DE1115845B - Plasma containment device - Google Patents

Plasma containment device

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DE1115845B
DE1115845B DEC21571A DEC0021571A DE1115845B DE 1115845 B DE1115845 B DE 1115845B DE C21571 A DEC21571 A DE C21571A DE C0021571 A DEC0021571 A DE C0021571A DE 1115845 B DE1115845 B DE 1115845B
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DE
Germany
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magnetic
vessel
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plasma
pair
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Pending
Application number
DEC21571A
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German (de)
Inventor
Jean-Michel Dolique
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Thales SA
Original Assignee
CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/02—Arrangements for confining plasma by electric or magnetic fields; Arrangements for heating plasma
    • H05H1/10—Arrangements for confining plasma by electric or magnetic fields; Arrangements for heating plasma using externally-applied magnetic fields only, e.g. Q-machines, Yin-Yang, base-ball
    • H05H1/12—Arrangements for confining plasma by electric or magnetic fields; Arrangements for heating plasma using externally-applied magnetic fields only, e.g. Q-machines, Yin-Yang, base-ball wherein the containment vessel forms a closed or nearly closed loop
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/10—Nuclear fusion reactors

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Description

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

C 21571 Vmc/21gC 21571 Vmc / 21g

ANMELDETAG: 1. JUNI 1960REGISTRATION DATE: JUNE 1, 1960

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT: 26. OKTOBER 1961 ANNOUNCEMENT OF THE REGISTRATION AND ISSUE OF THE EXPLAINING PAPER: OCTOBER 26 , 1961

Die Erfindung betrifft eine Plasma-Eingrenzungs-Vorrichtung mit einem ringförmigen evakuierten Gefäß, mit Mitteln zur Erzeugung eines Magnetfeldes, dessen Feldlinien im wesentlichen parallel zu den Wänden im Inneren des Gefäßes verlaufen, mit magnetischen Spiegeln, die zur Einschnürung der magnetischen Feldlinien in vorgegebenen räumlichen Abständen um das ringförmige Gefäß verteilt sind, und mit Mitteln zur Füllung des Gefäßes mit Plasma.The invention relates to a plasma containment device with an annular evacuated Vessel, with means for generating a magnetic field, the field lines of which are essentially parallel to the Walls run inside the vessel, with magnetic mirrors that help constrict the magnetic field lines are distributed around the ring-shaped vessel at specified spatial intervals, and means for filling the vessel with plasma.

Bekannt ist, daß derartige Vorrichtungen als Erzeuger von Neutronen oder Kernenergie verwendet werden können, wenn es gelingt, die Teilchen über eine hinreichend lange Zeitperiode einzugrenzen, so daß die Kernreaktionen durch Zusammenstöße zwischen den Teilchen, die auf sehr hohen Temperaturen gehalten werden, Zeit haben, mindestens so viel Energie zu erzeugen, wie das Plasma durch die üblichen Verluste, die in derartigen Vorrichtungen auftreten, wie durch Bremsstrahlung, Zusammenstöße mit den Gefäßwänden, Verunreinigungen u. dgl., verliert.It is known that such devices are used as producers of neutrons or nuclear energy if it is possible to confine the particles over a sufficiently long period of time, so that the nuclear reactions result from collisions between the particles at very high temperatures have time to generate at least as much energy as the plasma through the common losses that occur in such devices, such as bremsstrahlung, collisions with the vessel walls, impurities and the like. Loses.

Eine der am meisten verwendeten Arten zur Erzeugung einer derartigen Eingrenzung besteht darin, den mit Plasma gefüllten Innenraum des Gefäßes innerhalb eines magnetischen Feldes mit zeitlich konstanter Feldstärke an jedem Punkt, dessen Feldlinien im wesentlichen parallel zu den Wänden verlaufen, von denen das Plasma isoliert werden soll, anzuordnen. Es ist auch bekannt, in derartigen Einrichtungen, die Gefäße mit linearer Form aufweisen, an den Enden dieses Gefäßes Einschnürungen der magnetischen Feldlinien, sogenannte »magnetische Spiegel« oder »magnetische Flaschenhälse« mit Hilfe zusätzlicher Magnetspulen, die an den Stellen dieser Hälse oder Verschlüsse der magnetischen Flaschen ein stärkeres magnetisches Feld hervorrufen, zu erzeugen. Diese zusätzlichen Wicklungen können prinzipiell entfallen, wenn das Gefäß ringförmig ist, da auf Grund der Geschlossenheit des Innenraumes in sich selbst die Axialbewegung der Teilchen nur eine zyklische Umlaufbewegung derselben zur Folge hat und nicht ein Entweichen derselben in Richtung auf die Wände hin bedeutet. Dieses Entweichen sollen die magnetischen Spiegel in einem linearen Gefäß verhindern, zumindest was das Entweichen der Teilchen in Längsrichtung betrifft. Es wurde jedoch festgestellt, daß es auch bei einem ringförmigen Gefäß vorteilhaft ist, magnetische Spiegel vorzusehen, die an bestimmten Punkten über den Umfang des Ringkörpers verteilt sind, um die zyklische Umlaufbewegung zu verringern. Dadurch sollen Bewegungen der gesamten Plasmamasse verhindert werden, da Plasma -Eingrenzungs -VorrichtungOne of the most common ways to create such a boundary is to the plasma-filled interior of the vessel within a magnetic field with time constant field strength at each point, the field lines of which are essentially parallel to the walls, from which the plasma is to be isolated. It is also known, in such facilities, the vessels have a linear shape, at the ends of this vessel constrictions of the magnetic field lines, so-called "magnetic mirrors" or "magnetic bottle necks" with the help additional magnetic coils, which are at the points of these necks or closures of the magnetic bottles create a stronger magnetic field. These additional windings can in principle not applicable if the vessel is ring-shaped, because of the closed nature of the interior in itself the axial movement of the particles only results in a cyclic orbital movement of the same and does not mean an escape of the same in the direction of the walls. This should escape the magnetic mirrors in a linear vessel prevent at least what the escape of the Particles in the longitudinal direction concerns. It has been found, however, that the same applies to an annular vessel It is advantageous to provide magnetic mirrors that at certain points over the circumference of the ring body are distributed to reduce the cyclic orbital motion. This is supposed to make movements of the entire plasma mass can be prevented as a plasma containment device

Anmelder:Applicant:

Compagnie Generale de Telegraphie sans FiI, ParisCompagnie Generale de Telegraphie sans FiI, Paris

Vertreter: Dr. W. Müller-BoreRepresentative: Dr. W. Muller-Bore

und Dipl.-Ing. H. Gralfs, Patentanwälte,and Dipl.-Ing. H. Gralfs, patent attorneys,

Braunschweig, Am Bürgerpark 8Braunschweig, Am Bürgerpark 8

Beanspruchte Priorität: Frankreich vom 2. Juni 1959 (Nr. 796 319)Claimed priority: France of June 2, 1959 (No. 796 319)

Jean-Michel Dolique, Paris, ist als Erfinder genannt wordenJean-Michel Dolique, Paris, has been named as the inventor

diese sich ungünstig auswirken, wie in der Praxis in bezug auf die Aufrechterhaltung hoher Temperaturen und die Stabilität des Systems leicht gezeigt werden kann.these have an unfavorable effect, as in practice with regard to maintaining high temperatures and the stability of the system can be shown easily.

Jedoch auch bei einem Ringgefäß mit magnetischen Spiegeln, die an bestimmten Punkten längs des Umfangs des Ringes verteilt sind, sind die Bewegungen des gesamten Plasmas und davon herrührende Unstabilitäten nicht unterdrückt, und zwar auf Grund der unvollkommenen Dichtheit der magnetischen Flaschenhälse, die derart miteinander verbunden sind, daß sie eine in sich selbst geschlossene Kette, d. h. eine endlose Kette bilden. Ziel der Erfindung ist, diese Dichtheit zu verbessern, derart, daß die Plasmabewegungen innerhalb jeder magnetischen Flasche so selbständig (unabhängig) wie möglich sind.But also with a ring vessel with magnetic mirrors, which at certain points along the Circumference of the ring are distributed, are the movements of the entire plasma and resulting therefrom Instabilities not suppressed, due to the imperfect tightness of the magnetic Bottle necks interconnected in such a way that they form a self-contained chain, i. H. form an endless chain. The aim of the invention is to improve this tightness so that the plasma movements are as autonomous as possible within each magnetic bottle.

Es ist bekannt, daß die Verluste durch Entweichen aus den magnetischen Flaschenhälsen bei Teilchen auftreten, deren Geschwindigkeitsvektor mit der Achse einen Winkel Θ bildet, welcher kleiner als der wie folgt ausgedrückte Grenzwert dafür ist:It is known that the losses due to escape from the magnetic bottle necks occur in the case of particles whose velocity vector forms an angle Θ with the axis which is smaller than the limit value for it expressed as follows:

<9m = arc sin<9 m = arc sin

Dabei ist Bm die magnetische Feldstärke innerhalb des Bereiches der Spiegel und B0 die magnetische B m is the magnetic field strength within the area of the mirror and B 0 is the magnetic field strength

109 710/406109 710/406

Claims (1)

3 43 4 Feldstärke im mittleren Bereich zwischen zwei Flaschen in Form einer geschlossenen Kette gebildetField strength in the middle area between two bottles in the form of a closed chain Spiegeln. Es besteht daher ein Interesse, die Quer- werden. Bezugsnummer 5 kennzeichnet herkömmlicheReflect. There is therefore an interest that will be transverse. Numeral 5 denotes conventional ones komponente des Geschwindigkeitsvektors der Teilchen Pumpmittel und Bezugsnummer 6 herkömmliche Mittelcomponent of the velocity vector of the particles pumping means and reference number 6 conventional means zu vergrößern, so daß dieser den Kegel, innerhalb zur Plasmazuführung. Das von den Plasmazuführungs-to enlarge, so that this the cone, inside for the plasma supply. The plasma supply dessen Entweichen von Teilchen stattfindet und an 5 mitteln 6 zugeführte Plasma wird innerhalb der magne-whose escape of particles takes place and plasma supplied to 5 means 6 is inside the magnetic dessen Scheitelpunkt der Halbwinkel gleich Θη ist, tischen Flaschen durch deren Feldlinien 3 eingegrenzt,whose vertex is the half-angle equal to Θ η , table bottles delimited by their field lines 3, verläßt. Erfindungsgemäß ist in der Ebene jeder Spule 2leaves. According to the invention, each coil 2 is in the plane Erfindungsgemäß wird diese Erhöhung der Quer- ein Elektrodenpaar 7 und 8 vorgesehen, dessen geschwindigkeit dadurch verwirklicht, daß innerhalb Elektroden einander in radialer Richtung des Zylinderdes im Inneren des ringförmigen Gefäßes enthaltenen io ringes 1 gegenüberliegen und beispielsweise in die Plasmas ein Muster oder System von stehenden Wände des Gefäßes 1 eingelassen sind. Ein elektrotransversalen hydromagnetischen Wellen, sogenannter magnetisches Feld wird den Elektroden 7 und 8 jedes AIfven-Wellen, deren Schwingungsbäuche in den Elektrodenpaares von einer Quelle 9 geeigneter Bauart, Einschnürungsebenen der magnetischen Spiegel liegen, die mit den Elektroden 7 und 8 gegenphasig verbunden errichtet wird. Ein wechselnder Vektor, der senkrecht 15 ist, zugeführt. Alle Elektroden 7 einerseits und alle zum Krümmungsradius der Meridianschnitte des Elektroden 8 andererseits werden gleichphasig durch ringförmigen Gefäßes verläuft, wird Massentransport- die gleiche Quelle 9 erregt. Wird die Frequenz der vektor genannt und ist diesen Wellen zugeordnet. Es Quelle 9 geeignet gewählt, so wird ein transversales ist bekannt, daß ein derartiger Vektor aus den elektromagnetisches Feld zwischen jedem Elektroden-Teilchen-Geschwindigkeitsvektoren entsteht. Ist dieser 20 paar 7 und 8 errichtet, das innerhalb des Plasmas Vektor transversal gerichtet, so ist die Verteilung der stehende transversale hydromagnetische Wellen erregt, Teilchengeschwindigkeiten zugunsten des transversalen deren Schwingungsbäuche in den Ebenen der Ein-Geschwindigkeitsvektors, der dem Plasmafiuß durch schnürungen 4 liegen.According to the invention, this increase in the transverse one electrode pair 7 and 8 is provided, its speed realized by the fact that within electrodes each other in the radial direction of the cylinder inside the annular vessel contained io ring 1 opposite and for example in the Plasmas a pattern or system of standing walls of the vessel 1 are embedded. An electrotransversal Hydro-magnetic waves, so-called magnetic field, is applied to electrodes 7 and 8 each AIfven waves, the antinodes of which in the pair of electrodes come from a source 9 of suitable design, Constriction planes of the magnetic mirrors are connected to the electrodes 7 and 8 in antiphase is erected. An alternating vector that is perpendicular 15 is supplied. All electrodes 7 on the one hand and all of them to the radius of curvature of the meridional sections of the electrode 8 on the other hand are in-phase through annular vessel, mass transport - the same source 9 is excited. If the frequency of the called vector and is assigned to these waves. If source 9 is chosen appropriately, it becomes a transversal one it is known that such a vector consists of the electromagnetic field between each electrode-particle velocity vectors arises. Is this 20 pair of 7 and 8 erected inside the plasma Vector directed transversely, the distribution of standing transverse hydromagnetic waves is excited, Particle velocities in favor of the transversal, their antinodes in the planes of the single velocity vector, which lie to the plasma flow through lacings 4. die Hälse der magnetischen Flaschen entgegenwirkt, Typische Zahlenwerte für eine praktische Ausabgewandelt. 25 führung einer Vorrichtung gemäß der Erfindung sindcounteracts the necks of the magnetic bottles, Typical numerical values for a practical modification. 25 are guidance of a device according to the invention Bei einer Ausführungsform gemäß der Erfindung folgende:
werden die transversalen hydromagnetischen WellenIn one embodiment according to the invention the following:
become the transverse hydromagnetic waves durch ein hochfrequentes elektromagnetisches Feld, Anzahl der Spulen 2 6by a high-frequency electromagnetic field, number of coils 2 6 welches einem in der Ebene oder Fläche jedes Spiegels Außenradius des Zylinderringes R Imwhich one in the plane or surface of each mirror outer radius of the cylinder ring R Im einander gegenüberliegendem Elektrodenpaar zu- 30 .opposite pair of electrodes 30. geführt wird, erzeugt. Innenradius des Zylmderrrnges r 0,8mis performed, generated. Inner radius of the cylinder ring r 0.8m Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, Magnetfeld B0 im Mittelbereich zwischenAnother object of the invention is to create magnetic field B 0 in the central area between möglichst sehr hohe Temperaturen innerhalb des hier zwei Wicklungen 2 10 000 GVery high temperatures possible within the two windings here 2 10 000 G vorgeschlagenen Systems zu erreichen und aufrecht- Frequenz des Generators 9 25OkHzproposed system to achieve and maintain- frequency of the generator 9 25OkHz zuerhalten und damit die Aussicht, Kernenergie als 35and thus the prospect of nuclear energy as 35 Folge von Zusammenstößen zwischen Plasmateilchen Gas von Quelle 6 DeuteriumResult of collisions between plasma particles gas from source 6 deuterium zu erhalten, zu erhöhen.to get, increase. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Es ist jedoch klar, daß die im vorstehenden ge-SchafFung eines Systems, das zyklische Bewegungen gebene Beschreibung, die Zeichnung und die Zahlender gesamten Plasmamasse innerhalb eines endlosen 40 werte nur zu Erläuterungszwecken gegeben sind und Eingrenzungsraumes wirksam verringert oder ver- nicht als Beschränkung der vorliegenden Erfindung hindert. angesehen werden, da viele Änderungen und Ab-Another object of the invention is to It is clear, however, that the above-mentioned creation a system that gives cyclic movements description, drawing and paying total plasma mass within an endless 40 values are given for explanatory purposes only and Containment space effectively reduced or not as a limitation of the present invention hinders. as many changes and cancellations Die Merkmale und Vorteile der Vorrichtung gemäß Wandlungen im Rahmen der Idee und des UmfangsThe features and advantages of the device according to changes within the scope of the idea and scope der Erfindung werden durch die nachstehende Be- der Erfindung möglich sind.
Schreibung in Verbindung mit der Zeichnung, welche 45
nur ein Ausführungsbeispiel zeigt, näher erläutert.of the invention are made possible by the following aspects of the invention.
Writing in connection with the drawing, which 45
shows only one embodiment, explained in more detail. Fig. 1 ist ein Querschnitt einer Ausführungsform p f Fig. 1 is a cross section of an embodiment pf einer Vorrichtung gemäß der Erfindung; PATENTANSPRÜCHE.a device according to the invention; PATENT CLAIMS. Fig. 2 ist ein Querschnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1.FIG. 2 is a cross section taken along line 2-2 in FIG. 1. In der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugsnummern 50 1. Plasma-Eingrenzungs- Vorrichtung mit einem entsprechende Teile der beiden Ansichten. Bezugs- ringförmigen evakuierten Gefäß, mit Mitteln zur nummer 1 in Fig. 1 bezeichnet ein zylinderringförmiges Erzeugung eines Magnetfeldes, dessen Feldlinien Gefäß, das beispielsweise aus »Pyrex« besteht. Ein im wesentlichen parallel zu den Wänden im magnetisches Längsfeld 3 mit Einschnürungen der Inneren des Gefäßes verlaufen, mit magnetischen magnetischen Feldlinien an in Abstand voneinander 55 Spiegeln, die zur Einschnürung der magnetischen liegenden Punkten längs des Umfangs des Zylinder- Feldlinien in vorgegebenen räumlichen Abständen ringes 1 wird durch geeignete bekannte Mittel im um das ringförmige Gefäß verteilt sind, und mit Inneren des Gefäßes 1 erzeugt. Diese Mittel können Mitteln zur Füllung des Gefäßes mit Plasma, z. B. aus sechs Magnetspulen oder -wicklungen 2 gekennzeichnet durch Mittel zur Errichtung eines gebildet werden, welche in regelmäßigem Abstand 60 Musters stehender transversaler hydromagnetischer um den Zylinderring 1 angebracht sind und von Wellen, deren Schwingungsbäuche in den Eingeeigneten (nicht dargestellten) Energiequellen ge- schnürungsebenen der magnetischen Spiegel liegen, speist werden, derart, daß Feldlinien 3 erzeugt werden, 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gedie längs der kreisförmigen Achse des Gefäßes 1 kennzeichnet, daß in der Ebene jedes magnetischen gleiche Richtung haben. Die Feldlinien 3 zeigen dabei 65 Spiegels ein Paar einander gegenüberliegender Einschnürungen an Punkten 4, die in der Ebene der Elektroden (7, 8), deren Oberflächen im wesent-Spulen 2 liegen und zwischen den Spulen 2 derart liehen parallel zu den Gefäßwänden verlaufen, divergieren, daß wirkungsvoll sechs magnetische angebracht ist und daß eine hochfrequente Energie-In the drawings, the same reference numerals 50 designate 1. Plasma containment apparatus with corresponding parts in the two views. Reference ring-shaped evacuated vessel, with means for number 1 in FIG. 1, denotes a cylindrical ring-shaped generation of a magnetic field, the field lines of which are a vessel, which consists, for example, of "Pyrex". A substantially parallel to the walls in the magnetic longitudinal field 3 with constrictions in the interior of the vessel run, with magnetic magnetic field lines on at a distance from each other 55 mirrors, the ring 1 for constriction of the magnetic points lying along the circumference of the cylinder field lines at predetermined spatial distances is distributed around the annular vessel by suitable known means, and is produced with the interior of the vessel 1. These means may include means for filling the vessel with plasma, e.g. B. of six magnetic coils or windings 2 characterized by means for the establishment of one, which are attached at regular spacing 60 pattern standing transverse hydromagnetic around the cylinder ring 1 and of waves, whose antinodes in the appropriate (not shown) energy sources laced planes the magnetic mirrors are fed in such a way that field lines 3 are generated, 2. Device according to claim 1, characterized in that along the circular axis of the vessel 1, each magnetic has the same direction in the plane. The field lines 3 show a pair of opposing constrictions at points 4 which diverge in the plane of the electrodes (7, 8), the surfaces of which lie in the coils 2 and between the coils 2 run parallel to the vessel walls that six magnetic magnets are effectively attached and that a high-frequency energy quelle (9) zur gegenphasigen Speisung der entsprechenden Elektroden jedes Paares mit diesen verbunden ist.source (9) for feeding in phase opposition to the corresponding electrodes of each pair with them connected is. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektrode jedes Paares mit anderen übereinstimmenden Elektroden anderer Paare zwecks gleichphasiger Speisung durch die Energiequelle verbunden ist.3. Apparatus according to claim 2, characterized in that one electrode of each pair with other matching electrodes of other pairs for the purpose of in-phase supply connected by the energy source. 4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gefäßwände aus isolierendem Material bestehen und die Elektroden (7, 8) in diese Wände eingelassen sind.4. Device according to claims 2 and 3, characterized in that the vessel walls consist of insulating material and the electrodes (7, 8) are embedded in these walls. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
DEC21571A 1959-06-02 1960-06-01 Plasma containment device Pending DE1115845B (en)

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