CZ20001732A3 - Device for inertial electrostatic limited fusion IEC with pulsating inlet valve - Google Patents

Abstract

Pulzní neutron/protonový zdroj založený na provedení ustálené sférické inerciální elektrostatické ohraničené konfigurace (IEC) a využívající pulzní bránovou ventilovou mřížku (GVP). IEC-GVP zařízení obsahuje uzemněnou vodivou komoru (12) sloužící jako anoda, a centrální katodu nebo primární mřížku (13), kteráje připojena ke zdroji vysokého napětí. Dále, soustředně se zmíněnou centrální katodou (13) uvnitř komory (12)jsou umístěny prostřední druhá mřížka (14) a vnější třetí mřížka (15). Elektronová extrakční/emitovací zařízení (16)jsou umístěna v podstatě symetricky okolo obvodu komory (12) a obsahují elektronové extrakční deflektorové mřížky (17) a elektronové emitory (18), které přispívají k vylepšenému časovému iontovému toku v zařízení. Pro pulzování druhé mřížky jsou používány dvě techniky. První představuje operaci s nízkou opakovači rychlostí GVP (LR-GVP) a druhá představuje laděnéPulse-based neutron / proton-based source steady spherical inertial electrostatic bounded configuration (IEC) and using pulse gate valve Grid (GVP). The IEC-GVP device contains grounded a conductive chamber (12) serving as an anode, and a central cathode or a primary grid (13) that is connected to the source high voltage. Next, concentrically with the central one intermediate cathodes (13) are disposed within the chamber (12) a second grid (14) and an outer third grid (15). Elektronová the extraction / emitting devices (16) are disposed substantially symmetrically around the circumference of the chamber (12) and comprise electron beams extraction deflector grids (17) and electron emitters (18) that contribute to improved time ion flow in the device. They are used for pulsing the second grid two techniques. The first is a low repeater operation GVP (LR-GVP) and the other is tuned

Description

Oblast technikyTechnical field

Tato přihláška nárokuje tuzemskou prioritu U.S. Prozatímní Přihlášky SN 60/064,801 podané 12.listopadu 1997 a celý obsah této přihlášky je zde zahrnut jako odkaz.This application claims domestic priority of U.S. Pat. Provisional Application SN 60 / 064,801, filed Nov. 12, 1997, and the entire contents of this application are incorporated herein by reference.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Je známo Inerciální Elektrostatické Ohraničené (Inertial Electrostatic Confinement) (IEC) zařízení pro použití jako stabilní 2.5-MeV D-D neutronový zdroj v aplikacích jako je například Neutronová Aktivační Analýza (NAA), a sférické ICE uspořádání bylo již dříve předloženo v US Patentové Přihlášce SN 08/730,578, která je pokračováním přihlášky SN 08/232,764, nyní opuštěné, z nichž obě jsou zde uvedeny jako odkaz. IEC zařízení £, jak je vidět na obr.l, obsahuje sférickou vakuovou komoru 2 sloužící jako uzemněná anoda a mající několik vstupů, včetně plynového vstupu 3, který je spojen se zdrojem plynu (není zobrazen) pomocí plynového vedení _4 a ventilu 5. Plynem vstupujícím do nádoby je fůzní plyn obsahující jednu složku nebo směs složek jako například deuterium, tritium a He-3. Druhý vstup je spojen s vakuovou pumpou (není zobrazena) a třetí vstup £ je připojen k vysokonapěťovému napájecímu zdroji 8_ pomocí vysokonapěťové průchodky 9.An Inertial Electrostatic Confinement (IEC) device is known for use as a stable 2.5-MeV DD neutron source in applications such as Neutron Activation Analysis (NAA), and a spherical ICE arrangement has previously been presented in US Patent Application SN 08 / 730,578, which is a continuation of SN 08 / 232,764, now abandoned, both of which are incorporated herein by reference. The IEC device 6, as shown in Fig. 1, comprises a spherical vacuum chamber 2 serving as a grounded anode and having several inlets, including a gas inlet 3, which is connected to a gas source (not shown) by gas line 4 and valve 5. entering the vessel is a fusion gas comprising a single component or a mixture of components such as deuterium, tritium and He-3. The second input is connected to a vacuum pump (not shown) and the third input 8 is connected to the high voltage power supply 8 via the high voltage bushing 9.

» Mřížka 10 uprostřed sféry 2, která může být tvořena vodičem nebo strukturou lopatkovitého typu, má přednostně geometrickou průhlednost 80-97% a je spojena s vysokonapěťovým zdrojem 8_, který poskytuje záporný vysokonapěťový potenciál sloužící pro inicializaci a zachování výboje. Toto následně pracuje jako iontový urychlovač, plazma-cílová jednotka. Nyní dostupná komerční verze poskytuje přenosný neutronový zdroj s velkou životností s ustálenou úrovní produkce 10⁶-10⁷ n/s. Díky nízké ceně, bezpečnosti a povolovacím výhodám by měly tyto komerční IEC jednotky nahradit existující NAA neutronové zdroje jako je Californium-252 a malé urychlovací jednotky s pevným cílem.The grid 10 in the middle of the sphere 2, which may be formed by a conductor or a blade-like structure, preferably has a geometric transparency of 80-97% and is connected to a high voltage source 8 which provides a negative high voltage potential for initiating and maintaining the discharge. This subsequently works as an ion accelerator, a plasma-target unit. The commercial version now available provides a long-life portable neutron source with a steady-state production level of 10 ⁶ -10 ⁷ n / s. Due to low cost, safety and licensing benefits, these commercial IEC units should replace existing NAA neutron sources such as Californium-252 and small fixed target accelerators.

Během provozu je v IEC vytvořena ne-neutrální, neMaxwellianova plazma pomocí energetických iontů, které jsou urychleny a zaměřeny do středního bodu pomocí sférické mřížky 10, umístěné ve středu vakuové nádoby jak je zobrazeno na obr.l. Po vyplnění vakuové komory zvoleným plynem při požadovaném tlaku (<~ 10“⁵ Torr) je vytvořen plazmatický výboj přivedením vysokého záporného napětí (typicky 50-80 kV) na mřížku 10, takže jsou vytvořeny ionty a poté jsou extrahovány z plazmatického výboje mezi mřížkou 10 a stěnou komory 2. Pro neutronové aplikace jsou obecně používány deuterium nebo deuterium-tritiové směsi, vydávající příslušné 2.45 MeV nebo 14 MeV neutrony. Pro výrobu energetických protonů je používán plyn obsahující směs deuterium-helium-3. Za příslušných podmínek, kdy provedení mřížky vykazuje vyšší skutečnou průhlednost než je geometrická průhlednost a radiální uspořádání mřížkových otvorů pro dvě vnitřní mřížky, mohou být vytvořeny iontové paprsky (mikrokanálky) vytvářející tzv.hvězdicovitý mód zobrazený na obr.2. Ve středu sféry je vytvořena oblast hustého plazmatického jádra, ve které se paprsky sbíhají, čímž vytvářejí intenzivní fůzní reakční rychlost v této oblasti jádra. Mikrokanálky mají dvě výhody, pomáhají zaměřovat ionty a minimalizují srážky s iontovou mřížkou.During operation, a non-neutral, non-Maxwellellian plasma is generated in the IEC by energy ions that are accelerated and directed to the midpoint by a spherical lattice 10 located in the center of the vacuum vessel as shown in Figure 1. After filling the vacuum chamber of the selected gas at the desired pressure (<~ 10 ^"5 Torr) is formed plasma discharge by applying a high negative voltage (typically 50-80 kV) on the grid 10 so that the ions are formed and are then extracted from the plasma discharge between the grid 10 and chamber wall 2. For neutron applications, deuterium or deuterium-tritium mixtures are generally used, emitting respective 2.45 MeV or 14 MeV neutrons. A gas containing a deuterium-helium-3 mixture is used to produce energy protons. Under appropriate conditions, where the lattice design exhibits greater true transparency than geometric transparency and a radial arrangement of lattice apertures for the two inner lattices, ion beams (microchannels) may be formed to form the so-called star-like mode shown in Fig. 2. In the center of the sphere, a dense plasma core region is formed in which the beams converge, thereby creating an intense fusion reaction rate in this core region. Microchannels have two advantages, helping to target ions and minimizing collision with the ion lattice.

Jestliže je iontový proud dostatečný pro vytvoření silné virtuální anody v centrální plazmatické oblasti, pak je v IEC plazmě vytvořena jedinečná struktura plazmatického potenciálu. Tento potenciál urychluje a zaměřuje elektrony do středu oblasti jádra, přičemž vytváří virtuální katodu, • ·If the ion current is sufficient to form a strong virtual anode in the central plasma region, then a unique plasma potential structure is created in the IEC plasma. This potential accelerates and directs the electrons to the center of the core region, creating a virtual cathode.

- 3 jak je zobrazeno na obr.3. Tato struktura vede k rozložení potenciálu v zařízení nazývanému „dvojitá potenciálová jáma, které je velice přínosné pro funkci IEC, protože energetické ionty zachycené v „jámě vytvářejí vysokou fůzní rychlost. V praxi vedou rozšířené distribuční funkce ke zjednodušené struktuře „dvojité-jámy typu zobrazeného na obr.3, kde je ukázána idealizovaná IEC konfigurace s monoenergetickými ionty a elektrony a se zanedbatelným úhlovým momentem. Struktura rozložení potenciálu se bude šířit jako obojí energeticko-úhlové rozložení ve skutečném provedení systému.3 as shown in FIG. This structure leads to potential distribution in a device called a "double potential well, which is very beneficial for the IEC function, because the energy ions trapped in the" pit create a high fusion rate. In practice, the extended distribution functions lead to a simplified structure of the "double-pit" of the type shown in Fig. 3, where an idealized IEC configuration with mono-energy ions and electrons and with negligible angular momentum is shown. The potential distribution structure will propagate as both the energy-angular distribution in the actual system design.

Jak bylo dříve uvedeno, základní koncept IEC zavádí provedení mřížky vytvářející „hvězdicovitý mód výboje s mikrokanálky. Tento přístup zajišťuje jednoduchost, dobré zaostřování iontů a zvýšenou životnost mřížky. Mikrokanálky vytvářející pomocí mřížky potenciálové rozložení a odpovídající iontovou „optiku, zlepšují zaměřování iontů a vedou ke zvýšení životnosti mřížky. Při vysokých iontových proudech toto vylepšené zaměřování také pomáhá při vytváření silné dvojité potenciálové jámy v centrální oblasti jádra, popsané dříve, což vede k podstatnému zvýšení fůzních reakčních rychlostí.As previously stated, the basic IEC concept introduces a grid design creating a "star-shaped discharge mode with microchannels. This approach ensures simplicity, good ion focusing and increased grid life. Microchannels that create a potential distribution and corresponding ion "optics" through the grid improve ion targeting and lead to increased grid life. At high ion currents, this improved alignment also assists in creating a strong double potential well in the central region of the core described earlier, resulting in a substantial increase in fusion reaction rates.

V současných IEC zařízeních, která využívána v přenosných NAA aplikacích, symetrická konfigurace typu nezbytně potřebného pro funkci s vysokou výtěžností. Asymetrická provedení jsou také možná a využitelná. Například v „tryskovém funkčním módu jsou asymetrické paprsky zachycovány v potenciálové struktuře „dírou v ní vytvořenou zvětšeným jak je popsáno v PCT Mezinárodní jsou komerčně je používána a jsou nasměrovaný otvorem v mřížce,In current IEC devices, used in portable NAA applications, a symmetrical configuration of the type necessary for high yield function. Asymmetric designs are also possible and useful. For example, in "jet function mode, asymmetric beams are trapped in a potential structure" by a hole formed therein enlarged as described in PCT International are commercially used and are directed through a hole in the grid,

Přihlášce č. PCT/US97/19306, která je zde uvedena jako odkaz. Tato konfigurace má možné uplatnění při zpracování materiálů a jako nízko-výkonový pohon pro vyrovnávání oběžných drah vesmírných satelitů. Další ne-fůzní příklad zahrnuje účinnou výrobu paliva z metanu, jak je popsáno • · v PCT Mezinárodní Přihlášce č. PCT/US97/00147, která je zde uvedena jako odkaz. V tomto případě je struktura IEC potenciálové jámy použita pro koncentraci uhlíkových iontů v hlubší centrální pasti, což umožňuje pohyb vodíkových iontů směrem ven a zlepšuje formování řetězců C-60. IEC zařízení může být použito také jako zdroj rentgenových paprsků, jak je popsáno v PCT Mezinárodní Přihlášce č. PCT/US97/19307, která je zde uvedena jako odkaz.No. PCT / US97 / 19306, which is incorporated herein by reference. This configuration can be used in material processing and as a low-power drive for balancing the orbits of space satellites. Another non-fusion example involves the efficient production of fuel from methane as described in PCT International Application No. PCT / US97 / 00147, which is incorporated herein by reference. In this case, the IEC potential pit structure is used to concentrate carbon ions in a deeper central trap, allowing the outward movement of hydrogen ions and improving the formation of C-60 chains. The IEC device may also be used as an X-ray source as described in PCT International Application No. PCT / US97 / 19307, which is incorporated herein by reference.

Cílem vývoje IEC je vylepšení efektivnosti při generování neutronů, případně přechod k zařízením s vysokou-výtěžností potřebným pro budoucí energetické reaktory a vesmírné pohony.The goal of IEC development is to improve neutron generation efficiency, or to move to high-yield equipment needed for future power reactors and space propulsion.

Podle toho je cílem představovaného vynálezu zlepšit výkon konvenčních IEC zařízení pro dosažení vyšší neutronové výtěžnosti, a tím rozšířit využitelnost na oblasti vyžadující vyšší neutronové proudy, jako je neutronová tomografie, výroba izotopů, detekce výbušnin/ zemních dolů, a proměřování ropných vrtů. Ve skutečnosti může dosažení dokonce ještě vyšších reakčních rychlostí vést principiálně k vytvoření fůzního energetického zařízení založeného na IEC.Accordingly, it is an object of the present invention to improve the performance of conventional IEC devices to achieve higher neutron yield, thereby extending its applicability to areas requiring higher neutron fluxes such as neutron tomography, isotope production, explosive / ground mines detection, and oil well measurement. In fact, achieving even higher reaction rates can in principle lead to the creation of an IEC-based fusion power device.

Dalším předmětem vynálezu je zachování vlastností konvenčního IEC paprsku, ale zároveň zvýšení iontových proudů nad úroveň současných 10-100 mA v ustáleném stavu IEC operace.Another object of the invention is to maintain the properties of a conventional IEC beam, but at the same time increase the ion currents above the current 10-100 mA at steady state IEC operation.

Dalším předmětem vynálezu je poskytnutí způsobu jednoduchého a efektivního generování opakovaných pulzů vysokoenergetických iontů s následnou produkcí velkého množství neutronů a/nebo protonů.It is a further object of the invention to provide a method for generating repeatedly high energy ion pulses in a simple and efficient manner, with subsequent production of large quantities of neutrons and / or protons.

• ·• ·

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Klíčem pro získání ještě vyšší neutronové výtěžnosti je zachování konvenčních vlastností IEC paprsku a zvýšení iontových proudů nad úroveň současných 10-100 mA. Protože rychlost fůzní reakce se zvyšuje se čtvercem nebo vyšší energií iontového proudu, jestliže iontové proudy mohou být zvýšeny do více-ampérového rozsahu, pak rychlosti fůzní reakce překonají rychlosti současných zařízení o několik řádů. Při těchto úrovních je také předpokládána dvojitá potenciálová jáma pro vytvoření centrální oblasti jádra, zachycující energetické ionty, čímž se zvyšuje zachycování iontů a tím i rychlost reakce a energetická účinnost.The key to obtaining even higher neutron yields is to maintain the conventional properties of the IEC beam and increase the ion currents above the current 10-100 mA. Since the fusion reaction rate increases with a square or higher ion current energy, if the ion currents can be increased to the multi-amp range, then the fusion reaction rates exceed the velocities of the current devices by several orders of magnitude. At these levels, a double potential well is also envisaged to form a central region of the nucleus, trapping energy ions, thereby increasing ion trapping and thereby reaction rate and energy efficiency.

Pro dosažení tohoto výsledku využívá představovaný vynález techniku pulzujícího bránového-ventilu (GVP), která poskytuje praktický způsob pro dosažení vysokých iontových proudů vyžadovaných pro vysoké reakční rychlosti, přičemž dosahuje průměrnou časovou rychlost neutronového a/nebo protonového zdroje v rozsahu 10¹¹ - 10¹⁴/sec.To achieve this result, the present invention employs a pulsed gate valve (GVP) technique that provides a practical way to achieve the high ion currents required for high reaction rates while achieving an average time velocity of neutron and / or proton sources in the range of 10 ¹¹ - 10 ¹⁴ / sec.

Pulzní GVP-IEC zařízení podle představovaného vynálezu umožňuje pulzování podle dvou odlišných technik. První je GVP operace s nízkou opakovači rychlostí (LR-GVP) a druhou je laditelné vysokofrekvenční pulzování nazývané Rezonanční Iontově Řízená Oscilace (Resonant Ion Driven Oscillation)(RIDO) GVP zařízení.The pulsed GVP-IEC device of the present invention allows pulsing according to two different techniques. The first is a Low Repetition Rate GVP (LR-GVP) operation and the second is a tunable high-frequency pulse called Resonant Ion Driven Oscillation (RIDO) of the GVP device.

Strukturově obě provedení GVP-IEC představují pozměněnou verzi ustálené sférické IEC konfigurace dříve předložené v US patentové přihlášce S.N. 08/232,764. Přesněji, obojí GVP a RIDO-GVP verze IEC používají „bránový mřížkový systém obsahující elektronové emitory, elektronovou naváděcí mřížku a bránovou-ventilovou mřížku, v kombinaci se zdrojem pulzního napětí, který poskytuje požadovaný nárůst iontových proudů.Structurally, both embodiments of the GVP-IEC represent an altered version of the steady-state spherical IEC configuration previously presented in U.S. Patent Application S.N. 08 / 232,764. More specifically, both the GVP and the RIDO-GVP IEC versions use a "gate grating system containing electron emitters, an electron guidance grating, and a gate-valve grating, in combination with a pulse voltage source that provides the desired increase in ion currents.

Během operace je bránová-ventilová mřížka podle představovaného vynálezu nejprve vybavena předpětím pro • ·During operation, the gate-valve grid of the present invention is first provided with a bias for

- 6 podržení nebo „uložení iontů vyprodukovaných elektronověneutrálními kolizemi ve zdrojové oblasti IEC zařízení. Potom je napětí na bránové-ventilové mřížce náhle sníženo, což umožňuje extrakci, urychlení a zaměření „uložených iontů pomocí centrální vysokonapěťové katodové mřížky. Poté, co je získán požadovaný pulz fůzních produktů (neutronů a/nebo protonů), bránová-ventilová mžížka se vrátí do svého původního předpěťového stavu a procedura je opakována s pulzní opakovači rychlostí typicky 100-1000 Hz pro „nízkou opakovači rychlost operace, která je dostatečná pro dosažení požadovaného časově průměrného neutronového/protonového toku.- 6 holding or "storing ions produced by electron-neutral collisions in the source area of the IEC device." Thereafter, the voltage at the gate-valve grid is suddenly reduced, allowing extraction, acceleration and targeting of the stored ions by means of a central high-voltage cathode grid. After the desired pulse of the fusion products (neutrons and / or protons) is obtained, the gate-valve lattice returns to its initial bias state and the procedure is repeated with a pulse repeater rate of typically 100-1000 Hz for a "low repetition rate of operation that is sufficient to achieve the desired time-average neutron / proton flux.

V RIDO-GVP technice je pulzování spouštěno s frekvencí laděnou podle iontového recirkulačního času systému (typicky v rozsahu MHz). Toto ladění umožňuje vyšší iontové proudy díky svazkování a superpozici recirkulovaných iontových paprsků. V tomto případě je ladění nastaveno ve specifickém GVP-IEC zařízení pomocí monitorování neutronové rychlosti, přičemž vybraný napájecí zdroj je řízen v rozsahu frekvencí například 1-10 MHz. Rezonance s iontovou recirkulační frekvencí zařízení je signalizována podstatným zvýšením produkce neutronů. Je-li jednou vybrána, pak tato rezonanční frekvence může být zachována pro následující operaci tohoto daného zařízení. Protože iontová recirkulační frekvence závisí na parametrech zařízení, procedura musí být opakována při použití jiného GVP-IEC zařízení.In the RIDO-GVP technique, pulsation is triggered at a frequency tuned to the ionic recirculation time of the system (typically in the MHz range). This tuning allows higher ion currents due to bundling and superposition of recirculated ion beams. In this case, tuning is set in a specific GVP-IEC device by neutron speed monitoring, with the selected power supply being controlled in a frequency range of, for example, 1-10 MHz. Resonance with the ionic recirculation frequency of the device is signaled by a substantial increase in neutron production. Once selected, this resonant frequency can be retained for the next operation of the device. Since the ion recirculation frequency depends on the device parameters, the procedure must be repeated using another GVP-IEC device.

Výhodou GVP-IEC pojetí pracujícího v libovolném z těchto dvou módů je možnost dosažení vyšších fůzních reakčních rychlostí a zvýšené výkonové účinnosti, přičemž je stále používán relativně jednoduchý pulzní systém v porovnání s dalšími možnými provedeními pulzního IEC.The advantage of the GVP-IEC concept operating in either of these two modes is the ability to achieve higher fusion reaction rates and increased power efficiency, while still using a relatively simple pulse system compared to other possible pulse IEC embodiments.

Dosavadní IEC pulzní přístupy typicky využívali přímé pulzování centrální katody nebo pulzování elektronového emitoru. V porovnání s přímým pulzováním katody jsou • · • ·Previous IEC pulse approaches typically utilized direct central cathode pulsing or electron emitter pulsing. Compared to direct pulsing of the cathode,

- 7 vyžadována mnohem menší pulzní napětí, například 100-500V pro bránovou ventilovou mřížku v porovnání s 50-100kV pro přímý způsob. Přestože pulzování elektronových emitorů umožňuje také relativně nízké pulzní napětí, na druhou stranu neumožňuje akumulaci (uložení) iontů před vlastním pulzem jako je tomu u bránové ventilové mřížky.- 7 much lower pulse voltages are required, for example 100-500V for the gate valve grille compared to 50-100kV for the direct mode. Although the pulsing of the electron emitters also allows a relatively low pulse voltage, on the other hand, it does not allow the accumulation (storage) of ions before the actual pulse, as is the case with the gate valve grid.

Během operace LR-GVP bránový-ventilový iontový „vstřikovací systém využívá elektronové emitory umístěné okolo obvodu IEC komory pro poskytování podpůrného hrotového ionizačního zdroje pro vygenerování iontů. Poloha a počet emitorů jsou zvoleny tak, aby udržovaly rozumně jednotnou volitelnou hustotu v ionizačním objemu, typicky vyžadující rozteč emitorů rovnou volitelné střední volné dráze v ionizačním objemu. V tomto objemu jsou proto vygenerovány ionty o zcela jednotné hustotě elektronověneutrálními ionizačními srážkami. Avšak místo náhodného vstupu do centrální potenciálové jámy jsou ionty vygenerované tímto způsobem zadrženy v objemu mezi stěnou komory a bránovou mřížkou až do okamžiku, kdy je napětí na bránové mřížce náhle sníženo ~100V („otevření bránového ventilu). Toto umožňuje tok iontů do jádra pod vlivem elektrického pole vygenerovaného vysokým napětím (~50lOOkV) na katodové mřížce. Centrální katodový potenciál proto slouží jako iontový extrakční mechanismus během této fáze pulzu.During operation, the LR-GVP gate-valve ion injection system utilizes electron emitters located around the IEC chamber circuit to provide a supporting spike ionization source to generate ions. The position and number of emitters are selected to maintain a reasonably uniform selectable density in the ionization volume, typically requiring an emitter pitch equal to the selectable mean free path in the ionization volume. Therefore, in this volume, ions of completely uniform density are generated by electron-neutral ionization collisions. However, instead of accidentally entering the central potential well, the ions generated in this way are retained in volume between the chamber wall and the gate grid until the voltage on the gate grid is suddenly reduced by ~ 100V ("Gate Valve Opening"). This allows ions to flow into the core under the influence of the electric field generated by the high voltage (~ 50kOOkV) on the cathode grid. The central cathode potential therefore serves as an ion extraction mechanism during this pulse phase.

RIDO-GVP operace nabízí dokonce ještě větší iontové proudy než nízkofrekvenční GVP operace díky svazkování a kombinování iontových paprsků. Podle toho, RIDO-GVP zahrnuje přidání vysokofrekvenčních obvodů a velké přesnosti časování po sobě jdoucích čel iontových vln pro znásobení proudu v plazmatickém jádře. Kolizní výbojový mechanismus bude hrát důležitou roli v distribuci iontů a proto vyžaduje přesné ladění.The RIDO-GVP operation offers even greater ion currents than the low-frequency GVP operation by bundling and combining ion beams. Accordingly, RIDO-GVP involves the addition of high frequency circuits and high timing accuracy of successive ion wave fronts to multiply the current in the plasma core. The collision discharge mechanism will play an important role in ion distribution and therefore requires accurate tuning.

• · • ·• · • ·

Přehled obrázků na výkresechBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Obr.l ukazuje schematicky Inerciální Elektrostatické Ohraničené (IEC) zařízení používané pro generování neutronů.Figure 1 shows schematically an Inertial Electrostatic Enhanced (IEC) device used for neutron generation.

Obr.2 ukazuje schematicky konvenční IEC zařízení pracující ve „hvězdicovitém módu, přičemž jsou vytvořeny skupiny mikrokanálků iontů, které procházejí otvory mřížky tak, že skutečná průhlednost je větší než geometrická průhlednost.Fig. 2 shows schematically a conventional "star-mode" IEC device, forming groups of micro-channels of ions that pass through the apertures of the grid such that the actual transparency is greater than the geometric transparency.

Obr.3 ukazuje průběh potenciálových změn existujících v IEC zařízení ve vztahu k anodovému obalu a katodové mřížce. Na tomto obrázku je předpokládáno, že iontový proud je dostatečný pro vytvoření silné virtuální anody, která následně urychluje a zaměřuje elektrony v centrální oblasti, přičemž vytváří dvojitou potenciálovou jámu zobrazenou v oblasti jádra.Fig. 3 shows the course of potential changes existing in the IEC device in relation to the anode sheath and the cathode grid. In this figure, it is assumed that the ionic current is sufficient to create a strong virtual anode, which in turn accelerates and directs the electrons in the central region, creating a double potential well displayed in the core region.

Obrázky 4a a 4b ukazují „bránový mřížkový systém (elektronové emitory, elektronovou naváděcí mřížku a bránovou ventilovou mřížku) použitý v představovaném vynálezu společně se zobrazením průběhu potenciálu pro tuto strukturu, a dále iontovou dráhu a ionizační oblasti uvnitř IEC zařízení. Všimněte si průběhu potenciálu zařízení během klidového módu (standby) (bránová ventilová mřížka zavřena), ionizační oblasti mezi druhou a třetí mřížkou a vnitřní katodové „spádové oblasti, kde se vyskytuje skokový potenciálový gradient mezi bránovou ventilovou mřížkou a katodou.Figures 4a and 4b show the "gate grating system (electron emitters, electron guide grille and gate valve grille) used in the present invention together with the representation of the potential waveform for this structure, as well as the ion path and ionization regions within the IEC device. Note the course of the device potential during standby (gate valve grille closed), ionization area between the second and third grids, and the internal cathode "catchment area" where there is a step potential gradient between the gate valve grille and the cathode.

Obrázky 5a a 5b představují zobrazení napětí vzhledem ke vzdálenosti od centrální osy příslušného IEC zahrnujícího představovaný vynález, kde je potenciál zvýšen, a zařízení, kde je bránový potenciál snížen. Všimněte si, že v pozdějším stavu spádový potenciál proniká (šíří se) do ionizační oblasti.Figures 5a and 5b show representations of voltage with respect to the distance from the central axis of the relevant IEC including the present invention where the potential is increased and the device where the gate potential is reduced. Note that in a later state the gradient potential penetrates (spreads) into the ionization region.

zařízeni bránový • · • ·Gateway equipment • · • ·

Obr.6 je grafickou interpretací přednostního pojetí představovaného vynálezu ukazující přítomnost „vlnových paketů iontů pohybujících se dozadu a dopředu (recirkulujících) mezi vnější mřížkou a vnitřní mřížkou. Jak je zobrazeno, sladění potenciálové frekvence na bránové ventilové mřížce s recirkulační frekvencí iontových paketů superponuje pakety a tím zvyšuje jejich iontovou hustotu.6 is a graphical interpretation of a preferred embodiment of the present invention showing the presence of &quot; backward and forward (recirculating) &quot; wave packets of ions between an outer grating and an inner grating. As shown, matching the potential frequency on the gate valve lattice to the ion packet recirculation frequency superimposes the packets and thereby increases their ion density.

Obr. 7 představuje výkon založený na přivedených napětích a proudech, které jsou aplikovány na troj-mřižkové IEC zařízení využívající představovaný vynález, zahrnující operaci v ustáleném stavu a v pulzních módech.Giant. 7 illustrates power based on the applied voltages and currents that are applied to a three-grid IEC device utilizing the present invention, including steady state operation and pulse modes.

Obr.8 je obvodový diagram systému napájecího zdroje pro GVP-IEC zahrnující obvod tvořící pulzy používaný v představovaném vynálezu.Fig. 8 is a circuit diagram of a power supply system for a GVP-IEC including a pulse generating circuit used in the present invention.

Příklady provedení vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

IEC-GVP zařízení 11 je zobrazeno na obr.4a a obsahuje strukturu podobnou IEC zařízení na obr.l, včetně uzemněné vodivé komory 12 sloužící jako anoda a centrální katody nebo primární mřížky 22, která je připojena ke zdroji vysokého napětí (není zobrazen) . Dále jsou uvnitř komory 12 soustředně s centrální katodou 13 umístěny prostřední druhá mřížka 14 a vnější třetí mřížka 15. Okolo obvodu komory jsou umístěna v podstatě symetricky extrakční/emitující zařízení 16 obsahující elektronové extrakční deflektorové mřížky 17 a elektronové emitory 22' které přispívají ke zvýšenému časovému iontovému toku v zařízení.The IEC-GVP device 11 is shown in Fig. 4a and comprises a structure similar to the IEC device in Fig. 1, including a grounded conductive chamber 12 serving as an anode and a central cathode or primary grid 22 that is connected to a high voltage source (not shown). Furthermore, a central second grid 14 and an outer third grid 15 are disposed concentrically within the chamber 12 with the central cathode 13. Around the chamber periphery, a substantially symmetrical extraction / emitting device 16 comprising electron extraction deflector gratings 17 and electron emitters 22 'are provided which contribute to increased time. ion flux in the device.

Základním principem funkce IEC zařízení GVP typu je zaplavení vnější oblasti 23 zařízení (t.j. ionizačního objemu mezi vnější mřížkou 15 a střední mřížkou 14 na obr.4b) elektrony „vypařenými ze skupiny elektronových emitorů 18 konvenčního tvaru, které jsou umístěny strategicky okolo obvodu zařízení. Umístění emitorů je • · • · • · · • ·The basic principle of operation of the IEC GVP-type device is to flood the outer area 23 of the device (i.e., the ionization volume between outer grid 15 and center grid 14 in FIG. 4b) with electrons "vaporized" from conventional electron emitters 18 positioned strategically around the periphery. The location of the emitters is

- ίο - :- - -

založeno na střední vzdálenosti elektronové dráhy před ztrátami ve srážkách. Urychlovací mřížky emitorových zařízení táhnou elektrony do vakuové komory, kde se vzápětí setkají s naváděcí mřížkou 15 s kladným předpětím. Tato mřížka 15 slouží k nasměrování elektronových drah do úzkého pouzdrovítého objemu umístěného obvodově okolo vnitřního povrchu stěny komory, čímž definuje ionizační oblast 23, kde elektrony vzájemně reagují s plynem v prostředí a vytvářejí ionty pomocí srážkové ionizace. Tyto elektrony 19 cestují po obvodu a oscilují tam a zpět přes ionizační oblast 23, přičemž se postupně zpomalují nárazovými ionizačními srážkami s plynem v prostředí až do okamžiku, kdy jsou úplně ztraceny rekombinaci nebo srážkami s mřížkami nebo stěnou komory. Ionty vygenerované elektronovými srážkami v této oblasti budou ovlivněny jen malou nebo vůbec žádnou silou, protože není přítomno žádné aplikované elektrické pole. V tomto stavu je vysoké napětí katody „odstíněno od ionizační oblasti pomocí potenciálu na bránové ventilové mřížce 14 . Následkem toho se ionty pouze pomalu rozptylují z ionizační oblasti a tím umožňují vytvoření vysoké hustoty iontů v této oblasti. Tento stav může být považován za „ukládání iontů v přípravě na následné vygenerování iontového pulzu.based on the mean distance of the electron path before collision losses. The accelerator grids of the emitter devices pull the electrons into the vacuum chamber, where they immediately encounter a positive bias guide grid 15. This lattice 15 serves to direct the electron paths into a narrow encapsulated volume circumferentially around the inner surface of the chamber wall, thereby defining an ionization region 23 where electrons interact with the gas in the environment to form ions by collision ionization. These electrons 19 travel circumferentially and oscillate back and forth across the ionization region 23, gradually slowing them by impact gas ionization collisions in the environment until they are completely lost by recombination or by collisions with the lattice or chamber wall. The ions generated by electron collisions in this area will be affected by little or no force because there is no applied electric field. In this state, the high voltage of the cathode is shielded from the ionization region by the potential on the gate valve grid 14. As a result, the ions only slowly dissipate from the ionization region and thereby allow the formation of a high ion density in this region. This condition can be considered as "ion storage" in preparation for the subsequent generation of an ion pulse.

Pro pulzování IEC je na prostřední anodovou mřížku 14 sloužící jako „brána přiveden potenciál, který je rychle (~<100us) snížen o 100V na lkV. Toto umožňuje potenciálu centrální katody 13 o hodnotě 10-100kV proniknout do vnější ionizační oblasti 23 a vybrat zde „uložené ionty. Potenciál bránové ventilové mřížky 14 je přepnut zpět na svoji původní hodnotu poté, co uložená skupina iontů opustila ionizační oblast, t.j. během periody 500ns nebo kratší. Takto vybrané ionty jsou urychlovány do centrální katodové oblasti 21 pomocí plně-aplikovaného potenciálu centrální katody 13. Urychlené ionty se budou sbíhat do bodu v oblasti jádra zařízení, kde vytvoří hustou centrální « ·For IEC pulsation, a gate potential is applied to the intermediate anode grid 14 serving as the gate, which is rapidly (~ <100us) reduced by 100V per lkV. This allows the potential of a 10-100kV central cathode 13 to penetrate the outer ionization region 23 and select &quot; stored ions &quot; The potential of the gate valve grille 14 is switched back to its original value after the stored ion group has left the ionization region, i.e. during a period of 500ns or less. The ions thus selected are accelerated to the central cathode region 21 by the fully-applied potential of the central cathode 13. The accelerated ions will converge to a point in the core region of the device where they form a dense central cathode.

- 11 jádrovou plazmu 21, v níž nastávají fůzní reakce a tím jsou generovány vysoko-energetické protony a neutrony z D-D (nebo jiného fůzního plynu) fůzní reakce. Sférické pouzdro 23 iontů se opět reformuje díky setrvačnosti iontů, která je přenáší vnitřní spádovou oblastí 22 a zpět po aplikovaném potenciálu až se zastaví na potenciálu rovném potenciálu v bodě vygenerování pomocí kolizní ionizace. V tomto procesu jsou některé ionty ztraceny v reakcích, při výměně nábojů a v kolizích s mřížkou. Avšak mnoho z nich je opět urychleno zpět do centrální plazmatické jádrové oblasti 21 a pokračuje v recirkulaci. Tato recirkulace iontů pokračuje až do okamžiku, kdy je jejich množství podstatně vyčerpáno (<25% původního). Protože iontová recirkulační doba je krátká (ms časové měřítko), potenciál bránové ventilové mřížky zůstává na své nízké hodnotě po dobu milisekund tak, aby byla plně využita výhoda zvýšených fůzních reakcí vytvořených recirkulaci iontů. Jsou-li mřížkové otvory na katodové mřížce provedeny pro hvězdicovitý mód operace, jak je popsáno v U.S. Patentové Přihlášce č.08/232,764, a tyto otvory jsou orientovány tak, aby byly radiálně uspořádány s otvory v bránové ventilové mřížce 14, pak budou během recirkulačního iontového toku vytvořeny iontové mikrokanálky (vlastnost hvězdicovitého módu), poskytující vylepšené zaměřování a vyšší reakční rychlosti v jádře. Průběh potenciálu v GVP-IEC před otevřením bránové ventilové mřížky je zobrazen na obr.4a, na kterém se operační potenciály pohybují v rozsahu +100V až -lOOkV, jak je zobrazeno, ale s konstantním potenciálem (zanedbatelné elektrické pole) v ionizační oblasti.11 a core plasma 21 in which fusion reactions occur, thereby generating high-energy protons and neutrons from the D-D (or other fusion gas) fusion reactions. The spherical ion capsule 23 is reformed again due to the inertia of the ions which transports them through the inner downstream region 22 and back along the applied potential until it stops at a potential equal to the potential at the point of generation by collision ionization. In this process, some ions are lost in reactions, charge exchange, and grid collisions. However, many of them are again accelerated back to the central plasma core region 21 and continue to recirculate. This recirculation of the ions continues until the amount is substantially depleted (<25% of the original). Because the ionic recirculation time is short (ms time scale), the gate valve grid potential remains at its low value for milliseconds so as to take full advantage of the increased fusion reactions generated by ion recirculation. When lattice openings on the cathode lattice are made for star-shaped operation, as described in U.S. Pat. Patent Application No. 08 / 232,764, and these openings are oriented radially with the openings in the gate valve grid 14, then ionic microchannels (star mode feature) will be formed during the recirculating ion flow, providing improved targeting and higher reaction rates in the core. The potential waveform in the GVP-IEC prior to opening the gate valve grid is shown in Figure 4a, in which the operational potentials range from + 100V to -100kV as shown, but with a constant potential (negligible electric field) in the ionization region.

Konstrukčně je upřednostňováno, aby byl dostatečný počet otvorů ve třech mřížkách vzájemně orientován v radiálním směru tak, aby měly vysokou geometrickou průhlednost a byly schopny podporovat vysokou efektivní průhlednost pro ionty, takže se uvnitř komory může vyvinout požadovaný počet iontových paprsků pro požadovaný • · • · · ·Structurally, it is preferred that a sufficient number of holes in the three grids be oriented in a radial direction relative to each other so that they have high geometric transparency and are capable of promoting high effective transparency for the ions so that the desired number of ion beams can develop within the chamber. · ·

hvězdicovitý mód nebo halo mód. Mřížky samotné mohou mít lopatkovitou strukturu nebo strukturu vodičového-typu, které jsou známé v tomto oboru, a přinejmenším katoda bude mít požadovaný h/R parametr, jak je popsáno v U.S. Patentové Přihlášce č.08/232,764, kde h je výškový rozdíl mezi sférickým povrchem mřížky a rovinou mřížky, a R je poloměr mřížky. Tlak uvnitř komory může být zachován pomocí getru nebo pumpy nebo kombinací těchto konvenčních technik.star or halo mode. The grids themselves may have a paddle or conductor-type structure known in the art, and at least the cathode will have the desired h / R parameter as described in U.S. Pat. No. 08 / 232,764, where h is the height difference between the spherical surface of the grid and the plane of the grid, and R is the radius of the grid. The pressure inside the chamber may be maintained by a getter or pump or a combination of these conventional techniques.

Obrázky 5a a 5b ukazují schematicky iontovou extrakci z ionizační oblasti proniknutím centrálního katodového potenciálu poté, co je sníženo bránové napětí v trojmřížkovém provedení zobrazeném na obrázcích 4a a 4b. Jak již bylo řečeno, vnější dvě mřížky 14 a 15 v systému slouží dvěma účelům: a) vnější mřížka 15 navádí elektrony získané z elektronových emitorů tak, že v kombinaci s bránovou ventilovou mřížkou 14 jsou elektrony přinuceny procházet obvodově okolo ionizační oblasti. Kombinace dvou mřížek tak vytváří minimální nároky pro elektrony určené k vyslání a umožňuje, aby ionizace zůstala lokalizována v oblasti bez pole, a b) prostřední „bránová mřížka 14 slouží jako ventil pro selektivní přijímání skupin iontů do oblasti jádra. Jak je vidět na obrázcích 5a a 5b, bránový ventilový potenciál může být zvýšen nebo snížen, čímž umožňuje proniknutí potenciálu centrální katody do ionizační oblasti a tím extrakci iontů. Obrázek ukazuje ionty (schematicky zobrazeny jako tečky) „uložené v ionizační oblasti, kde jsou uchovány až do okamžiku, kdy je náhle snížena hodnota bránového potenciálu a ionty jsou urychlovány směrem ke středu potenciálovým gradientem („spádová oblast) vytvořeným potenciálem na centrální katodové mřížce.Figures 5a and 5b show schematically ion extraction from the ionization region by penetrating the central cathode potential after reducing the gate voltage in the three-grid embodiment shown in Figures 4a and 4b. As already mentioned, the outer two grids 14 and 15 in the system serve two purposes: a) the outer grille 15 guides the electrons obtained from the electron emitters so that, in combination with the gate valve grille 14, the electrons are forced to circumferentially pass the ionization region. Thus, the combination of the two lattices creates minimal requirements for the electrons to be emitted and allows ionization to remain localized in the field-free region, and b) the central "gate lattice 14 serves as a valve for selectively receiving ion groups into the core region. As seen in Figures 5a and 5b, the gate valve potential can be increased or decreased, thereby allowing the potential of the central cathode to penetrate the ionization region and thereby ion extraction. The figure shows ions (schematically depicted as dots) "stored in the ionization region where they are stored until the gate potential value is suddenly reduced and the ions are accelerated towards the center by the potential gradient (" gradient region ") generated by the potential on the central cathode lattice.

Jednou podstatnou výhodou troj-mřižkového emitorověpodporovaného GVP-IEC systému je to, že ionty vždy startují v ionizačním objemu poblíž stěny komory a proto jsou urychlovány na svoji plně-aplikovanou potenciálovou energii v centrální jádrové plazmatické oblasti, což vede keOne significant advantage of the three-lattice emitter-supported GVP-IEC system is that the ions always start in ionization volume near the chamber wall and are therefore accelerated to their fully-applied potential energy in the central core plasma region, resulting in

- 13 • · « · · · » • · · « · · · « « · · · · · · · • V · · · ♦ • · · · · » snížení rozptylu energie iontu, větší efektivnosti a vylepšenému zaměřování. Dále, protože plazmatický výboj je podporován emisí elektronového generátoru (vs. Sekundární elektronová emise z mřížek), tlak plynu v prostředí může být podstatně snížen, čímž jsou podstatně sníženy iontové izotropizační efekty od rozptylujících srážek a energetických ztrát ze srážek s výměnou náboje. Dále, jak bylo naznačeno dříve, pulzující napětí požadované pro bránovou ventilovou mřížku je obecně nízké (<lkV) v porovnání s přímým pulzováním centrální anody, které by vyžadovalo pulzující napětí řádu desítek kV. Toto podstatně zjednodušuje technologii pulzního napájecího zdroje a snižuje problémy elektrické izolace.- 13 • Reduce ion energy dissipation, increase efficiency, and refine the targeting. • • • • • • • · · · · · · · · · · · · Further, since the plasma discharge is supported by the emission of an electron generator (vs. secondary electron emission from grids), the gas pressure in the environment can be substantially reduced, thereby substantially reducing the ionic isotropic effects from scattering collisions and energy losses from charge-exchange collisions. Further, as indicated previously, the pulsating voltage required for the gate valve lattice is generally low (< 1kV) compared to the direct pulsing of the central anode, which would require a pulsating voltage of the order of tens of kV. This greatly simplifies the pulse power supply technology and reduces electrical insulation problems.

Rozšíření základní operace GVP-typu IEC zahrnuje synchronizaci vstřikování iontů směrem do vnitřního jádra s přirozenou iontovou cirkulační frekvencí v systému, t.j. nastavení frekvence pro zmenšení GVP potenciálu tak, aby se shodoval s iontovou cirkulační frekvencí (okolo 0.5-50 MHz) . Tento typ operace byl nazván Rezonanční Iontově Řízená Oscilace (Resonant Ion Driven Oscillation)(RIDO). Tímto způsobem se nově vygenerované ionty sbíhají směrem k vnitřnímu jádru ve stejném časovém okamžiku, kdy se recirkulované ionty dostávají do svých bodů otáčení. Všechny recirkulované iontové proudy jsou proto efektivně znásobené směrem k vnitřnímu jádru zařízení tím, že je jim umožněno urychlení z obvodu zařízení a jejich sbíhání ve středu zařízení. Následně mohou být vytvořeny velmi vysoké špičky hustot na iontové přepravní frekvenci (okolo 0.5-50 MHz), což poskytuje ultravysokou časově-průměrnou fůzní generační rychlost.An extension of the basic GVP-type IEC operation involves synchronizing ion injection into the inner core with the natural ionic circulating frequency in the system, i.e., adjusting the frequency to reduce the GVP potential to coincide with the ionic circulating frequency (about 0.5-50 MHz). This type of operation was called Resonant Ion Driven Oscillation (RIDO). In this way, the newly generated ions converge towards the inner core at the same time as the recirculated ions reach their rotation points. All recirculated ion currents are therefore effectively multiplied towards the inner core of the device by allowing them to accelerate from the periphery of the device and converge at the center of the device. Subsequently, very high density peaks can be generated at the ion transport frequency (about 0.5-50 MHz), providing an ultra-high time-average fusion generation rate.

Obr.6 ukazuje grafickou interpretaci RIDO-GVP procesu používajícího elektronový-emitor podporovaný troj-mřižkovým IEC typu zobrazeného na obr.4, ve kterém existuje superpozice iontových čel a sférická symetrie. V této RIDO operaci je extrakce iontů z vnější oblasti načasovaná • · « «Figure 6 shows a graphical interpretation of the RIDO-GVP process using an electron-emitter supported by the three-lattice IEC type shown in Figure 4, in which there is a superposition of ion faces and spherical symmetry. In this RIDO operation, the extraction of ions from the outer region is timed • · ««

- 14 • · ·· • · · · • · · ♦ přesně tak, že když se předchozí čelo iontové vlny vrátí do své původní startovací polohy, pak je přiveden nový následující vlnový paket iontů a je superponován na předchozí skupinu iontů. Kombinovaná iontová populace je poté extrahována a opět zaměřena do centrální jádrové oblasti poté, co je zmenšen bránový ventilový potenciál, t.j. Brána je „otevřena. Iontové ztráty během přenosu nakonec omezí nárůst během tohoto procesu, takže iontová hustota procházející centrálním jádrem dosáhne pro následující pulzy „saturované (konstantní) hodnoty. Tento proces efektivně zvětšuje špičkový iontový proud procházející centrální jádrovou oblastí. Následně je centrální jádrová iontová hustota zvýšena o několik řádů, protože ionty ze sférického obalu přicházejí všechny najednou do jádrové oblasti zařízení. Tento proces vede ke zvýšení fůzní výkonové rychlosti (Pf_USion~ n_ion ²) nad hodnotu konvenčního IEC plazmatického výboje, a na hodnotu, která je dokonce vyšší než hodnoty dostupné při LR-GVP operaci.Precisely such that when the previous ion wave front returns to its original start position, a new next ion wave packet is applied and superimposed on the previous ion group. The combined ion population is then extracted and refocused into the central core region after the gate valve potential is reduced, ie the gate is "open." Finally, the ionic losses during transmission will limit the increase during this process, so that the ionic density passing through the central core reaches a "saturated" value for subsequent pulses. This process effectively increases the peak ion current passing through the central core region. Subsequently, the central core ion density is increased by several orders of magnitude, since the ions from the spherical shell all come into the core region of the device all at once. This process leads to an increase in the fusion power rate (Pf _US ion- _ion ² ) above the value of a conventional IEC plasma discharge, and to a value that is even higher than the values available in the LR-GVP operation.

Vysoké iontové proudy dosažené buďto při LR-GVP operaci nebo při RIDO-GVP operaci umožňují dosažení vyšších iontových proudů než jaké jsou požadovány pro vytvoření dvojité jámy (Obr.3). To dovoluje zachytávání iontů a ultra vysoké iontové hustoty v centrálním jádře, což dále zvyšuje reakční rychlosti. Efekt vytvoření dvojité-jámy byl experimentálně studován v ustáleném IEC a ukázalo se, že vede k vyšším fůzním reakčním rychlostem při aplikovaném proudu. Efekt je jednodušší vytvořit při vysokých proudech dosažených v LR-GVP zařízení než v ustáleném IEC zařízení.The high ion currents achieved either in the LR-GVP operation or in the RIDO-GVP operation allow for higher ion currents than that required to form a double well (Fig. 3). This allows the capture of ions and ultra high ion density in the central core, which further increases the reaction rates. The effect of the double-pit formation has been experimentally studied in steady-state IEC and has been shown to lead to higher fusion reaction rates at the applied current. The effect is easier to produce at the high currents achieved in the LR-GVP device than in a steady IEC device.

Požadavky na napájecí zdroj pro přednostní provedení GVP-IEC jsou zobrazeny na obr.7. Pulzní napájecí zdroj o hodnotě 100V oscilující mezi 0 a lkV s proudem v rozsahu 0lOOmA je použit k zapínání a k vypínání potenciálu bránové (prostřední) elektrody 36. Ustálené napájení 37A s výkonovým rozsahem 0-100kV je připojeno na katodovou mřížku 38 a pracuje tak, že generuje vysoká centrální • · • · • ·The power supply requirements for the preferred GVP-IEC are shown in Figure 7. A 100V pulse power supply oscillating between 0 and 1kV with a current in the range of 100mA is used to turn the potential of the gate electrode 36 on and off. The steady state power 37A with 0-100kV power range is connected to the cathode grid 38 and works by generates high central • · • · • ·

- 15 katodová napětí (t.j. až do lOOkV) a malé proudy (v rozsahu 0 až lOOmA) . Ke katodové mřížce 38 může být také připojen systém pulzního přenosového-vedení 37B pro velmi vysoké proudové operace (několik Ampér a více) při podobně vysokých napětích (pulzní operace je použita protože při úrovních proudu >> 1 Ampér může být nejlépe dosažena přechodová operace). Konečně, pro řízení segmentových výbojových prvků 32 je připojeno několik vysoko-proudových emitorových napájecích zdrojů 31 s rozsahem 0-50A. Pro standardní operaci bránové-ventilové mřížky jsou použity bránové pulzy napájecího napětí o relativně nízké frekvenci (<10³ Hz) .- 15 cathode voltages (ie up to 100kV) and low currents (ranging from 0 to 100mA). Also, a pulse-transmission system 37B for very high current operations (several Ampere or more) at similar high voltages can be connected to the cathode grid 38 (a pulse operation is used because at current levels >> 1 An amperage can best be achieved by a transient operation). Finally, to control the segment discharge elements 32, several high current emitter power supplies 31 with a range of 0-50A are connected. For standard gate-valve grid operation, gate pulses at a relatively low frequency (<10 ³ Hz) are used.

GVP typ operace může být také rozšířen na další módy operace IEC zařízení, například na halo mód a na tryskové módy popsané v dosavadních IEC patentech. Zde popsané základní principy na ně lze přímo převést.The GVP type of operation may also be extended to other modes of operation of the IEC device, for example, to halo mode and to the jet modes described in prior IEC patents. The basic principles described here can be directly transferred to them.

Pro RIDO operaci je zavedeno vysokofrekvenční pulzování (0.5-50 MHz). RIDO typ operace vyžaduje brát v úvahu otázky průhlednosti mřížky, výbojových druhových časových konstant, rozptyl energie a ztráty při srážkách, a efekty prostorového náboje.For RIDO operation, high-frequency pulsation (0.5-50 MHz) is introduced. RIDO type operations require consideration of grid transparency issues, discharge species time constants, energy dissipation and collision losses, and spatial charge effects.

Souhrnně, GVP operace umožňuje vylepšení oproti konvenčnímu IEC provedení díky získání vyšších fůzních reakčních rychlostí dosažením vysokých iontových hustot v centrálním plazmatickém jádře během pulzu. Ještě větší hustoty mohou být dosaženy pomocí RIDO-GVP, kde superpozice iontových čel zároveň zvyšuje výkonovou efektivnost urychlením iontů ve svazcích nebo ve skupinách.In summary, the GVP operation allows for improvements over conventional IEC embodiments by obtaining higher fusion reaction rates by achieving high ion densities in the central plasma core during the pulse. Even greater densities can be achieved with RIDO-GVP, where superposition of ion faces simultaneously increases performance efficiency by accelerating ions in beams or groups.

Pulzní napájecí zdroj 35 zavedený pro GVP-IEC může využívat konvenční technologii, jako například pulzní výkonovou jednotku vyvinutou pro přímé pulzování katody, jak je popsáno autory Y.Gu, M.Williams, R.Stubbers, G H.Miley, v „Pulzed Operation of Spherical InertialElectrostatic Confinement Device, 12^th Topical Meeting on the Technology of Fusion Energi, (Reno, NV, June, 1996) , • ·The pulsed power supply 35 introduced for the GVP-IEC may utilize conventional technology, such as a pulsed power unit developed for direct cathode pulsing, as described by Y.Gu, M. Williams, R. Stubbers, G. H.Miley, in "Pulzed Operation". Spherical InertialElectrostatic of Confinement Device, 12 ^th Topical Meeting on the Technology of Fusion Energi (Reno, NV, June, 1996) • ·

ANS, LaGrande Park, IL, 128 (1996). Pulzování katody má nevýhodu v pulzování hlavní katody vysokým napětím, narozdíl od zde popsaného bránového-mřížkového provedení, kde hlavní katoda zůstává v ustáleném stavu na vysokém napětí, zatímco bránová mřížka pulzuje na malém napětí. Následkem toho požadovaný proud a napětí na pulz může dosáhnout nebo přesáhnout úrovně 10⁸ n/s (50-kV pulz s pulzním proudem 3.2A a výkonovým faktorem 1%, např. délka pulzu 0.1 ms x 100 pulzů/sec) se standardním pulzním napájecím zdrojem připojeným ke hlavní katodě.ANS, LaGrande Park, IL, 128 (1996). Cathode pulsing has the drawback of high voltage pulsing the main cathode, unlike the gate-grid embodiment described herein, where the main cathode remains at a high voltage at steady state while the gate grid pulses at a low voltage. As a result, the required current and voltage per pulse can reach or exceed 10 ⁸ n / s (50-kV pulse with a pulse current of 3.2A and a power factor of 1%, eg pulse length 0.1 ms x 100 pulses / sec) with a standard pulse power supply. source connected to the main cathode.

Základní operační principy pulzní výkonové jednotky se nezměnily vzhledem k původnímu popisu od Gu et al., jak bylo uvedeno v „Ion Focus Via Microchannels, in Spherical Inertial-Electrostatic Confinement and Its Pulsed Experimental Results, zveřejněných v 1995 IEEE International Conference on Plasma Science, 1995, str.2662 67. Avšak výkonová jednotka 4 0, která má vstup 41 spojený sériově s tlumivkou 42, diodou 43, obvodem vytvářejícím pulzy 4 8, pulzním transformátorem 49 a s rezistorem odpovídajícím IEC Rplasma 50, byla vylepšena pro dosažení požadovaných pulzních proudů, napětí a opakovačích rychlostí uvedených výše. Přesněji, hlavní spínač 45, jak je zobrazeno na obr.8, byl vylepšen použitím ignitronu namísto thyratronu, který reaguje na spouštěcí pulz 44, takže pulzovač může dodat vyšší proudy. Dioda 46 a cívka 47 jsou zapojeny paralelně se spínačem 45 . Rovněž převodní poměr pulzního transformátoru 49 byl zvýšen z 1:7 na 1:10 tak, aby umožňoval lepší přizpůsobení s IEC plazmou společně s vyššími napěťovými pulzy. Jmenovité hodnoty prvků jsou nastaveny tak, aby poskytovaly buďto standardní nízkofrekvenční (10-1000 Hz) LR-GVP operaci nebo vysokofrekvenční (1-50 MHz) operaci.The basic operating principles of the pulse power unit have not changed with respect to the original description by Gu et al., As reported in "Ion Focus Via Microchannels, in Spherical Inertial-Electrostatic Concentration and Its Pulsed Experimental Results, published in 1995 by the IEEE International Conference on Plasma Science, 1995, p.2662 67. However, the power unit 40 having an input 41 connected in series to a choke 42, a diode 43, a pulse generating circuit 48, a pulse transformer 49, and a resistor conforming to IEC Rplasma 50 has been improved to achieve the desired pulse currents. voltage and repetition rates listed above. More specifically, the main switch 45, as shown in FIG. 8, has been improved by using an ignitron instead of a thyratron that responds to the trigger pulse 44 so that the pulsator can deliver higher currents. The diode 46 and the coil 47 are connected in parallel with the switch 45. Also, the conversion ratio of the pulse transformer 49 has been increased from 1: 7 to 1:10 to allow better matching with the IEC plasma along with higher voltage pulses. The element nominal values are set to provide either a standard low frequency (10-1000 Hz) LR-GVP operation or a high frequency (1-50 MHz) operation.

Zatímco v dosavadním stavu techniky byly známy pulzní neutronové zdroje, základní princip GVP-typu IEC je od těchto zařízení jasně odlišný. Fentropův neutronový • · generátor je v podstatě paprskový pevný cílový systém, který může pracovat v ustáleném nebo v pulzním módu (U.S. patent č. 3,546,512). Ve skutečnosti je to velké iontové urychlovací - cílové zařízení. Existuje podstatný rozdíl mezi GVP—IEC a tímto zařízením, založený na GVP-IEC řízení paprskového-plazmatického výboje, operaci s etapovou ionizací a extrakčními oblastmi, a nepřítomnosti magnetického pole pro ionizaci. Croitoru (U.S. Patent č. 3,609,369) využívá několik iontových zdrojů, které se nacházejí a jsou rozmístěny okolo pevného cíle. Opět není zavedeno plazmatické výbojové řízení. Operace v nepřerušovaném nebo v pulzním módu je určena zcela pro účely operace iontového děla. Proto tato operace narozdíl od GVP-IEC nevyužívá iontové ukládání, časování vstřikování nebo rezonanční oscilace. Culver (U.S. Patent č. 3,996,473) vyvinul zařízení určené pro pulzní operaci při analýze materiálů zahrnující diagnostické techniky jako je promptní gamma spektroskopie. Jeho pulzní způsob nezahrnuje přímo fyziku neutronových generátorových operací (jako je tvorba mikrokanálkového paprsku a tvorba vícenásobných jam v jádře GVP-IEC). Dále pulzování a jeho řízení v tomto zařízení nespolupracuje přímo s pulzním časovacím řízením (t.j. ukládání iontů, časování vstřikování, atd.), jako je tomu v případě GVP-IEC. Bussardův vynález týkající se ICC efektu vylepšené IEC operace (U.S. Patent 5,160,695) zmiňuje ve svém systému využití rezonančního násobení. Bussardův nárok hovoří o tom, že ionty se mohou odrážet mezi iontovými akustickými bariérami a o zachytávání iontů v IEC jádrové oblasti. Tento typ iontového řízení je závislý na získání vysokých iontových proudů, avšak neuvádí způsob jejich získání tak, jako je zde uvádí GVP způsob. Zatímco GVP-IEC operace zahrnuje rezonanční ladění, RIDO rezonance zahrnuje iontovou recirkulační frekvenci a je řízena časováním ukládání a vstřikování iontových proudů bránovou ventilovou mřížkou. Toto představuje podstatný rozdíl od Bussardova • · ♦ · • ·While pulsed neutron sources were known in the prior art, the basic principle of the GVP-type IEC is clearly different from these devices. The Fentrop neutron generator is a substantially beam-fixed target system that can operate in steady state or pulse mode (U.S. Patent No. 3,546,512). In fact, it's a large ion accelerator - target device. There is a significant difference between GVP-IEC and this device, based on GVP-IEC beam-plasma discharge control, phase ionization and extraction region operation, and the absence of a magnetic field for ionization. Croitor (U.S. Patent No. 3,609,369) utilizes several ion sources that are located and distributed around a fixed target. Again, plasma discharge control is not introduced. The operation in continuous or pulse mode is designed entirely for ion gun operation. Therefore, unlike GVP-IEC, this operation does not utilize ion deposition, injection timing, or resonant oscillation. Culver (U.S. Patent No. 3,996,473) has developed a device designed for pulse operation in material analysis involving diagnostic techniques such as spot gamma spectroscopy. Its pulse method does not directly involve the physics of neutron generator operations (such as microchannel beam formation and multiple well formation in the GVP-IEC core). Furthermore, pulsing and its control in this device does not cooperate directly with pulse timing control (i.e., ion storage, injection timing, etc.), as is the case with GVP-IEC. Bussard's invention regarding the ICC effect of an improved IEC operation (U.S. Patent 5,160,695) mentions in its system the use of resonant multiplication. Bussard's claim suggests that ions can be reflected between ionic acoustic barriers and ion capture in the IEC core region. This type of ion control is dependent on obtaining high ion currents, but does not disclose a method for obtaining them as described by the GVP method. While the GVP-IEC operation involves resonance tuning, RIDO resonance includes an ion recirculation frequency and is controlled by the storage and injection timing of ion currents through the gate valve grating. This represents a significant difference from Bussard's · · ♦ · • ·

-18 akustického bariérového rezonančního přístupu, ačkoliv tyto dva přístupy mohou být kombinovány pro použití v jednom zařízení.-18 acoustic barrier resonance access, although the two approaches may be combined for use in a single device.

GVP typ IEC přináší podstatný pokrok oproti konvenční IEC technologii nebo neutronovým zdrojům založeným na pevném-cíli. Zvýšená neutronová produkce otevírá nové oblasti pro komerční využití v oblastech zdravotnického výzkumu, neutronové tomografie a výrobě izotopů. GVP-IEC mód nabízí velmi vysoké reakční rychlosti, které jsou zvláště vyžadované při fůzní výrobě elektrické energie nebo při fůzi vesmírného paliva.IEC type GVP is making significant progress over conventional IEC technology or fixed-target neutron sources. Increased neutron production opens new areas for commercial use in the areas of medical research, neutron tomography and isotope production. The GVP-IEC mode offers very high reaction rates, which are especially required for fusion power generation or space fuel fusion.

Současná ustálená základní IEC operace dává fůzní neutronové výkony řádu 10⁶-10⁷ D-D fůzních neutronů/sec. Pulzní verze základní IEC s přímým pulzováním katodové mřížky má neutronové výkony řádu 10⁷-10⁸ D-D fůzních neutronů/sec (časový průměr). Zavedení GVP-IEC přístupu přidává možnost zvýšení těchto výkonů řádově na okamžitý výkon 10¹²-10¹⁴ D-D fůzních neutronů/sec (časový průměr). RIDO typ operace může dosáhnout dokonce ještě vyšších výkonů, kde omezení je dáno možnými nestabilitami díky neMaxwellianově povaze intenzivního paprskově-plazmatického typu výboje.The current steady-state basic IEC operation gives fusion neutron powers of the order of 10 ⁶ -10 ⁷ DD fusion neutrons / sec. The pulse version of the basic IEC with direct cathodic grid pulsing has neutron powers of the order of 10 ⁷ -10 ⁸ DD fusion neutrons / sec (time average). The introduction of the GVP-IEC approach adds the possibility to increase these powers in the order of instantaneous power 10 ¹² -10 ¹⁴ DD fusion neutrons / sec (time average). The RIDO type of operation can achieve even higher performances where the constraint is due to possible instabilities due to the non-Maxwellellian nature of the intense beam-plasma type of discharge.

GVP-IEC přístup má také několik klíčových výhod vzhledem k jiným ne-IEC přístupům. Prvotní výhodou je efektivnost. Protože ionty jsou urychlovány do jádrové oblasti najednou a fůzní reakční rychlost se zvyšuje se čtvercem hustoty, toto vede ke zvýšení fůzního výstupního výkonu na jednotku energetického vstupu. Další výhodou je jednoduchost. Dále, RIDO ovládané IEC zachovává reakční schopnost paprsek-paprsek, což zvyšuje efektivnost zařízení pro dosažení pokrokových paliv, jako například D-He3, oproti zařízením pracujícím s interakcemi Maxwellianových populací iontů.The GVP-IEC approach also has several key advantages over other non-IEC approaches. The primary advantage is efficiency. Since the ions are accelerated into the core region at once and the fusion reaction rate increases with density square, this leads to an increase in fusion output power per unit of energy input. Another advantage is simplicity. In addition, the IEC-controlled RIDO maintains a beam-to-beam reaction capability, which increases the efficiency of devices for achieving advanced fuels, such as D-He3, over devices operating with Maxwellellian ion population interactions.

Přehled o vzhledu 25-MW_e elektrárny využívající GVPIEC principy je dán v Tabulce I. Velikost představujeAn overview of the appearance of a 25-MW _e power plant using GVPIEC principles is given in Table I.

- 19 poloměr sférické vakuové komorové stěny, s vyloučením chladících systémů. Hmotnosti jsou udávány pro samostatnou IEC jednotku a pro celý systém reaktoru. Většina hmotnosti je uvažována pro velkou vakuovou komorovou stěnu. Relativně nízká hmotnost jednotky, včetně přímého konvertoru, je jednou z atraktivních vlastností GVP-IEC elektrárny, vezmeli se v úvahu cena materiálů a konstrukce. Ve skutečnosti bude mít GVP typ IEC reaktoru vyšší hmotnostní výkonovou hustotu než konvenční fůzní systémy magnetické nebo s inertním ohraničením, což činí navrhované ceny mnohem konkurenceschopnějšími s lehkými vodními reaktory než jiná provedení fůzních reaktorů.- 19 radius of spherical vacuum chamber wall, excluding cooling systems. The weights are given for a separate IEC unit and for the entire reactor system. Most of the weight is considered for the large vacuum chamber wall. The relatively low weight of the unit, including the direct converter, is one of the attractive features of the GVP-IEC power plant, taking into account the cost of materials and construction. In fact, the GVP type of IEC reactor will have a higher weight power density than conventional magnetic or inert boundary fusion systems, which makes the proposed prices more competitive with light water reactors than other fusion reactor designs.

Tabulka I. Charakteristiky 25-MW_e elektrárny využívající GVP pulzní výkonové operace a I_ion ³ měřítko:Table I. Characteristics of 25-MW _e power plants using GVP pulse power operations and I _ion ³ scale:

Vstupní výkon: Input power: 4.80 4.80 Velikost/poloměr (m) Size / radius (m) 6.49 6.49 Celková hmotnost IEC (tuny) Total IEC weight (tonnes) 2.84 2.84 Celková očekávaná hmotnost reaktoru (tuny) Total expected reactor weight (tonnes) 210 210

Zatímco představovaný vynález byl popsán podle určitého přednostního provedení, představovaný vynález není tímto omezen a jeho rozsah je definován v souladu s přiloženými nároky, jak je interpretováno v souladu s aplikačními principy zákona.While the present invention has been described in accordance with a certain preferred embodiment, the present invention is not limited thereto and its scope is defined in accordance with the appended claims, as interpreted in accordance with the application principles of the law.

Claims (1)

PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS 1. Zařízení pro vygenerování pulzů vysokých iontových proudů v inertním elektrostatickém ohraničeném zařízení obsahující:A device for generating high ionic current pulses in an inert electrostatic confined device, comprising: vodivou komoru definovanou stěnou a s takovým předpětím, aby sloužila jako anoda, zmíněná komora obsahuje v ní umístěný fůzní plyn;a conductive chamber defined by the wall and biased to serve as an anode, said chamber comprising a fusion gas disposed therein; skupinu elektronových generátorů umístěných v blízkosti vnitřního povrchu zmíněné komorové stěny pro emitování elektronů do zmíněné komory;a plurality of electron generators disposed adjacent the inner surface of said chamber wall for emitting electrons into said chamber; - první mřížku obsahující vysoce průhlednou v podstatě průhlednou strukturu umístěnou centrálně uvnitř zmíněné komory a definující centrální objem;a first grid comprising a highly transparent substantially transparent structure located centrally within said chamber and defining a central volume; - první potenciálový zdroj pro napájení zmíněné první mřížky elektrickým potenciálem, takže slouží jako centrální katoda, přičemž potenciál mezi katodou a anodou urychluje elektrony směrem ke katodě, při jejich sbíhání reaguje zvýšený počet energetických iontů mezi sebou a s atomy neutrálního plynu a tím vytváří vysokou iontovou hustotu uvnitř centrálního obj emu;a first potential source for supplying said first lattice with an electrical potential to serve as a central cathode, wherein the potential between the cathode and the anode accelerates the electrons towards the cathode, as they converge, an increased number of energy ions between them and neutral gas generates high ion density inside the central volume; - druhou mřížku obsahující vysoce průhlednou strukturu s kladným předpětím umístěnou v blízkosti komorové stěny pro navádění emitovaných elektronů obecně do obvodového ionizačního objemu definovaného vzhledem ke zmíněné komorové stěně;a second lattice comprising a highly transparent structure with a positive bias placed near the chamber wall for guiding the emitted electrons generally to the peripheral ionization volume defined with respect to said chamber wall; - druhý potenciálový zdroj pro aplikaci elektrického potenciálu na zmíněnou druhou mřížku tak, aby se elektronové dráhy nacházely uvnitř obvodového ionizačního objemu;- a second potential source for applying electrical potential to said second grid such that the electron paths are within the circumferential ionization volume; - bránový ventilový mřížkový aparát obsahující třetí mřížku s vysoce průhlednou sférickou strukturou umístěnou uvnitř druhé mřížky, ale vně první mřížky, a třetí potenciálový zdroj pro aplikaci časově • · * ·- a gate valve lattice apparatus comprising a third lattice with a highly transparent spherical structure located within the second lattice but outside the first lattice, and a third potential source for time application; - 21 závislého napětí na zmíněnou třetí mřížku tak, aby byly uvolňovány příslušné skupiny iontů, které jsou urychlovány díky zmíněné anodě a první mřížce působící jako centrální katoda, zmíněný aparát pracuje tak, že potenciál aplikovaný třetím potenciálovým zdrojem na třetí mřížku se může měnit tak, aby střídavě zastiňoval a odkrýval ionty v ionizačním objemu pro potenciál vytvořený první mřížkou;21 depending on said third lattice so as to release the respective ion groups, which are accelerated by said anode and the first lattice acting as the central cathode, said apparatus operates such that the potential applied by the third potential source to the third lattice can vary to alternately shield and expose ions in the ionization volume for the potential created by the first lattice; ve kterém jsou vytvořeny intenzivní fůzní reakce v periodách.in which intense fusion reactions are formed in periods. Zařízení uvedené v nároku 1, kde každý zmíněný elektronový generátor dále obsahuje zdroj elektrického proudu pro ohřev zmíněných elektronových sestav. Zařízení uvedené v nároku 1, kde zmíněný elektronový generátor dále obsahuje čtvrtý potenciálový zdroj pro aplikaci napětí pro extrakci elektronů ze zmíněných elektronových generátorů.The apparatus of claim 1, wherein each said electron generator further comprises an electric current source for heating said electron assemblies. The apparatus of claim 1, wherein said electron generator further comprises a fourth potential source for applying voltage to extract electrons from said electron generators. Zařízení uvedené v nároku 1, kde zmíněná první mřížka, zmíněná druhá mřížka a zmíněná třetí mřížka mají pevnou samonosnou strukturu obsahující skupinu otvorů, kterými mohou protékat ionty a elektrony, a nejméně jedna ze zmíněných struktur je udržována na svém místě uvnitř zmíněné vakuové komory elektricky izolovanými oddělovacími strukturami vystupujícími ze stěny komory.The apparatus of claim 1, wherein said first lattice, said second lattice, and said third lattice have a fixed self-supporting structure comprising a plurality of openings through which ions and electrons can flow, and at least one of said structures is held in place within said vacuum chamber by electrically insulated separation structures protruding from the chamber wall. Zařízení uvedené v nároku 4, kde jedna ze zmíněné první, druhé a třetí mřížky obsahuje nejméně jednu z vodičové struktury nebo struktury lopatkovítého typu.The apparatus of claim 4, wherein one of said first, second and third grids comprises at least one of a conductor or paddle-like structure. Zařízení uvedené v nároku 1 obsahující nejméně dva elektronové generátory umístěné v podstatě symetricky okolo vnitřního povrchu zmíněné komorové stěny. Zařízení uvedené v nároku 6 obsahující dva až osm elektronových generátorů.The apparatus of claim 1 comprising at least two electron generators disposed substantially symmetrically about the inner surface of said chamber wall. The apparatus of claim 6 comprising two to eight electron generators. * * ·* * · - 22 kde zmíněný elektronový elektronový emitor tak • »- 22 wherein said electron electron emitter thus »» 8. Zařízení uvedené v nároku generátor obsahuje jak i elektronový extraktor.8. The apparatus of claim 1, wherein the generator comprises both an electron extractor. 9. Zařízení uvedené v nároku 2, kde zmíněná vodivá komora je udržována na potenciálu země, zatímco první, druhá a třetí mřížka obsahují vodivé elektrody k nimž jsou připojeny příslušné napájecí vodiče procházející sférickou vakuovou komorou od níž jsou elektricky izolovány, a které jsou připojeny k odpovídajícímu zdroji elektrického potenciálu pro každou mřížku.The apparatus of claim 2, wherein said conductive chamber is maintained at ground potential while the first, second and third grids comprise conductive electrodes to which respective power conductors are passed through a spherical vacuum chamber from which they are electrically isolated and which are connected to a corresponding source of electrical potential for each grid. 10. Zařízení uvedené v nároku 2, kde zmíněná bránováventilová mřížka je připojena k obvodu pro udržování předpěťového kladného potenciálu 50 až 300 voltů plus superponovaného pulzního záporného elektrického potenciálu velikosti 100 voltů až 1 kilovolt o délce trvání 1 us až 1 ms s opakovači rychlostí 1 až 1000 cyklů za sekundu.The apparatus of claim 2, wherein said diaphragm lattice is connected to a circuit for maintaining a positive voltage potential of 50 to 300 volts plus a superimposed pulse negative electrical potential of 100 volts to 1 kilovolts for a duration of 1 us to 1 ms with a repetition rate of 1 to 1 1000 cycles per second. 11. Zařízení uvedené v nároku 10, kde opakovači rychlost pulzního záporného elektrického potenciálu na zmíněné třetí mřížce je nastavena tak, aby byla v rezonanci s průměrnou iontovou recirkulační frekvencí v rozsahu 0.1 až 50 MHz.The apparatus of claim 10, wherein the repetition rate of the pulse negative electrical potential on said third grid is set to be in resonance with an average ion recirculation frequency in the range of 0.1 to 50 MHz. 12. Zařízení uvedené v nároku 1, kde zmíněná vodivá komora tvoří hermeticky utěsněný kovový obal.The apparatus of claim 1, wherein said conductive chamber comprises a hermetically sealed metal container. 13. Zařízení uvedené v nároku 1, kde zdroj elektrického potenciálu pro zmíněnou katodovou mřížku poskytuje záporný potenciál v rozsahu mezi 1 kV až 150 kV.The apparatus of claim 1, wherein the source of electrical potential for said cathode grid provides a negative potential in the range between 1 kV to 150 kV. 14. Zařízení uvedené v nároku 1, kde zdroj elektrického potenciálu pro katodovou mřížku poskytuje řídící pulzy iontových proudů větší než 1 ampér.The apparatus of claim 1, wherein the source of electrical potential for the cathode lattice provides control pulses of ion currents greater than 1 amperes. 15. Zařízení uvedené v nároku 1, kde zmíněné mřížky mají geometrickou průhlednost větší nebo rovnu 90%.The apparatus of claim 1, wherein said grids have a geometric transparency greater than or equal to 90%. 16. Zařízení uvedené v nároku 1 dále obsahující prostředky pro udržování tlaku fůzního plynu ve zmíněné sférické vakuové komoře na hodnotě menší než 10”⁵ Torr.The apparatus of claim 1 further comprising means for maintaining the fusion gas pressure in said spherical vacuum chamber at a value of less than 10 ^-5 Torr. -23 Φ ·»»·-23 Φ · »» ΦΦ · · • V · · * • φφφ φ φ *V · V V V V V ΦΦ «· ·♦ΦΦ «· · ♦ Φ Φ 9 » <Φ Φ 9 »< • ΦΦΦΦ• ΦΦΦΦ Φ · φ · Φ «« ΦΦ · φ · Φ «« Φ Φ φ · Φ ΦΦ φ · Φ Φ Φ Φ Φ Φ Φ <Φ Φ Φ Φ Φ < 17. Zařízení uvedené v nároku 3, kde zmíněný čtvrtý potenciálový zdroj využívá řídící proudy se špičkovými hodnotami v rozsahu mezi 5A až 25kA.The apparatus of claim 3, wherein said fourth potential source utilizes control currents with peak values ranging between 5A to 25kA. 18. Zařízení uvedené v nároku 2, kde proudový zdroj pro aplikaci elektrického proudu pro ohřev zmíněného elektronového emitoru dodává proud, který se mění v rozsahu mezi IA až 20A včetně.The apparatus of claim 2, wherein the current source for applying electric current to heat said electron emitter delivers a current that varies between IA and 20A inclusive. 19. Zařízení podle nároku 3, kde zdroj elektrického proudu pro ohřev zmíněného elektronového emitoru zahrnuje řídící napětí a proud, které aplikují výkon v rozsahu mezi 5W až 400W.The apparatus of claim 3, wherein the power source for heating said electron emitter comprises control voltage and current that apply power in the range between 5W to 400W. 20. Zařízení podle nároku 1, kde každá z první, druhé a třetí mřížky obsahuje nejméně jednu z vodičové struktury a struktury lopatkovítého typu, zmíněné mřížky mají otvory, které jsou radiálně uspořádány a přinejmenším první mřížka je definována vztahem h/Rc, kde h je výškový rozdíl mezi sférickým povrchem mřížky a rovinou mřížky a R je poloměr mřížky.The apparatus of claim 1, wherein each of the first, second and third grids comprises at least one of a conductor structure and a paddle-like structure, said grids having openings that are radially arranged and at least the first grating is defined by h / Rc, where h is the height difference between the spherical surface of the grid and the plane of the grid and R is the radius of the grid. 21. Zařízení uvedené v nároku 1, kde zmíněné mřížky obsahují otvory navržené tak, aby během zmíněného pulzního plazmatického výboje byly vytvořeny iontové mikrokanálky.The apparatus of claim 1, wherein said grids comprise apertures designed to form ionic microchannels during said pulsed plasma discharge. 22. Způsob pro vygenerování pulzů vysokých iontových proudů v inertním elektrostatickém ohraničeném zařízení obsahující vodivou komoru s předpětím sloužící jako anoda, a obsahující skupinu soustředných vysoce geometricky průhledných mřížek, zdroj elektronů, zdroj elektrické energie a fůzní plyn, skládající se z:A method for generating high ion current pulses in an inert electrostatic confined device comprising a biasing conductor chamber serving as an anode, and comprising a plurality of concentric highly geometrically transparent lattices, an electron source, an electrical power source, and a fusion gas, comprising: vygenerování elektrického pole definovaného potenciálem aplikovaným na zmíněnou anodu a mřížky;generating an electric field defined by the potential applied to said anode and lattice; - ustanovení ionizační oblasti uvnitř zmíněné komory;establishing an ionization region within said chamber; vygenerování elektronů uvnitř zmíněné komory a vyvolání toku elektronů uvnitř ionizační oblasti;generating electrons within said chamber and inducing an electron flow within the ionization region; 23.23. 24 .24. 25.25. -24 ·· ·· ··-24 ·· ·· ·· I · · · · » · « · · 1 ««· · · s « <I · · · · 1 1 s s 1 1 1 1 « ♦ · · <«♦ · · < ·· ·· ·· vygenerování a udržení iontů uvnitř zmíněné ionizační oblasti využitím zmíněných elektronů;Generating and maintaining ions within said ionization region using said electrons; - periodického uvolňování iontů ze zmíněné ionizační oblasti; a z urychlení a zaměření zmíněných uvolněných iontů zmíněným elektrickým polem.- periodically releasing ions from said ionization region; and accelerating and targeting said released ions through said electric field. Způsob podle nároku 22, kde uvolňovací krok je frekvenčně časován s charakteristikou iontové recirkulace systému.The method of claim 22, wherein the release step is frequency timed with the ionic recirculation characteristic of the system. Způsob podle nároku 22, kde uvolňování dále obsahuje synchronizaci vstřikování iontů směrem do vnitřního jádra komory s přirozenou iontovou recirkulační frekvencí systému, takže nově vygenerované ionty směřují do vnitřního jádra ve stejném časovém okamžiku, kdy recirkulované ionty přicházejí do svých otočných bodů.The method of claim 22, wherein the release further comprises synchronizing the injection of ions into the inner core of the chamber with the natural ion recirculation frequency of the system so that the newly generated ions are directed into the inner core at the same time as the recirculated ions arrive at their pivot points. Způsob podle nároku 22, kde zmíněný uvolňovací krok dále obsahuje zapnutí a vypnutí potenciálu na jedné ze zmíněných pronikání ionizační mřížek pracující jako brána povolující centrálního oblasti a extrakci uložených iontů.The method of claim 22, wherein said release step further comprises turning the potential on and off at one of said penetration ionization grids acting as a gateway allowing the central region and extraction of stored ions. Způsob podle nároku katodového potenciálu do nízkoenergetickýchMethod according to claim cathode potential to low-energy 22, kde doba zmíněného uvolňovacího kroku je dlouhá v porovnání s iontovým recirkulačním časem.22, wherein the time of said release step is long compared to the ionic recirculation time.