DE1022711B - Periodisch arbeitender thermonuklearer D-D-Fusionsreaktor - Google Patents

Description

• Periodisch arbeitender thermonuklearer D-D-Fusionsreaktor Die- Erfindung enthält Ideen und Vorschläge zur -\`crwirl;licliung eines Therinofusionsreaktors, der die Ausnutzung der bei der Kernreaktion D -i- D = He -I- E frei werdenden Energie E gestatten soll. Es ist bekannt, daß diese Reaktion bei Temperaturen von einigen 106' K und hohen Drücken eintritt, und es sind auch schon Vorschläge bekanntgeworden, die erforderliche Reaktionstemperatur durch Kondensatorentladung zwischen Flüss-igmetallelektroden zu erzugeni.
• Nach der Erfindung geht bei einem periodisch arbeitenden thermonuklearen D-D-Fusionsreakto:r, in dem die Reaktionstemperatur durch Kondensatorentladung erzeugt wird, die Entladung in einer bei jeden Arbeitstakt neu gebildeten Gasblase aus Deuterium vor sich, die im Augenblick der einsetzenden Entladung durch Injektion von hochgespanntern Deuterium in den mit Flüssigmetall von hohem Siedepunkt gefüllten Elektrodenzwischenraum erzeugt wird, dessen Wandungen zur Aufnahme der entstehenden Stoßwe-lle nachgiebig gestaltet sind.
• Es ist klar, daß die praktische Ausführung des hier vorgeschlagenen Reaktors mit enormen Schwierigkeiten verbunden ist. Die Energiegewinnung- nach dem hier vorgeschlagenen Prinzip hat jedoch den Vorteil, daß auf nahezu unerschöpfliche Vorräte der Natur zurückgegriffen werden kann und daß keine radioaktiven Abfallprodukte, die die Welt vergiften, entstehen können. Der Energiegewinn übersteigt auch den Aufwand, der zur Gewinnung des Deuteriums aus natürlichem Wasser erforderlich ist.
• Der periodisch arbeitende Reaktor ist bei dein gewählten Ausführungsbeispiel im einzelnen wie folgt aufgebaut: Die Elektroden 1 stecken verschiebbar in den isolierenden Stopfbuchsen 3 der Zylinder z. Bis nahezu zum Reaktionsraum stecken die Elektroden in isolierenden hochhitze- und temperaturwechselbe-ständigen Itoliren 4, welche einen allzu kräftigen Kurzschluß der Elektroden durch das Flüssigmetall verhindern soll-en. Der Zylinder 2 ist in der Mitte des Reaktors um den Reaktionsraum herum aufgebaucht (5). Die Aufbauchung 5 besteht aus elastischem, federkörperartig gea@rlieitetem Blech von guter Hitzebeständigkeit. Der- Reaktionsraum ist mit einer flüssigen Legierung möglichst geringer elektrischer Leitfähigkeit und hohen Siedepunkts gefüllt. Die geringe Leitfähigkeit ist erforderlich, uni die Verluste durch Kurzschluß-und Wirbelströjne möglichst klein zu halten, der holte Siedepunkt, um eine möglichst geringe Verunreinigung ;1(-r Entladung im Deuterium durchletalld@impfe zu c:rzie,le,n und hohe Arbeitstemperaturen der angeschlossenen Wärmekraftmaschinen zu ermöglichen. Benutzt jnaij Gallium und Indium, so hat man außerdem den Vorteil einer starken Absorption der entstehenden Neutronen. Jedoch eignen sich auch andere Metalle, wie Zinn, Bilei oder Wismut.
• An die Aufhauchung 5 sind die Rohre 6 angesetzt, die den Kreislauf des Kühlmetalls zwischen dem Wärmeaustauscher der angeschlossenen Wärmekraftinaschine und den Reinigungsvorrichtungen ermöglichen. Die ganze Anordnung befindet sich schließlich im Kühltank 7, der ein kompre@ssibles, zur Vermeidung von Wirbelströmen möglichst nichtmetallisches Kühlmittel enthält, das über einen nicht eingezeichneten Wärmeaustauscher dauernd gekühlt wird. Über den Kolben 7a. kann heim Arbeiten des Reaktors entstehende Expansionsenergie abgenommen werden, jedoch kann mit diesem Kolben die Reaktorflüssigkeit auch vor der Deuteriuminjektion unter eine bestimmte Vorspa.nnung gesetzt werden. Die verschiebbaren Elektroden 1 sind mit ihren herausragenden Enden durch die Flüssigmetallgleitkontakte 10 auch für höchste Stromstärken nicht verschweißend mit den Kondensatorbelägen 8 und 9 verbunden. Die untere Elektrode kann vom zugehörigen Kondensatorteil durch den Spezialschalter 10a elektrisch getrennt werden. Die Kontaktflächen dieses Schalters, der sich in einer Gasatmosphäre hoher Durchschl-agsfestigheit befindet, enthalten flüssiges Gallium. Der Schalter wird durch Druckgas betätigt und hat eine äußerst holie Spannungsfestigkeit und eine sehr kurze Schließungsze-it. Zur Erreichung einer hohen Kapazität bei verschwindender Induktivität ist der Kondensator als konzentrischer Plattenkondensator mit zentralen Stromzuführungen ausgebildet. Damit im hiteressc einer möglichst raschen Entladung auch die Induktivität der Elektroden 1 möglichst niedrig gehalten wird, sind dieselben nicht massiv, sondern durch Bündelung von einzelnen voneinander isolierten Stäben (von kreissektorförrnigeni Querschnitt) hergestellt. Die eint (untere) Elektrode besitzt eine Längsdurchbohrung 11, auf welche am untersten Ende die nur schematisch angedeutete Deuteriuminjektionspumpe 12 mit Rückschlagventil aufgesetzt ist.
• Der Arbeitsvorgang des Reaktors verläuft nun im einzelnen wie folgt: Die Kondensatorhälft;ii 8 und 9 werden bei getrenntem Schalter 10a. auf möglichst hohe Spannung aufgeladen. Sodann wird schlagartig mittels 12 eine bestimmte Menge Deuterium durch 1 in den Reaktionsraum gedrückt. Es entsteht zwischen den Elektroden eine Gasblase in Gestalt eines flachen Rotatiousellipsoids. Ihre durch Auftrieb entstehende Triftbewegung nach oben ist sehr langsam im Vergleich zu den Entladungszeiten. tun schließt der Schalter 10a die Kondensatorhälften 8 und 9 über 1 kurz. Innerhalb einer Zeit von der Größenordnung 10-6 Sekunden entsteht im schlauchförmigen Durchschlagskanal ein Höchsttemperaturplasma von guter Leitfähigkeit, in dem die Fusionstemperatur erreicht wird. Infolge Nachlassens der Stromstärke. Deuteriummangels und Eindringens von Metalldämpfen sinkt die Temperatur sofort wieder.
• Der Kurzschlußstrom durch die Masse des KühlmetaI!ls bildet sich infolge gekrümmter Strombahn und damit verbundener Induktivität wesentlich langsamer aus und beeinträchtigt dadurch die- Entladung im Anfang nicht. Sein Magnetfeld dürfte sich eher nützlich auf die Ausbildung der zentralen Entladung auswirken. Es ist auch möglich, daß sich die Eigenschaften der Gasblase als elektromagnetischer Hohlraumreso.nator bei richtiger Dimensionierung günstig auswirken.
• Die der Entladung entstammende Detonationswelle wird durch die Massen und Kompressibilitäten der umgebenden flüssigen Materialien gedämpft und aufgenommen. Das erhitzteKühlmi.ttelwird zum Wärmeaustauscher geführt und nach Befreiung von Gasen und Fremdmaterial wieder in den Kühlmittelkreislauf gegeben. Vor Beginn des nächsten Arbeitstaktes wird der Abbrand der Elektroden durch Nachschieben derselben ausgeglichen.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Periodisch arbeitender thermonuklearer D-D-Fusionsreaktor, in dem die Reaktionstemperatur durch Kondensatorentladung erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladung in einer bei jedem Arbeitstakt neugebildeten Gasblase aus Deuterium stattfindet, welche im Augenblick der einsetzenden Entladung durch Injektion von hochgespanntem Deuterium in den mit Flüssigmetall von hohem Siedepunkt gefüllten Elektrodenzwischenraum erzeugt wird, dessen Wandungen zur Aufnahme der entstehenden Stoßwelle nachgiebig gestaltet sind. 2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abbrand der Elektroden, zwischon denen die Entladung stattfindet. durch Nachstellen dcrsellaeu ausgeglichen werden kann. 3. 1Zeaktor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die 1?lcktroden zwecks Induktivitätsverminderung aus isolierten Lamellen gelüindeIt sind. -1. Reaktor nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die eine (untere) Elektrode eine Längsdurchbohrung für die Deuteriumzufuhr besitzt. 5. Reaktor nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gelcenn7eiclinet, daß die Deuteriuminjektion durch die eine Elektrode mittels Kolbenpumpe und Rückschlagventils erfolgt. 6. Reaktor nach Anspruch 1 bis 5. dadurch gekeuuzeichnet, daß die Kondensatorhälften durch Flüssigmetallgleitkontakte mit den Elektroden verbunden sind. 7. Reaktor nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Schließung des Stromkreises durch einen Kurzzeitschalter mit Fliissignietallkontakten und Druckgasatmosphäre erfolgt. B. Reaktor nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Schalter und die Deuteriuminjektionspumpe miteinander gekoppelt sind und eine konstruktive Einheit bilden. 9. Reaktor nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks @-erineidiing hoher Drücke und Erzielung Hoher thermodynamischer Wirkungsgrade als Kühlmittel im Reaktionsraum Gallium und Indium Verwendung finden. 10. Reaktor nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Baumaterial für die Elektroden und die. Reaktionskammer Legierungen von Wolfram, llolyl)dän, Tantal und Titan @-erwendung finden. 11. Reaktor nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, d@aß der spezifische Widerstand des Kühlmetalls höher als der des Elektrodenmaterials ist und daß dies durch Zulegieren von Germanium erreicht wird. 12. Reaktor nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Induktivitä tsverminderung und besserer Aufnahme der Detonationswelle die Begrenzungswände des Reaktionsraumes dünnwandig und hochelastisch ausgeführt sind und das äußere Kühlmittel ein Nichtmetall ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 662 036; französische Patentschrift Nr. 806 143; britische Patentschrift Nr. 508 233; »Nucleonics«, Bd. 14, 1956, H.
2. 2, S. 42 bis 44; »Proceedings of the Physical Society of London«, Bd. B 64. 1951, S. 159.