DE102022002235A1 - Projectile weapon - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Projektil-Waffe mit einem Fusions-Reaktor, der in der Lage ist, mit niedrigem Energie-Input einen deutlich höheren Energie-Output durch Fusion von Wasserstoff-Isotopen zu erreichen und nukleares Material und die beim Fusion im Reaktor freigesetzte Energie als Treibmittel für den Projektil-Abschluss verwendet. In dem Reaktor werden statt Plasma und damit verbundene Magnetfeld-Einschluss-Maßnahmen, Hochgeschwindigkeits-Flüssigkeitsstrahlen verwendet, deren kinetische Energie ausreichend ist, um die Fusion von Wasserstoff-Isotopen mit Unterstützung von starken elektrostatischen Feldern, die eine optimale Orientierung der Atome im Kollisions-Punkt ermöglichen, zu erreichen. Durch die in dem Fusions-Reaktor freigesetzte Energie und Ausdehnung des überschüssigen Fluid-Materials wird das Projektil beschleunigt. Die Waffe mit dem Fusions-Reaktor kann nahezu beliebig skaliert werden und kann sowohl im mobilen Kriegsgeräte, als auch als stationäre Verteidigungsanlage gebaut werden. Die Treib-Energie für das Projektil wird aus primären Energie-Trägern generiert, die in der Natur reichlich vorhanden sind. Außerdem sind die Projektile hier ebenso mit Fusions-Mini-Reaktoren ausgestattet, die kleine Thermonukleare-Detonationen im Einschlags-Ziel bewirken können.The invention relates to a projectile weapon with a fusion reactor, which is able to achieve a significantly higher energy output with low energy input through fusion of hydrogen isotopes and nuclear material and the energy released during fusion in the reactor Propellant used for projectile termination. Instead of plasma and associated magnetic field confinement measures, the reactor uses high-speed liquid jets whose kinetic energy is sufficient to enable the fusion of hydrogen isotopes with the support of strong electrostatic fields that ensure optimal orientation of the atoms in the collision point enable to achieve. The projectile is accelerated by the energy released in the fusion reactor and the expansion of the excess fluid material. The weapon with the fusion reactor can be scaled almost arbitrarily and can be built both as a mobile war device and as a stationary defense system. The propelling energy for the projectile is generated from primary energy carriers that are abundant in nature. In addition, the projectiles here are also equipped with fusion mini-reactors that can cause small thermonuclear detonations in the impact target.
Description
Die Erfindung betrifft eine Projektil-Waffe, die anstatt von Treibmittel oder explosive Ladungen für den Projektil-Abschuss, eine Vorrichtung aufweist, die das Projektil mit Hilfe von Energie, die durch Kern-Fusion von leichten Elementen in eine Fusionskammer freigesetzt wird und die eine extrem schnelle Expansion der Restmaterials dort bewirkt, aus dem Waffen-Lauf in Zielrichtung abschießt.The invention relates to a projectile weapon which, instead of using propellants or explosive charges for projectile firing, has a device that launches the projectile into a fusion chamber using energy released by nuclear fusion of light elements and which has an extremely rapid expansion of the remaining material there causes the gun barrel to fire in the target direction.
Kernreaktoren, die für die Stromversorgung eingesetzt werden, funktionieren ausschließlich auf Kernspaltungs-Prinzip. Bei der Kernspaltung werden schwere, radioaktive Elemente in leichtere Elemente gespalten und dabei Energie freigesetzt, die mit Hilfe von Energie-Umwandler, z.B. Dampf-Turbinen, in elektrischen Strom umgewandelt. Bei der Kernspaltung wird leider nicht das ganze radioaktive Material effizient benutzt, um Strom zu erzeugen. Es bleiben radioaktive Rückstände, die weitere Probleme mit sich bringen. Dieser radioaktive Rückstand (radioaktives Abfall) muss sicher gelagert werden, weil es gefährliche Strahlung von sich aussendet. Leider es bleibt ziemlich viel davon im Kernreaktor übrig, was die Entsorgung komplizierter macht. Das zeigt auch, wie schlecht der Wirkungsgrad eines Kernreaktors ist. Wenn das ganze Material fast vollständig „verbrannt“ wäre, würde ein solcher Reaktor mindestens noch 90% mehr Energie liefern. Der Wirkungsgrad der Kernreaktoren liegt bei ca. 20%. Es wird zwar behauptet, dass die mit ca. 30 - 35 % Wirkungsgrad arbeiten, aber das stimmt leider nicht ganz. Nur weil die nukleare „Brennstoffe“ auch so, sehr viel Energie liefern, fällt das kaum ins Gewicht. Der radioaktive Abfall stellt ein großes Umweltrisiko dar. Den radioaktiven Abfall kann man allerdings durch eine spezielle Konstruktion eines neuartigen Reaktors, weiterhin als Primär-Energie-Lieferant verwenden und die weiteren fehlenden 90% damit herausholen. Danach bliebe nur eine geringe Menge oder kaum was übrig, das radioaktiv wäre.Nuclear reactors that are used to provide electricity function exclusively on the nuclear fission principle. During nuclear fission, heavy, radioactive elements are split into lighter elements and energy is released, which is converted into electrical current using energy converters, such as steam turbines. Unfortunately, during nuclear fission, not all of the radioactive material is used efficiently to generate electricity. Radioactive residues remain, which cause further problems. This radioactive residue (radioactive waste) must be stored safely because it emits dangerous radiation. Unfortunately, quite a bit of it remains in the nuclear reactor, making disposal more complicated. This also shows how poor the efficiency of a nuclear reactor is. If all the material were almost completely “burned”, such a reactor would deliver at least 90% more energy. The efficiency of nuclear reactors is around 20%. It is claimed that they work with around 30 - 35% efficiency, but unfortunately that is not entirely true. Just because the nuclear “fuel” delivers so much energy, it hardly matters. The radioactive waste represents a major environmental risk. However, through a special design of a new type of reactor, the radioactive waste can still be used as a primary energy supplier and thus get the remaining 90% missing. Afterwards, only a small amount or hardly anything would remain that would be radioactive.
Wie in zahlreichen Kern-Prozessen, die durch Teilchenbeschleuniger und nukleare Explosionen herausgefunden wurde, es besteht keine Zweifel, dass die Materie aus Energie besteht. Die Beschreibung des Photons Duale Eigenschaft des Photons wird heutzutage von vielen Wissenschaftlern akzeptiert. Die Theorie besagt, dass der Photon korpuskular und Welle zugleich ist. Sobald das Photon auf Materie trifft (und die Materie besteht ja aus verstrickten Photonen) kann er ebenso in die Verstrickung eingefangen werden und dadurch den Klumpen etwas vergrößern. Das ist der Photonen-Absorption. Er kann aber auch ein anderes Photon herausschleudern.As has been found in numerous nuclear processes revealed by particle accelerators and nuclear explosions, there is no doubt that matter is made of energy. The description of the photon Dual property of the photon is now accepted by many scientists. The theory states that the photon is corpuscular and a wave at the same time. As soon as the photon hits matter (and matter consists of entangled photons) it can also be caught in the entanglement and thereby enlarge the clump slightly. This is photon absorption. But it can also throw out another photon.
In jede Art von Materie selbst steckt viel, enorm viel Energie drin. Egal ob Sand, Gesteine, Holz, Wasser, Metall, Luft, Erde, jedes dieser Materialien enthält extrem viel Energie drin. Damit ist allerdings nicht (nur) die chemische Energie gemeint. Eigentlich, die ganze Materie besteht aus Energie. Materie ist eine Form der extrem stark konzentrierten Energie. Die Energie in Form von Photonen, die stark gebündelt wird, kann stabile Strukturen bilden und diese dort gefangen gehalten. Zerstört man diese Strukturen, wird die Energie in Photonen-Form frei. Es gibt zahlreiche Wege, Energie der Materie zu entlocken bzw. diese Transformationen in Gang zu setzen. Die gängigsten und einfachsten Methoden sind chemischer Natur. In solchen Vorgängen, wird Materie einfach in chemische Reaktion treten und neue chemische Verbindungen aufbauen oder diese lösen. Die weitverbreitete Methode Energie frei zu setzen ist die Materie zu verbrennen. Das liefert allerdings nur einen sehr geringen Anteil der Energie, die wirklich zu Verfügung stehen würde, anderseits ist die Initial-Energie, um den Prozess in Gang zu setzen, relativ niedrig. Außerdem klappt diese Methode nur mit brennbaren Stoffen, die einen Bruchteil der z.B. auf der Erdoberfläche befindlichen Gesamtmaterie bilden.There is a lot, enormous amount of energy in every type of matter itself. No matter whether sand, rocks, wood, water, metal, air, earth, each of these materials contains an extremely high amount of energy. However, this does not (only) mean chemical energy. Actually, all matter is made of energy. Matter is a form of extremely concentrated energy. The energy in the form of photons, which is strongly concentrated, can form stable structures and keep them trapped there. If you destroy these structures, the energy is released in the form of photons. There are numerous ways to elicit energy from matter or to initiate these transformations. The most common and simplest methods are chemical in nature. In such processes, matter will simply enter into chemical reactions and form new chemical bonds or break them. The most common method of releasing energy is to burn matter. However, this only provides a very small proportion of the energy that would actually be available; on the other hand, the initial energy needed to start the process is relatively low. In addition, this method only works with combustible substances, which form a fraction of the total matter on the earth's surface, for example.
Vielmehr Energie kann man durch Kern-Reaktionen gewinnen bzw. freisetzen. Die Kernenergie-Gewinn Methoden, die uns zu Verfügung stehen, sind die Kernspaltung und Kernfusion. Es gibt noch eine dritte Option, die Annihilation, die allerdings sehr schwierig umsetzbar ist, weil diese die Antimaterie voraussetzt, was nur mit extrem hohem EnergieAufwand herstellbar ist. Bei der Kollision zwischen einer Atomgruppe aus Antimaterie und analogem Materie, werden beide Atomgruppen komplett in Energie Umgewandelt und aus dem Kollisionspunkt mit Lichtgeschwindigkeit in alle Richtungen weg gestrahlt.Rather, energy can be gained or released through nuclear reactions. The nuclear energy production methods available to us are nuclear fission and nuclear fusion. There is a third option, annihilation, which is very difficult to implement because it requires antimatter, which can only be produced with extremely high energy expenditure. When a group of atoms made of antimatter and analogous matter collide, both groups of atoms are completely converted into energy and radiated away from the collision point in all directions at the speed of light.
Eine Kernspaltung in Gang zu setzen ist heutzutage technisch relativ einfach machbar. Diese Methode ist auch ziemlich weit verbreitet in kommerziellen Kern-Reaktoren und wird für die breite Stromversorgung angewendet. Radioaktive-Elemente werden soweit angereichert, bis sie für eine optimale Kernreaktion geeignet sind. Das radioaktive Material wird in Form von länglichen Stäbchen in einem Reaktor gefüllt mit schwerem Wasser eingelassen. Weil die Kernfission unkontrolliert zu einer atomaren Explosion führen würde, werden Cadmium-Gitter oder Stäbchen (oder Bor-Säure in das schweres Wasser gelöst) zwischen den spaltbaren radioaktiven Material platziert. Die Cadmium oder Grafit Gitter oder Stäbchen bestimmen die Leistung der Energie-Freisetzung, bzw. die Geschwindigkeit mit der die Kernspaltung abläuft. Je nachdem wie weit diese zwischen den Uran- (oder Plutonium)-Stäbchen eingeführt werden, desto höher oder niedriger die Energiefreisetzung ist. Jedesmal wenn ein Atom gespalten wird, setzt er ein Neutron frei, der wiederum einen der Atome in der Nachbarschaft destabilisiert, indem er in dessen Kern eindringt. Die Cadmium-Stäbe sind in der Lage freie Neutronen zu absorbieren und somit kontrollieren sie recht gut die Kernspaltung-Prozesse. Kernreaktoren mit Grafit als Moderator werden nicht mehr verwendet, weil sie nicht so leicht zu kontrollieren sind. Versagt die Kühlung im Reaktor, kann sehr schnell zu einer Kernschmelze kommen. Bei einer Panne, kann der Kernreaktions-Anstieg blitzartig erfolgen und ist nicht zu unterschätzen. Es kann innerhalb einer Millisekunde um tausendfach steigen, was zu einer heftigen Explosion und damit zu eine Kontamination führen kann.Initiating nuclear fission is technically relatively easy these days. This method is also quite common in commercial nuclear reactors and is used for wide-scale power supply. Radioactive elements are enriched until they are suitable for an optimal nuclear reaction. The radioactive material is introduced into a reactor filled with heavy water in the form of elongated rods. Because uncontrolled nuclear fission would lead to an atomic explosion, cadmium grids or rods (or boric acid dissolved in the heavy water) are placed between the fissile radioactive material. The cadmium or graphite grids or rods determine the power of energy release or the speed at which nuclear fission occurs. Depending on how far they are inserted between the uranium (or plutonium) rods, the higher or lower the energy release. Every time an atom is split, it releases a neutron, which in turn releases one of the atoms in the neighborhood destabilized by penetrating its core. The cadmium rods are able to absorb free neutrons and therefore control the nuclear fission processes quite well. Nuclear reactors with graphite as a moderator are no longer used because they are not so easy to control. If the cooling in the reactor fails, a core meltdown can occur very quickly. In the event of a breakdown, the nuclear reaction increase can occur suddenly and should not be underestimated. It can increase thousands of times within a millisecond, which can lead to a violent explosion and thus contamination.
Leider wird während Kernspaltungs-Reaktionen der radioaktive „Brennstoff“ nicht vollständig gespalten. Somit bleiben radioaktive Rückstände, die noch hunderte, tausende oder einige davon gar Millionen von Jahren weiterhin strahlen. Wenn man komplett das radioaktive Material spalten würde, wäre die Wirkungsgrad eines Kernreaktors deutlich höher und es bliebe weniger radioaktiver Abfall zurück. Man kann allerdings die Bauweise der Kernreaktoren ändern, um die Abfallprodukte zu minimieren. Alternativ kann man neue, spezielle Reaktoren bauen, die das radioaktive Abfall-Produkt eines herkömmlichen Reaktors verwenden und daraus weiterhin Strom produzieren. Eine komplett andere Bauweise und spezielle Legierungen als Neutronen-Exciter mit einer Resonator-Einheit kann die Verwendung von herkömmlichen radioaktiven Brennstoffen weiterhin als nützlich gestalten. Die Leistung eines solchen speziellen Extra-Reaktors, der nur die radioaktiven Abfälle für die Stromerzeugung nutzt, wäre fast die gleiche, wie die des herkömmlichen Reaktors, der das radioaktive Abfall-Produkt erzeugt! Allerdings ist eine ausführliche Beschreibung eines solchen speziellen Reaktors nicht Gegenstand dieser Erfindung hier.Unfortunately, during nuclear fission reactions, the radioactive “fuel” is not completely split. This leaves radioactive residues that will continue to radiate for hundreds, thousands or even millions of years. If the radioactive material were completely split, the efficiency of a nuclear reactor would be significantly higher and less radioactive waste would be left behind. However, the design of nuclear reactors can be changed to minimize waste products. Alternatively, new, special reactors can be built that use the radioactive waste product of a conventional reactor and continue to produce electricity from it. A completely different design and special alloys as a neutron exciter with a resonator unit can still make the use of conventional radioactive fuels useful. The performance of such a special extra reactor that only uses the radioactive waste to generate electricity would be almost the same as that of the conventional reactor that produces the radioactive waste product! However, a detailed description of such a specific reactor is not the subject of this invention here.
Eine bessere Wirkungsgrad in Punkto Energie-Ausbeute müssten eigentlich die Fusions-Reaktoren erzielen. Allgemein bekannte und schon vorhandene Fusions-Reaktoren sind in verschiedene Ausführungen gebaut. Relativ bekannt sind Toroidal-Reaktoren und Tokamak-Maschinen.Fusion reactors should actually achieve better efficiency in terms of energy yield. Commonly known and existing fusion reactors are built in different versions. Toroidal reactors and tokamak machines are relatively well known.
Allerdings sind solche Reaktoren seit Jahrzehnten leider immer noch in der experimentellen Phase oder werden als Forschungsreaktoren benutzt und laut Experten, immer konstant ca. 30 Jahre vor der kommerziellen Einsatz entfernt. Während bei einer Wasserstoffbombe die Kernfusion problemlos funktioniert, ist die kontinuierliche, kontrollierte Ausbeute der Energie in Kernfusions-Reaktoren mit vielen Problemen verbunden, deren Lösung den Prozess sehr teuer und damit für die Industrie noch unattraktiv machen. Die Fusionsreaktoren benötigen sehr viel Anlauf-Energie, die erstmal bereitgestellt werden muss. Hinzu kommt dass die heutigen Reaktoren dann nicht dauerhaft laufen können bzw. die Prozesse dort ziemlich schnell wieder zum Stehen kommen und dadurch die Energie-Ausbeute relativ klein ausfällt. Wenn man einige MW-Energie in Anlaufs-Phase investiert und dann der Prozess lediglich einige Sekunden oder im besten Fall ein paar Minuten läuft, wobei nur Bruchteile der investierten Energie zurückgewonnen werden, ist das keine kommerziell interessanter Wirkungsgrad, die dabei erreicht wird. Für solche Zwecke muss der Reaktor dauerhaft Energie liefern können und nicht alle paar Ruhe-Stunden oder sogar Tagen nur einige Minuten oder nur Sekunden im aktiven Betrieb sein. Heutige Fusions-Reaktoren haben meistens leider einen negativen Energie-Bilanz: es wird mehr Energie reingesteckt, als durch den Prozess gewonnen. Es ist vergleichbar mit einem Auto mit einem Verbrennungsmotor, das alle paar Dutzende Sekunden den elektrischen Anlasser braucht, um den Motor für ein paar Sekunden im Lauf zu bringen. Die Autobatterie wäre dann schnell leer, weil die Arbeit des Verbrennungsmotors nicht ausreichend wäre, um über die Lichtmaschine diese wieder aufzuladen.However, such reactors have unfortunately been in the experimental phase for decades or are used as research reactors and, according to experts, are always about 30 years away from commercial use. While nuclear fusion works without any problems with a hydrogen bomb, the continuous, controlled yield of energy in nuclear fusion reactors is associated with many problems, the solution of which makes the process very expensive and therefore unattractive for industry. The fusion reactors require a lot of start-up energy, which must first be provided. In addition, today's reactors cannot run permanently or the processes there come to a standstill quite quickly and the energy yield is therefore relatively small. If you invest a few MW of energy in the start-up phase and then the process only runs for a few seconds or, in the best case, a few minutes, with only fractions of the invested energy being recovered, that is not a commercially interesting level of efficiency that is achieved. For such purposes, the reactor must be able to supply energy permanently and not only be in active operation for a few minutes or seconds every few resting hours or even days. Unfortunately, today's fusion reactors usually have a negative energy balance: more energy is put into them than is gained through the process. It is comparable to a car with an internal combustion engine that needs the electric starter every few dozen seconds to get the engine running for a few seconds. The car battery would then quickly run out because the work of the combustion engine would not be sufficient to recharge it via the alternator.
Kernfusion ist ein energieliefernder Prozess, der seit Milliarden Jahren in der Sonne und in Sternen abläuft. Der Fusionsprozess findet bei außerordentlich hohen Temperaturen statt, bei denen sich die Materie im vierten Aggregatzustand, dem sog. Plasma befindet. Ein Plasma besteht aus Atomkernen (Ionen) und Elektronen, die nicht mehr an einander gebunden sind.Nuclear fusion is an energy-producing process that has been occurring in the sun and stars for billions of years. The fusion process takes place at extraordinarily high temperatures, at which the matter is in the fourth state of aggregation, the so-called plasma. A plasma consists of atomic nuclei (ions) and electrons that are no longer bound to each other.
Im Inneren der Sonne laufen Fusionsreaktionen bei ca. 15 Millionen Grad ab. Unter den Randbedingungen auf der Erde wird das Plasma bei Temperaturen von über 100 Millionen Grad und bei extrem niedriger Dichte (ca. 250.000 fach dünner als die Erdatmosphäre) durch starke Magnetfelder eingeschlossen. Das was auf der Erde die Magnetfelder zu erreichen versuchen, ist auf den Sternen nicht notwendig. Dort wird das Plasma durch die unvorstellbare große Sternen-Masse bzw. auf diese Masse wirkende Gravitationskräften, sehr stark zusammengedrückt. Das stark aufgeheizte Plasma, das die Fusion verursacht, befindet sich hauptsächlich in einer Ummantelung, je nach Größe des Sterns, mehr oder weniger in der Nähe des Kerns des Sterns. Die Fusion findet nicht wie bisher angenommen im Kern des Sterns statt, sondern in einer Ummantelung, die zwischen dem Kern und der Oberfläche sich befindet. Wenn nur im Kern die Fusion stattfinden würde, dann wären alle Sterne ähnlich groß und es gebe keinen sehr großen oder kleinen Sternen. Jeder Stern hat seine Kernfusions-Ummantelung in einer anderen Distanz von dem Stern-Mittelpunkt. Die Ummantelung entsteht dort, wo die Balance zwischen Druck und Temperatur herrscht, die notwendig für die Wasserstoff-Fusion ist. Weitere Ummantelungen, die konzentrisch angeordnet tiefer liegen, fusionieren andere Materialen und Elemente. Im Kern des Sterns ist der Druck so hoch, dass die Materie sehr stark verdichtet ist, wobei auch die atomare Struktur-Integrität nicht mehr gewährleistet ist. Die Neutronen, die die Fusion in Gang halten sollen, werden viel zu schnell gebremst und zu schweren atomaren Strukturen vorzeitig gebunden. Anders sieht die Situation in der Sternen-Mantel-Schicht, die von dem Kern mehr oder weniger entfernt ist. Die Entfernung von dem Sternenkern wird durch die Größe und Masse des Sterns bestimmt. Auf jeden Fall ist der Fusions-Mantel eines Sterns sehr heiß und relativ dünn, was auch eine sehr lange „Verbrennung“ gewährleistet. Der Fusions-Mantel bleibt nicht stets gleich groß. Er ändert seine Größe und Form mit dem Alterungsprozess des Sterns und kann instabil werden. Er spielt auch eine große Rolle bei Supernova-Explosion. Wenn der Stern instabil wird, als erstes wird dieser Mantel sich selbst und die Schichten darüber sprengen. Weil der Mantel während der Explosion auch nach innen sich ausbreitet, komprimiert er die Materie des Sterns in Richtung des Kerns. Deswegen bleiben nach einer Supernova Explosion, deutlich kleinere Überreste vom Stern zurück. Erstens wird das Material über den Mantel weggesprengt und zweitens das darunter liegende wird durch die Druckerhöhung weitgehend stark komprimiert.Inside the sun, fusion reactions take place at around 15 million degrees. Under the conditions on Earth, the plasma is enclosed by strong magnetic fields at temperatures of over 100 million degrees and at extremely low density (approx. 250,000 times thinner than the Earth's atmosphere). What the magnetic fields try to achieve on Earth is not necessary on the stars. There the plasma is compressed very strongly by the unimaginably large star mass and the gravitational forces acting on this mass. The highly heated plasma that causes fusion is located primarily in a mantle, more or less close to the star's core, depending on the size of the star. The fusion does not take place in the core of the star, as previously assumed, but in a shell that is located between the core and the surface. If fusion only took place in the core, then all stars would be of similar size and there would be no very large or small stars. Each star has its nuclear fusion envelope at a different distance from the star center. The jacket is created where there is the balance between pressure and temperature that is necessary for hydrogen fusion. More Sheaths that are arranged concentrically deeper fuse other materials and elements. In the core of the star, the pressure is so high that the matter is very compressed, and the atomic structural integrity is no longer guaranteed. The neutrons that are supposed to keep fusion going are slowed down far too quickly and prematurely bound into heavy atomic structures. The situation is different in the star mantle layer, which is more or less distant from the core. The distance from the star's core is determined by the size and mass of the star. In any case, the fusion mantle of a star is very hot and relatively thin, which also ensures a very long “burn”. The fusion shell does not always remain the same size. It changes size and shape as the star ages and can become unstable. It also plays a big role in supernova explosion. If the star becomes unstable, the first thing this mantle will do is rupture itself and the layers above it. Because the mantle also expands inward during the explosion, it compresses the star's matter toward the core. That's why after a supernova explosion, significantly smaller remnants of the star remain. Firstly, the material above the jacket is blasted away and secondly, the material underneath is largely strongly compressed by the increase in pressure.
Was dem Fusion angeht, auf der Erde sieht die Situation anders aus. Hier wird von Ingenieuren und Wissenschaftlern versucht, die leichten Kerne (vorzugsweise Wasserstoff-Isotopen) durch starkes Aufheizen und Magnetfeld-Einschluss zum Schmelzen zu bringen. Es ist eine Reihe von Fusionsreaktionen zwischen leichten Kernen denkbar. In der ersten Generation zukünftiger Fusionsleistungsreaktoren wird die Deuterium-Tritium Reaktion zur Anwendung kommen, die eine vergleichsweise hohe Fusionsleistungsdichte bietet: Der Kern des schweren Wasserstoffs Deuterium (ein Proton, ein Neutron) fusioniert mit dem Kern des überschweren Wasserstoffs Tritium (ein Proton, zwei Neutronen) zum Helium-4-Kern, dem sog. -Teilchen (zwei Protonen, zwei Neutronen) unter Aussendung eines Neutrons. Dabei wird ca. viermal soviel Energie pro Nukleon frei wie bei der Spaltung eines Urankerns. 80% dieser Energie ist an das Neutron gebunden, das als neutrales Teilchen den magnetischen Käfig ungehindert verlassen kann. Durch Abbremsung der Neutronen im Strukturmaterial und in der Ummantelung der Plasmakammer, dem sog. Blanket entsteht Wärme, die über einen konventionellen Dampfkreislauf in Elektrizität umgewandelt wird. Das Teilchen überträgt kinetische Energie durch Wechselwirkung mit Plasmateilchen und trägt somit zur Aufheizung des Plasmas bei. Bei bestimmten physikalischen Bedingungen reicht diese -Heizung alleine aus, um das Plasma auf Betriebstemperatur zu halten. Diesen Betriebszustand nennt man „Zündung“.As far as fusion is concerned, the situation on Earth is different. Here, engineers and scientists are trying to melt the light nuclei (preferably hydrogen isotopes) through strong heating and magnetic field confinement. A number of fusion reactions between light nuclei are conceivable. The first generation of future fusion power reactors will use the deuterium-tritium reaction, which offers a comparatively high fusion power density: the core of the heavy hydrogen deuterium (one proton, one neutron) fuses with the core of the superheavy hydrogen tritium (one proton, two neutrons ) to the helium-4 nucleus, the so-called particle (two protons, two neutrons) with the emission of a neutron. Approximately four times as much energy is released per nucleon as when a uranium nucleus splits. 80% of this energy is bound to the neutron, which, as a neutral particle, can leave the magnetic cage unhindered. By braking the neutrons in the structural material and in the jacket of the plasma chamber, the so-called blanket, heat is generated, which is converted into electricity via a conventional steam cycle. The particle transfers kinetic energy through interaction with plasma particles and thus contributes to the heating of the plasma. Under certain physical conditions, this heating alone is sufficient to keep the plasma at operating temperature. This operating state is called “ignition”.
Die heute weltweit grössten Anlagen nach dem Tokamak-Prinzip sind der Joint Eruopean Torus (JET) in Culham / Großbritannien und ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) in Frankreich, der seit 2007 gebaut und ca. Mai 2043 fertiggestellt wird. Generelles Ziel ist die experimentelle Bestätigung der Theorie der Kernfusion und der Realisierbarkeit der Energiegewinnung aus der Fusionsreaktion. JET ist seit 1983 in Betrieb und heute in der Lage, für kurze Zeit eine Leistung von 17 MW zu erzeugen, das entspricht ca. 70 % der für die Aufheizung des Plasmas aufgebrachten Leistung. Allerdings eine positive Energie-Bilanz schafft er leider nicht.The world's largest systems based on the tokamak principle today are the Joint Eruopean Torus (JET) in Culham / Great Britain and ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) in France, which has been built since 2007 and will be completed around May 2043. The general goal is to experimentally confirm the theory of nuclear fusion and the feasibility of generating energy from the fusion reaction. JET has been in operation since 1983 and is now able to generate 17 MW of power for a short period of time, which corresponds to approximately 70% of the power used to heat the plasma. However, unfortunately it does not create a positive energy balance.
Parallel zum Tokamak, der Energie in langen Pulsen freisetzt, wird die „Stellarator“-Linie weiterentwickelt, die einen kontinuierlichen Plasmabetrieb ermöglicht. Unter Leitung des Max-Plank-Instituts für Plasmaphysik wird in Greifswald derzeit die Stellaratoranlage Wendelstein 7X errichtet.In parallel with the tokamak, which releases energy in long pulses, the “stellarator” line is being further developed, enabling continuous plasma operation. The Wendelstein 7X stellarator facility is currently being built in Greifswald under the direction of the Max Plank Institute for Plasma Physics.
Der Kernfusion liegt eine Reaktion zwischen zwei Wasserstoffisotopen, z.B. Deuterium und Tritium, zu Grunde: 2H + 3H = 4He2 + n. Bei dieser Reaktion wird, nach dem Gesetz für den Massendefekt von Albert Einstein, Energie frei. Um die Verschmelzung der Wasserstoffkerne zu Helium-Kernen zu starten, wird das Wasserstoffgas auf eine Temperatur von über 100 Millionen Grad Celsius erhitzt werden (200 Mio. Grad wurden schon erreicht). Zum Vergleich: Die Sonne hat auf ihrer Oberfläche eine Temperatur von 5500 C und in ihrem Inneren ca. 15.000.000 C. Es entsteht dabei ein so genanntes Plasma, ein Gemisch aus freien Wasserstoffionen und freien Elektronen.Nuclear fusion is based on a reaction between two hydrogen isotopes, e.g. deuterium and tritium: 2H + 3H = 4He2 + n. This reaction releases energy, according to Albert Einstein's mass defect law. In order to start the fusion of the hydrogen nuclei into helium nuclei, the hydrogen gas will be heated to a temperature of over 100 million degrees Celsius (200 million degrees has already been reached). For comparison: The sun has a temperature of 5500 C on its surface and around 15,000,000 C inside. This creates a so-called plasma, a mixture of free hydrogen ions and free electrons.
In einem Fusionsreaktor wird mit Plasmen in sehr kleinen Mengen gearbeitet, die aus nur 1g Wasserstoffionen besteht. Die thermische Energie des heißen 1 g-Wasserstoffplasmas reicht aus, um 100 kg Stahl auf 2000°C zu heizen und zu schmelzen.A fusion reactor works with very small amounts of plasma, which consists of just 1g of hydrogen ions. The thermal energy of the hot 1 g hydrogen plasma is enough to heat and melt 100 kg of steel to 2000°C.
Um mit diesen hohen Temperaturen arbeiten zu können werden die Plasmen und ihre thermische Abstrahlung mit Magnetfeldern, deren Stärke das 100.000 fache des Erdmagnetfeldes übersteigen, im Vakuum eingefangen. Die extrem hohe Temperatur ist notwendig, um die sehr niedrige lonendichte (ca. 10 hoch 14 Ionen / cm3) zu kompensieren.In order to be able to work with these high temperatures, the plasmas and their thermal radiation are captured in a vacuum using magnetic fields whose strength exceeds 100,000 times the earth's magnetic field. The extremely high temperature is necessary to compensate for the very low ion density (approx. 10 to the power of 14 ions/cm 3 ).
Bei den meisten Techniken treten energiereiche Neutronen auf. Da sie sich nicht durch Magneten auf eine definierte Bahn zwingen lassen, treffen sie auf das das Plasma umgebende Material und sind für dessen Verstrahlung verantwortlich. Sie werden aber dazu benutzt, um mit Lithium das meist benötigte Tritium herzustellen.Most techniques involve high-energy neutrons. Since they cannot be forced onto a defined path by magnets, they hit the material surrounding the plasma and are responsible for its radiation. But you will used to produce the most commonly needed tritium with lithium.
Prinzipiell kann man zwischen einigen Techniken der Kernfusion unterscheiden: Die Induzierte Trägheitsfusion, die Fusion mit magnetischem Einschluss, die kalte Kernfusion, die Gitter-Einschluss-Fusion, Projektil-Fusion und die Fusion aus der Teilchenbeschleunigertechnik.In principle, one can distinguish between several techniques of nuclear fusion: induced inertial fusion, fusion with magnetic confinement, cold nuclear fusion, lattice confinement fusion, projectile fusion and fusion from particle accelerator technology.
Die Methode, um die Fusion mit magnetischem Einschluss zu erzeugen findet in vielen Fusionsreaktoren Anwendung und wird in geschlossenen Vakuumkammern ausgeführt. Das Gas, bestehend aus Wasserstoff, Deuterium oder Tritium oder Kombinationen dieser Stoffe, wird in dieser Kammer auf 50 bis 400 Millionen Grad erhitzt und liegt dann als Plasma vor, d.h. das Gas ist vollständig ionisiert. Durch Magnetfelder wird das Plasma auf eine Bahn gezwungen, die verhindert, dass das Plasma die Wand berührt. Eine Berührung würde das Plasma augenblicklich abkühlen und der Fusion wäre unterbrochen. Unter hoher Temperatur kommt es schließlich zum thermonuklearen Brennen.The method of generating magnetic confinement fusion is used in many fusion reactors and is carried out in closed vacuum chambers. The gas, consisting of hydrogen, deuterium or tritium or combinations of these substances, is heated in this chamber to 50 to 400 million degrees and is then present as plasma, i.e. the gas is completely ionized. Magnetic fields force the plasma onto a path that prevents the plasma from touching the wall. A touch would instantly cool the plasma and fusion would be interrupted. Thermonuclear burning ultimately occurs at high temperatures.
Allgemein ergeben sich beim magnetischen Einschluss folgende Probleme:
- Durch die Schwierigkeiten beim Plasma-Einschluss und durch Verunreinigungen kommt es zu Energieverlusten. Durch Neutronenbeschuss wird das Reaktormaterial radioaktiv. Die extremen Bedingungen führen zu hohe Materialermüdung und damit zu hohen Kosten. Große gespeicherte Energiemengen in den Magnetfeldern und radioaktives Inventar stellen ein Gefahrenpotential dar. Der hohe Energiebedarf beim Betrieb durch die benötigte Heizung und Magnete (ca. 300 MW, was der Verbrauch einer mittleren Großstadt entspricht) rechtfertigt nicht mal Wiederholungen von solchen Versuche.
- Difficulties in plasma confinement and impurities lead to energy losses. The reactor material becomes radioactive through neutron bombardment. The extreme conditions lead to high material fatigue and therefore high costs. Large amounts of energy stored in the magnetic fields and radioactive inventory represent a potential danger. The high energy requirement for operation due to the required heating and magnets (approx. 300 MW, which corresponds to the consumption of a medium-sized city) does not even justify repeating such experiments.
Beim Magnetischen Einschluss gilt es noch, drei Reaktortypen zu unterscheiden:When it comes to magnetic confinement, it is important to distinguish between three reactor types:
- Stelleratoren- Stellerators
Hier ist das Reaktorgefäß ähnlich wie beim Tokamak eine ringförmige Röhre, also ein Torus. Das Plasma fließt hier im Kreis, wobei es durch geeignete Magnetfelder in sich verwunden wird, um Abstrahlungsverluste zu minimieren. Diese zusätzlichen Magnetfelder verkomplizieren die Technik des Reaktors. Auch erreicht man derzeit nicht den gewünschten Einschlussgrad, was den Produkt aus Druck mal Zeit entspricht. Der Stellerator ist aber für die Konstruktion eines energieliefernden Reaktors dadurch sehr interessant, da er sich zum kontinuierlichen Betrieb eignet.Here, the reactor vessel, similar to the tokamak, is a ring-shaped tube, i.e. a torus. The plasma flows in a circle, being twisted by suitable magnetic fields in order to minimize radiation losses. These additional magnetic fields complicate the reactor's technology. The desired degree of inclusion, which corresponds to the product of pressure times time, is currently not achieved. However, the actuator is very interesting for the construction of an energy-supplying reactor because it is suitable for continuous operation.
- Tokamak- Tokamak
Tokamak ist eine Abkürzung für die Russische Bezeichnung von Toroidkammer im Magnetfeld. Beim Tokamak handelt es sich um einen Torus, in dem das Plasma im Kreis fliesst. Über äußere Spulen wird ähnlich wie bei einem Transformator ein Strom im Plasma induziert. Durch diesen Strom werden die Abstrahlungsverluste minimiert, so dass kein Magnetfeld für die Verwindung des Plasmas notwendig wird. Zusätzlich stellt der Strom im Plasma eine Heizmethode dar. Mit den Tokamaks ist man den Bedingungen für selbsterhaltendes thermonukleares Brennen bisher am nächsten gekommen, was vielleicht aber auch daran liegt, dass hier die intensivsten Forschungen getätigt werden. Als Hauptnachteil des Tokamak ist zu nennen, dass er sich nicht für einen kontinuierlichen Betrieb eignet, sondern regelmäßig wieder neu mit Plasma aufgeladen werden muss, was auch eine extreme Belastung der Anlage ausmacht.Tokamak is an abbreviation for the Russian name for toroid chamber in the magnetic field. The tokamak is a torus in which the plasma flows in a circle. A current is induced in the plasma via external coils, similar to a transformer. This current minimizes radiation losses so that no magnetic field is necessary to twist the plasma. In addition, the electricity in the plasma represents a heating method. Tokamaks are the closest we have come to the conditions for self-sustaining thermonuclear burning, but this may also be because the most intensive research is being carried out here. The main disadvantage of the tokamak is that it is not suitable for continuous operation, but must be regularly recharged with plasma, which also places extreme strain on the system.
- Spiegelmaschinen- Mirror machines
Das Reaktorgefäß bildet eine gerade Röhre. An den Enden wird das Plasma durch entsprechende Magnetfelder in seiner Flussrichtung reflektiert. Bei der Reflexion an dem Ende kommt es zu erhöhten Energieverlusten.The reactor vessel forms a straight tube. At the ends, the plasma is reflected in its flow direction by corresponding magnetic fields. Reflection at the end results in increased energy losses.
- MIGMA-Konzept- MIGMA concept
Bei dem MIGMA-Verfahren werden aus einem Teilchenbeschleuniger Teilchen (z.B. Deuteronen und Trionen) wiederholt zur Kollision gebracht und verschmelzen. Es ist mit diesem Konzept auch eine Fusion zwischen Protonen und dem Bor-11 Isotops möglich. Es entstehen vier energiereiche Alphateilchen (4He2+). Das besondere an diesem Ansatz ist, dass kein radioaktives und toxisches Tritium benötigt wird und keine Neutronen entstehen, welche für die unerwünschte Radioaktivität verantwortlich sind. Hauptproblem bei dieser Technik sind laut KfK die Energieverluste der Teilchen durch die entstehende Synchrotronstrahlung. Leider wird diese von einigen Physikern für genial gehaltene Technik weltweit ignoriert. Es werden zur Weiterentwicklung trotz ansehnlicher Anfangserfolge in den 70 Jahren nicht genügend Fördermittel zur Verfügung gestellt. Grund hierfür könnte sein, dass bei dieser Reaktion keine energiereichen Neutronen entstehen, die zu dem sehr interessanten Nebenprodukt, dem spaltbaren Material, führen.In the MIGMA process, particles (e.g. deuterons and trions) are repeatedly brought into collision from a particle accelerator and fuse. With this concept, a fusion between protons and the boron-11 isotope is also possible. Four high-energy alpha particles (4He2+) are created. The special thing about this approach is that no radioactive and toxic tritium is required and no neutrons are produced, which are responsible for unwanted radioactivity. According to KfK, the main problem with this technology is the energy losses of the particles due to the resulting synchrotron radiation. Unfortunately, this technology, which some physicists consider to be ingenious, is ignored worldwide. Despite considerable initial successes over the 70 years, not enough funding has been made available for further development. The reason for this could be that this reaction does not produce high-energy neutrons, which lead to the very interesting byproduct, the fissile material.
- Induzierte Trägheitsfusion- Induced inertial fusion
Ein Gemisch aus Deuterium und Tritium wird von einer kleinen kugelförmigen Hülle umgeben. Diese 1mm großen Kügelchen (Pellets) werden im Vakuum mit einem Hochenergielaser oder einem Leicht- oder Schwerionenstrahl beschossen. Bei der so herbeigeführten Implosion wird das Wasserstoffgemisch auf ein fünfzigstel seines Volumens komprimiert. Die extreme Erhitzung lässt das fusionierende Plasma entstehen. Durch Simulationen ließ sich ermitteln, dass der thermonukleare Energieausstoß typischerweise das Hundertfache der Laserenergie beträgt. Hauptproblem ist die Konstruktion der benötigten kurzwelligen Hochenergielaser bzw. Beschleuniger. Des Weiteren entstehen auch hier hochenergetische Neutronen. Die Konstruktion eines energiegewinnenden Reaktors, der z.B. zehn Pellets pro Sekunde zünden würde, wäre denkbar.A mixture of deuterium and tritium is surrounded by a small spherical shell. These 1mm beads (pellets) are created in a vacuum using a high-energy laser or a Light or heavy ion beam bombarded. During the implosion caused in this way, the hydrogen mixture is compressed to one fiftieth of its volume. The extreme heating creates the fusion plasma. Simulations have shown that the thermonuclear energy output is typically a hundred times the laser energy. The main problem is the construction of the required short-wave high-energy lasers or accelerators. Furthermore, high-energy neutrons are also created here. The construction of an energy-generating reactor that would, for example, ignite ten pellets per second would be conceivable.
- Kalte Kernfusion- Cold nuclear fusion
Die Reaktion wurde aus theoretischen Überlegungen schon in den vierziger Jahren von F. Frank und Andrej D. Sacharov vorhergesagt und 10 Jahre später durch einen Zufall von Luis W. Alvarez experimentell „nachgewiesen“. Bei der kalten Kernfusion oder auch Myon -katalysierten kalten Kernfusion kann man die hohen Temperaturen und riesigen Versuchsaufbauten umgehen. Die kalte Kernfusion läuft bei Temperaturen ab 13 bis über 1000 Kelvin in festen, flüssigen oder gasförmigen Medien ab. Die Reaktion kann in einer einfachen mit Tritium und Deuterium gefüllten Kammer durchgeführt werden. Hierzu lässt man negative Myonen in die Kammer eindringen. Die Myonen stellen durch besondere Stoßprozesse enge Bindungen zwischen den Wasserstoffmolekülen her. Die so myonisch gebundenen Kerne verschmelzen und es wird Energie in Form von Wärme frei. Die Myonen werden dabei wieder freigesetzt und können unter bestimmten Bedingungen weitere Fusionen katalysieren. Myonen kann man künstlich mit Hilfe von Teilchenbeschleunigern erzeugen. Damit ein Myon mehrere Kernfusionen katalysieren kann, sind hohe Energien für dessen Erzeugung notwendig. Soweit die Theorie. Eine Umsetzung in der Praxis ist jedoch bis heute noch nicht erfolgreich absolviert worden und es gibt zumindest keine wirtschaftlich funktionierenden Reaktoren.The reaction was predicted from theoretical considerations in the 1940s by F. Frank and Andrej D. Sakharov and 10 years later, by chance, it was “proven” experimentally by Luis W. Alvarez. With cold nuclear fusion or muon-catalyzed cold nuclear fusion, the high temperatures and huge experimental setups can be avoided. Cold nuclear fusion takes place at temperatures from 13 to over 1000 Kelvin in solid, liquid or gaseous media. The reaction can be carried out in a simple chamber filled with tritium and deuterium. To do this, negative muons are allowed to penetrate the chamber. The muons create tight bonds between the hydrogen molecules through special collision processes. The muonically bound nuclei fuse and energy is released in the form of heat. The muons are released again and can catalyze further fusions under certain conditions. Muons can be created artificially using particle accelerators. In order for a muon to catalyze multiple nuclear fusions, high energies are required for its generation. So much for the theory. However, implementation in practice has not yet been successfully completed and there are at least no economically functioning reactors.
Mit der kalten Fusion haben sich auch die Chemiker Martin Fleischmann und Stanley Pons beschäftigt und am 23.03.1989 im Rahmen einer Pressekonferenz bekannt gegeben, dass sie einen Kaltfusions-Reaktor gebaut und erfolgreich getestet haben. Allerdings wurde dieses technische Wunder nicht bestätigt. Auch die beiden Chemiker könnten vor Zeugen keine Wärmeüberschuss bei dem gebauten Reaktor nachweisen. Die kalte Fusion ist zurzeit nur für die Grundlagenforschung interessant. Es gibt bis heute keine reproduzierbare Versuchsanordnung mit positiver Energiebilanz.The chemists Martin Fleischmann and Stanley Pons also worked on cold fusion and announced at a press conference on March 23, 1989 that they had built and successfully tested a cold fusion reactor. However, this technical miracle has not been confirmed. The two chemists were also unable to demonstrate any excess heat in the built reactor in front of witnesses. Cold fusion is currently only of interest for basic research. To date, there is no reproducible experimental setup with a positive energy balance.
Bei der Kernfusion besteht bis jetzt die große technische Herausforderung, die zu überwinden ist, nämlich die Energiebilanz. Leider wird mehr Energie benötigt, um die Reaktion ablaufen zu lassen, als später Energie frei gesetzt wird.The major technical challenge that has to be overcome in nuclear fusion is the energy balance. Unfortunately, more energy is required to make the reaction occur than energy is released later.
In Südfrankreich entsteht gerade der größte Fusionsreaktor der Welt, der ITER. Hier wird die Tokamak-Technologie angewendet. Die Inbetriebnahme soll ca. 2025 sein. Es ist ein gigantisches Bauvorhaben, das extrem teuer ist. Vor allem ist die Wirtschaftlichkeit fraglich.The world's largest fusion reactor, ITER, is currently being built in southern France. Tokamak technology is used here. Commissioning is scheduled for around 2025. It is a gigantic construction project that is extremely expensive. Above all, the economic viability is questionable.
Es gibt vermehrt Überlegungen und zahlreiche experimentelle Versuche den Fusion mit deutlich weniger Energie anlaufen zu lassen. Die Befürworter bringen die Vorteile zum Vorschein: sichere, kleinere und stabilere Reaktoren. Solche Prozesse und Reaktoren werden oft KaltFusion-Maschinen oder Kalt-Fusionsreaktoren genannt. Wie bereits beschrieben, werden dort werden spezielle Katalysatoren verwendet, die eine Fusion von Deuterium- und Tritium (beide Wasserstoff-Isotope) ermöglichen sollen. Allerdings trotz Bemühungen (und einige Fehlinterpretationen, wie das von Fleischmann und Pons) von weltweit engagierten Wissenschaftlern ist noch kein einziger wirklich funktionierender Reaktor zustande gekommen. Auch eine Reproduzierung der Ergebnisse ist nicht erfolgreich absolviert worden. Das Problem liegt leider in den theoretischen Ansätzen und in den Ausführungs-Methoden. Trotz manchmal beachtlichen Leistung und tollen katalytischen Effekten der Katalysatoren, es ist nicht so einfach die notwendige Anlauf-Energie zu umgehen, die eine Kernfusion braucht. Trotzdem auch die Kaltfusion mit dem richtigen Equipment und eine exakte Einstellung der Komponenten könnte funktionieren. Allerdings es sind dafür andere Stoffe und eine komplett andere Konstruktion notwendig, als die bisher in Versuchsanlagen verwendet wurden.There are increasing considerations and numerous experimental attempts to start fusion with significantly less energy. Proponents highlight the advantages: safer, smaller and more stable reactors. Such processes and reactors are often called cold fusion machines or cold fusion reactors. As already described, special catalysts are used there that are intended to enable deuterium and tritium (both hydrogen isotopes) to fuse. However, despite efforts (and some misinterpretations, such as that of Fleischmann and Pons) by scientists worldwide, not a single truly functioning reactor has yet been built. A reproduction of the results was also not successful. Unfortunately, the problem lies in the theoretical approaches and the implementation methods. Despite sometimes remarkable performance and great catalytic effects of the catalysts, it is not so easy to avoid the necessary start-up energy that nuclear fusion requires. Nevertheless, cold fusion with the right equipment and precise adjustment of the components could also work. However, this requires different materials and a completely different construction than those previously used in test facilities.
Bekannt sind auch zahlreiche Versuche, mit Hilfe von Ultraschall in eine Flüssigkeit (z.B. Wasser oder Aceton) Sono-Lumineszenz zu erzeugen. Diese Prozesse sind schon aus Anfang des 20-ten Jahrhunderts bekannt. Mit Ultraschall kann man tatsächlich Kavitationsblasen in Flüssigkeit erzeugen, die dann recht schnell kollabieren und dabei Lichtblitze senden. Diese Lichtblitze können direkt beobachtet werden oder durch Hochgeschwindigkeitskameras aufgenommen werden. Die ca. 0,2mm großen Blasen kollabieren dabei mit einer Geschwindigkeit von ca. 30m/s. Es gibt zahlreiche Behauptungen, durch solche Verfahren eine Art Sono-Fusion erzeugen zu können. Leider es gibt dafür keinen wissenschaftlichen Belegen.Numerous attempts are also known to produce sono-luminescence in a liquid (e.g. water or acetone) using ultrasound. These processes are already known from the beginning of the 20th century. Using ultrasound, you can actually create cavitation bubbles in liquid, which then collapse quite quickly, sending out flashes of light. These flashes of light can be observed directly or captured by high-speed cameras. The approximately 0.2mm large bubbles collapse at a speed of approximately 30m/s. There are numerous claims that such procedures can create a kind of sono-fusion. Unfortunately there is no scientific evidence for this.
Einen Fusions-Reaktor zu bauen, der in kontrollierte Form arbeitet und mehr Energie liefert, als er verbraucht, ist heutzutage eine sehr wichtige Aufgabe der Wissenschaftler und Forscher. Auch US-NAVY macht Versuche in der Richtung. Ein zwar ziemlich utopisches und abstrakt formuliertes Patent, das im Jahr 2019 erschien und von deren Wissenschaftlern kommt, zeigt, dass sie an der Sache interessiert sind. Allerdings zeigt das Patent-Dokument keinen funktionierenden Fusions-Reaktor.Building a fusion reactor that works in a controlled manner and delivers more energy than it consumes is a very important task for scientists and researchers today. The US Navy is also making attempts in this direction. A rather utopian and abstractly formulated patent, which appeared in 2019 and comes from their scientists shows that they are interested in the matter. However, the patent document does not show a functioning fusion reactor.
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 Scheiben, die auf bis ca. 6km/s durch Gasdruck-Röhren oder Kanonen beschleunigt werden, die auf einem würfelförmigen Target mit ca. 1 cm Kantenlänge, die drin jeweils zwei Kammer mit Deuterium und Tritium eingeschlossen 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 asymmetrische, paarweise 83°-Anordnung einbaut, kann die Neutronen-Emission deutlich gesteigert werden.In order to get fusion processes going, ideas were put forward decades ago to shoot ultra-fast projectiles at targets that were filled with deuterium and tritium. Such projectiles that impact a target at high speed have been used for several years. In recent years, experiments have been carried out with the collision of disks, which are accelerated to up to approx. 6 km/s by gas pressure tubes or cannons, which are placed on a cube-shaped target with an edge length of approx. 1 cm, which has two chambers each with deuterium and tritium , bounce. A collision compresses the gases into a hot plasma, causing the atoms to partially fuse. In the first experiments, around 50 neutrons were generated per shot. If one were to optimize the shape of the target and no longer use the targets in cube shape, but rather a pyramidal construction with 16 edges and a ratio of 1:1.24, in which one would use a 4-chamber construction with asymmetrical, pairwise 83° -Arrangement, the neutron emission can be increased significantly.
Aus dem Stand der Technik wird leider keine Lösung für einen Fusionsreaktor präsentiert, die eine positive Energie-Bilanz liefern soll.Unfortunately, the state of the art does not present a solution for a fusion reactor that is intended to provide a positive energy balance.
Der in den Patentansprüchen 1 bis 48 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Projektil-Waffe zu schaffen, die in der Lage ist, mit relativ niedrigem Input-Energie-Niveau eine Kernfusion von fusionsfähigen, leichten Atomen zu bewirken und damit ein Projektil aus dem Waffen-Lauf zu beschleunigen.The invention specified in
Dieses Problem wird durch Projektil-Waffe mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 bis 48 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.This problem is solved by projectile weapons with the features of
Vorteile der Erfindung sind:
- - Hohe Reichweite,
- - Energie-Erzeugung für den Abschuss aus primäre Energie-Quellen, die reichlich in Natur-Ressourcen vorhanden sind,
- - relativ kompakt gebaut und auch für mobile Militär-Kriegsgeräte einsetzbar,
- - keine Kontamination der Luft durch Treibmittel-Abgase (hier fehlen sie),
- - große Zerstörungskraft bei minimalem Gewicht der Projektile.
- - Long range,
- - Energy generation for firing from primary energy sources that are abundant in natural resources,
- - relatively compact and can also be used for mobile military equipment,
- - no contamination of the air by propellant exhaust gases (they are missing here),
- - great destructive power with minimal weight of the projectiles.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der
-
1 eine Ausführung mit Elektromagnetspulen, die ein Piston beschleunigen und in eine Hochdruckkammer drücken, -
2 eine Ausführung mit zwei Pistons und zwei Hochdruckkammer, die jeweils mit D2O und T2O gefüllt sind, -
3 eine sehr einfache und kompakte Ausführung mit einer Schwungscheibe, -
4 eine weitere kompakte Variante mit der rotierenden Schwungscheibe und zwei durch Zentrifugalkraft ausfahrbaren Klemmen auf der Perimeter-Fläche, -
5 eine Ausführung mit zwei gegenläufig angeordnete Schwungscheiben, -
6 eine Variante mit einer Brennkammer und Knallgas-Explosion, -
7 Projektile mit Gefechtsköpfen ausgestattet, die auf ähnlicher Weise im Einschlagpunkt, eine Thermonukleare-Detonation im Gang setzen, -
8 die Ausrichtung der Schwer-Wasser-Moleküle im elektrischem Feld, -
9 die Montage der Waffe auf einem militärfahrzeug, -
10den Kollisionspunkt der Fluidstrahlen, -
11 eine Darstellung des Fluidstrahls.
-
1 a version with electromagnetic coils that accelerate a piston and push it into a high-pressure chamber, -
2 a version with two pistons and two high-pressure chambers, each filled with D 2 O and T 2 O, -
3 a very simple and compact design with a flywheel, -
4 another compact variant with the rotating flywheel and two clamps on the perimeter surface that can be extended by centrifugal force, -
5 a version with two flywheels arranged in opposite directions, -
6 a variant with a combustion chamber and oxyhydrogen explosion, -
7 Projectiles equipped with warheads that similarly set off a thermonuclear detonation at the point of impact, -
8th the alignment of the heavy water molecules in the electric field, -
9 mounting the weapon on a military vehicle, -
10den collision point of the fluid jets, -
11 a representation of the fluid jet.
Die Erfindung setzt statt Explosive Stoffe, eine andere Treibmittel-Art für die Beschleunigung des Projektils, ein. Das Projektil wird nicht durch konventionelle Treibmittel abgeschossen, sondern die Treibkraft wird durch Kernfusions-Energie freigesetzt. Die Energie wird nicht in Strom oder andere Energie-Arten umgewandelt, sondern direkt für das Antreiben des Projektils benutzt. Die Erfindung funktioniert mit Kernfusions-Energie, die einen Druck in dem Waffenlauf aufbaut und das Projektil sehr stark beschleunigt. Für die Kernfusion der Wasserstoff-Isotope werden stark beschleunigte Fluidstrahlen, die miteinander kollidieren und durch deren kinetische Energie eine geringe Anzahl an Atomen zum Fusion bringen. Eine Fusions-Kammer ist direkt mit dem Waffenlauf druckübertragend verbunden und der Druck, der durch kontrollierte Nukleare-Fusion entsteht, dehnt die Rest-Menge der zerstäubten Fluides und des Lufts drin extrem schnell und sehr stark. Das erzeugt einen extrem hohen Druck in dem Waffen-Rohr (Lauf) und treibt das Projektil mit ausreichend DruckEnergie zum Abschuss an. Neu ist bei der Erfindung, die Nutzung der Kernfusions-Energie als Treibmittel für den Projektil-Abschuss aus der Waffe. Bei einer weiteren Ausführung der Waffe, werden auch die Projektile mit Kernfusions-Kammer ausgestattet, die im Einschlags-Ort eine kleine thermonukleare Detonation bewirkt, die zwar verglichen mit nuklearen Bomben eine viel geringere Sprengkraft freisetzt, aber dennoch mit großen konventionellen Bomben mithalten kann.Instead of explosive substances, the invention uses a different type of propellant to accelerate the projectile. The projectile is not launched using conventional propellants, but rather the propellant force is released using nuclear fusion energy. The energy is not converted into electricity or other types of energy, but is used directly to power the projectile. The invention works using nuclear fusion energy, which builds up pressure in the gun barrel and greatly accelerates the projectile. The nuclear fusion of hydrogen isotopes requires highly accelerated fluid jets that collide with each other and use their kinetic energy to cause a small number of atoms to fuse. A fusion chamber is directly connected to the weapon barrel to transmit pressure and the pressure created by controlled nuclear fusion expands the remaining amount of atomized fluid and air inside extremely quickly and very strongly. This creates extremely high pressure in the weapon barrel (barrel) and drives the projectile with sufficient pressure energy to fire. What is new in the invention is the use of nuclear fusion energy as a propellant for firing projectiles from the weapon. In a further version of the weapon, the projectiles are also equipped with a nuclear fusion chamber, which causes a small thermonuclear detonation at the point of impact, which, although it releases a much lower explosive power compared to nuclear bombs, can still keep up with large conventional bombs.
Energie aus der Materie zu gewinnen, durch Kernphysik-Prozesse wie Kernspaltung oder Kernfusion ist nichts Neues. Diese Prozesse finden seit Anbeginn der Zeit in der Natur / Kosmos statt. Jeder Stern ist sozusagen ein Kernreaktor, in dem leichte Elemente zu schweren fusionieren und dabei enorm viel Energie freigeben. Das Wissen, diese Prozesse auch künstlich zu erzeugen besitzt die Menschheit seit über 75 Jahren. Zwei bedeutungsvolle Prozesse sind seit dieser Zeit bekannt: Kernspaltung und Kernfusion. Während Kernspaltung wird vielmehr Energie freigesetzt, als durch chemische Vorgänge möglich ist. Die Kernfusion liegt noch eine Stufe höher in Energie-Freisetzung. Ganz an der Spitze der Energie-Ergiebigkeit und Freisetzung kommt der Prozess der Materie-Annihilation. Während bei Kernfusion ca. 3-5% der Materie in Energie umgewandelt wird (was trotzdem sehr viel ist), wird bei der Annihilation die Materie fast zu 100% in Energie umgewandelt und deshalb ist hier die Energie-Ausbeute am höchsten. Dabei treffen sich Atomen der Materie und Antimaterie auf einander und lösen die Reaktion aus.Obtaining energy from matter through nuclear physics processes such as nuclear fission or nuclear fusion is nothing new. These processes have been taking place in nature/cosmos since the beginning of time. Every star is, so to speak, a nuclear reactor in which light elements fuse to form heavy ones, releasing enormous amounts of energy. Humanity has had the knowledge of how to create these processes artificially for over 75 years. Two important processes have been known since this time: nuclear fission and nuclear fusion. During nuclear fission, more energy is released than is possible through chemical processes. Nuclear fusion is a step higher in terms of energy release. At the very top of energy yield and release comes the process of matter annihilation. While in nuclear fusion around 3-5% of the matter is converted into energy (which is still a lot), in annihilation almost 100% of the matter is converted into energy and therefore the energy yield is highest here. Atoms of matter and antimatter meet each other and trigger the reaction.
Der Fusionsreaktor hier, wird als Hochdruck-Generator für die Beschleunigung von Projektilen in eine Projektil-Waffe benutzt. Für die Fusion der Atomkerne wird die kinetische Energie der Hochgeschwindigkeits-Fluidstrahlen, welche Wasserstoff-Isotope enthalten, die miteinander kollidieren, eingesetzt. In dem Kollisionspunkt der Fluidstrahlen wird eine geringe Anzahl der Atome der Wasserstoff-Isotopen miteinander fusionieren und eine enorm hohe Energie freisetzten, die die Restmengen des Fluides in Form von Fluid-Nebel und Luft extrem schnell erhitzt und diese zu einer explosionsartigen Expansion verleitet. Dadurch werden sehr hohe Druckwerte generiert, die ein Projektil aus einem Waffen-Lauf abschießen können. Je nach Reaktor-Konstruktion und Leistung kann ein Projektil deutlich höhere Reichweite haben, als das mit konventionellen Treibmitteln möglich ist. Um den Druck weiter zu erhöhen kann zusätzlich Wasser durch eine Düse in die Reaktor-Kammer eingespritzt werden. Auch das Wasser wird dabei enorm stark erhitzt und in Plasma-Zustand eine Druckwelle erzeugen.The fusion reactor here is used as a high pressure generator for accelerating projectiles into a projectile weapon. The kinetic energy of high-speed fluid jets containing hydrogen isotopes that collide with each other is used to fuse the atomic nuclei. At the collision point of the fluid jets, a small number of the atoms of the hydrogen isotopes will fuse with one another and release an enormous amount of energy, which will heat the remaining amounts of the fluid in the form of fluid mist and air extremely quickly and cause them to expand explosively. This generates very high pressure values that can fire a projectile from a weapon barrel. Depending on the reactor design and performance, a projectile can have a significantly greater range than is possible with conventional propellants. To further increase the pressure, additional water can be injected into the reactor chamber through a nozzle. The water is also heated enormously and creates a pressure wave in a plasma state.
Für die Erzeugung der Flüssigkeitsstrahlen werden ein paar Techniken verwendet, die nicht viel Energie verbrauchen und dennoch sehr effizient die Flüssigkeit aus einer Hochdruckkammer beschleunigen. A few techniques are used to generate the liquid jets that do not consume a lot of energy and yet are very efficient in accelerating the liquid from a high-pressure chamber.
Eine relativ einfache Technik, wäre mit Hilfe von Massenkörper, die im freien Fall herabgelassen werden, den Hochdruck zu erzeugen. Die Potentiale Energie einer Masse wird in kinetischer Energie beim freien Fall übergehen und diese wird für die Hochdruckerzeugung benutzt. Wenn eine Masse aus fast nicht verformbarem Material auf einem Piston aufschlägt, dann gibt sie augenblicklich eine enorm große Energie frei, die auf die Flüssigkeit übertragen wird und einen sehr hohen Druck erzeugt. Allerdings könnte diese Technik nur für stationäre Waffensysteme verwendet werden. Für mobile Waffen-Systeme ist es vollkommen ungeeignet.A relatively simple technique would be to generate high pressure using mass bodies that are lowered in free fall. The potential energy of a mass is converted into kinetic energy during free fall and this is used to generate high pressure. When a mass of almost non-deformable material hits a piston, it immediately releases an enormous amount of energy, which is transferred to the liquid and creates a very high pressure. However, this technology could only be used for stationary weapon systems. It is completely unsuitable for mobile weapon systems.
Eine weitgehend geeignetere Technik, für die Hochdruckerzeugung ist mit Hilfe von Elektromagnetspulen 3 ein Piston 1 zu beschleunigen und in eine Hochdruckkammer 2 zu drücken. Weil der Druck nicht langsam steigend sondern von Anfang an, sehr hoch sein sollte, kann man einen Massenkörper 4 durch den Elektromagneten 3 stark beschleunigen und den dann gegen das Piston 1 aufprallen lassen (
Die Hochdruckkammer 2, in der das Piston 1 eingebaut ist, sowie der Piston selbst, sind aus sehr hartem Material gebaut und können recht hohe Druckwerte standhalten. Gehärteter Stahl würde dabei vermutlich nicht ausreichen, aber Titan-Legierungen oder neuartige Kohlestoff-Nano-Konstruktionen wären dafür gut geeignet. Das Piston soll so leicht und zeitgleich stabil wie möglich gebaut sein. Neue Materialien oder Verbundstoffe erfüllen diese Voraussetzungen. Es sind seit einigen Jahren zahlreiche neue Stoffe dazu gekommen, die härter als Diamant sind. Z.B. Graphen und Carbin zählen dazu. Jedes Jahr werden neue Materialien erfolgreich getestet und hergestellt, die weit härter als Diamant sind. Genau solche Materialien werden hier gut gebraucht.The high-
Im Aufprallpunkt / Kollisionspunkt 9 der beiden Flüssigkeitsstrahlen 8 (Fluidstrahlen) findet teilweise eine Kern-Fusion statt, die mit einem extrem hellen Blitz und Hitzestrahlung (bei Verwendung von Tritium auch Neutronenstrahlung) begleitet wird. Die Reaktor-Kammer 10 weist einen Reflektor 11 auf, der die Energie in dem Waffen-Lauf 12 bündelt. Die dabei freigesetzte Energie wird von der Gas-Mischung in die Reaktor-Kammer absorbiert, was zu einer raschen Ausdehnung führt. Die Gas-Mischung in die Reaktor-Kammer 10 beinhaltet Dampf 13 aus Fluidstrahlen-Rest-Material, das nicht fusioniert ist und Luft 14. Zusätzlich kann dabei auch Wasser in die Reaktor-Kammer zugefügt werden. Das Wasser absorbiert die Neutronen und erhitzt sich blitzschnell. Dieser Reaktor-Kammer-Inhalt explodiert augenblicklich durch die starke Strahlung, die aus der Fluidstrahlen-Kollisionspunkt 9 kommt, und es entsteht ein Plasma 15, das mit hoher Geschwindigkeit sich ausdehnt und in dem Waffen-Lauf eindringt und das Projektil 16 vorschiebt. Das Projektil wird stark beschleunigt aus dem Lauf 12 geschoben und seine Reise auf seinem Ziel antreten.At the impact point/
Die Flüssigkeitsstrahlen / Fluidstrahlen 8 in die Reaktor-Kammer können in kleinen Zeitabständen erneut abgegeben. Der Vorgang kann recht schnell widerholt werden, allerdings der Verschleiß der Bauteile ist enorm groß. insbesondere das Piston wird schnell abgenutzt, sodass es nach einigen Vorgängen ersetzt werden müsste. Deswegen wird der Piston nicht umschlossen eingebaut, sondern lediglich in die Hochdruckkammer gesteckt, sodass er leicht zu entfernen und gegen neues zu ersetzen ist. Außerdem ist der äußere Teil 17 des Pistons, das nicht in die Kammer eingeführt wird, etwas breiter geformt, sodass er ziemlich viel Kraft aushalten kann. Ein Führungsring oder Hohlzylinder außerhalb der Hochdruckkammer sorgt dafür, dass bei dieser extrem schnellen Hubbewegung des Pistons, die lineare Bewegung präzise beibehalten wird. Das Piston sieht wie ein Stift oder Bolzen aus und muss aus sehr hartem Material gebaut werden, ansonsten wird er umgeknickt oder gleich beim ersten Versuch verformt oder komplett zerstört. Durch den elektromagnetisch beschleunigten Massenkörper-Aufschlag wird der Fluidstrahl gleich von Anfang an sehr schnell und der Kernfusion kann teilweise in Gang gesetzt werden. Es reicht aus, wenn lediglich einige Milliarden Atome miteinander pro Fluidstrahl fusionieren, um genug Energie zu liefern, die den Energie-Output einer konventionellen Waffe bei weitem übersteigt.The liquid jets/
Mit Hilfe von starken Kondensatoren können beachtliche Stromimpulse an Elektromagnetspulen geliefert werden. Hier werden starke und hochkapazitive Kondensatoren aufgeladen und dann die ganze Energie in eine Elektromagnetspule mit wenigen, sehr dicken Windungen (oder Supraleitern) entladen. Das Piston befindet sich teilweise in die Spule und wenn sie aktiv wird, dann zieht die Spule das Piston voll ein. Dadurch wird die Flüssigkeit in die Hochdruckkammer stark unter Druck gesetzt. Das einzige Problem ist hier, die Stärke des Stroms und die Beschleunigung des Pistons. Das Piston muss augenblicklich schnell werden und es soll nicht die Flüssigkeit anfangs mit geringem Druck verdrängen. Für die Strom-Bereitstellung sind auch schnell drehende Schwungscheiben geeignet. Diese Methode wird seit Jahrzenten für Impulsstrom-Erzeugung in Forschungs-Reaktoren benutzt. Eine massive Schwungscheibe wird in schnelle Drehung versetz durch einen Elektromotor. Die Elektromagneten darunter werden erst dann geschaltet und die induzierte Energie aufnehmen, wenn der Piston gedrückt werden soll. Sobald die maximale Drehgeschwindigkeit der Schwungscheibe erreicht wurde, werden die Elektromagneten unter der Scheibe eingeschaltet und den durch die Scheibe induzierten Strom durch Supraleitertechnik in die Elektromagnetspule des Pistons geleitet werden. Diese induzierte elektrische Energie wird für die Pistonbewegung und Flüssigkeitsstrahlenerzeugung verwendet. Das Piston wird dann mit voller Kraft nach unten bewegt und den Druck auf die Flüssigkeit ausgeübt. Die Piston-Beschleunigung ist nicht so gut, wie bei der Variante mit dem Schlag-Bolzen, aber hier ist der Verschleiß deutlich geringer. Eine elektronische Steuerung regelt die Abläufe.With the help of strong capacitors, considerable current pulses can be delivered to electromagnetic coils. Here, strong and high-capacity capacitors are charged and then all the energy is discharged into an electromagnetic coil with a few, very thick turns (or superconductors). The piston is partially located in the coil and when it becomes active, the coil fully retracts the piston. This puts the liquid in the high pressure chamber under strong pressure. The only problem here is the strength of the current and the acceleration of the piston. The piston must become fast immediately and it should not initially displace the liquid with low pressure. Fast rotating flywheels are also suitable for providing electricity. This method has been used for decades to generate pulsed current in research reactors. A massive flywheel is set into rapid rotation by an electric motor. The electromagnets underneath are only switched and absorb the induced energy when the piston is to be pressed. As soon as the maximum rotational speed of the flywheel has been reached, the electromagnets under the disk are switched on and the current induced by the disk is conducted into the electromagnetic coil of the piston using superconductor technology. This induced electrical energy is used for piston movement and liquid jet generation. The piston is then moved down with full force and the pressure is applied to the liquid. The piston acceleration is not as good as the version with the striking bolt, but here the wear is significantly less. An electronic control regulates the processes.
Wenn Deuterium-Atome mit sehr hoher kinetischer Energie miteinander kollidieren, kann es zu den Fusions-Prozessen kommen. Die Berechnungen zeigen, dass um die Coulomb-Kräfte zu überwinden und zum Fusion von zwei Deuterium Ionen in Plasma-Zustand zu kommen, diese mit ca. 300km/s aufeinander prallen müssen. Diese Geschwindigkeit in Form von Fluidstrahlen zu erreichen, ist mit heutigen Mitteln nicht machbar. Mit heutiger Technologie sind Fluidstrahlen mit bis ca. 20km/s machbar. Allerdings für eine Fusion, wie in diese Erfindung bezweckt wird, reichen Fluidstrahl-Geschwindigkeiten ab 5km/s aus. Erstens, sind hier keine Ionen, die miteinander kollidieren, sondern Moleküle von D2O und T2O, die im Aufprallpunkt 9 elektrisch neutral sind. Erst durch die Zerstörung der chemischen Bindung kommt es zu Ionisierung der Atome. Allerdings auch das wird durch einen Elektronen-Zufluss aus einem Elektronen-Strahlen-Emitter (Elektronen-Strahl-Kanonen, Kathoden-Strahlrohre) 20 oder Elektroden ausgeglichen. Hinzu kommt, dass viele Atom-Gruppen einzelne Deuterium-Atome weitgehend über die Fluidstrahlengeschwindigkeit katapultieren. Solche Atome im überschnellen kinetischen Zustand können leichter zum Fusion kommen, wenn sie gegen weitere Deuterium-Atome aufprallen. Das ist auch der Grund warum nicht alle Deuterium Atome im Kollisionspunkt fusionieren, sondern eine sehr geringe Anzahl deren. Das reicht aber aus, um großartige Energiemengen freizusetzen.When deuterium atoms collide with one another with very high kinetic energy, fusion processes can occur. The calculations show that in order to overcome the Coulomb forces and achieve the fusion of two deuterium ions in the plasma state, they must collide with each other at approx. 300km/s. Achieving this speed in the form of fluid jets is not possible with today's means. With today's technology, fluid jets at speeds of up to approx. 20km/s are possible. However, for fusion, as is the purpose of this invention, fluid jet speeds of 5km/s and above are sufficient. First, there are no ions colliding with each other, but molecules of D 2 O and T 2 O, which are electrically neutral at the point of
Für eine erhöhte Fusions-Möglichkeit bzw. Neutronen-Freisetzung, können gleich zwei Pistons und zwei Hochdruckkammer eingebaut werden, die jeweils mit Deuterium-Oxyd (D2O) und Tritium-Oxyd (T2O) gefüllt sind (
Eine weitere Methode ist, elektromagnetisch durch einen linear angeordneten Reihen-Elektromagneten eine Masse gegen das Piston zu beschleunigen, die dann auf dem Piston aufschlägt. Damit wird sichergestellt, dass die Energie der Masse augenblicklich auf dem Piston übertragen wird, um eine langsamere Drucksteigerung in die Hochdruckkamer zu vermeiden. Die lineare Bewegung und Beschleunigung der Masse kann mit Hilfe von Induktivität-Sensoren oder optische Lichtschranken und eine Steuerung überwacht und gesteuert werden.Another method is to electromagnetically accelerate a mass against the piston using a linearly arranged series electromagnet, which then hits the piston. This ensures that the energy of the mass is immediately transferred to the piston to avoid a slower increase in pressure into the high-pressure chamber. The linear movement and acceleration of the mass can be monitored and controlled using inductance sensors or optical light barriers and a controller.
Eine sehr einfache und kompakte Ausführung kann mit Hilfe einer Schwungscheibe 21 (wegen Unwucht beim Bremsen, besser zwei davon), die mit einem elektrisch angetriebenen Mechanismus oder Aktuator 22 ausgestattet werden, der einen Bolzen oder einen Hebel (Klemme) 23, in die Schwungscheibe eingebaut, beim Erreichen der maximalen Drehzahl aus der Scheibe parallel zu ihren Rotations-Achsen-Richtung 24 hochhebt (damit keine Unwucht entsteht) und dann beim Erreichen einer Drehposition auf dem Piston schlägt und ihn in die Druckkammer stark presst (
Eine weitere kompakte Variante mit der rotierenden Schwungscheibe kann mit zwei durch Zentrifugalkraft ausfahrbaren Hebeln auf der Perimeter-Fläche 25 der Scheibe (
Für kompakte Bauweise der Waffe sind die schnell drehenden Schwungscheiben optimal geeignet. Diese werden durch Elektromotoren 26 beschleunigt und dann augenblicklich gebremst, um die Rotations-Energie der Masse in Hydraulik-Druck zu investieren. Die Bremsung erfolgt durch radiale Verschiebung von zwei Hebeln, oder durch parallel zu Rotationsachse verschiebbare Hebeln, die direkt mit den Pistons gekoppelt werden und somit den Druck der Schwungscheibe direkt auf den Pistons übertragen, der die Bremsung verursacht und die Energie dort aufnimmt. Praktisch die ganze Rotationsenergie der Schwungmasse wird auf dem Piston und damit auf dem Flüssigkeitsstrahl augenblicklich übertragen. Deswegen kommt der Fluidstrahl mit derartiger Energie und Hochgeschwindigkeit heraus. Bei dem radialen Ausfahren, um Unwucht zu vermeiden, sollen immer radial gegenüber auf der Schwungscheibe angeordnete Hebel gleichzeitig herausfahren. Um starke Erschütterungen in die Reaktor-Kammer zu vermeiden, die durch die Abrupte Bremsung der Schwungscheibe verursacht werden (bei einer zu großen Scheibe, kann die ganze Waffe um die Scheiben-Drehachse gedreht werden, was in dem Fall gar nicht erwünscht ist) bzw. um diesen Effekt zu neutralisieren, sollen zwei solche Schwungscheiben gegenläufig auf derselben Achse sich drehen, wobei beide gleichzeitig gebremst werden (
Es sind zahlreiche weitere Methoden, um schnell Druck auf eine Fluid-Druckkammer aufzubauen. Den Druck auf dem Piston zu generieren, kann optimal auch eine Knallgas-Explosion oder ein anderes Explosiv-Prozess benutzt werden. Hier wird eine breitere Brennkammer 28 eingebaut, wobei das Piston ein Doppel-Piston 29 ist (
Besonders interessant und gut geeignet ist das System für Kriegsschiffe. Dort ist die ganze Infrastruktur, die optimal für den Betrieb und Installation eines solches Waffen-Systems vorhanden. Die sehr großen Kanonen der Kriegsschiffe feuern Projektile, die mehrere hunderte kg schwer sind und dabei ziemlich viel explosives Treibmittel benötigt wird. Das Waffen-System aus der Erfindung hier kann dafür optimal dort eingesetzt werden. Hinzu kommt, dass auch die Projektile mit Gefechtsköpfen ausgestattet werden können, die auf ähnlicher Weise im Einschlagpunkt, Kernfusion im Gang setzen und dabei eine große Menge an destruktive Energie freisetzen. Hierfür müsste der Gefechtskopf (oder das Projektil) 16 ebenso eine Hochdruckkammer mit ein paar ml D2O aufweisen, die mit einem Piston 1 hinten ausgestattet ist, das mit einem Massenkörper 4 gekoppelt ist und mit einem Gewicht von ein paar kg drauf drückt, sobald die Spitze des Gefechtskopfes auf einem hartem Ziel 37 trifft und rasch gebremst wird. Die Hochdruckkammer wird hier ganz vorne platziert, wobei das Piston hinter der Hochdruckkamer eingebaut ist (
Die Fluidstrahlen, sowohl im Fusions-Reaktor für den Projektil-Abschuss, als auch im Gefechtskopf 38 des Projektils drin, werden in eine sehr kurze Distanz, nachdem sie von den Düsen ausgetreten sind, miteinander kollidieren. Die Fluidstrahlen-Länge kann dabei ca. 3 - 20cm betragen. Im Projektil kann die Distanz zwischen den Düsen auch lediglich ein paar mm betragen. Mehr ist es nicht notwendig. Mit der Flüssigkeitsstrahlen- / Fluidstrahlen-Länge ist hier bei der Erfindung die Länge des Flüssigkeitsstrahls gemeint, der aus der Düse kommt, der ungehindert in die Luft (oder im Vakuum) sich bewegen würde. Hier wird der Flüssigkeitsstrahl lediglich ein paar cm lang, weil er gegen den anderen Flüssigkeitsstrahl prallt. Wenn genug Fluid in die Hochdruckkamer sich befindet, z.B. 5ml, fließt der Strahl mit Nachschub weiterhin, bis die 35cm Flüssigkeitsstrahlen-Länge komplett verbraucht sind. Die freigesetzte Energie-Menge ist im Projektil-Gefechtskopf deutlich höher, als in die Projektil-Abschuss-Fusions-Kammer. Bei gleicher Aufbau und Portionierung, werden in die Abschuss-Fusions-Kammer die zwei Düsen mit je 3mm Ø (ca. 7mm2), die 5ml-Fluidmenge in zwei Fluidstrahlen mit einer Gesamt-Länge von 70cm innerhalb von 0,00008s komplett abgeben, was eine Fluidstrahlen-Geschwindigkeit von ca. 8,7km/s pro Strahl ausmacht. Dadurch werden geringe Anteile an Deuterium Atomen zu Fusion kommen. Im Sprengkopf bei einer Fluggeschwindigkeit von 1 ,5km/s dagegen sind 0,0000052s erforderlich, um die 5ml aus der Hochdruckkammer mit eine Pistonbewegung von 8mm Arbeitsweg zu verdrängen. Dadurch werden, zumindest die ersten paar cm des Fluidstrahls, mit 134km/s aufeinander prallen. Die Hochdruckkammer hält natürlich diesen Druck nicht aus und wird in Millisekunden gesprengt, aber alleine durch die Massenträgheit der stabil gebauten Hochdruckkammer-Wände kommen ein paar Bruchteile eines Milliliters dennoch fast mit dieser Geschwindigkeit zusammen. Das bringt eine Kernfusion zustande, bei dem deutlich mehr Wasserstoff-Isotope miteinander fusionieren. Das erhöht die Sprengkraft enorm und kann vergleichsweise die Explosionskraft von einige hunderte bis über 1 tausend kg TNT erreichen. Diese Sprengkraft ist zwar auch mit konventionellen Mitteln problemlos erreichbar, aber die Methode hier macht die Projektile viel kleiner und leichter, was die in die Abschussvorrichtung-Größe und Kompaktheit des Waffen-Systems wiederspiegelt.The fluid jets, both in the fusion reactor for projectile launch and in the
Bei der Erfindung ist sehr wichtig, dass der Druck auf die Flüssigkeit von Anfang an, ab dem ersten Bruchteil einer Millisekunde sehr hoch ist und nicht langsam steigend stattfindet. Deswegen bei kompakten Waffen-Systeme wird bei der Projektil-Abschuss, die Methode mit einer Masse, die durch die Knallgas-Zündung beschleunigt wird, die dann auf dem Piston mit voller Kraft einschlägt, bevorzugt. In diesem Fall würden die Flüssigkeitsstrahlen relativ schnell und mit maximaler Geschwindigkeit aus der Hochdruckkamer austretten und zu Kollision gebracht. Aus diesem Grund wird hier auch eine sehr kleine Menge der Flüssigkeit für die Erzeugung der Strahlen beschleunigt, damit sie die kinetische Energie voll ausschöpfen kann.What is very important in the invention is that the pressure on the liquid is very high right from the start, from the first fraction of a millisecond, and does not increase slowly. For this reason, in compact weapon systems, the method of projectile firing is preferred with a mass that is accelerated by the oxyhydrogen ignition, which then hits the piston with full force. In this case, the liquid jets would emerge from the high-pressure chamber relatively quickly and at maximum speed and would collide. For this reason, a very small amount of the liquid used to generate the jets is accelerated so that it can fully utilize the kinetic energy.
Die Flüssigkeitsstrahlen mit Deuterium und Tritium Atome drin (im molekularen Zustand oder mit drin „aufgelösten“ Atome der beiden Wasserstoff-Isotopen, bringen eine kleine Anzahl dieser Atome zu Kernfusion auf. Nur die Energie der Flüssigkeitsstrahlen alleine würde nicht ganz ausreichen, um wirksam Kernfusion zu betreiben, aber hier muss berücksichtigt werden, dass die Umstände und Chancen die fusionsfähigen Atomen zum Fusion zu bringen, viel grösser, als in andere Fusionsreaktor-Arten ist. Hier kollidieren nahezu alle Atome eines Fluidstrahls mit den Atomen des Strahls gegenüber! Die Kollisionsanzahl ist extrem hoch, was zwangsläufig auch teilweise zu Fusion führt. Jedesmal wenn eine atomare Fusion stattfindet, werden Teile der Atom-Gruppen aus dem Explosions-Zentrum mit noch höherer Geschwindigkeit gegen weitere permanent mit Nachschub strömende Atome der beiden Fluidstrahlen beschleunigt, was erneut die Fusionschancen erhöht. Die Fluidstrahlen werden für ein paar Nanosekunden nach jeder atomaren Fusion in dem Kollisions-Punkt gestört, aber das hat einen positiven Effekt und erhöht sprunghaft die Anzahl der neuen Fusions-Vorgänge. Es sieht so aus, als die beiden Wasser-Mischungs-Strahlen dabei im Kollisionspunkt verbrennen würden und die Molekülen und Atome dort eine Vielzahl von Sprüngen in Richtung Kollisionspunkt machen würden. Deuterium-Atome werden gegen Tritium-Atome kollidieren und es kommt zu deren Fusion. Bei der Verwendung nur einer Hochdruckkammer mit Mischflüssigkeit (D2O + T2O) ist die Neutronen-Emission etwas geringer, weil es zu einer prozentual hohen Anzahl an Kollisionen zwischen gleichen Atomen kommt. Falls eine höhere Neutronen-Emission erwünscht ist, wird vorgeschlagen zwei getrennte Hochdruckkammern zu verwenden, in denen getrennt Deuterium und Tritium sich befinden, die aber gleichzeitig unter Hochdruck gebracht werden. In diesem Fall kann man sicher davon ausgehen, dass stets Tritium und Deuterium miteinander kollidieren. Anders als bei Ionen-Kollisionen bei einem extrem dünnen Plasma, haben hier die Atome kaum Ausweich-Möglichkeiten. Vor allem die Trägheit der Flüssigkeit steuert viel bei, dass die Atome aus der molekularen Struktur, die auf der zentralen Linie der Strahlen-Achse unbedingt aufeinander zusammenstoßen. Im molekularen oder atomaren Zustand sind die Atome nicht ionisiert und somit die Coulomb-Kräfte deutlich schwächer, als im stark erhitzen Plasma. Zudem kann man einen Elektronen-Strahler 20 so einbauen, der auf Kollisionspunkt der Fluidstrahlen überschüssige Elektronen emittiert, die die positiven Ionen neutralisieren. Auch hier werden die Atome und Moleküle während der Kollision erhitzt, aber dann ist es kaum Zeit einander auszuweichen. Die äußere Strahlen-Schicht 39 (Mantel), die die letzten ca. 0,03mm im Querschnitt darstellt (abhängig von dem Strahl-Querschnitt und Strahlgeschwindigkeit), von dem Mittelpunkt 40 des Strahlenquerschnitts (0,2mm) aus gesehen, wirkt wie ein Mantel 39 (
Selbstverständlich, dass mit Hilfe von elektrostatischen Feldern in der Nähe des Kollisionspunktes, die durch Spannungserzeuger 41 und Elektroden 42, die zum Kollisionspunkt der Fluidstrahlen aufgebaut werden, die Wahrscheinlichkeit für eine Kern-Fusion deutlich erhöht wird und auch andere technische Hilfsmittel und Vorrichtungen die Fusions-Prozesse optimieren, aber insgesamt ist das System viel einfacher, als die herkömmlichen Versuchsanlagen und Systeme.It goes without saying that with the help of electrostatic fields in the vicinity of the collision point, which are created by
Projektile mit Fusions-Vorrichtung drin, können auch bei konventionellen Waffen eingesetzt werden. Die kinetische Energie eines Haubitzen- oder auch Panzer-Projektils ist hoch genug, um im Aufprallpunkt eine Fusion von Deuterium und / oder Tritium zu bewirken, allerdings hängt eine erfolgreiche Fusion sehr viel davon ab, wie und auf was das Projektil einschlägt. Je weicher der Gegenstand, auf dem das Projektil einschlägt, desto geringer sind die Fusionschancen.Projectiles with a fusion device inside can also be used with conventional weapons. The kinetic energy of a howitzer or tank projectile is high enough to cause a fusion of deuterium and/or tritium at the point of impact, but successful fusion depends very much on how and what the projectile hits. The softer the object the projectile hits, the lower the chances of fusion.
Die Fluidstrahlen, die miteinander kollidieren, breiten sich aus dem Kollisionspunkt in Kreisform 43 weiter (
Die Kollisions-Energie der Strahlen ist extrem hoch, sodass im Treffpunkt die Flüssigkeit extrem schnell und hoch erhitzt wird, wobei die Moleküle und einige Atome auch in Bestandteile zerlegt werden und mit noch höherer Geschwindigkeit auseinander fliegen. Viele der Atome und Moleküle werden nahezu radial aus der Strahlenachse wegfliegen. Die Kernfusion-Vorgänge, die hier bei der Erfindung beschrieben worden sind, finden möglicherweise auch in der Natur in eine andere Ausführung statt. Ich bin mir sicher, dass bei Asteroiden-Kollisionen etwas Ähnliches passiert. Auch wenn große Meteoriten, insbesondere Asteroiden auf einem Planeten ohne oder mit sehr dünner Atmosphäre stürzen, wird zumindest auf der Aufprall-Fläche des Meteoriten / Asteroiden eine zusätzliche Energiemenge durch Kernfusion freigesetzt. Das kann dazu führen, dass der Kratzer, den ein Meteorit erzeugt, geringfügig grösser ist, als er nur durch die kinetische Energie zu erzeugen wäre. Die Beobachtung von Asteroiden-Kollision zeigt, dass zum Zeitpunkt der Kollision, ultrakurze Blitze erzeugt werden, die ein Hinweis sein können, dass möglicherweise in dem Kollisions-Punkt eine Kernfusion einer kleinen atomaren Gruppe stattfindet. Natürlich werden die Blitze vorwiegend wegen der raschen Temperatur-Erhöhung beim Aufprall erzeugt, aber einen kleinen Beitrag leistet auch die Kernfusion dabei. Dort, wenn die Gesteinsbrocken zu schnell aufeinander prallen (mit 30 - 120km/s), wird die kinetische Energie dazu beitragen, dass einige Atom-Gruppen auf der Aufprallfläche miteinander fusionieren und dabei die freigelassene Energie etwas erhöhen. Das verstärkt auch die ultrakurzen Blitze. Es ist möglicherweise nur eine sehr kleine Menge des Materials, das fusioniert (je nach Asteroiden-Größe, zwischen Mikrogramm- und Milligramm-Bereich), aber immerhin. Die Meteoriten, die auf der Erde einschlagen, sind meistens klein und die werden durch die Atmosphäre so stark gebremst, dass beim Aufprall so gut wie keine Kernfusion-Vorgänge stattfinden. Ab einem Durchmesser von 30m, bei harten Weltraumkörper (z.B. solche mit hohem Eisenanteil), die kompakt gebaut sind und in der Atmosphäre nicht verglühen, kann durchaus beim Aufprall oder beim Eintritt in die Atmosphäre durch Kollision mit Luftmolekülen sowas passieren. Vereinzelt können die Wasserstoffatome in der Atmosphäre beim Eintritt des Gesteinsbrockens, auf seiner Frontfläche zu Fusion kommen, wenn sie mit extrem hoher Geschwindigkeit kollidieren.The collision energy of the rays is extremely high, so that the liquid at the point of impact is heated extremely quickly and to a high degree, whereby the molecules and some atoms are broken down into components and fly apart at an even higher speed. Many of the atoms and molecules will fly almost radially away from the beam axis. The nuclear fusion processes described here in the invention may also take place in nature in a different embodiment. I'm sure something similar happens with asteroid collisions. Even if large meteorites, especially asteroids, fall on a planet with no or very thin atmosphere, an additional amount of energy is released through nuclear fusion, at least on the impact surface of the meteorite/asteroid. This can result in the scratch created by a meteorite being slightly larger than could be created by kinetic energy alone. Observation of asteroid collisions shows that at the time of collision, ultra-short flashes are generated, which may be an indication that nuclear fusion of a small group of atoms may be occurring at the collision point. Of course, the lightning is generated primarily because of the rapid increase in temperature upon impact, but nuclear fusion also makes a small contribution. There, if the rocks collide with each other too quickly (at 30 - 120km/s), the kinetic energy will help some groups of atoms on the impact surface fuse with each other, thereby slightly increasing the energy released. This also increases the ultra-short flashes. It may only be a very small amount of the material that fuses (between microgram and milligram range, depending on the asteroid size), but still. The meteorites that hit Earth are usually small and are slowed down so much by the atmosphere that almost no nuclear fusion processes occur upon impact. From a diameter of 30m, with hard space bodies (e.g. those with a high iron content) that are compact and do not burn up in the atmosphere, something like this can happen upon impact or when entering the atmosphere through collision with air molecules. Occasionally, the hydrogen atoms in the atmosphere can fuse on the front surface of the rock when they enter the rock when they collide at extremely high speeds.
Der Reaktor und damit auch die Waffe können relativ schnell nach jedem Vorgang wieder einsatzbereit sein. Bei der Variante mit der durch Knallgas-Zündung schlagenden Masse, ist der Reaktor jedesmal bereit, sobald die die Brennkammer mit Knallgas gefüllt ist und das Piston durch eine Rückstellfeder in die Ausgangsposition gebracht wird.The reactor and thus also the weapon can be ready for use again relatively quickly after each process. In the variant with the mass striking by oxyhydrogen ignition, the reactor is ready every time the combustion chamber is filled with oxyhydrogen and the piston is brought into the starting position by a return spring.
Die kompakte Variante (aus der
BEZUGSZEICHENLISTE:REFERENCE SYMBOL LIST:
- 1.1.
- PistonPiston
- 2.2.
- HochdruckkammerHigh pressure chamber
- 3.3.
- ElektromagnetspulenElectromagnetic coils
- 4.4.
- Bolzen / MassenkörperBolt/mass body
- 5.5.
- FluidFluid
- 6.6.
- Düsennozzles
- 7.7.
- FluidleitungenFluid lines
- 8.8th.
- Fluidstrahlen FlüssigkeitsstrahlenFluid jets Fluid jets
- 9.9.
- Aufprallpunkt / KollisionspunktImpact point/collision point
- 10.10.
- Reaktor-KammerReactor chamber
- 11.11.
- Reflektorreflector
- 12.12.
- Waffen-LaufGun barrel
- 13.13.
- Dampf aus Fluidstrahlen-ResteVapor from fluid jet residues
- 14.14.
- LuftAir
- 15.15.
- Plasmaplasma
- 16.16.
- Projektilprojectile
- 17.17.
- Der äußere Teil des PistonsThe outer part of the piston
- 18.18.
- KondensatorenCapacitors
- 19.19.
- Piston-StangePiston rod
- 20.20.
- Elektronen-Strahlen-Emitter / Kathoden-StrahlröhreElectron beam emitter / cathode ray tube
- 21.21.
- Schwungscheibeflywheel
- 22.22.
- Mechanismus oder AktuatorMechanism or actuator
- 23.23.
- Bolzen, Hebel, Keil, KlemmeBolt, lever, wedge, clamp
- 24.24.
- Rotations-Achsen-Richtung / DrehachseRotation axis direction / axis of rotation
- 25.25.
- Perimeter-FlächePerimeter area
- 26.26.
- ElektromotorenElectric motors
- 27.27.
- Elektrische Aktuatoren (Auslöser)Electric actuators (triggers)
- 28.28.
- Breitere BrennkammerWider combustion chamber
- 29.29.
- Doppel-PistonDouble Piston
- 30.30.
- Brennkammer-PistonCombustion chamber piston
- 31.31.
- Hochdruckkammer-PistonHigh pressure chamber piston
- 32.32.
- KnallgasOxyhydrogen
- 33.33.
- Elektronische SteuerungElectronic control
- 34.34.
- HochspannungsquelleHigh voltage source
- 35.35.
- ElektrodenElectrodes
- 36.36.
- Längsachse des ProjektilsLongitudinal axis of the projectile
- 37.37.
- ZielGoal
- 38.38.
- Gefechtskopfwarhead
- 39.39.
- Äußere Fluidstrahlen-SchichtOuter fluid jet layer
- 40.40.
- Mittelpunkt des StrahlenquerschnittsCenter of the beam cross section
- 41.41.
- SpannungserzeugerVoltage generator
- 42,42,
- ElektrodenElectrodes
- 43.43.
- Ausbreitender Flüssigkeit-KreisflächenSpreading liquid circular surfaces
- 44.44.
- Militär-FahrzeugeMilitary vehicles
- 45.45.
- D2O D2O
- 46. T46. T
- 2O 2 O
- 47.47.
- Sprengladungexplosive charge
- 48.48.
- Zünder, AuslöserIgniter, trigger
- 49.49.
- BeschleunigungssensorAccelerometer
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 20190295733 A1 [0036]US 20190295733 A1 [0036]
- EP 0438724 B1 [0037]EP 0438724 B1 [0037]
- DE 102012025244 A1 [0038]DE 102012025244 A1 [0038]
- DE 3913503 A1 [0039]DE 3913503 A1 [0039]
- DE 102007022302 B4 [0040]DE 102007022302 B4 [0040]
Claims (48)
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---|---|---|---|
DE102022002235.4A DE102022002235A1 (en) | 2022-06-20 | 2022-06-20 | Projectile weapon |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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---|---|
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-
2022
- 2022-06-20 DE DE102022002235.4A patent/DE102022002235A1/en active Pending
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---|---|---|---|
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