Elektrostatisk indeslutning af plasma ( engelsk inertial electrostatic confinement, IEC ) er et koncept til indeslutning af et plasma ved hjælp af et elektrostatisk felt.
Et elektrostatisk felt, normalt sfærisk symmetrisk, men nogle gange med cylindrisk symmetri, accelererer ladede partikler ( elektroner eller ioner ) mod feltets centrum eller symmetriakse. Ionerne kan holdes tæt på midten af fælden i lang tid, hvilket gør det muligt at opnå en kontrolleret termonuklear reaktion . En af de første beskrivelser af konceptet blev lavet af Willam C Elmore og andre i januar 1959. [1]
Spørgsmålet om prioriteringen af at bruge inerti-elektrostatiske systemer til at udføre kernereaktioner og direkte omdannelse af energien fra disse kernereaktioner til elektrisk energi er endnu ikke løst.
I USSR blev disse forslag først formuleret af O. A. Lavrentiev , i hans notat sendt til Centralkomiteen for Bolsjevikkernes Kommunistiske Parti den 29. juli 1950 [2] . I sit notat foreslog O. A. Lavrentiev lithium-brint-reaktioner, som lovende ud fra et synspunkt om kernefusionsreaktioner for en termonuklear bombe: p + 7 Li = 2 4 He + 17,2 MeV og D + 6 Li = 2 4 He + 22,4 MeV baseret på den såkaldte "free collision of nuclei" metode. Det var dette forslag, der vækkede interessen hos den politiske ledelse af projektet (som rådede over lignende efterretningsdata om det amerikanske atomprojekt) i personen af en nybegynder videnskabsmand, hvilket gjorde det muligt for O. A. Lavrentiev at komme ind på Moskvas statsuniversitet og starte en videnskabelig karriere.
Ifølge A. D. Sakharov, som afgav sin mening om forslagene, var det videnskabelige indhold af den nævnte note af O. A. Lavrentiev trivielt. Faktisk indeholdt den kun ét originalt forslag til "elektrostatisk absorption af energien fra hurtige partikler i et modererende elektrisk felt" til udvælgelse af den elektriske effekt af kernereaktioner udført i "gas" (plasma) volumen, der holdes af det elektrostatiske felt .
I sit notat foreslog O. A. Lavrentiev, at det volumen, hvori nukleare processer finder sted, skulle være omgivet af to ledende skaller (den indre skal er en gitterkatode), hvortil der anvendes en potentialforskel på 0,5-1 MV. Ifølge O. A. Lavrentiev skal de positivt ladede kerner, der accelereres i løbet af kernereaktioner, flyver gennem nettet, falde ind i et langsommere elektrisk felt og enten kastes tilbage uden tab af energi til det volumen, hvori kerneprocesser finder sted, eller nå den ydre skal, der skaber i EMF-kredsløbet.
I mangel af andre tab er betingelsen for at opretholde reaktionen overskuddet af den energi, der frigives i løbet af kernereaktioner, i forhold til den energi, der tages af systemet af to skaller.
Ifølge O. A. Lavrentiev, da energitabene i denne situation er proportionale med skallernes areal (direkte hits af produkterne fra nukleare reaktioner), og den energi, der frigives i løbet af nukleare reaktioner, er proportional med volumen, det er det altid muligt at vælge sådanne installationsdimensioner, at med et konstant energiforbrug af det eksterne kredsløb vil betingelsen for at opretholde reaktionen være opfyldt.
Forslaget fremsat af OA Lavrent'ev tog dog ikke hensyn til energitabet for stråling samt emissionen af neutrale partikler, som transporterer en betydelig del af energien bort. Det var også problematisk på det tidspunkt, og selv nu er den tekniske gennemførlighed af en strukturel løsning, der giver termisk stabilitet til det indre net.
På grund af historiske årsager modtog de foreslåede metoder til elektrostatisk tilbageholdelse af nukleare reaktionsprodukter for at opnå elektrisk energi ikke prioriteret udvikling i sovjetisk videnskab.
På tidspunktet for formuleringen af disse afhandlingsforslag havde O. A. Lavrentiev ikke en videregående uddannelse og besad ikke den nødvendige teoretiske, og endnu mere praktisk videnbase.
Efter I. V. Stalins død og henrettelsen af L. P. Beria, efter at have mistet politisk protektion, lykkedes det ham ikke selvstændigt at udvikle sine ideer til et storstilet projekt af statslig betydning, og A. D. Sakharov og I. E. Tamm var interesserede i at udvikle deres egne ideer rent magnetisk indespærring af termonukleært plasma, hvor der, som det viste sig, objektivt set ikke var mindre tekniske og fysiske problemer.
Efter at have modtaget en uddeling efter at have afsluttet sin eksamen fra Moscow State University i Kharkov Institute of Physics and Technology ved Akademiet for Videnskaber i den ukrainske SSR, fortsatte O. A. Lavrentiev i perioden 1953-1960, hovedsagelig eksperimentelle undersøgelser af elektrostatisk såvel som magneto-elektrostatisk indespærring af termonukleært plasma [3] .
Ordningen med en elektrostatisk fælde til højtemperaturplasma med henblik på industriel termonuklear fusion blev foreslået af O. A. Lavrentiev den 22. juni 1950, og en elektromagnetisk fælde til højtemperaturplasma i form af en åben magnetisk fælde med elektrostatisk låsning af magnetiske slots blev foreslået i marts 1951.
Publikationer om disse spørgsmål på ukrainsk blev offentliggjort i Ukrainian Physics Journal i 1963 [4] .
I en simpel elektrostatisk fælde holdes plasmaioner af et eksternt elektrisk felt påført mellem et internt sfærisk katodegitter og en ekstern sfærisk elektrode, på hvis overflade yderligere ionkilder er placeret [5] .
For at øge antallet af ioner tilbageholdt i den elektrostatiske fælde, foreslog O. A. Lavrentiev en modifikation af den elektrostatiske fælde med en ændret polaritet, for hvilken han anså det for nødvendigt at sikre fundamentalt streng sfæriskhed af det ion-optiske system og streng sfærisk fokusering af ion- og elektronstrømmene sprøjtes ind i systemet.
Et diagram af en simpel elektrostatisk fælde med omvendt polaritet, foreslået af O. A. Lavrentiev, er vist i fig. 1. I denne enhed påføres et højt positivt potentiale på 20-100 keV til den indre elektrode - 2, som er en dobbelt halvcirkel. Kammeret evakueres til højvakuum og fyldes derefter med arbejdsgas. Som et resultat af at fokusere strømmene af ladede partikler, dannes et tæt højtemperaturplasma i midten, langt fra overfladen af elektroderne. Intense termonukleære reaktioner finder sted i midten, og nær elektroderne er plasmatætheden mange størrelsesordener lavere og bør ikke overstige grænseværdien bestemt ud fra tilstanden af en moderat termisk belastning på elektroderne. Ekstern elektrode - 1 er lavet i form af to halvkugler med vandkøling. Data om opsætningens driftsparametre er ikke angivet i [5].
OA Lavrentiev fremsatte følgende teoretiske antagelser om mulige fysiske processer i simple elektrostatiske fælder med omvendt polaritet.
Termonukleært plasma dannes i midten af systemet som et resultat af fokuseringen af strømme af ladede partikler. I et sådant plasma, under betingelse af streng radial fokusering og sfærisk symmetri af systemet, kan virtuelle elektroder - katoder og anoder - opstå. De har egenskaberne af rigtige elektroder, men indfører praktisk talt ikke tab i strømmene af ladede partikler, der cirkulerer gennem dem.
Virtuelle elektroder bør dannes i driftrummet, hvis tætheden af ladede partikelfluxer, der injiceres i plasmaet, er høj nok. Den første virtuelle elektrode (anode) er dannet i dette system af en positiv plasmasøjle af en glødegasudladning, der opstår mellem den indre anode og den eksterne katode. Elektroner, der udsendes indad fra kuglens overflade, der passerer gennem den, skulle danne en anden virtuel elektrode (katode). En del af ionerne i den virtuelle anode, der accelereres af det elektriske felt mellem den virtuelle anode og den virtuelle katode, skulle danne den tredje virtuelle elektrode (anode).
Fig.1 En simpel elektrostatisk fælde. 1 - afkølet katode, 2 - anode.
Ladede partikler kan akkumulere mellem virtuelle elektroder såvel som mellem rigtige, hvilket forstærker det indledende flow mange gange.
I den simple elektrostatiske fælde med omvendt polaritet vist i fig. 1 er de virtuelle elektroder ikke forvrænget af gitterstrukturen, så antallet af virtuelle elektroder bør stige både med stigende enhedsstørrelse og med en stigning i flowet af injicerede ioner, men med hver ny elektrode øges plasmadensiteten og derfor kildens neutronudbytte.
Faktisk giver løsningen af Poisson-ligningen en oscillerende kurve for potentialet. Dette fremgår af følgende betragtninger. For et to-strøms plasmasystem i sfærisk geometri med radial koordinat r er Poisson-ligningen for potentialet V som følger (ρe og ρi er ladningstæthederne for henholdsvis elektroner og ioner):
(1/r2)(d/r[r2(dV/dr))=4π(|ρe|-ρi), (1)
Hvis vi tager potentialet ved den virtuelle anode som 0, så følger det af energibesparelsesligningen:
½Mvi2=|eV(r)|, (2) ½mve2=e(V-V0), (3)
hvor V0 er potentialet ved katoden, M og m er ion- og elektronmasserne, og e er elektronladningen. Det følger af ladningsbevaringsbetingelserne (dvs. i er elektron- og ionstrømmene, ve, i er ion- og elektronhastighederne):
Dvs. i=4πr2ρe, ive, i, (4)
Lad os normalisere radius og potentiale:
f(r)=V(r)/V0, (5)
R=r/r0, (6)
hvor r0 er radius af den virtuelle anode, φ(r0)=0. Så kan relation (1) omskrives som:
d2ph/dR2+(2/R)(dph/dR)=(K+/R2)(ph-1/2-λ+(1-ph)-1/2), (7)
K+=Ii/|V0|3/2(M/2e)1/2=4πr2ρiФ1/2/|V0|, (8)
λ+=(Ie/Ii)(m/M)1/2, (9)
Fig.2. Estimeret graf over det normaliserede potentiale for K+=0,7, λ+=λ+max og K+=0,67, λ+=λ+max.
Parametrene K+ og λ+ er ikke uafhængige på grund af behovet for at opfylde randbetingelserne, og hver K+ svarer til λ+max.
Fig.3. Plot af lokalisering af parametre K+ og λ+ bestemt af randbetingelser.
Antagelsen om en stigning i tætheden af det begrænsende plasma med en stigning i antallet af virtuelle elektroder er illustreret af grafen for den normaliserede iondensitet ρi= ρi (4πrс2/K+|V0|) vist i fig.
Ris. 5. Plot af den normaliserede iontæthed ρi i en simpel elektrostatisk fælde.
Det skal bemærkes, at disse konklusioner er gyldige for en situation, hvor partiklernes bevægelse er strengt radial, og systemet er sfærisk symmetrisk.
I et system med sfærisk fokusering, på grund af den rettede bevægelse af partikelstrømme mod midten, stiger deres tæthed med 1/r2 op til en vis radius r0, hvilket karakteriserer nøjagtigheden af sfærisk fokusering.
Effekten, der frigives i reaktionerne, er proportional med produktet af plasmavolumenet og kvadratet af tætheden og vokser som 1/r0 med forbedret fokusering.
Under hensyntagen til det tilgængelige empiriske skøn, i energiområdet af interesse for os 0<ε<150 kV, afhængigheden af tværsnittet af fusionsreaktionen, der involverer deuteroner σf(ε), målt i stald, af deuteronenergien ε, målt i kV [6, Aleksandrovich E.-G. V., Sokovishin V. A., PTE, 1961, V.5, s. 7-25]: σf(ε)=140∙exp{-44.4/ε1/2}/ε, kan vi konkludere, at kernereaktionshastigheden <σfv> i et bestemt energiområde er svagt afhængig af r, så startende fra ræsonnement af O. A. Lavrentiev, der foreslog at midlere kraften frigivet i fusionsreaktioner over radius r, opnår vi følgende relation for denne værdi: Pf=4πR3Ef<σfv>ni2(R/r0-1), hvor R er radius af ydre kugle, ni er den gennemsnitlige tæthed af ioner, Ef er energien af en enkelt handling af en kernereaktion.
At argumentere for, at graden af fokusering af ionflux afhænger af kvaliteten af elektrodestrukturen af det accelererende anode-katodegab, såvel som af spredningen af ioner på hinanden, og de eksisterende teknologiske metoder til dannelse af ionflux med lav divergens (ionkilder med flere åbninger) gør det muligt at minimere indflydelsen af de geometriske parametre af strukturelle elementer til ubetydelig, O. A. Lavrentiev kom til den konklusion, at det største bidrag til defokuseringen af en ionstråle i en ideel elektrostatisk enhed vil være lavet ved Coulomb-spredningen af ladede partikler, som har karakter af multiple interaktioner med afvigelse ved små vinkler, som kan tages i betragtning statistisk. Den banegennemsnitlige rod-middel-kvadratvinkel af afvigelse af partiklen fra den nøjagtige bevægelse langs radierne estimeres til .
Da det følger af ladningsbevaringsloven, at nivi/n0maxv0=ro2/R2~<θ2>, hvor vi og v0 er ionernes termiske hastigheder i periferien og i midten af enheden, er n0max det maksimalt opnåelige plasma tæthed i midten af den elektrostatiske fælde, og R>>r0, værdien for n0max med sfærisk fokusering af ladede partikelfluxer begrænset af Coulomb-spredning opnås som følger: n0max~(Ti/T0)1/2E2/2πe4LlnΛ, hvor Ti er plasmatemperaturen i den positive udledningssøjle, T0 er plasmatemperaturen i fokusområdet.
Det skal bemærkes, at OA Lavrent'ev i sine estimater ikke helt korrekt antog, at temperaturerne inde i fokusområdet og i plasmaet i den positive søjle af udledningen var lige store i størrelsesordenen.
Estimatet viser, at i det ideelle tilfælde, når Coulomb-spredningen yder det største bidrag til defokuseringen af ionstrålen, vil plasmatætheden i midten være mange størrelsesordener større end plasmadensiteten i periferien. Det er sandt, at ved sådanne tætheder vil gaskinetisk spredning også blive betydelig, hvilket heller ikke tages i betragtning i ovenstående estimat.
Værkerne [3 og 4] blev oversat til engelsk og tjente som en af motiverne for R. L. Hersh til at udføre et eksperiment, herunder at teste de teoretiske holdninger udtrykt af O. A. Lavrentiev.
For at vende tilbage til prioritetsstriden skal det siges, at den amerikanske side hævder [7, RL Hirsch, Inertial Electrostatic Confinement of Ionized Fusion Gases, Journal of Applied Physics, V. 38, No. 11, s. 4522-4534, 1967] at eksistensen af en lokaliseret glød i midten af et sfærisk symmetrisk højfrekvent elektron-multiplikatorrør evakueret til et højt vakuum blev observeret for første gang af P. T. Farnsworth i 1934. Rapporten om observation af denne effekt blev ikke offentliggjort; P. T. Farnsworth fortalte i en privat samtale til R. L. Hersh i 1964 om observationen af denne effekt, og forbinder denne effekt med muligheden for dannelse inde i den hule anode af elektronstrømme fokuseret til centrum af hulrummet forbundet med rumladningspotentialebrønden, som tilbageholder og akkumulerer ioner fra påfyldningsgassen. P. T. Farnsworth foreslog angiveligt at bruge denne effekt til at indeslutte og akkumulere termonukleære ioner i et lille volumen i midten af 1950'erne. Den første teoretiske publikation, som undersøgte problemerne med sfærisk symmetrisk fokusering af ion- og elektronstrømme i et system foreslået i privat kommunikation af V. H. Wells i 1954 og uafhængigt, også i privat kommunikation, af P. T. Farsworth i 1956, blev udgivet i USA i 1959 [8, WCWatson, Jl Elmore, KMTuck, On the Inertial-Electrostatic Confinement of a Plasma, The Physics of Fluids, V.2, nr. 3, s. 239-246, 1959]. Data om eksperimentet med sfærisk symmetrisk fokusering af ionfluxer på et setup udviklet af R. L. Hersh [7] blev offentliggjort i 1967.
Åben magnetfælde med elektrostatisk lukning af magnetiske slidser
Åbne magnetfælder har i sig selv en række fordele: et højt tilladt forhold mellem plasmatryk og magnetfelttryk, magnetohydrodynamisk plasmastabilitet (i systemer med det såkaldte "minimum B"), evnen til at fungere i en stationær tilstand og relativ strukturel enkelhed.
I den enkleste version er en åben magnetisk fælde skabt af to identiske koaksiale spoler forbundet i samme retning. I dette tilfælde er magnetfeltet mellem spolerne noget svagere end i spolernes plan, så den centrale del af feltet viser sig at være indesluttet mellem to magnetiske "stik" eller "spejle" - områder med et forstærket felt . Forholdet mellem feltet i spejlene W og feltet i den centrale del af fælden B0 kaldes almindeligvis spejl- eller spejlforholdet: α = Bm/B0.
I åbne magnetiske fælder, også kaldet adiabatiske, er langvarig indeslutning af ladede partikler baseret på bevarelsen af den tværgående adiabatiske invariant - forholdet mellem partiklens tværgående energi og frekvensen af Larmor-rotationen, eller en fysisk parameter afledt af denne værdi - det magnetiske moment i Larmor-cirklen. Hvis der ikke er noget elektrisk felt, så når en ladet partikel bevæger sig i et magnetfelt, forbliver dens hastighed ν konstant (Lorentz-kraften, der er vinkelret på ν, virker ikke). Derudover, i et stærkt magnetfelt, når Larmor-radius ρ = v﬩/ωB (v﬩ er hastighedskomponenten på tværs i forhold til B, ωB = eV/mc er Larmor-frekvensen, e er partiklens ladning, m er dens masse, c er lysets hastighed) er meget mindre end den karakteristiske længde af ændringen i magnetfeltet, værdien er også bevaret: μ=m v2﬩/2B.
Denne størrelse, som også har betydningen af det magnetiske moment i Larmor-cirklen, er en adiabatisk invariant af den kvasi-periodiske bevægelse.
Da μ = const, når den ladede partikel nærmer sig spejlet, øges den tværgående hastighedskomponent v﬩, og da ν = const, falder den langsgående hastighedskomponent i dette tilfælde, og for tilstrækkelig stor α kan den forsvinde. I dette tilfælde vil partiklen blive reflekteret fra det magnetiske spejl.
Lad os introducere vinklen θ, som er sammensat af hastighedsvektoren med retningen af magnetfeltet B. Den er lig med (π/2) - ψ, hvor ψ er den såkaldte trin- eller pitch-vinkel. Det er let at se, at det magnetiske spejl kun reflekterer de partikler, for hvilke følgende gælder i den centrale del af fælden: sin θ >α-1/2=(B0/Bm)1/2.
Alle partikler med en vinkel θ mindre end θ0 = arcsin [(B0/Bm)1/2] falder ind i den "forbudte kegle" af retninger og flyver ud af fælden. Den adiabatiske fælde rummer således ikke alle partikler, men kun dem, der er inde i den tilladte retningskegle.
Partiklerne i fælden udfører relativt hurtige svingninger mellem reflektionspunkterne og bevæger sig samtidig langsomt fra en kraftlinje til en anden og oplever den såkaldte magnetiske drift. Hastigheden af denne drift er af størrelsesordenen vm ~ vp/R, hvor ρ er Larmor-radius og R er krumningsradius for feltlinjen.
Åbne magnetiske fælder har således en stor ulempe: en kort plasmalevetid på grund af dets store tab langs magnetfeltlinjer ind i fældens magnetiske slidser.
For at reducere plasmatab gennem magnetiske spalter foreslog OA Lavrentiev en metode til elektrostatisk låsning af magnetiske spalter, som består af følgende.
I området af det magnetiske mellemrum er strømmen af ladede partikler begrænset i tværretningen af jordede elektroder, og bagved spalten er strømmen blokeret af en negativt ladet elektrode (eller et system af elektroder).
Ved et tilstrækkeligt højt negativt potentiale reflekteres elektroner fra denne elektrode (negativ potentialbarriere) tilbage i fælden, så den eneste måde for elektroner at gå tabt fra fælden er deres diffusion gennem magnetfeltet.
Som et resultat øges elektronens levetid betydeligt, en negativ rumladning akkumuleres i fælden, og plasmaet får et negativt elektrostatisk potentiale.
Ioner forlader fælden gennem magnetiske spalter (til negativt ladede elektroder), men for at udligne hastigheden af elektron- og iontab i de magnetiske spalter, indstilles positive (ambipolære) potentialebarrierer automatisk for at reducere tabet af ioner fra fælden.
For at etablere en sådan vellignende fordeling af det elektrostatiske potentiale er det imidlertid nødvendigt, at den tværgående størrelse af partikelfluxen i spalten ikke er meget større end Debye-afskærmningsradius.
Ellers kommer barrieren ikke ved større strømningsbredde på grund af det store potentielle nedbøjning i spalten, og ionerne forlader fælden uden at bremse.
Den nødvendige betingelse for lilleheden af den tværgående størrelse af de magnetiske spalter kan lettest opfyldes for forskellige spidsvinklede geometrier af magnetfeltet skabt af et system af ledere med den modsatte strømretning i tilstødende ledere (i antispejlceller eller multipoler ).
En sådan kombination af et spidsvinklet magnetfelt med elektrostatisk låsning af magnetiske spalter kaldes en "elektromagnetisk fælde".
I en elektromagnetisk fælde holdes plasmaets elektronkomponent således af eksterne magnetiske og elektrostatiske felter, mens ionkomponenten holdes af det elektrostatiske felt af rumladningen af ukompenserede elektroner. I dette tilfælde bestemmes levetiden for plasmaet i fælden af elektrondiffusionshastigheden gennem magnetfeltet, og iontabshastigheden justeres til hastigheden af elektrontab ved at justere potentialebarriererne i de magnetiske mellemrum.
Sammen med fordelene nævnt ovenfor, som er iboende i hele klassen af åbne fælder, er et specifikt træk ved elektromagnetiske fælder muligheden for at skabe og opvarme plasma ved en simpel metode til at injicere højenergielektronstrømme (og under visse betingelser, ioner) gennem magnetiske spalter. I dette tilfælde sikrer det spidsvinklede magnetfelt med dets centrale område af ikke-diabatisk bevægelse af partikler en effektiv indfangning af de injicerede strømme. De indfangede elektroner producerer ionisering af arbejdsgassen og afgiver en del af deres energi til det kolde plasma. En sådan "barriere"-injektion af elektroner, produceret fra en negativt ladet blokerende elektrode-katode, er den mest energieffektive i sammenligning med alle andre metoder til at skabe og opvarme plasma i elektromagnetiske fælder. Dette skyldes, at elektronerne, der går tilbage til den blokerende elektrode-katode, ikke tager energi ud af fælden (bortset fra et lille "over-barriere-additiv"), men giver det til det elektriske felt. Da de samtidig med udslip af elektroner gennem barrieren injiceres fra barrieren, overfører det elektriske felt energien modtaget fra de udgående elektroner direkte til de injicerede, og returnerer den til plasmaet uden tab, dvs. energigenvinding sker. Tabet af energi fra elektroner er kun forbundet med deres diffusion gennem et magnetfelt.
Logikken i udviklingen af igangværende videnskabelig forskning førte i sidste ende O. A. Lavrentiev til ideen om åbne magnetiske fælder med flere spalter til termonukleært plasma med elektrostatisk låsning af magnetiske spalter [5, OALavrentiev, V. A. Sidorkin, V. P. Goncharenko, Yu S. Azovsky, S. A. Vdovin, "Undersøgelse af en multislit elektromagnetisk fælde", UFZh, 1974, bind 19, nr. 8, s. 1277-1280].
Den mest berømte IEC-enhed er Farnsworth-Hirsch Fusor , beskrevet i 1967. [6] Den består af to koncentriske elektrisk ledende spiralgitre placeret i et vakuumkammer. En lille mængde fusionsbrændstof indføres i kammeret, som ioniseres af spændingen mellem gitrene. Positivt ladede ioner accelereres mod midten af kammeret, og en fusionsreaktion kan forekomme mellem dem.
Fusorer er enkle nok til at blive lavet af hobbyister eller små laboratorier. Fusorer er i stand til at producere termonukleære reaktioner, men kan ikke producere nogen væsentlig mængde energi. De er farlige at håndtere pga bruger højspænding og kan udsende stråling (neutroner, gammastråler, røntgenstråler). Fusorer bruges som kommercielle neutronkilder, for eksempel under mærkerne FusionStar og NSD-Fusion.
Der er flere projekter til at løse hovedproblemerne i fusorer. I den originale enhed kolliderer nogle af ionerne med gitrene, varmer dem op og forurener plasmaet med tunge ioner. Polywell bruger magnetiske felter til at skabe en virtuel elektrode. [7] Et andet projekt bruger en Penning-fælde til at fange elektroner . [8] . Det tredje projekt, MARBLE [9] , bruger elektrostatisk optik til at holde ioner væk fra netledere.