Estabilización de campo helicoidal de dispositivos de plasma

Resumen

Un dispositivo de plasma toroidal tiene un recipiente de confinamiento toroidal que define un espacio toroidal y confina gas ionizado en el mismo. Un solenoide que une el espacio toroidal induce un campo eléctrico toroidal en el mismo para producir corriente de plasma. Una pluralidad de primeros devanados se enrollan sustancialmente de forma helicoidal alrededor del recipiente sustancialmente separados por igual alrededor de su circunferencia menor. Una pluralidad de segundos devanados están enrollados sustancialmente de forma helicoidal alrededor del recipiente sustancialmente a mitad de camino entre los primeros devanados sucesivos. La corriente continua pasa a través de los devanados primero y segundo respectivos en direcciones opuestas con la corriente en los devanados primero y segundo respectivos iguales o ligeramente desequilibradas. Las corrientes en el primer y segundo devanado producen un campo magnético helicoidal. La combinación del campo magnético poloidal de la corriente de plasma con este campo magnético helicoidal produce una separatriz en el espacio toroidal, definiendo esta separatriz una superficie cerrada que limita y encierra una región dentro de la cual existen superficies de flujo magnético cerradas y anidadas. El sentido de rotación del primer y segundo devanado y la dirección de la corriente de plasma produce una variación en el factor de seguridad q con menor radio en cualquier ángulo poloidal, por lo que el signo de q se invierte cerca del borde exterior del plasma, siendo q un promedio sobre una superficie de flujo del número de tránsitos realizados alrededor del toro en la dirección toroidal por una línea de flujo magnético al realizar un solo tránsito en la dirección poloidal. El signo de q viene determinado por el sentido de la dirección en que se realiza el tránsito toroidal.

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Clasificaciones

 H05H1/12 Dispositivos para confinar plasma por campos eléctricos o magnéticos; Arreglos para calentar plasma utilizando campos magnéticos aplicados externamente únicamente, por ejemplo, Q-machines, Yin-Yang, baseball donde el recipiente de contención forma un circuito cerrado o casi cerrado.

US4302284A

Estados Unidos

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Tihiro Ohkawa

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Descripción

Esta invención se refiere en general a dispositivos de plasma y particularmente a la estabilización de dispositivos de fusión toroidal. Más particularmente, la presente invención se refiere a la combinación de un campo magnético helicoidal y un campo magnético poloidal para la estabilización de dichos dispositivos.

Los dispositivos de plasma toroidal son dispositivos en los que el plasma se crea en un espacio toroidal y está confinado en él por campos de confinamiento apropiados. Dichos dispositivos son útiles en el estudio y análisis de plasmas y particularmente en la generación, confinamiento, estudio y análisis de plasmas hidrogenados. Dichos dispositivos son útiles con respecto a los dispositivos de plasma para la reacción de deuterio y tritio, con la producción de neutrones de alta energía como productos de reacción. La presente invención encuentra una utilidad particular en tales dispositivos y sus aplicaciones, incluidos los dispositivos experimentales y el uso de los mismos en experimentación e investigación con respecto a dispositivos de plasma toroidal.

Los problemas en los dispositivos de fusión radican principalmente en calentar el plasma a una temperatura suficientemente alta para permitir que ocurran las reacciones deseadas y en confinar el plasma calentado durante un tiempo lo suficientemente largo como para liberar energía en exceso de la requerida para producir las reacciones. La presente invención está dirigida al confinamiento de dicho plasma.

Se han sugerido y construido varios dispositivos de plasma toroidal. Estos incluyen el tokamak, el stellarator y el pinch de campo invertido. En tales dispositivos, el gas está confinado en un recipiente de confinamiento toroidal y se calienta para formar un plasma que generalmente se mantiene alejado de las paredes del recipiente de confinamiento mediante campos apropiados.

En los dispositivos tokamak, se produce una corriente de plasma toroidal mediante un transformador con el gas confinado toroidal actuando como secundario y siendo el primario un solenoide central. Tras la creación o extinción del campo magnético producido por la corriente en el solenoide, se produce un campo eléctrico toroidal para ionizar el gas y conducir la corriente de plasma alrededor del toro. El efecto de pinzamiento de la corriente que fluye hace que las partículas de plasma cargadas sean impulsadas hacia el centro de la corriente de plasma. Sin embargo, la corriente de plasma en sí misma es inestable y parte del plasma golpearía el recipiente de confinamiento, enfriando así el plasma y dificultando cualquier reacción. Por esta razón, el tokamak también incluye una bobina de campo toroidal dispuesta alrededor del recipiente de confinamiento para producir un campo magnético toroidal muy grande.

En stellarators el confinamiento es por campos magnéticos producidos por bobinas externas y no depende de la corriente de plasma. En stellarators, una bobina de campo toroidal, como la del tokamak, proporciona un campo magnético toroidal relativamente grande en el que se crea el plasma. Además del campo magnético toroidal, las bobinas dispuestas helicoidalmente alrededor del recipiente de confinamiento toroidal producen un campo helicoidal. La combinación del campo magnético toroidal con el campo helicoidal produce un campo magnético torcido neto que proporciona estabilidad relativa al dispositivo de plasma. Las bobinas helicoidales y las bobinas de campo toroidales se pueden combinar como en el dispositivo torsatron. La dificultad con los stellarators ha sido el problema de producir el plasma en dispositivos de tamaño razonable y proporcionar el gran campo magnético requerido.

En el confinamiento de pellizco de campo inverso se logra atrapando un campo toroidal en un plasma de pellizco e induciendo un campo toroidal de signo opuesto entre el plasma y la pared.

El dispositivo de la presente invención tiene ciertos aspectos en común con los dispositivos anteriores, como el tokamak y el stellarator, pero es genéricamente diferente, particularmente en ausencia de bobinas de campo toroidales pesadas. De acuerdo con la presente invención, la estabilidad se logra mediante la combinación del campo magnético poloidal producido por la corriente de plasma y el campo magnético helicoidal producido por los devanados helicoidales. El campo helicoidal superpuesto al campo poloidal produce una transformación de traslación en la que las líneas de flujo se vuelven helicoidales y forman superficies de flujo retorcidas.

Para ser estables magnetohidrodinámicamente (MHD), los dispositivos de plasma toroidales deben satisfacer las condiciones necesarias para el factor de seguridad q, donde q se define como una longitud promedio atravesada en la dirección toroidal por unidad de ángulo poloidal de rotación de una línea de campo magnético en un flujo superficie, dividida por el radio mayor del toroide, es decir: ##EQU1## donde z es la distancia recorrida en la dirección toroidal, θ es el ángulo poloidal de desplazamiento y R es el radio mayor. Una superficie de flujo se define como una superficie en la que la densidad de flujo magnético no tiene una componente normal a ella. Si r es el radio menor, entonces estas condiciones son: ##EQU2## debe ser lo suficientemente grande para satisfacer el criterio de Mercier. Los dispositivos Tokamak y los dispositivos stellarator que transportan una corriente de plasma sustancial generalmente satisfacen la condición (a) al operar con |q|> 1 en todo el plasma. Por el contrario, el dispositivo de pellizco de campo inverso funciona con |q|<1 en todo el plasma. Se obtiene un ##EQU3## suficientemente grande, un cizallamiento implícito, en el pinzamiento de campo inverso al tener un signo inverso cerca del borde del plasma. En el caso del pellizco de campo inverso, las superficies de flujo son simétricas al eje y de sección transversal circular y q tiene una definición simple en términos del campo magnético toroidal B_T , el campo magnético poloidal B _P , el radio mayor del toro R y el radio menor r; en particular ##EQU4## para el caso del pinch de campo invertido circular, así como para el tokamak circular. Dado que B _P es unidireccional, la inversión de q solo puede obtenerse mediante una inversión correspondiente en B _Ten este caso. El pellizco de campo inverso logra esto transitoriamente en la escala de tiempo para la difusión del flujo magnético atrapando un campo toroidal en un plasma pellizco e induciendo un campo toroidal de signo opuesto entre el plasma y la pared. El pellizco de campo inverso tenía las desventajas de que (1) el plasma debe crearse antes de la creación de la configuración de campo deseada para el confinamiento e implica una programación de campo rápida o una fase inicial turbulenta en la que el plasma puede entrar en contacto con la pared introduciendo impurezas, y (2) el plasma debe ser resistivo para que el campo magnético aplicado externamente penetre en el plasma y produzca la configuración deseada. Sin embargo, la vida útil del plasma está determinada por la difusión del campo magnético que ocurre en la misma escala de tiempo que la penetración. Por lo tanto, es difícil producir la configuración y mantenerla durante un período de tiempo considerable. El pellizco de campo inverso tiene las ventajas de (1) beta relativamente más alta (β), la relación entre la presión de plasma y la presión magnética, que los tokamaks y (2) calentamiento óhmico eficiente ya que la operación q relativamente baja permite una corriente de plasma relativamente mayor y relación de aspecto R/r del toro.

La presente invención es un dispositivo genéricamente diferente a los anteriores. Genera la configuración de confinamiento magnético deseada mediante corrientes en devanados helicoidales y corriente de plasma, y ​​opera con |q|<1 y con una q invertida cerca del borde del plasma, al igual que el pinch de campo inverso. Sin embargo, en la presente invención con superficies de flujo no circulares, el factor de seguridad q definido como promedio en una superficie de flujo puede ser finito incluso en ausencia de un campo toroidal neto (promediado sobre un círculo). Se puede establecer una configuración q invertida sin campo toroidal neto fuera del plasma.

En la presente invención, el valor de q cerca del centro del plasma se debe sustancialmente a las corrientes de plasma poloidales y toroidales. Las corrientes de plasma poloidales generan un campo toroidal neto dentro del plasma. Este campo neto disminuye hacia el borde del plasma y desaparece fuera del plasma. Cerca del borde del plasma, q tiende a invertir el signo debido al campo toroidal de las bobinas helicoidales promediado sobre una superficie de flujo, siendo este campo en oposición al campo toroidal neto generado por la corriente de plasma poloidal.

La presente invención logra un perfil q adecuado para la estabilidad del plasma a beta alta y adecuado para un calentamiento óhmico eficiente en una configuración que no está limitada por la difusión del flujo magnético pero que persiste mientras se mantengan las corrientes en las bobinas helicoidales y en el plasma. La corriente de plasma es inducida por un solenoide central como en el caso habitual del tokamak. La presente invención no depende de la toroidicidad para lograr la estabilidad del plasma y se puede operar como un toro de alta relación de aspecto, como un neumático de bicicleta, para relajar las restricciones de diseño en la bobina de inducción central para conducir la corriente de plasma y en el diseño de manta en una aplicación de reactor. La presente invención no requiere bobinas de campo toroidales distintas de las bobinas helicoidales. Estas bobinas helicoidales funcionan preferentemente para producir un campo toroidal neto nulo o ligero. La ausencia de un gran campo toroidal neto relaja las fuerzas y tensiones entre devanados. La presente invención tiene una separadora que une el plasma. Esta separadora define una superficie cerrada dentro de la cual existen superficies de flujo magnético cerradas y anidadas. La posición radial de la separadora aumenta con la corriente de plasma, y ​​la separadora actúa como un limitador magnético para confinar el canal de corriente de plasma lejos de la pared durante el inicio de la descarga. Se logra una configuración magnética adecuada al comienzo de la descarga sin necesidad de una programación de campo rápida o una transición turbulenta al estado deseado. La separadora también facilita la introducción de un desviador, que podría ser deseable para reducir las impurezas en el plasma. La presente invención tiene una separadora que une el plasma. Esta separadora define una superficie cerrada dentro de la cual existen superficies de flujo magnético cerradas y anidadas. La posición radial de la separadora aumenta con la corriente de plasma, y ​​la separadora actúa como un limitador magnético para confinar el canal de corriente de plasma lejos de la pared durante el inicio de la descarga. Se logra una configuración magnética adecuada al comienzo de la descarga sin necesidad de una programación de campo rápida o una transición turbulenta al estado deseado. La separadora también facilita la introducción de un desviador, que podría ser deseable para reducir las impurezas en el plasma. La presente invención tiene una separadora que une el plasma. Esta separadora define una superficie cerrada dentro de la cual existen superficies de flujo magnético cerradas y anidadas. La posición radial de la separadora aumenta con la corriente de plasma, y ​​la separadora actúa como un limitador magnético para confinar el canal de corriente de plasma lejos de la pared durante el inicio de la descarga. Se logra una configuración magnética adecuada al comienzo de la descarga sin necesidad de una programación de campo rápida o una transición turbulenta al estado deseado. La separadora también facilita la introducción de un desviador, que podría ser deseable para reducir las impurezas en el plasma. La posición radial de la separadora aumenta con la corriente de plasma, y ​​la separadora actúa como un limitador magnético para confinar el canal de corriente de plasma lejos de la pared durante el inicio de la descarga. Se logra una configuración magnética adecuada al comienzo de la descarga sin necesidad de una programación de campo rápida o una transición turbulenta al estado deseado. La separadora también facilita la introducción de un desviador, que podría ser deseable para reducir las impurezas en el plasma. La posición radial de la separadora aumenta con la corriente de plasma, y ​​la separadora actúa como un limitador magnético para confinar el canal de corriente de plasma lejos de la pared durante el inicio de la descarga. Se logra una configuración magnética adecuada al comienzo de la descarga sin necesidad de una programación de campo rápida o una transición turbulenta al estado deseado. La separadora también facilita la introducción de un desviador, que podría ser deseable para reducir las impurezas en el plasma. Se logra una configuración magnética adecuada al comienzo de la descarga sin necesidad de una programación de campo rápida o una transición turbulenta al estado deseado. La separadora también facilita la introducción de un desviador, que podría ser deseable para reducir las impurezas en el plasma. Se logra una configuración magnética adecuada al comienzo de la descarga sin necesidad de una programación de campo rápida o una transición turbulenta al estado deseado. La separadora también facilita la introducción de un desviador, que podría ser deseable para reducir las impurezas en el plasma.

Más particularmente, de acuerdo con la presente invención, un recipiente de confinamiento toroidal define un espacio toroidal y confina el gas en el mismo. Un solenoide central genera un flujo magnético que une el espacio toroidal para producir un campo eléctrico toroidal que impulsa la corriente de plasma en el mismo. Una pluralidad de primeros devanados se enrollan sustancialmente de forma helicoidal alrededor del recipiente sustancialmente separados por igual alrededor de su circunferencia menor. Una pluralidad de segundos devanados están enrollados sustancialmente de forma helicoidal alrededor del recipiente sustancialmente a mitad de camino entre los primeros devanados sucesivos. La corriente continua pasa a través de los devanados primero y segundo respectivos en direcciones opuestas con la corriente en los devanados primero y segundo respectivos iguales o ligeramente desequilibradas. La magnitud de la corriente de plasma relativa a la magnitud de las corrientes en los devanados primero y segundo produce una separatriz en el espacio toroidal, esta separatriz define una superficie cerrada que limita y encierra una región dentro de la cual existen superficies de flujo magnético cerradas y anidadas. El sentido de rotación del primer y segundo devanado y la dirección de la corriente de plasma produce una variación en el factor de seguridad q con menor radio en cualquier ángulo poloidal, por lo que el signo de q se invierte cerca del borde exterior del plasma, siendo q un promedio sobre una superficie de flujo del número de tránsitos realizados alrededor del toroide en la dirección toroidal por una línea de flujo magnético al realizar un solo tránsito en la dirección poloidal. El signo de q viene determinado por el sentido de la dirección en que se realiza el tránsito toroidal.

Por lo tanto, es un objeto principal de la presente invención proporcionar el confinamiento de plasma en un dispositivo de plasma toroidal mediante la combinación de un campo magnético poloidal producido por corriente de plasma y un campo magnético helicoidal producido por devanados helicoidales. Otros objetos y ventajas de la presente invención se harán evidentes a partir de la consideración de la siguiente descripción detallada, particularmente cuando se toma en relación con los dibujos adjuntos en los que:

HIGO. 1 es una vista isométrica de una forma de dispositivo de fusión toroidal que utiliza un sistema de confinamiento de plasma según la presente invención, con ciertas partes mostradas esquemáticamente y con la estructura de soporte, giros auxiliares y cabezales de vacío separados;

HIGO. 2 es una vista en sección de la mitad del dispositivo mostrado en la FIG. 1, tomada a lo largo del eje mayor del toro, con ciertas partes de la estructura de soporte y el sistema de vacío mostrados en alzado;

HIGO. 3 es una vista parcial en alzado del dispositivo mostrado en la FIG. 2, con parte del aislamiento roto para mostrar los devanados helicoidales;

HIGO. 4 es una vista en planta a escala reducida de la coraza toroidal conductora del dispositivo de la fig. 2;

HIGO. 5 es una vista en sección ampliada de una parte de la cubierta conductora que se muestra en la fig. 4, tomada a lo largo de la línea 5--5 en la fig. 4;

HIGO. 6 es una ilustración gráfica de perfiles de equilibrio de corriente, densidad de flujo y factor de seguridad bajo ciertas condiciones de operación del dispositivo ilustrado en la FIG. 1;

HIGO. 7 es una ilustración gráfica de superficies de flujo magnético en dos radios particulares del dispositivo ilustrado en la FIG. 1, en las mismas condiciones; y

HIGO. 8 es una vista simplificada del dispositivo como se muestra en la fig. 2.

Como se ilustra en las Figs. 1 y 2, un dispositivo de plasma toroidal 10 incluye un recipiente de confinamiento primario en forma de un revestimiento toroidal 12 que confina y define una cámara toroidal primaria 14 que contiene el gas apropiado a una presión baja adecuada. En el diseño ilustrado, el revestimiento 12 está hecho de acero inoxidable de pared delgada que permite una penetración rápida del campo eléctrico toroidal para iniciar y conducir la corriente de plasma en la cámara toroidal primaria 14. El revestimiento toroidal 12 está dispuesto dentro y soportado desde un confinamiento secundario recipiente en forma de caparazón toroidal 16. La caparazón 16, como se muestra, está formada por una pared de cobre relativamente gruesa que forma una cámara toroidal secundaria 18. La cámara secundaria 18 es evacuada a través de conductos 20 y un colector 22 por medio de una bomba de vacío que no se muestra .

Como se muestra en las FIGS. 4 y 5, la cubierta 16 incluye una rotura cerámica 28 que sirve para interrumpir la trayectoria conductora toroidal alrededor de la cubierta 16 que, de otro modo, provocaría un cortocircuito en la trayectoria conductora toroidal a través del plasma. La conductancia del revestimiento 12 es suficientemente baja con respecto a la conductancia del plasma como para no derrochar energía. Es decir, un campo magnético puede penetrar fácilmente en la cubierta conductora 16 debido a la rotura de cerámica 28 y penetrar en el revestimiento 12 porque es relativamente delgado y de menor conductividad que el material que forma la cubierta 16. Al mismo tiempo, el revestimiento 12 proporciona un puente eléctrico a través de la rotura cerámica 28 y aísla el plasma ionizado de la rotura eléctrica así formada en la capa conductora 16. Al mismo tiempo,

Al igual que con los dispositivos tokamak, la corriente de plasma es producida por un campo eléctrico toroidal inducido por una bobina de solenoide 30 dispuesta axialmente respecto al eje mayor del revestimiento toroidal 12 y dentro del toro. El campo eléctrico toroidal se crea mediante la operación de la bobina de solenoide 30 y las vueltas adicionales 32 dispuestas para canalizar el flujo poloidal fuera del revestimiento 12. La bobina de solenoide 30 y las vueltas adicionales 32 se activan de manera convencional mediante una fuente de alimentación que no se muestra, por lo que el cambio de corriente eléctrica en la bobina provoca un cambio en el flujo magnético que une el secundario de una sola vuelta formado por el revestimiento 12 y su contenido. El cambio de flujo, a su vez, genera corriente de plasma dentro de la cámara primaria 14.

Una pluralidad de primeros devanados 34 están enrollados sustancialmente de forma helicoidal sobre una forma de bobina 36 que rodea la cubierta 16. Como se muestra mejor en sección transversal, la FIG. 2, los primeros devanados están sustancialmente espaciados por igual alrededor de la circunferencia menor de la forma de bobina 36, ​​que puede tener la forma de dos mitades atornilladas juntas como se ilustra. Una pluralidad de segundos devanados 38 están enrollados sustancialmente de forma helicoidal sobre las bobinas formadas sustancialmente a mitad de camino entre los respectivos primeros devanados sucesivos. Cada uno de los devanados 34 y 38 puede estar formado por una pluralidad de vueltas de conductores 40 que pueden tener una sección transversal cuadrada y estar aislados entre sí. Los conductores 40 pueden incluir pasajes centrales 42 para la circulación de refrigerante para enfriar los conductores.

Los devanados primero y segundo 34 y 38 se consideran helicoidales aunque no formen verdaderas hélices en el sentido de estar enrollados sobre cilindros circulares. Los devanados 34 y 38 se enrollan uniformemente a medida que avanzan alrededor del toro, de modo que los primeros devanados al hacer un circuito completo del toro coinciden con los primeros devanados para formar primeros devanados continuos alrededor del eje principal del toro. Es decir, donde hay dos primeros devanados, el número de vueltas debe ser entero o medio. En este último caso, lo que primero dio vuelta a uno la primera vuelta es el otro primero dando vuelta la segunda vuelta. Lo mismo es cierto para los segundos devanados 38.

Los primeros devanados 34 son energizados por una fuente de corriente continua 44, y los segundos devanados 38 son energizados por una fuente de corriente continua 46. Las fuentes de corriente continua 44 y 46 tienen polos opuestos para pasar corriente a través de los respectivos devanados primero y segundo en direcciones opuestas. Tales corrientes proporcionan un campo magnético helicoidal de estado estacionario dentro de la cámara primaria 14 para combinarse con el flujo magnético poloidal producido por la corriente de plasma con el fin de contener la corriente de plasma lejos de las paredes conductoras del revestimiento 12. Los devanados helicoidales 34 y 38 se enrollan preferiblemente con un paso tal que produzca fuerzas de entrelazado relativamente pequeñas y una buena estabilidad del plasma. Es adecuado un ángulo de unos 45° con el eje menor del toro.

Como se muestra en las FIGS. 1, 2 y 3, puede haber dos primeros devanados y dos segundos devanados dispuestos alrededor de la circunferencia menor del toro. También se pueden usar tres de cada uno de estos devanados, llenando la cámara primaria más completamente con plasma pero posiblemente con menos estabilidad. Un número mayor es posible bajo algunas condiciones. Las fuentes de alimentación están conectadas de manera que la corriente a través de los primeros devanados puede ser igual o ligeramente mayor que la corriente a través de los segundos devanados, por lo que los devanados helicoidales 34 y 38 producen un campo magnético toroidal neto o nulo. En general, la corriente total en los segundos devanados 38 es comparable en magnitud a la mitad de la corriente de plasma.

Las vueltas adicionales 32 pueden funcionar para aplicar un campo magnético vertical al plasma para equilibrar el efecto de la fuerza circular que tiende a expandir el plasma en un radio mayor, o para ajustar el plasma en equilibrio para una mejor estabilidad.

El dispositivo puede incluir puertos de observación 48.

En el funcionamiento típico de un dispositivo como el que se muestra en las FIGS. 1 a 5, la corriente de plasma generada por el funcionamiento de la bobina de solenoide 30 y las vueltas adicionales 32 es de aproximadamente 40 kA como máximo, lo que requiere una oscilación del flujo magnético de aproximadamente 0,3 V-seg. con un tiempo de subida de unos 10 mseg. Para lograr una relación β de presión de plasma a presión de campo magnético de alrededor de 0,1 manteniendo una buena estabilidad, típicamente la temperatura T del plasma será de alrededor de 100 eV, con una densidad n de 10 ¹³ partículas por cc, una densidad de flujo magnético B de 1 kilogauss, un tiempo de contención de energía τ _E de 0,3 mseg. y una duración de pulso τ _pulsode 30 mseg. La corriente total en los primeros devanados es de unos 20 kA y en los segundos también es de unos 20 kA. La relación entre el radio medio de la corriente de plasma rp _y el radio medio de los devanados rw _es de aproximadamente 0,75. Bajo tales condiciones, los perfiles de equilibrio de ciertos parámetros se han calculado para ser cualitativamente como se muestra en la FIG. 6.

Las relaciones entre los diversos parámetros del sistema y sus relaciones con el funcionamiento del sistema son complicadas y dependen de muchos factores diferentes. En aras de la explicación, las curvas de la fig. 6 han sido preparados en base a ciertos parámetros que han sido seleccionados de forma un tanto arbitraria. Para las curvas ilustradas, la relación de aspecto de la cámara primaria 14, es decir, la relación entre los radios mayor y menor del toro, es alta. Más particularmente, los parámetros allí ilustrados son: j _z , la densidad de corriente en la dirección del eje menor del toro; jθ, la densidad de corriente en la dirección alrededor del eje menor; _Bz _, la densidad de flujo magnético neto en la dirección del eje menor; B.sub.θ, la densidad de flujo magnético alrededor del eje menor, yq, el factor de seguridad relacionado con _Bz y el paso de las líneas de campo magnético como se definió anteriormente. El parámetro r/r _s es la relación entre la coordenada del radio menor y el radio menor de la separatriz, esta relación evaluada a lo largo de un ángulo de 45° con respecto al eje X/r _s de la fig. 7. FIG. 7 ilustra las superficies de flujo magnético generadas bajo estas condiciones en los puntos A y B de la FIG. 6. Una condición de estabilidad es que q pase por cero.

La manera de operar de esta invención con el plasma estable resultante se puede describir matemáticamente. Las matemáticas, sin embargo, se vuelven muy complejas para ciertas configuraciones. Si se hacen ciertas aproximaciones prácticas, la explicación se puede simplificar mucho. Por ejemplo, como cuestión práctica, es deseable operar con una alta relación de aspecto; es decir, la relación entre el radio mayor y el radio menor del toro puede ser muy grande, algo así como una llanta de bicicleta. En tales casos, los efectos toroidales pueden despreciarse en favor de una aproximación cilíndrica. El campo principal es Bθ,o (r) producido por la corriente de plasma. Un devanado helicoidal produce un campo magnético dado por un potencial estático Φ,

Φ=(b/k)I.sub.l (kr) cos (lθ+kz) (3)

donde I _l es la función de Bessel modificada de orden l.

Las componentes del campo magnético están dadas por ##EQU5## Aquí I _l ' (kr) es la derivada de I _l (kr) con respecto a su argumento. Todo el campo puede expresarse en términos de la función de flujo ψ* dada por

ψ*=ψ.sub.o *-(br/l)I.sub.l '(kr) sin (lθ+kz) (7)

donde ψ _o *=-∫B.sub.θ,o dr.

Superficies definidas por ψ*=const. son las superficies de flujo. Las formas de las superficies de flujo se pueden calcular aproximadamente configurando ##EQU6## Por expansión, ##EQU7## Se sigue

ξ˜-{(ba/l)I .sub.l '(ka)/(B.sub.θ,o)} sen (lθ+kz). (11)

La transformada traslacional se puede calcular mediante las ecuaciones de la línea de flujo ##EQU8## Usando la expansión (8) ##EQU9## El valor promedio viene dado por ##EQU10## El factor de seguridad q es como se definió anteriormente ##EQU11 ## El volumen ΔV entre dos superficies de flujo ψ* y ψ*+Δψ* puede calcularse a partir de ##EQU12## Utilizando r=a+ξ, ##EQU13## El flujo longitudinal ψ se calcula a partir de

ψ=∫B.sub.z rdrdθ (17)

Usando las Ecs. (6), (8) y (10), ##EQU14## La combinación de Eqs. (16) y (18) dan como resultado ##EQU15## Es una función decreciente de a e indica d ² V/dψ ² <0. Esta característica ha sido denominada pozo magnético; C. Mercier, "Conferencias sobre física del plasma", Fontenay-aux-Roses (1974). En el límite de β→0, esto asegura la estabilidad. Más intuitivamente, el pozo magnético significa que el campo magnético longitudinal promedio aumenta a medida que uno se aleja del plasma, donde "promedio" significa promedio de superficie de flujo. La profundidad máxima del pozo ocurre para r=0.

Usando la notación de Mercier, los equilibrios magnetohidrodinámicos en la aproximación cilíndrica pueden calcularse usando la ecuación dada por ##EQU16##

La variable helicoidal u=lθ-hz en las coordenadas cilíndricas (r,θ,z) y el vector u=(le _z +hre.sub.θ) (l ² +h ² r ² ) ^-1 definen la hélice. El campo magnético B se escribe como

B=fu+ux graduado F (21)

La operación L está definida por ##EQU17## Es conveniente usar la variable G definida por ##EQU18## Entonces ##EQU19##

Es instructivo calcular un equilibrio de ejemplo simple, donde f=const. y p'=const. Entonces la ecuación. (20) se convierte en ##EQU20## Al integrar ##EQU21## donde C es una constante.

Haciendo G=G _o (r)+g(r,u) (27) ##EQU22## Este es un caso especial donde el campo de vacío g se separa. Para evitar la singularidad en el eje en ausencia del conductor interno, ##EQU23## Por integración de la Ec. (28), ##EQU24## El campo de vacío externo g viene dado por

g=(b/h)I.sub.l (hr) sen (lθ-hz) (32)

Entonces, la función F está dada por ##EQU25## Los campos magnéticos son ##EQU26## Si no se aplica un campo solenoidal, entonces el campo axial desaparece en el borde del plasma r=r _o . Después

f/l=-(hr.sub.o.sup.2 /2)p' (36)

Esto indica que el plasma produce un campo axial paramagnético de f/l en el eje. Por otro lado, si f=0, se requiere un campo externo de -(hr _o ² /2) p'. El plasma es diamagnético a este campo.

La densidad de corriente j viene dada por ##EQU27## La componente azimutal es ##EQU28## Obviamente f=const. no conduce a j.sub.θ pequeño. Los equilibrios con jθ pequeños son los de interés.

Considere un caso donde f=(2h/l)F y p'=const. La ecuación de equilibrio está dada por ##EQU29## Poniendo

F=-(l.sup.2 /4)p'r.sup.2 +H (40)

ecuación (39) se convierte en ##EQU30## En este caso, la presión es soportada por una fuerza jzBθ azimutalmente simétrica _y el campo helicoidal H es un campo libre de fuerza. El campo y la corriente están dados por ##EQU31## Nótese que sólo j _z y B.sub.θ tienen componentes no helicoidales.

Las ecuaciones 42-47 describen un equilibrio que no tiene una contribución no helicoidal a B _z en el eje. Por otra parte, el equilibrio descrito por las ecuaciones 34-38 tiene una componente B _z no helicoidal muy grande . Entre estos dos equilibrios se encuentran equilibrios que tienen un componente B _z intermedio para dar un perfil q apropiado. Así, al superponer los dos ejemplos de equilibrio descritos, se puede obtener un equilibrio de una cantidad deseada del campo axial solenoidal. FIGURAS. 6 y 7 ilustran cualitativamente el tipo de equilibrio que se desea. Se espera que tal equilibrio sea estable de acuerdo con el criterio de Mercier para valores beta superiores al 10%.

El criterio de Mercier, que debe cumplirse para que el plasma sea estable, está dado por ##EQU32## La cantidad Ξ utilizada por Mercier es proporcional al gradiente de presión y el último término corresponde al efecto desestabilizador de la presión.

El criterio se reduce al criterio de Suydam para un pellizco cilíndrico dado por ##EQU33## Se sabe que los pellizcos se pueden estabilizar perfilando B _z y q. La parte exterior del plasma está estabilizada por un gran cizallamiento y un pequeño β con respecto al campo axial. La parte interna se hace estable al tener una distribución de presión hueca. En estas configuraciones, el campo axial está invertido, es decir, hay un campo axial nulo en el plasma. El perfil debe mantenerse para la estabilidad a lo largo de la duración de la descarga. Esta es una de las dificultades experimentales del pellizco de campo inverso.

Si se toma B _z para representar la transformada axial en el criterio, la parte exterior del plasma se estabiliza debido a la cizalla y una gran transformada. La parte interior tiene que ser estabilizada por un campo axial producido por la corriente de plasma y/o desequilibrando la corriente en los devanados helicoidales para contrarrestar la transformada axial, teniendo así un perfil q similar al pinch de campo inverso. En cualquier caso, el perfil q en este caso está controlado externamente. La cantidad del campo axial se controla desequilibrando la corriente en los devanados helicoidales positivo y negativo. Se puede mantener un perfil q adecuado independientemente del tiempo de formación de piel del plasma.

Relacionando esto físicamente con la estructura ilustrada en las FIGS. 1-5 ya las curvas de las FIGS. 6 y 7, el campo magnético torcido producido por la corriente de plasma y el campo magnético helicoidal producido por los devanados 34 y 38 dan como resultado superficies de flujo magnético en las que el factor de seguridad q en función del desplazamiento radial desde el eje menor del toroide tiene una pendiente sustancial y cambia monótonamente, invirtiendo el signo cerca del borde exterior del plasma. Al sumar o restar una pequeña cantidad de flujo magnético toroidal de manera relativamente uniforme a través del toro, el flujo toroidal neto en función del desplazamiento radial se puede mover hacia arriba o hacia abajo para cruzar cero en un radio óptimo para confinar el plasma.

Como se definió anteriormente, una superficie de flujo es una superficie en la que la densidad de flujo magnético, evaluada en cualquier punto de la superficie, no tiene componente normal a la superficie. En otras palabras, una superficie de flujo es una superficie en la que no penetran líneas de campo magnético. Las líneas de campo se encuentran en las superficies de flujo. Las superficies de flujo están anidadas. Un criterio de estabilidad es que las superficies de flujo estén anidadas y separadas del muro de confinamiento. En una configuración toroidal, las superficies de flujo deben estar cerradas.

Así, de acuerdo con la presente invención, la combinación del campo magnético poloidal producido por la corriente de plasma y el campo magnético helicoidal producido por los devanados helicoidales proporciona un limitador magnético que separa la corriente de plasma de la pared de confinamiento del recipiente de plasma. Esto crea la separatriz, que define una superficie cerrada que limita y encierra la región dentro de la cual existen las superficies de flujo cerradas y anidadas.

Como se definió anteriormente en la ecuación 1, ##EQU34## donde q es el factor de seguridad, R es el radio mayor del toro y dz/dθ es la longitud promedio atravesada en la dirección toroidal por unidad de ángulo poloidal de rotación de un imán. línea de campo en una superficie de flujo magnético. De acuerdo con esta definición, una línea de campo magnético promedio en una superficie de flujo hace q tránsitos alrededor del toroide en la dirección toroidal al hacer un solo tránsito en la dirección poloidal. (En el presente caso, q es una fracción que es menor que 1). Por lo tanto, el factor de seguridad q en una superficie de flujo particular es la relación entre el paso promedio de las líneas de campo magnético en esa superficie de flujo y la circunferencia principal del toro. , donde el paso es el desplazamiento en la dirección toroidal para un solo tránsito, o ciclo, en la dirección poloidal. Como lo establece la ecuación 12,_z es el campo magnético longitudinal o toroidal y Bθ es el campo magnético poloidal. ##EQU36## es la transformación traslacional.

Por lo tanto, ##EQU37## donde los corchetes angulares indican un promedio sobre una superficie de flujo. Para superficies de flujo concéntricas circulares en un sistema axisimétrico, el promedio es un promedio simple sobre el ángulo poloidal θ; es decir, ##EQU38## pero como ni B _z ni B.sub.θ dependen fuertemente de θ, ##EQU39## para tal caso. La ecuación 52 es apropiada para un tokamak o un pinchazo de campo invertido. Para tokamaks, q es mayor que 1 en todas partes, y para el pinch de campo invertido, q desaparece solo cuando B _z desaparece. En tal caso, B _z es un campo toroidal neto, lo que significa que persiste cuando se promedia sobre el ángulo poloidal θ.

En el caso de la presente invención, en la realización en la que las corrientes en los devanados helicoidales están equilibradas, no hay B _z neto excepto el debido a las corrientes de plasma poloidal. Sin embargo, puede haber un B _{z promedio}en una superficie de flujo. Esto puede entenderse con referencia a la fig. 8, que es una versión simplificada de la fig. 2. Los devanados 34 y 38 están representados por conductores individuales y el resto del aparato se omite en aras de la claridad de esta explicación. Se han dibujado líneas discontinuas 50 y 52 para separar el espacio de la cámara 14 en cuadrantes. Sobre estas líneas, el campo magnético toroidal es cero. En los cuadrantes I y III, el campo toroidal es causado por los primeros devanados 34 y está dirigido hacia arriba fuera del plano de la fig. 8 para el giro como se muestra. En los cuadrantes II y IV el campo toroidal es opuesto a este. El campo toroidal promediado sobre un bucle circular 54 es cero, porque pasa por igual a través de los cuatro cuadrantes. Si el círculo se distorsiona en una elipse 56, el campo toroidal promediado sobre el bucle es ahora distinto de cero. Para el bucle 56, el camino es más largo en los cuadrantes I y III y más corto en los cuadrantes II y IV. Además, el camino está más cerca de los primeros devanados 34 en los cuadrantes I y III, donde el campo toroidal es más fuerte, y más lejos de los segundos devanados 38 en los cuadrantes II y IV, en un campo toroidal reducido. Tanto la longitud de trayectoria adicional como el campo más grande ponderan el promedio para que dominen los cuadrantes I y III. Esto crea un campo toroidal promedio en el bucle 56 que se dirige hacia arriba fuera del plano de la fig. 8. Cerca del centro del plasma, el campo toroidal neto es generado por la corriente de plasma poloidal. En un punto cerca del borde del plasma, el efecto de la corriente de plasma poloidal restante, la que permanece entre ese punto y el borde, es relativamente mucho menor y puede ser superado por el campo toroidal promedio de la superficie de flujo debido a las bobinas helicoidales. .

El dispositivo de la presente invención así descrito difiere fundamentalmente tanto en principio como en estructura de los dispositivos de la técnica anterior ejemplificados por tokamaks, stellarators y dispositivos de pellizco de campo inverso, aunque el presente dispositivo tiene ciertas características en común con cada uno. Más particularmente, como el tokamak, el presente dispositivo requiere corriente de plasma para generar la configuración de flujo magnético apropiada, y la configuración no decae en la escala de tiempo de difusión de flujo. Por otro lado, el tokamak requiere bobinas de campo toroidales y no bobinas de campo helicoidales; mientras que el presente dispositivo requiere bobinas de campo helicoidales pero no bobinas de campo toroidales. El tokamak requiere q mayor que 1; mientras que el presente dispositivo no lo hace. El presente dispositivo requiere q cruce cero en función del desplazamiento radial; mientras que el tokamak no.

Al igual que el stellarator, el presente dispositivo requiere bobinas de campo helicoidales; pero a diferencia del stellarator, no requiere bobinas de campo toroidales. Como en el stellarator, la configuración magnética no decae en la escala de tiempo de difusión del flujo, pero a diferencia del presente dispositivo, el stellarator no requiere corriente de plasma para generar la configuración magnética. El stellarator requiere un gran flujo toroidal B _z ; mientras que el presente dispositivo no requiere ningún flujo toroidal neto aplicado, aunque puede ser deseable un pequeño B _{z aplicado para la optimización.} El presente dispositivo requiere que q cruce cero en función del desplazamiento radial, lo que no hace el stellarator. En contraste, un stellarator con una corriente de plasma sustancial generalmente requiere q>1 para la estabilidad.

Al igual que los dispositivos de pellizco de campo inverso, el presente dispositivo requiere corriente de plasma para generar la configuración magnética y para que q cruce cero. Ninguno requiere q mayor que 1. Por otro lado, el presente dispositivo requiere bobinas helicoidales, lo que no requieren los dispositivos de pinzamiento de campo inverso, y tiene una separadora, lo que no hace el pinzamiento de campo inverso. La configuración magnética decae en la escala de tiempo de difusión de flujo en los dispositivos de campo inverso pero no en el presente dispositivo.

Estas diferencias y otras proporcionan ventajas sustanciales para el presente dispositivo. El hecho de que no se requiera un gran campo magnético toroidal permite una gran economía en la fabricación y facilidad de operación, lo que hace que este dispositivo sea más práctico. Los grandes campos magnéticos toroidales necesarios para los tokamaks y stellarators aparentemente requieren bobinas magnéticas superconductoras e implican grandes fuerzas de entrelazado que producen tensiones difíciles de contener.

Los dispositivos anteriores a menudo han implicado un calentamiento por haz neutro que ha demostrado ser ineficaz, voluminoso y caro, y ha causado problemas cuando el haz choca contra una pared. El presente dispositivo en general es relativamente más pequeño, siendo capaz de una beta alta, una relación de aspecto alta y ningún campo toroidal neto aplicado, y permite un calentamiento óhmico adecuado junto con la corriente de plasma inducida.

Un problema, particularmente con los tokamaks, ha sido el espacio relativamente pequeño disponible para las bobinas de calentamiento de plasma. El presente dispositivo en su forma preferida tiene una relación de aspecto relativamente grande, lo que permite más espacio para tales bobinas y otros accesorios, como una manta de reactor. Esto facilita los requisitos de diseño de los serpentines de calefacción. Esto también permite escalar a dispositivos más grandes simplemente aumentando el radio mayor mientras se mantiene igual el radio menor.

El presente diseño proporciona una mayor β, la relación entre la presión del plasma y la presión magnética, lo que permite una operación más eficiente en campos magnéticos más bajos.

El presente diseño proporciona un limitador magnético inherente mediante el cual la separadora se mueve radialmente hacia afuera a medida que aumenta la corriente de plasma, manteniendo una configuración estable. Esto se debe a que fuera de la superficie de flujo de confinamiento no hay confinamiento y cualquier plasma fuera de la separadora se pierde inmediatamente en la pared de confinamiento sin derrochar ninguna corriente sustancial.

El presente diseño también facilita la incorporación de un desviador, difícil de introducir en los tokamaks.

Una ventaja sobre los dispositivos de pinzamiento de campo inverso es que dichos dispositivos funcionan con un perfil q que empeora a medida que el flujo magnético se difunde fuera del sistema. El tiempo es tan corto que ha limitado severamente el desarrollo de un reactor práctico basado en el concepto de campo inverso.

Aunque los aspectos novedosos de un dispositivo de fusión de acuerdo con la presente invención se han mostrado en una realización preferida, se pueden realizar diversas modificaciones dentro del alcance de la invención, como en el tamaño y la forma y en las corrientes impulsoras. Por ejemplo, la corriente continua en los devanados 34 y 38 puede tomar la forma de pulsos unidireccionales relativamente largos. El dispositivo también puede incluir varios accesorios bien conocidos de los dispositivos de fusión, como fuentes de alimentación, bombas de vacío, instrumentación, mantas, estructuras de soporte e intercambiadores de calor.

Aunque la realización preferida de la invención es un sistema toroidal, la invención también se puede utilizar en un sistema cilíndrico recto adecuadamente delimitado. Como la longitud L de un sistema toroidal es la circunferencia mayor 2πR, el factor de seguridad q puede definirse en términos de L: ##EQU40## Este factor de seguridad así definido es aplicable a un sistema cilíndrico recto de longitud L.

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1. Un dispositivo de plasma toroidal que comprende

un recipiente de confinamiento toroidal que tiene paredes para definir un espacio toroidal y confinar gas en él,

medios para generar flujo magnético que une dicho espacio toroidal para inducir una corriente de plasma toroidal sustancial en él, produciendo dicha corriente de plasma toroidal un campo magnético poloidal sustancial,

devanados primero y segundo enrollados sustancialmente de forma helicoidal alrededor de dicho recipiente con el mismo sentido de torsión en sustancialmente el mismo paso, estando dispuestos dichos primer y segundo devanados alternativamente y espaciados sustancialmente por igual alrededor de la circunferencia menor de dicho recipiente, y

medios para pasar la primera corriente continua a través de dichos primeros devanados y la segunda corriente continua a través de dichos segundos devanados en la dirección contraria a dicha primera corriente continua para generar un campo magnético helicoidal que actúa en combinación con dicho campo magnético poloidal para producir superficies de flujo magnético anidadas y cerradas espaciadas de dichas paredes del recipiente, en el que un factor de seguridad q dentro de dicha corriente de plasma es la suma de dos componentes, siendo uno axisimétrico y sustancialmente proporcional a la relación entre el campo magnético toroidal y el campo magnético poloidal, y el otro siendo no axisimétrico y sustancialmente helicoidalmente simétrico y sustancialmente la cantidad ##EQU41## donde b es una medida de la fuerza del campo magnético de dichos devanados helicoidales, R es el radio mayor de dicho espacio toroidal,r es el radio menor medio de la superficie del flujo magnético, B.sub.θ,o es el campo magnético poloidal producido por dicha corriente de plasma toroidal, ##EQU42## es la derivada parcial de B.sub.θ,o con respecto a r, l es el número de dichos primeros devanados, k es el número de onda del campo magnético producido por dichos primer y segundo devanados, I_l (kr) es la función de Bessel modificada de orden l, e I _l '(kr) es la derivada de I _l (kr) con respecto a su argumento, definiéndose q como la media sobre una superficie de flujo del número de tránsitos realizado alrededor de dicho espacio toroidal en la dirección toroidal por una línea de flujo magnético al realizar un único tránsito en la dirección poloidal, siendo la magnitud absoluta de q menor que 1 dentro de dicha corriente de plasma.

2. Un dispositivo de plasma toroidal de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el sentido de torsión de dichos devanados primero y segundo y la dirección de dicha corriente de plasma producen una variación en el factor de seguridad q con un radio menor en cualquier ángulo poloidal por lo que la polaridad de q se invierte cerca el borde exterior de dicha corriente de plasma.

3. Un dispositivo de plasma toroidal que comprende

un recipiente de confinamiento toroidal para definir un espacio toroidal y confinar gas en él,

medios para generar flujo magnético que une dicho espacio toroidal para inducir una corriente de plasma toroidal sustancial en él, produciendo dicha corriente de plasma toroidal un campo magnético poloidal sustancial,

devanados primero y segundo enrollados sustancialmente de forma helicoidal alrededor de dicho recipiente con el mismo sentido de torsión en sustancialmente el mismo paso, estando dispuestos dichos primer y segundo devanados alternativamente y espaciados sustancialmente por igual alrededor de la circunferencia menor de dicho recipiente, y

medios para hacer pasar una primera corriente continua a través de dichos primeros devanados y hacer pasar una segunda corriente continua a través de dichos segundos devanados en dirección contraria a dicha primera corriente continua para generar un campo magnético helicoidal que actúa en combinación con dicho campo magnético poloidal para producir una variación en un factor de seguridad q con radio menor en cualquier ángulo poloidal por lo que la polaridad de q se invierte cerca del borde exterior de la corriente de plasma, definiéndose q como el promedio sobre una superficie de flujo del número de tránsitos realizados alrededor de dicho espacio toroidal en la dirección toroidal por un magnético línea de flujo al hacer un solo tránsito en la dirección poloidal, donde un factor de seguridad q dentro de dicha corriente de plasma es la suma de dos componentes, siendo uno axisimétrico y sustancialmente proporcional a la relación del campo magnético toroidal al campo magnético poloidal,y el otro no es simétrico y sustancialmente helicoidalmente simétrico y sustancialmente la cantidad ##EQU43## donde b es una medida de la fuerza del campo magnético de dichos devanados helicoidales, R es el radio mayor de dicho espacio toroidal, r es el menor promedio radio de la superficie del flujo magnético, B.sub.θ,o es el campo magnético poloidal producido por dicha corriente de plasma toroidal, ##EQU44## es la derivada parcial de B.sub.θ,o con respecto a r,l es el número de dichos primeros devanados, k es el número de onda del campo magnético producido por dichos primer y segundo devanados, Ir es el radio menor medio de la superficie del flujo magnético, B.sub.θ,o es el campo magnético poloidal producido por dicha corriente de plasma toroidal, ##EQU44## es la derivada parcial de B.sub.θ,o con respecto a r,l es el número de dichos primeros devanados, k es el número de onda del campo magnético producido por dichos primer y segundo devanados, Ir es el radio menor medio de la superficie del flujo magnético, B.sub.θ,o es el campo magnético poloidal producido por dicha corriente de plasma toroidal, ##EQU44## es la derivada parcial de B.sub.θ,o con respecto a r,l es el número de dichos primeros devanados, k es el número de onda del campo magnético producido por dichos primer y segundo devanados, I_l (kr) es la función de Bessel modificada de orden l, y _l '(kr) es la derivada de _{l l} (kr) con respecto a su argumento, siendo q menor que 1 dentro de dicha corriente de plasma.

4. Un dispositivo de plasma toroidal que comprende

un recipiente de confinamiento toroidal que tiene paredes para definir un espacio toroidal y confinar gas en él,

medios para generar flujo magnético que une dicho espacio toroidal para inducir una corriente de plasma toroidal sustancial en él, produciendo dicha corriente de plasma toroidal un campo magnético poloidal sustancial,

medios para generar un campo magnético vertical dentro de dicho espacio toroidal, siendo dicho campo vertical perpendicular al plano ecuatorial de dicho espacio toroidal,

devanados primero y segundo enrollados sustancialmente de forma helicoidal alrededor de dicho recipiente con el mismo sentido de torsión en sustancialmente el mismo paso, estando dispuestos dichos primer y segundo devanados alternativamente y espaciados sustancialmente por igual alrededor de la circunferencia menor de dicho recipiente, y

medios para hacer pasar la primera corriente continua a través de dichos primeros devanados y la segunda corriente continua a través de dichos segundos devanados en dirección contraria a dicha primera corriente continua para generar un campo magnético helicoidal que actúa en combinación con dicho campo magnético poloidal y dicho campo vertical para producir campos cerrados y anidados superficies de flujo magnético espaciadas de dichas paredes del recipiente, en las que un factor de seguridad q dentro de dicha corriente de plasma es la suma de dos componentes, siendo uno axisimétrico y sustancialmente proporcional a la relación entre el campo magnético toroidal y el campo magnético poloidal, y el otro siendo no axisimétrico y sustancialmente helicoidalmente simétrica y sustancialmente la cantidad ##EQU45## donde b es una medida de la fuerza del campo magnético de dichos devanados helicoidales, R es el radio mayor de dicho espacio toroidal,r es el radio menor medio de la superficie del flujo magnético, B.sub.θ,o es el campo magnético poloidal producido por dicha corriente de plasma toroidal, ##EQU46## es la derivada parcial de B.sub.θ,o con respecto a r, l es el número de dichos primeros devanados, k es el número de onda del campo magnético producido por dichos primer y segundo devanados, I_l (kr) es la función de Bessel modificada de orden l, y I _l '(kr) es la derivada de Il(kr) con respecto a su argumento, definiéndose q como la media sobre una superficie de flujo del número de tránsitos realizados alrededor de dicho espacio toroidal en la dirección toroidal por una línea de flujo magnético al hacer un único tránsito en la dirección poloidal, y siendo la magnitud absoluta de q menor que 1 dentro de dicha corriente de plasma.

5. Un dispositivo de plasma toroidal según la reivindicación 4, en el que dichos medios para generar un campo vertical comprenden una pluralidad de bobinas circulares coaxiales con el eje mayor de dicho espacio toroidal.

6. Un dispositivo de plasma toroidal de acuerdo con la reivindicación 4, en el que el sentido de torsión de dichos devanados primero y segundo y la dirección de dicha corriente de plasma producen una variación en el factor de seguridad q con un radio menor en cualquier ángulo poloidal por lo que la polaridad de q se invierte cerca de el borde exterior de dicha corriente de plasma.

7. Un dispositivo de plasma toroidal según la reivindicación 6, en el que dichos medios para generar un campo vertical comprenden una pluralidad de bobinas circulares coaxiales con el eje mayor de dicho espacio toroidal.

8. Un dispositivo de plasma toroidal según la reivindicación 3 que incluye medios para generar un campo vertical dentro de dicho espacio toroidal, siendo dicho campo vertical perpendicular al plano ecuatorial de dicho espacio toroidal.

9. Un dispositivo de plasma toroidal según cualquiera de las reivindicaciones 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 y 8 que comprende además

medios para producir un campo magnético toroidal neto aplicado en dicho espacio toroidal.

10. Un dispositivo de plasma toroidal según la reivindicación 9, en el que dicho campo magnético helicoidal y dicho campo magnético poloidal generan una matriz de separación dentro de dicho espacio toroidal que delimita la región en la que existen dichas superficies anidadas de flujo magnético.

11. Un dispositivo de plasma toroidal según la reivindicación 10, en el que la distancia de dicha separadora desde el eje menor de dicho espacio toroidal aumenta con el aumento de dicha corriente de plasma.

12. Un dispositivo de plasma toroidal según la reivindicación 9 que incluye medios para separar dicha corriente de plasma de dichas paredes del vaso.

13. Un dispositivo de plasma toroidal según cualquiera de las reivindicaciones 1, 2 y 3, en el que dichas primera y segunda corrientes directas son sustancialmente iguales.

14. Un dispositivo de plasma toroidal según la reivindicación 9, en el que dichos medios para producir un campo magnético toroidal neto aplicado comprenden medios para desequilibrar dichas primera y segunda corrientes continuas.

15. Un dispositivo de plasma toroidal según la reivindicación 9, en el que dichos medios para generar flujo magnético comprenden un solenoide coaxial con el eje mayor de dicho espacio toroidal.

16. Un dispositivo de plasma toroidal según la reivindicación 15, en el que dicho recipiente de confinamiento toroidal comprende una pared toroidal delgada conductora.

17. Un dispositivo de plasma toroidal según la reivindicación 16 que incluye medios para evacuar dicho espacio toroidal.

18. Un dispositivo de plasma toroidal según la reivindicación 17, en el que el número de dichos devanados primero y segundo alrededor de la circunferencia menor es cada uno de dos.

19. Un dispositivo de plasma toroidal según la reivindicación 17, en el que el número de dichos primer y segundo devanados alrededor de la circunferencia menor es tres cada uno.

20. Un dispositivo de plasma toroidal según la reivindicación 17 que incluye una cubierta toroidal que contiene y está separada de dicho recipiente de confinamiento, siendo dicha cubierta de material eléctricamente conductor con el camino conductor interrumpido en la dirección toroidal.

21. Un dispositivo de plasma toroidal según la reivindicación 9, en el que dichos devanados primero y segundo están devanados con un paso tal que producen fuerzas de entredevanado relativamente pequeñas cuando dichas corrientes directas primera y segunda pasan a través de ellos.

22. Un dispositivo de plasma toroidal según la reivindicación 21, en el que dichos devanados están enrollados en un ángulo de aproximadamente 45º con respecto al eje menor del recipiente de confinamiento.

23. Un dispositivo de plasma que comprende

un recipiente de confinamiento que tiene un eje y una dirección axial y paredes que rodean el eje del mismo para definir un espacio y confinar el gas en él,

medios para producir una corriente de plasma sustancial dentro de dicho espacio en dicha dirección axial, produciendo dicha corriente de plasma un campo magnético sustancial alrededor de dicho eje dentro del plasma,

los devanados primero y segundo enrollados sustancialmente de forma helicoidal alrededor de dicho recipiente con el mismo sentido de torsión en sustancialmente el mismo paso, estando dispuestos dichos primer y segundo devanados alternativamente y espaciados sustancialmente por igual alrededor de dicho eje, y

medios para pasar la primera corriente continua a través de dichos primeros devanados y la segunda corriente continua a través de dichos segundos devanados en la dirección contraria a dicha primera corriente continua para generar un campo magnético helicoidal que actúa en combinación con el campo magnético producido por dicha corriente de plasma para producir un flujo magnético anidado superficies dentro de dicho plasma, cuyas superficies están separadas de dichas paredes del vaso y están cerradas en la dirección transversal al eje, en el que un factor de seguridad q dentro de dicha corriente de plasma es la suma de dos componentes, siendo uno axisimétrico y sustancialmente proporcional a la relación de campo magnético axial a campo magnético circunaxial,y el otro es no axisimétrico y sustancialmente helicoidalmente simétrico y sustancialmente la cantidad ##EQU47## donde b es una medida de la fuerza del campo magnético de dichos devanados helicoidales, L es la longitud de dicha corriente de plasma dentro de dicho espacio, r es la radio medio de la superficie del flujo magnético, B.sub.θ,o es el campo magnético circumaxial producido por dicha corriente de plasma axial, ##EQU48## es la derivada parcial de B.sub.θ,o con respecto a r, l es el número de dichos primeros devanados, k es el número de onda del campo magnético producido por dichos primer y segundo devanados, Io con respecto a r, l es el número de dichos primeros devanados, k es el número de onda del campo magnético producido por dichos primer y segundo devanados, Io con respecto a r, l es el número de dichos primeros devanados, k es el número de onda del campo magnético producido por dichos primer y segundo devanados, I_l (kr) es la función de Bessel modificada de orden l, e I _l '(kr) es la derivada de I _l (kr) con respecto a su argumento, definiéndose q como la media sobre una superficie de flujo del número de tránsitos de la longitud de la corriente de plasma por una línea de flujo magnético al hacer un solo tránsito alrededor de la corriente de plasma, y ​​siendo la magnitud absoluta de q menor que 1 dicha corriente de plasma.

24. Un dispositivo de plasma según la reivindicación 23, en el que el sentido de giro de dichos primer y segundo devanados y la dirección de dicha corriente de plasma producen una variación en el factor de seguridad q con la distancia desde el centro de dicha corriente de plasma en cualquier dirección transversal a dicha corriente de plasma. corriente de plasma por lo que la polaridad de q se invierte cerca del límite de dicha corriente de plasma.

25. Un dispositivo de plasma según cualquiera de las reivindicaciones 23 y 24, en el que dicho campo magnético helicoidal y dicho campo magnético producido por dicha corriente de plasma generan una separación dentro de dicho espacio que delimita la región en la que existen dichas superficies anidadas de flujo magnético.

26. Un dispositivo de plasma según la reivindicación 25, en el que la distancia de dicha separadora desde el centro de dicha corriente de plasma aumenta con el aumento de dicha corriente de plasma.

27. Un dispositivo de plasma según cualquiera de las reivindicaciones 23 y 24 que incluye medios para separar dicha corriente de plasma de dichas paredes del vaso.

28. Un dispositivo de plasma que comprende

un recipiente de confinamiento para definir un espacio que tiene un eje y una dirección axial y confinamiento de gas en el mismo,

medios para producir una corriente de plasma sustancial dentro de dicho espacio en dicha dirección axial, produciendo dicha corriente de plasma un campo magnético sustancial alrededor de dicho eje,

los devanados primero y segundo enrollados sustancialmente en forma helicoidal alrededor de dicho recipiente con el mismo sentido de torsión en sustancialmente el mismo paso, estando dispuestos dichos primer y segundo devanados alternativamente y espaciados sustancialmente por igual alrededor de dicho recipiente, y

medios para hacer pasar una primera corriente continua a través de dichos primeros devanados y una segunda corriente continua a través de dichos segundos devanados en la dirección contraria a dicha primera corriente continua para generar un campo magnético helicoidal que actúa en combinación con dicho campo magnético producido por dicha corriente de plasma para producir una variación en un factor de seguridad q con distancia desde el centro de dicha corriente de plasma en cualquier dirección transversal a dicha corriente de plasma por el cual la polaridad de q se invierte cerca del límite de dicha corriente de plasma, definiéndose q como el promedio sobre una superficie de flujo del número de tránsitos de la longitud de la corriente de plasma por una línea de flujo magnético al hacer un solo tránsito alrededor de la corriente de plasma, donde el factor de seguridad q dentro de dicha corriente de plasma es la suma de dos componentes,uno siendo axisimétrico y sustancialmente proporcional a la relación entre el campo magnético axial y el campo magnético circunaxial, y el otro siendo no axisimétrico y sustancialmente helicoidalmente simétrico y sustancialmente la cantidad ##EQU49## donde b es una medida de la fuerza del campo magnético de dicho devanados helicoidales, L es la longitud de dicha corriente de plasma dentro de dicho espacio, r es el radio menor promedio de la superficie de flujo magnético, B.sub.θ,o es el campo magnético circunaxial producido por dicha corriente de plasma axial, ##EQU50# # es la derivada parcial de Bθ,o con respecto a r, l es el número de dichos primeros devanados, k es el número de onda del campo magnético producido por dichos primer y segundo devanados, Iy el otro no es simétrico y sustancialmente helicoidalmente simétrico y sustancialmente la cantidad ##EQU49## donde b es una medida de la fuerza del campo magnético de dichos devanados helicoidales, L es la longitud de dicha corriente de plasma dentro de dicho espacio, r es la radio menor medio de la superficie del flujo magnético, B.sub.θ,o es el campo magnético circumaxial producido por dicha corriente de plasma axial, ##EQU50## es la derivada parcial de B.sub.θ,o con respecto a r, l es el número de dichos primeros devanados, k es el número de onda del campo magnético producido por dichos primer y segundo devanados, Iy el otro no es simétrico y sustancialmente helicoidalmente simétrico y sustancialmente la cantidad ##EQU49## donde b es una medida de la fuerza del campo magnético de dichos devanados helicoidales, L es la longitud de dicha corriente de plasma dentro de dicho espacio, r es la radio menor medio de la superficie del flujo magnético, B.sub.θ,o es el campo magnético circumaxial producido por dicha corriente de plasma axial, ##EQU50## es la derivada parcial de B.sub.θ,o con respecto a r, l es el número de dichos primeros devanados, k es el número de onda del campo magnético producido por dichos primer y segundo devanados, Io es el campo magnético circumaxial producido por dicha corriente de plasma axial, ##EQU50## es la derivada parcial de Bθ,o con respecto a r, l es el número de dichos primeros devanados, k es el número de onda de la campo magnético producido por dichos devanados primero y segundo, yoo es el campo magnético circumaxial producido por dicha corriente de plasma axial, ##EQU50## es la derivada parcial de Bθ,o con respecto a r, l es el número de dichos primeros devanados, k es el número de onda de la campo magnético producido por dichos devanados primero y segundo, yo_l (kr) es la función de Bessel modificada de orden l, y _{l l} '(kr) es la derivada de _{l l} (kr) con respecto a su argumento, siendo la magnitud absoluta de q menor que 1 dentro de dicha corriente de plasma.

29. Un dispositivo de plasma según cualquiera de las reivindicaciones 23, 24 y 28, en el que dichas corrientes directas primera y segunda son sustancialmente iguales.

30. Un dispositivo de plasma según cualquiera de las reivindicaciones 23, 24 y 28 que comprende además

medios para producir un campo magnético neto aplicado en dicha dirección en dicho espacio.

31. Un dispositivo de plasma según la reivindicación 30, en el que dichos medios para producir un campo magnético neto aplicado comprenden medios para desequilibrar dichas primera y segunda corrientes continuas.

32. Un dispositivo de plasma según la reivindicación 30, en el que dichos devanados primero y segundo están devanados con un paso tal que producen fuerzas de entredevanado relativamente pequeñas cuando dichas corrientes directas primera y segunda pasan a través de ellos.

33. Un dispositivo de plasma según la reivindicación 32, en el que dichos devanados están enrollados en un ángulo de aproximadamente 45º con respecto a la dirección axial.

34. Un método para operar un dispositivo de plasma toroidal que tiene un recipiente de confinamiento toroidal con paredes que definen un espacio toroidal y confinan gas en él, comprendiendo dicho método

induciendo una corriente de plasma toroidal sustancial en dicho espacio toroidal, produciendo dicha corriente de plasma toroidal un campo magnético poloidal sustancial, y

generar un campo magnético helicoidal al hacer pasar corrientes directas primera y segunda a través de devanados primero y segundo respectivos enrollados sustancialmente de forma helicoidal alrededor de dicho recipiente con el mismo sentido de torsión en sustancialmente el mismo paso, estando dispuestos dichos primer y segundo devanados alternativamente y sustancialmente separados por igual alrededor de la circunferencia menor de dicho recipiente, pasando dicha segunda corriente continua en la dirección contraria a dicha primera corriente continua,

combinándose dicho campo magnético helicoidal con dicho campo magnético poloidal para producir superficies de flujo magnético anidadas y cerradas separadas de dichas paredes del recipiente, en el que un factor de seguridad q dentro de dicha corriente de plasma es la suma de dos componentes, siendo uno axisimétrico y sustancialmente proporcional a la relación de campo magnético toroidal a campo magnético poloidal, y el otro no es simétrico y sustancialmente simétrico helicoidalmente y sustancialmente la cantidad ##EQU51## donde b es una medida de la fuerza del campo magnético de los devanados helicoidales, R es el radio mayor de dicho espacio toroidal, r es el radio menor medio de la superficie del flujo magnético, B.sub.θ,o es el campo magnético poloidal producido por dicha corriente de plasma toroidal, ##EQU52## es la derivada parcial de B.sub.θ, o con respecto a r, l es el número de dichas primeras vueltas,k es el número de onda del campo magnético producido por dicho primer y segundo devanado, I_l (kr) es la función de Bessel modificada de orden l, e I _l '(kr) es la derivada de I _l (kr) con respecto a su argumento, definiéndose q como la media sobre una superficie de flujo del número de tránsitos realizado alrededor de dicho espacio toroidal en la dirección toroidal por una línea de flujo magnético al realizar un único tránsito en la dirección poloidal, siendo la magnitud absoluta de q menor que 1 dentro de dicha corriente de plasma.

35. Un método de acuerdo con la reivindicación 34, en el que el sentido de giro de dichos devanados primero y segundo y la dirección de dicha corriente de plasma producen una variación en el factor de seguridad q con un radio menor en cualquier ángulo poloidal, por lo que la polaridad de q se invierte cerca del exterior. borde de dicha corriente de plasma.

36. Un método para operar un dispositivo de plasma toroidal que tiene un recipiente de confinamiento toroidal con paredes que definen un espacio toroidal y confinan el gas en él, comprendiendo dicho método

induciendo una corriente de plasma toroidal sustancial en dicho espacio toroidal, produciendo dicha corriente de plasma toroidal un campo magnético poloidal sustancial, y

generar un campo magnético helicoidal al hacer pasar corrientes directas primera y segunda a través de devanados primero y segundo respectivos enrollados sustancialmente de forma helicoidal alrededor de dicho recipiente con el mismo sentido de torsión en sustancialmente el mismo paso, estando dispuestos dichos primer y segundo devanados alternativamente y sustancialmente separados por igual alrededor de la circunferencia menor de dicho recipiente, pasando dicha segunda corriente continua en la dirección contraria a dicha primera corriente continua,

dicho campo magnético helicoidal combinándose con dicho campo magnético poloidal para producir una variación en un factor de seguridad q con un radio menor en cualquier ángulo poloidal por lo que la polaridad de q se invierte cerca del borde exterior de la corriente de plasma, definiéndose q como el promedio sobre un flujo superficie del número de tránsitos realizados alrededor de dicho espacio toroidal en la dirección toroidal por una línea de flujo magnético al realizar un solo tránsito en la dirección poloidal, y siendo la magnitud absoluta de q menor que 1 dentro de dicha corriente de plasma.

37. Un método para operar un dispositivo de plasma toroidal que tiene un recipiente de confinamiento toroidal con paredes que definen un espacio toroidal y confinan gas en él, comprendiendo dicho método

induciendo una corriente de plasma sustancial en dicho espacio toroidal, produciendo dicha corriente de plasma toroidal un campo magnético poloidal sustancial,

generar un campo magnético vertical dentro de dicho espacio toroidal, siendo dicho campo vertical perpendicular al plano ecuatorial de dicho espacio toroidal, y

generar un campo magnético helicoidal al hacer pasar corrientes directas primera y segunda a través de devanados primero y segundo respectivos enrollados sustancialmente de forma helicoidal alrededor de dicho recipiente con el mismo sentido de torsión en sustancialmente el mismo paso, estando dispuestos dichos primer y segundo devanados alternativamente y sustancialmente separados por igual alrededor de la circunferencia menor de dicho recipiente, pasando dicha segunda corriente continua en la dirección contraria a dicha primera corriente continua,

combinándose dicho campo magnético helicoidal con dicho campo magnético poloidal y dicho campo vertical para producir superficies de flujo magnético anidadas y cerradas separadas de las paredes del recipiente, en el que un factor de seguridad q dentro de dicha corriente de plasma es la suma de dos componentes, siendo uno axisimétrico y sustancialmente proporcional a la relación entre el campo magnético toroidal y el campo magnético poloidal, y el otro no es simétrico y sustancialmente simétrico helicoidalmente y sustancialmente la cantidad ##EQU53## donde b es una medida de la fuerza del campo magnético de los devanados helicoidales, R es el mayor radio de dicho espacio toroidal, r es el radio menor medio de la superficie de flujo magnético, B.sub.θ,o es el campo magnético poloidal producido por dicha corriente de plasma toroidal, ##EQU54## es la derivada parcial de B.sub .θ,o con respecto a r,l es el número de dichos primeros devanados, k es el número de onda del campo magnético producido por dichos primer y segundo devanados, I_l (kr) es la función de Bessel modificada de orden l, e I _l '(kr) es la derivada de I _l (kr) con respecto a su argumento, definiéndose q como la media sobre una superficie de flujo del número de tránsitos realizado alrededor de dicho espacio toroidal en la dirección toroidal por una línea de flujo magnético al realizar un único tránsito en la dirección poloidal, siendo la magnitud absoluta de q menor que 1 dentro de dicha corriente de plasma.

38. Un método según la reivindicación 37, en el que dicho campo vertical es generado por corrientes en devanados circulares coaxiales con el eje mayor de dicho espacio toroidal.

39. Un método de acuerdo con la reivindicación 37, en el que el sentido de torsión de dichos devanados primero y segundo y la dirección de dicha corriente de plasma producen una variación en el factor de seguridad q con un radio menor en cualquier ángulo poloidal, por lo que la polaridad de q se invierte cerca del exterior. borde de dicha corriente de plasma.

40. Un método según la reivindicación 39, en el que dicho campo vertical es generado por corrientes en devanados circulares coaxiales con el eje mayor de dicho espacio toroidal.

41. Un método según la reivindicación 36 que incluye el paso de generar un campo magnético vertical dentro de dicho espacio toroidal, siendo dicho campo vertical perpendicular al plano ecuatorial de dicho espacio toroidal.

42. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40 y 41, en el que se aplica un campo magnético toroidal neto en dicho espacio toroidal.

43. Un método según la reivindicación 42, en el que dicho campo magnético helicoidal y dicho campo magnético poloidal generan una separación dentro de dicho espacio toroidal que delimita la región en la que existen dichas superficies anidadas de flujo magnético.

44. Un método según la reivindicación 43, en el que la distancia de dicha separadora desde el eje menor de dicho espacio toroidal se incrementa aumentando dicha corriente de plasma.

45. Un método según la reivindicación 42, en el que dicha corriente de plasma se separa de dichas paredes del vaso.

46. ​​Un método según cualquiera de las reivindicaciones 34, 35 y 36, en el que dichas corrientes directas primera y segunda son sustancialmente iguales.

47. Un método según la reivindicación 42, en el que dicho campo magnético toroidal aplicado neto se produce al menos en parte por el desequilibrio de dichas primera y segunda corrientes continuas.

48. Un método según la reivindicación 42, en el que dicha corriente de plasma se induce cambiando el flujo magnético que une dicho espacio toroidal.

49. Un método para operar un dispositivo de plasma que tiene un recipiente de confinamiento con un eje y una dirección axial con paredes que rodean el eje del mismo para definir un espacio y confinar el gas en él, comprendiendo dicho método

producir una corriente de plasma sustancial en dicho espacio en dicha dirección axial, produciendo dicha corriente de plasma un campo magnético sustancial alrededor de dicho eje, y

generar un campo magnético helicoidal al hacer pasar corrientes directas primera y segunda a través de devanados primero y segundo respectivos enrollados sustancialmente de forma helicoidal alrededor de dicho recipiente con el mismo sentido de torsión en sustancialmente el mismo paso, estando dispuestos dichos primer y segundo devanados alternativamente y sustancialmente separados por igual alrededor de dicho eje, pasando dicha segunda corriente continua en la dirección contraria a dicha primera corriente continua,

combinándose dicho campo magnético helicoidal con dicho campo magnético producido por dicha corriente de plasma para producir superficies de flujo magnético anidadas dentro de dicho espacio, cuyas superficies están separadas de dichas paredes del recipiente y están cerradas en la dirección transversal al eje, en donde un factor de seguridad q dentro de dicho la corriente de plasma es la suma de dos componentes, uno es axisimétrico y sustancialmente proporcional a la relación entre el campo magnético axial y el campo magnético circunaxial, y el otro no es simétrico y sustancialmente helicoidalmente simétrico y sustancialmente la cantidad ##EQU55## donde b es una medida de la fuerza del campo magnético de dichos devanados helicoidales, L es la longitud de dicha corriente de plasma dentro de dicho espacio, r es el radio promedio de la superficie de flujo magnético, B.sub.θ,o es el campo magnético circumaxial producido por dicha corriente de plasma axial, ##EQU56## es la derivada parcial de Bθ,o con respecto a r, l es el número de dichos primeros devanados, k es el número de onda de el campo magnético producido por dichos devanados primero y segundo, yo_l (kr) es la función de Bessel modificada de orden l, e I _l (kr) es la derivada de I _l (kr) con respecto a su argumento, definiéndose q como el promedio sobre una superficie de flujo del miembro de tránsitos de la longitud de la corriente de plasma por una línea de flujo magnético al hacer un solo tránsito alrededor de la corriente de plasma, y ​​siendo la magnitud absoluta de q menor que 1 dentro de dicha corriente de plasma.

50. Un método de acuerdo con la reivindicación 49, en el que el sentido de torsión de dicho primer y segundo devanado y la dirección de dicha corriente de plasma producen una variación en el factor de seguridad q con la distancia desde el centro de dicha corriente de plasma en cualquier dirección transversal a dicho plasma. corriente por la que la polaridad de q se invierte cerca del límite de dicha corriente de plasma.

51. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 49 y 50, en el que dicho campo magnético helicoidal y dicho campo magnético producido por dicha corriente de plasma generan una separación dentro de dicho espacio que delimita la región en la que existen dichas superficies anidadas de flujo magnético.

52. Un método según la reivindicación 51, en el que la distancia de dicha separadora desde el centro de dicha corriente de plasma se incrementa aumentando dicha corriente de plasma.

53. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 49 y 50, en el que dicha corriente de plasma se separa de dichas paredes del vaso.

54. Un método para operar un dispositivo de plasma que tiene un recipiente de confinamiento para definir un espacio que tiene un eje y una dirección axial y confinar gas en él, comprendiendo dicho método

producir una corriente de plasma sustancial en dicho espacio en dicha dirección axial, produciendo dicha corriente de plasma un campo magnético sustancial alrededor de dicho eje, y

generar un campo magnético helicoidal al hacer pasar corrientes directas primera y segunda a través de devanados primero y segundo respectivos enrollados sustancialmente de forma helicoidal alrededor de dicho recipiente con el mismo sentido de torsión en sustancialmente el mismo paso, estando dispuestos dichos primer y segundo devanados alternativamente y sustancialmente separados por igual alrededor de dicho buque, pasando dicha segunda corriente continua en la dirección contraria a dicha primera corriente continua,

dicho campo magnético helicoidal combinándose con dicho campo magnético producido por dicha corriente de plasma para producir una variación en un factor de seguridad q con la distancia desde el centro de dicha corriente de plasma en cualquier dirección transversal a dicha corriente de plasma por lo que la polaridad de q se invierte cerca del límite de dicha corriente de plasma, definiéndose q como el promedio sobre una superficie de flujo del número de tránsitos de la longitud de la corriente de plasma por una línea de flujo magnético al hacer un solo tránsito alrededor de la corriente de plasma, y ​​siendo la magnitud absoluta de q menor que 1 dentro de dicha corriente de plasma.

55. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 49, 50 y 54, en el que dichas primera y segunda corrientes directas son sustancialmente iguales.

56. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 49, 50 y 54, en el que se aplica un campo magnético neto en la dirección de la corriente de plasma.

57. Un método según la reivindicación 56, en el que dicho campo magnético aplicado neto se produce al menos en parte por el desequilibrio de dichas primera y segunda corrientes continuas.

58. Un método según la reivindicación 56, en el que dicha corriente de plasma se induce cambiando el flujo magnético que une dicho espacio.

59. Un dispositivo de plasma toroidal según cualquiera de las reivindicaciones 1, 2 y 4 a 7, en el que dicho campo magnético helicoidal y dicho campo magnético poloidal generan una separación dentro de dicho espacio toroidal que delimita la región en la que existen dichas superficies anidadas de flujo magnético.

60. Un dispositivo de plasma toroidal según la reivindicación 59, en el que la distancia de dicha separadora desde el eje menor de dicho espacio toroidal aumenta con el aumento de dicha corriente de plasma.

61. Un dispositivo de plasma toroidal según cualquiera de las reivindicaciones 1, 2 y 4 a 7 que incluye medios para separar dicha corriente de plasma de dichas paredes del vaso.

62. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 34, 35 y 37 a 40, en el que dicho campo magnético helicoidal y dicho campo magnético poloidal generan una separación dentro de dicho espacio toroidal que limita la región en la que existen dichas superficies anidadas de flujo magnético.

63. Un método según la reivindicación 62, en el que la distancia de dicha separadora desde el eje menor de dicho espacio toroidal se incrementa aumentando dicha corriente de plasma.

64. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 34, 35 y 37 a 40, en el que dicha corriente de plasma se separa de dichas paredes del vaso.

65. Un dispositivo de plasma según cualquiera de las reivindicaciones 1, 2, 3, 23, 24, 28, 4, 5, 6 y 7, en el que el número de dichos primer y segundo devanados es cada uno más de 1.

66. Un dispositivo de plasma toroidal según la reivindicación 9, en el que el número de dichos primer y segundo devanados es cada uno más de 1.

67. Un dispositivo de plasma según la reivindicación 30, en el que el número de dichos primer y segundo devanados es cada uno más de 1.

68. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 34, 35, 36, 49, 50, 54, 37, 38, 39 y 40, en el que el número de dichos primer y segundo devanados es cada uno más de 1.

69. Un método de acuerdo con la reivindicación 42, en el que el número de dichos primer y segundo devanados es cada uno más de 1.

70. Un método según la reivindicación 56, en el que el número de dichos primer y segundo devanados es cada uno más de 1.

Citas de patentes (16)