DE1279859B - Einrichtung zur Erzeugung von Neutronen aus Kernfusionsreaktionen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

G21b

H05h

Deutsche Kl.: 21g-21/21

Nummer:
Aktenzeichen:
Aomeldetag:
Auslegetag:

P 12 79 859.3-33 (K 61394)

10. Februar 1967

10. Oktober 1968

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung von Neutronen aus Kernfusionsreaktionen durch Fokussierung von Laserlicht aus zwei Lasern mit Hilfe eines optischen Systems auf ein Wasserstoffisotope enthaltendes Targetmaterial; vgl. die Patentschrift 45 662 des Amtes für Erfindungs- und Patentwesen in Ost-Berlin.

Einer solchen bekannten Einrichtung liegt die Aufgabe zugrunde, gesteuerte thermonukleare Wasserstoff-Kerafusionsreaktionen herbeizuführen. Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, sehr kurzzeitige Neutronenimpulse (<10~⁸ see) zu erzeugen. Ein derartiger Neutronenerzeuger ist beispielsweise ein geeignetes Hilfsmittel zum Studium des zeitlichen Ablaufes von Wechselwirkungen zwisehen Neutronen und Materie. Andere bekannte Einrichtungen, wie z. B. Beschleuniger als Neutronenquelle durch Kernfusionsreaktionen, haben den Nachteil, daß die Zeitdauer der Neutronenimpulse nicht extrem kurz gemacht werden kann. ao

Die Erfindung besteht darin, daß die Lichtbündel der beiden Laser eine gemeinsame optische Achse haben und gegeneinander gerichtet sind, daß zwei Targets symmetrisch zu der senkrecht auf der optischen Achse stehenden Mittelebene des optischen Systems angeordnet sind, deren Querschnitt etwa gleich den Querschnitten der beiden nicht miteinander zusammenfallenden, aber auf den beiden Targets liegenden Brennflecke ist, wobei die beiden Brennflecke jeweils auf der Seite der Mittelebene liegen, die von dem zugehörigen optischen System abgewandt ist.

Die Einrichtung nach der Erfindung hat den Vorteil, daß mit einem geringen konstruktiven Aufwand sehr kurzzeitige Neutronenimpulse geliefert werden können. Die Vorteile sind insbesondere darauf zurückzuführen, daß das von den an den Targetoberflächen gebildeten Plasmen nach allen Seiten reflektierte Licht infolge der hohen Apertur der Objektive fast vollständig in die jeweiligen Laser zurückläuft und verstärkt wieder auf die Targets trifft, so daß prinzipiell eine vollständige Umwandlung der Lichtenergie der Laser in Plasmaenergie stattfindet. Durch Fokussierung eines Lichtimpulses hoher Leistung auf die Oberfläche eines festen Körpers entsteht bekanntlich im Brennfleck eine Plasmascheibe (Mikroplasma) hoher Energie. Untersuchungen darüber haben gezeigt, daß diesen Plasmen Ionen mit kinetischen Energien von vielen keV in einen engen Winkelbereich um die Oberflächennormale als Vorzugsrichtung entströmen. Trotz der hohen kinetischen Energien bleibt die Temperatur (d. h. die über alle Einrichtung zur Erzeugung von Neutronen aus
Kernfusionsreaktionen

Anmelder:

Dr. Wolfgang Kaiser,

8000 München 2, Arcisstr. 21

Als Erfinder benannt:

Dr. Wolfgang Kaiser,

Dr. Hans Opower,

Dipl.-Phys. Heinz Bernhard Puell, 8000 München

Richtungen gleichmäßig verteilte Energie) der Elektronen und insbesondere der Ionen verhältnismäßig niedrig, da infolge der scheibenförmigen Geometrie des Plasmas die Energie in Form einer gerichteten Expansionsbewegung zutage tritt, die kaum Anlaß zu Stößen zwischen den Ionen untereinander gibt. Auch wenn die Targets sehr dünn sind, z. B. bei Verwendung von Folien mit einer Dicke von nur einigen Mikrometern, ist der Ionenstrahl dem Lichthalbraum zugewandt.

Bei der Einrichtung nach der Erfindimg ist es zweckmäßig, daß der gegenseitige Abstand der Targets variabel ist. Dies hat den weiteren Vorteil, daß das seitliche Entweichen des Plasmas gesteuert und damit Einfluß auf die durch Kernfusionsreaktionen erzeugte Neutronenrate genommen werden kann.

Es ist weiterhin vorteilhaft, daß die Lichtbündel Hohlstrahlenbündel sind. Dies hat den weiteren Vorteil, daß kein einfallendes Licht durch die Targets abgedeckt wird.

Dabei ist es zweckmäßig, daß die Laser Hohlstrahlenbündel emittieren.

Schließlich können in weiterer vorteilhafter Weise die Laser aus einem Oszillator und mehreren hintereinandergeschalteten Verstärkern bestehen. Derartige Hintereinanderschaltungen sind bereits bei optischen Verstärkern für Wanderwellen durchgeführt worden; vgl. die deutsche Auslegeschrift 1207 907.

Die Einrichtung nach der Erfindung soll nun an Hand einer beispielsweisen Anordnung nach den Abbildungen näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 eine Prinzipzeichnung der Objektive und Targets,

F i g. 2 die gesamte Anordnung und

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Fig. 3 eine Anordnung zur Gestaltung von Hohlstrahllichtbündeln.

In Fig. 2 ist dargestellt, wie die einzelnen Laser zueinander angeordnet sind. Die beiden Laser L 2 und L 3 sind antiparallel auf die Vakuumkammer 10 S gerichtet, in welcher gemäß Fig. 1 die Objektive 02, O 3 und die Targets A2, A3 angeordnet sind. Die beiden Laser L2, L3 werden durch einen HilfslaserLl über den Strahlenteiler 13 gleichzeitig geschaltet. Eine solche Schaltung ist bereits vorgeschlagen worden. Sie ist auch bereits in derselben Weise bekannt. Dabei wurde aber lediglich die Aufgabe gelöst, den Laserimpuls hoch zu verstärken (Riesenhnpuls). Die beiden Laser sind dort jedoch parallel nebeneinander angeordnet. Dieser Anordnung liegt somit eine ganz andere Aufgabe zugrunde. Bei der Anordnung nach Fig. 2 sind demgegenüber die Laser L 2 und L 3 mit einer gemeinsamen optischen Achse mit ihren Lichtbündeln antiparallel gerichtet. Im Zusammenhang mit der bekannten Anordnung wurde zwar schon erkannt, daß zum Zweck der Herstellung eines Plasmas die Lichtbündel der beiden parallel angeordneten Laser auf ein und dasselbe Target zu richten sind. Damit kann man aber keine Kernfusionsreaktionen herbeiführen, weil infolge der gerichteten Expansionsbewegung des Plasmas keine Stöße zwischen den Ionen stattfinden. Demgegenüber sind bei der Einrichtung nach der Erfindung die Lichtbündel der beiden Laser L 2 und L 3 je auf ein Targets2 und A3 in besonderer Weise gerichtet, wie dies insbesondere Fig. 1 zu entnehmen ist. Symmetrisch zur Mittelebene und senkrecht zur optischen Achse des Lasersystems befinden sich in den Brennebenen der Objektive O2 und 03 die zugehörigen Targets A 2 und A 3. Wie F i g. 1 zeigt, sind die beiden Targets jeweils auf der Seite des nicht zugehörigen Objektivs angeordnet. Dadurch wird erreicht, daß die erzeugten Ionenstrahlen antiparallel ineinanderlaufen.

Bei der Anordnung nach Fig. 1 werden LaserL2 und L 3 verwendet, deren wirksames Lichtbündel 11 bereits als Hohlstrahlenlichtbündel gestaltet ist. Eine solche Gestaltung kann man aber auch nach Fig. 3 mit einem Kegelmantelprisma konstanter Dicke erzielen, das vor den Objektiven angeordnet wird. Das Prisma 12 muß dabei mit seiner Spitze gegen das Objektiv O 2, O 3 zeigen. Dies hat den Vorteil, daß keine teilweise Abdeckung der Laserlichtbündel durch die Targets mehr erfolgen kann. Die optischen Systeme O 2 und O 3 können aus einer Vielzahl von Linsen 14, 15, 16 bestehen, von denen in F i g. 1 jedoch nur drei gezeichnet sind. Wie der Figur auch noch zu entnehmen ist, sind die Linsen so beschaffen, daß eine Apertur von nahezu 1 entsteht.

Im wesentlichen bewirkt die Einrichtung nach der Erfindung im übrigen zweierlei:
1. Es werden mit Hilfe eines Systems von zwei gleichzeitig geschalteten Lasern zwei Mikroplasmen erzeugt, deren Ionen antiparallel ineinanderlaufen. Da für eine möglichst gute Fokussierung die Targetoberflächen senkrecht zur optischen Achse der Lichtstrahlen liegen müssen, müssen die Targets gegeneinander in dem oben bereits angegebenen Sinn versetzt angeordnet ein Teil des einfallenden Lichtes durch das im Wege stehende Target abgedeckt wird. Diese Schwierigkeit wird aber bei der Einrichtung nach der Erfindung praktisch dadurch umgangen, daß zur Fokussierung des Lichtes Objektive mit einer Apertur von fast 1 verwendet werden, und außerdem entsteht zwischen den beiden Targets ein Plasmavolumen, in dem die beiden Ionenstrahlen antiparallel ineinanderlaufen und infolge ihrer hohen Dichten Stoßreaktionen ausführen. Wenn die Targets Deuterium oder ein Deuterium-Tritium-Gemisch enthalten, werden bei hinreichend hoher Lichtintensität Kernfusionsreaktionen zwischen den schweren Wasserstoffionen in diesem Volumen stattfinden. Der variable Abstand der Targets gestattet eine Regulierung der Dichte und Abflußrate des in dem Volumen zwischen den Targets im stationären Zustand sich befindenden Plasmas. 2. Der Anteil des vom Plasma teilweise diffus reflektierten Lichtes wird durch die hohe Apertur der Objektive wieder parallel in die Laser zurückgelenkt, in diesen nochmals verstärkt und damit verstärkt erneut dem Plasma zugeführt. Die Einrichtung nach der Erfindung ermöglicht also eine praktisch verlustfreie Überführung der Lichtenergie in Energie des Plasmas.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Erzeugung von Neutronen aus Kernfusionsreaktionen durch Fokussierung von Laserlicht aus zwei Lasern mit Hilfe eines optischen Systems auf ein Wasserstoffisotope enthaltendes Targetmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtbündel der beiden Laser eine gemeinsame optische Achse haben und gegeneinander gerichtet sind, daß zwei Targets symmetrisch zu der senkrecht auf der optischen Achse stehenden Mittelebene des optischen Systems angeordnet sind, deren Querschnitt etwa gleich den Querschnitten der beiden nicht miteinander zusammenfallenden, aber auf den beiden Targets liegenden Brennflecke ist, wobei die beiden Brennflecke jeweils auf der Seite der Mittelebene liegen, die von dem zugehörigen optischen System abgewandt ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gegenseitige Abstand der Targets (A 2, A 3) variabel ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtbündel Hohlstrahlenbündel sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Laser (L 2, L 3) Hohlstrahlenbündel emittieren.

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Laser (L 2, L 3) aus einem Oszillator und mehreren hintereinandergeschalteten Verstärkern bestehen.

werden. Diese Anordnung bedingt zwar, daß 65 S. 45 bis In Betracht gezogene Patentschriften: Patentschrift Nr. 45 622 des Amtes für Erfindungsund Patentwesen in Ost-Berlin;
Proc. Phys. Soc, 1965, VoI. 86, Nr. 549, Part. I,

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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