DE1086821B - Pinchvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Pinchplasmas und auf Mittel zur Stabilisierung desselben.

Es sind bereits verschiedene Vorschläge für unter Pinchwirkung stattfindende radial verengte Entladungen, beispielsweise für Sehalteinrichtungen, gemacht worden. Weiterhin lassen sich durch entsprechende Verdichtung und/oder Erhitzung eines Plasmas Kernreaktionen unter Freisetzung von Neutronen und möglicherweise sogar thermonukleare Reaktionen herbei führen.

Es ist bekannt, daß bestimmte Verschmelzungsreaktionen zwischen Atomen leichter Elemente zum Freisetzen von sehr großen Energiemengen führen, so daß seit langem nach Verfahren gesucht wird, diese Verschmelzungsreaktionen wegen der außerordentlich hohen Energie, die dabei freigesetzt werden kann, durchführen zu können. Eine Schwierigkeit bei der Durchführung solcher Reaktionen besteht in den sehr hohen Temperaturen, die für die Einleitung und Weiterführung derselben erforderlich sind. Es wurden verschiedene Vorrichtungen gebaut, um die gewünschte Plasmaerhitzung zu erzielen, beispielsweise sogenannte Spiegelvorrichtungen, in welcher eine magnetische Umschließungszone mit einem darin befindlichen Plasma zum Zusammenfallen gebracht wird. Die Erfindung ist auf eine andere Vorrichtung für das Verdichten eines Plasmas gerichtet und soll mit dazu beitragen, die experimentellen Bedingungen zu erarbeiten, unter denen thermonukleare Reaktionen stattfinden können.

Abgesehen von der möglicherweisen Erzeugung reiner thermonuklearer Reaktionen, ist die Erfindung außerordentlich vorteilhaft bei der Schaffung von Mitteln zur Erzeugung sehr hoher Gastemperaturen und zur Erzeugung von Neutronen, die ihrerseits wieder zu Beschießungszwecken verwendet werden können.

Die Erfindung ist insbesondere auf die Stabilisierung eines Pincheffektes in einer Entladung oder in einem Plasma gerichtet. Versuche mit einer linearen Entladung, bei welcher die Pinchfelder eine beträchtliche Zusammendrückung und Erhitzung des Plasmas hervorrufen, haben gezeigt, daß bei einer Instabilität in der Pinchentladung die Zeitspanne für das Aufrechterhalten¹ dieses Entladungszustandes herabgesetzt wird. Dieses Verhalten würde sich aber gerade bei der Erzeugung einer thermonuklearen Reaktion nachteilig auswirken, da hierfür eine größere Reaktionswirkzeit erforderlich ist.

Die dabei auftretende Hauptinstabilität ist eine sogenannte Kin-Stabilität, bei welcher eine kleine örtliche seitliche Verschiebung der Pinchentladungssäule mit dter Zeit exponentiell zunimmt, so daß die Entladung nach außen gebogen und zum Erlöschen ge-Pinchvorrichtung

Anmelder:

United States Atomic Energy Commission, Germantown, Md. (V, St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. W. Abitz, Patentanwalt,
München 27, Gaußstr. 6

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 28. April 1958

Richard Freeman Post, Walnut Creek, Calif.

(V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

bracht wird. Die Wahrscheinlichkeit der Kin-Stabilität ist proportional der Länge der verdichteten oder Pinchentladungssäule, so daß eine Herabsetzung der Pinchlänge auf ein Mindestmaß vorteilhaft ist.

Ferner besteht beim Pincheffekt die Neigung, daß eine lineare Entladung von den Endelektroden der Entladung abgedrängt wird, wodurch auch die Entladung unterbrochen wird. Dieser PinchefFekt an den Enden erfährt durch die Erfindung eine Gegenwirkung, wodurch das Abdrängen der Entladungsenden vermieden und gleichzeitig die Wahrscheinlichkeit einer Kin-Stabilität verringert wird.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Einrichtung zur Begrenzung der Instabilität bei einer Pinchentladung.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung einer Einrichtung zur Begrenzung deswirksamen Pincheffektes auf den Mittelabschnitt einer Entladung.

Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, und zwar zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Mitte einer erfindungsgemäßen Pinchvorrichtung mit den dazugehörigen Schaltungselementen und Verbindungen zur Erregung der Vorrichtung und

Fig. 2 eine graphische Darstellung der von außen induzierten Veränderung der magnetischen Feldstärke zwischen den Elektroden der Vorrichtung nach Fig. 1.

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Claims (1)

1. 3 4

   Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungs- "hat, die Plasmasäule von den Elektroden abzudrängen, form der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein ge- so daß die Entladung unterbrochen wird. Ein weiterer schlossenes zylindrisches Gehäuse 11 vorgesehen¹, das erwähnenswerter Umstand hinsichtlich der Erzeugung eine Reaktions- oder Entladungskammer 12 begrenzt. einer Pinchentladung besteht darin, daß die erwünsch-In diesem Gehäuse 11 sind zwei Elektroden 13 und 14 5 ten sehr starken Ströme eine große Kathodenfläche erin der Längsrichtung des Gehäuses in Abstand vonein- fordern, das Pinchfeld jedoch die Entladungsfläche an ander angeordnet, welche beispielsweise die Endwände der Kathode begrenzt, wodurch der Entladungsstrom des Gehäuses bilden können. In den Fällen, in welchen begrenzt wird.

   die Elektroden 13 und 14 die Endwände des Gehäuses Alle die vorangehend erwähnten, bei Pinchent-

   bilden, wird das übrige Gehäuse zweckmäßig aus zwei io ladungen auftretenden Schwierigkeiten werden durch gleichen gleichachsigen Zylinderabschnitten 16 und die Erfindung dadurch vermieden, daß von außen er-17 hergestellt, die gesondert mit den Elektroden 13 regte magnetische Felder an den Enden des Plasmas und 14 verbunden und miteinander durch einen kur- angelegt werden. Wie gezeigt, sind zwei Magnetzen Zylinder 18 aus Isoliermaterial vereinigt sind. spulen 26 und 27 dafür vorgesehen, welche konzen-AlIe Verbindungsstellen des Gehäuses müssen gasdicht 15 trisch das Gehäuse 11 in der Nähe seiner Enden umsein, wobei die von dem Gehäuse eingeschlossene Re- geben. Die Magnetspulen 26 und 27 werden von einer aktionskammer beispielsweise an eine Pumpe 19 an- Stromquelle 28 aus gespeist, so daß sie in der Achsgeschlossen ist, die mit der Kammer 12 durch ein richtung des Gehäuses und an dessen Enden magne-Rohr 21 in Verbindung steht, das sich durch den Zy- tische Felder erzeugen. In der Kammer 12 wird daher linderabschnitt 17 erstreckt. so eine magnetische Feldintensität erzeugt, die einen

   Innerhalb der Kammer 12 soll ein Plasma von Mindestwert in der Mitte und einen Höchstwert an hoher Dichte oder eine raumneutralisierte Wolke posi- jedem Ende der Kammer 12 aufweist, wie in Fig. 2 tiv geladener Ionen oder Elektronen erzeugt werden. gezeigt ist.

   Zu diesem Zweck wird in der Kammer eine Elek- Mit einer derartigen Magnetfeldanordnung wird die

   tronenentladung eingeleitet und aufrechterhalten, wo- 25 in der Fig. 1 gezeigte Verbreiterung der Enden der für bei der dargestellten Ausführungsform eine pul- Plasmasäule erzielt. In der Mitte der Kammer, in der sierende Stromversorgung 22 vorgesehen ist, die an die Magnetspulenfelder nicht stark sind, bewirkt das die Elektroden 13 und 14 oder an die mit diesen ver- Eigenmagnetfeld der starken Entladung bzw. des bundenen Bauteile geschaltet ist. Eine der Elektroden Plasmas dessen Einengung auf einen sehr kleinen 13 oder 14 bildet eine Kathode, die entweder erhitzt 30 Querschnitt.

   werden kann, so daß eine Elektronenemission statt- Durch die Erzeugung von magnetischen Feldern an

   findet, oder als kalte Kathode mit sekundärer Emis- den Enden eines Plasmas oder einer Pinchsäule 31 sion arbeitet, während die andere Elektrode als Anode wird es ermöglicht, im wesentlichen die gesamte Oberfür die Entladung dient. Damit das erhaltene Plasma fläche der Elektroden zur Aufrechterhaltung der Entim wesentlichen nur Ionen eines gewünschten Stoffes 35 ladung zu benutzen, so daß mit sehr starken Strömen enthalten kann, wird die Kammer 12 durch die vor- gearbeitet werden kann. Die durch die Elektroden vererwähnte Pumpe 19 evakuiert und in die Kammer 12 laufenden magnetischen Felder verhindern ferner ein Gas von einem Gasvorrat 23 durch eine Rohr- Pincheffekte in den Endbereichen derselben, so daß die leitung 24 eingeleitet, die sich durch die Zylinderwan- selbstinduzierten magnetischen Felder des Plasmas dung 16 erstreckt. Bei thermonuklearen Fusions- 40 nur etwa in dessen Mitte eine Pinchwirkung hervorprozeßstudien wird aus der Vorratsquelle 23 ein ther- rufen. Durch den Pincheffekt des Plasmas kann daher monuklearer Brennstoff, beispielsweise Deuterium, die Entladung an den Elektroden nicht unterbrochen zugeführt. Die Entladung zwischen den Elektroden werden. Ferner macht die verhältnismäßig kurze durch das von der Vorratsquelle 23 zugeführte Gas Pinchlänge der Plasmasäule die vorerwähnte Kin-Stahindurch führt zu Zusammenstößen zwischen Elek- 45 bilität viel weniger wahrscheinlich,
   tronen und Gasmolekülen, wodurch die letzteren ioni- Durch die Erfindung wird daher eine verbesserte

   siert werden. Auf die auf diese Weise gebildeten Pinchvorrichtung geschaffen, die im Betrieb wesent-Ionen wirkt das elektrostatische Feld zwischen den Hch stabiler ist als die bisher bekannten Vorrichtun-Elektroden 13 und 14, so daß sie zur negativen Elek- gen und durch die ein sehr starker Pinchsäulenstrom trode wandern und gegebenenfalls weitere Gasmole- 50 von großer Dichte in der Kammermitte erzeugt werküle ionisieren können. Es entsteht daher in. der Kam- den kann, so daß hierdurch günstigere Bedingungen mer 12 ein starker Bogenentladungsstrom, der eine im für die Herbeiführung von thermonuklearen Reakwesentlichen gleiche Anzahl von Ionen und Elektronen tionen geschaffen werden.

   enthält. Diese Bogenentladung bildet ein Plasma 31, Im Rahmen der Erfindung sind daher neben der

   das sich fast bis zu den Elektroden 13 und 14 er- 55 dargestellten und beschriebenen Ausführungsform streckt. noch weitere Ausführungsbeispiele möglich.

   Durch die vorangehend beschriebene Vorrichtung

   wird, wie erwähnt, ein dichtes Plasma erzeugt, dessen Patentansprüche:

   Eigenmagnetfeld das Plasma mehr oder weniger seit- 1. Pinchvorrichtung, gekennzeichnet durch Mittel

   lieh verengten einem solchen verengten Plasma treten 60 _zur Erzeugung eines Plasmas von hoher Dichte jedoch Instabilitäten auf, die zu einer Unterbrechung zwischen Elektroden, so daß dieses ein magne-

   der Plasmasäule führen können. Beispielsweise führt tisches Feld induziert, durch das es seitlich vereine kleine Abweichung des Plasmas von der zylin- engt wird, und durch eine Einrichtung zur Erzeu-

   drischen Form längs der Kammerachse zu einer Ver- gung magnetischer Felder, um die Verengung des

   schlechterung des Eigenmagnetfeldes und zum Kin- 65 Plasmas an seinen Enden zu beschränken,
   ken des Plasmas in einem solchen Ausmaß, daß die 2. Pinchvorrichtung nach Anspruch 1, gekenn-

   Entladung zum Erlöschen kommt. Eine weitere zeichnet durch eine Einrichtung zur Erzeugung

   Schwierigkeit bei der Erzeugung einer Pinchent- eines magnetischen Feldes lediglich an den Enden

   ladungssäule zwischen den Elektroden besteht darin, der Plasmasäule und in Längsrichtung derselben,

   daß das Eigenmagnetfeld des Plasmas das Bestreben 70 wodurch der Mittelteil der Plasmasäule eine

   radiale Pinchwirkung erfährt, um das Plasma auf eine größtmögliche Dichte zu bringen, und die Enden der Plasmasäule verbreitert werden, um den Plasmastrom so stark als möglich zu machen.

   3. Pinchvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch ein längliches evakuiertes Gehäuse mit voneinander in Abstand befindlichen

   Elektroden, eine Einrichtung für die Speisung dieser Elektroden zur Erzeugung eines starken Entladungsstromes zwischen diesen, eine Einrichtung für das Einführen eines Gases in das Gehäuse zur Ionisation durch die erwähnte Entladung, um ein Plasma von hoher Dichte zwischen dem Elektroden zu erzeugen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   & 009 570/332 8.60