本文所描述的實施例一般涉及脈沖等離子體系統(tǒng)，并且更具體而言，涉及以優(yōu)異的穩(wěn)定性、以及顯著降低的損耗和增加的效率促進合并和壓縮緊湊環(huán)的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

場反轉(zhuǎn)配置（frc）屬于稱為緊湊環(huán)的磁性等離子體約束拓撲的類別。它主要表現(xiàn)為極向磁場，并且具有零或小的自生環(huán)場（參見m.tuszewski，nucl.fusion28,2033（1988））。這種配置的吸引力在于：易于構(gòu)造和維護的其簡單幾何形狀、用于促進能量提取和灰分去除的天然無限制偏濾器、以及非常高的平均（或外部）β（β是frc內(nèi)的平均等離子體壓力與平均磁場壓力之比），即高功率密度。β度量也是非常好的磁效率測量。例如接近1的高平均β值代表了所布置的磁能的有效使用，并且從而對于最經(jīng)濟的操作而言必要的。高平均β也很大程度上使得能夠使用諸如d-he³和p-b¹¹之類的無中子核燃料。

形成frc的傳統(tǒng)方法使用場反轉(zhuǎn)θ夾點技術(shù)，產(chǎn)生熱的高密度等離子體（參見a.l.hoffman和j.t.slough，nucl.fusion33,27（1993））。在這之上的變型是平移捕獲方法，在其中，在θ夾點“源”中產(chǎn)生的等離子體或多或少立即從形成區(qū)域中噴出并進入約束腔室。然后在約束腔室的末端處的兩個強反射鏡之間捕獲平移的等離子體團（例如參見h.himura，s.okada，s.sugimoto和s.goto，phys.plasmas2,191（1995））。一旦處于約束腔室中，就可以應(yīng)用各種加熱和電流驅(qū)動方法，比如光束注入（中性或中和的）、旋轉(zhuǎn)磁場、rf或歐姆加熱等。源和約束功能的這種分離對于潛在的未來聚變反應(yīng)器提供了關(guān)鍵的工程優(yōu)點。frc已被證明是非常強健的，對于動態(tài)形成、平移和暴力捕獲事件具有彈性。此外，它們顯示出呈現(xiàn)優(yōu)選的等離子體狀態(tài)的趨勢（例如參見h.y.guo，a.l.hoffman，k.e.miller，和l.c.steinhauer，phys.rev.lett.92,245001（2004））。在過去十年中，發(fā)展其他frc形成方法已經(jīng)取得了重大進展：將球形馬克與反向螺旋合并（參見y.ono，m.inomoto，y.ueda，t.matsuyama和t.okazaki，nucl.fusion39，2001（1999）），以及通過用旋轉(zhuǎn)磁場（rmf）驅(qū)動電流（例如參見i.r.jones，phys.plasmas6,1950（1999）），這也提供了額外的穩(wěn)定性。

frc由分界線內(nèi)的閉合場線的環(huán)和僅分界線外的開放場線上的環(huán)狀邊緣層組成。邊緣層聚合成超過frc長度的射流，提供自然偏濾器。frc拓撲與場反轉(zhuǎn)鏡等離子體的拓撲一致。然而，顯著的差異在于frc等離子體可以具有約10的內(nèi)部β。固有的低內(nèi)部磁場提供某些本地動力學粒子群，即具有大拉莫爾半徑的粒子——與frc小半徑相當。這些強動力學效應(yīng)似乎至少部分地有助于過去和現(xiàn)在的frc的總體穩(wěn)定性，比如在最近的碰撞合并實驗中所產(chǎn)生的那些。

很久以前提出的碰撞合并技術(shù)（例如參見d.r.wells，phys.fluids9，1010(1966)）已經(jīng)顯著地進一步發(fā)展：在約束腔室的相對端處的兩個單獨的θ夾點同時生成兩個等離子體團（例如，兩個緊湊環(huán)）并且以高速度將等離子體團朝向彼此加速；然后它們在約束腔室的中心處碰撞并合并以形成復合frc。在迄今為止最大的frc實驗之一的構(gòu)建和成功運行中，顯示出常規(guī)的碰撞合并方法以產(chǎn)生穩(wěn)定、長壽命、高通量、高溫的frc（例如參見m.binderbauer，h.y.guo，m.tuszewski等人，phys.rev.lett.105，045003（2010），其通過引用并入本文）。在相關(guān)實驗中，同一研究小組將碰撞合并技術(shù)與同時軸向加速和徑向壓縮相結(jié)合，以在中心壓縮腔室中產(chǎn)生高密度瞬態(tài)等離子體（參見v.bystritskii，m.anderson，m.binderbauer等人，paperp1-1，ieeeppps2013，sanfrancisco，ca.（以下稱為“bystritskii”），其通過引用并入本文）。bystritskii中報道的這后一個實驗在最終碰撞合并之前利用了大量加速和壓縮階段，并且代表了服從此專利申請的系統(tǒng)的前體概念。

與這里描述的實施例對照而言，bystritskii中描述的前體系統(tǒng)特色在于通過使用有源快速磁線圈來在同一階段內(nèi)同時壓縮和加速緊湊環(huán)。在磁壓縮合并的緊湊環(huán)之前，將五個這樣的階段布置在中心壓縮腔室的兩側(cè)上。雖然前體實驗取得了可觀的性能，但它展現(xiàn)出以下缺陷：（1）由于定時不匹配，同時壓縮和加速導致為磁壓縮所布置的驅(qū)動能量的低效使用；（2）由于等離子體在各部分之間進行過渡期間膨脹，所以溫度和密度減?。唬?）相鄰部分之間的突變過渡導致由于沖擊波的產(chǎn)生和等離子體壁接觸而造成的巨大損耗。

除了穩(wěn)定性的基本挑戰(zhàn)之外，中等密度狀況中的脈沖聚變概念將必須解決足夠的傳輸時間尺度、有效的驅(qū)動、重頻能力和適當?shù)淖罱K目標條件。雖然前體系統(tǒng)已經(jīng)在鼓勵的目標條件下成功地實現(xiàn)了穩(wěn)定的單次放電，但在形成和最終目標參數(shù)（目前約為能量、通量和粒子的90％）之間的集體損耗以及在驅(qū)動器和等離子體之間的耦合效率（目前約為10-15％）需要顯著改善。

鑒于前述情況，因此期望提供用于脈沖聚變概念的改良系統(tǒng)和方法，其促進顯著降低平移和壓縮損耗并且提高驅(qū)動器效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本文提供的本實施例涉及以優(yōu)異的穩(wěn)定性以及顯著降低的平移和壓縮損耗、以及在驅(qū)動器和等離子體之間增加的耦合效率促進合并和壓縮緊湊環(huán)的系統(tǒng)和方法。這種系統(tǒng)和方法為包括緊湊中子源（用于醫(yī)學同位素生產(chǎn)、核廢料修復、材料研究、中子射線照相和斷層成像）、緊湊光子源（用于化學生產(chǎn)和加工）、質(zhì)量分離和濃縮系統(tǒng)、和用于未來發(fā)電的聚變和用于聚變推進系統(tǒng)的反應(yīng)器核的各種應(yīng)用提供了通路。

本文所描述的系統(tǒng)和方法基于連續(xù)的軸向?qū)ΨQ的加速和絕熱壓縮階段的應(yīng)用，以朝向彼此加速和加熱兩個緊湊環(huán)并最終在中心壓縮腔室內(nèi)碰撞并快速磁壓縮緊湊環(huán)。

在某些實施例中，用于合并和壓縮緊湊環(huán)的系統(tǒng)包括分階段的對稱序列：緊湊環(huán)形成，通過快速有源磁線圈的軸向加速，借助于錐形收縮通量保持器的無源絕熱壓縮，以及在中心壓縮腔室中的緊湊環(huán)的最后合并和最終快速磁壓縮。足夠的軸向加速、隨后絕熱壓縮的中間步驟可以重復多次以在合并和最終壓縮之前達到足夠的目標條件。以這種方式，可以通過向系統(tǒng)添加另外的部分來實現(xiàn)反應(yīng)器。

優(yōu)選地，形成和加速階段或部分以及中心壓縮腔室優(yōu)選地是圓柱形形狀的，其中壁由諸如例如陶瓷的非導電或絕緣材料形成。壓縮階段或部分優(yōu)選地是截頭圓錐形形狀的，其中壁由諸如例如金屬的導電材料形成。

除了由慢速線圈供應(yīng)的磁偏置場（dc引導場）之外，形成部分、加速部分和壓縮腔室包括驅(qū)動快速有源磁線圈的模塊化脈沖功率系統(tǒng)。脈沖功率系統(tǒng)使得能夠在形成部分內(nèi)原位形成緊湊環(huán)，并將其加速并注入（=靜態(tài)形成）到第一壓縮部分中，在加速部分中對其加速并注入到下一個壓縮部分中，以此類推，并且然后在壓縮腔室內(nèi)對其進行磁壓縮。遍及系統(tǒng)的軸線并且沿著系統(tǒng)的軸線定位的慢速或dc磁線圈系統(tǒng)提供軸向磁引導場，以便當緊湊環(huán)朝向中心壓縮腔室的中間平面平移通過該部分時適當?shù)厥咕o湊環(huán)居中。

可替代地，形成部分的模塊化脈沖功率系統(tǒng)也可以以這樣的方式驅(qū)動快速有源磁線圈，使得同時形成并加速緊湊環(huán)（=動態(tài)形成）。

本文所描述的系統(tǒng)和方法在磁約束中已知的最高β等離子體中部署frc，以提供起始配置。進一步的無源和有源壓縮建立在這種高效磁拓撲上。經(jīng)由有源快速磁體部分使用軸向加速、然后在簡單的磁通保持圓錐部分中進行絕熱壓縮的過程，提供了具有最小復雜度的脈沖功率電路的最有效能量傳送。此外，可以對這些基本構(gòu)建塊進行排序以獲得固有的有利壓縮比例的額外優(yōu)點，即δp∝r⁴。

在另一個實施例中，該系統(tǒng)被配置成部署球形馬克而不是frc起始器等離子體。

在另一個實施例中，該系統(tǒng)包括來自中心壓縮腔室的單側(cè)的分階段的不對稱序列，包括：緊湊環(huán)形成、通過快速有源磁線圈的軸向加速、借助于錐形收縮通量保持器的無源絕熱壓縮、以及在中心壓縮腔室中緊湊環(huán)的最后合并和最終快速磁壓縮。這種非對稱系統(tǒng)將包括反射鏡或反彈錐體，其定位鄰近中心壓縮的另一側(cè)。

在又另一個實施例中，該系統(tǒng)包括由諸如例如金屬的導電材料構(gòu)成的薄的圓柱形殼體或襯里，以用于在中心壓縮腔室內(nèi)的快速襯里壓縮。

在審查了以下附圖和詳細描述后，示例實施例的其它系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點將是顯而易見并且對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將會變得顯而易見。

附圖說明

作為本說明書的一部分而包括的附圖圖示出了當前優(yōu)選的實施例，并且連同上面給出的一般性描述和下面給出的優(yōu)選實施例的詳細描述一起用于解釋和教導本發(fā)明的原理。

圖1圖示出了用于形成、加速、絕熱壓縮、合并和最終磁壓縮緊湊環(huán)的系統(tǒng)的基本布局。

圖2圖示出了用于形成和加速部分的脈沖功率系統(tǒng)的部件的示意圖。

圖3圖示出了個體脈沖功率形成和加速滑軌的等距視圖。

圖4圖示出了形成和加速管組件的等距視圖。

圖5圖示出了用于形成、加速、絕熱壓縮、合并和最終磁壓縮緊湊環(huán)的非對稱系統(tǒng)的替代實施例的基本布局。

圖6圖示出了圖1中所示的系統(tǒng)的詳細視圖，其被修改為包括定位于中心壓縮腔室內(nèi)的殼體或襯里以用于在中心壓縮腔室內(nèi)的快速襯里壓縮。

應(yīng)當注意，附圖不一定按比例繪制，并且為了說明性的目的，相似結(jié)構(gòu)或功能的元件通常由類似的參考標記來表示。還應(yīng)當注意，附圖僅旨在促進描述本文所述的各種實施例。附圖并不一定描述本文公開的教導的每個方面，并且不限制權(quán)利要求的范圍。

具體實施方式

本文提供的本實施例涉及以優(yōu)異的穩(wěn)定性以及顯著降低的平移和壓縮損耗、以及在驅(qū)動器和等離子體之間增加的耦合效率促進合并和壓縮緊湊環(huán)的系統(tǒng)和方法。這種系統(tǒng)和方法為包括緊湊中子源（用于醫(yī)學同位素生產(chǎn)、核廢料修復、材料研究、中子射線照相和斷層成像）、緊湊光子源（用于化學生產(chǎn)和加工）、質(zhì)量分離和濃縮系統(tǒng)、和用于未來發(fā)電的聚變和用于聚變推進系統(tǒng)的反應(yīng)器核的各種應(yīng)用提供了通路。

本文所描述的系統(tǒng)和方法基于連續(xù)的軸向?qū)ΨQ的加速和絕熱壓縮階段的應(yīng)用，以加熱兩個緊湊環(huán)和朝向彼此加速并最終在中心壓縮腔室內(nèi)碰撞并快速磁壓縮緊湊環(huán)。圖1圖示出了用于形成、加速、絕熱壓縮、合并和最終磁壓縮緊湊環(huán)的系統(tǒng)10的基本布局。

如所描繪的，該系統(tǒng)包括分階段的對稱序列：在形成部分12n和12s中緊湊環(huán)形成、通過快速有源磁線圈32n，32s，36n和36s穿過部分12n，12s，16n和16s的軸向加速、借助于部分14n，14s，18n和18s中的錐形收縮通量保持器的無源絕熱壓縮、并且通過快速有源磁線圈40在中心壓縮腔室20中最后合并緊湊環(huán)并最終快速磁壓縮。如所圖示，足夠的軸向加速、然后絕熱壓縮的中間步驟可以重復多次以在合并和最終壓縮之前達到足夠的目標條件。以這種方式，可以通過向所描繪的系統(tǒng)添加另外的部分來實現(xiàn)反應(yīng)器。

如所描繪的，形成和加速階段或部分12n，12s，16n和16s以及中心壓縮腔室20優(yōu)選地是圓柱形形狀的，其中壁由諸如例如陶瓷的非導電或絕緣材料形成。壓縮階段或部分14n，14s，18n和18s優(yōu)選地是截頭圓錐形形狀的，其中壁具有由諸如例如金屬的導電材料形成。

除了由慢速無源線圈30供應(yīng)的磁偏置場（dc引導場）之外，形成部分12n和12s、加速部分16n和16s以及壓縮腔室20包括驅(qū)動快速有源磁線圈32n，32s，36n，36s和40的模塊化脈沖功率系統(tǒng)。脈沖功率系統(tǒng)使得能夠在形成部分12n和12s內(nèi)原位形成緊湊環(huán)，并且將其加速并注入（=靜態(tài)形成）到第一壓縮部分14n和14s中，在加速部分16n和16s中對其加速并注入到下一個壓縮部分18n和18s中，以此類推，以及然后在壓縮腔室20中對其進行磁壓縮。遍及系統(tǒng)的軸線并且沿著系統(tǒng)的軸線定位的慢速無源磁線圈系統(tǒng)30提供軸向磁引導場，以適當?shù)厥咕o湊環(huán)居中。

可替代地，形成部分的模塊化脈沖功率系統(tǒng)也可以以這樣的方式驅(qū)動快速磁線圈，使得同時形成并加速緊湊環(huán)（=動態(tài)形成）。

本文所描述的系統(tǒng)和方法在磁約束中已知的最高β等離子體中部署frc，以提供起始配置。進一步的無源和有源壓縮建立在這種高效磁拓撲上。經(jīng)由有源快速磁體部分使用軸向加速、然后在簡單的磁通保持圓錐部分中進行絕熱壓縮的過程，提供了具有最小復雜度的脈沖功率電路的最有效能量傳送。此外，可以對這些基本構(gòu)建塊進行排序以獲得固有的有利壓縮比例的額外優(yōu)點，即δp∝r⁴。

基于迄今為止的實驗和理論研究，使用frc起始器等離子體的由bystritskii所描述的前體實驗在1kev下達到約10¹⁷cm^-3的密度。估計本文提出的實施例在1kev下達到約10¹⁸cm^-3的密度，同時向中心腔室和快速磁線圈添加另外的階段以及適當?shù)纳壙稍谕耆珓谏瓧l件下產(chǎn)出約10¹⁸cm^-3的最終密度。

在另一個實施例中，該系統(tǒng)被配置成部署球形馬克而不是frc起始器等離子體。

在另一個實施例中，該系統(tǒng)包括來自中心壓縮腔室的單側(cè)的分階段的不對稱序列，包括：緊湊環(huán)形成、通過快速有源磁線圈的軸向加速、借助于錐形收縮通量保持器的無源絕熱壓縮、以及在中心壓縮腔室中緊湊環(huán)的最后合并和最終快速磁壓縮。這種非對稱系統(tǒng)將包括反射鏡或反彈錐體。

在又另一個實施例中，該系統(tǒng)包括由諸如例如金屬的導電材料構(gòu)成的薄圓柱形殼體或襯里，以用于在中心壓縮腔室內(nèi)的快速襯里壓縮。

當今的聚變概念專注于穩(wěn)態(tài)或超短脈沖狀況。這兩種方法都需要大量的資金投入：在穩(wěn)態(tài)磁聚變中，大型超導磁體和輔助加熱/電流驅(qū)動技術(shù)產(chǎn)生高昂的費用；由于在納秒時間尺度上大量的能量遞送，慣性狀況由高驅(qū)動器成本所主導。本文提出的實施例的特征在于緊湊的尺寸和亞毫秒時間尺度。這導致了具有寬松的峰值功率要求和有吸引力的中間時間尺度的狀況。

詳細參考附圖，如圖1中所描繪的，用于合并和壓縮緊湊環(huán)等離子體的系統(tǒng)10包括中心壓縮腔室20和一對北部和南部徑向相對的緊湊環(huán)形成部分12n和12s。第一和第二形成部分12n和12s包括用于生成第一和第二緊湊等離子體環(huán)并且朝向壓縮腔室20的中間平面軸向加速和平移緊湊環(huán)的模塊化形成和加速系統(tǒng)120（在下面關(guān)于參見圖2-圖4進行詳細討論）。

如所描繪的，系統(tǒng)10還包括第一對北部和南部徑向相對的壓縮部分14n和14s，其在第一端上耦合到北部和南部形成部分12n和12s的出口端。北部和南部壓縮部分14n和14s被配置成當緊湊環(huán)朝向壓縮腔室20的中間平面穿越北部和南部壓縮部分14n和14s時絕熱壓縮該緊湊環(huán)。

如所描繪的，系統(tǒng)10還包括一對北部和南部徑向相對的加速部分16n和16s，其在第一端上耦合到第一對北部和南部壓縮部分14n和14s的第二端。北部和南部加速部分16n和16s包括模塊化的加速系統(tǒng)（下面關(guān)于圖2-圖4進行討論），用于將緊湊環(huán)朝向壓縮腔室20的中間平面進行軸向加速和平移。

如進一步描繪的，系統(tǒng)10還包括第二對北部和南部徑向相對的壓縮部分18n和18s，其在第一端上耦合到北部和南部加速部分16n和16s的第二端，并且在第二端上耦合到壓縮腔室的徑向相對的第一和第二端，第二對北部和南部壓縮部分18n和18s被配置成當緊湊環(huán)朝向壓縮腔室20的中間平面穿越第二對北部和南部壓縮部分18n和18s時絕熱壓縮該緊湊環(huán)。

壓縮腔室包括模塊化壓縮系統(tǒng)，其被配置成在緊湊環(huán)的碰撞和合并時對其進行磁壓縮。

如所描繪的，北部和南部形成部分12n和12s，北部和南部加速部分16n和16s以及壓縮腔室20是圓柱形形狀的。北部和南部加速部分16n和16s的直徑小于北部和南部形成部分12n和12s的直徑，而壓縮腔室20的直徑與北部和南部加速部分16n，16s的直徑相比。

第一對和第二對北部和南部壓縮部分14n，14s，18n和18s是截頭圓錐形形狀的，其直徑在第一端上比在第二端上更大，使得能夠在系統(tǒng)10的總直徑上從形成部分12n和12s到加速部分16n和16s再到壓縮腔室20的過渡。如所描繪的，北部和南部形成部分12n和12s、第一對北部和南部壓縮部分14n和14s、北部和南部加速部分16n和16s、第二對北部和南部壓縮部分18n和18s是軸向?qū)ΨQ的。

如所描繪的，圍繞并軸向地沿著北部和南部形成部分12n和12s布置第一組和第二組多個有源磁線圈32n和32，圍繞并軸向地沿著北部和南部加速部分16n和16s布置第三組和第四組多個有源磁線圈36n和36s，并且圍繞并軸向地沿著壓縮腔室20布置第五組多個有源磁線圈40。

壓縮部分14n，14s，18n和18s優(yōu)選地由諸如例如金屬的導電材料來形成，而中心壓縮腔室20和形成加速部分12n，12s，16n和16s優(yōu)選地由諸如例如陶瓷的非導電或絕緣材料來形成。

如所描繪的，圍繞并軸向地沿著中心壓縮腔室20以及形成、壓縮和加速部分12n，12s，14n，14s，16n，16s，18n和18s布置多個dc磁線圈30，以形成在中心壓縮腔室以及形成、壓縮和加速部分內(nèi)的并且軸向地延伸通過中心壓縮腔室以及形成、壓縮和加速部分的偏置或dc引導場。

如圖2-圖4中所示的觸發(fā)控制和開關(guān)系統(tǒng)120被配置成實現(xiàn)分階段的對稱序列：在北部和南部形成部分12n和12s中通過有源磁線圈32n和32s的緊湊環(huán)形成、在北部和南部加速部分16n和16s中通過有源磁線圈36n和36s的軸向加速、以及在壓縮腔室20中通過有源磁線圈40的壓縮。觸發(fā)控制和開關(guān)系統(tǒng)120被配置成同步在北部和南部形成部分12n和12s中的緊湊環(huán)形成和加速、在北部和南部加速部分16n和16s中的緊湊環(huán)加速、以及在壓縮腔室20中的緊湊環(huán)合并和壓縮。

轉(zhuǎn)向圖2-圖4，存在與形成部分12n和12s、加速部分16n和16s以及壓縮腔室20中的第一組、第二組、第三組、第四組和第五組多個有源磁體32n，32s，36n，36s和40中的個體磁體相對應(yīng)并對其進行供電的個體脈沖功率系統(tǒng)120。在形成部分中，脈沖功率系統(tǒng)120以修改的θ夾點原理進行操作以形成緊湊環(huán)。圖2至圖4圖示出了脈沖功率系統(tǒng)120的主要構(gòu)建塊和布置。脈沖功率系統(tǒng)120由模塊化脈沖功率布置組成，該模塊化脈沖功率布置由個體單元（=滑軌）122組成，每個單元激勵圍繞部分管140纏繞的帶組件130（=帶）的線圈132的子組。每個滑軌122由電容器121、電感器123、快速高電流開關(guān)125和相關(guān)聯(lián)的觸發(fā)器124和轉(zhuǎn)儲電路126組成。經(jīng)由最先進的觸發(fā)和控制系統(tǒng)124和126來實現(xiàn)這些部件的協(xié)調(diào)操作，其允許在形成部分12n和12s、加速部分16n和16s、以及壓縮腔室20的每一個上的脈沖功率系統(tǒng)120之間的同步定時，并且將開關(guān)抖動最小化到幾十納秒。這種模塊化設(shè)計的優(yōu)點是其靈活的操作。在形成部分12n和12s中，可以原位形成frc，并且然后將其加速并注入（=靜態(tài)形成）或者同時形成和加速（=動態(tài)形成）。

在操作中，由無源線圈30在壓縮腔室20、形成部分12n和12s、加速部分16n和16s以及壓縮部分14n，14s，18n和18s內(nèi)并且軸向地延伸通過壓縮腔室20、形成部分12n和12s、加速部分16n和16s以及壓縮部分14n，14s，18n和18s生成dc引導場。然后在分階段的對稱序列中在形成部分12n和12s以及加速部分16n和16s內(nèi)形成緊湊環(huán)并朝向中心腔室20的中間平面對其進行加速，在壓縮部分14n，14s，18n和18s內(nèi)進行無源絕熱壓縮，并且在中心腔室20內(nèi)進行合并和磁壓縮。形成、加速和壓縮緊湊環(huán)的這些步驟導致緊湊環(huán)在中心腔室20內(nèi)碰撞和合并。

通過為圍繞并且軸向地沿著形成部分12n和12s延伸的有源磁線圈32n和32s供電來形成緊湊環(huán)并對其進行加速、通過為圍繞并且軸向地沿著加速部分16n延伸的有源磁線圈35n和36s供電而進行進一步加速、通過為圍繞并軸向地沿著壓縮腔室20延伸的有源磁線圈40供電而進行壓縮。形成、加速和壓縮緊湊環(huán)的步驟還包括同步地點火圍繞并沿著形成部分12n和12s和加速部分16n和16s而定位的徑向相對的有源磁線圈對32n和32s以及36n和36s、以及圍繞并沿著壓縮腔室20而定位的一組有源磁線圈40。

隨著緊湊環(huán)朝向壓縮腔室20的中間平面加速，當緊湊環(huán)平移通過壓縮階段14n，14s，18n和18s的錐形收縮通量保持器時，緊湊環(huán)被壓縮。

轉(zhuǎn)向圖5，圖示出了用于合并和壓縮緊湊環(huán)等離子體的系統(tǒng)100的替代實施例。如所描繪的，系統(tǒng)100包括來自中心壓縮腔室20的單側(cè)的分階段的不對稱序列。系統(tǒng)100包括：單個緊湊環(huán)形成部分12s；第一壓縮部分14s，其在第一端上耦合到形成部分12s的出口端；加速部分16n，其在第一端上耦合到壓縮部分14s的第二端；第二壓縮部分18s，其在第一端上耦合到加速部分16s的第二端，以及在第二端上耦合到壓縮腔室20的第一端。將反射鏡或反彈錐體50定位鄰近中心壓縮20的另一端。

在操作中，在分階段的序列中在形成部分12s內(nèi)形成并且加速第一緊湊環(huán)，并且然后在一個或多個加速階段16s中朝向中心腔室20的中間平面加速，以與第二緊湊環(huán)碰撞并合并。第一緊湊環(huán)在一個或多個壓縮階段14s和18s內(nèi)進行無源地絕熱壓縮，并且然后在中心腔室20內(nèi)與第二緊湊環(huán)磁壓縮為合并的緊湊環(huán)。

在分階段的序列中在形成部分12s內(nèi)形成第二緊湊環(huán)并且在一個或多個加速階段16s內(nèi)朝向中心腔室20的中間平面對其進行加速，在一個或多個壓縮階段內(nèi)進行無源地絕熱壓縮，并且然后當其穿過具有鄰近中心腔室20的一端所定位的反射鏡或反彈錐體50的中心腔室20時，朝向中心腔室20的中間平面偏置返回。

轉(zhuǎn)向圖6，在局部詳細視圖中圖示出了用于合并和壓縮緊湊環(huán)等離子體的系統(tǒng)200的替代實施例，其示出了壓縮腔室20，其中徑向相對的壓縮部分18n和18s耦合到腔室20的相對側(cè)。系統(tǒng)200還包括定位于中心壓縮腔室20內(nèi)的用于快速襯里壓縮的圓柱形殼體或襯里60。

盡管本發(fā)明易于進行各種修改和替代形式，但是其具體示例已經(jīng)在附圖中示出，并且在本文中進行了詳細描述。然而，應(yīng)當理解，本發(fā)明不限于所公開的特定形式或方法，而是相反，本發(fā)明將覆蓋落入所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的所有修改、等同物和替代物。

在上面的描述中，僅僅為了說明的目的，闡述了具體命名以提供對本公開的透徹理解。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，實踐本公開的教導不需要這些具體細節(jié)。

代表性示例和從屬權(quán)利要求的各種特征可以以沒有具體和明確列舉的方式進行組合，以便提供本教導的另外的有用實施例。還要明確指出：為了原始公開的目的以及為了限制所要求保護的主題的目的，實體組的所有價值范圍或指示都公開了每個可能的中間價值或中間實體。

已經(jīng)公開了用于合并和壓縮緊湊環(huán)的系統(tǒng)和方法。應(yīng)當理解，本文所描述的實施例是為了闡明的目的，并且不應(yīng)被認為是限制本公開的主題。在不脫離本發(fā)明的范圍或精神的情況下，各種修改、使用、替換、組合、改進、生產(chǎn)方法對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的。例如，讀者應(yīng)理解，除非另有說明，否則本文所描述的過程動作的具體排序和組合僅僅是說明性的，并且可以使用不同的或附加的過程動作、或者過程動作的不同組合或排序來執(zhí)行本發(fā)明。作為另一示例，一個實施例的每個特征可以與其他實施例中所示出的其他特征混合以及匹配?？筛鶕?jù)需要類似地并入本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的特征和過程。另外來說并且很顯然，可以根據(jù)需要添加或減去特征。因此，除了鑒于所附權(quán)利要求及其等同物之外，本發(fā)明不受限制。