DE1296830B - Verfahren und Vorrichtung zum Befreien eines stroemenden Plasmas von ungeladenen und von schweren geladenen Teilchen - Google Patents

Description

dungsgemäßen Vorrichtung liegt bei der Durchfüh- io erzeugt wird und daß ein in seiner Energie in gerung von kontrollierten Kernfusionen bzw. bei der eigneter Weise bemessener Strom von Molekülionen Untersuchung von Möglichkeiten dafür.

Die Möglichkeit, ein strömendes Plasma dadurch von neutralen, d. h. ungeladenen Teilchen zu besenkrecht zur Richtung des magnetischen Felds in die Bogenentladung hinein injiziert wird, so daß die Bogenentladung die Molekülionen unter Bildung

freien, daß man ihm mittels eines zu diesem Zweck 15 eines umlaufenden Stromes an Atomionen mit einer

genau orientierten Magnetfeldes eine gekrümmte Bewegungsbahn aufzwingt, ist bereits bekannt. Einschlägige theoretische Überlegungen und Vorschläge für die praktische Ausbildung einer dazu geeigneten

mittleren Energie dissoziiert, die zusammen mit Elektronen und neutralen Teilchen in der Reaktionszone eingefangen werden. Eine zur Verwirklichung eines derartigen Verfahrens zur Plasmaerzeugung

Vorrichtung finden sich in Aufsätzen in der Zeit- 20 geeignete Vorrichtung muß dementsprechend eine schrift »The Physics of Fluids« von 1960 auf den Vielzahl von magnetischen und elektrischen Feldern Seiten 961 bis 965 und von 1961 auf den Seiten
1407 bis 1411. Diese bekannten Methoden und Vor

richtungen beruhen darauf, daß die vom Magnetfeld

und Mittel zur geeigneten gegenseitigen Steuerung dieser verschiedenen Felder aufweisen, so daß die gesamte Anlage in hohem Maße aufwendig und nicht beeinflußten neutralen Moleküle in dem Plasma 25 kostspielig wird, das Bestreben zeigen, sich in gerader Linie weiter- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,

zubewegen und sich dementsprechend wenigstens ausgehend von dem eingangs geschilderten Verfahteilweise von den durch das Magnetfeld auf einer ren, eine Methode anzugeben, bei der mit einfachen gekrümmten Bahn weitergeführten geladenen Teil- technischen Mitteln eine praktisch vollständige Bechen trennen. Gleichzeitig kommt es dabei weiter 30 freiung eines strömenden Plasmas von unerwünsch

ten ungeladenen und schweren geladenen Teilchen erzielt wird, ohne daß auf das in dieser Weise gereinigte Plasma ungewollte, seine Zerstreuung hervorrufende Kräfte zur Einwirkung kommen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß man das Plasma nacheinander zwei in einer gemeinsamen Ebene liegende Kreisbögen mit dem Betrage nach gleichen, dem Vorzeichen nach jedoch verschiedenen Krümmungsradien durchlaufen läßt.

Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeignete und einfache Vorrichtung besteht aus einer evakuierbaren Rohrleitung zur Führung eines strömenden Plasmas, deren Achse einer gekrümmten Kurve folgt, einer Reihe von Spu-

zu einer gewissen Aufspaltung der geladenen Teilchen in Abhängigkeit von ihrem Gewicht, da die leichten Teilchen des Plasmas dem führenden Magnetfeld am genauesten zu folgen vermögen, so daß sich in der Mittelachse der Bahn ein von ungeladenen und von geladenen schweren Teilchen befreites Plasma ansammelt.

Die bekannten auf dem obigen Prinzip beruhenden Verfahren und Vorrichtungen sind jedoch noch nicht frei von Nachteilen. Die geladenen Teilchen werden von dem Magnetfeld, das von den Plasmakanal umgebenden in Achsrichtung aufeinanderfolgenden Spulen erzeugt wird, auf einer gekrümmten Bahn geführt und unterliegen dabei nämlich einer

Zentrifugalkraft; diese läßt in dem Plasma eine Drift 45 len zur Erzeugung eines längs der gekrümmten Kurve entstehen, deren Richtung senkrecht zu der Ebene sich erstreckenden statischen Magnetfeldes, je einem der Bahnkrümmung steht. Dabei hängt die Drift- sich tangential an die beiden Kurvenenden anschlierichtung weiter von dem Vorzeichen der Plasmateil- ßenden geradlinigen Eingangs- und Ausgangsrohr chen ab, so daß positiv und negativ geladene Teil- und einem in gerader Verlängerung des Eingangschen in einander entgegengesetzten Richtungen 50 rohres sich erstreckenden geradlinigen Ableitungsdriften und dementsprechend eine Ladungstrennung rohr zur Wegführung der nicht abgelenkten Teilchen, in dem Plasma auftritt. Diese Ladungstrennung Von diesen bekannten Vorrichtungen unterscheidet ihrerseits ist natürlich Ursache für das Entstehen sich die erfindungsgemäße dadurch, daß die Rohreines elektrischen Feldes, dessen Feldlinien einen leitung einer Kurve folgt, die, abgesehen von einem Winkel sowohl mit der Krümmungsebene der Bahn 55 nicht notwendig vorhandenen geradlinigen Mittelteil, als auch mit dem Magnetfeld einschließen. Dement- aus zwei in einer Ebene liegenden Kreisbogen besprechend hat dieses elektrische Feld die Tendenz,
die Plasmateilchen von den magnetischen Feldlinien
abweichen zu lassen.

Zur Beseitigung des störenden elektrischen Feldes ist bereits vorgeschlagen worden, in dem Kanal, den das Plasma durchströmt, metallische Elektroden anzuordnen, dies ist jedoch mit dem Nachteil verbunden, daß die Elektroden ihrerseits das Plasma verunreinigen
kann.

steht, die dem Betrage nach gleiche, dem Vorzeichen nach jedoch unterschiedliche Krümmungsradien aufweisen.

Wird diese Vorrichtung von einem Plasma durchströmt, so erfolgt eine Aufspaltung des Plasmas zunächst in ungeladene und in geladene Teilchen, wobei die letzteren durch das Magnetfeld auf einer gekrümmten Bahn geführt werden, während die

so daß diese Lösung nicht befriedigen 65 ersteren, auf die das Magnetfeld nicht zur Einwirkung

kommen kann, ihre gerade Bahn beibehalten und

Bekannt ist schließlich eine weitere, nach einem ganz anderen Prinzip arbeitende Methode zum Er-

dementsprechend den Plasmakanal durch das Ableitungsrohr verlassen. Eine weitere Aufspaltung der

Plasmateilchen entsprechend ihrem Gewicht erfolgt beim Durchlaufen der gekrümmten Bewegungsbahn insofern, als nur die leichten Teilchen, wie etwa Wasserstoff- oder Deutriumionen, dem Magnetfeld genau zu folgen vermögen, während schwere, ebenfalls unerwünschte Teilchen auf die Wände des Plasmakanals auftreffen und so aus dem Plasma entfernt werden. Dabei läßt sich noch eine Verbesserung der Trennwirkung der erfindungsgemäßen Vorrichtung dadurch erreichen, daß in den beiden kreisförmig gekrümmten Teilen der Rohrleitung koaxial ein mit Titan ausgekleidetes und von außen gekühltes Innenrohr angebracht wird, auf dessen innerer Oberfläche die schweren Teilchen unter Ausnutzung eines an tiefgekühlten Oberflächen an sich bekannten Effektes besonders gut absorbiert werden.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung in allen ihren Einzelheiten wird im folgenden ein in der Zeichnung veranschaulichtes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung näher beschrie- ao ben. Dabei zeigt die Zeichnung eine teilweise geschnittene Aufsicht auf eine solche Vorrichtung.

Die dargestellte Vorrichtung besitzt im wesentlichen einen Plasmakanal aus nichtrostendem Stahl, der zwei geradlinige, parallel zueinander angeordnete as Rohre α und b sowie ein S-förmig gebogenes Verbindungsrohr c aufweist. Das Rohre ist ein Eingangsrohr, in das eine nicht dargestellte Gaskanone ein Plasma einführt, dessen geladene Teilchen unter der Wirkung eines von den Wicklungen der Spulend entlang der Achse des Verbindungsrohres erzeugten Magnetfeldes eine Bewegungsbahn beschreiben, deren Achse etwa mit der Achse des Verbindungsrohres c zusammenfällt, und die die Vorrichtung durch das Ausgangsrohr & verlassen. Das Verbindungsrohr c ist seinerseits in drei Teilrohre C₁, c₂ und C₃ unterteilt, wobei die an die geradlinigen Rohre« und b angrenzenden Teilrohre C₁ und C₃ gleiche Länge aufweisen und auch gleiche Krümmung besitzen, jedoch in entgegengesetzter Richtung gekrümmt sind, während das dritte Teilrohr c₂ ein kurzes geradliniges Mittelrohr zwischen den Teilrohren C₁ und c₃ ist.

An das gekrümmte Teilrohr C₁ ist ein Ableitungsrohr e mit kleinem Querschnitt angeschlossen, das in der Verlängerung des Eingangsrohres α liegt und zur Abführung der von den geladenen Teilchen des Plasmas abgetrennten neutralen Moleküle dient. Zu dieser Trennung trägt unter anderem ein Innenrohr/ aus Kupfer bei, das konzentrisch im Innern der Teilrohre C₁ und c₃ verläuft, mit einem Titanüberzug versehen ist und durch ein nicht dargestelltes Rohr gekühlt wird, in dem flüssiger Stickstoff strömt. Damit die neutralen Moleküle tangential austreten und in das Ableitungsrohr e eintreten können, ist das Innenrohr/ in der Verlängerung der Achsen des Eingangsrohresa und des Ableitungsrohrese mit einer großen öffnung h versehen. Das Vakuum wird in der Vorrichtung durch zwei Ionenpumpen k und / aufrechterhalten, die mit dem Ableitungsrohr e bzw. dem Ausgangsrohr b verbunden sind.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Befreien eines strömenden Plasmas von ungeladenen und von schweren geladenen Teilchen unter Führung der geladenen Teilchen des Plasmas auf einer gekrümmten Bahn mittels eines in Bahnrichtung liegenden Magnetfeldes, dadurch gekennzeichnet, daß man das Plasma nacheinander zwei in einer gemeinsamen Ebene liegenden Kreisbögen mit dem Betrag nach gleichen, dem Vorzeichen nach jedoch verschiedenen Krümmungsradien durchlaufen läßt.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einer evakuierbaren Rohrleitung zur Führung eines strömenden Plasmas, deren Achse einer gekrümmten Kurve folgt, einer Reihe von Spulen zur Erzeugung eines längs der gekrümmten Kurve sich erstreckenden statischen Magnetfeldes, je einem sich tangential an die beiden Kurvenenden anschließenden geradlinigen Eingangs- und Ausgangsrohr und einem in gerader Verlängerung des Eingangsrohres sich erstreckenden geradlinigen Ableitungsrohr zur Wegführung der nicht abgelenkten Teilchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung einer Kurve folgt, die, abgesehen von einem nicht notwendig vorhandenen geradlinigen Mittelteil (c₂), aus zwei in einer Ebene liegenden Kreisbogen (C₁ und c₃) besteht, die dem Betrag nach gleiche, dem Vorzeichen nach jedoch unterschiedliche Krümmungsradien aufweisen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den beiden kreisförmig gekrümmten Teilen^ und C₃) der Rohrleitung koaxial ein mit Titan ausgekleidetes und von außen gekühltes Innenrohr (f) angebracht ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen