DE1439780A1 - Plasmahaltige Reaktionskammer - Google Patents
Plasmahaltige ReaktionskammerInfo
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- H05H1/02—Arrangements for confining plasma by electric or magnetic fields; Arrangements for heating plasma
- H05H1/10—Arrangements for confining plasma by electric or magnetic fields; Arrangements for heating plasma using externally-applied magnetic fields only, e.g. Q-machines, Yin-Yang, base-ball
- H05H1/11—Arrangements for confining plasma by electric or magnetic fields; Arrangements for heating plasma using externally-applied magnetic fields only, e.g. Q-machines, Yin-Yang, base-ball using cusp configuration
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- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
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- H05H1/10—Arrangements for confining plasma by electric or magnetic fields; Arrangements for heating plasma using externally-applied magnetic fields only, e.g. Q-machines, Yin-Yang, base-ball
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Description
UJiTi!'-;1 j ΙνΙ.:"ίί.-Κύ- --/Cm..!'; :■;"-.".-TlGi. Ai OHO Xl1!', Patents "Brinell,
11-1-J, Oharle- II otreob, L ο η ά ο η, 8.'.v.l., Engla
11-1-J, Oharle- II otreob, L ο η ά ο η, 8.'.v.l., Engla
yür üier.e Änmelduur. Tvii\.: ö.ie jTiorix Lt aus der brii;lochen, i-atarrfc-•-..ni"'!.Gldu:.i^
i.T. 4·-91/^1 vom m« ^.O'bruar 1961 beansprucht.
Plf!,rmaiial-';ige Reaktionskaran-er.
Die Erfindung bezieht eich 'auf Plasma-Begrenzungsvorrieh-■Gun;<eii
briw. Vorrichtungen üum Zunarnpienhalten oder Konzentrieren
von jt. lasiiia /plasma confinement apparatus/.
von jt. lasiiia /plasma confinement apparatus/.
Zur Gewinnung von thermonuklearer. leistung igt die.Schaffung
von i'.itteln sum Eingrenzen oder Zusammenhalten eines heißen Plasmas
eines Brentsioffgaaes, ohne daß dabei dan Plasma mit physifca-
BAD ORtQiNAL
9613/005 3
lisch en oder körperlichen Grenzen in Beriihrunp; koniiut, erfor-■
derlich.
Im weitesten Sinne schafft die vorliegende Erfindung eine
Plasma-Konzeatriei'vorrichtung mit einem Behälter zum. Aufnehmen.
eines Gases mit niedrigem .Druck, Iv,iti.eln zum Herstellen eines
liadiofrequenz-Drehinagnetf eldes /radio-frequencj^ rotating magnetic
field/ innerhalb des Behälters und Mitteln zum ,Herstellen eines ·
stationären bzw. feststehenden Magnetfeldes im Behälter, das
zum sich drehenden Magnetfeld senkrecht steht, wobei die Anordnung
derart getroffen ist, daß die Elektronen im Plasma", nicht aber die Ionen, mit dem Drehfeld rotieren und so einen €>trom
bilden, der mit dem stationären Feld reagiertf uw das Plasma an
solchen Stellen au konzentrieren, die von den V/änden des Behälters
entfernt liegen.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird durch sie eine
Plasma-Konzentriervörrichturig geschaffen mit einem Behälter zur
Aufnahme eines Gases von niedrigem Druck, Mitteln zur Herstellung
eines durch Radiofrequenz in .Drehung versetzten ieldes mit der
Feldstärke B und der T/inkelfrequenz w in dem Behälter, so daß
wobei w . und w die Ionen- bzw» Elektronen-Zyl.Jotronenfre-
Qx C Θ - - - .. ■
quenzen in einem leid mit der Feldstärke B sind, und daß"
;V-.^.-. JPAD ORIGINAL
9813/0059
wobei η die Zahl der Ionen pro Yolumeneinheit des Plasmas, e die
elektronische Ladung und I^die Resistivitiit des Plasmas ist, und
schließlich mit Mitteln zum .Herzten en einen feststehenden I>:iagnetieldes
in dem "Behälter von der 'otärke von B , das senkrecht
zum sich drehenden Kagnetleld ist, ho daß
wobei 1Ϊ die Gesamtzahl der Elekt 'inea pro Längeneinheit des Plasmas
ist.
Der !Behälter ist vorzugsweise von kreisförmigem Querschnitt
und kann ein gerade-s Rohr sein»
Di-e Erfindung soll nunmehr anhand der sie beispielsweise
wiedergebenden. Zeichnung näher erläutert werden, und zwar zeigt
bzw,, zeigen:
"?ig. 1 eine scnematisehe "Darstellung zur .!tfrläuterung der Theorie
der Erfindung, die
Ii1X^n. 2, 3 und 4- Kurven von luagnetfeldquerßchnitten und Partikeldichteverteilungen,
wie sie mit der Erfindung erzielbar sind, während ·
i'ig. 5 einen Teilquerschnitt der eri'indungsgernäßen Vorrichtung
darstellt, wobei der elektrische »Stromkreis schematisch angezeichnet iste
Zur Erläuterung von Fig. 1 stelle man sich ein gerades Rohr
vor,- das ein Plasma, d.h. ein volliorisjertre Gas, enttf.lt. Die
BAD ORIGINAL 809813/0059
Anordnung ist so getroffen, daß mittels einer Mehrphasenwieklung '
auf dem Benalter (Rohr) ein sich drehendes Magnetfeld bzw„ Mag-,
netdrehfeld B senkrecht zur Achse des Behälters erzeugt wird« Das Feld B dreht sich im. G-egenuhrdrdEinn mit der Winkelfrequenz
w, wie durch den Pfeil gezeigt. .".
Es sei angenommen,, daß n die Anzahl der Elektronen (oder
Ionen) pro Volumeneinheit .-des Plasmas, e. die elektronische Ladung
und/77die "Resistivität des Plasmas sind, w sei so gewählt,
wobei w . und "W jeweils die Ionen- und die Elektronen-Zyklotronenfrequenzen
sind, die einem .PeId von der Stärke B entsprechen.
Diese PrequenzDeschränkung-wirkt sich dahingehend aus, daß die
EMKs /e.nuf 's/ Tdzwo elektromotorischen Erafte, die flurcii das sich
drehende Feld B induziert werden, zu schnell wechseln, als daß ' ■
die Ionen reagieren oder ansprechen könnten, und so werden nur
die Elektronen dadurch "beeinflußt.
Unter diesem Umständen zeigt sich, daß, wenn
und h *
wobei jQ der Elektronenstrom pro Einheit der Quersclmittsflache, der .um die Achse des Rohrs* herum beim Eadius r fließt,, und
3Z der Elektronenstrom ist, der in Axialrichtung fließt.
In physikalischer Hinsicht bedeutet dies, daß die -Elektronen"'
sich um die Itohraohse mit der gleichen Winkelgeschv/indi^keit
w wie das Magnetfeld B drehen. Die Ione'n drehen sich nicht mit"
dem ^eId, sondern sind innerhalb des Körpers der rotierenden
Elektronen durch Eaumladungskräxte /space-charge forces/ gebunden
oder gehalten.
Der zirkulierende bzw. Umlaufende Strom Jq erzeugt ein·
axiales Magnetfeld innerhalb des Behälters. Wenn dem Behälter ein zusätzliches gleichförmiges Axialfeld B mittels äußeren Spulen
in einer Richtung entgegengesetzt der des Bigenfeldes des umlaufenden
Stroms übermittelt wird, so kommt eine nach innen gerichtete
Radialkrait auf das Plasma infolge der """Wechselwirkung
zv/ischen 3 baw. 3Q und B zur Auswirkung. Als ein Ergebnis oder
eine üOlge kann gezeigt oder nachgewiesen werden, daß dann, wenn
JJ <iie Elektrone?!liniendichte, d.he die Gesamtzahl'der Elektronen
pro Einheit der Axiallänge· des Plasmas ist, die" Slektronenteilchendichte
η sich mit dem Hadius. r gemäß der .formel
B- 1I ew
η = Q ~-SL
if ew '
-?'.■■■■■ -.: ' , .'.j
ändert, wobei k die Boltzmaii'sche Eööstanti und^lH.und ί·,·,.jeweils
die Ionen- bzw. Elektronenteöiperaturen sind»' '..;.', :-.:-·-:' ·, . - ·
BAD ORIGINAU
Wenn M die Gesamtzahl der Elektronen pro längeneinnext des *
Plasmas außerhalb des iiaaius r ist, dann ist
' ' . .. Bz = BQ -2^ew _ . -—(2).
wobei. B17 das resultierende Axialfeld "beim Radius r ist,
Das Axiali'eld. infolge des umlaufenden dtroms allein ist
somit 21iew "beim ll-'-dius r und an der -Achse 2fe" ew. - "" ' " -
Au η deri-Grlelchungen (1) und (2) ergibt sieb;
(a) wenn B, j> 21s ew, dann riimixit η ^leichraüßig-"bzw"» stetig '
/ffionotonically/.mit r a"b, und B hf-i; die gleiclte liictitung v;ie
der Behälter0
("b) Wenn Ii ew ^ ΰ ^2ί·ί ew ist., dann ist η ein maximum in einigem
Auatand von der Achse, und B~ wechselt (das Torzeiehen) im
- ν Axialbereich, d.h* :.ist .in der entgegengesetKten■-Sichtung,. ζμ,;.,.Β ο
B-.' <£¥0©w. ist, dann ist-das.5umgelcßhrte Xnnenfeld :(Bo-2iroew'
-.<£¥0©w. ist, dann istdas.5umgelcßhrte Xnnenfeld :(Bo2iro
• ■- ..größer; als das äußere Seid :(B }, und; das; Plasma wird.vo.n 'de^r
Achse aus nach a.uJäen getrieben.) · . -.. , .. ■ ,.
; ... ICuryen* die zeigen, wie sich die Plasniadichte η und das
resultierende...|·θ14 B -..mit dem Hadius r in einem B.ohr vom Radius R
für: die ob,en genannten I'älle (a) und (b) ändern, sind,, in. den Pigru
2. b,zw. ^g^filg^^^s^^elgp^alclaf^aS^ln^^lafn fällen das Plasma
von, den Wänden des Rolir:s \veg gehal.tenvw:ir-d. -ilm^ die Zahl ^.er;, an den
Enden des Behälters entweichenden Teilchen zu verkleinern, können
909813/006«
1439730
kagnetfeldausbildungen der sogenannten '^uagnet Llaechqa"-Gattung
/"magnetic bottle" tvpe/ an den linden vorgesehen werden, so daß eine Eadialmagnetfeldkomponente geladene teilchen, abstößt oder
zurückweist, die es in der Axialrichtung zu kreuzen suchen,
ähnlieh wie dies bei der sogenannten "Spiegelmaschine" /lairror
iaa-chine/der I?all ist. Die in Ii1Xg. 3 gezeigte Kurveni'orm trägt
ihrer Hatur nach zu einem Magnetflascheneffekt bei, da das Magnet
feld mit umgekehrten Vorzeichen in der Axialgegend zur 'JOlge hat,
oder sich so auswirkt, daß die Magnetfeldlinien innerhalb des
Behälters eine Kurvenform annehmen, um an den 33nden des .Plasmas
geschlossene Schleifen zu bilden.
Gleichung ur große V/er te von r vereinfacht sich die/(1) auf die
α - Ae
wobei A und D Konstanten sind. Auf diese Weise wird, wenn der Radius
des Behälters genügend groß gemacht wird, praktisch eine völlige
Trennung zwischen dem Plasma und den "/änden erzielt, wie dies
in y?±g» 4 gezeigt ist.
JSs sind Versuche zur Bestätigung bzw. Erklärung der vorstehenden
Resultate unter Verwendung von Glasbehälterη von 20 cm Länge
und 5 und 5 cm Durchmesser, die mit Argon, Xenon, ¥eon ader Helium
bei Drücken von 1-50 /u Hg gefüllt waren, gemacht worden. (Magnet-)
Drehmelder bis zu 1000 Gauss wurden mittels einer in l?ig. 5
. ' . . * BAD ORIGINAL·
8.09813/Q8S0 ^
ten. Anordnung erzeug1;, bei welcher zwei Paare von parallelen "
Kupferstäben 2 und 3, die· am einen End« miteinander verbunden
γ/ar en und in zueinander senkrechten. Ebenen angeordnet waren, um
so eine Zweiphasenwicklung zu bilden-, von iCondensatorbänken- oder
-gruppen /capacitor banks/ 4 und 5 her über l'unk ens trecken 6 und
erregt wurden. Die lYondensatorbänke waren so in Resonanz bzw. so
abgestimmt mit der Induktanz der Stäbe,." daß w = 8 χ 10.. rad/Selc
(ungefähr 1,3 Megahertz /i„3 Mc/sec,/) betrug*
Die 90°-Phasendif'ferenz zwischen den Strömen in den Wicklungen
wurde dadurch hergestellt,_daß die eine Funkenstrecke, einen=
j nach der anderen zur Zündung gebracht wurde. Der Strom
in den Stäben eiitp-orach einer gedämpften bzw» asynptotischen
Schwingung mit einem Maximalwert von etwa 7000 Ampere.
Sin 'Stetiges Axialmägnetfeld B wurde mittels der Wicklungen
9 in .Stärken bis zu 1000 G-auss übermittelt.
kit der Vorrichtung konnten Plasrüäteilchendiehten von der
Größenordnung von 4 x 10 /cm bis 10 /cm bei der Behälterachse hergestellt werden..
Teilchen-bzw. Partikeldichten und Magnetfeldquerschnitte
/magnetic fMd profiles/, die sich in guirer 'ubemnstimmung mit
den Grleichungen (1) und (2) befanden, sind durch Messung festgestellt
worden; die ''ieilchendichte-Terteilungen und idagnetfeld-
80981
querschnitte sind so, wie sie la den yit".xi<, 2 und 3 - dargestellt
sino, durch "Beobachtung geet'it.ü>:t wordent ^n nei darauf, hingewienen,
Caß diene Zueaninienhalthedingungen oder ^zustünde nur
einige ßikr.onokunden lang dauerten, und js'-.'ar. infolge des raschen
Abbaur: dos IJrehm^gniiMTfeldes., '/iirde das aich drehende iv.Hgrtetfeld
-1I
für eitle längere Zeitdauer aufrechterhalten, ;;o -'uvuen die ''u::auinienh'-.ltebedingungon
entsprechend l*i.n :er andauernQ ·
. Auf·; "Versuchen, bei denen an Utelle eines «ylindrir.chen ein.
toroicialförmiger .'ishiil i;er b-nw« Hohlring verwende'jvrurae, er^;nb
eich, daß el ίο 'heorie auch iür die 'iiaroidal-O-eOiaetrie gilt, v;aa
den Vorteil mit sieh bring 1,, daß Bnd-Effekte "Termieden werden«
Bei Geräten der ^stellarator- oder. T;
/stellarator or Toroi;jal. j± nch tyoe/ ist dar, Zusammenhalten dee
.Plaom-ir, relativ aohlec.hfc, und %vxr infolge von uni^dentifizierten
ünf-'t-ibllitilten, Sine VrohiOldvorrichtun;;; -b^w*- eiu Drehf eldereieu^
ger der berehrieberien ö-attun1-; könnte in Verbindung mit dienen <ie~
rät on vorweiidet \forden, um aas Zusammenhalten. oder Bingrenzen su
verbessern, .. .
Patentansprüche
BAD ORIQiNAL
8 09813/0051
Claims (1)
1. Vorf ihran zum ^uvunmenh-ilten von i'laeraa, gekennzeichnet
'lurch rollende /eriN.hrrmnn trugen:" Halten eine? Ήηββ bei niedrigem
^ruel:; Ln einem ;iöh'ilt,ert »lerntellen eine«. Tiidiofrequen«;-">rehmagnetfelclepi
im BehUlter und Herstellen eine.- otntion'iren
.'•Jaijnetrelde-· im "ioh ltcjr, \-\? -finlcrocht surr; eich drehenden Magnetfeld
int, no d-i'i die i-lektronen,nicht aber die Ionen, in dem
Plasma mti: Jörn 'nrehffilfi rot Loren, ivodurch ein ?trom aufgebaut
'.virj, dor al ü dem pt"itlon:iz*en ''elil reagiert, um -las laama von
den v.'-'imlrm dep Beh'iltei^ weg zu. konzentrieren.
2, Verf hren ζίώ. ZuHammenhalten von Plan na , gekennzeichnet
durch folgende Verfahrenestufen: Halten eines >liiaee bei niedrigem
3ruclc in einem Behälter, Herstellen einea auroh Radiofrequtn*
in V ;hung versetzten Magnetfeldes von der Feldstärke
w
B und dor ' inkelCroquenz/in dem Behälter, derart, daß
B und dor ' inkelCroquenz/in dem Behälter, derart, daß
BAD ORIGINAL 809813/0051
ν U39700
wobei w Λ und w. die Ionen- bssw. iÜektronen-Z.yklotron-Freoi oe
quensen in einen Feld der Htftrke B sind, und derart, daß
wobei η die Zahl der Ionen pro Volumeneinheit den -flanmae, e die
elektronische Ladung und m die Reeietivlt'it des Plaemae ist, und
Herstellen eines stationären Magnetfeldes von der stärke B
im Behälter, dap senkrecht sun sich drehenden Magnetfeld ist, derart da8
"β*" < Bo
wobei N die Gesamtzahl der Elektronen pro Längeneinheit dee
Plaanaa iet·
BAD ORIGINAL
8098 13/(TOSt
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GB4891/61A GB923016A (en) | 1961-02-09 | 1961-02-09 | Improvements in or relating to plasma confinement apparatus |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1439780A1 true DE1439780A1 (de) | 1968-12-19 |
Family
ID=9785808
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19621439780 Pending DE1439780A1 (de) | 1961-02-09 | 1962-02-07 | Plasmahaltige Reaktionskammer |
Country Status (3)
Country | Link |
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US (1) | US3315114A (de) |
DE (1) | DE1439780A1 (de) |
GB (1) | GB923016A (de) |
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-
1961
- 1961-02-09 GB GB4891/61A patent/GB923016A/en not_active Expired
-
1962
- 1962-02-05 US US171063A patent/US3315114A/en not_active Expired - Lifetime
- 1962-02-07 DE DE19621439780 patent/DE1439780A1/de active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB923016A (en) | 1963-04-10 |
US3315114A (en) | 1967-04-18 |
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