DE1186155B - Verfahren und Vorrichtung zum Erhitzen eines Plasmas - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Erhitzen eines PlasmasInfo
- Publication number
- DE1186155B DE1186155B DEU6275A DEU0006275A DE1186155B DE 1186155 B DE1186155 B DE 1186155B DE U6275 A DEU6275 A DE U6275A DE U0006275 A DEU0006275 A DE U0006275A DE 1186155 B DE1186155 B DE 1186155B
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- plasma
- frequency
- section
- magnetic
- winding
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21B—FUSION REACTORS
- G21B1/00—Thermonuclear fusion reactors
- G21B1/05—Thermonuclear fusion reactors with magnetic or electric plasma confinement
- G21B1/055—Stellarators
-
- 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
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Internat. Kl.: G 21
Deutsche Kl.: 21g-21/21
Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:
U 6275 VIII c/21 g
11.Juni 1959
28. Januar 1965
11.Juni 1959
28. Januar 1965
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erhitzen eines von einem Magnetfeld
eingeschlossenen Plasmas, das in einer evakuierten Zone durch ein Resonanzfeld induktiv erregt
wird, so daß es eine Bewegung mit Zyklotronfrequenz ausführt.
Wenn der Versuch gemacht wird, Energie auf ein Plasma durch ein magnetisches Resonanzfeld zu
übertragen, das nicht die erforderliche Periodizität besitzt, entwickeln sich Raumladungen, die eine wirksame
Energieübertragung ausschließen. Diese Raumladungen sind die Folge der verschiedenen Zyklotronfrequenzen
der Ionen und der Elektronen in dem Plasma. Wegen dieses Unterschiedes können die
Elektronen des Plasmas den Ionen nicht folgen, wenn diese beschleunigt werden, so daß sich die Ionen von
den Elektronen unter Erzeugung einer Raumladung trennen. Aufgabe der Erfindung ist es, unter Verwendung
eines magnetischen Resonanzfeldes das Plasma zu erhitzen. Dies wird erreicht, indem gemäß
der Erfindung aneinandergrenzende Bereiche des Plasmas gleichzeitig mit oder annähernd mit ihrer
Ionenzyklotronfrequenz in entgegengesetzten Richtungen erregt und die daraus resultierenden Bewegungsenergien
thermalisiert werden.
Eine Vorrichtung, bestehend aus einem elektrischen Entladungsgefäß, das von einer Wicklung zur
Erzeugung eines axialen Magnetfeldes umgeben ist, und einer Einrichtung zum Zünden einer Plasmaentladung,
ist zur Durchführung dieser Maßnahmen dann geeignet, wenn gemäß der Erfindung ein Teil
des Entladungsgefäßes von abschnittsweise jeweils in entgegengesetzten Richtungen vom elektrischen Strom
durchflossenen Magnetfeldwindungen umgeben ist und eine Einrichtung zur periodischen Erregung dieser
Magnetfeldwindungen und Einrichtungen zur Erzeugung mindestens eines an den Teil 103 anschließenden
Thermalisierungsabschnitts vorgesehen sind.
Es sind bereits Einrichtungen zur Erzeugung rasch fliegender Ladungsträger unter Benutzung einer elektrodenlosen
Ringentladung bekanntgeworden. Mit diesen bekannten Anordnungen konnten jedoch die
oben aufgeführten Probleme nicht gelöst werden.
Es ist ebenfalls ein Verfahren zur Erzeugung eines hochionisierten Plasmas bekannt, bei dem dieses
Plasma mit seiner Ionenzyklotronfrequenz erregt wird. Dieses bekannte Verfahren bezweckt lediglich
die Erzeugung eines hochionisierten Plasmas und nicht die Erhitzung oder Einschließung eines Plasmas.
Problemstellung und Zweck dieser bekannten Maßnahmen sind von denen, die der Erfindung zugrunde
liegen, verschieden.
Verfahren und Vorrichtung zum Erhitzen eines
Plasmas
Plasmas
Anmelder:
United States Atomic Energy Commission,
Germantown, Md. (V. St. A.)
Vertreter:
Dr.-Ing. W. Abitz, Patentanwalt,
München 27, Pienzenauer Str. 28
Als Erfinder benannt:
Thomas Howard Stix, Princeton, N. J. (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 30. Juni 1958 (745 778)
Ein Plasma ist ein gasförmiger Zustand eines Stoffes, bei welchem einige oder alle Atome ionisiert
sind und die Gesamtionenentladung durch Elektronen neutralisiert ist.
Ionen und Elektronen, die eine Bewegungsquerkomponente quer zu den Kraftlinien eines magnetischen
Feldes haben, haben die Neigung, um die Kraftlinien eine Gyrationsbewegung auszuführen. Ein
Plasma befindet sich in einem magnetischen Umschließungsfeld, wenn seine Ionen und Elektronen
durch ihre Gyration um die Kraftlinien zeitweilig lokalisiert sind.
Die Quergyration eines Ions in einem magnetischen Umschließungsfeld wird als »Ionenzyklotronbewegung«
bezeichnet. Die Frequenz einer Ionenzyklotronbewegung ist gegeben durch den Ausdruck
f
= ZieBJL·
m
J lonenzyklotron ~ 1
v
'
wobei
Z1 = Ordnungszahl des Ions,
e = Ladung eines Elektrons,
B0 = Flußdichte des magnetischen Feldes,
e = Ladung eines Elektrons,
B0 = Flußdichte des magnetischen Feldes,
m; = Masse des Ions,
c = Lichtgeschwindigkeit im Vakuum.
c = Lichtgeschwindigkeit im Vakuum.
Nach der Erfindung ist es möglich, Energie mit einem hohen Wirkungsgrad von einer Hochfrequenzenergiequelle
auf ein Plasma zu übertragen, das sich in einem magnetischen Umschließungsfeld befindet,
409 770/285
und zwar durch Erregen bestimmter Resonanzen im Plasma. Diese Resonanzen umfassen Ionenzyklotronbewegungen,
Ionenzyklotronwellen und hydromagnetische Torsions- und Verdichtungswellen.
Der Ausdruck »Ionenzyklotronwelle« bezieht sich auf eine Eigenschwingung oder -welle in einem
Plasma, das sich in einem magnetischen Umschließungsfeld befindet, wobei die Bewegung der Plasmaionen,
die an der Eigenschwingung oder -welle teilnehmen, in der Hauptsache quer zu den Kraftlinien
des magnetischen Umschließungsfeldes verläuft; die Wellenlänge (gemessen längs einer Kraftlinie) ist dabei
verhältnismäßig kurz, und die Frequenz liegt geringfügig unter der Ionenzyklotronfrequenz für die
Ionen.
Ionenzyklotronwellen werden im Plasma durch ein Resonanzfeld, dessen Frequenzen geringfügig unter
der Ionenzyklotronfrequenz liegt, und durch verhältnismäßig kurze Wellenlängen (Wellenlänge gemessen
längs einer Kraftlinie) erregt. Die kurze Wellenlänge ist erforderlich, da eine unerwünschte
Ionenraumladung, die sich aus der Wellenbewegung ergibt, hierdurch durch längs der Kraftlinien fließende
Elektronen neutralisiert wird. Die induktive Wirkung dieses neutralisierenden Elektronenstroms
verringert die Resonanzfrequenz der Ionenzyklotronwelle unter die Ionenzyklotronfrequenz und setzt die
Plasmaerhitzungswirkung der Ionenzyklotronwelle herab. Der Betrag, um welchen die Resonanzfrequenz
verringert wird, wird beträchtlich, wenn die Wellenlänge nicht kurz ist. Für die Ionenzyklotronbewegung
wird, wenn die Wellenlänge nicht kurz ist, durch eine sehr ähnliche induktive Wirkung der Betrag
der Erhitzung herabgesetzt, welche bei einem gegebenen induzierten elektrischen Feld erzielt wird.
Die Ionenzyklotronbewegungen und die Ionenzyklotronwellen sind besonders zur Erhitzung eines
Plasmas geeignet.
Die Resonanzfrequenz für Ionenzyklotronwellen ist annähernd gegeben durch
f=fi
1 +
Ionenzyklotron
(X
K2
»ι = Zahl der Ionen je Kubikzentimeter,
/. = Wellenlänge des Resonanzfeldes.
/. = Wellenlänge des Resonanzfeldes.
Ionen in einem Plasma, das von einem annähernd gleichmäßigen Magnetfeld eingeschlossen ist, können
durch Erregung dieser Resonanzen und durch Thermalisierung der Wellenenergie erhitzt werden. Infolge
der Querbewegung zum Magnetfeld können die erhitzten Ionen zeitweilig in einem begrenzten räumlichen
Bereich durch die Verwendung magnetischer Spiegel eingeschlossen werden.
Die Thermalisierung der aus Ionenzyklotronbewegungen resultierenden Energie kann durch den
Prozeß der Zyklotrondämpfung, wie nachstehend beschrieben, in annähernd der Zeit stattfinden, die
für Ionen-Ionen-Zusammenstöße bzw. für Ionen zur Bewegung längs einer Kraftlinie durch den Erhitzungsbereich
notwendig ist, je nachdem, welche Zeit kürzer ist. Die Thermalisierung von Ionenzyklotronwellen
kann ebenfalls durch Zyklotrondämpfung geschehen, wenn die Frequenz der Schwingung
ziemlich nahe der Ionenzyklotronfrequenz der Plasmaionen liegt.
Es sei hier eine kurze Beschreibung des als »Zyklotrondämpfung« bezeichneten Prozesses gegeben.
Ionen bewegen sich in einem umschließenden Magnetfeld in einer spiraligen Bahn. Sie bewegen sich
i" spiralig um eine magnetische Kraftlinie mit einer
Frequenz, die als ihre Ionenzyklotronfrequenz (Gleichung 1) bezeichnet wird, und bewegen sich unbehindert
längs der Kraftlinie. Ein Ion kann durch ein elektrisches Feld beschleunigt werden. Wenn ein Ion
durch ein oszillierendes elektrisches Feld in der Weise beschleunigt wird, daß die Beschleunigung des
Ions in Phase mit der Schwingungsgeschwindigkeit des Ions ist, nimmt das Ion Energie auf. In ähnlicher
Weise kann ein Ion in einem Plasma Energie aus einem oszillierenden elektrischen Feld aufnehmen,
dessen Frequenz annähernd gleich der Ionenzyklotronfrequenz ist. Wenn das elektrische Feld im
Plasma ferner eine periodische räumliche Veränderung (die Entfernung gemessen längs einer Kraftlinie)
hat, »empfindet« ein längs einer Kraftlinie sich bewegendes Ion bzw. Elektron das elektrische Feld
mit einer Frequenz, die von der des elektrischen Feldes verschieden ist, und zwar wegen des Dopplereffektes.
Selbst wenn die Frequenz des elektrischen Feldes im Plasma nicht genau gleich der Ionenzyklotronfrequenz
für Ionen des Plasmas ist, sind stets doch einige Ionen vorhanden, welche sich gerade mit
solchen Geschwindigkeiten bewegen, daß sie das elektrische Feld mit ihrer Ionenzyklotronfrequenz
»empfinden«. Für diese Ionen bleibt die Beschleunigung infolge des oszillierenden elektrischen Feldes
für eine verhältnismäßig lange Zeit in Phase mit der Schwingungskomponente der Ionengeschwindigkeit.
Solche Ionen nehmen große Mengen Energie aus dem elektrischen Feld auf. Die aufgenommene
Energie ist Bewegungsenergie der Ionen quer zu den Kraftlinien des magnetischen Umschließungsfeldes.
Wenn Ionen aus dem Beschleunigungsbereich austreten oder wenn Ionen geringfügige Geschwindigkeits-Veränderungen
längs der Kraftlinien infolge von Zusammenstößen mit anderen Ionen erfahren, wird diese
Querenergie teilweise in dem Sinne thermalisiert, daß die resultierende Verteilung der Querenergie und Geschwindigkeiten
fast zufällig verteilte Phasen und Amplituden enthalten. Wenn das elektrische Feld
durch eine Ionenzyklotronwelle erzeugt wird, verursacht die Energieabsorption aus der Welle durch
Ionen die Unterdrückung der Welle entweder mit Bezug auf die Zeit oder auf die Entfernung oder mit
Bezug auf beide. Das elektrische Feld kann gegebenenfalls das induzierte Feld einer Induktionsspule
sein. In jedem Falle beruht die Zyklotrondämpfung auf der Energieabsorption aus dem elektrischen Feld
durch diejenigen Ionen, welche durch das elektrische Feld gerade mit den richtigen Geschwindigkeiten
längs der Kraftlinien hindurchtreten, daß sie das elektrische Feld mit ihren eigenen Ionenzyklotronfrequenzen
»empfinden«.
Die Thermalisierung sowohl von Ionenzyklotronbewegungen als auch von Ionenzyklotronwellen kann
auch durch Zusammenstöße von geladenen Teilchen von verschiedener Masse stattfinden. Während
Ionen-Elektronen-Zusammenstöße die Energie einer
5 6
Plasmabewegung in eine regellose Bewegung mit der Entfernung, gemessen längs einer Kraftlinie,
einer verhältnismäßig geringen Geschwindigkeit um- Hierdurch wird Energie auf das Plasma übertragen,
wandeln, kann eine schneilere Thermalisierung da- Nach der Erfindung werden zur Erzeugung des
durch erreicht werden, daß man lediglich die Ionen- Plasmas wenigstens zwei reaktive Ionenarten mit
Zyklotronbewegungen oder Ionenzyklotronwellen 5 verschiedenen Verhältnissen von Ladung und Masse
einer Ionenart in einem Plasma erregt, das zwei oder verwendet.
mehrere Arten von Ionen, beispielsweise von Deu- Bei der Vorrichtung nach der Erfindung ist ein
terium und Tritium, enthält. Wenn das Plasma ein Ionenzyklotronwellen-Thermalisierungsabschnitt beGemisch
von zwei oder mehreren lonenarten mit nachbart dem Erzeugungsabschnitt vorgesehen, woverschiedenen
Verhältnissen von Ladung zur Masse io bei durch diesen Thermalisierungsabschnitt all die
enthält, ist die Kollektivbewegung der verschiedenen Kraftlinien des magnetischen Umschließungsfeldes,
lonenarten sehr verschieden. Die Amplitude der KoI- die auch durch den Erzeugungsabschnitt hindurchlektivbewegung
ist für die Resonanzionen viel größer, treten, verlaufen. In dem Thermalisierungsabschnitt
und die Thermalisierung wird durch Zusammenstöße wird das magnetische Umschließungsfeld allmählich
von Resonanzionen und nicht in Resonanz befind- 15 in seiner Intensität mit zunehmender Entfernung vom
liehen Ionen herbeigeführt. Erzeugungsabschnitt verringert. Die lonenzyklotron-
Der Wirkungsgrad für die Erregung einer Reso- wellen werden vom Erzeugungsabschnitt in den Ther-
nanz mit einer sehr kurzen Wellenlänge in einem malisierungsabschnitt ausgebreitet und erfahren in
Plasma durch eine Induktionsspule mit einer entspre- diesem mit zunehmender Entfernung vom Erzeu-
chend kurzen Wellenlänge ist im allgemeinen gering. 20 gungsabschnitt eine Strukturänderung dadurch, daß
Jedoch kann die Wellenlänge, für welche die Lei- sich ihre Wellenlänge verringert und das Verhältnis
stungsübertragung wirksam ist, so lang sein, daß eine der Ionenzyklotronwellenfrequenz zur örtlichen
Thermalisierung der Wellenenergie in dem Plasma Ionenzyklotronfrequenz sich dem Wert Eins nähert,
innerhalb der Induktionsspule nur sehr langsam statt- Daher findet in einem Teil des Thermalisierungs-
findet. Bei der Vorrichtung nach der Erfindung ist 25 abschnitts, in welchem das Verhältnis nahe dem
die Wellenlänge der Induktionsspule derart be- Wert Eins liegt, eine Zyklotrondämpfung und somit
messen, daß die Übertragung wirksam ist. So ist be- eine teilweise Thermalisierung der Wellenenergie
nachbart dem einen Ende der Induktionsspule ein statt.
Thermalisierungsabschnitt vorgesehen, in den die .Gemäß einem weiteren Merkmal der Vorrichtung
Ionenzyklotronwellen zur Ausbreitung gebracht wer- 30 nach der Erfindung befindet sich benachbart dem
den. Im Thermalisierungsabschnitt besteht ein Be- Thermalisierungsabschnitt ein magnetischer Spiegel,
reich eines langsam abnehmenden magnetischen FeI- Mit Spiegelabschnitten in der Nähe jeden Endes
des in der von der Induktionsspule wegführenden eines Erzeugungsabschnitts kann ein Plasma zeit-Richtung.
Das abnehmende Feld hat zur Folge, daß weilig auf den räumlichen Bereich zwischen zwei
die Wellenlänge immer kürzer wird und die Frequenz 35 Spiegelabschnitten eingeschlossen werden. Wenn nur
sich dabei der örtlichen Ionenzyklotronfrequenz an- in der Nähe eines Endes eines Erzeugungsabschnitts
nähert, so daß eine Zyklotrondämpfung stattfinden ein Spiegelabschnitt vorgesehen ist oder Spiegelkann.
Ionen, welche durch die Ionenzyklotronwelle abschnitte von ungleicher Stärke in der Nähe der
in diesem Bereich hindurchtreten, nehmen Energie Enden eines Erzeugungsabschnitts vorgesehen sind,
aus der Schwingung auf, während die Wellenampli- 4° diffundiert das Plasma von dem einen Ende des Ertude
unterdrückt wird. Diejenigen Ionen, welche Zeugungsabschnitts schneller als von dem anderen
Energie- oder Geschwindigkeitszuwachsbeträge durch Ende weg. Eine solche Vorrichtung bzw. ein solches
Zyklotrondämpfung aufnehmen, haben eine axiale Verfahren kann dazu verwendet werden, ein Gas von
Geschwindigkeitsverteilung, und die Phasen ihrer einem räumlichen Bereich zu einem anderen zu
Geschwindigkeitszuwachsbeträge werden inkohärent, 45 pumpen und Ionen mit verschiedenen Verhältnissen
wenn diese Ionen sich in Achsrichtung weiterbewe- von Ladung und Masse voneinander zu trennen. Ein
gen. Diese Phasenmischung ergibt eine wirksame solches Verfahren kann auch bei einem Ionenantriebregellose
Verteilung der Ionenbewegungen, wodurch Raketenmotor herangezogen werden, um den stromeine
Erhitzung des Plasmas eintritt. führenden Leitern, welche die magnetischen Spiegel-
Nach dem Erfindungsvorschlag wird das Reso- 50 felder erzeugen, einen Impuls mitzuteilen,
nanzfeld im Erzeugungsabschnitt mit einer Frequenz Die Erregung von Teilchen- und Plasmaresonan-
verändert, die annähernd gleich der Frequenz ist, zen durch Energieübertragung auf das Plasma nach
welche das Plasma als Eigenresonanz hat, beispiels- dem Erfindungsvorschlag kann auch für andere
weise die Resonanzen von Ionenzyklotronwellen und Zwecke als zur Erhitzung des Plasmas angewendet
der hydromagnetischen Torsions- und Verdichtungs- 55 werden. Eine solche Anwendungsmöglichkeit besteht
wellen, wodurch solche Wellen erzeugt werden und in der Erzeugung und in der Feststellung von Reso-
Energie auf das Plasma übertragen wird. nanzen, wie von hydromagnetischen Torsions- und
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist Verdichtungswellen und Ionenzyklotronwellen und
der Erzeugungsabschnitt von besonderer Bauart und -bewegungen für diagnostische Zwecke. Hierdurch
wird nachstehend als periodischer Erzeugungsab- 60 läßt sich eine Information über diejenigen Parameter
schnitt bezeichnet. Innerhalb dieses Abschnitts ver- des Plasmas und seiner Umgebung erzielen, welche
ändert sich die Intensität des Resonanzfeldes peri- den Charakter der Resonanzen beeinflussen. Solche
odisch mit der Entfernung — gemessen längs der Parameter sind beispielsweise die Dichteverteilung
Kraftlinien des magnetischen Umschließungsfeldes — der verschiedenen lonenarten im Plasma, die Elek-
und periodisch mit der Zeit. Die Entfernungsperiodi- 65 tronen- und Ionentemperaturen und die Stärke des
zität ist die gleiche wie diejenige der im Plasma indu- magnetischen Feldes. Die besagten Wellen können
zierten Schwingbewegungen. Die induzierten Be- durch ihre magnetischen und elektrischen Felder
wegungen haben vorzugsweise eine Periodizität mit festgestellt werden, wobei für ihre Feststellung eine
magnetische Aufnahmespule verwendet werden kann, die sich innerhalb des Plasmas oder außerhalb desselben
befindet oder dieses umgibt.
Die Erfindung ist besonders geeignet zur Erhitzung eines Plasmas in einer Vorrichtung vom Stellaratortyp.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Anwendung für diesen Vorrichtungstyp beschränkt; sie kann
beispielsweise zur Erhitzung des Plasmas in einer Vorrichtung vom Pyrotrontyp angewendet werden.
Eine Vorrichtung vom Stellaratortyp weist ein endloses torusförmiges Rohr auf, in welchem ein vollionisiertes
Plasma von hoher Temperatur eingeschlossen ist. Das Plasma ist innerhalb des Rohres
durch ein statisches, einseitig gerichtetes magnetisches Feld eingeschlossen, das durch zwei verschiedene
Arten von elektrischen Wicklungen auf dem Rohr erzeugt wird. Erstens ist eine Wicklung vorgesehen,
die ein starkes, ringförmiges magnetisches Feld im Ringrohr erzeugt. Zweitens ist eine Wicklung
vorgesehen, durch welche im ringförmigen magnetischen Feld eine Rotationstransformation und
eine radiale Veränderung desselben mitgeteilt wird. Ein solches von außen erzeugtes magnetisches Feld
mit einer Rotationstransformation und einer radialen Veränderung in einem torusförmigen Rohr kann in
stabiler Weise ein Plasma von der Rohrwandung weg begrenzen. Das Rohr wird auf ein hohes Vakuum
evakuiert, in das ein reines Gas aus thermonuklearem Brennstoff eingeleitet wird. Das Gas wird dabei zunächst
in ein Plasma durch eine Hochfrequenzentladung oder durch einen hohen elektrischen Feldimpuls
übergeführt, und dann wird das ionisierte Gas durch äußere Mittel auf eine möglichst hohe
Temperatur gebracht.
Im Stellarator-Entladungsrohr ist mindestens ein Divertor zur Entfernung von Verunreinigungsionen
aus dem Plasma vorgesehen. Verunreinigungsionen bestehen aus solchen Ionen, welche sich in der Nähe
der Rohrwandung befinden und sowohl aus dem Plasma als auch aus der Rohrwandung durch Beschüß
mit energiereichen Teilchen stammen und unerwünscht sind. Im Divertor ist eine elektrische
Wicklung vorgesehen, welche entgegengesetzt zu den Wicklungen erregt wird, die das magnetische Hauptumschließungsfeld
erzeugen.
Die Divertorwicklung krümmt die Feldlinien des magnetischen Hauptumschließungsfeldes in der Nähe
der Wandung des Ringes derart, daß diese Feldlinien in einen erweiterten Abschnitt des Ringrohres eintreten.
Dieser Abschnitt oder die Divertorkammer besitzt eine ringförmige, unmagnetische leitende
Kollektorplatte, deren Innenradius mindestens ebenso groß wie der Nebenradius des Ringrohres ist. Die
magnetischen Linien des magnetischen Hauptumschließungsfeldes, welche in die Divertorkammer
gekrümmt werden, treten durch die Kollektorplatte hindurch und dann von neuem in das Ringrohr ein.
Die Verunreinigungsionen, welche sich benachbart der Ringrohrwandung befinden, folgen den magnetischen
Linien in den Divertor und werden durch die Kollektorplatte daran gehindert, von neuem in
das Reaktorrohr einzutreten. Sie werden aus dem Divertor durch eine Vakuumpumpe entfernt.
In der Nähe der Außenwandung des Stellaratorrohres werden eine Neutronenbremseinrichtung und
eine Kühleinrichtung angeordnet, um in diesen in Form energiereicher Teilchen und elektromagnetischer
Strahlung freigesetzte Energie zu absorbieren.
An Hand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise erläutert.
F i g. 1 zeigt in schematischer Darstellung, teilweise im Schnitt, eine Ansicht einer Vorrichtung vom
Stellaratortyp gemäß der Erfindung;
Fig. 2 zeigt die Bewicklung des Erzeugungsabschnittes und den zugehörigen Erregerkreis;
F i g. 3 zeigt eine weitere Bewicklungsart für den Erzeugungsabschnitt;
ίο F i g. 4 zeigt die Änderung der Intensität des magnetischen
Unischließungsfeldes in den verschiedenen Teilen einer Vorrichtung nach der Erfindung;
Fig. 5 zeigt in graphischer Darstellung die Abhängigkeit
der von dem Plasma absorbierten Energie von der Stärke des Umschließungsfeldes für zwei
Ionenarten (Helium und Wasserstoff) bei einer bestimmten Erregungsfrequenz.
In F i g. 1 ist ein ringförmiges unmagnetisches Rohr 10, das eine endlose Kammer 11 bildet, gezeigt.
Dieses Rohr besteht aus zwei parallelen Abschnitten 12 und 14 von gleicher Länge, die an ihren jeweiligen
Enden durch halbkreisförmige Abschnitte 16 und 18 miteinander verbunden sind. Ein radialer rohrförmiger
Kanal 21, der in den Abschnitt 16 mündet, dient sowohl als Einlaß für reaktive Gasatome 23
von einer nicht gezeigten Quelle reaktiven Gases als auch zum Evakuieren der Kammer 11 auf ein hohes
Vakuum, beispielsweise auf 10~6 mm Hg, z. B. mit Hilfe einer nicht gezeigten Vakuumpumpe.
In der Kammer 11 wird überall ein ringförmiges Magnetfeld durch eine elektrische Wicklung 20 erzeugt
(von der ein Teil auf jedem der halbkreisförmigen Abschnitte 16 und 18 dargestellt ist), die in
an sich bekannter Weise durch eine nicht gezeigte Gleichspannungsquelle erregt wird. Die elektrische
Wicklung 20 ist um das Rohr 10 mit der nachstehend beschriebenen Ausnahme über seine volle Länge gewickelt.
Die durch diese Wicklung erzeugten Kraftlinien verlaufen kontinuierlich um das Ringrohr.
Unter der Wicklung 20 befinden sich über einen Teil der Länge des Rohres 10 spiralige Windungen 22. Es
sind vorzugsweise vier oder sechs solcher Windungen in gleichen Abständen um das Rohr 10 herum verteilt
vorgesehen, wie im Querschnitt 25 gezeigt ist.
Benachbarte Windungen 22 werden entgegengesetzt erregt und teilen dem durch die Wicklung 20 erzeugten
axialen Feld eine derartige Feldkomponente mit, daß das resultierende Feld durch eine Rotationstransformation mit einer radialen Veränderung ge-
kennzeichnet ist. Die Wirkung der Rotationstransformation besteht darin, daß jede in Zusammenwirkung
durch die Wicklungen 20 und 22 erzeugte magnetische Linie, nachdem sie das Rohr 10
einmal durchlaufen hat, eine bestimmte winkelige Verlagerung hat und somit nicht in sich geschlossen
ist. Wegen der radialen Veränderung nimmt diese winkelige Verlagerung mit der Entfernung einer
Feldlinie von der magnetischen Achse 24 des Rohres 10 zu, derart, daß magnetische Linien, die von der
Achse 24 der Kammer 10 weiter entfernt sind, um die Achse 24 in immer enger werdenden Schraublinien
herumlaufen.
Um das Rohr 10 herum ist an dessen Abschnitt 18 ein Ferritring 26 angeordnet. Um den Ring 26 ist
eine elektrische Wicklung 28 angeordnet. Längs der Achse 24 der Kammer 11 tritt, wenn die Wicklung
28 an ihren Klemmen 30 und 32 durch eine nicht gezeigte Hochfrequenzspannungsquelle erregt wird, eine
ίο
Die Kondensatoren 88 und 90 sind so gewählt, daß die Eingangsimpedanz der Wicklung 68 der Ausgangsimpedanz
des Hochfrequenzgenerators 80 angepaßt ist. Der Hochfrequenzgenerator 80 erzeugt
5 mit Hilfe der Wicklung 68 ein Magnetfeld, das sich längs der Achse 24 des Isolierrohres 70 (periodisch
sowohl mit der Zeit als auch mit der Entfernung) verändert.
Wie aus der F i g. 1 ersichtlich ist, sind das Isolier-
Hochfrequenzentladung auf, mit deren Hilfe das Gas ionisiert wird.
Um den geraden Abschnitt 14 des Rohres 10 herum
ist ein geschichteter Eisenring 34 zur Ohmschen Erhitzung des Plasmas in der Kammer 11 angeordnet.
Der Ring 34 ist mit einer Wicklung 36 versehen, die
an ihren Klemmen 38 und 40 durch eine nicht gezeigte Hochfrequenzspannungsquelle erregt wird. Der
geschichtete Eisenring 34 und dessen Erregungswicklung 36 bewirken eine Ohmsche Erhitzung des io rohr 70 und die Wicklung 68 innerhalb einer Kammer Plasmas durch Ohmsche Verluste in diesem. 102 des Gehäuses 104 des Erzeugungsabschnittes 103
ist ein geschichteter Eisenring 34 zur Ohmschen Erhitzung des Plasmas in der Kammer 11 angeordnet.
Der Ring 34 ist mit einer Wicklung 36 versehen, die
an ihren Klemmen 38 und 40 durch eine nicht gezeigte Hochfrequenzspannungsquelle erregt wird. Der
geschichtete Eisenring 34 und dessen Erregungswicklung 36 bewirken eine Ohmsche Erhitzung des io rohr 70 und die Wicklung 68 innerhalb einer Kammer Plasmas durch Ohmsche Verluste in diesem. 102 des Gehäuses 104 des Erzeugungsabschnittes 103
Im geraden Abschnitt 14 des Rohres 10 ist ein angeordnet und zum geraden Abschnitt 12 des Ring-Divertor
42 zum Entfernen von Verunreinigungs- rohres 10 gleichachsig. Das Isolierrohr 70 ist gegen
ionen aus diesem angeordnet. Dieser Divertor besitzt d;e Rin^rohrwandung abgedichtet, um die Wicklung
ein Gehäuse 46, das eine Kammer 48 begrenzt, welche 15 68 vom Plasma zu isolieren. Die Wicklung 68 kann
eine Erweiterung der Kammer 11 darstellt. Die jedoch auch in anderer Weise vom Plasma isoliert
Kammer 48 wird durch eine nicht gezeigte Vakuum- werden, beispielsweise durch Verwendung eines isopumpe
über einen Kanal 50 evakuiert. Die um das lierten Drahtes für die Wicklung 68. Das Gehäuse
Rohr 10 herumgewickelte elektrische Wicklung 52 104 weist ringförmige Endplatten 106 und 108 auf,
wird durch eine Gleichspannungsquelle (beispiels- 20 die mit dem Abschnitt 12 des Rohres 10 hermetisch
weise durch die gleiche Spannungsquelle, welche zur abgedichtet sind. Zusätzlich weist das Gehäuse 104
Erregung der Wicklung 20 verwendet wird) in Rieh- eine äußere zylindrische unmagnetische Wandung
tung des Pfeils 54 erregt, so daß in der Kammer 48 110 und eine innere zylindrische unmagnetische Wanein
magnetisches Feld erzeugt wird, welches das dung 112 mit einem Ringraum 111 zwischen diesen
durch die Feldlinien 17 dargestellte magnetische 25 auf. Die elektrische Wicklung 114 ist derjenige Teil
Umschließungsfeld örtlich verzerrt. Dies hat zur der Wicklung 20, der sich im Erzeugungsabschnitt
Folge, daß die Feldlinien des magnetischen Um- 103 befindet, und ist im Ringraum 111 angeordnet,
Schließungsfeldes in der Nähe der Wandung des um in Zusammenwirkung mit den Windungen 22 das
Rohres in die Kammer 48 gekrümmt werden, wie magnetische Plasmaumschließungsfeld innerhalb des
durch die Feldlinien 56 und 58 dargestellt ist. Par- 30 Isolierrohres 70 zu erzeugen.
allele unmagnetische metallische Verunreinigungs- F i g. 3 zeigt eine andere an Stelle der Wicklung 68
ionen-Kollektorplatten 60 und 62 bilden eine Um- innerhalb der Wicklung 114 angeordnete Wicklung
Schließung 63, in der die elektrische Wicklung 52 an- 116. Die Wicklung 116 besteht aus Wicklungsgeordnet
ist und die die Kammer 48 in zwei mit- abschnitten 118 und 120, die um die Achse des
einander in Verbindung stehende Unterkammern 64 35 Rohres 70 in entgegengesetzten Richtungen gewickelt
und 66 unterteilt. Die auf diese Weise in die Unter- sind. Wenn die Wicklung 116 durch die Hochfrequenzquelle
80 erregt wird, erzeugen die Abschnitte 118 und 120 entgegengesetzt gerichtete magnetische
Felder längs der Achse 24 des Rohres 10, wie durch 40 die Pfeile 200 und 202 angedeutet ist.
In der F i g. 1 ist eine Wicklung 121 zur Erzeugung eines Magnetfeldgradienten im Thermalisierungsabschnitt
123 um das Rohr 10 herum benachbart jedem Ende des Erzeugungsabschnitts 103 dargestellt,
innerhalb des Gehäuses 104 angeordnet ist, und aus 45 Diese Wicklung weist eine Anzahl von Windungen
einer um das Isolierrohr 70 gewickelten Induktions- mit allmählich zunehmenden Abständen zwischen
spule 68. den Windungen, d. h. längs der Achse 24 des Rohres
Wie aus der F i g. 2 ersichtlich ist, besteht die 10 vom Ende des Erzeugungsabschnitts 103 weg, auf.
Wicklung 68 aus Wicklungsabschnitten 72, 74, 76 Diese Wicklung hat bei ihrer Erregung zur Folge,
und 78. Die äußeren Wicklungsabschnitte 72 und 78 5° daß das magnetische Umschließungsfeld im Rohr 10
(bezogen auf die Enden des Rohres 70) sind in der um etwa 20% in seiner Intensität über die Länge des
einen Richtung um das Isolierrohr 70 gewickelt, während die inneren Wicklungsabschnitte 74 und 76 in
der entgegengesetzten Richtung um die Rohrachse
gewickelt sind. Obwohl eine geradzahlige Anzahl von 55
Windungsabschnitten dargestellt ist, kann ihre Zahl
ungeradzahlig sein, jedoch größer als Eins. Die elektrische Wicklung 68 wird durch einen Hochfrequenzgenerator 80 über eine Hochspannungsleitung 82 erregt, welche mit den Platten 84 und 86 der Konden- 60 werden und erzeugt eine hohe Flußdichte über den satoren 88 und 90 verbunden ist. Die Platte 92 des Spiegelabschnitt 126 im Vergleich zu dem Plasma-Kondensators 90 ist mit der Verbindungsstelle 94 der Umschließungsfeld an den anderen Stellen des Rohres Wicklungsabschnitte 74 und 76 durch eine Leitung 10. Die spiraligen Windungen 22 befinden sich soverbunden. Niederspannungsleitungen 96 und 98 wohl unter der Wicklung 121 zur Erzeugung eines (beispielsweise mit Erdpotential) verbinden den 65 magnetischen Gradienten als auch unter der Spiegel-Hochfrequenzgenerator 80 mit den entgegengesetzten wicklung 122. Bei abgeänderten Ausführungsformen Enden der Wicklung 68. Die Platte 100 des Konden- einer Vorrichtung nach der Erfindung kann jedoch sators 88 ist ebenfalls mit der Leitung 98 verbunden. dem durch die Wicklung 20 auf den anderen Teilen
der entgegengesetzten Richtung um die Rohrachse
gewickelt sind. Obwohl eine geradzahlige Anzahl von 55
Windungsabschnitten dargestellt ist, kann ihre Zahl
ungeradzahlig sein, jedoch größer als Eins. Die elektrische Wicklung 68 wird durch einen Hochfrequenzgenerator 80 über eine Hochspannungsleitung 82 erregt, welche mit den Platten 84 und 86 der Konden- 60 werden und erzeugt eine hohe Flußdichte über den satoren 88 und 90 verbunden ist. Die Platte 92 des Spiegelabschnitt 126 im Vergleich zu dem Plasma-Kondensators 90 ist mit der Verbindungsstelle 94 der Umschließungsfeld an den anderen Stellen des Rohres Wicklungsabschnitte 74 und 76 durch eine Leitung 10. Die spiraligen Windungen 22 befinden sich soverbunden. Niederspannungsleitungen 96 und 98 wohl unter der Wicklung 121 zur Erzeugung eines (beispielsweise mit Erdpotential) verbinden den 65 magnetischen Gradienten als auch unter der Spiegel-Hochfrequenzgenerator 80 mit den entgegengesetzten wicklung 122. Bei abgeänderten Ausführungsformen Enden der Wicklung 68. Die Platte 100 des Konden- einer Vorrichtung nach der Erfindung kann jedoch sators 88 ist ebenfalls mit der Leitung 98 verbunden. dem durch die Wicklung 20 auf den anderen Teilen
409 770/285
kammer 64 eintretenden magnetischen Feldlinien 56 und 58 treten durch die Kollektorplatten 60 und 62
hindurch und in die Unterkammer 66 ein, von der aus sie wieder in das Rohr 10 eintreten.
Der Entladungsgefäßabschnitt 103 zur Erhitzung des Plasmas ist in dem geraden Abschnitt 12 des
Rohres 10 angeordnet und besteht im wesentlichen aus einem Gehäuse 104, einem Isolierrohr 70, das
Thermalisierungsabschnitts 123 abfällt. Die Wicklung 121 bildet einen Teil der Wicklung 20 und kann gemeinsam
mit dieser erregt werden.
Wie aus der F i g. 1 weiter ersichtlich ist, ist eine Spiegelmagnetfeldwicklung 122 im Spiegelabschnitt
126 um die Abschnitte 16 und 18 des Rohres 10 gewickelt. Die Spiegelwicklung 122 bildet einen Teil
der Wicklung 20, kann gemeinsam mit dieser erregt
Claims (7)
11 12
des Rohres 10 erzeugten Feld eine ausreichende Kraft des magnetischen Umschließungsfeldes über
radiale Transformation und radiale Veränderung den Abstand (I1 ausgesetzt (solange es sich innerhalb
mitgeteilt werden, so daß die spiraligen Windungen des Erzeugungsabschnitts befindet), einer allmählich
auf dem Thermalisierungsabschnitt 123 und auf dem abnehmenden magnetischen Kraft über den Ab-
Spiegelabschnitt 126 nicht erforderlich sind. 5 stand d., (solange es sich innerhalb des Thermali-
Der Betrieb der in F i g. 1 gezeigten Vorrichtung sierungsabschnitts befindet) und einer intensiven mageht
wie folgt vor sich: Das Rohr 10 wird über das gnetischen Kraft über den Abstand ds (solange es
Rohr 21 evakuiert, und Atome eines reaktiven Gases sich innerhalb des Spiegelabschnitts befindet).
23 werden in die Kammer eingeleitet. Die elektrische Zur Erhitzung des Plasmas wird die Wicklung 68 Wicklung 20 für das axiale magnetische Um- io durch die Hochfrequenzquelle 80 mit einer Frequenz Schließungsfeld und die mit dieser zusammenwirken- erregt, die zur Erzeugung von Ionenzyklotron- oder den Teile 22, 114, 121, 122 und 52 werden durch hydromagnetischen Torsionswellen im Rohr 70 im eine nicht gezeigte Spannungsquelle annähernd zur Bereich verhältnismäßig hoher magnetischer Feldgleichen Zeit mit der Einleitung der reaktiven Atome stärke geeignet ist. Diese Ionenzyklotronwellen 23, z. B. Deuterium, in die Kammer 11 erregt. So- 15 breiten sich längs magnetischer Kraftlinien durch den dann werden die reaktiven Atome anfänglich zu einem Thermalisierungsabschnitt 123 aus. Hier nimmt die Plasma durch eine Hochfrequenzentladung ionisiert, Intensität des magnetischen Umschließungsfeldes mit die, wie erwähnt, durch den Ferritring 26 erzeugt der Entfernung, gemessen längs einer Kraftlinie vom wird. Der Ohmsche Erhitzungsring 34 wird dazu ver- Erzeugungsabschnitt 103, allmählich ab, so daß beiwendet, das Plasma in einen Zustand fast völliger 20 spielsweise eine 20%ige Verringerung in der Intensi-Ionisation zu bringen, um das Plasma in einem ge- tat vom Erzeugungsabschnitt 103 zum Spiegelwissen Grade zu erhitzen. Der Betrag der erforder- abschnitt 126 erfolgt. Diese Veränderung wird durch liehen Ohmschen Erhitzung hängt von den jeweiligen die Wicklung 121 erzeugt, deren Windungsabstand Betriebsbedingungen, wie Druck und Temperatur, vom Erzeugungsabschnitt 103 aus immer größer wird, ab. Hierauf wird das Plasma mit Hilfe des Er- 25 Dies hat zur Folge, daß die Wellenlänge der Ionenzeugungsabschnitts 103 erhitzt. zyklotronwelle allmählich abnimmt. Wenn die Wellen-
23 werden in die Kammer eingeleitet. Die elektrische Zur Erhitzung des Plasmas wird die Wicklung 68 Wicklung 20 für das axiale magnetische Um- io durch die Hochfrequenzquelle 80 mit einer Frequenz Schließungsfeld und die mit dieser zusammenwirken- erregt, die zur Erzeugung von Ionenzyklotron- oder den Teile 22, 114, 121, 122 und 52 werden durch hydromagnetischen Torsionswellen im Rohr 70 im eine nicht gezeigte Spannungsquelle annähernd zur Bereich verhältnismäßig hoher magnetischer Feldgleichen Zeit mit der Einleitung der reaktiven Atome stärke geeignet ist. Diese Ionenzyklotronwellen 23, z. B. Deuterium, in die Kammer 11 erregt. So- 15 breiten sich längs magnetischer Kraftlinien durch den dann werden die reaktiven Atome anfänglich zu einem Thermalisierungsabschnitt 123 aus. Hier nimmt die Plasma durch eine Hochfrequenzentladung ionisiert, Intensität des magnetischen Umschließungsfeldes mit die, wie erwähnt, durch den Ferritring 26 erzeugt der Entfernung, gemessen längs einer Kraftlinie vom wird. Der Ohmsche Erhitzungsring 34 wird dazu ver- Erzeugungsabschnitt 103, allmählich ab, so daß beiwendet, das Plasma in einen Zustand fast völliger 20 spielsweise eine 20%ige Verringerung in der Intensi-Ionisation zu bringen, um das Plasma in einem ge- tat vom Erzeugungsabschnitt 103 zum Spiegelwissen Grade zu erhitzen. Der Betrag der erforder- abschnitt 126 erfolgt. Diese Veränderung wird durch liehen Ohmschen Erhitzung hängt von den jeweiligen die Wicklung 121 erzeugt, deren Windungsabstand Betriebsbedingungen, wie Druck und Temperatur, vom Erzeugungsabschnitt 103 aus immer größer wird, ab. Hierauf wird das Plasma mit Hilfe des Er- 25 Dies hat zur Folge, daß die Wellenlänge der Ionenzeugungsabschnitts 103 erhitzt. zyklotronwelle allmählich abnimmt. Wenn die Wellen-
Im Erzeugungsabschnitt 103 bildet die Wicklung länge ausreichend kurz wird, tritt eine beträchtliche
68 zusammen mit den Kondensatoren 88 und 90 Zyklotrondämpfung auf. Die Wellenamplituden
einen Resonanzkreis, der durch die Hochfrequenz- nehmen ab, und die Wellenenergie wird in Energie
quelle 80 erregt wird. Da die Abschnitte 72 und 76 30 von regellos verteilten Ionen-Querbewegungen umsowie
die Abschnitte 74 und 78 elektrischen Strom in gewandelt, so daß die Ionenzyklotronwellen eine
entgegengesetzten Richtungen um die Achse 24 des Thermalisierung durch Zyklotrondämpfung erfahren.
Rohres 70 führen, sind die durch diese erzeugten Fig. 5 zeigt Versuchsdaten über die Energie-Magnetfelder
wechselweise um 180° phasen ver- absorption durch ein aus Helium- und Wasserstoffschoben.
35 ionen bestehendes Plasma aus der Induktionsspule
Zur Übertragung von Energie auf das Plasma durch 68. Der Versuch wurde an der Universität von
Ionenzyklotronbewegungen liegt die Frequenz der Princeton mit einem Modell des Stellarators durch-
durch den Generator 80 erzeugten Hochfrequenz- geführt. Die Frequenz des Resonanzfeldes betrug
spannung bei der Ionenzyklotronfrequenz der Plasma- 10,6 Megahertz und seine Wellenlänge 22,86 cm.
ionen, wie sie aus der Gleichung 1 gegeben ist. Wäh- 40 Auf der Abszisse ist die Stärke des magnetischen
rend des Betriebs sind bei dieser Ausführungsart die Umschließungsfeldes in Kilogauß angegeben, wah-
elektrischen Wicklungen 121 und 122 nicht erregt. Es rend auf der Ordinate das Verhältnis W der durch
sind jedoch dann an ihren jeweiligen Stellen Ab- das Plasma absorbierten Hochfrequenzleistung zur
schnitte der Hauptfeldwicklung 20 vorgesehen. Hochfrequenzleistung aufgetragen ist. Da der Ohmsche
Bei einer anderen Betriebsweise erzeugt der Hoch- 45 Verlust die Hauptquelle des Energieverlustes bei der
frequenzgenerator 80 in der Kammer 11 mittels der Leistungsübertragung ist, zeigt ein Wert von W=I
Wicklung 68 ein sich veränderndes magnetisches einen Wirkungsgrad der Leistungsübertragung von
Feld. Dieses Feld hat die Resonanzfrequenz für 50% an, während höhere Werte von W höhere
Zyklotronwellen oder hydromagnetische Torsions- Wirkungsgrade der Leistungsübertragung anzeigen,
wellen. Bei dieser Betriebsart werden die elektrischen 50 Die senkrechten Linien 150 und 152 zeigen die Werte
Wicklungen 121 und 122 des Thermalisierungs- des magnetischen Feldes, für welche die Hochabschnitts
123 und des Spiegelabschnitts 126 entweder frequenz des Erzeugungsabschnitts 103 gleich der
an dem einen Ende oder an beiden Enden des Er- Ionenzyklotronfrequenz für Wasserstoff (annähernd
Zeugungsabschnitts 103 erregt. 6,6 Kilogauß) bzw. des doppelt ionisierten Heliums
In der Fig. 4 ist der Verlauf des magnetischen 55 (annähernd 13,1 Kilogauß) ist.
Hauptumschließungsfeldes im Rohr 70, das durch Die Spitzenwerte 154 und 156 (nahe den oder bei
die Wicklung 114, das magnetische Gradientenfeld den Ionenzyklotronfrequenzwerten) zeigen, daß be-
innerhalb der Wicklung 121 und das Spiegelfeld trächtliche Bruchteile der der Spule 68 zugeführten
innerhalb der Wicklung 122 erzeugt wird, dargestellt. Hochfrequenzleistung durch das Plasma vorzugs-
Der in der F i g. 4 gezeigte Block stellt den Er- 60 weise bei den und in der Nähe der Ionenzyklotron-
zeugungsabschnitt 103 dar. Die Position längs der frequenzen von Wasserstoff bzw. Helium absorbiert
ΑΓ-Achse mißt den Abstand von der Mitte des Er- wurden.
Zeugungsabschnitts 103. Die Position längs der PatentansDriiche·
Y-Achse mißt den reziproken Wert der Intensität des rateniansprucne.
magnetischen Umschließungsfeldes. Ein Ion, das sich 65 1. Verfahren zum Erhitzen eines von einem
vom Mittelpunkt des Erzeugungsabschnitts 103 in der Magnetfeld eingeschlossenen Plasmas, das in
ΑΓ-Richtung bewegt, z. B. am Schnittpunkt der einer evakuierten Zone durch ein Resonanzfeld
X-Achse und der Y-Achse, ist einer konstanten induktiv erregt wird, so daß es eine Bewegung
mit Zyklotronfrequenz ausführt, dadurch gekennzeichnet, daß aneinandergrenzende
Bereiche des Plasmas gleichzeitig mit oder annähernd mit ihrer Ionenzyklotronfrequenz in entgegengesetzten
Richtungen erregt und die daraus resultierenden Bewegungsenergien thermalisiert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität des Resonanzfeldes
periodisch mit der Zeit und mit einer Frequenz annähernd gleich der Zyklotronfrequenz
der Ionen in dem Plasma verändert wird, um Ionenzyklotronwellen zu erzeugen, deren Frequenz
nach der Formel
' Ionenzyklotron
1 -Ι
K*
bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Plasmas
wenigstens zwei reaktive Ionenarten mit verschiedenen Verhältnissen von Ladung und Masse
verwendet werden.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, 2 oder 3, bestehend aus
einem elektrischen Entladungsgefäß, das von einer Wicklung zur Erzeugung eines axialen Magnetfeldes
umgeben ist, und einer Einrichtung zum Zünden einer Plasmaentladung, dadurch ge-
25
kennzeichnet, daß ein Teil (103) des Entladungsgefäßes von abschnittsweise jeweils in entgegengesetzten
Richtungen vom elektrischen Strom durchflossenen Magnetfeldwindungen (72 bis 78)
umgeben ist, daß eine Einrichtung zur periodischen Erregung dieser Magnetfeldwindungen und Einrichtungen
zur Erzeugung mindestens eines an den Teil (103) anschließenden Thermalisierungsabschnitts
(123) vorgesehen sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermalisierungsabschnitt
(123) eine Wicklung (121) zur Erzeugung eines solchen Feldgradienten in dem das Plasma umschließenden
Magnetfeld aufweist, daß die Flußdichte des magnetischen Umschließungsfeldes in dem Thermalisierungsabschnitt vom Ende des
Teils (103) weg abnimmt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermalisierungsabschnitt
als magnetischer Spiegel ausgebildet ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im äußersten
Bereich des Thennalisierungsabschnitts eine Wicklung (122) zur Erzeugung eines relativ starken
Magnetfeldes (126) zwecks Einschließung des Plasmas vorgesehen ist.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 905 765, 905 766;
»Nature«, Vol. 180, 28. Dezember 1957, S. 1468, 1469.
Deutsche Patentschriften Nr. 905 765, 905 766;
»Nature«, Vol. 180, 28. Dezember 1957, S. 1468, 1469.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
409 770/285 1.65 © Bundesdruckerei Berlin
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US745778A US3015618A (en) | 1958-06-30 | 1958-06-30 | Apparatus for heating a plasma |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1186155B true DE1186155B (de) | 1965-01-28 |
Family
ID=24998214
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DEU6275A Pending DE1186155B (de) | 1958-06-30 | 1959-06-11 | Verfahren und Vorrichtung zum Erhitzen eines Plasmas |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US3015618A (de) |
DE (1) | DE1186155B (de) |
GB (1) | GB867315A (de) |
NL (1) | NL240726A (de) |
Families Citing this family (20)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3088894A (en) * | 1960-12-23 | 1963-05-07 | Harold R Koenig | Confinement of high temperature plasma |
US3085173A (en) * | 1961-08-17 | 1963-04-09 | Gibson Gordon | Apparatus for trapping energetic charged particles and confining the resulting plasma |
DE1241004B (de) * | 1961-10-13 | 1967-05-24 | Ernest Lagelbauer | Verfahren zur Erzeugung eines Hochtemperatur-plasmas unter Verwendung eines magnetischen Spiegelsystems |
US3160566A (en) * | 1962-08-09 | 1964-12-08 | Raphael A Dandl | Plasma generator |
US3442758A (en) * | 1963-08-07 | 1969-05-06 | Litton Industries Inc | Containment of a plasma by a rotating magnetic field |
US3290219A (en) * | 1963-09-19 | 1966-12-06 | Gen Electric | Plasma containment method and apparatus |
US3219534A (en) * | 1964-10-26 | 1965-11-23 | Harold P Furth | Plasma confinement apparatus employing a helical magnetic field configuration |
US3278384A (en) * | 1965-04-13 | 1966-10-11 | Lenard Andrew | Negative "v" stellarator |
US3668066A (en) * | 1970-02-18 | 1972-06-06 | Atomic Energy Commission | Dynamic stabilizer for plasma instabilities to improve plasma confinement and to increase plasma density |
US4149931A (en) * | 1973-07-16 | 1979-04-17 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Divertor for use in fusion reactors |
US4302284A (en) * | 1979-01-29 | 1981-11-24 | General Atomic Company | Helical field stabilization of plasma devices |
US4710339A (en) * | 1984-08-27 | 1987-12-01 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Ion cyclotron range of frequencies heating of plasma with small impurity production |
USH936H (en) | 1986-09-25 | 1991-07-02 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Thermonuclear inverse magnetic pumping power cycle for stellarator reactor |
CN107068204B (zh) | 2011-11-14 | 2019-07-02 | 加州大学评议会 | 用于形成并维持高性能frc的系统和方法 |
JP6218650B2 (ja) * | 2014-03-11 | 2017-10-25 | 東京エレクトロン株式会社 | プラズマ処理装置 |
SI3633683T1 (sl) | 2014-10-13 | 2021-09-30 | Tae Technologies, Inc. | Postopek za združevanje in komprimiranje kompaktnih torusov |
NZ768700A (en) | 2014-10-30 | 2022-08-26 | Tae Tech Inc | Systems and methods for forming and maintaining a high performance frc |
WO2016183036A1 (en) | 2015-05-12 | 2016-11-17 | Tri Alpha Energy, Inc. | Systems and methods for reducing undesired eddy currents |
WO2023178004A1 (en) | 2022-03-14 | 2023-09-21 | The Trustees Of Princeton University | Planar coil stellarator |
CN118679529A (zh) * | 2022-03-14 | 2024-09-20 | 普林斯顿大学受托公司 | 用于仿星器中子源的系统和方法 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE905766C (de) * | 1943-05-12 | 1954-03-04 | Siemens Ag | Einrichtung zur Begrenzung der Flugbahn von Ladungstraegern auf einen bestimmten Sollbahnbereich |
DE905765C (de) * | 1943-05-12 | 1954-03-04 | Siemens Ag | Einrichtung zur Erzeugung rasch fliegender Ladungstraeger |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2910414A (en) * | 1951-07-31 | 1959-10-27 | Research Corp | High temperature apparatus |
US2826708A (en) * | 1955-06-02 | 1958-03-11 | Jr John S Foster | Plasma generator |
-
1958
- 1958-06-30 US US745778A patent/US3015618A/en not_active Expired - Lifetime
-
1959
- 1959-05-07 GB GB15664/59A patent/GB867315A/en not_active Expired
- 1959-06-11 DE DEU6275A patent/DE1186155B/de active Pending
- 1959-06-30 NL NL240726A patent/NL240726A/xx unknown
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE905766C (de) * | 1943-05-12 | 1954-03-04 | Siemens Ag | Einrichtung zur Begrenzung der Flugbahn von Ladungstraegern auf einen bestimmten Sollbahnbereich |
DE905765C (de) * | 1943-05-12 | 1954-03-04 | Siemens Ag | Einrichtung zur Erzeugung rasch fliegender Ladungstraeger |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
NL240726A (de) | 1964-01-27 |
US3015618A (en) | 1962-01-02 |
GB867315A (en) | 1961-05-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE1186155B (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Erhitzen eines Plasmas | |
DE69603497T2 (de) | Verfahren zum entfernen der geladenen teilchen aus einem isochronen zyklotron und dieses verfahren verwendende vorrichtung | |
DE2455396A1 (de) | Verfahren und anordnung zum erzeugen eines teilchenstromes aus geladenen teilchen | |
DE69616315T2 (de) | Energiespeicher | |
DE1639431A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Entgasen von Dauermagneten,insbesondere fuer Neutronengeneratoren | |
DE1181831B (de) | Vorrichtung zum Erzeugen eines hochtempe-rierten Plasmas und deren Verwendung als Neutronenquelle | |
DE1094889B (de) | Vorrichtung zur Umschliessung eines Plasmas von hoher Temperatur | |
DE3017125A1 (de) | Strahlungsquelle | |
DE1489079B2 (de) | ||
DE892343C (de) | Apparatur zur Ableitung elektrostatischer Aufladungen von den Oberflaechen elektrisch schlecht leitender Materialien | |
DE102006024610A1 (de) | Zweidimensionale Elektronen-Defektelektronen (Löcher) Energiesystem im Energiebereich des Impuls Gleichstroms, des Wechselstroms, der Hochfrequenz und der künstlichen Gravitation (Ballistische Energiesystem III) | |
DE2933800A1 (de) | Plasmaeinrichtung und verfahren zum betreiben derselben | |
DE3850768T2 (de) | Beschleuniger für geladene teilchen und verfahren zur abkühlung eines bündels von geladenen teilchen. | |
WO2005027142A1 (de) | Verfahren und einrichtung zur erzeugung von alfvén-wellen | |
DE1273713B (de) | Vorrichtung zum immateriellen Einschliessen eines Hochtemperaturplasmas | |
DE1052548B (de) | Verfahren und Einrichtung zur Umwandlung von mechanischer Energie in elektrische Ener umgekehrt | |
DE2010710C3 (de) | Einrichtung zur Erzeugung von Kernfusionsreaktionen ermöglichendem Hochtemperatur-Plasma | |
DE1109277B (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Aufheizung eines Plasmas auf hohe Temperaturen | |
EP0434933A2 (de) | Einrichtung für die Erzeugung eines Plasmas durch Mikrowellen | |
DE3315020C1 (de) | Beschleunigungsstrecke zur phasenfreien Beschleunigung geladener Teilchen | |
DE2454458A1 (de) | Hochfrequenz-plasmatriebwerk | |
DE2807989A1 (de) | Magnetischer behaelter | |
DE1489079C (de) | Einrichtung zur Erzeugung und Auf rechterhaltung eines Plasmas | |
DE10125760A1 (de) | Vorrichtung zur kontrollierten Kernfusion in gegenläufigen Ionenbündeln | |
DE1196801B (de) | Verfahren zur Erzeugung und Einschliessung eines Plasmas hoher Energie |