が、それぞれの強磁性シールドに埋め込まれている。これにより磁場を集束させて、より高いミラー比が可能になる。
【0091】
図１３は、プラズマ閉じ込め装置に備えられ得る、さらに別の構成を示す。この例示的構成において、図１２の構成と比較して、コイル１１、１２、３１は、テーパ付き表面及び／又は凸状表面を有する。これによって、図１３から明らかなように、プラズマ閉じ込め領域２６０の半径方向外側の周囲１２０２が、反射ポイントまでとぎれず、凹状の磁場線を有するとともに、半径方向内側の周囲１２０４も同様であり、一方で磁束密度は半径方向に確実に増加している、磁場構成が達成可能である。
【0092】
図５ａ及び５ｂはそれぞれ、図１ａ、１ｂ、１ｃ、及び２と併せて上記で詳述されたような、それぞれが第１の磁石系１及び第２の磁石系２と、図３ａ、３ｂ、４ａ、及び４ｂと併せて上記で詳述されたような、任意に選択し得る第３の磁石系３とを備える、プラズマ閉じ込め装置５００を示す。そのようなプラズマ閉じ込め装置５００は、それぞれ、核融合炉において使用され得る。
【0093】
さらに、各プラズマ閉じ込め装置５００は、それ自体はプラズマ融合技術においてよく知られているような、プラズマ容器２０８を備える。プラズマ容器は、図示されているように、第１の磁石系１と第２の磁石系２の間に位置し得る。さらに、プラズマ容器２０８は、そのような系が存在する場合には、図示されているように、第３の磁石系３の半径方向内側に位置し得る。プラズマ容器２０８は、図示されているように、軸Ａのまわりに回転対称としてもよい。原子炉用容器２０８は、環状の、トロイド形プラズマ閉じ込め領域２０６が原子炉容器２０８の内側に位置するように、位置している。
【0094】
プラズマ閉じ込め装置５００の物理的寸法は、磁気コイル内のエンジニアリング電流密度、アルファ粒子の閉じ込めの度合い、所望のプラズマ体積、などの多くのパラメータに依存し得る。アルファ粒子の良好な閉じ込めと、１０Ａ／ｍｍ２の磁石系におけるエンジニアリング電流密度において、約１５ｍ３のプラズマ体積をもたらし得る、典型的な寸法は以下のとおりである：
第１の磁石系１と第２の磁石系２の外径：８～１６ｍ、通常は１２ｍ。
第１の磁石系１と第２の磁石系２の外径：８～１６ｍ、通常は１２ｍ。
【0095】
コイル１１、１２、２１、２２のそれぞれの高さ：１．５～３．５ｍ、通常は２．５ｍ。
【0096】
コイルを埋め込むコア２０４の厚さ：０．６～１．３ｍ、通常は１．０ｍ。
【0097】
第１の磁石系１の上縁と第２の磁石系２の下縁との距離：４．０～８．０ｍ、通常は６．０ｍ。
【0098】
第３の磁石系３の外径：１０．０～２２ｍ、通常は１６．０ｍ。
【0099】
コイル電流又はコイル電流を変動させることによって、磁場構成は、プラズマ閉じ込め領域２０６に閉じ込められたプラズマを制御するように変化させられ得る。
【0100】
図５ｂは、軸Ａにおいて装置５００の中心に位置し、したがってプラズマ閉じ込め領域２０６の半径方向内側に位置する、それ自体は知られている、任意に選択し得るマイクロ波プラズマ加熱装置２１０を有する、プラズマ閉じ込め装置５００を示す。
【0101】
さらに、プラズマ閉じ込め装置５００は、それ自体は知られている、容器２０８中につながり、プラズマ閉じ込め領域２０６の半径方向外側に位置している、任意選択のイオンビーム挿入配設２１２を有し得る。
【0102】
例えば、高エネルギーアルファ粒子を含む、イオンビームは、プラズマ閉じ込め領域２０６の半径方向外側の領域におけるイオンビーム挿入装置２１０を使用して挿入されてもよく、その後に、イオンビームからのイオンが、低い半径に向かって、プラズマ閉じ込め領域２０６の中に移動し、それによってプラズマを加熱し、プラズマは、次の段階において、加熱において自己維持性となる、すなわち点火プラズマとなり得る。
【0103】
代替的に（図示なし）、例えば高エネルギーアルファ粒子を含む、イオンビームは、そのようなイオンビーム挿入装置を使用して、プラズマ閉じ込め領域２０６の半径方向内側の領域に挿入されてもよく、その後にイオンビームからのイオンが、高い半径に向かって、プラズマ閉じ込め領域２０６中に移動し、それによってプラズマを加熱することを可能にしてもよい。
【0104】
このように、本開示によるプラズマ閉じ込め装置設計は、系の外半径と中心の両方における加熱装置に対するアクセシビリティを可能にする。
【0105】
さらに代替的に、プラズマは、マイクロ波加熱装置２１０によって加熱され得る。
【0106】
図６、７、及び８は、図１３に併せて上記で詳述された、第１の磁石系１と、第２の磁石系２と、第３の磁石系３とを備える、別のプラズマ閉じ込め装置５００の切り欠き斜視図である。プラズマ閉じ込め装置５００は、核融合炉において使用され得る。
【0107】
さらに、図７に示されるように、プラズマ閉じ込め装置５００は、それ自体はプラズマ融合技術においてよく知られている、プラズマ容器２０８を備えてもよい。図示されているように、プラズマ容器２０８は、第３の磁石系３のコイル３１、３２の半径方向内側、それぞれ、第１の磁石系１及び第２の磁石系２の外側コイル２２、１２の半径方向内側、及びそれぞれ、第１の磁石系１及び第２の磁石系２の内側コイル１１、２１の半径方向外側で、軸方向内側に位置し得る。
【0108】
さらに図７は強磁性埋め込み２０４を示す。
【0109】
最後に、図８はハウジング１５００内に収納されているプラズマ閉じ込め装置５００を示す。
【0110】
通常の寸法は次のとおりである。ハウジング１５００を含み、装置５００は、約２５ｍの直径、約３５ｍの高さを有し得る。第３の磁石系３のコイルの内径は、約１２ｍであり得る。それぞれ、第１の磁石系１及び第２の磁石系２の内側コイル１１、２１同士の間の最小距離は、約１１ｍであり得る。
【0111】
本開示によれば、粒子の系、すなわちその中に閉じ込められたプラズマにおける全体電流は、ゼロ、又はゼロ近くであり得る。このことは、トカマクなどのトロイダルベースの原子炉と比較して、動的なプラズマがずっと少なく生じ得る。そのような動的でないプラズマは、キンク不安定性などの、電流駆動プラズマ不安定性の問題が少なくなり得る。
【0112】
以下において、本発明概念によるプラズマ閉じ込め装置に対するシミュレーション結果が、図１４ａ、１４ｂ、１５、１６、及び１７を参照して、考察されて、融合プラズマイオンを閉じ込める、プラズマ閉じ込め装置５００の能力を検証する。融合プラズマを閉じ込めることは、プラズマ体積における磁場によって、重水素イオン、トリチウムイオン、アルファ粒子、及び電子を閉じ込めることを意味する。３．５ＭｅＶ（約１３，０００，０００ｍ／ｓ）運動エネルギーを有する、重水素－トリチウム融合の生成物の１種である、アルファ粒子は、これまでで閉じ込めるのが最も困難な粒子である。
【0113】
アルファ粒子が閉じ込められ得る場合には、プラズマの加熱に寄与し、その結果として、点火プラズマが、閉じ込められたアルファ粒子によって自己維持される。プラズマの燃焼は、外部エネルギーを必要とするが、それは融合プロセスによって生成される加熱エネルギーよりも少ない。そのような加熱は、融合生成物アルファ粒子によって提供される。すなわち、アルファ粒子を閉じ込めることは重要である。
【0114】
重水素とトリチウムとは、１２ｋｅＶ又はそれ未満で融合する。より低いエネルギーでより軽いイオンを閉じ込めることは、高エネルギーで重いイオンを閉じ込めるよりもずっと容易である。融合生成物アルファ粒子が閉じ込められ得る場合には、重水素イオン及びトリチウムイオン、ならびに電子も、同じ体積内に閉じ込められる、すなわち、アルファ粒子が閉じ込められれば、重水素イオンとトリチウムイオンも閉じ込められる。
【0115】
有限要素法（ＦＥＭ）シミュレーションによって計算された磁場内で、荷電粒子の軌道のシミュレーションが実施されて、荷電粒子閉じ込めの能力の検証が行われた。
【0116】
この系は回転対称であるので、２次元（２Ｄ）シミュレーションに記述され得る。さらに、第１の磁石系と第２の磁石系の２つの間にミラー対称性があるので、第１の象限（図４ｂ、９～１３参照）により、系の全体積を完全に定義することができる。
【0117】
粒子軌道は、粒子上のローレンツ力とニュートンの第２法則とを考慮に入れて、反復的に計算された。
【0118】
【0119】
図１４ａは、１００ｋｅＶの運動エネルギーでの重陽子の模擬された経路を示し、これに対して図１４ｂは、運動エネルギー３．５ＭｅＶでのアルファ粒子の、すなわち、重水素イオンとトリチウムイオンの間の融合からの生成物として通常の模擬された経路を示す。両方の粒子は、プラズマ閉じ込め領域内に閉じ込められて、それぞれの端点において磁気的に反射される。１次の近似として、所与の初期速度ベクトルに対して、荷電粒子のジャイロセンタ（gyrocenter）は、所与の磁場線に追従し、粒子運動エネルギー又は電荷にかかわりなく、同一の端点において反射される。しかしながら、粒子は異なるジャイロスピン半径（ラーモア半径（Larmor radius））を有するので、ドリフトも異なることになる。
【0120】
図１５、１６、及び１７は、それぞれ、０．５、１．５、２．５のｖｚ／ｖＲ（軸方向速度と半径方向速度の）比に対する、それぞれ、初期半径方向位置が１．５ｍ、３．０ｍ、及び４．５ｍでの、模擬荷電粒子軌道を示し、これらの構成のそれぞれに対する荷電粒子の閉じ込めを示す。
【0121】
本発明概念が、例示的実施形態を参照して、主として説明された。しかしながら、当業者によって容易に気づかれるように、上記で開示されたもの以外の実施形態が、添付の特許請求の範囲によって定義されるような、本発明概念の範囲内において、等しく可能である。
以下に、出願当初の特許請求の範囲に記載の事項を、そのまま、付記しておく。
［１］ 第１の複数の同心円状に配置された円形ループコイル（１１、１２）を備える第１の磁石系（１）と、第２の複数の同心円状に配置された円形ループコイル（２１、２２）を備える第２の磁石系（２）とを備えるプラズマ閉じ込め装置（５００）であって、
前記第１の磁石系（１）は、第１の方向に電流を通すように配置された第１のコイル（１１）と前記第１の方向と反対の第２の方向に電流を通すように配置された第２のコイル（１２）とを備え、
第２の磁石系（２）は、前記第１の磁石系（１）と前記第２の磁石系（２）の間に位置する対称平面（Ｐ）に関して、前記第１の磁石系（１）に対してミラー対称に配置され、
前記対称平面（Ｐ）において前記対称平面（Ｐ）に垂直な磁場を有する前記対称平面（Ｐ）で環状のプラズマ閉じ込め領域（２０６）を作り出す、プラズマ閉じ込め装置（５００）。
［２］ 前記第１の複数の同心円状に配置された円形ループコイル（１１、１２）は、前記第２の複数の同心円状に配置された円形ループコイル（２１、２２）と同一に設計されている、［１］に記載のプラズマ閉じ込め装置（５００）。
［３］ 前記プラズマ閉じ込め領域（２０６）の半径方向外側に配置された第３の磁石系（３）をさらに備え、前記第３の磁石系（３）は少なくとも１つの円形ループコイル（３１、３２）を備える、［１］又は［２］に記載のプラズマ閉じ込め装置（５００）。
［４］ 前記第３の磁石系（３）は、前記対称平面（Ｐ）の前記第１の磁石系（１）と同じ側に配置された第１のコイル（３１）と、前記対称平面（Ｐ）の反対側に配置された第２のコイル（３２）とを備え、前記第２のコイル（３２）は、前記第１のコイル（３１）に対してミラー対称に配置されている、［３］に記載のプラズマ閉じ込め装置（５００）。
［５］ 前記第１の磁石系における前記第１の複数の同心円状に配置された円形ループコイルと、前記第２の磁石系における前記第２の複数の同心円状に配置された円形ループコイルとは、それぞれがそれぞれの強磁性構造の中に埋め込まれている、［１］から［４］のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込め装置（５００）。
［６］ 前記強磁性構造は、前記対称平面に向かう方向において、それぞれの前記複数の同心円状に配置された円形ループコイルの少なくとも１つのコイルを覆わない、［５］に記載のプラズマ閉じ込め装置（５００）。
［７］ 前記強磁性構造が強磁性鋼を備える、［５］又は［６］に記載のプラズマ閉じ込め装置（５００）。
［８］ プラズマを閉じ込めるための、［１］から［７］のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込め装置（５００）の使用。
［９］ 核融合炉における、［１］から［７］のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込め装置（５００）の使用。
［１０］ 第１の複数の同心円状に配置された円形ループコイル（１１、１２）を備える第１の磁石系（１）と、
第２の複数の同心円状に配置された円形ループコイル（２１、２２）を備える第２の磁石系（２）と、において、
前記第１の磁石系（１）は、第１の方向に電流を通す第１のコイル（１１）と前記第１の方向と反対の第２の方向に電流を通す第２のコイル（１２）とを備え、
前記第２の磁石系（２）は、前記第１の磁石系（１）と前記第２の磁石系（２）の間に位置する対称平面（Ｐ）に関して、前記第１の磁石系（１）に対してミラー対称の電流を通し、
前記対称平面（Ｐ）に垂直の磁場を有する前記対称平面（Ｐ）で環状のプラズマ閉じ込め領域を作り出すことを備える、プラズマ閉じ込め方法。
［１１］ 前記プラズマ閉じ込め領域（２０６）の半径方向外側に配置された第３の磁石系（３）において、電流調節によって閉じ込められたプラズマを制御すること
をさらに備える、［１０］に記載のプラズマ閉じ込め方法。
［１２］ 前記制御することは、前記プラズマ閉じ込め領域の半径を変更することを含む、［１１］に記載のプラズマ閉じ込め方法。
［１３］ 前記プラズマ閉じ込め領域（２０６）の半径方向外側、又は前記プラズマ閉じ込め領域（２０６）の半径方向内側の領域内にイオンビームを挿入することによってプラズマを加熱すること、及び
前記イオンビームからのイオンが、前記プラズマ閉じ込め領域（２０６）中に移動することを可能にすること
をさらに備える、［１０］から［１２］のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込め方法。
以下に、出願当初の特許請求の範囲に記載の事項を、そのまま、付記しておく。
［１］ 第１の複数の同心円状に配置された円形ループコイル（１１、１２）を備える第１の磁石系（１）と、第２の複数の同心円状に配置された円形ループコイル（２１、２２）を備える第２の磁石系（２）とを備えるプラズマ閉じ込め装置（５００）であって、
前記第１の磁石系（１）は、第１の方向に電流を通すように配置された第１のコイル（１１）と前記第１の方向と反対の第２の方向に電流を通すように配置された第２のコイル（１２）とを備え、
第２の磁石系（２）は、前記第１の磁石系（１）と前記第２の磁石系（２）の間に位置する対称平面（Ｐ）に関して、前記第１の磁石系（１）に対してミラー対称に配置され、
前記対称平面（Ｐ）において前記対称平面（Ｐ）に垂直な磁場を有する前記対称平面（Ｐ）で環状のプラズマ閉じ込め領域（２０６）を作り出す、プラズマ閉じ込め装置（５００）。
［２］ 前記第１の複数の同心円状に配置された円形ループコイル（１１、１２）は、前記第２の複数の同心円状に配置された円形ループコイル（２１、２２）と同一に設計されている、［１］に記載のプラズマ閉じ込め装置（５００）。
［３］ 前記プラズマ閉じ込め領域（２０６）の半径方向外側に配置された第３の磁石系（３）をさらに備え、前記第３の磁石系（３）は少なくとも１つの円形ループコイル（３１、３２）を備える、［１］又は［２］に記載のプラズマ閉じ込め装置（５００）。
［４］ 前記第３の磁石系（３）は、前記対称平面（Ｐ）の前記第１の磁石系（１）と同じ側に配置された第１のコイル（３１）と、前記対称平面（Ｐ）の反対側に配置された第２のコイル（３２）とを備え、前記第２のコイル（３２）は、前記第１のコイル（３１）に対してミラー対称に配置されている、［３］に記載のプラズマ閉じ込め装置（５００）。
［５］ 前記第１の磁石系における前記第１の複数の同心円状に配置された円形ループコイルと、前記第２の磁石系における前記第２の複数の同心円状に配置された円形ループコイルとは、それぞれがそれぞれの強磁性構造の中に埋め込まれている、［１］から［４］のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込め装置（５００）。
［６］ 前記強磁性構造は、前記対称平面に向かう方向において、それぞれの前記複数の同心円状に配置された円形ループコイルの少なくとも１つのコイルを覆わない、［５］に記載のプラズマ閉じ込め装置（５００）。
［７］ 前記強磁性構造が強磁性鋼を備える、［５］又は［６］に記載のプラズマ閉じ込め装置（５００）。
［８］ プラズマを閉じ込めるための、［１］から［７］のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込め装置（５００）の使用。
［９］ 核融合炉における、［１］から［７］のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込め装置（５００）の使用。
［１０］ 第１の複数の同心円状に配置された円形ループコイル（１１、１２）を備える第１の磁石系（１）と、
第２の複数の同心円状に配置された円形ループコイル（２１、２２）を備える第２の磁石系（２）と、において、
前記第１の磁石系（１）は、第１の方向に電流を通す第１のコイル（１１）と前記第１の方向と反対の第２の方向に電流を通す第２のコイル（１２）とを備え、
前記第２の磁石系（２）は、前記第１の磁石系（１）と前記第２の磁石系（２）の間に位置する対称平面（Ｐ）に関して、前記第１の磁石系（１）に対してミラー対称の電流を通し、
前記対称平面（Ｐ）に垂直の磁場を有する前記対称平面（Ｐ）で環状のプラズマ閉じ込め領域を作り出すことを備える、プラズマ閉じ込め方法。
［１１］ 前記プラズマ閉じ込め領域（２０６）の半径方向外側に配置された第３の磁石系（３）において、電流調節によって閉じ込められたプラズマを制御すること
をさらに備える、［１０］に記載のプラズマ閉じ込め方法。
［１２］ 前記制御することは、前記プラズマ閉じ込め領域の半径を変更することを含む、［１１］に記載のプラズマ閉じ込め方法。
［１３］ 前記プラズマ閉じ込め領域（２０６）の半径方向外側、又は前記プラズマ閉じ込め領域（２０６）の半径方向内側の領域内にイオンビームを挿入することによってプラズマを加熱すること、及び
前記イオンビームからのイオンが、前記プラズマ閉じ込め領域（２０６）中に移動することを可能にすること
をさらに備える、［１０］から［１２］のいずれか一項に記載のプラズマ閉じ込め方法。
【図1a】
【図1b】
【図1c】
【図2】
【図3a】
【図3b】
【図4a】
【図4b】
【図5a】
【図5b】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14a】
【図14b】
【図15】
【図16】
【図17】
