Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Kernfusionskraftwerkes

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DE102015011836A1
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DE
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DE201510011836
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Inventor
Anmelder Gleich
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Clemens Kiefer
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    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21BFUSION REACTORS
    • G21B1/00Thermonuclear fusion reactors
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21BFUSION REACTORS
    • G21B3/00Low temperature nuclear fusion reactors, e.g. alleged cold fusion reactors
    • G21B3/006Fusion by impact, e.g. cluster/beam interaction, ion beam collisions, impact on a target
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GASES [GHG] EMISSION, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/10Fusion reactors

Abstract

Fusionsreaktionen kommen zustande, wenn energiereiche Teilchen A und B zusammenstoßen. Aufgrund des sehr hohen Wirkungsquerschnittes und der relativ geringen Temperatur wird die Reaktion 2D + 3T → 4He (3,517 MeV) + n (14,069 MeV) als die am ehesten zu verwirklichende angesehen.

Die verschiedenen Verfahren zur Kernfusion sind kompliziert und konnten bis heute nicht den Nachweis erbringen, dass ein kontinuierlicher Kraftwerksbetrieb zur Stromerzeugung mittels Kernfusion in naheliegender Zeit möglich wird. Es wird deshalb ein Verfahren vorgeschlagen, in dem vereinfachte Fusionsvorgänge stattfinden.

An beiden Enden einer unter Hochvakuum stehenden geraden Fusionsbahn (1) befinden sich Beschleuniger (3r), (3l), in denen T+ Ionen und Elektronen an einem Ende und D+ Ionen und Elektronen am anderen Ende in Richtung Fusionsbahn (1) beschleunigt werden. Die von der Fusionsbahn (1) kommenden geladenen Teilchen werden in den Beschleunigern abgebremst und wieder in Richtung Fusionsbahn (1) beschleunigt. Auf diese Weise bewegen sich die geladenen Teilchen auf der Fusionsbahn (1) hin und her. Von Beginn an erhöht sich die Zahl der D+ und T+ Ionen auf der Fusionsbahn (1) bis die Zahl der pro Zeiteinheit neu eingeschossenen Ionen gleich der Zahl der von der Bahn und durch Fusionsereignisse abhanden gekommenen D+ und T+ Ionen ist.

Vorteilhaft ist, dass die Mehrheit der entstehenden α-Teilchen auf Prallplatten abgefangen werden, und ein ständiger Energieeintrag zum Erhalten des Plasmas stattfindet. Eine Reparatur oder ein Auswechseln verschlissener Bauteile ist unkompliziert. Es ist ausreichend Platz für die Installation mehrerer Li-blankets für den Wärmeaustausch und zum Erbrüten von Tritium vorhanden...

Description

  • [0001]
    Gelingt es, die kontrollierte Kernfusion auf der Erde zu verwirklichen, so sind sowohl das Energie- als auch das Klimaproblem für die Menschheit gelöst. Fusionsreaktionen kommen zustande, wenn zwei energiereiche Teilchen A und B zusammenstoßen. Folgende Fusionsreaktionen sind zur Energiewandlung interessant:
    • 1a: D + D → 3He (0,817 MeV) + n (2,450 MeV)
    • 1b: D + D → T (1,008 MeV) + p (3,024 MeV)
    • 2: T + T → 4He (1,259 MeV) + 2n (2·5,034 MeV)
    • 3: p + 11B → 34He (3·2,888 MeV)
    • 4: p + 6Li → 3He (2,210 MeV) + 4He (1,660 MeV)
    • 5: D + 3He → 4He (3,670 MeV) + p (14,681 MeV).
    • 6: p +7Li → 24He Aufgrund des sehr hohen Wirkungsquerschnittes und der relativ geringen Temperatur wird die Reaktion
    • 7: 2D + 3T → 4He (3,517 MeV) + n (14,069 MeV) als die am ehesten zu verwirklichende angesehen. Deuterium kann in ausreichender Menge aus Meerwasser gewonnen werden. Tritium zerfällt mit einer Halbwertszeit von ca. 12,3 Jahren und kommt in der Natur kaum vor. Es muss deshalb im blanket des Reaktors erbrütet werden. Dazu dient Lithium, dessen natürliche Isotope über die Reaktionen
    • 8: 6Li + n → 4He (2.05 MeV) + T (2.73 MeV)
    • 9: 7Li + n → 4He + T + n – 2.47 MeV in einer insgesamt exothermen Reaktion in T und He umgewandelt werden. Die Anzahl der Neutronen kann man mit einer (n, 2n) Reaktion mit Beryllium (oder Blei) nach der folgenden Reaktion erhöhen:
    • 10: 9Be + n → 24He + 2n.
  • [0002]
    Sehr viele Verfahrensvorschläge für die Kernfusion wurden bisher gemacht: Farnsworth-Hirsch Fusor, Elektrochemische Fusion, Bläschen Fusion, Myonkatalysierte Fusion, Magnetischer Einschluss (Tokamak, Stellerator), Laserfusion (Trägheitseinschluss)... Alle Verfahren konnten bis heute nicht den Nachweis erbringen, daß ein kontinuierlicher Kraftwerksbetrieb zur Stromerzeugung mittels Kernfusion in naheliegender Zeit möglich wird. Widersprüchliche Meldungen gibt es zur Elektrochemischen Fusion („Kalte Fusion”; LENR, low energy nuclear reaction; E-Cat). Sollte es sich als wahr erweisen, so wird es schwierig sein, mit dieser Technik Großkraftwerke zu bauen, die Strom im Gigawattbereich liefern. Die Laserfusion (Trägheitseinschluss) ist kaum für Kraftwerke geeignet, da ein großer Teil der Neutronen in den optischen Materialien eingefangen wird, die an Güte verlieren. Das Li-blanket kann nicht unterbrechungsfrei um den Reaktorinnenraum gelegt werden, so dass nicht genügend Tritium erbrütet werden kann. Die Brennstoffkügelchen sind heute noch unvertretbar teuer.
  • [0003]
    Am aussichtsreichsten bezeichnet man das Verfahren mit dem magnetischen Einschluss (Tokamak). Deshalb soll das vorzustellende Verfahren mit diesem verglichen werden. Jahrzehnte lange Forschungen zeigten, dass die ablaufenden Prozesse im Tokamak äußerst kompliziert sind und dass es zwar gelingen wird, die Kernfusion zu realisieren und mehr Energie zu erhalten als man hineingesteckt hat, aber bis heute ist nicht abzusehen, ob Kernfusionskraftwerke mit diesem Verfahren gebaut werden können. Es sollen hier ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Kernfusionskraftwerkes beschrieben werden, das den Weg eröffnet, in absehbarer Zeit elektrischen Strom über Kernfusion zu erzeugen. Grundidee ist, gleichbleibende Bedingungen zu schaffen in einem weniger komplizierten Reaktor, in dem überschaubare Prozesse stattfinden und störende Einflüsse reduziert werden. Die für einen Kraftwerksbetrieb erforderliche Menge von Tritium soll erbrütet werden können und der Austausch mit der Zeit versprödeter und radioaktiver Bauteile soll erleichtert werden, wodurch ein langjähriger Betrieb des Kernfusionskraftwerkes garantiert wird.
  • Verfahrensbeschreibung
  • [0004]
    Trotz der allgemein vertretenen Ansicht, dass es auf Grund des geringen Stoßquerschnittes wenig aussichtsreich ist, soll die Energiewandlung durch Stöße zwischen beschleunigten A+ und B+ Ionen erfolgen. Die A+ und B+ Ionen können vorzugsweise D+ und T+ Ionen sein. Die Deuterium-(D+) und Tritiumionen (T+) werden gegenläufig in eine unter Vakuum stehende Fusionsbahn (1), die beliebig lang sein kann, z. B. 300 m oder länger, eingeschossen. Um die Coulombbarriere zu überwinden ist eine Energie von 412 keV erforderlich. Da die D+ und T+ Ionen in entgegengesetzter Richtung laufen, sind für jeden Strahl 206 keV ausreichend. Messungen haben ergeben, dass aufgrund des Tunneleffektes der Wirkungsquerschnitt schon bei 100 keV maximal ist. Die hier in Frage kommenden Energien sind also relativ gering und können von Linearbeschleunigern aufgebracht werden. Auf der Fusionsbahn (1) finden die Kernfusionsstöße zwischen D+- und T+-Ionen statt, die zur Bildung von 4He-Teilchen und Neutronen führen.
  • [0005]
    Auf beiden Seiten der Fusionsbahn (1) sind Beschleuniger (3r), (3l) besonderer Bauart installiert. In ihnen werden die Ionen in Richtung Fusionsbahn (1) beschleunigt und von der Fusionsbahn kommende Ionen werden abgebremst, um danach wieder in Richtung Fusionsbahn (1) beschleunigt zu werden. Auf diese Weise laufen die Ionen auf der Fusionsbahn (1) ständig hin und her. Von Beginn an wird sich die Zahl der D- und T-Ionen wie in einem Speicherring erhöhen. Ein konstanter Wert wird erreicht, wenn pro Zeiteinheit die Zahl der eingeschossenen Ionen gleich der Zahl der von der Fusionsbahn und durch Fusionsereignisse abhanden gekommenen D- und T-Ionen ist.
  • [0006]
    Um z. B. eine elektrische Leistung von 3000 MW zu erhalten, sind ca. 2,13·1021 D-T Stoßereignisse pro sec erforderlich, setzt man einen Wirkungsgrad von 50% für die Erzeugung elektrischen Stromes voraus. Werden je 2,13·1021 D+- und T+-Ionen pro sec gegenläufig eingeschossen, so haben wir nach 16,67 min je 2,13·1024 D+- und T+-Ionen auf der Bahn. Nimmt man einen Strahlquerschnitt von 300 cm2 an, so haben wir eine Teilchendichte von ca. 7·1019 cm–3. Jedes D+-Ion durchläuft pro sec ca. 13000 mal die 300 m lange Bahn und jedes T+-Ion ca. 11000 mal. Obwohl der Stoßquerschnitt mit 3,87·10–25 cm2 für einen D+-T+ Stoß sehr gering ist, so werden bei je 2,13·1024 D+- und T+-Ionen auf der Bahn (1) 2,13·1021 Fusionsstöße pro Sekunde wahrscheinlich.
  • [0007]
    Aufgrund der hohen Teilchendichte auf der Fusionsbahn (1) würde der Teilchenstrahl auseinanderdriften. Um dies zu verhindern, werden zusätzlich Elektronen eingeschossen. Auf der Fusionsbahn (1) werden somit die positiven Ladungen D+ bzw. T+ durch das Vorhandensein der Elektronen wie in einem Plasma neutralisiert. Die Elektronen werden in dem gleichen Beschleuniger (3) beschleunigt und laufen auf der Fusionsbahn (1) ebenso hin und her. Die Elektronenzahl wird sich mit voranschreitender Zeit auf der Fusionsbahn (1) erhöhen. Es werden nur so viel Elektronen eingeschossen, wie zur Ladungsneutralisation der D+ und T+ Strahlen erforderlich sind. Im Beschleuniger (3) liegt die Beschleunigungsstrecke (4e) der Elektronen hinter der Beschleunigungsstrecke der Ionen (4i). Die Beschleunigungsenergie der Elektronen muss so gewählt werden, dass die Elektronen das Beschleunigungspotential der Ionen überwinden können um zur Fusionsbahn (1) zu gelangen. In 2 ist ein Beispiel für einen möglichen Spannungsverlauf im Beschleuniger (3) aufgezeigt. In der Beschleunigungsstrecke der Ionen (4i) beträgt der Spannungsunterschied 450 kV. Bei etwa –50 kV kV sind eine oder vorzugsweise mehrere Ionenquellen sternförmig um die Bahnachse (2) installiert. Aus diesen strömen die Ionen mit geringer Energie strahlenförmig in Richtung Bahnachse (2) und werden vom elektrischen Feld in Richtung Fusionsbahn (1) beschleunigt. In der Beschleunigungsstrecke (4e) der Elektronen beträgt der Spannungsunterschied 500 kV. Bei etwa –450 kV werden die Elektronen aus einer oder vorzugsweise mehreren Elektronenquellen, die sternförmig um die Bahnachse (2) angeordnet sind, zur Strahlachse strömen und sie werden vom elektrischen Feld in Richtung Fusionsbahn (1) beschleunigt. Entlang der gesamten Strecke, die die geladenen Teilchen durchlaufen, sind Magnetfeldspulen (5) installiert, die ein starkes longitudinales Magnetfeld erzeugen. Damit wird ein Wegdriften der geladenen Teilchen von der Bahn verhindert.
  • [0008]
    In den Bereichen, in denen die Ionen und Elektronen zugeführt werden, wird das longitudinale Magnetfeld unterbrochen. Sowohl die Ionen als auch die Elektronen können impulsförmig als auch vorzugsweise kontinuierlich eingeschossen werden. Ladungsinhomogenitäten entlang der Fusionsbahn (1) können ausgeglichen werden, indem über die Zeit mehr oder weniger geladene Teilchen (Ionen und/oder Elektronen) über dem gesamten Strahlquerschnitt als auch an bestimmten Orten des Strahlquerschnittes zugeführt werden. Um den bei der Fusion entstehenden Neutronen und 4He Kernen eine Vorzugsrichtung zu geben, können die Ionen spinpolarisiert eingeschossen werden. Damit wird die Reaktorwand geringerem Verschleiß ausgesetzt.
  • [0009]
    Die durch Fusionsstöße entstandenen 4He Teilchen bewegen sich infolge des longitudinalen Magnetfeldes je nach Flugrichtung nach ihrer Entstehung verschieden schnell entlang der Fusionsbahn (1). Die in Richtung Fusionsbahn (1) fliegenden 4He Kerne besitzen eine hohe Energie und durchqueren den Beschleuniger (3). Sie werden von der hinter dem Beschleuniger installierten Prallplatte (6) aufgehalten. Um Kernumwandlungen zu verhindern, können die 4He-Teilchen vor den Prallplatten (6) durch ein elektrisches Feld abgebremst werden. 4He und störende Atome, Moleküle und Isotope werden in der Nähe der Prallplatte (6) abgepumpt. Auf diese Weise wird der Vakuumraum der Teilchenbahn ständig von 4He-Teilchen „gereinigt”. Die Prallplatten (6) werden von Li als Kühlmittel durchströmt. Damit werden die in Strahlrichtung laufenden Neutronen eingefangen und Tritium wird erbrütet.
  • [0010]
    Durch die Bremsstrahlung werden die eingeschossenen Teilchen mit der Zeit an Energie verlieren. Die geladenen Teilchen werden mit immer geringerer Geschwindigkeit auf der Bahn (1) hin und her fliegen. Das Lawsonkriterium zur Erfüllung der Fusionsbedingungen besagt, dass das Produkt aus Temperatur, Teilchendichte und Einschlusszeit einen bestimmten Wert erreichen muss: α > 5·1021 keV m–3 s. Um die Temperatur aufrecht zu erhalten, werden die neu eingeschossenen D+ und T+ Ionen auf höhere Energie beschleunigt als für Fusionsstöße eigentlich erforderlich wäre (206 keV). Damit wird dem Plasma der Fusionsbahn (1) ständig Energie zugeführt.
  • [0011]
    Auch die 4He Teilchen können zum Energieeintrag genutzt werden. 4He Kerne, die in Bahnrichtung laufen, können zum Aufheizen des Plasmas auf der Fusionsbahn (1) genutzt werden. Hierzu werden am Ende der Beschleuniger (3) Dipolmagnete (7) installiert (s 3). Die 4He Kerne, die aus den Beschleunigern (3) austreten, werden durch Magnetfelder auf getrennten Bahnen (8) und (9) zurück zur Fusionsbahn (1) geführt.
  • [0012]
    Wird auf den Bahnen (8) und (9) ein elektrisches Feld (10) installiert, so können die 4He Kerne je nach Bedarf beschleunigt werden. Bei höherer Energie muss das Magnetfeld der Dipolmagnete (7) entsprechend erhöht werden, damit die 4He Kerne auf der gleichen Bahn (8) bzw. (9) laufen. Da sich in den gebogenen Bahnen (8), (9), (9c) die langsamen Teilchen zur Innenbahn bewegen und die schnellen sich auf der Außenbahn aufhalten, können durch ein sich senkrecht zum Strahl in Bahnebene veränderliches elektrisches Feld die langsamen 4He Kerne mehr beschleunigt werden als die schnellen. Es kann somit ein Ausrichten der 4He Kerne auf gleiche Geschwindigkeit stattfinden.
  • [0013]
    4He Kerne, die sich nach ihrer Entstehung sehr langsam auf der Fusionsbahn (1) vorwärts bewegen, können in den Beschleunigern (3) ausgeschleust werden indem hier die Stärke des longitudinalen Feldes so eingestellt wird, dass 4He Kerne, die eine sehr große Geschwindigkeitskomponente senkrecht zur Strahlrichtung haben, die Bahn verlassen. Dadurch wird das Ansammeln von 4He auf der Fusionsbahn (1) vermieden.
  • [0014]
    Die 4He Kerne können durch Magnetfelder auf den Bahnen (8) und (9) gehalten werden, da sie eine relativ geringe Strahlstromstärke haben und da sich außerdem der Strahl aufweiten kann, so dass sich die Teilchendichte verringert. Sollte es erforderlich sein, so können zur Verhinderung des Auseinanderdriftens des 4He Strahls auf den Bahnen (8) und (9) Strecken mit Fokussiermagneten und Magnetfeldspulen (5), die ein longitudinales Feld erzeugen, installiert werden.
  • [0015]
    Auch die Elektronen können zum Energieeintrag genutzt werden, indem sie auf Außenbahnen, auf denen sie beschleunigt werden, zur Fusionsbahn (1) zurückgeführt werden. Infolge der geringen Masse und der starken Bremsstrahlung ist das aber weniger günstig als mit 4He Kernen.
  • [0016]
    Auf der Fusionsbahn (1) werden die in entgegengesetzter Richtung laufenden, auf der Bahn zentrierten Strahlenbündel (11) von mehreren blankets (s. 4) umgeben. Mit einem geringen Abstand zum Strahlenbündel (11), das z. B. einen Durchmesser von 20 cm hat, schließt sich die Innenwand (12) an, die gleichzeitig Vakuumgefäß ist. Für die Innenwand (12) wird ein Material ausgewählt, das für Neutronen einen geringen Einfangsquerschnitt hat und aus dem radioaktive Isotope mit kurzen Halbwertszeiten entstehen. Die Wand muß gleichzeitig stark genug sein, um das Vakuum zu halten und der 4He-Strahlung für längere Zeit zu widerstehen. Unmittelbar an der Wand werden He und andere störende Teilchen abgesaugt. Nach der Innenwand (12) schließt sich ein 7Li-blanket (13) an. Das 7Li wird vorrangig zur Kühlung und für den Wärmeaustausch mit dem Medium des Turbinenkreislaufes genutzt. Das 7Li-blanket (13) ist vom 6Li-blanket (14) umhüllt und das wiederum von einem blanket (15), indem ein Kühl- und Wärmeaustauschmittel (z. B. 7Li) fließt. Die Neutronen werden hauptsächlich in den Li-blankets (13), (14) eingefangen und gleichzeitig wird Tritium erbrütet. Da das 7Li-blanket (13) vollständig vom 6Li-blanket (14) eingeschlossen ist, werden die Neutronen, die in der 7Li-Schicht entstehen, in der 6Li-Schicht (14) eingefangen. Auf diese Weise können Neutronen nicht nach außen gelangen. Zur Erhöhung der Neutronenzahl kann nach Reaktion 10 in den blankets Beryllium oder Blei zugegeben werden. Um die blankets sind in Abständen Magnetfeldspulen (5) installiert.
  • [0017]
    Entlang der geschlossenen Teilchenbahn sind Anschlüsse für die Pumpen angebracht, die das Vakuum (16) des Bahnraumes aufrechterhalten und störende Teilchen sowie 4He absaugen. Das erbrütete Tritium wird aus den blankets (13), (14), (15) abgesaugt. Die Hüllen der blankets sind einfache Rohre. Die Bauteile der Fusionsbahn (1) sind für Roboter zugänglich. Verschlissene Bauteile können somit problemlos repariert oder ausgetauscht werden. Dazu werden die Magnetfeldspulen (5) abgebaut oder (auf Schienen fahrend) verschoben, das Li wird abgesaugt, die Rohranschlüsse werden getrennt. Nun können die Bauteile der Fusionsbahn (1) entfernt und durch neue ersetzt werden.
  • [0018]
    Mit dem Verfahren können auch mehrere Ionensorten z. B. T+ und D+ in einem Beschleuniger (3r) oder (3l) an Orten verschieden hoher Beschleunigungsspannung zugeführt werden. Damit können z. B. die Fusionsreaktionen 1 und 7 gleichzeitig ablaufen. Ein derartiges Kraftwerk kann anlaufen, wenn kein T vorhanden ist, indem anfangs nur D Ionen gegenläufig eingeschossen werden. Wenn sich genügend T angesammelt hat, werden D und T Ionen gegenläufig eingeschossen. Auch die anderen oben angegeben Fusionsreaktionen 2 bis 6 können verwirklicht werden. Diese Reaktionen haben einen kleineren Wirkungsquerschnitt als die Vorzugsreaktion 7 (D + T → 4He + n). In den Reaktionen 4 bzw. 6 sind der Stoßpartner A Protonen der Stoßpartner B 6Li-Ionen bzw. 7Li Ionen, die gegenläufig in die geschlossene Bahn geschossen werden. Der Vorteil wäre, dass kein radioaktives T erbrütet werden muß.
  • Die Vorteile des Verfahrens und der Vorrichtung:
  • [0019]
    Im Vergleich zu dem Verfahren Tokamak sind die Fusionsvorgänge im vorgestellten Verfahren einfacher. Nach einer kurzen Anfahrzeit herrschen immer die gleichen Bedingungen. Ein Ansammeln der 4He Kerne kann vermieden werden. Das Schaffen der notwendigen Dichte von D+ und T+ Ionen ist unproblematisch. Die Beschleuniger (3) sind zwei Öffnungen zum Plasma auf der Fusionsbahn (1), über die Ionen zwecks Brennstoffzufuhr und Energieeintrag eingeschossen werden können. Auch die 4He Kerne können zum Energieeintrag genutzt werden. Beim Tokamak Verfahren ist das Aufrechterhalten des Plasmas schwierig, da man bei der Brennstoffzufuhr und dem Energieeintrag das gesamte Plasma nicht gleichmäßig erreicht, wodurch örtlich unterschiedliche Bedingungen geschaffen werden. Im vorgestellten Verfahren liegen auf den Reaktormaterialien, die mit der Zeit verspröden, weniger Lasten. Materialverschleiß tritt vor allem an den Prallplatten (6) auf. Eine Reparatur oder ein Auswechseln verschlissener und radioaktiv gewordener Bauteile der Fusionsbahn (1) ist unkompliziert, da sie für Roboter zugänglich ist. Dies ist beim Tokamak Verfahren äußerst kompliziert und kostspielig. Die Stoßwahrscheinlichkeit kann durch Verlängerung der Fusionsbahn (1) erhöht werden. Beim Tokamak Verfahren ist die Größe des Plasmaringes durch den Transformator begrenzt. Es ist ausreichend Platz für die Installation mehrerer blankets zum Erbrüten von Tritium vorhanden. Ioneneinschuss und Stromerzeugung können kontinuierlich erfolgen. Dadurch vermeidet man hohe Energieverluste, die durch elektromagnetische Felder im Impulsbetrieb verursacht werden. Eine nur relativ geringe Beschleunigungsspannung ist erforderlich. Die Leistung kann geändert werden, indem weniger oder mehr D+ und T+ Ionen eingeschossen werden. Damit können Netzschwankungen ausgeglichen und Spitzenkraftwerke eingespart werden. Das Verfahren erlaubt es, dass die Ionen spinpolarisiert eingeschossen werden. Dadurch könnte der Verschleiß der Reaktorwandung verringert werden. Mit dem Verfahren können verschiedene Fusionsreaktionen verwirklicht werden. So kann z. B. durch zusätzliches Einschießen von D+-Ionen in Richtung der T+ Ionen zusätzliches Tritium erbrütet werden. Damit ist die Beschaffung großer Mengen von Tritium für das Fusionskraftwerk nicht notwendig. Sind z. B. der Stoßpartner A Protonen und der Stoßpartner B 6Li oder 7Li Ionen, so ist kein Tritium erforderlich.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Fusionsbahn
    2
    Bahnachse
    3, 3l, 3r
    Beschleuniger
    4i
    Beschleunigungsstrecke der Ionen
    4e
    Beschleunigungsstrecke der Elektronen
    5
    Magnetfeldspulen
    6
    Prallplatte
    7
    Dipolmagnet
    8, 9,
    Bahnen für die Rückführung der 4He Kerne
    10
    elektrisches Feld
    11
    Strahlenbündel
    12
    Innenwand; Vakuumgefäß
    13
    7Li-blanket
    14
    6Li-blanket
    15
    blanket
    16
    Vakuum

Claims (9)

  1. Verfahren und Vorrichtung für ein Kernfusionskraftwerk dadurch gekennzeichnet, dass sich an beiden Enden einer sich unter Hochvakuum befindlichen geraden Fusionsbahn (1) Beschleuniger (3r), (3l) befinden in denen A+ Ionen und Elektronen an einem Ende und B+ Ionen und Elektronen am anderen Ende in Richtung Fusionsbahn (1) beschleunigt werden und dass die von der Fusionsbahn (1) kommenden geladenen Teilchen in den Beschleunigern (3r), (3l) abgebremst und wieder in Richtung Fusionsbahn (1) beschleunigt werden derart, dass sich die geladenen Teilchen auf der Fusionsbahn (1) hin und her bewegen, so dass Fusionsstöße zwischen den A+ und B+ Ionen stattfinden.
  2. Verfahren und Vorrichtung für ein Kernfusionskraftwerk nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass sich von Beginn an die Zahl der auf der Fusionsbahn (1) befindlichen A+ und B+ Ionen ständig erhöht, bis ein Gleichgewicht erreicht wird, wenn pro Zeiteinheit die Zahl der neu eingeschossenen Ionen gleich der Zahl der von der Fusionsbahn (1) und den Beschleunigern (3) sowie durch Fusionsereignisse auf der Fusionsbahn (1) abhanden gekommenen A+ und B+ Ionen ist und dass sich von Beginn an die Zahl der sich auf der Fusionsbahn (1) befindlichen Elektronen erhöht und dass jeweils nur die zur Ladungskompensation der Ionen erforderliche Anzahl von Elektronen mit der entsprechenden Energie eingeschossen werden so dass sie die Beschleunigungsspannung der Ionen A+ bzw. B+ in den Beschleunigern (3r) bzw. (3l) überwinden und die Fusionsbahn (1) erreichen.
  3. Verfahren und Vorrichtung für ein Kernfusionskraftwerk nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungsspannung in den Beschleunigungsstrecken (4i) der Ionen höher gewählt wird als für einen Fusionsstoß zwischen A+ und B+ Ionen erforderlich wäre, so dass ständig Energie in das Plasma der Fusionsbahn (1) eingetragen wird und dass die Ionen A+ bzw. B+ von Ionenquellen, die sternförmig um die Fusionsachse (2) auf Höhe einer gewissen Spannung der Beschleunigungsstrecke (4i) angeordnet sind, in Richtung Bahnachse (2) fliegen, so dass sie in das elektrische Feld der Beschleuniger (3) geraten und in Richtung Fusionsbahn (1) beschleunigt werden.
  4. Verfahren und Vorrichtung für ein Kernfusionskraftwerk nach Anspruch 1, 2 und 3 dadurch gekennzeichnet, dass entlang der Fusionsbahn (1) und der Beschleuniger (3r) und (3l) Magnetfeldspulen (5) angeordnet sind, die ein longitudinales Magnetfeld erzeugen, und dass das longitudinale Magnetfeld an den Orten der Zuführung der Ionen bzw. Elektronen in den Beschleunigern (3r) bzw. (3l) unterbrochen wird.
  5. Verfahren und Vorrichtung für ein Kernfusionskraftwerk nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die in der Fusionsbahn (1) bei Fusionsstößen entstehenden 4He Kerne, die in Richtung Bahnachse (2) fliegen, die Fusionsbahn (1) verlassen und den Beschleuniger (3r) bzw. (3l) durchlaufen und entweder auf Prallplatten (6) stoßen oder dass sie von Dipolmagneten (7) auf einer Bahn (8) bzw. (9), auf der sie in den geraden Abschnitten (8b) bzw. (9b) durch ein elektrisches Feld (10) beschleunigt werden, und, falls erforderlich, durch Magnetfelder auf den Bahnen (8) bzw. (9) fokussiert und geführt werden, zum Beschleuniger (3l) bzw. (3r) am anderen Ende der Fusionsbahn (1) fliegen, den Beschleuniger (3l) bzw. (3r) durchlaufen und somit wieder zwecks Energieeintrages auf die Fusionsbahn (1) gelangen.
  6. Verfahren und Vorrichtung für ein Kernfusionskraftwerk nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass der Vakuumraum (16) der Fusionsbahn (1) von einem blanket (13) umgeben ist, welches von 7Li als Wärmeaustauschmittel durchflossen wird und dieses wiederum von einem 6Li enthaltendes blanket (14) umhüllt wird, wobei im blanket (13) oder in beiden blankets (13), (14) Berylium oder Blei zur Erhöhung der Neutronenzahl enthalten sein kann, und dass aus den 7Li- und 6Li-blankets (13), (14) durch Neutroneneinfang erbrütetes T abgesaugt wird.
  7. Verfahren und Vorrichtung für ein Kernfusionskraftwerk nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Ionen A+ und B+ entweder Deuterium (D+) und Tritiumionen (T+) oder Deuterium (D+) und Deuterium (D+) Ionen oder Protonen und 6Li Ionen oder Protonen und 7Li Ionen sind.
  8. Verfahren und Vorrichtung für ein Kernfusionskraftwerk nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Ionen A+ und B+ in die Fusionsbahn (1) spinpolarisiert eingeschossen werden.
  9. Verfahren und Vorrichtung für ein Kernfusionskraftwerk nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass beim Anfahren eines Kraftwerkes zuerst D+ Ionen gegenläufig eingeschossen werden und nachdem genügend T und 3He gesammelt wurde, werden D+ und 3He+ Ionen und/oder D+ und T+ Ionen mit den für eine Fusion erforderlichen Energien gegenläufig eingeschossen.

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