DE1245506B - Vorrichtung zum Einschiessen und Einfangen von Elektronen in einem Magnetfeld - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND Int. Ci.

G21b

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

DeutscheKl.: 21g-21/21

Nummer: 1245 506

Aktenzeichen: U 7748 VHI c/21 g

Anmeldetag: 25. Januar 1961

Auslegetag: 27. Juli 1967

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Einschießen und Einfangen von Elektronen hoher Energie in einem axialsymmetrischen, gleichförmigen, magnetischen Umschließungsfeld innerhalb eines evakuierten Behälters, der zur Bildung dieses Umschließungsfeldes mit einer Stromwicklung und zur Bildung eines magnetischen Spiegelfeldes in jedem seiner Endbereiche mit zusätzlichen Stromwicklungen versehen ist, und die Mittel zum Erzeugen und Einschießen eines hochenergetischen Elektronenstrahls in dieses gleichförmige Umschließungsfeld durch ein magnetisch abgeschirmtes Führungsrohr in die Zone größter magnetischer Feldstärke tangential und unter einem kleinen Winkel zu einer zu dem Umschließungsfeld orthogonalen Ebene aufweist.

Es ist bekannt, daß magnetische Felder von bestimmten Konfigurationen für den Einschuß ionisierter oder geladener Teilchen, die eine hohe kinetische Temperatur besitzen, und insbesondere für die Erzeugung eines Hochtemperaturgases, d. h. eines , Plasmas, auf verschiedene Art und Weise vorteilhaft angewandt" werden können. Axialsymmetrische Magnetfelder, die wenigstens einen Bereich, in dem die Feldstärke stetig zunimmt, aufweisen, wurden in verschiedenen Plasmavorrichtungen' verwendet. Beispielsweise werden in verschiedenen »Controlled Fusion Devices«, beschrieben im Bd. 31 und 32 von »The Proceedings of the Second International Confe-· rence on the Peaceful Uses of Atomic Energy«, Genf, 1958, eine Veröffentlichung der Vereinten Nationen, axialsymmetrische magnetische Umschließungsfelder aufrechterhalten, die einen Mittelbereich mit einer gleichmäßigen, minimalen Feldstärke besitzen, der zwischen zwei Endbereichen mit größeren Feldstärken angeordnet ist. Die Zonen größerer Feldstärke, die manchmal als magnetische Spiegelfelder bezeichnet werden, dienen dazu, die Austrittsbereiche des axialsymmetrischen magnetischen Feldes abzuschließen, um ein Umschließungsfeld für geladene Teilchen zu erhalten. Es wurden bereits verschiedene Verfahren entwickelt, um gasförmige Ionen in ein solches Umschließungsfeld einzuleiten und sie darin zu führen, so daß ein Plasma gebildet wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, Maßnahmen anzugeben, die verwendet werden können, um größere Mengen von Elektronen hoher Energie in ein solches magnetisches System einzuleiten, was erforderlich sein kann, um Energie zuzuführen, Ionisation zu bewirken, die Raumladung zu steuern und um andere erwünschte Effekte zu erreichen. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen sind besonders geeigr

Vorrichtung zum Einschießen und Einfangen von Elektronen in einem Magnetfeld

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:

Nicholas Constantine Christofilos,

Oakland, Calif. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 25. Januar 1960 (4586)

net für die Verwendung in einer Plasmavorrichtung vom Typ »Astron«, wie er in den Seiten 279 bis 290, Bd. 32, der obengenannten Veröffentlichung der Vereinten Nationen näher beschrieben wird. Die in dieser Erfindung beschriebene Astronvorrichtung weist eine magnetische Spule auf, die so bemessen und so angeordnet ist, daß ein axialsymmetrisches Magnetfeld mit einem linearen Zentralbereich von gleichförmiger Intensität und an den Enden gelegenen Bereichen mit größerer Intensität erzeugt wird. Mittels Elektronenquellen werden energiereiche Elektronenstrahlen in dieses Magnetfeld unter einem kleinen Winkel zu der Normalebene zu diesem Feld zwischen einem Spulensatz eingeschossen, der mit einem periodisch sich ändernden Strom erregt wird; dadurch wird eine örtliche Veränderung des Magnetfelds erzeugt, wodurch bewirkt wird, daß die Elektronen in Form einer zylindrischen Elektronenschicht (Ε-Schicht) in dem Magnetfeld rotieren. Neutrale Gasatome werden in den Bereich des Magnetfeldes eingeleitet, die infolge der Wechselwirkung mit den Elektronen ionisiert und erhitzt werden. Die Ionen mit hoher kinetischer Temperatur werden von dem elektromagnetischen Feld eingefangen, das durch die Elektronenschicht erzeugt wird, die inner-

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halb des Magnetfeldes rotiert, wodurch ein eingeschlossenes Hochtemperaturgas oder Plasma gebildet wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung sind zum Einfangen und Einschließen des Elektronenstrahls in eine zylindrische Elektronenschicht in dem Teil des Umschließungsfeldes mit gleichförmiger Feldstärke eine Vielzahl von Verlusistromschleifen konzentrisch längs des Bereiches, in dem sich die Feldstärke des Magnetfeldes ändert, angeordnet, derart, daß dem Elektronenstrahl Energie entzogen und der axiale Impuls des Elektronenstrahls, den dieser beim Durchqueren dieses Bereiches mit sich ändernder Feldstärke erhält, verringert wird.

Es ist bekannt, daß ein Elektronenbündel in Form eines rotierenden Zylinders, in dem es quer zu einem axialsymmetrischen Magnetfeld geführt wird, ein Magnetfeld erzeugt. Es wurde nun gefunden, daß dieses Magnetfeld so beschaffen ist, daß es elektrische Ströme in passiven Stromkreisen erzeugt, die nahe dem axialsyrnmetrischen Magnetfeld liegen.Mittels Einbringen eines Widerstandes oder anderer energieverbrauchender Komponenten in diese passiven Stromkreise wird ein Teil der erzeugten elektrischen Ströme verbraucht. Die verbrauchte elektrische Energie wird durch eine Verringerung der kinetischen Energie der Elektronen aufgebracht. Der Nutzeffekt davon ist, daß das Ausweichen des Feldes, das von dem Elektronenbündel erzeugt wird, in axialer Richtung verhindert wird. Dementsprechend kann eine Elektronenquelle · in einer Anstronvorrichtung beispielsweise so angeordnet werden, daß sie einen intermittierenden Elektronenstrahl tangential in den Bereich maximaler Energie eines der begrenzenden magnetischen Spiegelfelder mit einer kleinen einwärts gerichteten axialen Geschwindigkeitskomponente einlenkt, wodurch darin ein Elektronenbündel in Form einer rotierenden zylindrischen Elektronenhüllschicht gebildet wird. Der vorangehende Rand des Elektronenbündels tritt dann in den oberen Teil des stetig abnehmenden magnetischen Spiegelfeldes mit einem kleinen axialen Impuls ein. Wenn diese energieverbrauchenden passiven Stromkreise der vorher erwähnten Art längs der inneren Zone, in der das magnetische Spiegelfeld stetig abnimmt, verteilt werden, kann die kinetische Energie, die die Elektronen für eine Bewegung quer zu den Feldgradienten benötigen, verbraucht werden. Deshalb werden die Elektronen nach ihrem Eintritt in die Zone gleichmäßiger Feldstärke des magnetischen Umschließungsfeldes in der injizierten Bündelform in dieser Zone verbleiben und sich in axialer Richtung verbreitern, um eine rotierende zylindrische Hülle aus Elektronen, d. h. eine Elektronenschicht, wie sie in einem Astrongerät verwendet wird, zu bilden. Die Wirkung der passiven Stromkreise kann als Anwendung einer Reibungskraft angesehen werden, die: ausreicht, um die Elektronenenergie so weit zu yerringern, daß diese Elektronen nicht mehr über die Potentialschwelle des magnetischen Spiegelfeldes hinaus entweichen kennen.

Die beschriebene Anordnung erfordert keine komplizierten äußeren energetisch gekoppelten Stromkreise und vereinfacht weitgehend die Konstruktion der Vorrichtung. Die Wirksamkeit der Anordnung ist so hervorragend, daß Elektronen in einer bedeutenden Dichte sogar ohne Neutralisation injiziert werden können und darüber hinaus diese hohe Dichte

sogar leichter bei höheren Elektronenenergien erzielt werden kann als die, die für ein Astxongerät, das bei einem sehr hohen Energieniveau arbeitet, erforderlich ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß unter geeigneten Arbeitsbedingungen die Elgktronenbfindel wirksam fokussiert, d. h. verdichtet werden, wodurch eine wirksamere Stromdichte geschaffen wird. Die Wirksamkeit und Einfachheit der Anordnung wurde in einem einfachen Astrongerät demonstriert, in dem einzelne Elektronenbündel in axialer Richtung in einen begrenzenden magnetischen Spiegelfeldbereich, in dem die Spiegelfeldspule nur aus einer geschlossenen Schleife bestand, eingeleitet wurden. Die Spiegelfeldspule entzog dem injizierten Elektronenbündel Energie, wodurch Wirbelstromverluste in dem gekoppelten Spiegel auftraten, die effektiv das Elektronenbündel verlangsamten. Darüber hinaus waren die Wirbelstromverluste hinreichend groß, um ein effektives Spiegelfeld zu erzeugen, wobei Elektronen in Zeitperioden eingefangeo wurden, die annähernd der Zeitkonstante der Spule gleichkamen.

An Hand der Figuren soll die Erfindung beispielsweise näher 'erläutert werden,

Fig.! zeigt eine teilweise augeinandergezogene Querschnittsansicht eines Injektors;

Fig,2 zeigt eine Quersehnittsansieht längs der Linie 2-2 der F j g. 1 und zeigt im einzelnen die Konstruktion des Verlustkreises;

Fig.3a zeigt eine schematische Darstellung der lagenmäßigen Anordnung des Injektors bei einer Vorriehtung nach der Erfindung, wenn diese vom Typ Astron ist;

Fig. 3b zeigt eine graphische Darstellung der Verteilung der magnetischen Feldstärke in einer Vorrichtung gemäß der Fi g. 3 a.

Um eine Elektroneninjektion in ein axialsyrnmetrischßs Magnetfeld der beschriebenen Art zu ermöglichen, sind bestimmte Veränderungen der magnetischen Spiegelfeldzonen der Plasmavorriehtung erforderlich. Das Prinzip nach der vorliegenden Erfindung ist anwendbar für eine Injektion von geladenen Teilchen in irgendein axialsymmetrisches Magnetfeld, •das einen Feldbereich stetig zunehmender magnetischer Feldstärke besitzt, wobei sowohl lineare als auch toroidförmige oder andere Feldkonfigurationen mit geschlossenen Feldlinien möglich sind. Besonders geeignet ist das Verfahren hingegen für die Injektion und den Einfang von energiereichen, d. h. relativistisehen Elektronen, wie sie für eine Plasmavorrichtung vom Typ Astron erforderlich sind, und deshalb wird die Erfindung beispielsweise als Anwendung für diese Zwecke beschrieben. Eine Plasmavorriehtung vom Typ Astron besitzt einen länglichen zylindrisehen Behälter, der, wenn nötig, gekühlt und evakuiert werden kann. Eine solche Einrichtung ist ebenfalls mit einer Gaszufuhreinrichtung versehen, um das erforderliche gasförmige Material in den Behälter einzuleiten. Um den Behälter ist eine Spule angeordnet, die, wenn sie erregt wird, ein axialsymmetrisches Magnetfeld in dem Behälter erzeugt, "Längs des Mittelteils des Behälters besitzt die Spule eine gleichmäßige Verteilung der Amperewindungen, um eine gleichmäßige lineare Mitteifeldzone zu erzeugen. An den Endteiien des Behälters nehmen die Amperewindungen, bezogen auf die Längeneinheit der Spule, zu; zusätzlich können reflektierende oder magnetische Spiegelfeldspulen vorgesehen werden,

um am Ende des Behälters Zonen höherer Feldstärke, d. h. magnetische Spiegelfeldzonen, zu erzeugen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Astronvorrichtung mit einem Injektor 11 versehen, wie er in der Fig. 1 dargestellt ist. Bekannte Astrongeräte weisen einen Injektor auf, der eine Reihe von drei Spulen, die in einem Endteil angeordnet sind und mittels eines zeitlich veränderlichen Stroms erregt werden, besitzt. Die Injektionsemrichtung weist weiter magnetisch abgeschirmte Rohre und Elektronenschleuder auf, die einen Elektronenstrahl in dem Bereich zwischen einem Spulenpaar der drei Spulen erzeugen. Dieser Injektor wird in der vorliegenden Erfindung nicht besehrieben. is

Insbesondere wird nach der Erfindung eine Astronvorichtung dadurch abgeändert, daß sie einen Injektor 11 aufweist bzw. mit diesem geeignet verbunden ist, der einen magnetischen Spiegelendbereich und eine damit verbundene neue Injektorbauweise aufweist. Diese Astronvorrichtung besitzt ein zylindrisches Gehäuse 12, auf das Spulenabschnitte 13 mit gleichmäßig verteilten Amperewindungen, die im Mittelteil des Gehäuses angeordnet sind, und weitere Abschnitte 23, 24 gewickelt sind, deren Amperewindungszahlen im Verhältnis zur Länge mit Annäherung an das geschlossene Ende 15 des Behälters 12 zunehmen. Diese Abschnitte werden durch nicht dargestellte Stromquelle in allgemein üblicher Art erregt, um den Mittelteil und eines der magnetischen Spiegelfelder der Astronvorrichtung zu versorgen. Eine Magnetspule 16 kann von dem Ende 15 des Behälters 12 koaxial innerhalb der weiteren Abschnitte gehalten werden, um geeignete Konfigurationen des Magnetfeldes, wie weiter unter näher "beschrieben werden wird, zu erhalten.

Der Injektor 11 kann mit einer zylindrischen Vakuumkammer 17 versehen sein, die beispielsweise ■ durch eine Flanschverbindung 18 mit dem Behälter verbunden ist und an deren äußerem Ende ein Flansch 19 vorgesehen ist. Am äußeren Umfang der Kammer 17 sind mehrere konzentrische ringförmige Rippen 21 angeordnet, die eine Magaetspule 22 tragen, die koaxial um das Gehäuse 17 angeordnet ist und die ebenfalls von einer nicht dargestellten Stromquelle erregt wird. Die Dichte der Amperewindungen pro Längeneinheit dieser Magnetspule 22 nimmt in der Weise zu, daß an der Verbindungsstelle 18 eine Feldstärke vorhanden' ist, die gleich der Feldstärke des mittleren gleichförmigen Feldes in dem Behälter 12 ist und die nach außen progressiv das zweite magnetische Spiegelfeld der abgeänderten Astronvorriehtung bildet. Die Zunahme der Dichte der Amperewindungen kann auf übliche Art und Weise durch Ubereinanderwicklung zusätzlicher koaxialer Spulenabschnitte 23 und 24 über eine gleichförmig gewundene Verlängerung des Spulenabschmtts 13 erfolgen, wodurch die Magnetspule 22 aus Spulenabschnitten 13, 23 und 24 besteht. Andererseits kann der axiale Abstand zwischen den Windungen pro- &> gressiv nach außen längs der Magnetspule 22, die um die Kammer 17 gewickelt ist, verringert werden.

Bei der dargestellten Ausführungsform nach der Erfindung sind die gekoppelten Verluststromkreise als Windungen ausgebildet, die einen ohmsehen Widerstand besitzen und die in Längsrichtung parallel zueinander entlang dem inneren Umfang des Gehäuses 17 mittels mehrerer- metallischer Streifen 26, auf denen die Widerstände befestigt sind, gehalten werden. Die Streifen werden vorzugsweise aufdem Gehäuse 17 so befestigt, daß jeder Streifen einzeln herausgenommen werden kann; z. B. mittels Klammern 25, die einen Streifen an einem Ende halten, während das andere Ende des Streifens an dem Gehäuse 17 angeschraubt ist. Im allgemeinen erstrecken sich die Befestigungsstreifen 26 wenigstens längs der Zone maximaler Spiegelfeldstärke und nach innen in einer Länge, die der Länge der Zone entspricht, in der die Spiegelfeldstärke abnimmt. Paarweise sich nach innen erstreckende leitende Halter 27 sind in Abständen voneinander längs jedes Streifens 26 fest angeordnet, wobei jeweils zwei Halter quer zur Längsrichtung des Streifens 26 einander gegenüber befestigt sind. Zwischen den nach innen ragenden Enden jedes Halterpaares 27 ist ein Widerstand 28 angeordnet, der für Belastungen bei hohen Frequenzen gut geeignet ist. Ein geeigneter Hochfrequenzwiderstand besteht aus einem Glasrohr, auf dessen innerer oder äußerer Oberfläche ein sehr dünner Überzug aus Widerstandsmaterial aufgebracht ist und das mit geeigneten Anschlüssen versehen ist. Die Dicke des WiderstahdsmateriaIs soll weniger als die Skin-Tiefe sein, die der Frequenz der erzeugten elektromotorischen Kraft entspricht. Es wird betont, daß jeder Widerstand 28 zusammen mit einem Halterpaar 27 und einem Stück des Streifens 26 eine kleine geschlossene Schleife bildet, die einen Widerstand besitzt..Nebeneinanderliegende Schleifen sind also in radialer Richtung über die Befestigungsstreifen miteinander verbunden und bilden eine in einer Ebene liegende Widerständswicklung rund um den Umfang des Gehäuses 17. Darüber hinaus sind, wie am besten in der Fi g. 2 zu ersehen ist, die Schleifen in Radialebenen und im gleichen Abstand von der Achse des Gehäuses 17 angeordnet; sie befinden sich deshalb in einer Ringzone konzentrisch um die Achse des Injektors 11. Um die Darstellungen zu vereinfachen, sind die Abstände der fest angeordneten Widerstände übertrieben groß gezeichnet. Praktisch sind die Verluststromschleifen in axialer Richtung näher aufeinanderfolgend auf dem Streifen 26 angeordnet, jedoch nicht so nahe, daß eine gegenseitige Induktion zwischen benachbarten Widerständen in Betracht gezogen werden muß. Ein Abstand größer als 10 cm zwischen den Widerständen bewirkt keine wechselseitigen Induktivitätsbeeinflussungen. Darüber hinaus können benachbarte Enden der komplanar angeordneten Widerstände miteinander verbunden und die Länge der Widerstände begrenzt werden, um den Windungen annähernd die Form einer Kreisschleife zu geben.

Um die wirksamste Arbeitsweise des Injektors zu erzielen, wird ein zylindrisches, nichtmagnetisches Metallrohr 29 konzentrisch der Länge nach im Inneren des Gehäuses 17 angeordnet. In dem Rohr 29 befindet sich eine koaxial angeordnete Magnetspule 31, mit der eine bevorzugte Konfiguration des magnetischen Feldes in den Endzonen erreicht werden kann. Eine solche Spule oder Solenoid 31 wird aus einer variierenden Anzahl von leitenden Windungen oder mit verschiedenen Abständen in axialer Richtung zwischen den einzelnen leitenden Windungen in derselben Weise hergestellt wie die äußere Spiegelspule 22 und durch eine äußere Stromquelle (nicht dargestellt) erregt. Die dargestellte konzentrische Anordnung kann erhalten werden, indem Seitenteile 32

und 33 auf das Rohr 29 bzw. die Spule 31 aufgeschraubt werden und andererseits eine Deckplatte 34 mit dem Seitenteil 19 verschraubt wird. Das Seitenteil 33 ist vorteilhafterweise als Tragarm ausgebildet, der von der Deckplatte 34 absteht und die Spule 31 trägt. Es¹ kann jedoch irgendeine andere entsprechende Einrichtung zum Halten der Spule, wie z. B. ein Tragkreuz mit Armen, verwendet werden. Uber Öffnungen 37 in der Deckplatte 34 können die Ringräume zwischen dem Gehäuse 17 und dem Rohr 29 und der zentrale Innenraum der Spule 31 evakuiert werden.

Ein magnetisch abschirmendes Rohr 38 ist so angeordnet, daß Elektronen von einer äußeren Elektronenschleuder (s. unten) in einer etwa azimutalen Richtung in den Raum zwischen den Verluststromschleifen und dem Rohr 29 in der Zone maximaler Spiegelfeldstärke eingeschossen werden. Das Rohr 38 ist unter einem leichten Winkel zu einer Normalebene zu der Achse der Gehäuse 12 und 17 in axialer Richtung nach innen gerichtet angeordnet, um den Elektronen eine kleine in axialer Richtung nach innen gerichtete Geschwindigkeitskomponente zu erteilen. Nach Injektion eines Elektronenstrahls durch das Rohr 38 wird eine zylindrische Elektronenschicht oder ein zylindrisches Elektronenbündel 39 gebildet, das in der Zone des magnetischen Spiegelfeldes zwischen den Verluststromschleifen und dem Rohr 29 rotiert. Infolge der anfänglichen Geschwindigkeitskomponente in axialer Richtung, die durch die Neigung des Rohres 38 den Elektronen erteilt wird, bewegen sich diese in axialer Richtung nach innen, um auf diese Weise den Raum vor dem Rohr 38 von rotierenden Elektronen, wie beschrieben wurde,. frei zu machen. Die Elektronen treten dann in den oberen Teil des magnetischen Spiegelfeldes mit abnehmender Feldstärke ein. Gewöhnlich würde durch den nach innen gerichteten Gradienten abnehmender Feldstärke eine zusätzliche .Geschwindigkeit in axialer Richtung bewirkt werden. Hingegen, wie weiter unten noch ausführhcher beschrieben wird, sind die Verluststromschleifen mit dem Elektronenbündel magnetisch gekoppelt und üben auf dieses eine bremsende Kraft aus, wodurch die Energie der Elektronen abnimmt und die Wirkung der abnehmenden Feldstärke aufgehoben wird. Deshalb wird das Elektronenbündel nach seinem Eintrittin das gleichförmige lineare Magnetfeld in dem Gehäuse 12 eingefangen und bildet eine Astron-E-Schicht 40 innerhalb der Zone mit dem gleichförmigen Magnetfeld in dem Behälter 12.

Verschiedene Einzelheiten des Injektors sind in der Fig. 2 dargestellt. Der Behälter 17 und das Rohr 29 besitzen einen inneren und einen äußeren Radius R₁ bzw. R_z. Für die Verluststromschleifen kann ein effektiver Radius R_e angenommen werden, wobei nochmals hervorgehoben wird, daß jede Windung in einer Normalebene zu der Längsachse des Behälters 17 und des Rohres 29 liegt. Der Radius der Elektronenkreisbewegung R_e, d. h. der Radius des Elektronenbündels 39, wird durch Veränderung der. magnetischen Feldintensität relativ zu der Elektronenenergie in üblicher Art und Weise auf etwa die Hälfte der Summe der Radien R₁ + R_i eingestellt, wobei das Elektronenbündel dann etwa zwischen den Widerständen 28 und dem Rohr 29 umläuft. In gleicher Weise kann der radiale Abstand des äußeren Gehäuses 17 von den Verluststromschleifen ungefähr gleich dem Abstand dieser Schleifen von dem Elektronenbündel 29 gemacht werden, wobei der letztgenannte Abstand wiederum gleich dem Abstand von dem inneren Rohr 29 zu dem Elektronenbündel 39 ist.. In diesem Zusammenhang wird festgestellt, daß die gleichen Verhältnisse dieser Abstände die mathematischen Lösungen und die Bestimmung der Parameter für den Betrieb des Injektors vereinfachen. Jedoch sind andere Konfigurationen der Verlust-IQ stromschleifen und der Abstände ebenfalls funktionsfähig.

Die oben beschriebene und im einzelnen in den F i g. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung wird schematisch in der F j g. 3 a gezeigt, wie sie mit anderen Bestandteilen in einer typischen Arbeitseinheit zusammengefügt ist. F i g. 3 b zeigt eine graphische Darstellung der relativen Magnetfeldintensitäten, die durch die Erregung der verschiedenen Magnetspulen in den den vertikalen Richtungen entsprechenden Zonen in den Gehäusen 12 und 17 erzeugt werden.

Injektor und Astrongerät sind mit einer Vakuumpumpe 41 versehen, die mittels einer Leitung 42 an die Öffnungen 37 in der Deckplatte 34 angeschlossen ist. Das Elektroneninjektionsrohr 33 ist tangential in die Zone zwischen den Widerständen 28 und dem Rohr 29 gerichtet. Darüber hinaus erstreckt sich das Rohr 33 von einer äußeren Stelle nach innen mit einem leichten Winkel· 0_O zu einer Ebene 43, die senkrecht zu der Längsachse des Injektors 11 ist. Die Elektronenstrahlen werden stoßweise mit geeigneter Energie längs durch das Rohr 33 aus einer Elektronenschleuder oder einem Beschleuniger eingeschossen. Zum Beispiel können pulsierende Hochstromelektronenstrahlen hoher Energie in einer Elektronenschleuder 44 erzeugt werden und diesen Strahlen, wenn erforderlich, eine zusätzliche Beschleunigung erteilt werden, indem diese durch einen oder mehrere ■ Linearbeschleuniger 46 und dann durch das Rohr 43 eingeschossen* werden. Die Linearbeschleuniger 46 können von herkömmlicher Bauart sein, wie z. B. die klystrongesteuerten Linearbeschleuniger, die allgemein bekannt sind. Entsprechende Stromquellen (nicht dargestellt) werden in ebenfalls üblicher Weise zur Erregung der verschiedenen Spulen vorgesehen.

Gaszuführungseinrichtungen (nicht dargestellt) zur entsprechenden Gaszufuhr sind ebenfalls vorhanden.

Die Betriebsweise ist folgende: Energiereiche Elektronen aus der Elektronenschleuder 44 und den Beschleunigern 46 werden in unterbrochenen Strahlenbündeln durch das Injektorrohr 38 in tangentialer Richtung in das Magnetfeld des Injektors 11 in den Bereich, der der Stelle 47 in der Fig. 3b entspricht, injiziert. Eine nach innen in axialer Richtung gerichtete kleine Geschwindigkeitskomponente wird durch den kleinen Winkel 0_O erhalten. Um die Arbeitsweise zu vereinfachen, kann die Intensität des Magnetfeldes über eine begrenzte Länge in dem Bereich des Rohres 38 gleichmäßig sein, d. h. zwischen den Punkten 47 und 48 der Kurve in der Fig. 3b ändert sich die magnetische Feldintensität nicht. Der Bereich 49 des magnetischen Spiegelfeldes in dem Injektor zwischen den Punkten 48 und 51 ist um eine Strecke S von dem Injektionspunkt 47 entfernt; daher findet keine Beschleunigung der Elektronen durch das statische Feld statt, wenn sie diese Strecket durchlaufen. Infolge der Anwesenheit der Verluststromschleifen innerhalb der Distanz S wird der vordere Rand des Bündels zurückgehalten, so

ίο

daß das Bündel der Länge nach zusammengedrückt wird.

Nach dem Durchschreiten der. Distanz S tritt das Bündel an der Stelle 48 in den Bereich des Spiegelfeldes mit abnehmenden Gradienten ein. Gewöhnlich wird das Elektronenbündel bei der Querung eines magnetischen Feldgradienten beschleunigt und kann das System verlassen. Mit der vorliegenden Anordnung wird hingegen das Elektronenbündel durch reicht, werden die Elektronen geführt, um die Ε-Schicht zu erzeugen.

Jede Serie von in einer Radialebene liegenden Widerständen kann als eine Widerstandswindung betrachtet werden. Das Vektorpotential des magnetischen Feldes des Elektronenbündels wurde für das ebene Problem in Annäherung gelöst, d. h. es wurde angenommen, daß das Elektronenbündel ein gerader Elektronenstrahl ist und die zwei Zylinder Ebenen

die Wechselwirkung mit den Verluststromschleifen io sind. Mit einem Abstand der Widerstandswindung

zurückgehalten, während es sich in dem Feldbereich 49 befindet. Das Elektronenbündel 39 gibt dementsprechend während seiner Bewegung durch den von den Verluststromschleifen umschlossenen Bereich Energie an diese Windungen ab, wodurch die Geschwindigkeit in axialer Richtung gesteuert wird. Um das Elektronenbündel 39 mit einem konstanten Radius aufrechtzuerhalten, während der magnetische Fluß mit den Bündeländerungen verbunden ist, wenn das Bündel sich längs des Spiegelfeldbereichs 49 bewegt, muß die Feldintensität in jedem Punkt die für ein Betatron erforderlichen Arbeitsbedingungen erfüllen; d. h. die Änderung des magnetischen Flusses durch das Bündel muß zweimal so groß wie das Produkt aus Änderung der Magnetfeldstärke Führungsfeldes und umschlossener Fläche sein. Eine solche Feldkonfiguration kann durch eine entsprechende Verteilung der Amperewindungen längs der Spule 31 erhalten werden. Diese können koaxial und der Elektronenschicht von einem Drittel der Distanz zwischen dem Gehäuse 17 und dem Rohr 29 führt die Lösung für das ebene Problem zu dem Schluß, daß das Verhältnis μ des in den Windungen induzierten Stromes zu dein Strom in dem Elektronenbündel ist:

Lc

CO_ft

a² + <V'

wobei L die Induktivität in Henry pro Zentimeter Länge der Windung, eo₀ die Frequenz des magnetischen Feldes des sich bewegenden Elektronenbündes 25 dels am Ort der feststehenden Windung, c die Lichtgeschwindigkeit und a =y- ist, das ist das Verhältnis

von Widerstand zu Induktivität der Windung.
Der induzierte Strom erzeugt seinerseits ein zu und anstoßend an das innere Ende des Rohres 29 30 Magnetfeld. Die Radialkomponente dieses Feldes, angeordnet werden, um die wirksamste Konfi- die in Wechselwirkung mit dem Elektronenstrom guration des Magnetfeldendes zu erzeugen. tritt, ist der nach innen gerichteten Bewegung des

Das Elektronenbündel39 steht nach dem Eintritt Elektronenbündels entgegengerichtet, d.h. der Z-in die Mittelzone des Magnetfeldbereiches des Richtung, wobei Z die Koordinate parallel zu der Astrongeräts in dem Gehäuse 12 nicht länger unter 35 Längsachse des Injektors ist. Die Induktivität der

dem Einfluß der Verluststromschleifen und breitet sich frei längs des magnetischen Feldes aus, um eine Ε-Schicht zu bilden, die zwischen den Spiegelfeldzonen 49 und 52 eingeschlossen ist. Die Energie des elektronenmagnetischen Feldes des Elektronenbündels 39 ist praktisch verbraucht, wenn die Länge des Bündels sich auf das 15- oder 20fache seiner anfänglichen Länge vergrößert hat. Diese Energie ist natürlich nicht verloren, sondern wird in kinetische Windungen pro Zentimeter Länge beträgt etwa 3 · IO^-9 Henry, wobei die Widerstandselemente den optimalen Wert für maximale Verluste besitzen; d. h. wenn ω · L = R, dann ist μ ungefähr gleich 0,1. Der Elektronenenergieverlust muß gleich dem Energieverlust in den Windungen sein, da die Elektronen die einzige Quelle für die Verlustenergie darstellen. Darüber hinaus wurde der Elektronenenergieverlust

ebenfalls berechnet, indem die Kraft, die der Bewer-Energie der Elektronen transformiert. Weitere Elek- 45 gung des Elektronenbündels in der Z-Richtung enttronenbündel werden aufeinanderfolgend injiziert, gegensteht, integriert wurde. Die zwei Berechnungen um die gewünschten Elektronendichten in der ergaben, wie erwartet, dieselben Ergebnisse.
Ε-Schicht zu erhalten. Dann kann irgendein geeig- Die vorliegende Kraft oder Bremskraft kann in netes Material eingeleitet werden, das ionisiert und einer radialen Magnetfeldgröße (S_s) ausgedrückt eingeschlossen wird, um auf diese Weise ein Hoch- 50 werden, die mit dem Elektronenstrom J in Wechsel

temperaturgas oder ein Plasma zu erzeugen.

Die Art und Weise, mit der die oben beschriebene Injektion vorgenommen wird, kann durch die nachfolgenden Erläuterungen noch besser'verstanden beziehung tritt, wodurch sich eine Kraft B_s · I ergibt. Auf diese Weise kann der durchschnittüche Wert des Feldes für die Anordnung der Verluststromschleifen berechnet werden, wobei die einzelnen Windungen

werden. Das Magnetfeld jedes Elektronenbündels 55 der Widerstände in einem Abstand von wenig

erzeugt Ströme in den Verluststromschleifen die zu einem Energieverlust der Elektronen führen, d. h. die Verluststromschleifen absorbieren axiale kinetische Energie des Elektronenbündels. Mit anderen Worten, wenn das Elektronenbündel in die Potentialschwelle gleitet, wird eine Bremskraft erzeugt durch die Energie aufnehmenden Schleifen, um den Impulsgewinn, der durch den Durchgang der Elektronen durch das Feld mit dem negativen Gradienten erhalten wird,, zu absorbieren. Wenn das Elektronenbündel das Ende der Potentialschwelle, d. h. das innere Ende des magnetischen Spiegelfeldes, in dem der axiale Impuls gesteuert oder reguliert wird, erstens 10 cm voneinander angeordnet sein sollen, um die Wirkung der Gegeninduktivitäten zu vermeiden. Das Ergebnis ist:

60 B_s

I-N
36-1

(2)

wobei I der Strom des Elektronenbündels ist, das eine Länge besitzt, die nicht größer als der Abstand zwischen dem Gehäuse 17 und dem Rohr 19 ist, iV die gesamte Anzahl der um den Umfang sich erstreckenden Verluststromschleifen und I die Länge der Zone, in der diese Schleifen angeordnet sind, ist.

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Das System aus^f den Verluststromscbleifen wird längs im. Bereich des negativen Gradienten des magnetischen Spiegelfeldes angeordnet, kann aber ebenfalls in der Zone maximaler Feldintensität oder in dem Spitzenintensitätsbereich angeordnet sein. Das Maß, wie weit es den Elektronen möglich ist, in die magnetische Spiegelfeldzone hineinzugelangen, und der Wert des anfänglichen axialen Impulses bestimmen die erforderliche Bremskraft, um einen wirksamen Einschluß zu erhalten. Im allgemeinen ist es in einem Astrongerät erforderlich, daß die Elektronen hauptsächlich auf den Bereich des linearen Mittelfeldes eingegrenzt werden, wobei der maximale Impuls, .der verbraucht werden muß, die Summe aus dem änfänglichen maximalen Impuls und dem Impuls ist, der durch die Bewegung aus dem Feld maximaler Intensität in das Feld linearer Intensität entsteht. Der zuerst erwähnte Impuls ist oftmals im Vergleich zu dem zweiten vernachlässigbar. Wenn die Ε-Schicht zu unerwünschten Schwingungen neigt, können die Parameter des magnetischen Umschließungsfeldes-so abgeändert werden, daß ein Teil der Ε-Schicht in die untere Zone der Verluststromschleifen'anordnung eintritt, wodurch eine Schwingungsdämpfung bewirkt wird.

Eine notwendige Bedingung zum wirksamen Betrieb des hier vorgeschlagenen Injektionssystems ist, daß die defokussierenden Kräfte in axialer Richtung an dem vorausgehenden Rand des Bündels (infolge des Eigenfeldes des Bündels) kleiner sind als die bremsenden Kräfte. Sonst würde das Bündel dazu neigen, sich in zwei Richtungen auszudehnen, wobei der effektive Strom sehr stark verringert und kerne rekultierende Bremsung erreicht werden würde. Da sowohl die defokussierende Kraft (infolge des magnetischen Eigenfeldes) als auch die Bremskraft proportional dem Kreisstrom des Bündels sind, ist das Verhältnis dieser Kräfte unabhängig von der Größe des Stromes. Hingegen ist die defokussierende Kraft proportional zu (1—ß²) oder γ~², wodurch sie stark abnimmt, wenn die Elektronenenergie zunimmt. Der annähernde Wert des defokussierenden Feldes Ή (wobei Ή = E_z-βB_r) ist.

B =

30 ·γ²

ß ==

γ =

τη m₀ relativistisches Massenverhältnis 4er Elektronen.

30

Dieses Feld muß .kleiner als S_s sein. Daher ist
• . ' ; y>3,5 - (4)

oder in Näherung

E>l,25MoV. (5)

Da der Wert von. S_s schätzungsweise nur um den Faktor 2 genau berechnet ist (infolge der Tatsache, daß die mathematischen Ableitungen auf den linearen Näherungen an Stelle der zylindrischen Berechnungen beruhen), ist nach vorsichtiger Schätzung

-' " - '4=31,8 MeV. (6)

■ Deshalb ist etwa eine Elektronenenergie von 2 MeV das erforderliche Minimum, um bei der hier vorgeschlagenen Injektionsanordnung allein die Fokussierung mit Erfolg durchzuführen. Hingegen kann in diesem Fall die Tiefe , der verwendeten Potentialschwelle so sein, daß nur ein oder zwei Elektronenbündel, die eine Elektronenschicht geringer Dichte bilden, injiziert und geführt werden können. Bei einer Elektronenenergie von 5 MeV ist die eigene .defokussierende Kraft nur etwa 10% der Bremskraft nnd bei 50 MeV ist diese defokussierende Kraft praktisch, nicht mehr wirksam. Deshalb kann die Anordnung bei größeren-Elektronenenergien mit anfänglich tieferen Potentialschwellen betrieben werden, d.h. bei größeren Verhältnissen von Spiegelfeldintensitäten zu Linearfeldintensitäten, um größere Elektronendichten-.bei höheren Elektronenenergien zu erzeugen, wie -sie erförderlich sind, um ein Höchsttemperatorpläsma hoher Dichte zu erzeugen, nachdem ein entsprechendes Gas hinzugefügt wurde. Die hier vorgeschlagene Injektionsanordnung besitzt ein hohes Maß an Anpassungsfähigkeit und kann beispielsweise in kleinen -oder großen Vorrichtungen verwendet werden, in denen Gase leichter Elemente, wie z. B. Deuterium und Deuterium-TritiumMischungen zur'^{: j}Erztiugung von Plasmen geringer Dichte und Temperaturen eingeleitet werden können. 6s "- Beispielsweise kann bei Verwendung eines Astrongeräts, ,in dem die E^Sehiclit einen durchschnittlichen Radius von 27^:cmpeine Länge" von 600 cm und eine Dicke von 10 cm besitzt (äußerer Radius 32 cm und innerer Radius 22 cm), ein Injektor mit folgenden Parametern konstruiert werden.

Parameter

Elektronenenergie 5 MeV

Injektionsstrom 200 Ampere

Impulslänge ... . . 0,15 μ/s

Impulse pro Sekunde 30 bis 60

Durchschnittlicher Strom ·. 0,9 bis 1,8 mÄ

Anfängliche Bündellänge .·. 120 cm

Endlänge des Bündels' 30 cm

Annähernd maximale Plasmadichte für kontinuierliche Betriebsweise mit den vorstehen^

den Werten ...... _......... 2 · IO¹² an-*

Masse und Konstruktionsangaben

R₁ (Radius des Gehäuses 17) .. 47 cm

R_s (Radius der Verluststromschleifen) 37 cm

R_e (Endradius des Elektrönen-

bündels) 27 cm

R₂ (Radius des Rohres 29) 17 cm

Länge des Widerstandes der Verluststromsehleifen .......... 15 cm

Ohmscher Widerstand desselben (abhängig von der Geschwindigkeit in axialer Richtung) .. 10 bis 20 Ohm

Anzahl der Widerstände in jeder Schleife.. 15

Zwischenraum zwischen den

Widerständen der Schleifen .. 10 cm

Anzahl der Schleifen 60

Länge der . Abschnitte, in denen die VeriuststromschIeifen angeordnet sind ..-. j. i; i~ 500 bis 600 ein'

Das Elektronenbündel, das in dem Injektor komprimiert wird, gibt beträchtliche Energie an das elektromagnetische Feld ab. Wenn das Elektronenbündel in die E-Schichtzone des Astrongeräts eintritt, breiten sich die Elektronen in axialer Richtung über eine etwa 20mal größere Länge aus, wodurch die· in dem elektromagnetischen Feld gespeicherte Energie in kinetische Energie der Elektronen umgewandelt _t wird. Die gespeicherte elektromagnetische Energie in einem Elektronenbündel von 30 cm Länge und bei einem Strom von 6000 Ampere ist 300 keV pro Elektron, die gewonnen wird von den Elektronen nach dem Eintritt des ersten Elektronenbündels in die E-Schichtzone.

Das zweite ankommende Elektronenbündel gibt diese gespeicherte elektromagnetische Energie in derselben Weise ab, doch diese Energie wird mit dem vorher injizierten Elektronenbündel geteilt. - Auf diese Weise ist der Energiegewinn jetzt 150 keV pro Elektron. Wenn der Vorgang fortschreitet, gewinnen die Elektronen, die bereits injiziert sind, mehr und mehr Energie, wobei der Energiegewinn logarithmisch mit dem Vorgang der Injektion zunimmt. Nach Injektion des iV-ten Elektronenbündels ist der Energiegewinn pro Elektron

δ Φ = 300·-^- keV. (7)

Deshalb ist der Gesamtenergiegewinn pro Elektron des iV-ten Elektrönenbündels nach. Injektion von N₁ dazukommenden Elektronenbündeln gleich

Φ = 300•In keV. . (8)

Die Tiefe der Potentialschwelle für Elektronen mit einer Energie von 5 MeV kann 1 MeV sein. Dann ist

N₁'+· N

In-

<3,3.

(9)

Nach Injektion von 30 Elektronenbündeln besitzt die Gleichung (9) einen Wert- größer als 3,3. Deshalb ist, wie aus der Gleichung (9) hervorgeht, das; erste Elektronenbündel Verlust. Weiter sind beispielsweise nach einer Injektion von 120 Elektronenbündeln die. ersten fünf verloren, während der Energiegewinn von zwanzig weiteren Elektronenbündeln mehr als 50 % der Tiefe der Potentialschwelle ist (die Potentialschwelle ist dabei die Zone zwischen den Feldern 49 und 52). Es ist daher augenscheinlich, daß sogar mehrere Elektronenbündel ohne beträchtliehen Verlust injiziert werden können. Deshalb gewährleisten die beschriebenen Maßnahmen eine Injektion von genügend Elektronen mit einer Energie von 5MeV, um ein Umkehrfeld zu erhalten, wie es das grundlegende Astronprinzip lehrt. Darüber hinaus ist die Wechselwirkung der ankommenden Elektronenbündel mit den bereits injizierten Elektronen vernachlässigbar.

Die Prüfung der Wechselwirkung des magnetischen Feldes der E-Schichtelektronen mit den nachkommenden Elektronenbündeln, bevor diese in die E-Schichtzone eintreten, ergibt'folgendes. Eine solche Prüfung der Wechselwirkung wird mit einem Astrongerät mit 5 MeV Energie vorgenommen. Das magnetische Feld der Ε-Schicht ist ähnlich dem Feld der Magnetspule, deshalb würde es das ankommende Elektronenbündel anziehen und dadurch eine tiefere Potentialschwelle erzeugen. Dies ist unerwünscht, da

sich der dynamische Wert des Bremsfeldes während des Aufbaus der Ε-Schicht nicht beliebig ändern kann. Deshalb ist es nicht wünschenswert, daß das Spiegelfeld durch das Eigenfeld der Ε-Schicht in der Injektionsrichtung verändert wird.

Dieser Effekt kann vermieden werden, indem Spulen vorgesehen sind, die ein Feld in der Injektionszone erzeugen, das gleich und entgegengesetzt dem Feld der Ε-Schicht ist. Diese Spulen sind die, die in den Fig. 1 und 2 als Magnetspulen22 und 31 bezeichnet sind. Diese Kombination beschränkt das magnetische Feld der Elektronen der Ε-Schicht auf die E-Schichtzone. Auf diese Weise muß ein Elektron in' der Ε-Schicht, das sich von dem Ende zu der Mitte der E-Schichtzone bewegt, den gesamten Fluß, der durch den E-Schichtstrom erzeugt wird, kreuzen. Dies ist sehr günstig, um den Radius der E-Schicht während der Aufbauphase konstant zu halten. Anfänglich werden die 5-MeV-Elektronen mit einem Radius injiziert, der gleich dem Larmor-Radius ist. Deshalb güt im Vakuumfeld

B₀R_e

P ₀C

(10)

wobei P₀ gleich dem gesamten mechanischen Impuls des Elektrons und R_e der gewünschte Injektionsradius ist. Die Elektronen bewegen sich hingegen nicht auf vollkommenen Kreisen mit dem Radius R_e infolge von statistischen Impulsen in radialer Richtung. Daher werden die Elektronen in radialer Richtung in einem Bereich von endlicher 'Dicke verteilt. Der durchschnittliche Wert des magnetischen Umschließungsfelds ist deshalb die Summe aus dem Vakuumfeld plus einer Hälfte- des Eigenfeldes der Ε-Schicht. Da dieses Eigenfeld die entgegengesetzte Richtung wie das Vakuumfeld besitzt, ist der durchschnittliche Wert für Ή gleich

BT = B₀-ViiB_e. (11)·

Der von der Ε-Schicht erzeugte Fluß ist deshalb
Φ = π - B_e ■ R _eK . - - (12)

Da die Elektronen sich zurück und vor von den Enden zu der Mitte der E-Schichtzone bewegen, kreuzen sie diesen Fluß und erleiden eine Veränderung ihres azimuthalen mechanischen Impulses, der gleich . . '

δΡ_Θ =

2 c

Be Rr

(13)

ist. Daraus berechnet sich der äzimuthale mechanische Impuls .

Pe = — (B₀ — ¹IiB_e) R_e

(14)

Der Radius der Kreisbewegung ist
β B

Die Gleichungen (11), (14) und (15) ergeben

R = R_e. (16)

Deshalb kann ein konstanter Radius der E-Schicht, die den gesamten E-Schichtfluß innerhalb dieser Schicht begrenzt, aufrechterhalten werden, ohne daß eine Änderung des magnetischen Hauptführungsfeldes im Vakuum erforderlich ist.

(15)

Claims (3)

Es ist klar, daß das vorstehende Beispiel nur zur Darstellung des Sachverhalts und nicht zur Einschränkung gebracht wurde, da selbstverständlich größere Elektronenenergien und Injektionsströme verwendet werden können. Die bezeichneten Dirnensionen können über einen breiten Energiebereich verwendet werden, da die magnetische Feldstärke verändert werden kann, um den erforderlichen Radius des Elektronenbündels zu erzeugen. Mit den be- schriebenen Dimensionen und Parametern der Anlage wird etwa 20% der Anfangsenergie des Elektronenbündels vergeudet. Mit einem Verhältnis der Intensitäten des Spiegelfeldes zu dem Mittelfeld von etwa 1,15 müssen' die eingeschlossenen Elektronen etwa 25% mehr Energie aufnehmen, um auszuströmen. Die tiefere Potentialschwelle ist, wie oben festgestellt, ganz reichlich bemessen, Die Injektion und die Führung von sogar einem einzigen Elektronenbündel der beschriebenen Art verursacht eine Elektronendichte der Ε-Schicht, die in-der Lage ist, bei zwar niederer Dichte ein Plasma mit sehr hoher Temperatur zu erzeugen. Angenommen, daß anfänglich ein Vakuum von IO-8 mm Hg in dem System vorhanden ist, dann befinden sich 6 · IO8 Luftatome in einem Kubikmeter. Nach Einleitung von beispielsweise Deuterium ist das Maß η der Neutrahsation als Funktion der Zeit gleich wobei ηΒ die Deuteronendichte, ηα die Luftdichte, t die Zeit und.δ = IO-19cm2, der Ionisationsquerschnitt ist. Angenommen ηΒ = 5 · 109/cm3, dann ist η = 301, und das erzeugte Plasma besteht aus etwa 50% Deuteronen und 50% Luftionen. Wenn die Arbeitsweise fortschreitet, nimmt die Luftdichte ab, und unter Umständen wird ein reines Deuteronen- ' plasma erzeugt. Es sind Anzeichen vorhanden, daß Plasmadichten von IO8 bis IO11 Deuteronen pro Kubikzentimeter bei kinetischen Temperaturen von Wenigstens mehreren 10 Kiloyolt erzeugt werden, was beträchtlich über den kinetischen Temperaturen, die bisher erzeugt werden konnten, Hegt. Ein Wert des Mittelfeldes in dem Astrongerät von etwa 1000 Gauß ist für diesen Zweck geeignet. Unter Verwendung einer D-T-Gasmischung wird ein Plasma von hinreichender Dichte und bei einer hinreichend hohen Temperatur erzeugt, so daß möglicherweise eine große Anzahl von Neutronen durch Kernfusionsreaktionen erzeugt werden kann. Bei der in dem obigen Beispiel näher ausgeführten Anordnung mit einer Elektronenenergie von 5 MeV können reichliche Mengen von Neutronen sogar mit D-D-Mischungen erhalten werden. Bei Injektion von Elektronen hoher Energie mit ausreichenden Dichten kann die Feldumkehr in der Ε-Schicht stattfinden und können bedeutende Plasmadichten erhalten werden. Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Einschießen und Einfangen von Elektronen hoher Energie in einem axialsymmetrischen, gleichförmigen, magnetischen Umschließungsfeld innerhalb eines evakuierten Behälters, der zur Bildung dieses Umschließungsfeldes mit einer Stromwicklung und zur Bildung eines magnetischen Spiegelfeldes in jedem seiner Endbereiche mit zusätzlichen Stromwicklungen versehen ist, und die Mittel zum Erzeugen und Einschießen eines hochenergetischen Elektronenstrahls in dieses gleichförmige Umschließungsfeld durch ein magnetisch abgeschirmtes Führungsrohr in die Zone größter magnetischer Feldstärke tangential und unter einem kleinen Winkel zu einer zu dem Umschließungsfeld orthogonalen Ebene aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einfangen und Einschließen des Elektronenstrahls in eine zylindrische Elektronenschicht in dem Teil des Umschließungsfeldes mit gleichförmiger Feldstärke eine Vielzahl von Verluststromschleifen konzentrisch längs des Bereiches, in dem sich die Feldstärke des Magnetfeldes ändert, angeordnet sind, derart, daß dem Elektronenstrahl Energie entzogen und der axiale Impuls des Elektronenstrahls, den dieser beim Durchqueren dieses Bereiches mit sich ändernder Feldstärke erhält, verringert wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Verluststromschleifen mehrere Hochfrequenzwiderstände aufweist, die

. in Reihe geschaltet sind, um ein Polygon zu bilden, das koaxial mit dem evakuierten Behälter angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine von einem nichtmagnetischen Metallrohr (29) umschlossene Stromwicklung (31)' im Injektionsbereich innerhalb des evakuierten Behälters und konzentrisch zu diesem mit Abstand angeordnet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
»The Institution of Electrical Engineers«, 1959,

April, Paper Nr. 2903, S. 290 bis 298;

»Project Sherwood«, 1958, Reading USA.,

S, 148 bis 151.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1116 834.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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