JP2007506016A - アルフベン波を発生させる方法および装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、磁場を透過するイオン化可能な材料が供給されるアルフベン波発生方法および装置に関する。アルフベン波により材料を搬送することができるこのような方法または装置を作成するために、前記磁場は、前記磁場内のイオン化可能な材料中にアルフベン波を発生させるように、1次磁場に対し反対方向に極性を持つ少なくとも1つの振動する2次磁場により周期的に変形する1次磁場からなる。アルフベン波は、磁場を透過する材料の密度と磁場の強度とに依存した速度で伝播する。この磁場の強度は、磁場内の材料の運動エネルギーよりも大きいため、アルフベン波によって材料は搬送される。
【選択図】図2
Description
VAlfven = c/sqrt(1+((μ0.c2.phi)/B2)) (1.1)
ここで、
c = 真空での光の速度
μ0 = 磁場定数
phi = 質量密度
B = 磁束密度
である。
phi = (M/f).(1/vol) (1.2)
M = 毎秒あたりの質量流
f = 磁場の振動周波数
vol = 磁気ノズルの体積
tau = L/R (2.1)
ここで、
L = コイルのインダクタンス
R = 抵抗
である。
ts = tau.2.Pi (2.2)
であり、2次コイル3のカットオフ周波数fgは、
fg = 1/ts (2.3)
である。
vAlfven = distance/t (2.4)
ここで、distanceは、磁場の平均変形経路としてのアルフベン波の伝播経路を表す。この技術的アルフベン速度が、物理的に可能なアルフベン速度未満の場合は、VAlfven(t)は、妥当な値である。
T.k.(3/2) = (m.vT 2)/2 (3.1)
ここで、
T = 温度
k = ボルツマン定数
m = 粒子の質量
vT = 粒子の速度
である。
Kinetic particle energy = (m.vT 2)/2 (4.1)
Limit value = energy density of the field = (μ0.B2)/2 (4.2)
ここで、
μ0 = 磁場定数
B = 磁束密度
である。
J = J0 x (5.1)
ここで、
J = 囲まれた領域内に残るイオン化されていない残留ガスの質量
J0 = 囲まれた領域内にあるイオン化されていないガスの本来の合計質量
x = 損失係数。これには、最小イオン密度と実際のイオン密度との比が含まれ、また、有効断面積として表すこともできる。
F = M.(v2/(2.d1)) (6.1)
ここで、
F = 力
M = 質量
v = 速度
d1 = 非弾性変形距離
であり、以下のように導出される。
F = M.(vR 2/(2.Def)) = M.(vR 2/(2.(dl/dlelast))) (6.2)
ここで、Defは、インパルスによって与えられる力の、弾性的に輸送することができ、かつそれに起因する力に対する比に対しての変形係数である。vRは、Δv、つまり基準距離1mに沿った速度変化を表す。
Def = Find/Fres = vind 2/vres 2 = Iind/Ires = dl/dlelast (6.3)
ここで、d1elastは、変形距離全体のうちの弾性成分を表す。従って、完全弾性変形の場合、Defは、常に1の値をとる。このように、明らかに経路長の比から無次元係数を定義できる。
従って、Idefは、与えられたインパルスのうちの不可逆変形に変換される成分である。弾性係数がない理想的塑性体としての気体やプラズマの場合は、この非弾性変形の全てが熱に変換される。
vc = vt.sqrt(1 + (Te/Ti)) (7.1)
ここで、
Vc = イオン音速
Vt = イオンの平均粒子速度
Ti = イオン温度
Te = 電子温度
である。
M.v = F.t (8.1)
波の伝播時間tについて積分することが可能である。
ここで
T = 膨張後の温度
Ta = 初期温度
Va = 初期体積
V = 最終体積
ad = 断熱指数
である。
2種類の計算例を次に比較する。第1列は、低パワー領域でのいくつかの設定値を示し、既に試作品を用いて実験的に試験を行った値である(下記参照)。第2列は、予定されている高パワー領域での対応する設定値である。第1の例では、作動ガスとして窒素を仮定する。また、高パワーの変形例では、アルゴンを作動ガスとして仮定する。
次の方程式:
sinα= δ/l
は、図9bより導くことができる。図9cに示した力の関係に関する略図を用いて、次の各式が得られる。
F = -FR
G = m.g = FR + Fs
sinα = -F/G
F = -m.g.sinα
F = -m.g.δ/l
1.真空チャンバを始動する
2.距離dを測定する(ゼロ表示)
3.ガス供給のスイッチをオンにする
4.動作圧力を設定する
5.スイッチングバルブを開ける
6.真空チャンバ内の圧力を確認する
7.距離dを測定する
8.イオン源を始動する
9.距離dを測定する
10.1次コイルを始動する(時間制限付で)
10.1.1次コイルの時間制限を設定する(必要以上の温度になるため)
10.2.1次コイル電圧を設定する
11.距離dを測定する
12.2次コイルを始動する
13.距離dを測定する
14.1次コイルの温度を観測する
15.1次コイルおよび2次コイルのスイッチをオフにし、それらが冷却できるようにする
16.距離dを測定する
17.イオン源のスイッチをオフにする
18.距離dを測定する
19.ガス供給のスイッチをオフにする
20.距離dを測定する
Claims (33)
- イオン化可能な材料が生成され、その材料が磁場を通過するアルフベン波発生方法であって、
前記磁場は、1次磁場に対して逆極性の少なくとも1つの振動する2次磁場によって周期的に変形される1次磁場を含み、
その結果として、アルフベン波は、イオン化可能な前記磁場内の前記材料内に形成され、
そのアルフベン波は、前記磁場を通過する前記材料の質量密度と、前記磁場の磁場強度とに依存する速度(vA)で伝播し、
前記磁場の前記磁場強度は、前記磁場内の前記材料の運動エネルギーよりも大きく、その結果、質量は、前記アルフベン波によって輸送されることを特徴とする前記方法。 - 前記アルフベン速度(vA)は、前記磁場内の前記材料の音速以下であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記アルフベン速度(vA)は、前記磁場内の前記材料の音速よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記1次磁場は、原則的に一定であることを特徴とする請求項1〜3のうちのいずれか1つに記載の方法。
- 前記1次磁場は、周期的にオフに切り替えられることを特徴とする請求項1〜3のうちのいずれか1つに記載の方法。
- 前記振動する2次磁場は、前記1次磁場がオフに切り替えられている間は、同様にオフに切り替えられることを特徴とする請求項5に記載の方法。
- 前記磁場は、軸方向および/または半径方向に集束することを特徴とする請求項1〜6のうちのいずれか1つに記載の方法。
- 前記1次磁場の前記磁場強度は、前記2次磁場がオンに切り替えられている間は変動することを特徴とする請求項1〜7のうちのいずれか1つに記載の方法。
- 前記アルフベン波は、位相遅延することを特徴とする請求項1〜8のうちのいずれか1つに記載の方法。
- 前記アルフベン波は、反応原理に基づいてスラストを発生させることを特徴とする請求項1〜9のうちのいずれか1つに記載の方法。
- 前記アルフベン波は、高運動エネルギーの粒子線を発生させることを特徴とする請求項1〜9のうちのいずれか1つに記載の方法。
- 前記アルフベン波は、加速された質量にさらにインパルスを与えることを特徴とする請求項1〜9のうちのいずれか1つに記載の方法。
- 前記磁場内の前記材料中でフォノンを発生させ、またはフォノンを増幅することを特徴とする請求項1〜9のうちのいずれか1つに記載の方法。
- 前記磁場内の前記材料によって、周囲媒質中でフォノンを発生させ、またはフォノンを増幅することを特徴とする請求項1〜13のうちのいずれか1つに記載の方法。
- 前記磁場内の前記材料は、圧縮、および熱励起され、前記材料の前記熱励起は、電磁放射を発生させ、または電磁放射を増幅することを特徴とする請求項1〜14のうちのいずれか1つに記載の方法。
- アルフベン波を発生させる装置であって、
1次磁場を発生させる少なくとも1つの装置(2)と、2次磁場を発生させる少なくとも1つの2次コイル(3)とから形成される磁気ノズル(1)と、
イオン化可能な前記材料が前記両磁場を通過するように案内するチャネル(4)と、
電源供給装置(6)と、を有するイオン化可能な材料を生成する装置(8)を有する前記装置において、
前記少なくとも1つの2次コイル(2)は、前記1次磁場を発生させる前記装置(2)に対して逆極性であり、かつ振動電気信号が供給され、
その結果、前記1次磁場は、前記2次磁場により周期的に変形され、
アルフベン波は、イオン化可能で前記磁場内にある前記材料中で形成され、
そのアルフベン波は、アルフベン速度(vA)で伝播し、
その際、前記磁場の磁場強度は、前記磁場内にある前記材料の運動エネルギーより大きく、
その結果、質量は前記アルフベン波によって輸送されることを特徴とする装置。 - 前記1次磁場を発生させる前記装置(2)は、1次コイル(2)により形成されることを特徴とする請求項16に記載の装置。
- 前記1次磁場を発生させる前記装置(2)は、永久磁石によって構成されることを特徴とする請求項16または17のいずれかに記載の装置。
- 前記コイル(2、3)は、液体冷却されるように設計されていることを特徴とする請求項16〜18のうちのいずれか1つに記載の装置。
- 前記コイル(2、3)は、超電導であるように設計されていることを特徴とする請求項16〜18のうちのいずれか1つに記載の装置。
- イオン化可能な材料を生成する前記装置は、イオン化可能なガスを含む容器と、イオン化可能な前記ガスを前記磁場内に導入するインジェクタ装置とから形成されることを特徴とする請求項16〜20のうちのいずれか1つに記載の装置。
- イオン化可能な材料を生成する前記装置は、導電性液体の供給源から形成されることを特徴とする請求項16〜21のうちのいずれか1つに記載の装置。
- 発生させた前記アルフベン波の位相遅延のための装置を備えたことを特徴とする請求項16〜22のうちのいずれか1つに記載の装置。
- 前記磁場を集束させる装置を備えたことを特徴とする請求項16〜23のうちのいずれか1つに記載の装置。
- 前記集束装置は、前記1次コイル(2)と、必要に応じて、例えば、FFAG(固定磁場強収束)型コアをベースにしたさまざまな材料からなる磁気コアを持つ2次コイル(3)とから形成されることを特徴とする請求項24に記載の装置。
- 磁気遮蔽を備えたことを特徴とする請求項16〜25のうちのいずれか1つに記載の装置。
- 前記磁気遮蔽は、遮蔽板(5)を含み、その遮蔽板は、前記アルフベン波の出口方向に対して、前記磁場の反対側に配置されることを特徴とする請求項26に記載の装置。
- 制御装置(7)が備えられ、かつ前記コイル(2、3)の前記電源供給装置に接続されることを特徴とする請求項16〜27のうちのいずれか1つに記載の装置。
- 前記制御装置(7)は、コンピュータにより形成されることを特徴とする請求項28に記載の装置。
- 請求項16〜29のうちのいずれか1つに記載の装置を備えたことを特徴とするヴィークル用の動力装置。
- イオン化可能な材料を生成する前記装置は、プラズマ発生装置を用いて形成され、スラストは、反応原理に基づいて、前記アルフベン波によって発生することを特徴とする請求項30に記載の動力装置。
- イオン化可能な材料を生成する前記装置は、導電性液体を供給する装置から形成されることを特徴とする請求項30に記載の動力装置。
- イオン化可能な材料を生成する前記装置は、アーク動力装置から形成されることを特徴とする請求項30〜32のうちのいずれか1つに記載の動力装置。
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