DE102007022302A1 - Controlled nuclear fusion causing device for use in military, has accelerated fusion material including solid body, where acceleration of fusion material takes place in accelerator of device via introduction of radiation energy - Google Patents

Controlled nuclear fusion causing device for use in military, has accelerated fusion material including solid body, where acceleration of fusion material takes place in accelerator of device via introduction of radiation energy Download PDF

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Abstract

The device has nuclear fusion released in an inertial bracket by impact of fusion materials that are synchronously folded one on the other. An accelerated fusion material is synchronously folded at a central pellet of the fusion materials. The accelerated fusion material consists of a solid body from deuterium/tritium or lithium deuterin. The central positioned fusion material is made of deuterium/tritium. An acceleration of the fusion material takes place in an accelerator of the device via an introduction of radiation energy.

Description

ZusammenfassungSummary

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit deren Hilfe eine kontrollierte Kernfusion zur Energiegewinnung herbeigeführt werden kann.The The invention relates to a device with the aid of which a controlled Nuclear fusion for energy production can be brought about.

Erfindungsgemäß wird dem System zugeführte Strahlenenergie dabei durch Wandlung und Zwischenspeicherung in Form kinetischer Energie akkumuliert. Bei dem Impact des Fusionsmaterials wird diese Energie schlagartig wieder freigesetzt. Die Vorrichtung ermöglicht eine Erhöhung des Energie-Impulses zur Auslösung der Fusion. Die Erfindung hat eine außerordentliche Bedeutung für die Ökonomie und die Ökologie.According to the invention The radiant energy supplied to the system by conversion and caching accumulated in the form of kinetic energy. In the case of the impact of the fusion material, this energy becomes abrupt released again. The device allows an increase the energy pulse to trigger the fusion. The invention has an extraordinary importance for the economy and the ecology.

Die Erfindung ermöglicht auch kernphysikalisch technische Messungen des Fusionsprozesses und hat deswegen auch erhebliche militärischer Bedeutung. Die aus solchen Messungen gewonnenen Erkenntnisse könnten bei der Entwicklung und dem Bau von nuklearen Sprengkörpern verwendet werden.The Invention also enables nuclear physics technical measurements of the merger process and therefore has considerable military implications Importance. The knowledge gained from such measurements could in the development and construction of nuclear explosive devices be used.

Beschreibungdescription

In Jahrzehnten der Forschungsbemühungen auf der ganzen Welt wurden erhebliche Fortschritte auf dem Weg zu einer kontrollierten Kernfusion gemacht. Bisher ist es jedoch noch nicht gelungen eine kontrollierte Kernfusion mit einer positiven Energiebilanz zu erreichen.In Decades of research efforts around the world Significant progress has been made towards a controlled Made nuclear fusion. So far, however, it has not yet succeeded to achieve controlled nuclear fusion with a positive energy balance.

Bei der Nutzung der primären Energieträger Öl, Gas oder Kohle wird das Treibhausgas CO2 freigesetzt. Dieses Gas trägt bekanntlich zu einem großen Teil zur Veränderung des Klimas auf der Erde bei.at the use of primary energy oil, Gas or coal releases the greenhouse gas CO2. This gas is known to a large extent to change of the climate on earth.

Der Einsatz von regenerativer Energie, wie die direkte Nutzung der Sonne durch Solarzellen sowie als Wärmequelle, als auch die Nutzung der indirekten Sonnenenergie in Form der Wasserkraft, Windenergie, Biogas wird gegenwärtig durch staatliche Förderung vorangetrieben.Of the Use of renewable energy, such as the direct use of the sun by solar cells as well as heat source, as well as the use indirect solar energy in the form of hydropower, wind energy, Biogas is currently being funded by government promoted.

Die von der Technik und privat benötigte ständig steigende Energiemenge wird jedoch durch chemische Umsetzungen nicht zu decken sein.The from technology and privately needed ever increasing However, energy can not be covered by chemical reactions be.

Im Vergleich mit chemischen Reaktion (1 + 107 J/kg) haben nukleare Reaktionen eine sehr hohe Energiefreisetzungsrate (8·1013 J/kg) und setzen dabei kein Klima schädigendes Treibhausgas CO2 frei.In comparison with chemical reactions (1 + 10 7 J / kg), nuclear reactions have a very high energy release rate (8 · 10 13 J / kg) and do not release any climate-damaging greenhouse gas CO2.

Allerdings bestehen bei der Nutzung der Kernenergie auch gewisse Gefahren.Indeed There are also certain dangers in the use of nuclear energy.

Die Nutzung der Kernspaltungsenergie hat deshalb vor allem in Deutschland bei der Bevölkerung keine gute Akzeptanz. Von der Politik wurde daher ein Ausstieg aus der Kernenergie beschlossen.The Use of nuclear fission energy therefore has mainly in Germany no good acceptance among the population. From politics Therefore, an exit from nuclear energy was decided.

Die Energiefreisetzung durch eine kontrollierte Kernfusion bietet hingegen verschiedene Vorteile.The Energy release through controlled nuclear fusion, on the other hand, offers different advantages.

Reaktorunfälle sind höchst unwahrscheinlich. Bezüglich einem „Durchgehen" der Reaktion sind sie inhärent sicher. Der Brennstoffvorrat (Deuterium aus dem Meer) ist praktisch unbegrenzt. Die entstehenden Abfallprodukte weisen eine wesentlich geringere Radioaktivität auf und sind leichter zu handhaben als die bei den Kernspaltungsreaktoren freiwerdenden Stoffe.reactor accidents are highly unlikely. Regarding a "runaway" they are inherently safe in the reaction. The fuel stock (Deuterium from the sea) is virtually unlimited. The resulting Waste products have a significantly lower level of radioactivity and are easier to handle than those of nuclear fission reactors released substances.

Kernverschmelzungsreaktionen stellen die Energie für die Ausstrahlung der Sterne. Der im Universum reichlich vorhandene Wasserstoff wird dabei unter Freisetzung von Energie zu Helium verschmolzen (Fusionsfeuer der Sterne). 4H+ ⇒ + 4 / 2He2+ + 2 0 / 1e+ +2ve + 26,7MeV (1) Nuclear fusion reactions provide the energy for the radiation of the stars. The abundant hydrogen in the universe is thereby fused with the release of energy to helium (fusion fire of the stars). 4H + ⇒ + 4 / 2He 2+ + 2 0 / 1e + + 2v e + 26.7MeV (1)

Unsere Sonne liefert jährlich 1,5 Billiarden Megawattstunden auf die Erde. Davon werden nur etwa 35% in den Weltraum zurückgeworfen. Das Licht der Sonne erreicht die Erde aber in einer sehr geringen Energiedichte. Darüber hinaus ist die Energiestrahlung nicht kontinuierlich über die Zeit verteilt.Our The sun supplies 1.5 quadrillion megawatt hours annually the earth. Of these, only about 35% are thrown back into space. The light of the sun reaches the earth but in a very small amount Energy density. In addition, the energy radiation not distributed continuously over time.

Die gegenwärtige Zivilisation ist aber von einer kontinuierlichen Energiebereitstellung abhängig. Da auch eine ökonomische Lösung der Energiespeicherung und des Energietransportes über große Distanzen bisher nicht realisiert werden konnte, wäre unsere Zivilisation im Winter, bei Nacht oder bei Regen gefährdet.The but present civilization is of a continuous Energy supply dependent. As an economic Solution of energy storage and energy transport via long distances could not be realized so far, our civilization would be in the winter, at night or at Rain endangered.

Ziel weltweiter Anstrengungen ist es daher, die Energieproduktion der Sonne auf der Erde nachzuvollziehen. Es wird angestrebt, die Energie in einem Fusionskraftwerk aus der Verschmelzung von Atomkernen zu gewinnen.aim global effort is therefore to reduce the energy production of the To understand the sun on earth. It is aimed at the energy in a fusion power plant from the fusion of atomic nuclei to win.

Stand der TechnikState of the art

Die technische Energiegewinnung nach obiger Gleichung (1) ist aber wegen der erforderlichen sehr hohen Temperaturen nicht geeignet. Als Brennstoff für die kontrollierte Fusion unter terrestrischen Bedingungen soll daher ein Deuterium-Tritium Gemisch (entsprechend Gleichung 2) dienen.The technical energy production according to the above equation (1) but because the required very high temperatures are not suitable. As fuel for controlled fusion under terrestrial conditions should therefore a deuterium-tritium mixture (according to equation 2) serve.

Figure 00020001
Figure 00020001

Die Energiemenge eines Gramm des Fusionsbrennstoffes entspricht dabei dem Energiegehalt von 10 000 Litern Heizöl. Das Wasserstoffisotop Deuterium ist praktisch unbegrenzt (im Meerwasser etwa 30 g/m3) vorhanden und würde die Energiebereitstellung der Menschheit entsprechend Reaktion für die nächsten 1000 Jahre sicherstellen.The amount of energy of one gram of the fusion fuel corresponds to the energy content of 10 000 liters of heating oil. The hydrogen isotope deuterium is practically unlimited (in seawater about 30 g / m 3 ) and would ensure the energy supply of humankind according to the reaction for the next 1000 years.

Das für die Reaktion erforderliche Tritium soll aus Lithium (entsprechend Gleichung 3) gewonnen werden, wobei das Neutron aus der Fusionsreaktion genutzt werden kann.The tritium required for the reaction is said to be lithium (according to equation 3) are obtained, the neutron from the fusion reaction can be used.

Figure 00020002
Figure 00020002

Um eine Fusion entsprechend Reaktionsgleichung (2) zu realisieren, müssen natürlich auch bei dieser Reaktion die elektrostatischen Abstoßungskräfte zwischen den positiv geladenen Atomkernen überwunden werden. Dies gelingt ebenfalls nur bei sehr hohen Temperaturen bei welcher die Materie ein Plasma bildet.Around to realize a fusion according to reaction equation (2), must of course also in this reaction the electrostatic repulsive forces between the positively charged nuclei are overcome. This succeeds also only at very high temperatures at which the matter forming a plasma.

Während auf der Sonne das Plasma durch Gravitation und Fusionsenergie gebildet und durch das Gravitationsfeld des Sternes stabilisiert wird, muss das Plasma unter irdischen Bedingungen erst geschaffen und in geeigneten Vorrichtungen eingeschlossen werden.While on the sun the plasma is formed by gravitation and fusion energy and stabilized by the gravitational field of the star must the plasma is created under terrestrial conditions first and in suitable Devices are included.

Soll eine Fusionsanlage wirtschaftlich arbeiten, muss weiterhin die gewonnene Energie größer sein als die Energie, die für den Einschluss und die Aufheizung des Plasmas eingesetzt wird. Diese Bedingung gilt theoretisch als erreicht, wenn das Produkt aus der Einschlusszeit τ und der Plasmadichte n bei ausreichend hoher Temperatur T einen bestimmten Wert überschreitet.Should a fusion plant work economically, must continue to win Energy to be greater than the energy for the inclusion and heating of the plasma is used. These Condition is theoretically considered attained when the product is out of the Inclusion time τ and the plasma density n at sufficiently high Temperature T exceeds a certain value.

Von Lawson stammt die folgende Abschätzung (Lawson Kriterium):

Figure 00030001

  • • Mit der Einschlusszeit τ des Plasmas (je länger die Kerne auf hoher Temperatur zusammenhalten werden, desto höher ist die Fusionswahrscheinlichkeit).
  • • Mit der Teilchendichte n des Plasmas (mit wachsender Teilchenzahl pro Volumeneinheit wächst die Stoßwahrscheinlichkeit).
  • • Mit der Temperatur T des Plasmas (die Temperatur des Plasmas sollte so gewählt werden, dass man in der Nähe des Maximums des Wirkungsquerschnitts liegt. Bei einem D-T-Plasma wären dies etwa 108 K).
From Lawson comes the following estimate (Lawson criterion):
Figure 00030001
  • • With the inclusion time τ of the plasma (the longer the nuclei are held together at high temperature, the higher the probability of fusion).
  • • With the particle density n of the plasma (with increasing number of particles per unit volume, the probability of impact increases).
  • • With the temperature T of the plasma (the temperature of the plasma should be chosen so that it is close to the maximum of the cross-section.) For a DT plasma this would be about 10 8 K).

Einschluss des PlasmasInclusion of the plasma

Während auf der Sonne das Plasma durch das Gravitationsfeld des Sternes stabilisiert wird, muss das Plasma unter irdischen Bedingungen erst geschaffen und in geeigneten Vorrichtungen eingeschlossen werden.While on the sun the plasma through the gravitational field of the star stabilized, the plasma must first under terrestrial conditions created and enclosed in suitable devices.

Für die angestrebte Freisetzung der Kernverschmelzungsenergie werden gegenwärtig hauptsächlich zwei verschiedene Wege verfolgt.
Systeme mit magnetischem Einschluss.
Trägheitseinschluss des Fusionsplasmas.
The intended release of nuclear fusion energy is currently being pursued mainly in two different ways.
Magnetic confinement systems.
Inertia confinement of the fusion plasma.

Die Systeme mit magnetischem Einschluss sind durch sehr geringe Plasmadichten und langen Einschlusszeiten gekennzeichnet.The Magnetic confinement systems are characterized by very low plasma densities and long inclusion times.

Der Trägheitseinschluss erfordert hingegen in einer sehr kurzen Zeitspanne (Milliardstel Sekunde) eine enorme Energiezufuhr im 100 Terawatt-Bereich um das Fusionsgemisch zur Zündung zu bringen.Of the Inertia inclusion, on the other hand, requires a very short time Time span (billionth of a second) an enormous energy intake in the 100th Terawatt range to ignite the fusion mixture.

Magnetischer EinschlussMagnetic inclusion

Da sich die geladenen Kerne des Deuterium und des Tritium in einem Plasma unkontrolliert in alle Richtungen frei bewegen, haben sie das bestreben sich wie Gase auszudehnen. Um dies zu verhindern können die Teilchen durch magnetische Felder eingeschlossen werden.There the charged nuclei of deuterium and tritium are in one If you move plasma unchecked in all directions, you have it that strive to expand like gases. To prevent this the particles are trapped by magnetic fields.

Heute bevorzugt man für diesen Einschluss ringförmige Anlagen des sog. Tokamak-Typs. Die Abwanderung der Teilchen wird durch ein zu einem Ring geschlossenes Magnetfeld auf eine kreisförmige Bewegung gezwungen. Für einen vollständigen Einschluss sorgt ein weiteres sog. Poloidalfeld. Zusätzlich wird mittels eines Transformators ein Ringstrom erzeugt. Dieser Strom generiert wiederum ein Magnetfeld welches im Zusammenwirken mit den ringförmigen Feldlinien des Torus eine schraubenförmige Bewegung der geladenen Kernteilchen bewirkt.today it is preferable to annular for this inclusion Plants of the so-called Tokamak type. The migration of the particles is by a magnetic field closed to a ring on a circular Forced movement. For a complete inclusion provides another so-called poloidal field. In addition, by means of a transformer generates a ring current. This stream is generated in turn, a magnetic field which interacts with the annular Field lines of the torus make a helical movement charged core particles causes.

Man kann die verschraubten Feldlinien auch durch geeignet geformte äußere Magnetspulen erreichen. Bei diesen sog. Stellatoren wird kein Plasmastrom benötigt.you The bolted field lines can also be formed by suitably shaped outer Reach magnetic coils. In these so-called. Stellators no plasma flow needed.

Die weitere Aufheizung des Plasmas wird erfolgt durch Neutralteilchenheizung und Hochfrequenzwellenheizung. Einzelheiten sollen an dieser Stelle nicht näher ausgeführt werden.The further heating of the plasma is carried out by neutral particle heating and high frequency wave heating. Details should be given here will not be explained in detail.

Trägheitseinschlussinertial confinement

Hier wird das Trägheitsverhalten der Masse ausgenutzt.Here the inertial behavior of the mass is exploited.

Laser oder Teilchenstrahlen werden auf eine kleine Kapsel, das sog. Pellet gerichtet. Das Pellet mit nur einigen Millimeter Durchmesser enthält ein Fusionsgemisch (Deuterium und Tritium). Beim Auftreffen der Strahlen auf das Pellet bildet sich auf der Oberfläche ein Plasma, welches sich stoßartig ausdehnt. Die dabei entstehende Druckwelle presst das Innere des Pellet auf das 1000fache zusammen.laser or particle beams are applied to a small capsule, the so-called pellet directed. The pellet contains only a few millimeters in diameter a fusion mixture (deuterium and tritium). Upon impact of the rays a plasma forms on the pellet on the surface which expands jerkily. The resulting Pressure wave compresses the interior of the pellet 1000 times.

Unter diesen Bedingungen soll die Fusion bei einer Temperatur von 100 Millionen Grad stattfinden. Da die Reaktion innerhalb von Bruchteilen einer Sekunde stattfindet, wird das Plasma durch seine eigene Trägheit am „Auseinanderfliegen" gehindert.Under In these conditions, the fusion should be at a temperature of 100 Millions of degrees take place. Because the reaction is within fractions takes place for one second, the plasma becomes "divergence" due to its own inertia prevented.

Bei der Bestrahlung des Pellet mit Laser oder Ionenstrahlen gibt es verschiedene Varianten. Das Pellet kann direkt bestrahlt werden, oder es ist beispielsweise mit einer Metallhülse umgeben. Auch der Einschluss des Pellet in einer Kugel aus Kohlenstoff (Diamant) wird untersucht.at there is irradiation of the pellet with laser or ion beams different variations. The pellet can be irradiated directly, or it is surrounded for example with a metal sleeve. Also the inclusion of the pellet in a ball of carbon (diamond) Wil be inspected.

Da der Laser eine sehr hohe Leistungsdichte hat und sehr stark fokussierbar ist, wird er als Energiequelle beim Trägheitseinschluss bevorzugt. Nachteil der gegenwärtig verfügbaren Laser ist ihr geringer Wirkungsgrad und die damit zusammenhängenden hohen Kosten pro Energieeinheit. Außerdem müssen eine Vielzahl der kostenintensiven Geräte eingesetzt werden um genügend Energie in das Pellet für die Zündung der Fusion einzubringen.There The laser has a very high power density and very focusable is, it becomes as an energy source in the inertial enclosure prefers. Disadvantage of currently available Laser is their low efficiency and related high cost per unit of energy. In addition, must a variety of costly devices are used to get enough energy into the pellet for the ignition of the To merge.

Die USA wollen deshalb in ihrem fortgeschrittensten Projekt NIF (National Ignition Facility) 192 superstarke Laser auf das zu fusionierende Deuterium/Tritium Kügelchen richten.The The US therefore wants in its most advanced project NIF (National Ignition Facility) 192 super strong laser to be merged Direct deuterium / tritium beads.

Elektronenstrahlen mit großer Energie können mit einem sehr hohen Wirkungsgrad (bis zu 50%) bereitgestellt werden. Nachteilig ist hier jedoch die große Impulsdauer derselben, wodurch die für die Zündung der Fusion erforderliche Leistung nicht in die Brennstoffkügelchen eingebracht werden kann (Brennstoff-Pellet fliegt vorher auseinander).electron with great energy can with a very high Efficiency (up to 50%) can be provided. The disadvantage is Here, however, the great pulse duration of the same, whereby the required to ignite the merger can not be introduced into the fuel pellets (Fuel pellet flies apart first).

Es ist bereits gelungen durch allseitige Bestrahlung eines zentral positionierten Pellet eine Fusionsreaktion auszulösen.It has already succeeded by all-round irradiation of a central positioned pellet trigger a fusion reaction.

Die Fusion von Wasserstoffkernen kontrolliert in einem Reaktor unter Abgabe von Energie ablaufen zu lassen, ist aber bisher jedoch weder mit dem magnetischen noch mit dem Trägheitseinschluss gelungen.The fusion of hydrogen nuclei controlled in a reactor with release of energy drain but has so far been successful neither with the magnetic nor with the inertial enclosure.

Die ErfindungThe invention

Die in das System zur Überwindung der elektrostatischen Abstoßungsbarriere der Nukleonen einzubringende Energie wird, wie bei den bekannten Verfahren mit Trägheitseinschluss, durch Strahlengeber aufgebracht.The into the system for overcoming the electrostatic repulsion barrier the nucleons energy to be introduced, as in the known Inertial confinement method, by radiation transmitter applied.

Erfindungsgemäß wird die Strahlenenergie jedoch dabei durch Wandlung und Zwischenspeicherung in Form kinetischer Energie akkumuliert.According to the invention However, the beam energy thereby by conversion and caching in Form of kinetic energy accumulated.

Erfindungsgemäß wird eine Vielzahl von Strahlenimpulsen in Form kinetischer Energie zwischengespeichert wodurch das Gesamtsystem mit deutlich erhöhter Energieeffizients betrieben werden kann. Bei einem Impact des Fusionsmaterials wird diese Energie schlagartig wieder freigesetzt. Dies ermöglicht eine Erhöhung des Energie-Impulses zur Auslösung der Fusion.According to the invention a plurality of beam pulses in the form of kinetic energy cached resulting in the overall system with significantly increased energy efficiencies can be operated. In case of an impact of the fusion material released this energy abruptly. this makes possible an increase in the energy pulse for triggering the merger.

Bei erfindungsgemäßer Anwendung der Vorrichtung kann deshalb die Anzahl der eingesetzten Strahlengeber verringert werden.at inventive use of the device can Therefore, the number of radiation sensors used can be reduced.

Durch die Wandlung und Akkumulation der Strahlenenergie in kinetische Energie ermöglicht die erfindungsgemäße Anwendung der Vorrichtung auch den Einsatz von Elektronenstrahlen (mit längerer Impulsdauer) für die Einbringung der Energie in die zu fusionierende Materie. Wegen der wesentlich besseren Energie Effizients bei der Erzeugung der Elektronenstrahlen verbessert sich die Gesamtenergiebilanz des Verfahrens.By the conversion and accumulation of the kinetic energy into kinetic Energy allows the invention Application of the device also the use of electron beams (with longer pulse duration) for the introduction energy into the matter to be merged. Because of the essential better energy efficiencies in the generation of electron beams the overall energy balance of the process improves.

Erfindungsgemäß erfolgt die Umsetzung der Strahlenenergie in kinetische Energie in speziellen Beschleunigern. Die in das System eingebrachte Strahlungs-Energie wird in diesen Beschleunigern in kinetische Energie von Fusionsmaterial umgesetzt und in diesem Material zwischengespeichert.According to the invention the conversion of the radiation energy into kinetic energy in special Accelerators. The radiant energy introduced into the system is used in these accelerators in kinetic energy of fusion material converted and cached in this material.

Die Beschleuniger stellen im Prinzip evakuierte Röhren dar, die zwischen den Strahlengebern und dem Fusionsreaktor geschaltet werden.The Accelerators are in principle evacuated tubes, which is connected between the transmitter and the fusion reactor become.

In diesen Beschleunigern werden erfindungsgemäß die Strahlen von den Strahlengebern auf kleine Festkörper aus Fusionsmaterial gerichtet, wobei diese eine Beschleunigung erfahren. Die zu beschleunigenden Festkörper aus Fusionsmaterial können dabei mit einer Vorbeschleunigung versehen in die Beschleuniger eingeschossen werden.In These accelerators are inventively the Radiate from the radiation sources on small solids Focused fusion material, where they experience an acceleration. The solids to be accelerated from fusion material can be provided with a pre-acceleration in the Accelerator be injected.

Es ist dabei vorteilhaft die Festkörper mit einem Drall zu versehen.It is advantageous to the solids with a twist Mistake.

Durch den Drall wird die Flugbahn des Festkörpers (ähnlich einer Gewehrkugel) stabilisiert.By the spin becomes the trajectory of the solid (similar a bullet) stabilized.

Erfindungsgemäß wird der Energiestrahl für die Beschleunigung (des Fusionsfeststoffes) derart fokussiert, dass nur ein Teil des Materials aus dem Festkörper verdampft und aus diesem herausgeschleudert wird, während bei der Laser oder Elektronenstrahlbearbeitung von Werkstoffen das Material an bestimmten Stellen gewollt vollständig schmilzt und verdampft (es sollen dort Löcher oder Schnitte entstehen).According to the invention the energy beam for the acceleration (of the fusion solid) so focused that only part of the material from the solid vaporizes and is expelled from this while in the laser or electron beam machining of materials that Material in certain places wanted completely melts and evaporate (there should be holes or cuts).

Die derart fokussierte Strahlung wird erfindungsgemäß so auf die zu beschleunigenden Festkörper gerichtet, dass ein Teil des in die Beschleuniger eingebrachten Materials der Festkörper explosionsartig verdampft und das Material nach hinten herausgeschleudert wird.The Such focused radiation according to the invention so directed to the solid bodies to be accelerated, that a part of the introduced into the accelerator material of the solid exploded explosively and thrown out the material to the rear becomes.

Die Festkörper erfahren dadurch einen raketenartigen Rückstossantrieb (entsprechend Gleichung 5) der sie in Richtung Zentrum des Fusionsreaktors beschleunigt. νi = c × ln(M1/M0) (5)

νi
= ideale Endgeschwindigkeit
c
= Ausströmgeschwindigkeit des Antriebsmediums (Ablationsprodukte)
M1
= Anfangsmasse der Rakete (der Fusionstablette)
M0
= Leermasse der Rakete inklusive Nutzmasse (beschleunigte Fusionstablette)
The solids undergo a rocket-type recoil drive (according to Equation 5) which accelerates them towards the center of the fusion reactor. νi = c × ln (M1 / M0) (5)
v i
= ideal final speed
c
= Discharge velocity of the drive medium (ablation products)
M1
= Initial mass of the rocket (the fusion tablet)
M0
= Empty mass of the rocket including payload (accelerated fusion tablet)

Die bekannte Umsetzung der auf ein Pellet aus Fusionsmaterial gerichteten Strahlung, zur dort beabsichtigten Aufheizung des Fusionsplasmas, hat laut ( Brueckner, K. A, S. Jorna: Laser driven fusion. Review of modern Physics, Vol 46, No 2, April (1974) nur einen Wirkungsgrad von 5–10%. Die weit größere Energiemenge der Strahlung, nämlich 90–95%, wird dabei in kinetische Energie von freigesetzten Ablationsprodukten umgewandelt.The known implementation of the directed to a pellet of fusion material radiation to there beab observed heating of the fusion plasma, has loud ( Brueckner, K. A, S. Jorna: Laser driven fusion. Review of Modern Physics, Vol 46, No 2, April (1974) only an efficiency of 5-10%. The far greater amount of energy of the radiation, namely 90-95%, is thereby converted into kinetic energy of released ablation products.

Bei der erfindungsgemäßen einseitigen Bestrahlung des Materials ist jedoch letzteres gerade vorteilhaft, weil eine große Energiemenge als kinetische Energie für die Beschleunigung des Fusionsmaterials durch Raketenvortrieb umgesetzt und ausgenutzt wird.at the unilateral irradiation according to the invention of the material, however, the latter is just advantageous because a large amount of energy as kinetic energy for implemented the acceleration of the fusion material by rocket propulsion and exploited.

Erfindungsgemäß kann das Material des zu beschleunigenden Fusionsmaterials dabei vorteilhaft aus Lithiumdeuterid oder einem zusammengesetzten Körper aus Lithiumdeuterid und gefrorenem Deuterium/Tritium bestehen.According to the invention the material of the fusion material to be accelerated advantageous Lithium deuteride or a composite body lithium deuteride and frozen deuterium / tritium.

Mindestens ein Teil der aus den beschleunigten Festkörpern herausgeschleuderten Ablationsprodukte erhalten bei der Bestrahlung eine so hohe Temperatur, dass sie als Plasma in ionisiertem Zustand vorliegen. Dadurch wird es möglich, die Festkörper durch ein äußeres elektromagnetisches Feld zusätzlich zu beschleunigen.At least a part of the ejected from the accelerated solids Ablation products receive such a high temperature upon irradiation that they are present as plasma in ionized state. This will it is possible to get the solids through an outside accelerate electromagnetic field in addition.

Abhängig von der Pulsfrequenz des Strahlers, sowie der Länge der Beschleuniger, können auf der Beschleunigungsstrecke eine Vielzahl von Impulsen des Strahlengebers auf die Festkörper geschossen werden.Dependent from the pulse frequency of the radiator, as well as the length of the Accelerator, can on the acceleration section one Variety of pulses of the radiation transmitter on the solids to be shot.

Erfindungsgemäß kann dadurch, bei gleicher in das System zur Fusion eingebrachter Leistung, die Anzahl der Strahlengeber verringert bzw. bei gleicher Anzahl der Strahler die eingebrachte Leistung wesentlich erhöht werden.According to the invention thereby, with the same performance incorporated into the system for the merger, the number of radiation transmitters is reduced or the same number the spotlight significantly increases the power input become.

Erfindungsgemäß erfährt das Fusionsmaterial dabei (ähnlich dem Stufenprinzip des Raketenantriebes) mit jedem Strahlen-Impuls eine immer höhere Geschwindigkeit (kinetische Energie).Learns according to the invention the fusion material thereby (similar to the step principle of the Rocket propulsion) with each beam impulse an ever higher Speed (kinetic energy).

Erfindungsgemäß wird dadurch die für eine kontrollierte Kernfusion erforderliche Energiedichte erreicht.According to the invention thereby required for controlled nuclear fusion Energy density achieved.

Stufenprinzipstage principle

  • νi = c × ln Rges (6)
    νi
    = Endgeschwindigkeit des verbleibenden Feststoffes vor Impact.
    c
    = Ausströmgeschwindigkeit des Antriebsmediums (Ablationsprodukte) für alle „Stufen" als gleich angenommen.
    Rges
    = Gesamtmassenverhältnis
    Wobei sich dies aus den Stufenmassenverhältnissen laut Gleichung (7) ergibt.
    νi = c × ln Rges (6)
    v i
    = Final velocity of the remaining solid before impact.
    c
    = Outflow velocity of the drive medium (ablation products) assumed to be the same for all "stages".
    Rges
    = Total mass ratio
    This results from the step mass ratios according to equation (7).
  • R ges = (R1 × R2 ... Rn) (7)R ges = (R1 × R2) Rn) (7)

Mit jedem Puls des Strahlers verringert sich das Gewicht des beschleunigten Festkörpers um die Masse der herausgeschleuderten Ablationsprodukte. Die Startmassen des zu beschleunigenden Fusionsmaterials werden dabei so gewählt, dass das verbleibende Material die zur Auslösung der Fusionsreaktion ausreichende Masse und kinetische Energie besitzt.With each pulse of the emitter reduces the weight of the accelerated one Solid around the mass of ejected ablation products. The starting masses of the accelerating material to be accelerated chosen so that the remaining material to the Triggering the fusion reaction of sufficient mass and kinetic Has energy.

Erfindungsgemäß werden die beschleunigten Festkörper des Fusionsmaterials simultan in den Fusionsreaktor geschossen.According to the invention the accelerated solids of the fusion material simultaneously shot into the fusion reactor.

Hier treffen sie entweder aufeinander oder auf einen zentral positionierten Fusionsfestkörper, das sog. Pellet wobei die gespeicherte kinetische Energie der beschleunigten Materie wieder freigesetzt wird.Here They meet either on top of each other or on a centrally positioned one Fusion solid, the so-called pellet wherein the stored released kinetic energy of the accelerated matter again becomes.

Wie oben ausgeführt, kann das Pellet auch mit einer Metallhülse umgeben sein durch welche der primäre Strahl in Wärmestrahlung umgewandelt und gleichzeitig eine mehr synchrone Implosion erreicht werden soll, oder anderweitig eingeschlossen sein.As As stated above, the pellet can also be fitted with a metal sleeve be surrounded by which the primary beam in heat radiation converted while achieving a more synchronous implosion should be included or otherwise included.

Bei dem Einsatz von Lithium-Deuterid als beschleunigtem Feststoff ist die Umhüllung des Fusionszentrums aus Deuterium/Tritium durch den dichten Lithiummantel um das Reaktionszentrum bei der Fusionszündung besonders vorteilhaft, weil dadurch mindestens ein Teil der bei der Fusion freigesetzten Neutronen Tritium erzeugen.When lithium deuteride is used as the accelerated solid, the envelope of the fused silica is From Deuterium / tritium through the dense lithium cladding around the reaction center in the fusion ignition particularly advantageous because at least a portion of the released during the fusion of neutrons produce tritium.

Außerdem wird durch die Absorption eines großen Teils der Strahlung ein gewisser Schutz der inneren Reaktorwand erreicht.Furthermore is due to the absorption of a large part of the radiation achieved a certain protection of the inner reactor wall.

Erfindungsgemäß wird beim Impact der Festkörper im zentralen Reaktor die kinetische Energie der beschleunigten Feststoff-Partikel schlagartig wieder freigesetzt wobei die dabei entstehende Druck und Hitzewelle die Fusion einleitet.According to the invention in the impact of solid in the central reactor the kinetic Energy of the accelerated solid particles abruptly again released with the resulting pressure and heat wave the Fusion initiates.

Die Möglichkeit eine Fusionsreaktion durch einen Impact auszulösen wurde bereits theoretisch untersucht und die realistische Durchführbarkeit aufgezeigt. Die dafür erforderlichen sehr hohen Geschwindigkeiten, auf die die Projektile mit dem Fusionsmaterial zu beschleunigen sind, sollten dabei mit sog. Schienengeschützbeschleunigern erreicht werden.The Possibility to trigger a fusion reaction by an impact has already been studied theoretically and the realistic feasibility demonstrated. The very high speeds required for this, to accelerate the projectiles with the fusion material should be with so-called rail gun accelerators be achieved.

Mit diesen Schienengeschützen sollen Projektile mit einer Masse von 0,1 g auf 150 km/s und mehr beschleunigt werden können und damit ausreichende kinetische Energie besitzen um beim Impact eine Fusionsreaktion auszulösen.With These rail guns are supposed to have projectiles with a mass from 0.1 g to 150 km / s and more and thus have sufficient kinetic energy to impact trigger a fusion reaction.

Das System ist jedoch nicht für den kontinuierlichen Betrieb der Energieerzeugung in einem Fusionskraftwerk geeignet.The However, system is not for continuous operation energy production in a fusion power plant suitable.

Der erfindungsgemäße Einsatz der Beschleuniger hingegen ermöglicht den kontinuierlichen Betrieb der Energieerzeugung in einem Fusionskraftwerk.Of the use of the accelerator according to the invention, however enables continuous operation of energy production in a fusion power plant.

Die Umsetzung von Strahlungsenergie in kinetische Bewegungsenergie an sich wird an anderer Stelle beschrieben.The Conversion of radiation energy into kinetic kinetic energy it will be described elsewhere.

In den USA versucht man damit sogar kleinere Satteliten auf eine Umlaufbahn um die Erde zu befördern.In The US is trying so even smaller satellites in orbit to carry the earth.

Es wurden bereits erste Tests mit einem pulsierenden CO2 Laser durchgeführt.It The first tests have already been carried out with a pulsating CO2 laser.

Das System funktioniert in der Weise, dass unterhalb des Flugkörpers ein Spiegel angebracht ist der den Laserstrahl in eine Art Brennkammer unter den Flugkörper wirft. In der luftgefüllten „Brennkammer" erzeugt die Laserstrahlung ein Hochdruckplasma mit einer Temperatur von 30 000°C. Die ausströmende Luft treibt das Vehikel in die Höhe.The System works in such a way that below the missile A mirror is attached to the laser beam in a kind of combustion chamber throws under the missile. In the air-filled "combustion chamber" The laser radiation generates a high-pressure plasma with a temperature of 30 000 ° C. The outflowing air drives that Vehicle in the air.

Bei der erfindungsgemäßen Beschleunigung des Fusionsmaterials wird hingegen das durch den Energiestrahl verdampfende und herausgeschleuderte Material selbst für den raketenartigen Vortrieb genutztat the acceleration of the fusion material according to the invention On the other hand, the energy vapor evaporates and is ejected Material itself used for the rocket-like propulsion

Die erfindungsgemäße Benutzung von Fusionsmaterial als Träger der kinetischen Energie ist besonders vorteilhaft, weil so einer Kontamination des Fusionsbetriebes mit Fremdstoffen vorgebeugt und damit eine Beeinträchtigung der Fusion-Reaktion vermieden wird.The Use of fusion material according to the invention as a carrier of kinetic energy is particularly advantageous because so a contamination of the fusion operation with foreign substances Prevented and thus an impairment of the fusion reaction is avoided.

Die erfindungsgemäße Ausführung der Vorrichtung zur Erzielung einer kontrollierten Kernfusion ermöglicht, durch Umwandlung und Akkumulation der Energie in Form kinetischer Energie, auch den Einsatz von Elektronenstrahlern (mit einer längeren Impulsdauer als Laser). Dies verbessert die Energiebilanz des Systems.The inventive embodiment of the device to achieve controlled nuclear fusion, through conversion and accumulation of energy in the form of kinetic Energy, even the use of electron beams (with a longer Pulse duration as a laser). This improves the energy balance of the system.

Die erfindungsgemäße Akkumulation der in das System eingebrachten Energie erhöht den Energie Impuls bei der Widerfreisetzung zum Zeitpunkt des Impactes gegenüber der bisher verfolgten Methode drastisch.The Accumulation according to the invention into the system introduced energy increases the energy impulse at the Relief at the time of the impact against the hitherto pursued method drastically.

Dies ist ein weiterer entscheidender Faktor bei der Realisierung der kontrollierten Kernfunktion.This is another key factor in the realization of the controlled core function.

Der zusätzliche finanzielle Aufwand für die Installation und den Betrieb der Beschleuniger ist dabei gegenüber der verminderten Anzahl und Typ der Strahler vernachlässigbar klein.Of the additional financial expense for the installation and the operation of the accelerator is opposite to the reduced number and type of radiators negligible small.

Bezugsliste zu ZeichnungenReference list for drawings

In 1 ist das Prinzip zur Auslösung einer kontrollierten Kernfusion durch Impact von Fusionsmaterial entsprechend Anspruch 1 dargestellt. Beispielhaft sind drei beschleunigte Brennstoffkügelchen kurz vor dem Impact im Zentrum der Fusionskammer, sowie die Explosionswelle und die Strahlung der vorausgegangenen Fusionsreaktion dargestellt.In 1 the principle for triggering a controlled nuclear fusion by impact of fusion material according to claim 1 is shown. By way of example, three accelerated fuel pellets are shown shortly before the impact in the center of the fusion chamber, as well as the explosion wave and the radiation from the previous fusion reaction.

2 zeigt beispielhaft (nur ein Strahl gezeigt) wie vier Brennstofffestkörper in den Beschleunigern bestrahlt werden und dadurch kinetische Energie erhalten. Weiterhin sind vier beschleunigte Brennstofffestkörper kurz vor dem Impact mit dem zentral in der Reaktorzone positionierten Brennstoffkügelchen (entsprechend Anspruch 5) aus Deuterium/Tritium dargestellt. 2 shows by way of example (only one jet shown) how four fuel solids are irradiated in the accelerators and thereby obtain kinetic energy. Furthermore, four accelerated fuel solids are shown shortly before the impact with the centrally positioned in the reactor zone fuel pellets (according to claim 5) from deuterium / tritium.

Zur Abführung der bei der Fusionsreaktion freigesetzten Energie ist außerdem der mit flüssigem Lithium gefüllte Reaktormantel mit dem Wärmetauscher gezeigt.to Dissipation of energy released in the fusion reaction is also filled with liquid lithium Reactor casing with the heat exchanger shown.

3 zeigt schematisiert den Material und Energiefluss der erfindungsgemäßen Anlage zur Energieerzeugung durch eine kontrollierte Kernfusion. 3 schematically shows the material and energy flow of the plant according to the invention for energy production by a controlled nuclear fusion.

4 soll den Aufbau einer Anlage zur erfindungsgemäßen Energiegewinnung durch eine kontrollierte Kernfusion erläutern. 4 is intended to explain the structure of a plant for energy production according to the invention by a controlled nuclear fusion.

Der Fusionsreaktor ist in einem Schutzraum untergebracht und so von der Umgebung abgeschlossen. Die konventionellen Anlagen zur Energieerzeugung sind hingegen außerhalb dieses Schutzraumes aufgestellt.Of the Fusion reactor is housed in a shelter and so from completed the environment. The conventional systems for energy production On the other hand, they are set up outside this shelter.

Auch die Anlagen zur Fabrikation der benötigten Festkörper aus dem Fusionsmaterial ausgehend von den Einsatzstoffen Deuterium (D), Lithium (Li) sowie die Anlage zur Herstellung von Lithiumdeuterid sind außerhalb des Schutzraumes aufgestellt.Also the plants for the production of the required solids from the fusion material starting from the starting materials deuterium (D), lithium (Li) and the plant for the production of lithium deuteride are placed outside the shelter.

Auch die Strahler befinden sich außerhalb dieses Schutzraumes.Also the spotlights are located outside this shelter.

Die Beschleuniger führen von den Strahlern durch die Schutzraumummauerung in den zentralen Reaktorraum.The Accelerators lead from the spotlights through the shelter space walling in the central reactor room.

Diese Anlagenteile sind evakuiert. Durch eventuelle Leckagestellen könnte hier keine Stoffentweichung stattfinden.These Plant components are evacuated. Due to possible leaks could no material leakage takes place here.

Nichtumgesetztes Lithium (Li), Tritium (T), Lithiumdeuterid (LiD) sowie das Reaktionsprodukt Helium (He) werden aus der Reaktorzone abgezogen.Unreacted Lithium (Li), tritium (T), lithium deuteride (LiD) and the reaction product Helium (He) are withdrawn from the reactor zone.

Das Helium wird von den anderen Stoffen getrennt und in Druckflaschen außerhalb der Reaktorzelle abgefüllt.The Helium is separated from the other substances and in pressure bottles filled outside the reactor cell.

Deuterium und Tritium werden zusammen mit dem aus dem Reaktormantel stammenden Tritium wieder dem Reaktor zugeführt. Das Gleiche geschieht mit dem nicht umgesetzten Lithiumdeuterid.deuterium and tritium along with the one from the reactor shell Tritium fed back to the reactor. The same thing happens with unreacted lithium deuteride.

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

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Claims (9)

Vorrichtung zur Herbeiführung einer kontrollierten Kernfusion entsprechend Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Fusion in einer inertialen Halterung durch Impact von synchron aufeinander geschossenes Fusionsmaterial ausgelöst wird.Device for the production of a controlled nuclear fusion according to claim 1, characterized in that the fusion in an inertial support is triggered by impact of synchronously launched fusion material. Vorrichtung zur Herbeiführung einer kontrollierten Kernfusion entsprechend Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass beschleunigtes Fusionsmaterial synchron auf ein zentrales Pellet von Fusionsmaterial geschossen wird.Device for producing a controlled Nuclear fusion according to claim 1, characterized in that accelerated fusion material synchronously to a central pellet shot of fusion material. Vorrichtung zur Herbeiführung einer kontrollierten Kernfusion entsprechend Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass das beschleunigte Fusionsmaterial aus einem Festkörper aus Deuterium/Tritium oder Lithiumdeuterid besteht.Device for producing a controlled Nuclear fusion according to claim 2, characterized in that the accelerated fusion material from a solid deuterium / tritium or lithium deuteride. Vorrichtung zur Herbeiführung einer kontrollierten Kernfusion entsprechend Anspruch 1, 2 dadurch gekennzeichnet, dass das beschleunigte Fusionsmaterial aus einem zusammengesetzten Festkörper aus Lithiumdeuterid und gefrorenem Deuterium/Tritium besteht.Device for producing a controlled Nuclear fusion according to claim 1, 2, characterized in that the accelerated fusion material from a composite solid lithium deuteride and frozen deuterium / tritium. Vorrichtung zur Herbeiführung einer kontrollierten Kernfusion entsprechend Anspruch 2–4 dadurch gekennzeichnet, dass das zentral positionierte Fusionsmaterial aus Deuterium/Tritium zusammengesetzt ist.Device for producing a controlled Nuclear fusion according to claim 2-4 characterized in that that the centrally positioned fusion material of deuterium / tritium is composed. Vorrichtung zur Herbeiführung einer kontrollierten Kernfusion entsprechend Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigung des Fusionsmaterials nach Anspruch 1, 2 in einem Beschleuniger der Vorrichtung durch Einbringen von Strahlenenergie erfolgt.Device for producing a controlled Nuclear fusion according to claim 3, characterized in that the acceleration of the fusion material according to claim 1, 2 in one Accelerator of the device by introducing radiation energy he follows. Vorrichtung zur Herbeiführung einer kontrollierten Kernfusion entsprechend Anspruch 1, 2, 3, 4 und 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlenimpulse im Beschleuniger derart gerichtet und fokussiert auf die zu beschleunigenden Körper treffen, dass diese durch die Ablation von den Festkörpern freigesetzten Partikel und Gase einen raketenartigen Beschleunigungs-Antrieb erfahren.Device for producing a controlled Nuclear fusion according to claims 1, 2, 3, 4 and 5, characterized that the beam pulses in the accelerator so directed and focused to hit the bodies to be accelerated, that these particles released by the ablation of the solids and gases undergo a rocket-like acceleration drive. Vorrichtung zur Herbeiführung einer kontrollierten Kernfusion entsprechend Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Dimensionierung des Beschleunigers entsprechend der verwendeten Strahler (Laser, Ionenstrahlen, Elektronenstrahlen) einen mehrstufigen Antrieb entsprechend der Impulsfrequenz der Strahler erlaubt um die für die Fusion benötigte kinetische Energie einzubringen.Device for producing a controlled Nuclear fusion according to claim 5, characterized in that the dimensioning of the accelerator according to the used Spotlights (laser, ion beams, electron beams) a multi-level Drive according to the pulse frequency of the spotlights allowed to the kinetic energy needed for fusion contribute. Vorrichtung zur Herbeiführung einer kontrollierten Kernfusion entsprechend Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass durch die Ionisierung des ablatierten Materials entsprechend Anspruch 1–7 das beschleunigte Fusionsmaterial durch ein äußeres elektromagnetisches Feld eine zusätzliche Beschleunigung erfährt.Device for producing a controlled Nuclear fusion according to claims 1 and 2, characterized that by the ionization of the ablated material accordingly Claim 1-7 the accelerated fusion material by an external electromagnetic field an additional acceleration experiences.
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