A new methodology for achieving the formation and compressional heating of a field reversed configuration (FRC) plasmoid has been investigated both theoretically and experimentally at the University of Washington and MSNW. This approach, based on previous FRC empirical scaling, is expected to achieve fusion gain as large as 10. For the FRC, the fusion gain, G ∼ ϕp⋅Be2 where ϕp is the FRC poloidal flux and Be the confining axial magnetic field. G is essentially independent of the FRC radial scale making feasible a small, compact reactor. The necessary ϕp (>60 mWb) is achieved by employing a large formation chamber (∼0.8 m radius) combined with the requisite axial magnetic field reversal time (Eθ ∼ 20 kV m−1) for generating a high initial temperature (Ti > 1 keV) FRC. By employing the dynamic formation procedure, the FRC is accelerated to ∼100–150 km s−1. This subsonic velocity is maintained as the FRC is translated through a series of cylindrical coils of decreasing radius but of sufficient length (>LFRC) and number (∼10) to produce essentially an isentropic and adiabatic radial wall-compression of the equilibrium FRC. The final stage is a 12 cm diameter, 3–6 m long confinement and burn chamber with a vacuum field of 7–9 T produced by external solenoidal coils inside the flux conserving cylinder. The vacuum field is compressed by the FRC on insertion to 35 T resulting in fusion gain conditions for the 2–5 ms transit. The large ratio of FRC to inner wall radius (0.85) substantially lowers the FRC edge pressure thereby greatly reducing both particle and thermal losses. The resulting D–T fusion yield for the 3.5 MJ FRC is 20–40 MJ/pulse. The final ejection and expansion of the FRC into a large, low field mirror chamber provides a mechanism for FRC energy recovery. The experimental justification and the physics basis for the entire process from formation through burn of the Compact FRC Fusion Reactor concept is presented.
磁場反転配位（FRC）プラズモイドの形成と圧縮加熱を実現するための新しい方法論が、ワシントン大学とMSNWにおいて理論的かつ実験的に調査されてきた。このアプローチは、これまでのFRCの経験的スケーリングに基づき、最大10の核融合利得を達成することが期待されている。FRCについて、核融合利得G ∼ ϕp⋅Be2であり、ここでϕpはFRCのポロイダル磁束、Beは閉じ込め軸方向磁場である。Gは本質的にFRCの半径スケールに依存しないため、小型でコンパクトな炉が実現可能となる。必要なϕp（>60 mWb）は、大きな形成チェンバー（半径∼0.8 m）と、高初期温度（Ti > 1 keV）のFRCを生成するために必要な軸方向磁場反転時間（Eθ ∼ 20 kV m−1）を組み合わせることによって達成される。動的形成法を用いることにより、FRCは∼100–150 km s−1まで加速される。この亜音速速度は、FRCが、半径が減少するが、平衡FRCの本質的に等エントロピーかつ断熱的な半径方向壁圧縮を生じさせるのに十分な長さ（>LFRC）と数（∼10）を持つ一連の円筒コイルを通過する際に維持される。最終段階は、磁束保存円筒の内部に配置された外部ソレノイドコイルによって生成される7–9 Tの真空磁場を有する、直径12 cm、長さ3–6 mの閉じ込め・燃焼チェンバーである。真空磁場は、挿入時にFRCによって35 Tまで圧縮され、2–5 msの通過時間に対する核融合利得条件をもたらす。FRCと内壁半径の比（0.85）が大きいことは、FRCの端部圧力を大幅に低下させ、それにより粒子損失と熱損失の両方を大幅に減少させる。結果として得られる3.5 MJ FRCのD–T核融合収量は20–40 MJ/パルスである。FRCの大型で低磁場のミラーチェンバーへの最終的な放出と膨張は、FRCエネルギー回収のメカニズムを提供する。コンパクトFRC核融合炉概念の形成から燃焼に至る全プロセスに対する実験的正当性と物理的根拠が提示される。