BE1019002A3

BE1019002A3 - NUCLEAR FUSION REACTOR.

Info

Publication number: BE1019002A3
Application number: BE2009/0706A
Authority: BE
Original assignee: Lardenoit Tim
Priority date: 2009-11-17
Filing date: 2009-11-17
Publication date: 2011-12-06

Abstract

Nucleaire fusiereactor, daardoor gekenmerkt dat het fusieplasma (22) zich in een drukvat (1) bevindt, dat wordt geroteerd rond twee verschillende assen (4,7) en gevuld is met vloeistoffen en/of gassen onder een hoge druk van minimum 220 bar.Nuclear fusion reactor, characterized in that the fusion plasma (22) is located in a pressure vessel (1), which is rotated around two different axes (4,7) and is filled with liquids and / or gases under a high pressure of at least 220 bar.

Description

Nucleaire fusiereactor.Nuclear fusion reactor.

De huidige uitvinding heeft betrekking op een nucleaire fusiereactor.The present invention relates to a nuclear fusion reactor.

Het is bekend dat een nucleaire fusiereactor een plasma bevat, waarin de fusiereactie zich afspeelt, zijnde de fusie van deuterium (2H) of tritium (3H) tot helium (4H) bijvoorbeeld waarbij neutronen vrijkomen of de fusie van waterstof (1H) met boor (UB) tot helium (4H) en koolstof (12C) bijvoorbeeld waarbij geen neutronen vrijkomen.A nuclear fusion reactor is known to contain a plasma in which the fusion reaction takes place, being the fusion of deuterium (2H) or tritium (3H) to helium (4H), for example, releasing neutrons or fusing hydrogen (1H) with boron ( UB) to helium (4H) and carbon (12C), for example, in which no neutrons are released.

De kernfusie komt maar tot stand bij zeer hoge temperaturen, zoals men die in een plasma verkrijgt door het verhitten van het plasma tot miljoenen graden Kelvin.The nuclear fusion only comes about at very high temperatures, such as those obtained in a plasma by heating the plasma to millions of degrees Kelvin.

Een probleem dat hierbij ontstaat, is dat een dergelijk plasma van de omgeving geïsoleerd dient te worden om te beletten dat de warmte van het plasma te snel aan de omgeving wordt afgegeven en de nucleaire reactie daardoor stilvalt.A problem that arises here is that such a plasma must be isolated from the environment in order to prevent the heat from the plasma being delivered to the environment too quickly and the nuclear reaction to stop.

Een probleem dat hierbij eveneens ontstaat, is dat de geladen partikels in het plasma met de wanden van de vacuümkamer kunnen botsen en deze beschadigen.A problem that also arises here is that the charged particles in the plasma can collide with and damage the walls of the vacuum chamber.

Traditioneel wordt het plasma geïsoleerd van de buitenwereld door middel van een vacuümkamer, zoals in opstellingen, zoals een Tokamak, een Stellator, een Fusor of Polywell het geval is.Traditionally, the plasma is isolated from the outside world by means of a vacuum chamber, as is the case in arrangements such as a Tokamak, a Stellator, a Fusor or Polywell.

Het plasma wordt dan opgesloten in een zeer sterk magneetveld, wat bekend staat als magnetische opsluiting, waarbij superkrachtige magneten vereist zijn, of in het geval van een Polywell, in een sterk elektrisch veld, ook gekend als elektrostatische opsluiting.The plasma is then confined in a very strong magnetic field, which is known as magnetic confinement, requiring super-powerful magnets, or in the case of a Polywell, in a strong electric field, also known as electrostatic confinement.

De huidige uitvinding is bedoeld om een nucleaire fusiereactor te verkrijgen waarbij het plasma geïsoleerd is van de omgeving zonder dat er een vacuümkamer noodzakelijk is en zonder de nood aan superkrachtige magneten of elektrostatische opsluiting.The present invention is intended to provide a nuclear fusion reactor in which the plasma is isolated from the environment without the need for a vacuum chamber and without the need for super-powerful magnets or electrostatic confinement.

Hiertoe betreft de uitvinding een nucleaire fusiereactor, waarbij het fusieplasma zich in een drukvat bevindt, dat wordt geroteerd rond twee verschillende assen en gevuld is met vloeistoffen en/of gassen onder een hoge druk van minimum 220 bar.To this end the invention relates to a nuclear fusion reactor, wherein the fusion plasma is located in a pressure vessel, which is rotated about two different axes and is filled with liquids and / or gases under a high pressure of at least 220 bar.

Een voordeel van het roterend drukvat is dat de roterende werking zorgt voor een centrifugaalkracht die een scheiding teweeg brengt van de lichtere moleculen die het plasma uitmaken in de kern van de reactor en van de zwaardere moleculen die zich naar de periferie van het drukvat bewegen en daardoor de warmteconvectie in het drukvat verminderen tussen het hete plasma en de zwaardere moleculen van de omgeving.An advantage of the rotary pressure vessel is that the rotary action creates a centrifugal force that separates the lighter molecules that make up the plasma in the core of the reactor and the heavier molecules that move to the periphery of the pressure vessel and thereby reduce the heat convection in the pressure vessel between the hot plasma and the heavier molecules of the environment.

Nog een voordeel van het roterend drukvat is dat de druk op het plasma opgevoerd kan worden zonder dat er magneten voor noodzakelijk zijn.Another advantage of the rotating pressure vessel is that the pressure on the plasma can be increased without the need for magnets.

Een ander voordeel van het roterend drukvat is dat er energieke geladen plasmadeeltjes geïnjecteerd kunnen worden, hetgeen bij magnetische opsluiting niet mogelijk is.Another advantage of the rotating pressure vessel is that energized charged plasma particles can be injected, which is not possible with magnetic confinement.

Een verder voordeel van het roterend drukvat is dat de centrifugaalkrachten die erin worden ontwikkeld, de inhoud van het roterend drukvat scheiden in lagen, hetgeen convectiestromen onderdrukt.A further advantage of the rotary pressure vessel is that the centrifugal forces that are developed therein separate the contents of the rotary pressure vessel into layers, which suppresses convection flows.

Bij voorkeur is het roterend drukvat omgeven door een tweede drukvat, waarin zich een tweede hoeveelheid vloeistof en/of gas bevindt onder hoge druk zodat het roterend drukvat niet moet kunnen weerstaan aan de volle procesdruk.The rotary pressure vessel is preferably surrounded by a second pressure vessel, in which a second amount of liquid and / or gas is present under high pressure, so that the rotary pressure vessel must not be able to withstand the full process pressure.

Bij voorkeur is het roterend drukvat sferisch.Preferably, the rotating pressure vessel is spherical.

Een voordeel van een sferisch drukvat is dat deze vorm het best aan de hoge druk kan weerstaan.An advantage of a spherical pressure vessel is that this shape can best withstand the high pressure.

Nog een voordeel van het sferisch drukvat volgens de uitvinding is dat het plasma ook bolvormig is en dus de kleinste oppervlakte/volume verhouding heeft, hetgeen de thermische isolatie bevordert.Another advantage of the spherical pressure vessel according to the invention is that the plasma is also spherical and therefore has the smallest surface / volume ratio, which promotes thermal insulation.

Bovendien heeft het plasma door de hoge druk in het drukvat een veel kleiner volume, hetgeen eveneens bijdraagt tot een betere thermische isolatie, en bevorderlijk is voor het deelnemen van een zo groot mogelijk deel van de energie die in de reactor gestoken wordt, aan het verhitten van het plasma.In addition, due to the high pressure in the pressure vessel, the plasma has a much smaller volume, which also contributes to better thermal insulation, and is conducive to heating the largest possible part of the energy that is put into the reactor in heating of the plasma.

Bij voorkeur roteert het drukvat simultaan rond twee assen in de ruimte die loodrecht op elkaar staan.Preferably, the pressure vessel rotates simultaneously about two axes in the space that are perpendicular to each other.

Een voordeel van de rotaties van het drukvat is dat het zwaarteveld vervangen wordt door een gelijkvormig centrifugaalveld, hetgeen bijdraagt tot het voorkomen van warmteconvectiestromen.An advantage of the rotations of the pressure vessel is that the gravitational field is replaced by a uniform centrifugal field, which contributes to the prevention of heat convection flows.

Bij voorkeur is het drukvat omgeven door een tweede drukvat, waarin zich een tweede hoeveelheid vloeistof en/of gas bevindt onder hoge druk.The pressure vessel is preferably surrounded by a second pressure vessel, in which there is a second amount of liquid and / or gas under high pressure.

Een voordeel van het tweede drukvat is dat het roterend drukvat niet bestand hoeft te zijn tegen de volledige procesdruk, maar slechts tegen het verschil tussen procesdruk en de druk in het tweede drukvat, hetgeen de constructie van het roterend drukvat aanzienlijk vereenvoudigt.An advantage of the second pressure vessel is that the rotating pressure vessel need not be resistant to the full process pressure, but only to the difference between process pressure and the pressure in the second pressure vessel, which considerably simplifies the construction of the rotary pressure vessel.

Bij voorkeur bestaat de buitenste laag in het roterend drukvat uit water dat het roterend drukvat beschermt tegen te hoge temperaturen door koud water injectie, maar ook tegen eventuele neutronen indien de kernreactie neutronen emitteert.The outer layer in the rotary pressure vessel preferably consists of water that protects the rotary pressure vessel against too high temperatures through cold water injection, but also against any neutrons if the nuclear reaction emits neutrons.

Een voordeel van deze buitenste laag water is dat het water door thermolyse en radiolyse in waterstof en zuurstof wordt gesplitst, waardoor deze elementen in een laag dichter bij de kern terechtkomen gezien hun lager moleculair gewicht, samen met helium uit de fusiereactie. Het vrijgestelde waterstof en zuurstof kunnen als brandstof dienen voor brandstofcellen waaruit elektrische energie gewonnen kan worden.An advantage of this outer layer of water is that the water is split into hydrogen and oxygen by thermolysis and radiolysis, so that these elements end up in a layer closer to the core because of their lower molecular weight, together with helium from the fusion reaction. The exempt hydrogen and oxygen can serve as fuel for fuel cells from which electrical energy can be extracted.

Bij rotatiesnelheden die voldoende hoog zijn, zal de zuurstoflaag gescheiden worden van de waterstoflaag door een heliumlaag.At rotational speeds that are sufficiently high, the oxygen layer will be separated from the hydrogen layer by a helium layer.

In een voorkeurdragende uitvoeringsvorm wordt zuurstof en waterstof elk apart onttrokken aan het proces door ze apart te expanderen elk in een turbine, waarna het waterstof en zuurstof in brandstofcellen gerecombineerd kan worden met vorming van elektrische energie en water.In a preferred embodiment, oxygen and hydrogen are each withdrawn separately from the process by separately expanding each in a turbine, after which the hydrogen and oxygen in fuel cells can be combined with electrical energy and water formation.

Optioneel bevat het water lithium dat door reactie met neutronen tot tritium kan omgezet worden.Optionally, the water contains lithium that can be converted to tritium by reaction with neutrons.

Een voordeel van de aanwezigheid van lithium in de waterlaag is dat neutronen, afkomstig van de kernreactie in de kern van het plasma, aanleiding kunnen geven tot de vorming van tritium na collisie met lithium. Dit tritium kan eventueel herwonnen worden uit het lithium, en dienst doen als fusiebrandstof voor het plasma.An advantage of the presence of lithium in the aqueous layer is that neutrons from the nuclear reaction in the plasma core can give rise to the formation of tritium after collision with lithium. This tritium can possibly be recovered from the lithium and serve as a fusion fuel for the plasma.

Het resulterende water kan worden gekoeld, en opnieuw in het roterend drukvat worden geïnjecteerd, na al dan niet toevoegen van lithium.The resulting water can be cooled, and injected back into the rotary pressure vessel, after adding or not adding lithium.

De geproduceerde gelijkspanning kan gebruikt worden om tritium, deuterium en waterstof te ioniseren en in het plasmacentrum te injecteren.The DC voltage produced can be used to ionize and inject tritium, deuterium and hydrogen into the plasma center.

Een voordeel van deze uitvoeringsvorm is dat op deze manier een constante toevoer van plasma verzekerd wordt, hetgeen noodzakelijk is gezien door het hoge aantal fusiereacties het plasma ook snel opgebruikt wordt.An advantage of this embodiment is that in this way a constant supply of plasma is ensured, which is necessary given that the plasma is also used up quickly due to the high number of fusion reactions.

Nog een voordeel van deze uitvoeringsvorm is dat de fusiereactie hierdoor zeer controleerbaar is en direct kan uitgeschakeld worden zonder nakomende warmte.Another advantage of this embodiment is that the fusion reaction can hereby be very controllable and can be switched off immediately without subsequent heat.

Nog een voordeel van deze uitvoeringsvorm is dat er geen radioactieve stoffen aanwezig zijn, behalve tritium, stikstof (16N) en geactiveerde mineralen in het geval van een neutronen emitterende kernreactie. Radioactieve edelgassen, jodium, splijtstofproducten en splijtstof komen niet voor.Another advantage of this embodiment is that no radioactive substances are present, except tritium, nitrogen (16 N) and activated minerals in the case of a neutron-emitting nuclear reaction. Radioactive noble gases, iodine, nuclear fuel products and nuclear fuel do not occur.

Een ander voordeel van deze uitvoeringsvorm is dat het heetste plasma in het centrum, dat heet genoeg is om de kernfusiereactie op gang te houden, geïsoleerd wordt door minder heet plasma en dit door nog minder heet plasma enz.Another advantage of this embodiment is that the hottest plasma in the center, which is hot enough to keep the nuclear fusion reaction going, is isolated by less hot plasma and this by even less hot plasma, etc.

De warmtegeleiding neemt in principe toe bij stijgende temperatuur door de verlaging van de viscositeit, met snellere convectie als gevolg. Welke invloed de rotatiesnelheid op de convectie en warmtegeleiding heeft zal proefondervindelijk vastgesteld moeten worden.In principle, the heat conductivity increases with increasing temperature due to the reduction in viscosity, resulting in faster convection. The influence of the rotational speed on convection and heat conduction will have to be determined experimentally.

Vermoedelijk zal het plasma beter geïsoleerd zijn bij hogere rotatiesnelheid.Presumably the plasma will be better isolated at a higher rotational speed.

Door de lagere massadichtheid van heet plasma zal de temperatuur in het centrum veel hoger zijn.Due to the lower mass density of hot plasma, the temperature in the center will be much higher.

De afmeting van het plasma is bepalend voor de maximum temperatuur in het centrum en voor het gehaalde aantal kernreacties.The size of the plasma determines the maximum temperature in the center and the number of nuclear reactions achieved.

Het plasma kan vergroot worden door een groter vermogen toevoer, maar dan moeten de andere lagen voldoende dik zijn, hetgeen een voldoende grote reactor veronderstelt.The plasma can be increased by a larger power supply, but then the other layers must be sufficiently thick, which assumes a sufficiently large reactor.

Er zijn drie manieren van warmteoverdracht waarmee het plasma zijn warmte kan verliezen : convectie, conductie en radiatie.There are three ways of transferring heat with which the plasma can lose its heat: convection, conduction and radiation.

In de voorkeurdragende uitvoeringsvorm van deze uitvinding wordt de convectie onderdrukt door het vervangen van het zwaarteveld door een centrifugaalveld.In the preferred embodiment of this invention, convection is suppressed by replacing the gravitational field with a centrifugal field.

Stralingsverliezen worden verminderd door de gaslaag en vloeistoflaag die het plasma omringen. 80 % van de energie bij deuterium tritium fusie komt vrij onder de vorm van neutronen. Belangrijk is dat deze gemodereerd of afgeremd worden door de omringende elementen en geabsorbeerd worden door het lithium alvorens ze de reactorwand bereiken. Bij elke fusiereactie komt slechts één neutron vrij, waarmee niet meer dan één tritium kern mee gevormd kan worden. Het tritium is noodzakelijk om een hoge energiedichtheid te behalen. Tritium en neutronen worden tevens gevormd bij D-D fusie.Radiation losses are reduced by the gas layer and liquid layer that surround the plasma. 80% of the energy in deuterium tritium fusion is released in the form of neutrons. It is important that these are moderated or slowed down by the surrounding elements and absorbed by the lithium before they reach the reactor wall. With each fusion reaction, only one neutron is released, with which no more than one tritium core can be formed. The tritium is necessary to achieve a high energy density. Tritium and neutrons are also formed with D-D fusion.

Warmteverliezen door conductie worden verminderd door het isoleren van het hete plasma van de wand van het drukvat.Heat losses due to conduction are reduced by isolating the hot plasma from the wall of the pressure vessel.

Met het inzicht de kenmerken van de uitvinding beter aan te tonen, is hierna, als voorbeeld zonder enig beperkend karakter, een voorkeurdragende uitvoeringsvorm beschreven van een nucleaire fusiereactor volgens de uitvinding, met verwijzing naar de bijgaande tekeningen, waarin : figuur 1 schematisch een nucleaire fusiereactor volgens de uitvinding weergeeft.With the insight to better demonstrate the characteristics of the invention, a preferred embodiment of a nuclear fusion reactor according to the invention is described below, as an example without any limiting character, with reference to the accompanying drawings, in which: figure 1 schematically shows a nuclear fusion reactor according to the invention.

figuur 2 het gedeelte weergeeft dat in figuur 1 door F2 is aangeduid; figuur 3 een doorsnede weergeeft volgens lijn III-III in figuur 2; figuur 4 een plasma-injector voorstelt die toepasbaar is op een nucleaire fusiereactor volgens de uitvinding; figuur 5 een variante weergeeft van de nucleaire fusiereactor volgens de uitvinding.Figure 2 represents the portion indicated by F2 in Figure 1; figure 3 represents a section according to line III-III in figure 2; Figure 4 represents a plasma injector that is applicable to a nuclear fusion reactor according to the invention; Figure 5 shows a variant of the nuclear fusion reactor according to the invention.

De in de figuur 1 weergegeven nucleaire fusiereactor volgens de uitvinding bestaat in hoofdzaak uit een drukvat 1 dat in dit geval sferisch is uitgevoerd en dat roteerbaar is aangebracht in een rotatiemechanisme 2 dat het voornoemde drukvat in rotatie kan aandrijven rond minstens twee verschillende rotatieassen.The nuclear fusion reactor according to the invention shown in Figure 1 consists essentially of a pressure vessel 1 which in this case is of a spherical design and which is rotatably arranged in a rotation mechanism 2 which can drive the above-mentioned pressure vessel in rotation about at least two different rotational axes.

Het rotatiemechanisme 2 is meer in detail weergegeven in figuur 2 en bestaat hoofdzakelijk uit een buitenste ring 3 die roteerbaar is opgesteld rond een verticale meetkundige as X-X' 4, die aangedreven wordt door een aandrijving 5 en uit een binnenste ring 6 die roteerbaar is aangebracht in de buitenste ring 3 rond een meetkundige as Y-Y' 7 , die in dit geval loodrecht staat op de eerste as X-X' 4.The rotation mechanism 2 is shown in more detail in Figure 2 and mainly consists of an outer ring 3 rotatably arranged around a vertical geometric axis XX '4, which is driven by a drive 5 and of an inner ring 6 rotatably arranged in the outer ring 3 around a geometric axis YY '7, which in this case is perpendicular to the first axis XX' 4.

Tussen de buitenste ring 3 en de binnenste ring 6 zijn overbrengingsmiddelen 8 voorzien om de roterende beweging van de eerste as 4 over te brengen op de as 7 van de binnenste ring en beide rotatiebewegingen ten opzichte van elkaar te synchroniseren op zodanige wijze dat voor elke rotatie van de buitenste ring 3 de binnenste ring 6 eveneens een volledige rotatie ondergaat.Between the outer ring 3 and the inner ring 6, transfer means 8 are provided to transfer the rotary movement of the first shaft 4 to the shaft 7 of the inner ring and to synchronize both rotational movements relative to each other in such a way that for each rotation of the outer ring 3, the inner ring 6 also undergoes a complete rotation.

Deze overbrengingsmiddelen 8 zijn in de figuur 2 schematisch weergegeven door een kruk 9 die verbonden is met de as 4 van de buitenste ring, en een krukpen 10 die excentrisch is opgesteld ten opzichte van deze as 4 en die door middel van een scharnier 11 verbonden is met één uiteinde van een drijfstang 12 waarvan het andere uiteinde gekoppeld is aan een krukpen 13 van een tweede kruk 14 die bevestigd is op de as 7 van de binnenste ring.These transmission means 8 are shown schematically in Figure 2 by a crank 9 which is connected to the shaft 4 of the outer ring, and a crank pin 10 which is arranged eccentrically with respect to this shaft 4 and which is connected by means of a hinge 11 with one end of a connecting rod 12, the other end of which is coupled to a crank pin 13 of a second crank 14 mounted on the shaft 7 of the inner ring.

Andere aandrijfmechanismen zijn uiteraard niet uitgesloten.Other drive mechanisms are of course not excluded.

Verder is de nucleaire fusiereactor voorzien van middelen 15 die toelaten vloeistoffen of gassen toe te voeren of te onttrekken aan de interne ruimte 16 van het drukvat 1.Furthermore, the nuclear fusion reactor is provided with means 15 which allow to supply or extract liquids or gases from the internal space 16 of the pressure vessel 1.

Deze middelen 15 worden in dit geval gevormd door leidingen 17 die aansluiten op een draaiende dichting 18 rond de rotatieas 4 en die door middel van intermediaire leidingen 18 gekoppeld zijn aan een tweede draaiende dichting 19 rond de rotatieas 7 van de binnenste ring en het drukvat 1 zelf, van waaruit leidingen 20 vertrekken die zich doorheen of rond de as uitstrekken tot in de ruimte 16 van het drukvat en die uitmonden op verschillende afstanden van het centrum van het drukvat.In this case, these means 15 are formed by conduits 17 which connect to a rotary seal 18 around the axis of rotation 4 and which are coupled by means of intermediate lines 18 to a second rotary seal 19 around the axis of rotation 7 of the inner ring and the pressure vessel 1. itself, from which lines 20 depart which extend through or around the axis into the space 16 of the pressure vessel and which open at different distances from the center of the pressure vessel.

In het roterend drukvat van de nucleaire fusiereactor is een plasma-injector 21 ingebouwd voor het genereren van plasma 22 dat in de ruimte 16 van het drukvat toegevoerd wordt.A plasma injector 21 is built into the rotating pressure vessel of the nuclear fusion reactor for generating plasma 22 which is supplied into the space 16 of the pressure vessel.

De werking en het gebruik van de nucleaire fusiereactor worden geïllustreerd aan de hand van figuur 3.The operation and use of the nuclear fusion reactor are illustrated with reference to Figure 3.

Tijdens de normale werking van de reactor wordt het drukvat 1 in rotatie aangedreven rond twee meetkundige assen X-X'4 en Y-Y' 7 waardoor het gravitatieveld vervangen wordt door een sterker centrifugaalveld.During the normal operation of the reactor, the pressure vessel 1 is driven in rotation about two geometric axes X-X'4 and Y-Y '7, whereby the gravitational field is replaced by a stronger centrifugal field.

Tijdens de werking is het drukvat gevuld met vloeistoffen en/ofgassen, die door het centrifugaalveld worden gescheiden in meerdere concentrische lagen waarvan de kern gevormd wordt door een plasma 22 bestaande uit deuterium 23 en tritium 24 die de brandstof vormen van de exotherme nucleaire fusiereactie die optreedt van zodra een kritische temperatuur van het plasma 22 bereikt wordt, omgeven door lagen van stoffen met toenemend moleculair gewicht, zoals waterstof 25, helium 26, zuurstof 27 en in de buitenste laag water 28 zelf.During operation, the pressure vessel is filled with liquids and / or gases, which are separated by the centrifugal field into several concentric layers, the core of which is formed by a plasma 22 consisting of deuterium 23 and tritium 24 that form the fuel of the exothermic nuclear fusion reaction that occurs as soon as a critical temperature of the plasma 22 is reached, surrounded by layers of substances with increasing molecular weight, such as hydrogen 25, helium 26, oxygen 27 and in the outer layer of water 28 itself.

Telkens wanneer plasma 22 vanuit de plasma-injector 21 in de ruimte 16 van het drukvat 1 wordt geïnjecteerd, wordt er een plasma puls in het centrum gebracht. Dit is een directe methode om het plasma 22 in het centrum te verhitten waarbij zo goed als alle elektrische energie gebruikt in de injector 21 dient om het plasma te verhitten. Het injecteren van geladen plasmadeeltjes is bij magnetische opsluiting, zoals in Tokamaks, niet mogelijk doordat het magnetisch veld de geladen deeltjes afstoot.Each time plasma 22 is injected from the plasma injector 21 into the space 16 of the pressure vessel 1, a plasma pulse is brought into the center. This is a direct method of heating the plasma 22 in the center where almost all of the electrical energy used in the injector 21 serves to heat the plasma. Injecting charged plasma particles is not possible with magnetic confinement, such as in Tokamaks, because the magnetic field repels the charged particles.

Het is daarenboven steeds mogelijk het plasma 22 bij te verwarmen met inductie of hoog frequente radiogolven.Moreover, it is always possible to heat up the plasma 22 with induction or high-frequency radio waves.

Eenmaal de kernfusie reactie op gang is gekomen, wordt het plasma verhit door de vrijkomende energie van de kernfusie en wordt ook de brandstof, zijnde het deuterium 23 en tritium 24 in het plasma snel opgebruikt, zodat de brandstof voortdurend dient aangevuld te worden.Once the nuclear fusion reaction has started, the plasma is heated by the energy released from the nuclear fusion and also the fuel, being deuterium 23 and tritium 24 in the plasma, is quickly used up, so that the fuel must be constantly replenished.

Daartoe moet voortdurend nieuwe brandstof in de vorm van geïoniseerd deuterium en tritium vanuit de plasma-injector 21 aan het plasma worden toegevoerd of in het plasma gegenereerd worden door de hitte die miljoenen graden Kelvin bereikt.To this end, new fuel in the form of ionized deuterium and tritium must be continuously supplied from the plasma injector 21 to the plasma or generated in the plasma by the heat reaching millions of degrees Kelvin.

De sferische lagen van zuurstof 27 en van waterstof en de isotopen van waterstof, deuterium 23 en tritium 24, in het drukvat, worden elk afzonderlijk afgetapt via de voornoemde leidingen 17, geëxpandeerd in een turbine en verder gerecombineerd in brandstofcellen 29 die elektrische energie en water leveren.The spherical layers of oxygen 27 and of hydrogen and the isotopes of hydrogen, deuterium 23 and tritium 24, in the pressure vessel, are each separately drained via the aforementioned conduits 17, expanded in a turbine and further recombined in fuel cells 29 containing electrical energy and water to deliver.

Deze opgewekte elektrische energie kan desgewenst gerecupereerd worden voor de ionisatie van deuterium 23, tritium 24 en waterstof 25 in de plasma-injector.This generated electrical energy can, if desired, be recovered for the ionization of deuterium 23, tritium 24 and hydrogen 25 in the plasma injector.

De afmeting Van het plasma 22 zal bepalend zijn voor de maximum temperatuur in het centrum van het plasma 22 en het gehaalde aantal kernreacties. Hoe meer vermogen toegevoerd wordt, hoe groter het plasma 22 wordt.The size of the plasma 22 will determine the maximum temperature in the center of the plasma 22 and the number of nuclear reactions achieved. The more power is supplied, the larger the plasma becomes 22.

Omdat de andere lagen in het drukvat voldoende dik moeten zijn, moet de reactor groot genoeg gebouwd worden.Because the other layers in the pressure vessel must be sufficiently thick, the reactor must be built large enough.

Een berekening leert dat een bolvormig plasma 22 dat 3 GigaWatt aan fusie-energie oplevert uit een deuterium -tritium fusie ongeveer 63 g/u deuterium en tritium verbruikt, bij een druk van 250 bar in het drukvat, een plasmavolume van 141 liter en een plasmadiameter van 64 cm.A calculation shows that a spherical plasma 22 that generates 3 GigaWatt of fusion energy from a deuterium-tritium fusion consumes approximately 63 g / h of deuterium and tritium, at a pressure of 250 bar in the pressure vessel, a plasma volume of 141 liters and a plasma diameter of 64 cm.

In figuur 4 is een plasma-injector 21 van een bestaand type voorgesteld, die bestaat uit twee electroden 30a,30b die met gelijkspanning gevoed worden en waterstof onder hoge druk ioniseren.Figure 4 shows a plasma injector 21 of an existing type, which consists of two electrodes 30a, 30b that are supplied with direct voltage and ionize hydrogen under high pressure.

In de plasma-injector 21 wordt waterstof onder hoge druk bijvoorbeeld 1000 bar geïnjecteerd. Door de hoge spanning tussen de twee electroden worden de isotopen van waterstof geïoniseerd en ontstaat een vonk tussen de twee electroden die verder loopt tussen de twee electrodes. Hierdoor worden er elektrische stromen 34a,34b door het plasma 31 gejaagd en zorgt de Lorenzkracht 32 ervoor dat het plasma versneld wordt in de richting van de kern van het drukvat.In the plasma injector 21, hydrogen is injected under high pressure, for example 1000 bar. Due to the high voltage between the two electrodes, the isotopes of hydrogen are ionized and a spark is created between the two electrodes that continues between the two electrodes. As a result, electric currents 34a, 34b are driven through the plasma 31 and the Lorenz force 32 ensures that the plasma is accelerated in the direction of the core of the pressure vessel.

In figuur 5 wordt een nucleaire fusiereactor 1 volgens de uitvinding voorgesteld, ingebouwd in een tweede groter drukvat 35. Een dergelijke opstelling kan in de ruimte van een nucleaire fissiereactor worden gebouwd, waarbij vooral de bestaande infrastructuur van stoomopwekking en stoomturbines die elektriciteit opwekken in de nucleaire fissiereactor kan hergebruikt worden in een nucleaire fusiereactor.Figure 5 shows a nuclear fusion reactor 1 according to the invention, built into a second larger pressure vessel 35. Such an arrangement can be built in the space of a nuclear fusion reactor, in which in particular the existing infrastructure of steam generation and steam turbines that generate electricity in the nuclear fusion reactor can be reused in a nuclear fusion reactor.

Het spreekt voor zich dat de uitvinding niet beperkt is tot rotatiemechanismen met twee rotatieassen, zoals in de voorkeurdragende uitvoeringsvorm is voorgesteld, maar dat ook meerdere rotatieassen en alternatieve mechanismen mogelijk zijn om de gewenste rotatie van het drukvat te verkrijgen.It is self-evident that the invention is not limited to rotation mechanisms with two rotational axes, as proposed in the preferred embodiment, but that several rotational axes and alternative mechanisms are also possible to achieve the desired rotation of the pressure vessel.

De toevoer en afvoer van vloeistoffen, gassen en plasma kan ook op alternatieve wijze dan deze beschreven in de voorkeurdragende uitvoeringsvorm worden verkregen.The supply and discharge of liquids, gases and plasma can also be obtained in an alternative manner than those described in the preferred embodiment.

De nucleaire fusiereactor is niet beperkt tot de specifieke kernreactie die hier beschreven werd.The nuclear fusion reactor is not limited to the specific nuclear reaction described here.

De huidige uitvinding is geenszins beperkt tot de als voorbeeld beschreven en in de figuren weergegeven uitvoeringsvorm, doch een dergelijke nucleaire fusiereactor kan volgens verschillende varianten worden verwezenlijkt zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.The present invention is by no means limited to the embodiment described by way of example and shown in the figures, but such a nuclear fusion reactor can be realized in various variants without departing from the scope of the invention.

Claims

Nuclear fusion reactor, characterized in that the fusion plasma (22) is located in a pressure vessel (1), which is rotated about two different axes (4,7) and is filled with liquids and / or gases under a high pressure of minimum 220 bar.

Nuclear fusion reactor according to claim 1, characterized in that the rotating pressure vessel (1) is spherical.

Nuclear fusion reactor according to claim 1, characterized in that the pressure vessel (1) rotates simultaneously around two axes (4,7) in the space that are perpendicular to each other.

Nuclear fusion reactor according to claim 1, characterized in that the pressure vessel (1) is surrounded by a second pressure vessel (35), in which a second amount of liquid and / or gas is present under high pressure.

Nuclear fusion reactor according to claim 1, characterized in that the outer layer in the pressure vessel consists of water (28).

Nuclear fusion reactor according to claim 5, characterized in that the water (28) contains lithium.

Nuclear fusion reactor according to claim 5, characterized in that oxygen (27) and hydrogen (25) are each withdrawn separately from the process by separately expanding each in their turbine, whereafter the hydrogen (25) and oxygen (27) in fuel cells (29) is combined with the formation of electrical energy and water (28).

Nuclear fusion reactor according to claim 7, characterized in that the resulting water (28) is cooled, and injected again into the rotating pressure vessel (1), whether or not after adding lithium.

Nuclear fusion reactor according to claim 7, characterized in that the direct voltage produced is used to ionize tritium (24) and deuterium (23) and inject it into the plasma center (22).