Kompakta fusionsreaktorer

Tomas Lindén Kompakta fusionsreaktorer Introduktion Utvecklandet av fissionsreaktorer tog bara 13 år från upptäckten av uranfission år 1938 till den första elproducerande reaktorn år 1951. Att utvinna energi via fusionsreaktioner har visat sig vara ett mångfalt svårare problem. Sir Arthur Eddington föreslog redan år 1920 att solens energi kommer från fusion, men det dröjde ända till år 1946 innan det första patentet gällande en fusionsreaktor ansöktes. År 1950 föreslog Andrei Sakharov och Igor Tamm tokamakreaktorn och år 1969 offentliggjordes tokamakforskningen, vilket fick stor respons i västvärlden. År 1985 föreslog Sovjetunionen byggandet av en internationell tokamak (ITER). Världsrekordet på fusionseffekt 16,1 MW gjordes år 1997 med JET tokamaken i England, med Q=0,65. D-D (deuterium) plasma planeras att injiceras för första gången i ITER år 2021 2022 och starten av D-T (deuterium - tritium) som bränsle planeras att äga rum 2027 2028. Förutom att energiproduktion via fusion är ett väldigt svårt problem så har utvecklingen på området bromsats upp av att alla tillgängliga metoder inte har undersökts tillräckligt på grund av alltför knapp finansiering [1]. Enligt SIPRIs årsrapport 2013 användes det till vapen 1350 miljarder euro, vilket motsvarar 2,5 % av världens BNP. Anslagen för fusionsforskning är små jämfört med den här summan. De viktigaste fusionsreaktionerna för energiproduktion är: D + T He(3,52 MeV) + n(14,07 MeV) D + D 3 He (0,82 MeV) + n(2,45 MeV), 50 % T(1,01 MeV) + p(3,02 MeV), 50 % D + 3 He He(3,67 MeV) + p(14,68 MeV) p + 11 B 3He(8,68 MeV) 3 He + 3 He He(12,86 MeV) + 2p D-T reaktionen har det största tvärsnittet med ett maximum vid ca. 70 kev, vilket är lägre än för alla andra reaktioner. D-T reaktionen frigör 17,6 MeV per nukleonpar, vilket är ganska högt jämfört med de andra reaktionerna. Av dessa orsaker anses D-T att vara den lättaste fusionsreaktionen. De andra fusionsbränslena än D-T, kallas därför ofta för avancerade bränslen. Nackdelen med D-T reaktionen är att 80 % av energin frigörs via en neutron med energin 14,07 MeV, vilket leder till svåra materialtekniska problem. De tre sista reaktionerna i listan ovan saknar neutroner i sluttillståndet och kallas därför neutronfria. Neutronfria reaktioner har flera fördelar, eftersom aktiveringsproblem och materialskador undviks. De möjliggör icke termisk elproduktion genom att bromsa laddade partiklar i ett elfält och i Skribenten är partikelfysiker och medlem i CMS experimentet samt ansvarar för de finländska LHC-beräkningsresurserna. Pekko Metsä tackas för att ha introducerat fusorer för skribenten. 16 ARKHIMEDES 5 6/2014

teorin kan man uppnå en högre verkningsgrad än med traditionella ångturbiner och dessutom undvika dyr turbinteknik. Via sidoreaktioner kan en del neutroner ändå produceras också för neutronfria reaktioner. Bränsletillgängligheten för den neutronfria reaktionen p 11 B är god eftersom protoner kan utvinnas ur (havs)vatten och 80,1 % av naturligt bor utgörs av den stabila isotopen 11 B. 3 He är stabil, men finns i mycket begränsad mängd på jorden (ca 400 kg). Däremot förekommer 3 He rikligt på månen (~ 10 9 kg) och gas-jätteplaneterna (~ 10 23 kg) [2]. 3 He kan samlas ur tritium som sönderfaller. Deuterium är en stabil väteisotop och kan utvinnas ur (havs)vatten (33 g D/m 3 ). Tritium sönderfaller till 3 He med halveringstiden 12,32 år. Tritium kan produceras från litium med neutronbestrålning via reaktionen n + 6 Li T + He eller reaktionen n + 7 Li T + He + n. En viktig del av plasmafysikens utveckling har varit att klassificera och förstå alla instabiliteter som kan uppträda. Förhållandet mellan plasmatrycket och det magnetiska trycket, β begränsas ofta av plasmainstabiliteter. β = p / kin p (1) mag B där pkin = NikTi + NekTe, pmag =. N 2 µ 0 i (T i ), N e (T e ) är jon- respektive elektron partikeltätheten (temperaturen), k = Boltzmanns konstant, B = den magnetiska flödestätheten och µ 0 = permeabiliteten i vakuum. 2 Reaktionens Q-värde är Q = P ut /P in (2) där P ut = fusionseffekt och P in = start- och underhållseffekten. Självsammanhållande plasmor där magnetfälten nästan uteslutande produceras av cirkulerande strömmar i plasmat kallas för plasmoider eller kompakttorusar [3]. De två enklaste plasmoiderna är Field Reversed Configuration (FRC) och sfäromak. FRC-plasmoider kan nå β 1. Ett poloidalt fält ligger i plan som går genom symmetriaxeln och ett toroidalt fält cirkulerar kring symmetriaxeln. Plasmoid Axial- Poloidalt fält Toroidalt fält B t symmetri B p B t på ytan FRC ja ja nej nej Sfäromak ja ja ja nej Ett av de största praktiska fusionsproblemen är att innesluta det heta plasmat. Magnetisk inneslutning och laserfusion får mest av forskningsmedlen, men tyngdpunkten på laserfusion är på militära tillämpningar. Magnetisk inneslutning (Magnetic Confinement, MCF) är vanligast och används i tokamakar (JET, ITER) och stellaratorer (Wendelstein 14 3 7-X). För MCF gäller typiskt N 10 / cm, τ 1 s. Figur 1: Principen för en Farnsworth-Hirsch fusor [8, 6, 9]. Figur 2: En Farnsworth-Hirsch fusor i stjärnmod. Bild av Richard Hull. ARKHIMEDES 5 6/2014 17

Tröghetsinneslutning (Inertial Confinement, ICF) kan delas in i laserfusion (National Ignition Facility, NIF; High Power laser Energy Research facility, HiPER) med 25 3 typiskt N 10 / cm, τ 1 ns och partikelstrålefusion. Magnetisk Inertial Fusion (Magneto Inertial Fusion (MIF) eller Magnetized Target Fusion (MTF; General Fusion, Helion Energy)) är en relativt ny metod med ett stort outforskat parameterområde [4]. MIF ligger i området mellan MCF och ICF med typiskt N ~ 10 19 /cm 3, τ 1 µ s. Elektrostatisk tröghetsinneslutning (Inertial Electrostatic Confinement, IEC) är en av de enklaste metoderna för att åstadkomma fusionsreaktioner [5]. Med en kompakt reaktor, avses här en reaktor som har en liten plasmavolym jämfört med t.ex. en tokamak. Elektrostatisk tröghetsinneslutning Pionjärerna för elektrostatisk tröghetsinneslutning var Philo T. Farnsworth (1906 1971) och Oleg Lavrentiev (1926 2011). Farnsworth var utvecklare av televisionen och uppfann Farnsworth fusorn ca 1964 [6]. Lavrentiev presenterade idén för IEC redan år 1950 [7]. Han bidrog också till utvecklandet av tokamaken och vätebomben. Robert Hirsch vidareutvecklade Farnsworths fusor. En negativ elektrisk spänning på 40 300 kv läggs mellan två koncentriska nätformade elektroder i en fusor för att jonisera fyllnadsgasen (ofta deuterium) med lågt tryck och accellerera jonerna mot den inre negativt laddade elektroden, se Fig 1 och 2. På grund av den konvergerande geometrin kommer jontätheten att växa i mitten av fusorn och en liten del av de oskillerande jonerna kan undergå fusion. Nackdelen med fusorn är att jonförlusterna till den inre elektroden begränsar effekten till mycket små värden (Q << 1). Fusorforskning utförs i flera länder vid flera universitet. En fusor kan också användas för undervisning i plasmafysik, för neutrongenerering eller isotop produktion. En fusionseffekt på 100 MW från D-D reaktioner ger en neutronproduktion på 8,6 10 19 n/s (antar att tritiumet ej fusioneras). Då man jämför detta med neutronproduktionen från några elektrostatiska fusionsexperiment ser man att de uppnådda fusionseffekterna är mycket små: n/s kv Hirsch 5 10 9 150 D-T, 10 ma, 4.0 µ Torr [9] Illinois Inst. Tech. 5 10 7 150 D-D [10] Univ. of Wisconsin 1 10 7 50 D-D [10] Daimler-Benz 5 10 6 80 D-D [10] Kyoto Univ. 5 10 6 55 D-D [10] Univ. of Illinois 1 10 6 70 D-D [10] INEL 3 10 5 40 D-D [10] Eindhoven < 1 10 6 43 D-D, 30 ma, 2,4 10-3 mbar[11] Fusor.net är ett diskussionsforum ägnat åt byggandet och utvecklandet av fusorer. Där upprätthålls listan The Neutron Club över amatörer som har byggt en neutronproducerande fusionsreaktor. Begåvade skolelever har byggt fungerande fusorer. Taylor Wilson byggde som 14-åring en neutronproducerande D-D fusor. Byggandet av en fusor och säker hantering av den kräver dock tillräckliga kunskaper om bl.a. högspänning, strålsäkerhet, gashantering, vakuumteknik, elektronik och neutrondetektion. Polywell reaktorn Robert Bussard (1928 2007) var med om att grunda USA:s tokamak-forskningsprogram. Han influerades av O. Lavrentiev och uppfann Polywell fusionsreaktorn. Polywellen kombinerar β 1 magnetisk cusp inneslutning för högenergetiska elektroner (kallad wiffle-ball, WB, av Bussard) med IEC där högenergetiska elektronstrålar bildar en potentialgrop som accelererar och innesluter joner [12]. En annan formulering är att en Polywell är en magnetisk spegel kombinerad med IEC. Polywell namnet kommer från orden polyhedral och potential well. Den vanligaste Polywell geometrin är en kub av dipolmagneter som alla har samma polaritet riktad in mot mitten av geometrin, se Fig. 3 och 4. Plasmat i en polywell är kvasineutralt med ett elektronöverskott på 10-6. Högenergetiska elektroner måste kontinuerligt skjutas in i en Polywell för att motverka 18 ARKHIMEDES 5 6/2014

Figur 3: En Polywell byggd av EMC2 för β =1 studier. Kubens sidlängd = 21,6 cm. Figur 4: De magnetiska fältlinjerna i en Polywell för β = 0. Simulerade elektronbanor visas med mörk färg. elektronförlusterna och underhålla potentialgropen. Elektronförlusterna kan minimeras genom att forma magneterna och fältet så att elektronerna som läcker ut genom fältet inte kolliderar med ringarna utan kan styras tillbaka in i geometrin. Bussard grundade företaget Energy Matter Conversion Corporation (EMC2) i USA. Polywell forskningen inom EMC2 leddes av Bussard och finansierades av USA:s flotta till år 2006. Då projektet avslutades berättade Bussard om sina Polywell resultat. WB-6 som byggdes 2005 fungerade bäst, men den förstördes efter fyra D-D-mätningar. Polywellen WB-7 byggdes 2008 för att reproducera WB-6 resultaten. En expertpanel utvärderade WB-7 resultaten 2008 vilket gav fortsatt finansiering från USA:s flotta. Målet för Polywellen WB-8 (2010) var att uppnå ett tusen gånger högre neutronflöde än med WB-7. EMC2 leds numera av Jaeyoung Park och har erhållit finansiering för åren 2007 2014 från USA:s flotta. EMC2 har inte publicerat några WB-7 eller WB-8 resultat, men den första experimentella demonstrationen av β =1 i en magnetisk cusp geometri har publicerats [12]. Jämfört med β = 0 uppvisar β =1 en ökad elektroninneslutning med en faktor 43 för 7 kev elektroner. Från detta resultat uppskattar Park et al. att en kubisk Polywell med 1 m radie på 7 T dipoler och β =1 för elektroninjektion med 60 kv, skulle kunna generera en effekt på 1,9 GW från D-T fusion, med en elektronförlust på 213 MW och en bromsstrålningförlust på 51 MW. EMC2 har demonstrerat fusionsreaktioner i en Polywell, men inte samtidigt som β =1. För att kunna nå Q = 1 måste en djup IEC potentialgrop demonstreras experimentellt samtidigt med β =1. Detta kräver byggandet av en ny Polywell och för detta söker EMC2 ny finansiering på 30 M$ över en period av tre år. Om detta kan demonstreras, så kan Polywellen visa sig vara en intressant fusionsreaktor eftersom jonerna kan lätt accelereras till fusionsenergi med ett elektriskt fält och β 1 ger mindre plasmavolym och billigare magneter jämfört med reaktorer med låga värden på β. Möjligen kan en Polywell använda också neutronfria bränslen som p 11 B. Polywellforskning bedrivs också av Wisconsins universitet i USA samt av universitetet i Sydney i Australien och i Iran. Convergent Scientific Inc. i USA har byggt och studerat en R=16 cm, B=0,1 T Polywell sedan 2012. De söker finansiering på 1 M$ för att bygga en R = 33 cm, B = 0,2 T apparat. En R = 125 cm, B = 3,5 T Polywell kräver ytterligare finansiering på 8 10 M$. ARKHIMEDES5 6/2014 19

Figur 5: LPP reaktorn FF1 till vänster. I mitten elektroden med en längd på ca. 15 cm. Till höger en schematisk bild av en DPFplasmaurladdning. Plasmafokus Plasmafokus (Dense Plasma Focus, DPF) upptäcktes av N.V. Filippov 1954 och i en annan variant av J.W. Mather på 1960-talet. I en DPF-apparat skapas en elektrisk urladdning mellan två koncentriska ledare. Strömmen är stor, som störst i storlekningsordningen MA. Den elektriska urladdningen skapar ett rörligt plasma vars energi koncentreras till en liten plasmoid via en kedja av plasmainstabiliteter, se Fig. 5 till höger. Urladdningen sker snabbt och plasmoiden sönderfaller på några tiotals ns, så fenomenet är krävande att studera. Från den sönderfallande plasmoiden emitteras en jonstråle åt ena hållet och en elektronstråle åt andra hållet. De minsta plasmafokus apparaterna som har byggts ryms i en handflata. Eric Lerner har grundat företaget Lawrenceville Plasma Physics (LPP) i USA, som har som mål att skapa en DPF-baserad reaktor som använder p 11 B -reaktionen. Med DD-plasma har E > 150 kev uppmätts [13], vilket räcker för p 11 B -reaktionen. Plasmoidens livslängd t 20 ns, överskrider målet på 8 ns. LPP:s DPF-apparat är mindre än många andra apparater i världen, men använder ändå en ström på 1 MA, med ett maximum på 2,8 MA, se Fig. 5. Tätheten för plasmat är lägre än vad som har uppnåtts i andra experiment. Detta kan bero på orenheter i plasmat som härstammar från elektrodens ytbeläggning. LPP bygger om sin reaktor för att minska problemet med orenhenheter och därmed öka plasmats densitet. För att nå Q = 1 bör LPP öka plasmats densitet med en faktor 10 4. Energiförlust via bromsstrålning är en viktig mekanism för plasmakylning. Bromsstrålningseffekten är proportionell mot kvadraten på antalet protoner Z 2, vilket gör den mycket viktig för p 11 B -reaktionen. LPP har beräknat att magnetfältet i den komprimerade plasmoiden kan vara så stort att energinivåernas Landau kvantisering leder till att bromsstrålningen dämpas väsentligt [14]. Målet för LPP är att skapa en reaktor med en elektrisk effekt på ca. 5 MW, genom att köra reaktorn med en repetitionsfrekvens på 200 Hz. LPP försöker demonstrera Q = 1 inom ett år. Ifall det lyckas så uppskattar de att planerandet av en kommersiell reaktor tar fyra år. Reaktorns Q-värde är uppskattat till att vara mindre än 5, vilket leder till att bromsstrålningen, som uppstår också måste samlas upp för att reaktorn skall kunna producera netto energi. Detta planeras att göras via en lökformad apparat som stegvis samlar upp fotonernas energi via den fotoelektriska effekten. Alfapartiklarna som skapas i reaktionen emitteras i en stråle från plasmoiden, så att de lämpar sig för direkt konversion till elektrisk energi. LPP:s reaktorkoncept saknar alltså en värmecykel och därmed dyr turbinteknik. MIF-tekniken MIF kombinerar kompressionsuppvärmningen från ICF med magnetiskt reducerad transport och magnetiskt ökad uppvärming från sluttillståndets laddade partiklar från MCF. MIF kan kanske leda till mindre 20 ARKHIMEDES 5 6/2014

Figur 6: En ca. 5 m lång prototyp av General Fusions plasmainjektor. Figur 7: General Fusions 14 cylindriga testreaktor Mini- Sphere med en diameter på en meter för att verifiera kompressions simuleringarna. och billigare reaktorer än MCF eller laserfusion. Flera experiment studerar MIF och ett av dem görs av det kanadensiska företaget General Fusion (GF) som är grundat av Michel Laberge. GF utvecklar en MIF reaktor där plasmat komprimeras av en akustisk chockvåg [15]. Idén härstammar från LINUS konceptet från 1970-talet. Den planerade reaktorn är en sfär med r = 1,5 m med en roterande flytande PbLi blandning och en virvel i mitten, P = 100 MW, f = 1 Hz, Q = 6. Två plasmainjektorer skapar, accelererar och komprimerar sfäromaker. Sfäromakerna injiceras genom virveln i mitten och kolliderar. FRC D-Tplasmat hettas upp till fusionstemperatur akustiskt med 200 400 datorstyrda pneumatiska cylindrar. Jämfört med en tokamak har General Fusions koncept flera fördelar, eftersom innerväggs problemet saknas och ingen divertor behövs. Den flytande PbLi blandingen fungerar både som kylmedel och neutronmultiplikator för T-genererandet. Fusionsreaktorn kan kopplas till existerande kraftverks turbinsystem. Metoder att minska effekten av Richtmyer- Meshkov instabiliteten studeras via simuleringar. Orenheter i plasmat kan leda till nedkylning så att tillräcklig temperatur och densitet inte uppnås. General Fusion utvecklar reaktorkomponenter i full skala och validerar sina simuleringar med den 14-cylindriga Mini-Sphere reaktorn, se Fig. 6 och 7. Med plasmainjektorerna har temperaturer på > 300 ev nåtts med livstider upp till 600 µs och tätheter från 10 14 /cm 3 till 5 10 16 /cm 3. Målet är att inhämta den nödvändiga kunskapen för att planera och konstruera en fullskalig prototyp, vilket uppskattas kräva 150 M$ och ta tre år. Efter det är följande fas konstruktionen av alfa- och beta-kraftverk med sikte på kommersiell elproduktion, vilket kräver en finansiering på ca 2 G$ och uppskattas ta ungefär sex år. Helion Energy i USA är grundat av David Kirtley, John Slough, Chris Pihl och George Votroubek. De utvecklar en MIF reaktor där två motsatt riktade FRC:n accelereras och kolliderar i en brännkammare, se Fig. 8. Den så skapade FRC plasmoiden hettas upp av den kinetiska energin i kollisionen och komprimeras med ett yttre magnetfält. Helion Energy har uppnått en temperatur motsvarande T i 2, 3 kev för D-joner och en fart på 300 km/s för plasmoiderna [16]. Planen är att använda D-D reaktionen och att ta till vara tritiumet och 3 He-jonerna. Genom att låta tritiumet sönderfalla kan det senare matas in i reaktorn för D- 3 He reaktionen. De planerar nya prototyper år 2016 och 2019 med kommersialisering efter det. Tri Alpha Energy är grundat av Norman Rostoker och Hendrik J. Monkhorst och har tagit sitt namn från p 11 B reaktionens slutprodukter [17]. ARKHIMEDES5 6/2014 21

Figur 8: Helion Energys IPA-HF experiment från år 2013. Två plasmoider produceras och skjuts iväg med farten 250 km/s, kolliderar och bildar en FRC, som har livstiden 4 ms, T i 0, 5 kev [18]. Målet är att upprätthålla och stabilisera FRC-tillståndet med en neutral partikelstråle samt möjligen med ström inducering och uppvärmning med roterande magnetfält. De har som mål att kunna använda D- 3 He eller p 11 B. Sorlox, grundat av Brent Freeze, utvecklar en spiralformad FRC plasmakompressor [19]. Idén är baserad på Compact Torus Accelerator vid LLNL. Målet är att skjuta in ett magnetiserat 10 15 joner/cm 3 D-D plasma in i en spiralformad kon med ν 3000 km/s för att värmas upp och komprimeras till 10 18 joner/cm 3. Plasmat cirkulerar och fusioneras i mitten av reaktorn under ca. 20 ms. Målet är P = 2 kw 1 MW och kanske senare 1 10 MW. Andra kompakta fusionsreaktorer Lockheed Martin Skunk Works började utveckla en fusionsreaktor med β 1 år 2011. Charles Chase presenterade 2013 några få detaljer om T4-experimentet, som leds av Tom McGuire. I oktober 2014 publicerades tre patentansökningar i McGuires namn och därefter gav Lockheed Martin ut ett pressmeddelande om sin Compact Fusion Reactor (CFR). Det nuvarande T4-experiment är enklare än konceptet i patentansökningarna. I mitten av CFR-konceptet finns tre magneter som bildar ett axialsymmetriskt magnetfält som påminner om en Polywell. De övriga magneterna är till för att generera en stabil krökning på fältet och ge så få öppna magnetisk fältlinjer som möjligt. De två magneterna i cylinderns båda ändor som är tänkta att fungera som magnetiska speglar. Genom att variera fältet i de tre mittersta magneterna kan man ljustera formen på magnetfältets minimum från en ellipsoid till en torus eller en hantel liknande form, vilket är planerat att användas för att värma upp plasmat. Hittills har ca. 200 plasmapulser avfyrats i den nuvarande prototypen och den första publikationen skall ges ut år 2015. McGuire hoppas att kunna planera, bygga och testa en prototyp per år de fem följande åren, eftersom experimentet är litet och kompakt. En 100 MW produktionsreaktor med D-T som bränsle förväntas rymmas inom en container på 7 m 13 m och vara färdig om tio år. Phoenix Nuclear Labs säljer en acceleratorbaserad neutrongenerator, som kan producera 3 10 11 n/s från D-D reaktionen. Magneto-Inertial Fusion Technologies, Inc. (MIFTI) utvecklar en Z-pinch reaktor. Även Woodruff Scientific, Inc. säljer tjänster för fusionsforskning. Sammanfattning Alla möjligheter till fusion borde undersökas grundligt via ökad finansiering, eftersom den potentiella nyttan är enorm. Plasmafysikens, instrumenteringens, elektronikens, datorernas och mjukvarans utveckling har lett till att ett tiotal (privata) företag forskar i fusion. Fusion kan enklast studeras med elektrostatisk tröghetsinneslutning (IEC) eller med en DPF-apparat. Fungerande IEC fusionsreaktorer har byggts av begåvade skolelever i tonåren. IEC-reaktorer kan användas som neutrongeneratorer för materialforsk- 22 ARKHIMEDES5 6/2014

ning och för produktion av medicinska radionuklider. Fusionsreaktioner har tillämpats kommersiellt för åtminstone följande syften: neutrongenerering med IEC-reaktorer (Daimler-Benz), isotop-produktion för medicinskt bruk (Sorlox) och acceleratorbaserad neutrongenerering (Phoenix Nuclear Labs). EMC2, Lawrenceville Plasma Physics och Tri Alpha Energy försöker utveckla neutronfri p 11 B fusion. General Fusion, Helion Energy och Lawrenceville Plasma Physics försöker nå Q 1 inom några år. Flera av dessa fusionsföretag planerar att skapa kommersiella reaktorer kring 2020 ifall de lyckas med att nå Q 1. Företag År Finanser Storlek Typ Metod Reaktion P mål USD m MW General Fusion 2002 57 M 3 p MIF D+T(Li) 100 e LM Skunk Works 2011 10 MCF D+T 100 Helion Energy 2009 6,5 M 16 p MIF D+D 50 Sorlox 2010 1,15M < 1 p MIF D+D 0,002-1 LPP 1974 3,2 M 0,15 p DPF p+ 11 B 5 e EMC2 1987 20 M 7 12 k IEC p+ 11 B 100 Tri Alpha Energy 1998 102 M 18 p MIF p+ 11 B 100 Convergent Scientific 2010 7 12 k IEC p+ 11 B 225 e p = pulserad, k = kontinuerlig, e = elektrisk effekt Referenser [1] S. O. Dean, Search for the Ultimate Energy Source A History of the U.S. Fusion Energy Program, Springer 2013. [2] J. F. Santaurius, Role of Advanced-Fuel and Innovative Concept Fusion in the Nuclear Renaissance, APS Division of Plasma Physics Meeting Meeting, Philadelphia, October 31, 2006 [3] P. M. Bellan, Spheromaks: a practical application of magnetohydrodynamic dynamos and plasma self-organization, London: Imperial College Press, 2000. [4] I. R. Lindemuth, R. E. Siemon, The fundamental parameter space of controlled thermonuclear fusion, Am. J. Phys. 77, pp. 407 416, May 2009. [5] G. H. Miley, S. K. Murali, Inertial Electrostatic Confinement (IEC) Fusion, Springer 2014. [6] P. T. Farnsworth, Electric Discharge Device for Producing Interactions Between Nuclei, U.S. Patent Number 3,258,402 June 28, 1966. [7] T. J. Dolan, Plasma Physics and Controlled Fusion 36 (1994), pp. 1539 1593, Review Article: Magnetic Electrostatic Plasma Confinement [8] T. Ligon, The World s Simplest Fusion Reactor, And How to Make It Work [9] R. L. Hirsch, Inertial-Electrostatic Confinement of Ionized Fusion Gases, J Appl Phys 38 (1967) 4522 4534, Erratum J Appl Phys 39, (1968) 4047 [10] G. L. Kulcinski, J.F. Santarius, New Horizons for Fusion Advanced Fuels for the 21st Century, APS Meeting, 19 November 1998, New Orleans LA [11] Eindhoven University of Technology Farnsworth-Hirsch fusor, http://www.fusenet.eu/node/361 [12] J. Park et al., High Energy Electron Confinement in a Magnetic Cusp Configuration, arxiv:1406.0133 [physics. plasm-ph] [13] E. J. Lerner et al., Fusion reactions from >150 kev ions in a dense plasma focus plasmoid, Phys Plasmas 19, 033704 (2012) [14] E. J. Lerner, S. Krupakar Murali, A. Haboub, Theory and Experimental Program for p + 11 B Fusion with the Dense Plasma Focus J Fusion Energy (2011) 30:367 376 [15] M. Laberge et al., Acoustically driven Magnetized Target Fusion, Proc. Fusion Engineering (SOFE), 2013 IEEE 25th Symposium on Fusion Engineering, June 10 14, 2013, San Francisco, California, USA, http://dx.doi. org/10.1109/sofe.2013.6635495 [16] J. Slough, G. Votroubek and C. Pihl, Creation of a hightemperature plasma through merging and compression of supersonic field reversed configuration plasmoids, Nucl. Fusion 51 (2011) 053008 [17] N. Rostoker, M. W. Binderbauer, H. J. Monkhorst, Colliding Beam Fusion Reactor, Science Vol. 278 no. 5342 pp. 1419 1422. [18] M. Tuszewski et al., Field Reversed Configuration Confinement Enhancement through Edge Biasing and Neutral Beam Injection, Phys Rev Lett 108, 255008 (2012) [19] B. Freeze, Method and apparatus for compressing plasma to a high energy state, Patent publication WO 2013/070179 A1 ARKHIMEDES 5 6/2014 23