本文所公開的是一種用于磁場的約束的模塊化設(shè)備。具體而言，所描述的模塊化磁約束設(shè)備涉及等離子體的約束以及其包括聚變反應(yīng)堆中的能量的生成的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)代世界迫切需要新能源。新能源不僅清潔而且容易更新且高度可用。從聚變反應(yīng)堆中的聚變反應(yīng)獲得的聚變能量是具有所有這些特性的能源。

2、目前，可靠和廣泛可用的聚變能量的前景尚待實現(xiàn)。對于達成聚變能量的最大障礙之一是聚變反應(yīng)堆的構(gòu)造。聚變反應(yīng)堆的構(gòu)造需要材料的仔細選擇、用于磁約束的復(fù)雜幾何形狀以及關(guān)于所產(chǎn)生的能量的提取的仔細考慮。

3、在本領(lǐng)域中可以標識用于磁約束的許多不同幾何形狀，包括托卡馬克(tokamak)、球形托卡馬克、球形馬克(spheromaks)和仿星器(stellarator)，其均具有它們自己的益處和困難。從工程角度來看，所有這些幾何形狀共有相同復(fù)雜性：它們?nèi)急仨氂审w積測定構(gòu)造達成。本領(lǐng)域中還不公知在無需以三維構(gòu)造磁體的情況下達成可行幾何形狀的任何可能方式。

4、在mcguire的美國專利號9,959,942中描述一種聚變反應(yīng)堆。mcguire描述的設(shè)備是緊湊的，能夠安裝在飛機和甚至大型汽車的內(nèi)部，但是所描述的設(shè)備例示了仍然需要解決方案的兩大工程挑戰(zhàn)。首先，雖然設(shè)備很小，但是它需要大量的零件，所描述的任何實施例的實現(xiàn)將需要比汽車或甚至飛機的零件更多的零件。其次，需要大量不同的線圈和線圈布置以達成磁封裝(其僅是用于磁約束的另一術(shù)語)。

5、關(guān)于線圈，現(xiàn)有技術(shù)教導用于構(gòu)造線圈(例如，miyazaki等人的美國專利號8,655,423中描述的超導線圈)的若干方法。miyazaki描述由不同材料的若干層形成的超導線圈。這些層的群組描述為構(gòu)成由薄膜超導導線形成的超導線圈部段。miyazaki描述的線圈和本領(lǐng)域常見的線圈是通過以下方式構(gòu)造的：將超導膜(也稱為超導帶)布置為導線的形狀，然后導線進一步被配置成為線圈的形狀。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的回顧，超導線圈是通過以下方式形成的：堆疊超導膜或超導層，以使得電流可以在期望方向上流動并產(chǎn)生適當?shù)拇艌雠渲?。至于發(fā)明人的最佳知識和理解，現(xiàn)有技術(shù)沒有教導超導薄膜或帶可以用以傳導電流所憑借的任何其他方法。

6、超導帶自身也是供不應(yīng)求的，因為它們的需求很高。還存在帶的大小和形狀的問題：其僅可以被構(gòu)造幾厘米寬。此外，將帶布置成導線并進一步布置成線圈的過程是漫長且易于出錯的。聚變反應(yīng)堆制造的領(lǐng)域需要更便宜、更快速且更可靠的解決方案。

7、因而，仍然存在對于可以具有不同幾何形狀而無需太多數(shù)量的零件、具有不同線圈和線圈布置的磁約束設(shè)備的需要。仍然還存在對于用于構(gòu)造磁約束設(shè)備的更簡單、更快速且更不易出錯的方法的需要。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、一個實施例解決已知磁約束設(shè)備和線圈的所有缺點或一些缺點。

2、一個實施例提供一種磁約束設(shè)備，包括多個模塊，所述多個模塊相互聯(lián)接，其中，每個模塊適于傳導電流以形成磁場并且具有：

3、-第一壁，該第一壁具有連接表面，該連接表面適于接合所述多個模塊中的另一模塊的連接表面；和

4、-凹槽，該凹槽將所述第一壁分為至少兩個不同的導電區(qū)域。

5、在一個實施例中，所述多個模塊中的至少一個模塊的所述凹槽適于連接到所述多個模塊中的另一模塊的凹槽以形成連續(xù)凹槽。

6、在一個實施例中，所述凹槽適于引導電流沿特定方向或不同路徑流動通過所述模塊。

7、在一個實施例中，所述多個模塊中的至少一個模塊以機械方式和/或電氣方式聯(lián)接到所述多個模塊中的另一模塊，所述模塊的連接表面包括機械連接器和/或電連接器，機械連接器和/或電連接器適于聯(lián)接到所述另一模塊的機械連接器和/或電連接器。

8、在一個實施例中，所聯(lián)接的所述模塊均包括電連接器，所述電連接器被定位以容許電流在所聯(lián)接的所述模塊之間流動。

9、在一個實施例中，所述至少一個模塊和所述另一模塊均包括電連接器，所述電連接器被定位以容許電流在所述模塊之間流動。

10、在一個實施例中，所述多個模塊中的至少一個模塊包括至少一個通道，至少一個通道穿過所述模塊的所述第一壁，例如以能使諸如氮或氦的冷卻流體流動通過所述模塊。

11、在一個特定實施例中，每個通道適于與所述多個模塊中的另一模塊的通道形成單個通道。

12、在一個實施例中，所述多個模塊中的至少一個模塊包括第二壁，所述第二壁被組裝到所述第一壁，所述模塊的所述凹槽定位在所述第一壁與所述第二壁之間。

13、在一個實施例中，所述多個模塊包括第一模塊和第二模塊，第一模塊具有第一形狀，第二模塊具有第二形狀，其中，所述模塊以機械方式相互聯(lián)接，并且所述第一模塊以電氣方式相互聯(lián)接和/或所述第二模塊以電氣方式相互聯(lián)接。

14、在一個特定實施例中，所述第一模塊和第二模塊以電氣方式相互聯(lián)接。

15、在一個實施例中，流動通過所述第一模塊和/或所述第二模塊的電流的方向和/或強度確定所述磁約束設(shè)備中的磁場的形狀。

16、在一個實施例中，所述模塊被布置為呈圓環(huán)體的形狀。

17、在一個實施例中，所述模塊被構(gòu)造為具有超導特性。

18、在一個實施例中，所述多個模塊中的至少一個模塊被構(gòu)造作為由不同材料形成的堆疊件，所述堆疊件至少包括超導層，所述超導層包括諸如釔鋇銅氧化物或稀土鋇銅氧化物的超導材料，其中，所述模塊的所述凹槽至少在所述超導層中被圖案化。

19、在一個實施例中，所述堆疊件包括：

20、-結(jié)構(gòu)層，該結(jié)構(gòu)層例如由諸如哈斯特合金的材料組成或被諸如哈斯特合金的材料覆蓋；

21、-多個緩沖層，所述多個緩沖層處于所述結(jié)構(gòu)層上；

22、-所述超導層，所述超導層處于所述多個緩沖層上；

23、其中，所述凹槽在所述緩沖層和所述超導層中被圖案化。

24、在一個實施例中，所述堆疊件包括：

25、-結(jié)構(gòu)層，所述結(jié)構(gòu)層例如由諸如哈斯特合金的材料組成或被諸如哈斯特合金的材料覆蓋；

26、-多個緩沖層，所述多個緩沖層處于所述結(jié)構(gòu)層上；

27、-所述超導層，所述超導層處于所述多個緩沖層上；和

28、-分流層，所述分流層處于所述超導層上且在所述凹槽中，所述分流層由諸如銀的金屬制成；

29、其中，所述凹槽在所述緩沖層和所述超導層中被圖案化。

30、在一個實施例中，所述堆疊件包括重復(fù)部層，所述重復(fù)部層處于所述分流層下方，所述重復(fù)部層由所述緩沖層和所述超導層的重復(fù)、優(yōu)選地例如4次至80次的重復(fù)之間的多次重復(fù)制成，其中，所述凹槽在所述緩沖層、所述超導層和所述重復(fù)部層中被圖案化。

31、在一個實施例中，所述堆疊件包括另一超導層，另一超導層例如是未被穿孔且未被開槽的層，所述另一超導層處于所述分流層上，所述另一超導層包括諸如釔鋇銅氧化物或稀土鋇銅氧化物的超導材料。

32、在一個實施例中，所述至少一個模塊的每個通道穿過所述結(jié)構(gòu)層。

33、一個實施例提供一種模塊，所述模塊適于根據(jù)實施例的所述磁約束設(shè)備。

34、一個實施例提供一種模塊，所述模塊為根據(jù)實施例的所述磁約束設(shè)備中所包括的相互聯(lián)接的所述多個模塊中的一個模塊。

35、優(yōu)點

36、模塊化磁約束設(shè)備實施例的優(yōu)點可以列出為：不同模塊的更簡單且更不易出錯的構(gòu)造允許更快的組裝；由于邁斯納效應(yīng)層導致的磁場的高約束；每個模塊的維修是更容易的并且更換是更快的，導致更便宜的設(shè)備并且總體成本減少；線圈可以容易地改變和更換，允許不僅用于設(shè)備的維護而且還用于設(shè)備的測試。其他技術(shù)優(yōu)點從具體實施方式、附圖和權(quán)利要求對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將變得明顯。此外，雖然上面已經(jīng)枚舉具體優(yōu)點，但是不同實施例可以包括所列出的所有、全無或一些優(yōu)點。