[发明专利]用于加速和压缩等离子体的设备和系统

权利要求书

1.一种用于加速和压缩等离子体的设备，包括：

等离子体加速器，所述等离子体加速器包括管状外部电极和管状内部电极，所述内部电极在所述外部电极内部延伸，使得在所述管状内部电极与所述管状外部电极之间限定环形等离子体传输通道，以用于加速和压缩通过所述环形等离子体传输通道的等离子体环，所述加速器具有用于从等离子体发生器接收所述等离子体环的入口、用于释放所加速和压缩的等离子体环的出口，所述等离子体传输通道具有纵向伸长部分，所述纵向伸长部分具有与所述入口流体连通的上游端和与所述出口流体连通的下游端，其中，所述伸长部分具有变化的锥形几何结构，所述变化的锥形几何结构包括横截面环形间隙，所述横截面环形间隙被限定为所述内部电极与所述外部电极之间的径向距离并且在沿着所述伸长部分的长度的下游方向上非线性地减小；以及

电源，所述电源电耦接至所述加速器并且被配置成提供电加速脉冲，所述电加速脉冲产生在所述加速器中流动的电流并且在所述等离子体环后面生成磁推进通量，所述磁推进通量足以将所述等离子体环从所述上游端通过所述伸长部分推进到所述下游端和所述加速器的出口；

其中，所述设备被配置成在所述伸长部分之前具有足以使得通过所述磁推进通量的扩展贯穿所述伸长部分加速和压缩所述等离子体环的电感，以及其中，选择所述等离子体传输通道的沿着所述伸长部分的长度的非线性减小的尺寸，使得对于所述伸长部分的所选择的电感以及在所述伸长部分之前的所选择的电感，在所述伸长部分中流动的电流在所述伸长部分的所述下游端处比在所述上游端处小，并且等离子体环压力在所述伸长部分的所述下游端处比在所述伸长部分的所述上游端处大。

2.根据权利要求1所述的用于加速和压缩等离子体的设备，其中，所述伸长部分具有在1与2之间的等离子体环径向压缩比。

3.根据权利要求1所述的用于加速和压缩等离子体的设备，其中，所述电源被配置成产生加速脉冲，所述加速脉冲对从所述加速器的入口到所述加速器的出口经过其中的所述等离子体环提供同时的加速和压缩。

4.根据权利要求1所述的用于加速和压缩等离子体的设备，其中，所述等离子体传输通道还包括在所述入口与所述伸长部分的上游端之间的高压缩漏斗状部分，所述高压缩漏斗状部分向所述等离子体环提供高压缩比，所述高压缩漏斗状部分包括与所述入口流体连通的上游端和与所述伸长部分的上游端流体连通的下游端，其中，被限定为所述内部电极与所述外部电极之间的径向距离的所述高压缩漏斗状部分中的横截面环形间隙在沿着所述高压缩漏斗状部分的长度的下游方向上减小。

5.根据权利要求4所述的用于加速和压缩等离子体的设备，其中，所述高压缩漏斗状部分具有在3与10之间的径向压缩比。

6.根据权利要求1所述的用于加速和压缩等离子体的设备，其中，所述伸长部分具有内部电极半径与外部电极半径的固定比率，以及所述内部电极或所述外部电极中之一沿着所述伸长部分的纵向位置z的半径r(z)由限定，

其中，z₀是所述伸长部分在所述上游端处的纵向位置，c是所述伸长部分的每单位长度电感L’与在所述伸长部分之前的电感L₀的比率，

a＝b+1/r₀

其中，r₀是所述内部电极或外部电极在所述上游端处的半 径，以及

其中，r₁和z₁是所述内部电极或所述外部电极各自的半径和所述伸长部分在所述下游端处的纵向位置。

7.根据权利要求1所述的用于加速和压缩等离子体的设备，其中，所述内部电极和所述外部电极中的每个沿着所述伸长部分的纵向位置z的半径r(z)由限定，

其中，z₀是所述伸长部分在所述上游端处的纵向位置，c是所述伸长部分的每单位长度电感L’与在所述伸长部分之前的电感L₀的比率，

a＝b+1/r₀

其中，r₀是所述内部电极或外部电极在所述上游端处的半径，以及

其中，r₁和z₁是所述内部电极或所述外部电极各自的半径和所述伸长部分在所述下游端处的纵向位置。