DE102022002224A1

DE102022002224A1 - Fusions-Reaktor

Info

Publication number: DE102022002224A1
Application number: DE102022002224.9A
Authority: DE
Inventors: gleich Anmelder Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2022-06-20
Filing date: 2022-06-20
Publication date: 2023-12-21

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Fusions-Reaktor, der durch kontrollierte Fusion von leichten Elementen Energie erzeugt.Dieser Fusions-Reaktor nutzt die kinetische Energie eines Fluidstrahls, der auf einem weiteren, stehendem Fluid aufprallt, um die Wasserstoff-Isotope zu Kernschmelze zu bringen. Die beiden Fluiden bestehen aus Wasserstoff-Isotope und im Fluidstrahl-Kollisionspunkt kommt es teilweise zu Fusion zwischen Wasserstoff-Isotopen. Die Fluidstrahl-Beschleunigung erfolgt durch Hochdruckerzeugung mit Hilfe einer Hochdruckkammer und eines Pistons, der eine sehr schnelle Fluidverdrängung durch Fluid-Leitungen bewirkt und dabei einen Fluidstrahl über eine Düse abgibt. Der Fluidstrahl wird auf ein stehendes Fluid mit Wasserstoff-Isotopen oder mit schwerem Wasser gefüllt, treffen. Rechtwinklig zu der Abschuss-Linie sind zwei Elektroden eingebaut, die ein starkes elektrostatisches Feld generieren und dabei die Atome und Moleküle in dem Fluidstrahl und in dem stehenden Fluid unmittelbar vor der Kollision optimal für eine Fusion orientieren.

Description

Die Erfindung betrifft einen Fusions-Reaktor, der durch kontrollierte Fusion von leichten Elementen Energie erzeugt.
Die Energie ist heutzutage das grösste Problem für die Menschheit, weil immer mehr davon gebraucht wird. Die Energie wird in großen Mengen von Kohle in Kohlekraftwerken und von Radioaktiven-Brennelementen in Atomkraftwerken gewonnen. Auch Erdöl mit seinen Produkten (Diesel, Benzin, Kerosin, etc.) ist ein sehr wichtiger Energie-Geber insbesondere in mobilen Bereich (Verkehrs-Mittel). Die Kohle- und Ölvorräte werden immer knapper. Die Energiegewinnung aus Kohle und Erdöl ist mit vielen Nachteilen verbunden. Dadurch werden giftige Gase und CO² in die Atmosphäre freigegeben. Die Energie-Gewinnung aus Radioaktiven-Brennelementen ist mit einer Reihe von gefährlichen Nebeneffekten verbunden. Die Atom-Reaktoren sind nicht hundertprozentig sicher. Die verheerende Wirkung einer Reaktor-Panne zeigt die Katastrophe von Tschernobyl und die von Fukushima. Auch das Entsorgen des Radioaktiven-Mülls ist sehr problematisch.
Es gibt heutzutage sehr oft Versuche, Energie billig und so viel wie möglich zu erzeugen. Eine Möglichkeit, die viel Energie liefern könnte, ist die Kern-Fusion. Um Fusions-Prozesse im Gang zu setzen, wurden vor Jahrzehnten Ideen gebracht, mit ultraschnellen Projektilen auf Targets zu schießen, die mit Deuterium und Tritium gefüllt sind. Seit einigen Jahren werden solche Projektile verwendet, die mit hoher Geschwindigkeit auf einem Target prallen. In letzten Jahren werden Versuche mit Kollision von Cent-Grossen-Scheiben, die auf bis ca. 6km/s durch Gasdruck-Röhren oder Kanonen beschleunigt werden, die auf einem würfelförmigen Target mit ca. 1cm Kantenlänge, die drin jeweils zwei Kammer mit eingeschlossen Deuterium und Tritium aufweist, aufprallen. Ein Zusammenstoß komprimiert die Gase zu einem heißen Plasma, was die Atome teilweise zu Fusionieren bringt. Bei den ersten Experimenten wurden ca. 50 Neutronen dabei pro Schuss erzeugt. Wenn man eine Optimierung der Form des Targets vornehmen würde und die Targets nicht mehr in Würfelform, sondern eine pyramidale Konstruktion mit 16 Kanten und Verhältnis von 1:1,24 verwendet, in denen man eine 4-Kammer-Konstruktion mit paarweise 103°-Anordnung einbaut, kann die Neutronen-Emission deutlich gesteigert werden.
US20190295733A1 (Plasma Compression Fusion Device) beschreibt einen Fusions-Reaktor bei dem eine konzentrierte Plasma-Blase, umgeben von starken Elektromagneten erzeugt wird. Die Elektromagneten rotieren dabei, um ein stabiles Feld erzeugen zu können.
EP 0438724B1 beschreibt ein Kernfusionsreaktor mit einer Reaktionszone, einem Magnetfeld mit den Reaktionszone umgebenden Magnetflußlinien, die konvex gekrümmt sind.
DE 102012025244A1 beschreibt einen Fusionsreaktor, bei dem Petawatt-Lasergeräte benutzt werden, um mittels Laserpulsen von Pikosekunden auf festkörperdichten Kernbrennstoff, wobei seitliche Reaktionsverlusten vermieden werden durch sphärische Geometrie der eingestrahlten Laserpulse.
DE 3913503A1 beschreibt ein Verfahren zur Durchführung einer warmen Kernfusion, wobei katalytische Elemente verwendet werden sollen, um eine Kernschmelze zu erreichen.
DE 102007022302B4 beschreibt ein Verfahren zu Beschleunigung von Festkörpern mit dem Ziel der Herbeiführung einer Fusionsreaktion. Hier werden mehrere Strahlengeber verwendet, die jeweils ein Energiestrahl auf einem Festkörper aus Fusionsmaterial, der dann explosionsartig verdampft und seine Teile dadurch beschleunigt werden.
Aus dem Stand der Technik wird leider keine Lösung für einen Fusionsreaktor präsentiert, die eine positive Energie-Bilanz liefern soll.
Der in den Patentansprüchen 1 bis 34 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde ein Fusions-Reaktor zu schaffen, der in der Lage ist mit relativ geringen Energie-Input, eine Kernfusion von leichten Atomen zu bewirken und damit saubere und billige Energie aus nahezu unbegrenzten Vorräten frei zu setzen.
Dieses Problem wird mit den in den Patentansprüchen 1 bis 34 aufgeführten Merkmalen gelöst.
Vorteile dieses Reaktors sind sehr vielfältig:

- löst die Energie-Probleme, da er nahezu in unbegrenzten Mengen Energie geben kann,
- löst die Umwelt-Verschmutzungs-Probleme,
- gibt sehr billige Energie, welche die Wirtschaftswachstum ankurbeln kann,
- ist sehr sicher und kann ziemlich kompakt gebaut werden.

Die Erfindung nutzt die hohe kinetische Energie eines extrem schnellen Schwer-Wasser-Strahls oder Flüssig-Deuterium-Strahls, um teilweise eine Kernfusion der Atome zu bewirken. Als Nebenprodukt wird Helium im Reaktor erzeugt, das später ebenfalls gut zu gebrauchen ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindungen werden anhand der 1 bis 12 erläutert.
Es zeigen:

1 einen Fusions-Reaktor mit einer Reaktor-Kammer in Hohlsphären-Form gebaut, wobei der untere Reaktor-Kammer-Bereich als Fluid-Behälter dient,
2 eine weitere Darstellung des Kernfusions-Reaktors,
3 eine Variante, bei der ein Piston durch Elektromagneten beschleunigt wird oder ein Vollzylinder elektromagnetisch beschleunigt wird und auf dem Piston drauf schlägt,
4 eine Wärme-Transport-Vorrichtung, die ein Wendel-Rohr, wie bei Boiler, aufweist,
5 zeigt eine Variante, die einen Mikrowellen-Strahler aufweist,
6 zeigt eine Variante, die einen Laserstrahler aufweist, sowie die Verwendung von Ultraschall, der Mikro-Kavitations-Blasen unmittelbar vor dem Kollisionspunkt in dem Fluid-Strahl erzeugt,
7 eine Ausführung mit Hochspannungs-Elektroden, die die Moleküle im Kollisionspunkt durch das Feld ausrichtet,
8 zeigt eine Variante, die für Fahrzeuge konzipiert ist,
9 eine Ausführung, die eine Einbau-Möglichkeit in einem Raumschiff darstellt,
10 eine Möglichkeit mit Hilfe von Sprengstoff oder Zündung von Knallgas, einen sehr hohen Druck in die Hochdruckkammer zu erreichen,
11 zeigt einen Reaktor, der eine Wasser-Wand aufweist,
12 den Einbau in einem Verbrennungsmotor.

Dieser Reaktor besteht aus einer Reaktor-Kammer 1, in der eine Hochdruckkammer 2 mit flüssigem Deuterium 3 oder Schwerem Wasser 4 (D²O) gefüllt, eine Hochdruck-Wasserdüse 5, ein Hochdruck-Piston 6, ein Aufprall-Körper 7 oder eine / mehrere Elektromagnetspulen 8, ein Laserstrahler 9, Hochspannungs-Erzeuger 10, Elektroden 11 etc. eingebaut sind. Die Wände 12 des Reaktors sollen ziemlich dick oder aus einem widerstandfähigen Material gebaut sein. Eine Innen-Hülle aus Lithium 13 ist von Vorteil. Die Reaktor-Kammer 1 unten kann teilweise mit Deuterium 3 im flüssigem Zustand oder schwerem Wasser 4 gefüllt sein.
Die Reaktor-Kammer kann in Hohlsphären-Form gebaut werden, wobei der untere Reaktor-Kammer-Bereich als Fluid-Behälter dient (1). Dieser Teil der Kammer kann auch in Form einer Wanne oder eines langen Hohlzylinders gebaut werden. Dieser Teil der Kammer ist mit Deuterium im flüssigem Zustand oder schwerem / überschwerem Wasser (D²O oder T²O) gefüllt und dort wird ein Fluid-Strahl 14 aus einer Hochdruck-Düse 5 aus einer kleinen Höhe treffen. Der Fluid-Strahl kommt von oben aus nach unten und trifft auf die Flüssigkeit dort im unteren Teil der Reaktor-Kammer (oder in die Wanne). Die Fluid-Strahl-Geschwindigkeit soll über 8.000 m/s sein. Optimal ist eine Flüssigkeitsstrahl- / Wasserstrahlgeschwindigkeit über 21.690 m/s, dieser ist jedoch sehr schwer zu erreichen. In dem Treffpunkt des Fluid-Strahls mit dem stehenden Fluid 15 aus Schwer- / Überschwer-Wasser oder flüssiges Deuterium, kommt es auf der Fluid-Oberfläche im Kollisionspunkt, teilweise zu Fusion der Wasserstoff-Isotope, die sowohl im stehenden Wasser, als auch im Fluid-Strahl sich befinden. Im normalen Wasser sind es ca. 0,017 % Deuterium-Atome enthalten. Um den Fusions-Prozess zu beschleunigen / optimieren, soll es schweres / überschweres Wasser sowohl als Wasserstrahl als auch stehendes Wasser verwendet werden. Eine Bereicherung mit im schweren Wasser aufgelösten Deuterium-Molekülen, die gegeneinander aufprallen, kann den Fusions-Prozess optimieren, allerdings darf der Anteil der aufgelösten Moleküle nicht zu hoch sein, sonst verliert die Flüssigkeit stark die Eigenschaft der nicht Komprimierbarkeit. Diese Eigenschaft der Flüssigkeit, nämlich die Nicht-Komprimierbarkeit macht die Fusion auch bei Fluid-Strahl-Geschwindigkeiten von 8km/s, erst möglich. Im Kollisionspunkt des Fluidstrahls wird eine starke Hitze freigesetzt, die das stehende Fluid zu verdrängen vermag. Somit dringt der Fluidstrahl immer tiefer in die Flüssigkeit ein und setzt dort weitere Kernfusions-Prozesse fort. Weil das ganz nur sehr kurz dauert (unter einer Millisekunde) hat der Fluidstrahl nicht die notwendige Zeit, um das ganze Schwerwasser aus dem Gefäß / Hohlzylinder augenblicklich zu verdrängen. Die Massenträgheit der Flüssigkeit im Hohlzylinder wirkt wie ein Mantel, der das Fluid zusammenhält.
Die sehr geringe Fluid-Masse (paar Gramm oder weniger als 1g), die hier beschleunigt wird, macht die Fusion möglich. Durch heutige Technik-Mittel kann man ein paar Gramm eines Fluiden sehr hoch beschleunigen. Die paar Fluidtropfen reichen aber aus, um einige der Atome, die dort enthalten sind, zum Fusion zu bringen.
Selbstverständlich, dass dabei nur ein Teil der Atome, die sich gegeneinander aufprallen fusionieren. Die kinetische Energie, die durch 8.000 m/s erreicht wird, ist in der Regel nicht ausreichend um eine Fusion zu starten. Oft führt ein direkter Aufprall von zwei Atomen, trotz der hohen Geschwindigkeit nicht zu einer Fusion. Durch eine komplizierte Vektor-Weg-Änderung des Aufprallmoments kollidieren öfters Atome mit einander und verlieren oder gewinnen dabei an kinetischen Impuls. Es kommt zwar nicht so oft vor, aber es gibt dennoch Atome dabei, die mit einer vielfach höheren Energie als die Ursprungs-Aufprall-Energie unterwegs sind. In Atomaren-Struktur kommt bei einer solchen hohen Kinetische Energie öfters zu „Hebel-Wirkungen“, wobei durch Bremsungs-Vorgang von einer Gruppe von Atomen, ein einziges Atom die gesamte Brems-Energie der Gruppe gewinnt und mit einer vielfach höheren kinetischen Energie Unterwegs ist. Der Zusammenstoss zweier solche Atomen führt zu atomare Fusion. Selbstverständlich ist dabei sehr wichtig wie sich die zwei Atome gegeneinander stoßen und ob die Atom-Kerne dabei instabil werden. Dass die Atome keine Billard-Kugeln sind, die man einfach gegeneinander aufprallen lassen kann, das ist schon längst bekannt. Der Zusammenstoss zweier Atome und eine Kernverschmelzung ist aus unserer Sicht, ein sehr komplizierter Vorgang. Dabei spielen eine wichtige Rolle die physischen Felder, die nur unter spezifische Bedingungen eine Kern-Verschmelzung bei niedriger Initial-Energie erlauben. Die enorm schnelle Fluktuation und Drehgeschwindigkeit bzw. Verformung der Felder, die den Kern umgeben, erzeugen ein großes Hindernis gegen eine Kern-Fusion. Der Kern ist von mehreren Feldern umgeben, die nicht statisch angeordnet sind, sondern mit extrem hoher Geschwindigkeit sich rotieren und Fluktuationen mit sehr hoher Frequenz verursachen. Die Felder überlappen sich oft dabei und weisen einige Schwach- und Stark-Bereiche auf, die stets ihre Positionen ändern. Wenn zwei Kerne sich an die Schwach-Bereichen in passenden Zeitpunkt nähern, kann es zu einer Kernverschmelzung mit weniger Initial-Energie kommen. Leider die FeldBereiche rotieren sehr schnell um den Kern, sodass eine gesamte mittelstarke Feld-Wirkung erzeugt wird. Man kann aber die Rotations-Felder einer Atom-Gruppe in eine Resonanz miteinander bringen. Dadurch sind die Angriffsstellen leichter zu „orten“. Die Coulomb-AbstoßKräfte sind zum Glück nicht homogen. Weil es einige Schwachpunkte an diesem „Schutzschild“ vorhanden sind, wenn eine atomare Kollision in die passende Schwachstelle stattfindet, dann kommt es auch mit niedriger kinetischer Energie zu Fusion der Atomkerne.
Nach diesem Prinzip können verschiedene Fusions-Reaktor-Typen hergestellt werden.
Die 2 zeigt einen Kern-Fusions-Reaktor 16. Dieser Reaktor besteht aus einer Reaktor-Kammer 1, die unten wie ein Fluid-Behälter, z.B. in Form einer Sphäre (oder einer Wanne) gestaltet ist, die mit schwerem Wasser 4 teilweise gefüllt ist. Die Sphäre (Reaktor-Kammer) 1 ist oben mit einer kleinen Öffnung 17 versehen. Durch diese Öffnung kommt ein Hochdruck-Fluid-Strahl 14 rein und trifft auf die Schwer-Wasseroberfläche 18 mit ca. 8km/s drauf. Der Hochdruck wird in einer Hochdruckkammer 2 über die Sphäre 1 generiert. Die Hochdruckkammer ist aus einem sehr stabilem Material und Konstruktion gebaut, wobei der Hochdruck durch ein Piston 6, der nach unten durch eine schnell bewegende Masse (Aufprall-Körper) 7 gedrückt wird, erzeugt wird. Um das Piston schnell und kraftvoll zu drücken, wird der Massenkörper 7 durch die Schwerkraft (2) oder elektromagnetisch (3) beschleunigt und auf dem Piston drauf schlagen. Die Arbeitsfläche 19 des Pistons ist ziemlich klein (nur ein paar cm²) und die Fluid-Menge in die Hochdruckkammer 2 beträgt auch, je nach Größe des Reaktors, zwischen 20ml und 280ml. Durch die kleine Fluid-Masse ist es möglich eine extrem hohe Beschleunigung und kinetische Energie in dem Fluid-Strahl zu transferieren, sodass der Fluid-Strahl 14 mit mehrere km/s abgegeben werden kann. Der Druck in die Hochdruckkammer wird durch die aufprallenden Masse auf das Piston schlagartig extrem erhöht und auf das nicht komprimierbares Fluid (schweres / überschweres Wasser oder Deuterium im Flüssigform) übertragen. Dementsprechend hoch ist auch die Geschwindigkeit des Fluid-Strahls, der durch die Düse abgegeben wird. Nach einem kurzen Weg (z.B. 2 - 20cm) trifft der Fluid-Strahl mit über 8km/s auf das stehendes, schweres / überschweres Wasser in die Reaktor-Kammer 1 und die Deuterium-Atome des Fluid-Strahls kollidieren dort mit den Atomen / Molekülen, die ebenso Wasserstoff-Isotope (Deuterium oder Tritium) enthalten.
Der Fluidstrahl-Treffpunkt 20 leuchtet wie ein extrem heller Blitz auf. Hinzu kommen unzählige Mikro-Explosionen als Knistern oder Rauschen, die durch das Fluid in die Fusions-Kammer auch nach außen über die Fusions-Kammer-Wand geleitet werden. Die durch die Fusion erzeugte Energie kommt als extrem helles Licht und Hitze in dem Wasserstrahltreffpunkt zum Vorschein und erhitzt auch das Fluid, auf dem der Fluid-Strahl trifft, wobei schnell der Rest-Volumen der Reaktor-Kammer mit heißem Dampf 21 gefüllt wird. Die Energie, die als sehr intensives Lichtenergie zum Vorschein kommt, kann über leistungsstarke Solarzellen, ähnlich wie die Solarzellen, die für Laser-Energietransfer benutzt werden, in Elektrizität umgewandelt werden, ein Kolben-System bewegen oder über einen Hitze-Kollektor nach außen geleitet werden und dort über dementsprechende Generator-Turbinen in Elektrizität umgewandelt werden. Das Fluid aus der Fusions-Kammer kann durch ein Pumpsystem 22 in einem geschlossenen Fluid-Zirkulations-Kreis 23 aus der Fusions-Kammer transportiert werden, wobei frisches Fluid wieder einströmt (4). Das heiß gewordene Fluid wird in eine Turbine geleitet oder über ein Wendel-Rohr 24, wie bei Boiler, Wasser 25 in einem Gefäß / Behälter 26 erhitzen. Ein Lithium-Mantel 13 kann die eventuell erzeugten Neutronen abfangen (so wird daraus Tritium). Gamma-Strahlung kann ebenfalls auftreten.
In dem Treffpunkt des Fluidstrahls auf der Fluid-Oberfläche des stehenden Fluiden, wird ein extrem helles Licht erzeugt, das für die Dauer des Fluidstrahls leuchtet. Der Fluidstrahl kann nur sehr kurz für ca. 0,0002 Sekunden erzeugt werden, und solange wird auch die Fusion aufrechterhalten. Wenn es möglich wäre, einen Dauer-Fluidstrahl mit ca. 8km/s zu erzeugen, dann wäre eine kontinuierlich laufende Fusion erzeugt, aber mit heutigen Mitteln ist das nur mit viel Aufwand machbar. Es gibt zwar sehr harte Materialien, wie z.B. Carbin, die vielmehr aushalten können, als heutigen härtesten Materialien, aber für solche Druckwerte im Dauerbetrieb, die wir hier brauchen, wären auch diese Materialien ziemlich schnell abgenutzt. Für kleinere Reaktoren, können durchaus stabile Konstruktionen angefertigt werden.
Die Fusions-Anteile erhöhen sich mit der Fluidstrahl-Geschwindigkeit signifikant. Ebenfalls sind die Fusions-Prozesse von der Konzentration des Deuteriums im Fluidstrahl abhängig. Schweres Wasser beinhaltet Deuterium, aber in molekularer Form, mit Sauerstoff gebunden. Durch die hohe kinetische Energie und Aufprall werden die molekularen Bindungen zerstört und teilweise zum Fusion von Deuterium-Atomen kommen. Die molekulare Anordnung kann durch ein elektrostatisches Feld, das durch Elektroden 11 und eine Hochspannungsquelle 10 erzeugt wird, begünstigt werden.
Die Wasserstoff-Atome, bzw. Wasserstoff-Isotopen von dem Fluid-Strahl prallen mit einer hohen kinetischen Energie, die teilweise zu einer Kern-Fusion führt. Die Fusion findet bei einem sehr geringen Anteil der Wasserstoff-Isotopen / Deuterium-Atomen statt, aber die Energie-Freisetzung ist bei jeder Kernschmelze in Mikro-Dimensionen gewaltig gross, sodass auch ein Gesamt-Energie-Überschuss im Reaktor zustande kommt. Je höher die Fluid-Strahl-Energie, desto höher ist die Fusions-Rate. Die Steigung ist am Anfang nahezu exponentiell. Die Energie im Fluidstrahl-Kollisionspunkt ist sehr hoch. Es wird elektromagnetische Energie in einem ziemlich breiten Spektrum inklusive in Form von sichtbarem Licht freigesetzt. Es treten jedoch keine radioaktiven Partikeln auf. Die Fusions-Kammer im unteren Bereich kann die Form eines langen Hohlzylinders oder Hohlkegels 27 aufweisen, der mit Fluid aus Wasserstoff-Isotopen oder D²O (schweres Wasser 4) gefüllt ist.
Die Fluid-Strahl-Geschwindigkeit soll nur bis zur Zündung des Fusions-Prozesses im Reaktor sehr hoch sein. Nach dem Zünden der Fusions-Reaktion, kann die Geschwindigkeit des Fluid-Strahls bis zu 20 % verringert werden, da der Fusions-Prozess der Wasserstoff- / Deuterium-Atome, Explosions-Impulse liefert, die die anderen Deuterium-Atome in der Nähe zum Fusion bringen.
5 zeigt eine Variante, die einen Mikrowellen-Strahler 28 aufweist. Die Mikrowellen 29, wenn sie stark fokussiert auf dem Fluid-Strahl-Kollisionspunkt 20 gerichtet sind, führen zu hohen Schwingungen im schweren Wasser. Wenn dieser D²O-Fluidstrahl mit einer Geschwindigkeit von 8.900 m/s auf den stehenden schwerem Wasser 4 in die Reaktor-Kammer trifft, haben wir eine Energie, die einige Deuterium-Moleküle / Atome zur Fusion bringt. Die Mikrowellen mit 2 - 15GHz bringen die D²O Moleküle gleichzeitig in synchrone Rotation und helfen dabei, die Atome leichter zum Fusionieren zu bringen.
Ein anderer Effekt, der durch Hochenergie-Ultraschall-Erzeuger 30 oder Laserstrahler 9 erzielt werden kann, kann ebenso die Fusion begünstigen (6). Ein UV-Laserstrahler, der in Fluid-Strahlrichtung bzw. in dem Fluid-Strahl entlang seine Photonen emittiert, kann zusätzlich die Fusions-Reaktionen optimieren. Die Wasserstoff-/ Deuterium-Atome nutzen die zusätzliche Hitze und die Schubkraft der Laser-Photonen um mit einer noch höheren Energie ineinander aufzuprallen. Ultraschall 31 dagegen kann Mikro-Kavitations-Blasen 32 unmittelbar vor dem Kollisionspunkt in dem Fluid-Strahl erzeugen und deren Implosions-Energie für eine Optimierung der Fusions-Vorgänge zunutze machen (6). Die beiden Arten von Energie-Strahlern können miteinander kombiniert werden, um eine Fusion zu begünstigen.
7 zeigt eine Variante, die mit Hochspannungs-Elektroden 11, die den Fluidstrahl 14 elektrisch aufladen, ausgestattet ist. Eine Luftspule 33 wird dazu verwendet, um die Wassermolekülen kurz vor dem Zusammenstoss anzuordnen. Die unterschiedliche, elektrische Ladung des Fluidstrahls und der stehenden Wassermasse (Schweres Wasser), beschleunigt sehr stark die Deuterium-Atome / Ionen oder Moleküle kurz vor dem Zusammenstoss. In diesem Fall werden auch viele Deuterium und Sauerstoff-Atome von den Schwer-Wassermolekülen gespalten. Eine elektrische Entladung (Blitz) 34 kann den Wasser-Strahlen-Treffpunkt zusätzlich anregen und ihn für den Fusions-Prozess begünstigen. Das schwere Wasser kann geringfügig ein Salz oder eine Säure aufweisen, damit es Strom leiten kann.
Die Energie-Abgabe des Reaktors ist von dem Querschnitt des Fluidstrahls und dessen Geschwindigkeit abhängig. Je dünner und langsamer er ist, desto weniger Energie kann freigesetzt werden. Unter 3km/s kommt es zu gar keine Fusion mehr zwischen den Wasserstoff-Isotopen. Der Fluidstrahl soll bei kleineren Reaktoren sehr dünn sein. Die kontrollierte Fusion mit dünnen (0,02 - 2,35mm) Wasserstrahlen ist leichter zu beherrschen und stabil zu halten. Anderseits ein Fluidstrahl mit größerem Querschnitt bringt mehr Leistung, ist aber deutlich aufwändiger zu erzeugen.
Dadurch dass dieser Reaktor auch ziemlich kompakt aufgebaut werden kann, wäre auch ein Einsatz in einem Schiff, U-Boot oder eventuell auch in eine Lokomotive als Energie-Quelle oder als Antriebs-Motor vorstellbar. Die Fusionsreaktor-Kammer kann relativ kompakt gebaut werden, aber auch die Begleitelemente gehören dazu und deren Gewicht und Abmessungen sind nicht zu unterschätzen.
Eine Ausführung, die auf der 9 dargestellt ist, zeigt eine Möglichkeit mit diesem Fusions-Reaktor 16 einen Raumschiff 38 in Bewegung zu setzen. Hier werden zwei oder mehrere Ultraschnelle-Fluidstrahlen 14 hinter dem Raumschiff in einer Parabel-Reflektor-Kammer 39 abgegeben, der hinten eine große Schub-Düse 40 aufweist. Die beiden Fluidstrahlen kollidieren miteinander und bringen die dort enthaltenen Wasserstoff-Isotope im Kollisions-Punkt 20 teilweise zum Fusion. Ein elektrisches Feld 41 richtet die Wasserstoff-Isotope optimal für eine Fusion bei einem Aufprall. In dieser offenen Kammer expandiert impulsweise die fusionierende Masse der Wasserstoff-Isotopen extrem schnell und stoßt Materie, z.B. Rest- Schweres Wasser oder Wasser in kleinen portionierten Mengen ab. Es wird ein sehr schneller Rückstrahl 42 in Form von kurzen Impulsen generiert, die das Raumschiff vorwärts schiebt. Der Rückstrahl aus Wasserdampf bzw. ionisierten Wasserstoff-und Sauerstoff-Atome kann dabei mit ca.50 - 800km/s erzeugt werden, was dem Raumschiff einen enormen Schub bei wenig Materie-Verbrauch ermöglicht. Mit diesem Antrieb, verglichen mit herkömmlichen Raumfahrt-AntriebsSysteme könnte die mitgeführte Treibstoff-Masse ca. 40mal weniger betragen. Auch die Fluggeschwindigkeit des Raumschiffs kann damit deutlich höher liegen, als bei chemischen Antriebsarten möglich wäre. Mit dem Antrieb sind Geschwindigkeiten jenseits von 100km/s machbar. Das gute dabei ist, dass die Schubkraft hier ziemlich hoch ist und nicht mit der lonenantrieb zu vergleichen.
Um den Druck in die Hochdruck-Kammer zu erzeugen, können bei dieser Erfindung verschiedene Methoden eingesetzt werden. Fürs stationären Fusions-Reaktoren, die die Haushalte mit Strom versorgen sollen, wäre eine Vorrichtung, die aus einem Kolben in einem Druckzylinder gebaut ist, der die Flüssigkeit mit sehr hoher Kraft presst, optimal geeignet. Die Presskraft kann z.B. durch ein 10 - 200kg schweres Gewicht 7, das im freien Fall aus einer großen Höhe (z.B. 135m) in einem Führungsrohr 43 herunter gelassen wird und auf dem Piston 6 drauf einschlägt. Der Druck in die Hochdruckkammer kann auch durch die Pistonbewegung mit Hilfe einer starken Druck-Feder, Elektromagneten oder durch Sprengstoff erzeugt werden. Um den hohen Turm bei der Benutzung der Schwerkraft für die Massenbeschleunigung zu ersparen, kann ein tiefes Bohrloch unter der Erde für solche Zwecke ebenso verwendet werden. Auch ein sehr starker Supraleiter-Elektromagnet, der einen Kolben in das Fluid in die Hochdruckkammer presst, kann dafür geeignet sein. Selbstverständlich sind die Wände des Druckzylinders bzw. Hochdruckkammer sehr stabil gebaut. Die Pressfläche des Kolbens soll so klein wie möglich sein, um ein sehr hohen Druck zu erreichen.
Mit Hilfe von Sprengstoff oder Zündung von Knallgas kann ein sehr hoher Druck erreicht werden. Weil ein Turm fehlt, wäre der Reaktor hier ziemlich kompakt gebaut. Der Explosiv-Stoff 44 (kann sein) kann in eine geschlossene Explosionskammer 45, die mit schwerem Wasser gefüllt ist, injiziert und gezündet werden. Die Explosionskraft drückt das schwere Wasser nach unten durch eine Düse 5 mit hoher Geschwindigkeit (10). Als Explosiv-Stoff kann z.B. eine geringe und sehr genau dosierte Menge Plastiksprengstoff, oder Knallgas, TNT oder auch Silizium verwendet werden, der eine ziemlich heftige Explosion erzeugen kann. Damit können sehr hohe Druckwerte erzeugt werden, allerdings muss die Explosionskammer sehr stabil und massiv gebaut werden, sonst fliegt sie in Einzelteile in die Luft. Statt direkt auf das Fluid den Explosionsdruck zu übertragen, kann damit zuerst ein Piston oder Massenkörper schnell bewegt werden, der dann auf einem Piston einschlägt und dadurch einen hohen Druck auf das Fluid augenblicklich erzeugt. Der Massenkörper würde dann die Explosions-Kammer von dem Hochdruck-Piston trennen. würde dann
Die Abschirmung der Reaktor-Innenwände ist von großer Bedeutung und kann bei gut funktionierenden Methoden die Lebensdauer des Reaktors deutlich verlängern. Eine Methode mit Wasser und Zentrifugalkraft ist eine recht simple Methode, die auch zuverlässig schützt. Hier wird ein Hohlzylinder-Gefäß 46 verwendet, der mit Hilfe eines Elektromotors 47 mit ca. 800 - 1200 upm um einer vertikalen Achse 48 sich dreht, in dem drin die Fusions-Kammer eingefügt ist (11). Durch die Zentrifugalkraft haftet das Wasser an die Hohlzylinderwand und bildet eine schützende, ziemlich homogene Schicht. Das optimale an der Methode ist, dass die durch Strahl-Wirkung erzeugten Dellen in der Abschirmung wieder von alleine rasch geglättet werden, weil das Wasser durch die Zentrifugalkraft stets sich gut verteilt. Eine weitere Methode wäre Eisschichten aus Wasser zu erzeugen und auf der Reaktorwand haften zu lassen, allerdings würde dann das Problem der Energie-Übertragung zum Vorschein kommen. Der Energie-Transfer wäre in dem Fall problematisch, weil einen Teil der Energie in die Eisschichten und deren Schmelzvorgang verloren gehen würde, was nicht viel Sinn machen würde.
Die 12 zeigt eine Variante, die für sehr große Verbrennungsmotoren 35 eventuell geeignet sein kann. Dieser Reaktor ist wie ein Fahrzeugmotor gebaut worden. In die Brennkammer 36 / den Kolbenraum werden mindestens zwei sehr dünne Hochgeschwindigkeits-Fluidstrahlen 14 gegeneinander aufprallen. Für die Druckerzeugung kann eine kompakte Lösung eingebaut werden, die aus einem Hochdruck-Kolben 52 besteht, der einen Hohlraum drin hat, in der ein elektromagnetisch von außen beweglicher Kern 53 entlang der Kolben-Bewegungsachse sich bewegen kann. Ein Elektromagnet 8 zieht den Kern 53 nach unten und schlägt damit in der unteren Kolbenwand und schiebt ihn kräftig nach unten. Beide bestehen aus Deuterium-Oxyd. Eines der Fluidstrahlen könnte eventuell auch aus Tritium-Oxyd sein, aber das ist leicht radioaktiv und das sollte nicht durch den Auspuff in die Umwelt gelangen. Deswegen wird reines schweres Wasser bevorzugt. In die Brennkammer 36 erzeugen die beiden Fluidstrahlen durch eine Teil-Fusion der Wasserstoff-Isotop-Atome eine Energie, die den Rest des in dem Brennraum eingespritzten schweren Wassers, in extrem heiße Wasserdämpfe umwandelt, die sich sehr schnell ausdehnen und einen Hochdruck in die Brennkammer erzeugen, der einen Motor-Kolben 37 in Bewegung setzt. Die Schwer-Wasserstrahlen (D²O) werden sehr kurz in schnellen Intervallen zum Zusammenstoss freigegeben. Die Fusions-Reaktion führt zu einer Reihe von Mikro-Explosionen, die aber extrem stark sind. Durch eine präzise Schwer-Wasserstrahl-Steuerung kann der Motor einheitlich bleiben. Zusätzliche elektrische Entladungen begünstigen die Fusion am Schwer-Wasserstrahl-Treffpunkt. Man kann auch eine Lösung mit nur einem Fluidstrahl einbauen, allerdings müsste der Motor ziemlich langsam laufen und der Kolben müsste in dem Fall mit einer Konus-Vertiefung 54 ausgestattet werden, die mit eine kleine Menge aus D²O gefüllt wird, die dann durch den Fluidstrahl von oben aus, getroffen wird (8).
BEZUGSZEICHENLISTE

1.: Sphäre, Reaktor-Kammer
2.: Hochdruckkammer
3.: Deuterium
4.: Schweres Wasser / D²O
5.: Hochdruck-Wasserdüse
6.: Hochdruck-Piston
7.: Aufprall-Körper, schnell bewegende Masse, Gewicht
8.: Elektromagnetspule
9.: Laserstrahler
10.: Hochspannungs-Erzeuger
11.: Elektroden
12.: Reaktor-Kammer-Wände
13.: Innen-Hülle aus Lithium
14.: Fluid-Strahl
15.: Stehendes Fluid
16.: Kern-Fusions-Reaktor
17.: Kleine Öffnung in die Reaktor-Kammer
18.: Schwer-Wasseroberfläche
19.: Arbeitsfläche des Pistons
20.: Fluidstrahlen-Treffpunkt
21.: Heißer Dampf
22.: Pumpsystem
23.: Fluid-Zirkulations-Kreis
24.: Wendel-Rohr / Spiral-Rohr
25.: Wasser
26.: Gefäß / Behälter
27.: Hohlzylinder / Hohlkegel
28.: Mikrowellen-Strahler
29.: Mikrowellen
30.: Hochenergie-Ultraschall-Erzeuger
31.: Ultraschall
32.: Mikro-Kavitations-Blasen
33.: Luftspule
34.: Elektrische Entladung / Blitz
35.: Verbrennungsmotor
36.: Brenn-Kammer
37.: Motor-Kolben
38.: Raumschiff
39.: Parabel-Reflektor-Kammer
40.: Große Schub-Düse
41.: Elektrisches Feld
42.: Rückstrahl
43.: Führungsrohr
44.: Explosiv-Stoff
45.: Explosionskammer, Druckkammer
46.: Hohlzylinder-Gefäß
47.: Elektromotor
48.: Vertikale Achse
49.: Knallgas
50.: Kathoden-Strahler / Elektronen-Strahler
51.: Elektronen-Strahl
52.: Kolben mit beweglichen Kern drin
53.: Bewegliche Kern im Kolben
54.: Konus-Vertiefung im Motor-Kolben

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 20190295733 A1 [0004]
EP 0438724 B1 [0005]
DE 102012025244 A1 [0006]
DE 3913503 A1 [0007]
DE 102007022302 B4 [0008]

Claims

Fusions-Reaktor, dadurch gekennzeichnet, dass er aus mindestens - einer Hochdruckkammer, die mit einem Fluid, das Wasserstoff-Isotope aufweist, gefüllt ist, - einen Kolben, der in die Hochdruckkammer durch ein Mechanismus einen sehr hohen Druck sprungartig erzeugen kann, - einer Hochdruck-Düse, die direkt oder mit Hilfe einer eingebauten Fluidleitung mit der Hochdruckkammer verbunden ist, die einen Hochgeschwindigkeits-Fluidstrahl in Richtung einer stehenden Flüssigkeits-Menge, Flüssigkeits-Dampf oder Flüssigkeits-Nebel schießt, die ebenfalls Wasserstoff-Isotope enthält, die teilweise eine Fusion der Wasserstoff-Isotope durch deren Kollision bewirkt, - einer Fusions-Reaktor-Kammer, in der die Hochdruckkammer, die Düse und die Flüssigkeit angebracht sind, - einem Energie-Ableitungs-System, dass die durch den Fusion erzeugten Energie zu Verwendung oder zur Speicherung außerhalb der Fusions-Kammer ableitet, - ein Flüssigkeits-Strahl-Steuerungs-System, das die Generierung der Hochgeschwindigkeits-Fluidstrahls steuert, besteht.
Fusions-Reaktor nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidstrahl aus stark gekühltem oder verflüssigtem Gas aus Wasserstoff-Isotopen besteht.
Fusions-Reaktor nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidstrahl und das Fluid in die Reaktor-Kammer aus schwerem Wasser oder überschwerem Wasser besteht.
Fusions-Reaktor nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidstrahl aus einer kurzen Distanz in die Fluidmenge impulsartig abgegeben wird.
Fusions-Reaktor nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse so eingebaut ist, dass der Hochgeschwindigkeits-Fluidstrahl senkrecht oder schräg von oben aus, auf stehendes Deuterium-Oxyd in die Reaktor-Kammer trifft.
Fusions-Reaktor nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Energie-Ableitungs-System, dass die durch die Fusion erzeugte Energie zu Verwendung oder zur Speicherung nach Außen ableitet, aufweist.
Fusions-Reaktor nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor mit einem Kühler, der das Fluid in die Hochdruckkammer stark kühlt, ausgestattet ist.
Fusions-Reaktor nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidstrahl aus verflüssigten Deuterium oder Tritium besteht.
Fusions-Reaktor nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidstrahl aus Wasser oder schwerem Wasser, das mit Wasserstoff-Isotopen angereichert wurde, besteht.
Fusions-Reaktor nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse und die Hochdruckkammer des Reaktors so konzipiert sind, dass sie Fluidstrahlen mit einer Geschwindigkeit erzeugen, die höher als 7.000 m/s ist.
Fusions-Reaktor nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktor-Gehäuse in das die Fusions-Reaktion stattfindet, hermetisch geschlossen und luftleer ist.
Fusions-Reaktor nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens einen Hochenergie-Ultraschall-Erzeuger, der seine Ultraschall-Energie in dem Fluidstrahl abgibt, aufweist.
Fusions-Reaktor nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er mit einem Ultraschall-Geber, der die Ultraschall-Energie in eine Schwingresonanz mit Wassermolekülen bringt, ausgestattet ist.
Fusions-Reaktor nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz und / oder die Intensität des Ultraschalls einstellbar ist.
Fusions-Reaktor nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens einen Hochenergie-Mikrowellen-Erzeuger, der seine Mikrowellen-Energie in dem Fluidstrahl oder in dem Strahl-Kollisions-Punkt abgibt, aufweist.
Fusions-Reaktor nach Patentanspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrowellenstrahler so angeordnet ist, dass seine Mikrowellen in Längsachse in dem Fluidstrahl eindringen und ebenfalls wie der Fluidstrahl in demselben Punkt auf das stehendes Fluid trifft.
Fusions-Reaktor nach Patentanspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz und, oder die Intensität der Mikrowellen einstellbar ist.
Fusions-Reaktor nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor mit mindestens einen Hochspannungs-Erzeuger, der über Elektroden einen elektrischen Blitz oder eine elektrische Entladung in dem Fluidstrahl-Kollisions-Punkt abgibt, ausgestattet ist.
Fusions-Reaktor nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das stehendes Fluid und der aufprallender Fluidstrahl unter Hochspannung stehen und unterschiedlich elektrisiert sind.
Fusions-Reaktor nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor mit mindestens einem Laserstrahler, der in dem Fluidstrahl-Treff-Punkt fokussiert und mit hoher Intensität einen Laserstrahl emittiert, ausgestattet ist.
Fusions-Reaktor nach Patentanspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahler ein Hochenergie UV-Laserstrahler ist.
Fusions-Reaktor nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid stromleitfähig ist oder aufgelöstes Salz oder eine Säure beinhaltet.
Fusions-Reaktor nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine Hochspannungs-Elektrode direkt in die Düse und in die Reaktor-Kammerwand eingebaut ist oder in das stehendes Fluid eingetaucht ist.
Fusions-Reaktor nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor mit Photozellen oder Solarzellen, die die Lichtenergie, die aus dem Fluidstrahl-Kollisionspunkt mit dem stehenden Fluid, ausgestrahlt wird, in Strom umwandeln, ausgestattet ist.
Fusions-Reaktor nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktor-Funktionen Computergesteuert sind.
Fusions-Reaktor nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor mit einer Ansaug-Anlage, die in der Reaktor-Kammer entstehenden Gase oder Helium, entfernt, ausgestattet ist.
Fusions-Reaktor nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidstrahl-Düse aus einer speziellen harten Material, Keramik, Carbin oder aus Diamant besteht.
Fusions-Reaktor nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktor-Kammer, in eine Brennungskammer eines großen Verbrennungsmotors implementiert ist.
Fusions-Reaktor nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck für den Fluidstrahl über ein in die Hochdruckkammer eingebautes explosives Material erzeugt wird.
Fusions-Reaktor nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Hochdruckerzeuger aus einem Kolben-Pump-System, dass aus mindestens - einer Brennkammer, in der Sauerstoff und eine explosive Substanz, in fester, flüssigen oder Gas-Form oder ein Knallgas gezündet werden kann, - einem Kolben, der durch den erzeugten Druck sich bewegen kann, - einem Zünd-System, das die explosive Substanz zündet, - einem weiteren Kolben, der mit der ersten Kolben durch eine Kolbenstange gekoppelt ist, der den Druck auf die Hochdruckkammer überträgt, die mit dem Fluid aus Wasserstoff-Isotopen gefüllt ist, besteht.
Fusions-Reaktor nach Patentanspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die explosive Substanz ein Sprengstoff ist.
Fusions-Reaktor nach Patentanspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer mit einer schließbaren Öffnung, durch die sie mit Sprengstoff und Sauerstoff befüllbar ist, ausgestattet ist.
Fusions-Reaktor nach einem der Patentansprüche 30 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben, der den Druck auf das Fluid überträgt und den Fluidstrahl aus der Düse erzeugt, eine viel kleinere Druck-Fläche aufweist, als der Kolben der in die Brennkammer sich befindet.
Fusions-Reaktor nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er mit einem Hochdruckerzeuger, der einen kontinuierlichen Fluidstrahl, der Wasserstoff-Isotopen beinhaltet, mit hoher Geschwindigkeit über die Düse abgeben kann, ausgestattet ist.