DE1087287B - Reaktionskammer fuer stromstarke Plasmaentladungen, die mit magnetischen Endverschluessen ausgestattet ist - Google Patents
Reaktionskammer fuer stromstarke Plasmaentladungen, die mit magnetischen Endverschluessen ausgestattet istInfo
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Description
DEUTSCHES
Die Erfindung betrifft eine Reaktionskammer für stromstarke Plasmaentladungen, die Mittel zur Einleitung
nuklearer Brennstoffteilchen in die Plasma-Reaktionszone aufweist, wobei die Brennstoffteilchen
in dieser radial eingeengt sind.
Es ist bereits ein magnetisches Umschließungssystem vorgeschlagen worden, das im wesentlichen
durch ein axialsymmetrisches magnetisches Feld gekennzeichnet ist, welches voneinander in Abstand befindliche,
gradientenmäßig verstärkte Reflektorfeldbereiche aufweist, die eine Umschließungszone für geladene
Teilchen in einem evakuierten Raum bilden. Ferner sind Verfahren und Einrichtungen zur Injektion,
zum Einfangen, zur Erhitzung, Verdichtung, Einschließung und Expansion geladener Teilchen
(Plasma) und zur Ausnutzung bzw. Verwertung der hierbei auftretenden Produkte verschiedener Reaktionen
vorgeschlagen worden. Besondere Bedeutung haben diese Einrichtungen bei Untersuchungen zur
Auffindung der Bedingungen zwecks Freisetzung thermonuklearer Reaktionen erlangt. Die Erfindung
ist im wesentlichen auf das gleiche Anwendungsgebiet gerichtet, wobei die Bezeichnung »Pyrotron« zur
Kennzeichnung von Vorrichtungen und Prozessen der erwähnten Art gewählt wurde. Unter einem »Pyrotron «
ist daher eine Vorrichtung der erwähnten Art zu verstehen, bei welcher eine Umschließungs- oder Reaktionszone
vorgesehen ist, die durch ein axialsymmetrisches magnetisches Feld gebildet wird, das voneinander
in Abstand befindliche, gradientenmäßig verstärkte Reflektorfeldbereiche aufweist.
Bei Pyrotrons der üblichen Art wird ein Plasma, d. h. ein nicht dichtes System hochionisierter Atomkerne
mit den dazugehörigen Elektronen aus einem geeigneten thermonuklearen Spaltmaterial (d.h. Deuterium,
Tritium od. dgl.) in der Umschließungszone erzeugt, die durch das vorher erwähnte magnetische
Feld gebildet wird. Die Plasmateilchen werden sowohl radial als auch axial in der Umschließungszone durch
die Gestaltung des magnetischen Umschließungsfeldes begrenzt. Die begrenzten Teilchen werden dann in der
Umschließungszone adiabatisch verdichtet, beispielsweise durch eine geeignete Manipulation des Umschließungsfeldes,
oder in anderer Weise beeinflußt, um die Teilchenenergie wesentlich zu erhöhen. Wenn
den Teilchen eine ausreichende Energie, beispielsweise von 100 keV bei einer entsprechenden Teilchendichte
von z. B. 1014 Teilchen je ecm, innerhalb der Umschließungszone
mitgeteilt werden kann, ist es möglich, eine thermonukleare Reaktion herbeizuführen, die
dann mit einer außerordentlichen exothermen Energiefreisetzung ihren Fortgang nimmt, wobei geladene
Reaktionsprodukte entstehen, die für verschiedene Zwecke verwendet werden können.
Plasmaentladungen, die mit magnetischen
Endverschlüssen ausgestattet ist
Anmelder:
United States
United States
Atomic Energy Commission,
Germantown, Md. (V. St. A.)
Germantown, Md. (V. St. A.)
Vertreter: Dr.-Ing. W. Abitz, Patentanwalt,
München 27, Gaußstr. 6
München 27, Gaußstr. 6
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 8. Mai 1958
V. St. v. Amerika vom 8. Mai 1958
Richard Freeman Post, Walnut Creek, Calif.
(V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden
ist als Erfinder genannt worden
Damit thermonukleare Reaktionen in Pyrotrons sowie in anderen diesbezüglichen Vorrichtungen, beispielsweise
bei solchen, bei denen der »Pincheffekt« verwendet wird, mit einem optimalen Wirkungsgrad
überhavtpt ermöglicht werden können, müssen unter anderem auch die Verluste an geladenen Brennstoffteilchen
und an den zu erwartenden geladenen= Reaktionsprodukten aus der Umschließungs- oder Reaktionszone
der Reaktionskammer so gering wie möglich gehalten werden. Eine der Hauptursachen des
Teilchenverlustes aus der Umschließungs- oder Reaktionszone von Pyrotrons sowie bei linearen Pincheffekt-Vorrichtungen
und anderen offenendigen Vorrichtungen ist in der direkten Längsabwanderung der Teilchen aus den Enden des Reaktionsbereiches heraus
zu sehen. Bei den bekannten linearen Pincheffekt-Vorrichtungen sind die Teilchenverluste sehr groß,
da bei ihnen keine wirksamen Mittel zur Längsbegrenzung der Plasmateilchen vorgesehen sind. Es
wird daher in bekannten linearen Pincheffekt-Vorrichtungen gewöhnlich ein Betrieb mit hoher Dichte und
damit kurzer Übergangsperiode vorgesehen, um die
009 587/367
A \J \J I Cu
Wahrscheinlichkeit für die Herbeiführung einer thermonuklearen Reaktion in einem Zeitraum zu erhöhen,
der im Vergleich zu der Zeit kurz ist, die erforderlich ist, damit die Teilchenverluste an den Enden übermäßig
groß werden. Bei den üblichen Pyrotrons sind andererseits die Endverluste an Teilchen wegen
der gradientenmäßig verstärkten Reflektorfeld-Endbereiche, die bei der bekannten Pyrotron-Umschließungsfeldkonfiguration
verwendet werden, wesentlich geringer. Der größte Teil der Plasmateilchen und/oder geladenen Reaktionsprodukte, die in einer
Pyrotron-Umschließungszone begrenzt sind, können durch eine entsprechende zeitliche Erhöhung der
magnetischen Intensität von den Reflektorfeldbereichen reflektiert werden. Es tritt jedoch immer noch ein Rest
der geladenen Teilchen durch die Reflektorfeldbereiche hindurch und in Längsrichtung der Umschließungszone aus. Dies ist durch den jeweiligen Verlustwinkel
der gradientenmäßig verstärkten Reflektorfelder bedingt. Es sind besonders diejenigen Teilchen innerhalb
der Umschließungszone, die ein zu hohes Verhältnis der Translationsenergie zur Rotationsenergie relativ
zum Gradienten der Reflektorfeldbereiche haben, welche durch die letzeren austreten. Außerdem erfolgt,
da die erreichbare Größe des maximalen Reflektorfeldgradienten in der Praxis durch verschiedene
Beschränkungen der baulichen Ausbildung begrenzt ist, eine rasche Zunahme der Endverluste an Teilchen
aus einer Pyrotron-Umschließungszone üblicher Art, wenn die Energien der begrenzten Teilchen das
Reflexionsvermögen der in der Praxis erzielbaren Reflektorfeldbereiche überschreiten.
Hieraus ergibt sich, daß es vorteilhaft ist, für das bevorzugte Anwendungsgebiet verbesserte Endverschlüsse
in Pyrotrons, linearen Pincheffekt-Vorrichtungen und den diesbezüglichen anderen offenendigen
Vorrichtungen zu verwenden, um Endverluste geladener Teilchen aus den magnetischen Umschließungsoder Reaktionszonen derselben im wesentlichen ausauszuschalten.
Die Erfindung ist daher auf die Schaffung eines magnetischen Mehrfachreflektorfeld-Endverschlußbereiches
bei Reaktionskammern der erwähnten Art gerichtet.
Außer der erzielbaren wirksameren Umschließung kann die Erfindung dazu angewendet werden, eine
kontinuierliche Injektion geladener Teilchen in das statische Feld eines Pyrotrons für kontinuierlichen
Betrieb zu bewirken.
Gemäß der Erfindung weist die Reaktionskammer Magnetspulen auf, die in jedem der entgegengesetzten
Endbereiche der Reaktionszone angeordnet sind, um längs der Reaktionskammer-Achse ein axialsymmetrisches
Magnetfeld zu erzeugen, das mehrere voneinander in axialem Abstand befindliche Knoten-Reflektorfeldbereiche
von erhöhter magnetischer Intensität aufweist, welche die erwähnte Reaktionszone an ihren
Enden begrenzen und mehrere Fangzellen von geringerer Intensität für geladene Teilchen zwischen den
Reflektorfeldbereichen bilden, so daß die Wahrscheinlichkeit, daß Teilchen, die aus der Reaktionszone durch
die innersten Reflektorfeldbereiche hindurch austreten, aufeinanderfolgend alle Reflektorfeldbereiche durchdringen,
gering ist.
Die Erfindung wird in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben, und zwar zeigt
Fig. 1 eine graphische Darstellung des axialen Verlaufes der magnetischen Intensität des erfindungsgemäßen
Mehrfachreflektorfeld-Endbereichs bei Verwendung in einem offenendigen magnetischen Umschließungsfeld
für geladene Teilchen, Fig. 2 eine Ansicht im Schnitt, teilweise in schematischer
Darstellung, einer bevorzugten baulichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Reaktionskammer zur Erzeugung des magnetischen Endverschlußfeldes
nach Fig. 1,
Fig. 3 eine graphische Darstellung des axialen Verlaufes der magnetischen Intensität eines anderen Mehrfachreflektorfeld-Endbereichs
zur optimalen Umschließung geladener Teilchen und
Fig. 4 eine Ansicht im Schnitt, teilweise in schematischer Darstellung, der Ausführungsform nach
Fig. 2 zur Erzeugung des Endverschlußfeldes nach Fig. 3.
Zunächst sei auf die in Fig. 1 und 2 dargestellte Ausführungsform Bezug genommen, bei welcher
Magnetspulen zur Erzeugung eines axialsymmetrischen Magnetfeldes mit einer Vielzahl von voneinander
in Abstand befindlichen Knotenreflektorfeldbereichen H1. vorgesehen sind, welche verbesserte Endverschlußbereiche
H1, H2 bilden, die einen weniger
starken Mittelfeldumschließungs- oder Reaktionsbereich von der Intensität H0 eines Pyrotrons, einer
linearen Pincheffekt-Vorrichtung usw. begrenzen. Durch die Erfindung werden daher Endverschlußbereiche
geschaffen, in denen die Mehrfachreflektorfeldbereiche H1. eine Folge von magnetischen Barrieren
darstellen, welche zwischen sich eine Vielzahl von Fangzellen Hc für geladene Teilchen bilden.
Für die erfindungsgemäßen Einrichtungen zur Erzeugung von Endverschlußfeldern sind verschiedene
bauliche Anordnungen möglich und werden nachstehend verschiedene mögliche Formen beschrieben.
Beispielsweise kann die Einrichtung zur Felderzeugung, wie in Fig. 2 dargestellt, eine Anzahl gleichachsig
angeordneter, voneinander in Abstand befindlicher Magnetspulen 11 aufweisen, die in Umfangsrichtung
um den Vakuumbehälter 12 einer Umschließungsvorrichtung für geladene Teilchen, beispielsweise
eines Pyrotrons, einer linearen Pincheffekt-Vorrichtung od. dgl., angeordnet sind. Die voneinander in
Abstand befindlichen Magnetspulen 11 sind vorzugsweise um die Endbereiche des Vakuumbehälters 12
benachbart dem Reaktionsbereich H0 angeordnet, der
im Falle eines Pyrotrons beispielsweise mittels einer mittig angeordneten nicht gezeigten Umschließungsfeldmagnetspule
erzeugt wird. Die Magnetspulen 11 sind in der Größe und in der Verteilung der Windungen
vorzugsweise identisch, wobei die Windungsverteilung über die Länge jeder Magnetspule gleichmäßig
gemacht werden kann, daß sie von beiden Enden zur Mitte jeder Magnetspule zunimmt, um eine geeignete
Gestaltung des bei der Erregung der Magnetspule erzeugten Magnetfeldes zu erleichtern. Da sich
die Intensität des durch eine Magnetspule erzeugten axialsymmetrischen Magnetfeldes in Achsrichtung
nach der Gleichung
(a2 + Ζψ
ändert, wobei N=ZaM der Windungen, £=Erregungsstrom,
&=radialer Abstand, Z=axialer Abstand, ist
die magnetische Feldintensität in der Mitte jeder Magnetspule 11 am größten und nimmt in der axialen
Richtung nach jeder Seite von der Mitte aus rasch ab. Ferner ist zu beachten, daß die Feldintensität sich
direkt mit der Windungszahl N und dem Erregungsstrom / verändert. Daher können, wenn alle Magnetspulen
11 miteinander hinsichtlich der Zahl und der Verteilung der Windungen, wie vorangehend beschrie-
ben, identisch sind und ausreichende axiale Abstände jektion von zusätzlichen Brennstoffionen in die Zellen
voneinander haben, die Magnetspulen parallel geschaltet aus den Ionenquellen 14, hoch. Das Verhältnis der
und an eine Gleichstromquelle 13 angeschlossen werden, Energiekomponenten eines kollidierenden Teilchens
um die in Fig. 1 der Zeichnung dargestellten Mehr- kann in günstiger Weise verändert werden (d. h., das
fachreflektorfeldverschlüsse H1, H2 zu erzeugen. Die 5 Verhältnis kann ausreichend verringert werden), der-Maxima
der Reflektorfeldbereiche H1. fallen mit der art, daß das Teilchen vom zweiten Reflektorfeldjeweiligen
Mitte der Magnetspulen 11 zusammen, bereich Hr2 reflektiert wird, so daß es dann innerhalb
während die Zellenbereichefi;. mit denZwischenräumen der Zelle HC1 zwischen den Reflektorfeldbereichen Hn,
zwischen diesen zusammenfallen. Hierbei ist zu er- HT% während eines verhältnismäßig langen Zeitraums
wähnen, daß die Magnetspulen 11 gegebenenfalls io wechselweise hin- und herreflektiert wird. Das Teildurch
mehrere gleichartige Stromquellen gesondert chen erleidet schließlich eine Kollision oder Kollierregt oder in Hintereinanderschaltung durch eine sionen, welche das Verhältnis der Rotationsenergie
einzige Stromquelle 13 erregt werden können, um zu der axialen Energie um einen Betrag verringert,
ebenfalls die Mehrfachreflektorfeldverschlüsse gemäß der ausreicht, daß das Teilchen einen der Reflektorder
Erfindung zu erzeugen. 15 feldbereiche Hn, HT2 durchdringt. Wenn die Reflek-Hinsichtlich
des axialen Abstandes zwischen den torfeldbereiche Hr gleiche Intensität haben, besteht
einander benachbarten Magnetspulen 11 ist besonders eine 50°/Mge Wahrscheinlichkeit, daß das Teilchen
zu erwähnen, daß der genaue Abstand vorzugsweise durch den Reflektorfeldbereich Hn hindurchtritt und
so gewählt wird, daß die Länge jeder Fangzelle He auf diese Weise zum Reaktionsbereich H0 zurückzwischen
aufeinanderfolgenden Reflektorfeldbereichen ao geführt wird, in welchem eine hohe Wahrscheinlichkeit
Hr mindestens gleich der mittleren freien Stoßweg- besteht, daß das Teilchen eine günstige Kollision erlange
für Kollisionen der Brennstoffionen (z. B. Deu- leidet und zurückgehalten wird. In ähnlicher Weise
teronen) und vorzugsweise dieser bei der jeweiligen besteht eine 5O°/oige Wahrscheinlichkeit, daß das Teil-Teilchendichte
und Energie des Brennstoffplasmas chen den Reflektorfeldbereich Hr2 durchdringt und in
innerhalb des Reaktionsbereiches H0 im wesentlichen 25 die zweite Fangzelle Hcz eintritt und sich dort, ähngleich
ist. Damit der Abstand zwischen den Magnet- lieh wie vorangehend für die Zelle Hcl beschrieben,
spulen 11 möglichst kurz gehalten werden kann und verhält. Es kann natürlich vorkommen, daß Teilchen
damit die Gesamtlänge der Vorrichtung, in der sie ver- auch den zweiten Reflektorfeldbereich Hr2 aus anderen
wendet werden, so klein wie möglich ist, kann die als den vorerwähnten Gründen durchdringen. Beimittlere
freie Stoßweglänge für die Teilchenkolli- 30 spielsweise kann ein Teilchen den ersten Reflektorfeldsionen
innerhalb der Zellen Hc dadurch verhältnis- bereich Hn durchdringen und keine günstige Kollimäßig kurz gemacht werden, daß zusätzliche Brenn- sion innerhalb der ersten Zelle H01 erleiden. Da dann
stoffionen und raumladungsneutralisierte Elektronen das Verhältnis der Rotationsenergie zur axialen
(d. h. ein Plasma) mit ausreichenden Mengen und Energie des Teilchens unverändert ist, durchdringt
entsprechenden Energien eingeleitet werden, so daß 35 das Teilchen den zweiten Reflektorfeldbereich Hr2.
innerhalb der Zellen eine Teilchendichte und -energie Beim Eintritt in die zweite Zelle Hc2 besteht jedoch
erhalten wird, die mit einer mittleren freien Weglänge eine hohe Wahrscheinlichkeit, daß das Teilchen nunvereinbar
ist, welche im wesentlichen gleich einer be- mehr dort eine günstige Kollision erfährt und in dieser
stimmten, verhältnismäßig kurzen Zellenlänge ist. Um Zelle Hc2 während eines beträchtlichen Zeitraumes
dies zu erleichtern, werden Brennstoffplasmaquellen 40 eingeschlossen wird. Daher nimmt die Wahrschein-14
geeigneter Art vorzugsweise innerhalb des Vakuum- lichkeit, daß Teilchen, die aus der Reaktionszone H0
behälters 12 an Stellen zwischen den Magnetspulen 11 in axialer Richtung durch die ersten Reflektorfeldangeordnet,
um Brennstoffionen in die Zellen H1. bereiche Hn austreten, in die übrigen Mehrfachreflekzwischen
den Reflektorfeldbereichen H1. zu injizieren. torfeldbereiche H1. eintreten und daher aus den Ver-Diese
B rennstoffionetiin jektion kann in der bei den 45 Schlüssen H1, H2 austreten, rasch in exponentieller
Pyrotroninjektionsverfahren üblichen Weise erfolgen. Weise mit zunehmender Zahl dieser Reflektorfeld-Zur
Betrachtung der Wirkungsweise der erfindungs- bereiche ab. Außerdem nimmt die Wahrscheinlichkeit,
gemäßen Mehrfachreflektorfeldverschlüsse H1, H2 zur daß Teilchen, die durch die ersten Reflektorfeld-Verringerung
der Teilchenverluste aus dem Reaktions- bereiche Hn austreten, schließlich zum Reaktionsbereich H0 ist zu erwähnen, daß Teilchen, die schrau- 50 feldbereich H0 zurückgeführt werden, in ähnlicher
benförmige Bahnen durchlaufen, welche um magne- Weise mit zunehmender Zahl der Reflektorfeldtische
Kraftlinien in der üblichen Weise im Reaktions- bereiche H1. zu. Die erfindungsgemäßen Mehrfachbereich
H0 zentriert sind und deren axiale Energie- reflektorfeld-Endverschlußbereiche H1, H2 bilden dakomponente
relativ zu ihrer Rotationsenergiekompo- her ein außerordentlich wirksames Mittel, Endverluste
nente zu groß ist, durch den ersten Reflektorfeld- 55 an Teilchen aus der Reaktions- oder Umschließungsbereich Hn in einer Weise hindurchtreten können, die zone im wesentlichen auszuschalten,
sich aus den Teilchenverlusten durch die Einfach- Die Wahrscheinlichkeit des Teilchenaustritts durch reflektorfeldbereiche bei der üblichen Pyrotron-Um- die erfindungsgemäßen Reflektorfeld-Endverschlußschließungsfeldgeometrie ergibt. Bei den erfindungs- bereiche kann dadurch auf ein Mindestmaß herabgemäßen Endverschlüssen H1, H2 treten jedoch die- 60 gesetzt werden, daß diese Endverschlußbereiche in jenigen Teilchen, die durch die ersten Reflektorfeld- der in Fig. 3 dargestellten Weise abgeändert werden, bereiche Hn hindurchtreten, in die ersten Fang- Bei dem in Fig. 3 dargestellten erfindungsgemäßen zellen Hn ein, wobei ein hoher Grad von Wahrschein- Endverschlußbereich Hs sind mehrere voneinander in lichkeit besteht, daß in diesem Teilchenkollisionen Abstand befindliche Reflektorfeldbereiche H1. vorgestattfinden, welche deren Verhältnis von axialer 65 sehen, bei denen die maximale Intensität und die InEnergie zur Rotationsenergie verändern. Die Kolli- tensität der Zellenbereiche Hc zwischen diesen um sionswahrscheinlichkeit ist infolge der Einstellung der Teilbeträge in Richtung zum Reaktions- oder Um-Zellenlänge relativ zur mittleren freien Weglänge, Schließungsfeldbereich H0 abnimmt. Der Verschlußwie vorangehend beschrieben, d. h. infolge des gewähl- bereich H3 kann durch die in Fig. 2 dargestellte FeIdten Abstandes der Magnetspulen 11 und/oder der In- 70 erzeugungseinrichtung erzielt werden, wenn diese so
sich aus den Teilchenverlusten durch die Einfach- Die Wahrscheinlichkeit des Teilchenaustritts durch reflektorfeldbereiche bei der üblichen Pyrotron-Um- die erfindungsgemäßen Reflektorfeld-Endverschlußschließungsfeldgeometrie ergibt. Bei den erfindungs- bereiche kann dadurch auf ein Mindestmaß herabgemäßen Endverschlüssen H1, H2 treten jedoch die- 60 gesetzt werden, daß diese Endverschlußbereiche in jenigen Teilchen, die durch die ersten Reflektorfeld- der in Fig. 3 dargestellten Weise abgeändert werden, bereiche Hn hindurchtreten, in die ersten Fang- Bei dem in Fig. 3 dargestellten erfindungsgemäßen zellen Hn ein, wobei ein hoher Grad von Wahrschein- Endverschlußbereich Hs sind mehrere voneinander in lichkeit besteht, daß in diesem Teilchenkollisionen Abstand befindliche Reflektorfeldbereiche H1. vorgestattfinden, welche deren Verhältnis von axialer 65 sehen, bei denen die maximale Intensität und die InEnergie zur Rotationsenergie verändern. Die Kolli- tensität der Zellenbereiche Hc zwischen diesen um sionswahrscheinlichkeit ist infolge der Einstellung der Teilbeträge in Richtung zum Reaktions- oder Um-Zellenlänge relativ zur mittleren freien Weglänge, Schließungsfeldbereich H0 abnimmt. Der Verschlußwie vorangehend beschrieben, d. h. infolge des gewähl- bereich H3 kann durch die in Fig. 2 dargestellte FeIdten Abstandes der Magnetspulen 11 und/oder der In- 70 erzeugungseinrichtung erzielt werden, wenn diese so
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abgeändert wird, daß die den Magnetspulen zugeführten Erregerströme, vom Reaktionsbereich H0 aus
nach außen aufeinanderfolgend, zunehmen. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß die Gleichstromquelle
13 mit den Magnetspulen 11 über eine entsprechende Anzahl von Widerständen 16, wie in
Fig. 4 gezeigt ist, parallel geschaltet wird. Die Werte der mit den Magnetspulen 11 verbundenen Widerstände
16 nehmen in Richtung zu den beiden Vakuumbehälter-Enden um Teilbeträge ab. Durch die Erregung
der Magnetspulen 11 in der beschriebenen Weise wird daher ein Verschlußbereich H3 erzeugt, bei
welchem die maximale Intensität der Reflektorfeldbereiche H1. und der Zellenbereiche Hc um Teilbeträge
in Richtung zur Reaktionszone H0 abnimmt. Der End-Verschlußbereich
H3 kann auch dadurch erzeugt werden, daß mehrere Gleichstromquellen verwendet werden,
derart, daß die Magnetspulen 11 durch um Teilbeträge nach außen zunehmende Ströme gespeist
werden. Gegebenenfalls kann die Zahl der Windungen der Magnetspulen 11 bei jeder in Richtung nach
außen folgenden Magnetspule um einen Teilbetrag größer sein, wobei die Magnetspulen alle mit dem
gleichen Strom erregt werden. Da der Endverschlußbereich H3, wenn dieser in irgendeiner Weise, wie
vorangehend beschrieben, erzeugt wird, Reflektorfeldbereiche HT und Zellen Hc von in Richtung nach
außen zunehmender Intensität aufweist, nimmt das Teilchenumschließungsvolumen, das durch den Feldverschluß
eingeschlossen ist, in radialer Richtung nach außen zu ab. Daher ist es aus Gründen der
Materialersparnis u. dgl. vorzuziehen, daß die durch die Magnetspulen 11 eingeschlossenen Endbereiche
des Vakuumbehälters 12, wie in Fig. 4 gezeigt ist, in Achsrichtung nach außen mit einer Verjüngung ausgebildet
werden.
Infolge der beschriebenen Anordnung ist die Teilchendichte in der Reaktionszone H0 am größsten und
wird in den nach außen aufeinanderfolgenden Zellen Hc
des Verschlußbereiches H3 zunehmend geringer. Außerdem erfolgt die Teilchendiffusion aus den Zellen
vorzugsweise in Richtung des Reflektorfeldmaximums von geringerer Intensität. Es ist daher wahrscheinlicher,
daß ein Teilchen, das beispielsweise in der ersten Zelle Hn eingeschlossen ist, anfänglich oder
schließlich ein Verhältnis der Rotationsenergie zur axialen Energie besitzt, das zwar für das Durchdringen
des Reflektorfeldes Hn von geringerer Intensität
ausreichend klein ist, jedoch nicht klein genug ist für die Durchdringung des Reflektorfeldes Hr2 von
höherer Intensität. Die Teilchen diffundieren daher vorzugsweise in Richtung des Maximums Hn von
geringerer Intensität zum Reaktionsbereich H0. Die
Wahrscheinlichkeit, daß ein Teilchen in Achsrichtung aus dem Reaktionsbereich H0 austritt, durch alle
Reflektorfeldbereiche H1. hindurchtritt, so daß es in
Achsrichtung durch den Feldverschlußbereich Ji3 hin ·
durch austritt, ist optimal klein.
Der vorangehend beschriebene, sich um Teilbeträge verändernde Mehrfachfeldverschlußbereich H3 kann
mit Vorteil dazu verwendet werden, die Injektion geladener Teilchen oder von Brennstoffplasma in den
Umschließungs- oder Reaktionsbereich H0 verschiedenartig
gebauter Reaktionskammern zu erleichtern. Die Quellen geladener Teilchen bzw. Plasmaquellen 14,
die dazu verwendet werden, die mittlere freie Stoßweglänge für Teilchenkollisionen innerhalb der Zellenbereiche
Hc einzustellen, bewirken, wie vorangehend
beschrieben, auch eine kontinuierliche Injektion von Brennstoffteilchen in den Reaktionsbereich H0. Die
Verhältnisse sind daher derart, daß im wesentlichen alle in die Zellen Hc injizierten Teilchen schließlich
vorzugsweise aus den äußeren Zellenbereichen von höherer Intensität in die inneren Zellbereiche von aufeinanderfolgend
niedrigerer Intensität diffundieren. Die erfmdungsgemäße Anordnung ergibt daher einekontinuierliche
Ansammlung geladener Teilchen oder von Plasma im Reaktionsbereich H0 einer Reaktionskammer. Die in der Fig. 1 dargestellten und vorangehend
beschriebenen Endverschlußbereiche H1, H2
können natürlich in ähnlicher Weise dazu verwendet werden, eine kontinuierliche Injektion von thermonuklearem
Brennstoff in den Reaktionsbereich H0 herbeizuführen,
jedoch mit einem geringeren Wirkungsgrad, da die Diffusionswahrscheinlichkeit aus jedem
Feldbereich Hc in beiden Achsrichtungen gleich ist.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind noch weitere Ausführungsformen für magnetische Mehrfachendverschlüsse
möglich.
Claims (7)
1. Reaktionskammer für stromstarke Plasmaentladungen, die Mittel zur Einleitung nuklearer
Brennstoffteilchen in die Plasma-Reaktionszone aufweist, wobei die Brennstoffteilchen in dieser
radial eingeengt sind, gekennzeichnet durch Magnetspulen, die in jedem der entgegengesetzten Endbereiche
der Reaktionszone angeordnet sind, um längs der Reaktionskammer-Achse ein axialsymmetrisches Magnetfeld zu erzeugen, das mehrere
voneinander in axialem Abstand befindliche Knoten-Reflektorfeldbereiche von erhöhter magnetischer
Intensität aufweist, welche die erwähnte Reaktionszone an ihren Enden begrenzen und
mehrere Fangzellen von geringerer Intensität für geladene Teilchen zwischen den Reflektorfeldbereichen bilden, so daß die Wahrscheinlichkeit,
daß Teilchen, die aus der Reaktionszone durch die innersten Reflektorfeldbereiche hindurch austreten,
aufeinanderfolgend alle Reflektorfeldbereiche durchdringen, gering ist.
2. Reaktionskammer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mehrere in axialem Abstand voneinander
befindliche, gradientenmäßig verstärkte Reflektorfeldbereiche, wobei die Zellenbereiche
eine axiale Länge haben, die mindestens gleich der mittleren freien Stoßweglänge für Kollisionen der
Brennstoffteilchen untereinander haben.
3. Reaktionskammer nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektorfeldbereiche
sowie die Zellenbereiche in der Intensität um Teilbeträge in Richtung zur Reaktionszone abnehmen.
4. Reaktionskammer nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch Brennstoff-Plasmaquellen,
welche mit den Zellenbereichen in Verbindung stehen und dazu dienen, Brennstoffteilchen
in diese mit einer Menge und mit Energien zu injizieren, die in den Zellenbereichen eine mittlere
freie Stoßweglänge für Teilchenkollisionen ergeben, welche im wesentlichen gleich der axialen
Länge der Zellen ist.
5. Reaktionskammer nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Anzahl von
gleichachsig um jeden seiner Endbereiche angeordneten Magnetspulen, die bei Erregung ein axialsymmetrisches magnetisches Endverschlußfeld erzeugen,
das mehrere gradientenmäßig verstärkte
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Reflektorfeldbereiche aufweist, deren Maxima jeweils
in der Mitte der Magnetspulen· zusammenfallen.
6. Reaktionskammer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gleichstromquelle Erregungsströme
von mit Teilbeträgen zunehmender
Größe an die nach außen aufeinanderfolgenden Magnetspulen liefert.
7. Reaktionskammer nach den Ansprüchen 5 und 6, gekennzeichnet durch an seinen beiden
Enden vorgesehene, sich nach außen verjüngende Behälterverlängerungen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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US873057XA | 1958-05-08 | 1958-05-08 |
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Publication Number | Publication Date |
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Family Applications (1)
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Country | Link |
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DE (1) | DE1087287B (de) |
FR (1) | FR1223778A (de) |
GB (1) | GB873057A (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1263938B (de) * | 1963-07-12 | 1968-03-21 | Commissariat Energie Atomique | Vorrichtung zur immateriellen Begrenzung eines Hochtemperaturplasmas |
US4166760A (en) * | 1977-10-04 | 1979-09-04 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Plasma confinement apparatus using solenoidal and mirror coils |
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US11049619B1 (en) | 2019-12-23 | 2021-06-29 | Lockheed Martin Corporation | Plasma creation and heating via magnetic reconnection in an encapsulated linear ring cusp |
IL281747B2 (en) | 2021-03-22 | 2024-04-01 | N T Tao Ltd | System and method for creating plasma with high efficiency |
-
1959
- 1959-03-25 GB GB10316/59A patent/GB873057A/en not_active Expired
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- 1959-05-08 DE DEU6185A patent/DE1087287B/de active Pending
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Also Published As
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FR1223778A (fr) | 1960-06-20 |
GB873057A (en) | 1961-07-19 |
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