DE102012001634A1

DE102012001634A1 - Kernfusionsreaktor mit seitlichem Einschluss

Info

Publication number: DE102012001634A1
Application number: DE201210001634
Authority: DE
Inventors: Prof. Dr. Dr. Hora Heinrich; Paraskevas Lalousis; Stavros Moustaizis
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-01-30
Filing date: 2012-01-30
Publication date: 2013-08-01

Abstract

Für den Kernfusionsreaktor mit vernachlässigbarer Radioaktivität durch lasergetriebene Plasmablockzündung von festkörperdichtem oder mäßig komprimiertem Brennstoff nach Patentanmeldung DE 10 209 037 640.2 wird die seitliche Begrenzung der Reaktion mit Magnetfeldern und/oder einem Mantel mit hohem Atomgewicht bewerkstelligt.

Description

In der Patentanmeldung DE 10 209 037 640.2 wird die Gewinnung von Kernergie für Kraftwerke beschrieben, wobei u. a. mit dem Fusionsbrennstoff aus gewöhnlichem Wasserstoff H und dem Borisotop 11 von Bor (HB11) weniger Radioaktivität bei der Reaktion, im Reaktor und im Reaktonsprodukt pro erzeugter Energie entsteht als beim Verbrennen von Kohle. In Kohle sind etwa zwei Teile pro einer Million (ppm) Uranatome enthalten, deren Anwesenheit eine völlig vernachlässigbare radioaktive Strahlung erzeugt. Dennoch ist der Vorteil der Kernkraft etwa zehnmillionen mal höher als bei der chemischen Verbrennung abgesehen von den Problemen mit den Unmengen des Abfalls der chemischen Verbrennung.
Die HB11-Fusion ist seit langem als idealer Brenstoff bekannt, doch waren bisher alle Methoden zur Verwirklichung um sehr viele Größenordnungen geringer als für eine praktische Nutzung sind. Das änderte sich erst als durch Anwengung von ultrahohen Beschleunigungen von Plasmablöcken mit Laserpulsen von etwa Picosekunden (ps) Dauer und über Petawatt (PW) Leistung. Der mit den Laserpulsen bestrahlte festköperdiche oder mäßig komprimierte Brennstoff kann mit einem sehr effizenten Energiegewinn gezündet werden. Damit kann nicht nur der übliche, noch strahlungsgefährliche Fusionsbrennstoff von Deuterium und Tritum gezündet werden, sondern auch HB11 ergab sich als nur etwa zehnmal schwieriger zum Unterschied von anderen Verfahren, die sehr viel schwieriger für HB11 zu bewerkstelligen sind.
Die bisherigen Ergebnisse für die HB11-Zündung mit Plasmablöcken benützen ebene oder zweidimensionale Geometrie der Wechselwirkung der Laserstrahlung mit dem Fusionsbrennstoff. Das führt bei nicht zu kleinen Druchmessern des Laserstahles zu seitlichen Energieverlusten der Fusionsflamme und zu einer Verringerung der Ausbeute. Eine wirkungsvolle Vermeidung dieser Nachteile wird erfindungsgemäß mit den im folgenden beschriebenen Methoden erreicht.
Das wird an folgendem Bespiel der HB11-Reaktion in erläutert. Mit einer sehr hohen Impulsstromentladung 1 zwischen den Enden einer ringförmigen Leiterschleife 2 wird für die Zeit von mehr als einer Nanosekunde Dauer im Schleifeninneren ein Magnetfeld von 100 T (Tesla) oder das Vielfache davon erzeugt. Der zylindrische HB11 Fusionbrennstoff 3 wirch axialsymmetrisch in der Schleifenmitte angebracht. Der HB11-Zylinder wird entweder einseitig oder erfindungsgemäß doppelseitig von den Laserpulsen 4 gleichzeitig bestrahlt so dass innerhalb von eine Pikosekunde Fusionsbrennfronten mit mehr als 1000 km/s Reaktionsgeschwindigkeit entstehen. Bei doppelseitiger Einstrahlung entsteht im Zentrum der Schleife eine besonders starke Reaktion durch die Überhöhung der Brennstoffdiche in den sich überlagernden Reaktionsfronten. Bei jeder HB11-Reaktion entstehen drei Alphateilchen (Kerne vom gewöhnlichen Helium) von jeweils gleicher Energie von 2.888 MeV (Millionen Elektronenvolt). Bei einem Magnetfeld von über 100 T gyrieren die Alphas im Millimeterbreich um die Magnetfledlinien (gestrichelt 5) die nahezu parallel und homogen zur parallen Symmetrieachse der Schleife verlaufen. Durch diesen zylindrischen Einschluss sind die Bedingungen der Reaktionen mindestens wie in der ausgebreiteten zweidimensionalen Anordnung weitgehend erfüllt. Als ein Zusatz zum Einschluss der sehr energetischen Alphateilchen und anderer Reaktionskomponenten in den Zylinder 3 kann ferner ein zylindrisches Mantelrohr 6 aus einen Material mit schweren Atomkernen, z. B. aus Blei angebracht werden, an dem die energetischen Teilchen in den Reaktionszylinder 3 weitgehend zurück reflektiert werden.
Der Stromstoß in der Leiterschleife 2 von der Stromquelle 1 ist ein einaliger Puls mit einer Dauer im Bereich von etwa ein bis zehn Nanosekunden. Ohne Zylinder mit dem Fusionsmaterial, wird von der Stromquelle 1 nur Energie zum Aufbau des Magnetfeldes 5 eingeleitet, das dann beim Abbau des Magnetfeldes theoretisch unversehrt an die Quelle 1 zurückgegeben wird wenn ohmsche Leitungsverluste in der Schleife und elektromagnetische Abstrahlung vom Megnetfeld vernachlässigbar sind. Mit Fusionsmaterial (als Beispiel HB11) nach dessen. Umwandlung in ein Hochtemperaturplasma durch den einen oder die beiden synchronisierten Laser 4 wird kinetische Energie der Plasmateilchen in Gyrationsenergie umgewandelt, die dann theoretisch vollständig in den Strom beim Magnetfeldabbau übergeht. Damit wird Laserenergie theoretisch verlustlos in elektrische Energie in die Stomquelle 1 eingespeist, abgesehen von Verlusten als Ionisationsenergie bei der Plasmaerzeugung, als Bremsstrahlung und Bewegungsenergie der Plasmateilchen in Axialrichtung. Ferner wird gewonnene Kernfusionsenergie in den Alphateilchen aus der Gyration in 1 eingespeist, d. h. es erfolgt eine Direktumwandlung von Kernenergie in elektrische Energie theoretisch ohne thermische Verluste.
Zitate aus der Patentliteratur:

– DE 10 209 037 640.2 [0001]

Zitate aus der Nicht-Patentliteratur:

– H. Hora, Laser and Particle Beams 27 (2009) 207 [0002]
– H. Hora, G. H. Miley et al. Energy and Environmental Science 3 (2010) 479 [0002]

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10209037640 [0001]

Claims

Kernfusionsreaktor mit Einleitung einer Reaktionsfront in festem oder komprimiertem Fusionsbrennstoff mit Laserpulsen von weniger als 10 Pikosekunden Dauer, gekennzeichnet dadurch, dass der Brennstoffzylindrische Form hat und Laserenergie an einer oder beiden Enden des Zylinders einwirken;
Kernfusionsreaktor nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass der zylindrische Kernfusionsbrennstoff in ein zur Zylinderachse parallelsymmetrischen Magnetfeld von mindestens 10 Tesla für die Dauer der Reaktion eingebracht wird;
Kernfusionsreaktor nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, dass der Zylinder mit dem Brennstoff von einem Mantel aus Material mit höherem Atomgewicht als Wolfram umgeben ist;
Kernfusionsreaktor nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, dass der Brennstoff aus einer Mischung von Deuterium und Tritium besteht;
Kernfusionsreaktor nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, dass der Fusionsbrennstoff zu gleichen Teilen aus leichtem Wasserstoff und dem Borisotop 11 besteht;
Kernfusionsreaktor nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, dass der Fusionsbrennstoff zu gleichen Teilen aus leichtem Wasserstoff und dem Lithiumisotop 7 besteht;
Kernfusionsreaktor nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, dass der Fusionsbrennstoff aus einer Mischung von Isotopen mit einer Protonenzahl von weniger als 6 besteht;
Kernfusionsreaktor nach den Ansprüchen 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, dass die Induktivität der Leiterschleife zur Erzeugung des Magnetfeldes auf einmalige Stompulse im Bereich von 0.3 bis 20 Nanosekunden ausgelegt ist;
Kernfusionsreaktor nach den Ansprüchen 1 bis 8, gekennzeichnet dadurch, dass bei der Rückeinspeisung der Elektroenergie in den Stromanschluss die vom Laser im Plasma erzeugte Gyrationsenergie als Überschuss über die Einspeisung beim Aufbau des Magnetfeldes als Energiegewinn verwendet wird;
Kernfusionsreaktor nach den Ansprüchen 1 bis 9, gekennzeichnet dadurch, dass bei der Rückeinspeisung der Elektroenergie in den Stromanschluss die bei den Kernreaktionen in geladene Teilchen übergegangene und als erzeugte Gyrationsenergie erhaltene Energie als Überschuss über die Einspeisung beim Aufbau des Magnetfeldes als Energiegewinn von Kernenergie bei der Rückeinspeisung verwendet wird.