[发明专利]高效紧凑型聚变反应堆

权利要求书

1.一种紧凑型核聚变反应堆，其具有环形等离子体室和等离子体约束系统，此系统被布置成产生用于约束等离子体室中的等离子体的磁场，其特征在于： 

等离子体约束系统被配置成使得被约束的等离子体的主要半径为1.5m或更少； 

等离子体约束系统包括环形磁体，该环形磁体由具有高温超导体的材料制成，优选为在使用中被冷却至77K，更优选为冷却至30K或更少，更优选为冷却至4K或更少； 

磁场在使用中时包括3T或更多，优选的5T或更多，优选的10T或更多，更优选的15T或更多的环形分量。 

2.如权利要求1所述的核聚变反应堆，其特征在于：被约束的等离子体的主要半径小于1.0m，更优选的是小于0.5m。 

3.如前述任一项权利要求所述的核聚变反应堆，其特征在于：所述反应堆是球形托卡马克反应堆。 

4.如前述任一项权利要求所述的核聚变反应堆，其被布置成通过引导一个或多个中性射束进入等离子体从而增强中子和能量的生产。 

5.如权利要求4所述的核聚变反应堆，其特征在于：中性射束具有少于200keV、优选少于130keV、更优选地少于80keV、更优选地少于40keV的能量。 

6.如权利要求5所述的核聚变反应堆，其特征在于：中性射束包括氚原 子。 

7.如权利要求5或6所述的核聚变反应堆，其特征在于：等离子体包括氚离子。 

8.如权利要求5所述的核聚变反应堆，其特征在于：中性射束包括氘原子但是没有氚原子，并且等离子体包括氘离子但是没有氚离子。 

9.如前述任意一项权利要求所述的核聚变反应堆，其特征在于：从选定的不同方向将中性射束引导进入等离子体，以优化射束中粒子间的聚变反应。 

10.如前述任一项权利要求所述的核聚变反应堆，其被配置成使得输入到等离子体的功率小于100MW，优选的小于10MW，更优选的小于6MW，更优选的小于3MW，更优选的小于1MW。 

11.如前述任一项权利要求所述的核聚变反应堆，其被布置成以Q_eng>1，更优选为Q_eng>3，更优选为Q_eng>10，更优选为Q_eng>15，更优选为Q_eng>20的聚变功率增益因子Q_eng运行，并作为高效中子源或能量源运行。 

12.如前述任一项权利要求所述的核聚变反应堆，其特征在于：等离子体可以保持在稳定状态多于10秒，优选地多于100秒，更优选地多于1000秒，更优选地多于10000秒。 

13.如权利要求12所述的核聚变反应堆，其特征在于：在没有电感的情况下驱动等离子体电流。 

14.如权利要求13所述的核聚变反应堆，其被布置成使用一个或多个以下的操作来启动等离子体： 

融合-压缩； 

磁场泵送使得振荡电流产生加强等离子体电流的等离子体环； 

激活位于环形室中心部分中的一个或多个可收缩的螺线管；和 

通过回旋振荡管或其他RF源产生RF电流启动。 

15.如权利要求14所述的核聚变反应堆，其被布置成使用一个或多个以下的操作来上升等离子体电流： 

激活一个或多个可收缩的螺线管； 

RF电流驱动；和 

加热等离子体以使得需要包含增长的等离子体的极向磁场的快速增长输入几乎足够的通量，以将等离子体电流上升到要求的工作值。 

16.如权利要求14或15所述的核聚变反应堆，其特征在于：一个或多个可收缩的螺线管包括一个或多个预先被冷却的高温超导螺线管。 

17.如前述任一项权利要求所述的核聚变反应堆，其被布置成提供至少1MW、更优选为至少10MW、更优选为至少100MW的中子输出。 

18.如前述任一项权利要求所述的核聚变反应堆，其中，低温恒温器的外壳和／或用于构造环形磁场磁体的材料被配置为提供至少部分结构完整性。