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Magneto-hydrodynamischer Generator Die Erfindung betrifft einen magneto-hydrodynamischen
Generator, der in einem geschlossenen Gaskreislauf mit einem Kemreaktor
zusammen-
arbeitet und dessen Arbeitsgas im Reaktorkern durch die radioaktive
Strahlung der Spaltprodukte ionisiert wird.
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Normalerweise besitzen Gase eine niedrige elektrische Leitfähigkeit
und sind daher als Arbeitsmittel in einem NIHD-Generat#or zunächst nicht brauchbar.
Es ist bekannt, daß sich dann, wenn die Temperatur des Gases genügend hoch ist,
ein elektrisch leitendes Plasma bildet. Jedochsind diese Temperaturen so hoch, daß
sie metallurgische Schwierigkeiten be-
dingen, z. B. hat Caesiumdampf ein
Ionisierungspotential von 3,87 eV, was immerhin eine Temperatur von über
22001 G.bedeutet. Es sind Vorschläge gemacht worden zur Ggs-Ionisation durch Bestrah-,
ektronen oder durch Einlung eines Gases mit-aEJ führung eines Elementes mit einem
niedrigen lonisierungspotential, wie z. B. Kalium, Natrium und Caesium, in das Gas
bei hoher Temperatur. Hierdurch ist nur ein kleiner Prozentsatz der Ionisation des
Gases möglich, so daß die erreichte elektrische Leitfähigkeit sehr gering ist.
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- Die thermische lonisation zur Erreichung der erforderlichen
elektrischen Leitfähigkeit eines Gases für die Energieumwandlung in einem MHD-Generator
weist einige bedeutende Nachteile auf: 1. Alkaliverbindungen müssen zugesetzt
werden, um bei technisch erreichbaren Verbrennungstemperaturen überhaupt elektrisch
leitende Verbrennungsgase zu bekommen. Außerdem müssen diese Alkaliverbindungen
in einem wirtschaftlich arbeitenden Betrieb zurückgewonnen werden.
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2. Selbst mit Alkalizusätzen sind die notwendigen Betriebstemperaturen
noch so hoch, daß Werkstoffe, die diesen enormen Betriebsbedingungen standhalten,
nur schwer gefunden werden können. Bei der lonisation durch Fremdelektronenbeschuß
muß eine genügend große Menge Elektronen mit großer Elektronenbeweglichkeit erzeugt
werden, um die notwendige Leitfähigkeit zu gewährleisten, wobei gleichzeitig die
Zahl der Rekombinationen und Elektronenanlagerungen klein gehalten werden muß. Diese
Forderungen sind schwer zu erfüllen, so daß nur ein kleiner Prozentsatz der lonisation
des Gases möglich ist.
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Zu der bekannten lonisation durch die Strahlung der Reaktorprodukte
(Deutsche Auslegeschrift Z,
1046 793), wobei lediglich die Beta-Strahlung
von Bedeutung ist, da die Gammas und Neutrino-Strahlung vom Gas praktisch nicht
absorbiert werden, ist zu sagen, daß es sehr fragwürdig erscheint, ob die
anfallende Beta-Strahlung eine genügend große Ionendichte im NIFM-Teil der Anlage
und damit eine ausreichende Leitfähigkeit erzeugen kann.
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Die Erfindun- hat sich die Aufgabe gestellt, die bei den obengenannten
drei lonisationsarten auftretenden Nachteile bei einem bekannten NIRD-Generator,
der in einem geschlossenen Kreislauf mit einem Kernreaktor zusammenarbeitet und
dessen Arbeitsgas im, Reaktorkern durch die radioaktive Strahlung der Spaltprodukte
ionisiert wird, auszuschalten. Die Erfindung besteht darin, daß das unter überdruck
stehende Arbeitsgas aus Kohlendioxyd mit einer Suspension aus Graphit besteht und
der Kernreaktor einen graphitmoderierten Kern hat. Durch die Kombination der ionisierten
Strahlung mit der Graphitdurchsetzung des Gases ist ein wirtschaftlicher Betrieb
des MHD-Generators möglich.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung beträgt das Gewicht
des Graphits pro 1 dras des Gases mindestens 0,19 kp. Die Graphitteilchen
haben einen Durchmesser von etwa 5 Mikron.
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Es ist bereits bekannt (deutsche Patentschrift 725 433), Gase,
die feste Stoffteilchen von suspensionaler Größenordnung enthalten, als Arbeitsmittel
für einen MHD-Generator zu verwenden. Es ist je-
doch nicht bekannt gewesen,
welche festen Stoffteilchen sich für einen derartiaen Generator eignen. Vor allem
läßt sich ein MHD-Generator, der mit aus Kohlenstaubfeuerungen gewonnenen Verbrennungs-
"asen
arbeitet, nicht mit einem, der mit dem Kühl gas (CO.) eines graphitmoderierten
Kernreaktors arbeitet, vergleichen.
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Es ist ebenfalls bekannt, dem Trägergas eines MHD-Generators geringe
Mengen von Alkalimetallen beizumischen, um die Gasleitfähigkeit zu erhöhen (»The
Engineer«, 15. Dezember 1961,
S. 988). Dieser Hinweis erlaubt
es jedoch nicht ohne weiteres, die besonders zweckmäßige Ausgestaltung des MHD-Generators
nach der Erfindung auszuführen, nach der speziell Graphit als Zusatz zum Trägergas
Verwendung findet.
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An Hand der schematischen Darstellung wird die Entstehung der elektrischen
Leitfähigkeit des Mediums im Magnetfeld näher erläutert.
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In den F i g. 1 bis 3 ist ein schematischer Schnitt
eines magneto-hydrodynamischen Generators am Ort des Magnetfeldes und der Stromabnahmeplatten
gezeigt. Zwischen den Platten strömt das Arbeitsgas, in dem eine Suspension aus
Graphitpartikeln eingelagert ist. Daher ist eine Vielzahl von Graphitpartikeln miteinander
in Berührung, um eine elektrisch leitfähige Kette zu bilden. An den Stellen, an
denen die Ketten unterbrochen sind, wird an den Enden der einzelnen Kette eine Ladung
zu erwarten sein, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist. Die Graphitteilchen werden die
Ladung weitertragen, indem sie sich von Kette zu Kette bewegen auf Grund der Turbulenz
des Gases und der durch sie erzeugten elektrostatischen Kräfte. Somit wird also
durch die Bewegung der Teilchen der elektrische Strom zwischen den Elektroden weitergetragen.
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Wenn das Gas radioaktiv ist, wird es ionisiert durch die Alpha-, Beta-
und Gammastrahlen, welche das Gas durchdringen. Jedoch ist dieser Effekt zu gering,
um einen magneto-hydrodynamischen Generator zu betreiben. Aber wenn der größte Teil
des Gases mit Graphit durchsetzt und die Ketten gemäß Fig. 1 und 2 ausgebildet
sind, würde die ionisierende Strahlung den Betrieb des magneto-hydrodynamischen
Generators ermöglichen. Bei einer Temperatur, bei welcher die Plasmabildung gerade
beginnt, entsteht ein Verlauf der Kette gemäß F i g. 3.