DE1930856A1 - Anordnung zur Erzeugung von Verschmelzreaktionen - Google Patents

Description

Dipl.Phys. Leo Thul -

Patentanwalt

7000 Stuttgart-Peuerbach

Kurze Strasse 8

R.L. Hirsch - 9 . " "

INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, NEW YORK

Anordnung zur Erzeugung von Verschmelzreaktionen

Der Gegenstand der Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzeugung von Verschmelzreaktionen, bestehend aus einer kreisförmigen Kathode, innerhalb derer eine Anode angeordnet ist, die einen zentral zu diesen beiden Elektroden gelegenen Raum definiert und die undurchlässigen leitenden Teile der Anode Öffnungen besitzen, durch die geladene Teilchen frei passieren können, und ferner einer Elektronenquelle, die den Zwischenraum zwischen dieser Anode und Kathode mit Elektronen versorgt.

Es sind bereits Anordnungen zur kontinuierlichen Erzeugung von Versohmelzreaktionen bekannt. Diese Anordnungen sind von sphärischer Geometrie und zwei sphärische Elektroden, von denen die eine die Kathode und die andere die Anode ist, 3ind konzentrisch zueinander angeordnet. Die innerste der beiden Elektroden ist mit einer Anzahl von Öffnungen versehen, durch welche die geladenen Teilchen fliessen. Für den Fall, dass die Anode die innerste ist, zirkulieren energiereiohe Elektronen durch die Anode und erzeugen innerhalb des Anodenraums eine negative Raumladung, während für den zweiten Fall,, dass die Kathode die innerste ist, zur Erzeugung einer periodischen Raumladung eine energiereiche Ionenzirkulation durch die Kathode hervorgerufen wird.

Die Hauptprobleme der beiden Arten τοη Anordnungen sind 1. der Energieverlust durch Einfangen von Teilchen durch die innere Elektrode, . ■

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2. mechanische Fehler aufgrund von Überhitzung von Elektroden

3. Unreinheiten aufgrund von Verdampfungen.

Da bei den beiden bekannten Anordnungen ein niedrigerer Ionenstrom im Vergleich zum Elektronenstrom zur Erzeugung einer gesättigten Raumladung im Zentralbereich erforderlich ist, wurde die Einführung von Ionen in den Zentralbereich bevorzugt, um die oben erwähnten Probleme zu verringern.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zur Erzeugung nuklearer Reaktionen zu realisieren, deren Wirkungsgrad grosser als die der bekannten Anordnungen ist.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, in den Anordnungen zur Verschmelzung eine elektrostatische Sperre für das Plasma zu erzeugen, in der die Elektronen hoher Energie zur Entwicklung des nötigen elektrischen Feldes benutzt werden.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, für die verschmelzfähige Anordnung eine mit Öffnungen versehene Anode zu realisieren und Abschirmmittel vorzusehen, die das Einfangen der Elektronen durch die Anode verhindern, wodurch nicht nur die Elektronen selbst, sondern auch deren Energie erhalten bleibt. Bei einer Anordnung der eingangs erwähnten Art wird dies nach der Erfindung dadurch erreicht, dass eine Gleichstromquelle zwecks Erzeugung eines ersten Magnetfeldes, um das Auftreffen von Elektronen auf den leitenden Teilen der Anode zu verhindern., aber das Passieren der Elektronen durch die durch diese leitenden Teile gebildeten Öffnungen der Anode zu ermöglichen, -mit der Anode verbunden ist, die mit einer Spannungsquelle derart verbunden ist, dass sie in Bezug auf die Kathode positiv 1st, so dass in dem Zwischenraum zwischen diesen beiden Elektroden ein elektrisches Feld erzeugt wird, welches die Elektronen durch diese Öffnungen in den zentral gelegenen Raum zurücketÖsstjund ferner eine Ionenquelle, welche verschmelzfähig· Ionen In diesen Raum mit einer vorbestimmten Spannung, kleiner als die der Anode, einführt und diese Ionen gegen einen gemeinsamen Überschneidungspunkt in diesem Raum fokussiert und die Elektronen, die diesen Raum

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durchdringen, in letzterem ein positive» Potential erzeugen und die positiven Potentiale der Anode und dieser Ionen in Bezug auf das negative Potential genügt, um die in diesem Volumen befindlichen Ionen mit zur Verschmelzung ausreichender Energie zu versorgen, so dass Kollisionen dieser. Ionen Verschmelzungsreaktionen erzeugen.

Dabei wird es als vorteilhaft erachtet, dassdie leitenden Teile der Anode eine Anzahl von stromleitenden, sich in gemeinsamer Richtung erstreckenden Wegen haben und die Richtungen der Stromwege den benachbarten liegen entgegengesetzt sind.

Ein Merkmal sieht vor, dass diese leitenden Teile der Anode Leiterelemente sind, die voneinander getrennt und parallel zueinander angeordnet sind und die Zwischenräume zu ihnen die Öffnungen bilden.

Ferner wird es als zweckmässlg erachtet, dass eine Anzahl dieser Leiterelemente kreisförmig um eine gemeinsame Achse im Überschneidungspunkt angeordnet sind und die Kathode eine metallische Hülle ist, welche koaxial in einigem Abstand diese Anzahl von Leitern umgibt und zwischen diesen Leitern und der metallischen Hülle eine Elektronen emittierende Elektrode vorgesehen ist. ·

Ein weiteres Merkmal sieht vor, dass diese Anode für Elektronen undurcliläasige Spiegelteile enthält, die durch parallel zueinander angeordnete Elemente dieser Teile gebildet werden und in diesen Teilen in gleioher Richtung fliessende Ströme erzeugt werden und zur Einführung von Ionengas eine Anzahl von kreisförmig angeordneten Ionenkanonen vorgesehen ist.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden im folgenden anhand der Ausführun£sbeispiele der beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine teilweise gebrochene Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.

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*■*"■ Fig. 2 gibt einen Schnitt längs der Linie I - I der Fig. 1 wieder.

Did Fig. ^, 4 und 5 sind Schnitte längs der Linien II - II, III - III bzw. IV-IV der Fig. 1.

Fig. 5a zeigt eine vergrösserte, teilweise geschnittene Teilansicht einer Ionenkanone.

Fig. 6 und 7 dienen der Erläuterung der Arbeitsweise der erfindungs-™ gemässen Anordnung.

Fig. 8 zeigt schematisch, in einer Ebene dargestellt, die Anodenanordnung der Fig. J5·

Fig. 9 ist eine graphische Darstellung der diametralen Potentialverteilung der Anordnung gemäss Fig. 1,

Die Fig. 10 dient der Erläuterung der Arbeltsweise der Ionenkanonen der Fig. 1. ■

Das in den Fig. 1 bis 5 gezeigte Ausführungsbeispiel hat eine torroidale Form. Die Form kann jedoch auch sphärisch oder zylindrisch sein. Das Gefäss 1 besteht aus rostfreiem Stahl und ist derart hermetisch verschlossen, dass es evakuiert werden kann. Zentral und konzentrisch zu diesem Gefäss, dass als Kathode dient, ist eine Anodenanordnung 2 angeordnet, und zwar in der Form eines aus einer Anzahl von selbsttragenden ringförmigen Stangen oder Drähten 3 und 4 bestehenden Netzwerkes. Die Drähte 3 und 4 sind voneinander getrennt und in Kreis form angeordnet (siehe Fig. 2 bis 5)· Diese Drähte 3 und 4 sind,in gleichem Abstand voneinander entfernt, auf einem Kreis mit der Achse 6 angeordnet und erstrecken sich parallel zueinander und konzentrisch um die Achse 5 der Anordnung der Fig. 1. Zur Halterung der Drähte 5 und 4 ist innerhalb der Kathode eine Anzahl von ringförmigen leitenden Trägern 7 und 8 vorgesehen - wie aus· Fig. 5 und 4 hervorgeht -, die sich koaxial um die Anodenanordnung 2

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erstrecken und mit einer Anzahl von radial nach innen gerichteten Stubben 9 versehen sind. Die Drähte 3 und 4 sind auf dem Kreis ab- - wechselnd angeordnet und der Träger 7 ist mit dem Draht 3 verbunden, während der Träger 8 nur mit dem Draht 4 verbunden ist. Beide Träger sind durch die zentralen leitenden Stäbe'eines Isolators gehaltert. Der Träger 7 wird getragen von dem inneren Ende eines derartigen Stabes 10 und der Träger 8 von dem Stab 9· Beide Stäbe 10 und 11 gehen durch entsprechende Öffnungen 12 und 13, welche durch die Isolatoren lh und 15 hermetisch verschlossen sind.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, sind die beiden Träger 7 und 8 relativ dicht zueinander angeordnet, so dass dazwischen die Ionenkanone 16 angeordnet werden kann. Es sind vier Paare von Trägern 7 und $ vorgesehen, die gleichmässig voneinander beabstandet sind, und zwischen jedem Paar von Trägern ist eine Ionenkanone vorgesehen.

Eine Ionenkanone l6 ist detailliert in den Fig. 1, 5 und 5a gezeigt. Die Anordnung besteht aus einer ringförmigen, hermetisch verschlossenen Kammer, die mit einem hohlen Zylinder 18 versehen ist, der durch eine Öffnung 19 in der Kathode 1 ragt. Das obere Ende des Hohlzylinders 19 ist mit einem Metallring 20 verbunden, der seinerseits vakuumdicht mit dem oberen Ende des hohlen Isolators 21 verbunden ist. Dieser Isolator ist mit der Kathode 1 vakuumdicht verbunden. Das obere Ende des Hohlzylinders 13 ist durch die keramische Kappe 22 abgedichtet. Die Anordnung i.st derart getroffen, dass die Kammer 17 in ihrer konzentrischen Lage um die Anodenanordnung 2 festgehalten wird.

Auf der Innenseite der Kammer 17 sind vier Ionenkanonen 23 in gleichem Abstand zueinander angeordnet. Diese Ionenkanonen 23 "sind" so ausgerichtet, dass sie Strahlen radial "nach innen gegen die Achse 6 emittieren. Vier nach innen gerichtete rohrförmige Teile 17a der Kammer 17 tragen die Kanonen 23 mittels der metallischen Trageplatten 23a, die in die * entsprechenden Teile 17a eingepasst sind. Das Aüsführungsbeispiel ist mit vier Ionenkanonen ausgerüstet. Es können jedoch auch mehr oder weniger verwendet werden»

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Jede der Kanonen 23 wird mittels der ringförmigen, innerhalb der Kammer 17 angeordneten Leitung 24 mit zur Verschmelzung geeignetem Gas versorgt. Eine Leitung 25 führt von der Leitung 24 zu jeder der Kanonen 23, um diese mit neutralem Gas zu versorgen.

Die mit der Leitung 24 verbundene Zuleitung 26 führt durch den Ilohlzylinder 18 und die Kappe 22 und ist mit einer Quelle 27 verbunden, die das zur Verschmelzung geeignete Gas liefert. Die Zuleitung 26 ist in die Kappe 22 hermetisch eingeschmolzen. Sowohl die Zuleitung 26 als auch die Leitung 24 sind derart konstruiert, dass sie sich innerhalb der Kammer 17 selbst tragen.

Elektrische Leiter für die lonenkanonen 23 sind ebenfalls in der Kammer 17 vorgesehen. Diese Leiter sind durch den Hohlzylinder 18 und die Kappe 22 nach aussen geführt. Ein Kabel, das mit der nötigen Anzahl von Drähten, um die Ionenkanonen 23 mit den erforderlichen Betriebsspannungen zu versehen, ausgerüstet ist, ist mit 27a bezeichnet.

Wie aus Fig. 5 hervorgeht, sind die Drähte 3 und 4 in gleichem Abstand auf dem Kreis angeordnet, durch den die Ionenkanonen 23 ragen. Die inneren Enden (28, Fig. 10) der lonenkanonen 2p, von denen die Strahlen -emittiert werden, sind innerhalb des durch, die Drähte 3 und 4 bestimm-, ten Kreises angeordnet. Die Ionenkanonen 23 richten ihre Strahlen gegen den Mittelpunkt 6, der der gemeinsame überkreuzungspunkt aller Strahlen ist. Die Drähte 3 und 4 erzeugen eine kreisförmige Äquipotentialfläche. Die inneren Enden 28 der Ionenkanonen 23 sind innerhalb dieser Äquipotentialfläche angeordnet und die die Ionenkanonen verlassenden Ionon haben ein weniger positives Potential als diese Äquipotentialflächen'. Dadurch sind die Ionen innerhalb dieser Äquipotentialfläche gefangen, die als virtuelle Anode betrachtet werden kann.

An die verschiedenen Elektroden werden Spannungen gelügt, wie dies die Fig. 1 zeigt. Eine z.B. zwischen 0 und 150 kV variable Hochepannungsquelle 29> ist zwischen die Kathode 1 und die Anodenanordnung 2 gelegt.

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Die Kathode 1 ist geerdet. Der positive Pol dieser Spannungsquelle ist über die Isolatoren 14 und die Träger 7 mit der Anodenanordnung 2 verbunden. Die Träger 8 haben die gleiche hohe Spannung, die durch die Verbindung mittels der Niederspannungsquelle J>0 hergestellt ist, so dass alle Drähte 3 und 4 mit der hohen Spannung versorgt sind. Die Niederspannungsquelle 30, die z.B. eine Spannung von 10 V und 4000 A liefern kann, ist zwischen die Träger 7 und 8 so. gelegt, dass ein Strom durch die Drähte 3 und 4 fliesst. Die genaue Art der Verbindung der Spannungs-ςμβίΐβ 30 mit den Trägem 7 und 8 und diesen mit den Drähten 3 und 4 wird durch die Fig. 8 augenscheinlich. Die in Fig. 8 gezeigten zwei Paare der Träger 7» 8 stellen im Kreis der Fig. 1 benachbarte Paare dar. Die Fig. zeigt nur zwei dieser Trägerpaare und sechs.der Drähte 3>4. Die Fig. 8 zeigt, wie alle Träger 7 "und 8 und den Drähten 3 und 4 der Fig. 1 verbunden sind.

Der positive Pol der Hochspannungsquelle 29 ist auch über die Vorspannungsbatterie 31 mit den lonenkanonen verbunden. Diese Battere 31 hat eine niedrige Spannung und hält die Ionenkanonen 23 und die von diesen emittierten Ionen auf einem etwas niedrigerem Potential als das der Anodenanordnung 2.*

Eine Anzahl von Elektronen emittierten Ringkathoden 32 ist in dem Zwischenraum zwisohen der Kathode 1 und der Anodenanordnung 2 zwischen den Trägern 7 und 3 angeordnet. Diese Kathoden 32 sind - wie aus Fig. 2 hervorgeht - koaxial ura-die Anodenamrdnung 2 angeordnet. Geeignete Isolatoren 33 halten die Kathoden 32 in ihrer vorbestimmten Lage fest. Die Innenleiter dieser Isolatoren 33 gehen durc:h. Öffnungen 34 der Kathode Die Isolatoren 33 selbst sind mit der Kathode 1 vakuumdicht verbunden.

Ein Punkt dieser thermischen Kathoden 32 ist mit der Kathode 1 geerdet und der um 130° entgegengesetzte Punkt dieser Kathoden 32 ist über den Innenleiter des Isolators 33 mit einer geeigneten Spannungsquelle 34 verbunden. Die Kathoden 32 können indirekt geheizte Oxydkathoden sein.

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Die Kathoden 32 sind derart ausgebildet, dass sie Elektronen um den ganzen Kreisumfang emittieren. In der Fig. 1 sind acht Kathoden 32 gezeigt. Es können jedoch auch weniger oder mehr Kathoden 32 verwendet werden. Die Anzahl der erforderlichen Kathoden 32 hängt ab von der Grosse und den Arbeitsweisen der gesamten Anordnung,. Die Anzahl der Kathoden 32 muss so gross sein, dass innerhalb des zentralen, von der Anodenanordnung 2 umschlossenen Volumens eine negative Raumladung erzeugt wird.

Die Kathode oder das Gefäss 1 ist mit einem oder mehreren Pumpstutzen versehen.

Im Augenblick sei nur die Arbeitsweise der Anodenanordnung 2 betrachtet. Der Fig. 8 sind die Richtungen des Stromflusses durch die Drähte 3 und 4' zu entnehmen. Zwischen jedem Paar von Trägern 7 und 8 fliesst der Strom in allen Drähten 3 und 4 in der gleichen Richtung, aber zwischen benachbarten Trägern 8 fliessen die Ströme in entgegengesetzter Richtung. Das gleiche gilt auch für die Drähte zwischen zwei benachbarten Trägern 7* Die Anodenanordnung 2 kann daher als aus zwei verschiedenen Teilen zusammengesetzt betrachtet v/erden, die sich auf dem Kreisumfang wieder- . holen und einer davon kann als "Elektronenspiegel" und der' andere als "Elektronenschild" bezeichnet werden. In Fig. 8 sind die "Spiegelteile" mit-36 bezeichnet, während die "Schilde" das Bezugszeichen 37 aufweisen. In den Spiegel teilen 36 der Anode fliessen die Ströme in den Drähten 3 und 4 in derselben Richtung. Die Schildteile 37 sind solche Teile der Anodenanordnung 2 zwischen den Trägern, in welchen die Ströme in den Drähten 3 und 4 in entgegengesetzter Richtung fliessen. In Fig. 8 ist eia derartiger Teil 37 zwischen den benachbarten Trägern 8 gezeigt.

Wie aus Fig. „1 hervorgeht, sind alle Ionenkanonen l6 in den Spiegelteilen angeordnet, während alle Kathoden 32' in den Bereichen der Schildteile 37 angeordnet sind.

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In den Fig. 6 und 7 sind Querschnitte der Spiegel- und Schildteile 36 und 37 schematisch dargestellt. Im.Schildteil 37, in dem die Ströme in den Drähten 3 und 4 in entgegengesetzter Richtung fliessen, hat jeder Draht um sich ein durch die Feldlinien 38 und 39 angedeutetes Magnetfeld. Um den Leiter 3 verlaufen die Feldlinien 38 im UJarzeigersinn und um den Leiter 4 die Feldlinien 39 in entgegengesetzter Richtung. Anfänglich gegen den Leitermittelpunkt gerichtete Elektronenbahnen gehen durch den Zwischenraum zwischen den Drähten 3 und 4. Elektronen 40, die die Drähte 3 oder 4 beinahe erreichen, werden durch das die Drähte umgebende Magnetfeld abgelenkt, so dass sie nicht auf die Drähte gelangen können. Es sei daran erinnert, dass jeder der Drähte 3 und 4 positiv in Bezug auf die Kathode ist, von der die Elektronen ausgehen. In solchen Teilen der Anode, in denen die Ströme in den Drähten 3 und 4 in entgegengesetzter Richtung fliessen, sind die Drähte wirksam abgeschirmt, so dass die Elektronen frei durch die Anodenöffnungen fliegen. Alle Drähte 3 und 4 zeichnen sich dadurch aus, dass sie von dem Einfangen von Elektronen durch die magnetischen Felder 38* und 39 abgeschirmt sind.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 7 fliessen die Ströme in den Drähten 3 und 4 in der gleichen Richtung und erzeugen ein Anodenfeld, welches für Elektronen undurchlässig ist. Dieses magnetische Feld ist durch die Feldlinien 4l dargestellt, die im wesentlichen konzentrisch zu dem durch die Drähte 3 und 4 bestimmten Kreis verlaufen. Auf diese Art werden Elektronen, die gegen diesen Kreis von der Äussen- oder Innenseite der Anodenöffnung fliegen, reflektiert und können daher die Anodenöffnungen nicht durchdringen* ·

Diese Spiegelteile 36 sind Bereiche; durch die Ionen in das Innere der Anodenahördnüng 2 gebracht werden können. Wenn lohen in den iwIsQhenraum zwischen der Kathode ί und der Ariodenanordnung 2 gelangen-, werden diese Ionen unmittelbar von der Kathode 1 angezogen und sind Verloren* '

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Wenn Ionenkanonen in der Kathode 1 in dem Raum, der durch die Schildteile 37 besetzt ist, angeordnet werden, trifft der intensive Elektronenkreisstrom auf sie auf und zerstört sie eventuell» Es ist daher nötig, die Ionenkanonen 23 an dem Ort anzuordnen, nämlich im Bereich der Spiegelteile 36, wo die Elektronenkreisströme den geringsten Schaden anrichten (siehe Fig. 5, 7 und 8). Das Magnetfeld 4l (Fig. 7) innerhalb des durch die Drähte 3 und^r4 bestimmten Kreises reflektiert Elektronen weg von den Ionenkanonen, so dass deren Auftreffen auf den Kanonen vermindert wird. Dies zeigen die Elektronenbahnen 4Oa in den Fig. 5 und 10.

Die Kammern 17 haben beinahe Anodenpotential, aber sie fangen Elektronen ein, v/eil diese verhindert sind, in den Raum ausserhalb der Spiegelteile einzutreten. Es sei nochmals wiederholt, die Spiegelteile ~j>6 in der Anodenanordnung 2 haben den Zweck, in den Raum innerhalb der Anodenanordnung 2 Ionen gelangen zu lassen, ohne dass die Ionenkanonen 23 zerstört werden. Der Zweck der Schildteile 37 ist, das Einfangen von Elektronen durch die Anodenanordnung 2 zu verhindern»

Im folgenden sei nun die Arbeitsweise der Gesamtanordnung beschrieben. Anfänglich wird das Gefäss oder die Kathode 1 auf einen Druck von un-

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gefahr 10 bia 10 ^y Torr evakuiert. An die Elektroden werden - wie bereits beschrieben - Spannungen angelegt und zur Verschmelzung geeignetes Gas, wie z.B. Deuterium, Tritium oder eine Kombination der beiden, wird den Ionenkanonen durch die Zuführung 42 der Fig. 1 zugeleitet. Spannungen werden an die Drähte 3 und 4 der Anodenanordnung gelegt, um die bereits beschriebenen Magnetfelder zu erzeugen. Ferner werden die thermischen Kathoden 32 mit Energie versorgt. Aufgrund der* hohen Spannungsdifferenz zwischen der Kathode 1 und der Anodenanordnung 2 fliegen die von den Kathoden 32 emittierten Elektronen nach innen gegen die Anodenanordnung 2. Eine Äquipotentialfläche mit'kreisförmigem Querschnitt und koinzident mit dem durch die Drähte' 3 ünd'4"

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bertimmten Kreis wird ausgebildet und kann als virtuelle Anode betrachtet werden, die in den Sch'ildteilen 37 transparent für Elektronen ist.

Die durch die Kathoden 32 emittierten Elektronen treten in den Zentralbereich der Anode ein, wie dies durch die Pfeile in Fig. 6 angezeigt ist. Die alle Drähte 3 und 4 umgebenden Magnetfelder lenken die Elektronen von diesen Drähten weg. Elektronen, die in den Anodenraum eintreten, gehen durch die virtuelle Anode in den Zwischenraum zwischen den Elektroden und bilden eine negative Raumladung. Wenn sich Elektronen der Kathode 1 nähern, treffen sie auf ein abbremsendes negatives Feld, welches ihre Richtung umkehrt und diese zurück gegen die Anode und nochmals durch diese, richtet. Dadurch wird in dem Anodenraum eine negative Raumladung erzeugt und es ergibt sich eine Potentialverteilung von im wesentlichen kreisförmiger Konfiguration, wie dies durch die graphische Darstellung der Fig. 9 angezeigt ist. An der virtuellen Kathode, angezeigt durch das Bezugszeichen 2a in Fig. 10, ist die Spannung nahe der Anodenspannung. Wenn der Idittelpunkt 6 des Anodenraums erreicht wird, fällt die Spannung schnell auf O, oder das Potential der Kathode» 1 ab. Auf diese Weise wird im zentralen Bereich des Anodenraums ein negatives Potential erzeugt, das die Ionen aufnimmt. Aufgrund des Abschirmeffektes des magnetischen Feldes um die einzelnen Drähte 3 und 4 fliegen die Elektronen mehrmals innerhalb der Kathode herum, bevor sie verloren gären. Je mehr Umlauf ein Elektron macht, umso grosser ist sein Beitrag zur Erzeugung des notwendigen negativen Potentials innerhalb der Anode. Einige Elektronen treffen auf die Kathode 1 und sind verloren. Dies ist jedoch nicht notwendigerweise schädlich, da relativ gerinp Energie verloren geht und gewöhnlich Sekundärelektronen erzeugt werden.

Das in die Kanrier 17 eingeführte Gas wird auf die Ionenkanonen 23 verteilt, die das Gas ionisieren und Strahlen erzeugen, die gegen den Überkreuzungspunkt ό fokussiert sind. Dies ist in der Fig. 10 darge-

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stellt, in der die Pfeile 4j5 die Wege der Ionenstrahlen anzeigen. Die Enden 28 der Ionenkanonen 23 sind innerhalb der virtuellen Anode 2a in einer Läge, v/o das Potential V ist, wie aus Fig. 9 hervorgeht. Dieses Potential V, beträgt vielleicht 10 kV und ist kleiner als das Potential V der virtuellen Anode.

Wie Fig. 9 zeigt, emittiert die Ionenkanone 2J> Ionen (I), die anfänglich gegen den Mittelpunkt 15 mit einer Geschwindigkeit fliegen, die abhängt von der Spannungsdifferenz zwischen. V. und der durch die negative Raumladung erzeugten Spannung, die der Spannung der Kathode 1 entspricht. Derartige Ionen wandern gegen den Mittelpunkt 6 und werden langsamer, wenn sie auf die anwachsende positive Spannung auf der entgegengesetzten Seite des Volumens treffen. Sie werden dann zum Mittelpunkt 6 reflektiert. Durch die mehrmals wiederholte diametrale Wanderung der Ionen wird eine hohe Ionendichte im Mittelpunkt erreicht. Die Bewegungen der Ionen (i) sind durch die Doppelpfeile 44 in Fig. 9 angezeigt. Wenn die Ionenkonzentration im Anodenraüm einen vorbestimmten Wert übersteigt, erhöht sich das Potential einiger Ionen und das anderer Ionen wird gesenkt. Dies ist in der Fig. 9 durch die Symbole II bzw. III dargestellt. Aufgrund der kreisförmigen Gleichförmigkeit der Potentialverteilung innerhalb der Anode und aufgrund der Tatsache, dass die Ionen anfänglich auf die Achse 6 fokussiert sind, sind die resultierenden Ionenbeweguncer. innerhalb des Anodenraums diametral und schneiden sich auf der Achse, auf der die Ionendichte am höchsten ist. Sich mit Verschmelzenergien bewegende Ionen verschmelzen beim Kollidieren.

Aufgrund des Potentials der virtuellen Anode 2a (Fig. 9 und 10) sind Ioneiv hoher Energie, die sich längs der Kollisionswege mit einem gemeinsamen Überschneidunrspunkt bewegen, eingefangen. Diese Ionen wiederholen ihre Bewegungen innerhalb des elektrostatischen Käfigs, ohne dass sie verloren-gehen; sie tragen dadurch zur Möglichkeit von Ionenverschmelzungen bei, bevor sie verloren gehen.

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Andererseits erleiden Elektronen, die das negative Potential bilden, welches den Mittelpunkt 6 umgibt, nur einen geringen Verlust, weil die Anodenleiter durch das sie umgebende Magnetfeld abgeschirmt sind.

Ionen werden in den Anodenraum an Stellen eingeführt, v/o die Ionenkanonen vor Zerstörung durch Elektronenaufprall geschützt sind.

Auf diese Weise sind Verluste und Zerstörungen, die bei den bisher bekannten Anordnungen möglich waren, vollkommen vermieden, und zwar durch die Elektronenabschirmung und die Wirkungen der magnetischen Felder, die im Bereich der Anode erzeugt werden.

5 Patentansprüche

7 Bl. Zeichnungen mit 10 Fig.

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Claims (5)

-.14.- H.L. Hirsch -9 Patentansprüche

1.) Anordnung zur Erzeugung von Verschmel^reaktioner., bestehend auc einer kreisförmigen Kathode, innerhalb derer eine A.-.ude angeordnet ist, die einen zentral zu diesen beiden Elektroden -gelegenen Raum definiert und die undurchlässigen leitenden Teile der Anode Öffnungen besitzen, durch die geladene Teilchen frei passieren können, und ferner einer Elektronenquelle, die den Zwischenraum zwischen dieser Anode und .Kathode mit Elektronen versorgt, dadurch

™ gekennzeichnet, dass eine Gleichstromquelle zwecks Erzeugung eines

ersten Magnetfeldes, um das Auftreffen von Elektronen auf den leitenden Teilen der Anode zu verhindern, aber das Passieren der Elektronen durch die durch diese leitenden Teile gebildeten Öffnungen der Anode zu ermöglichen, mit der Anode verbunden ist, die mit einer Spannungsquelle derart verbunden ist, dass sie in Bezug auf die Kathode positiv ist, so dass in dem Zwischenraum zwischen diesen beiden Elektroden ein elektrisches Feld erzeugt wird, welches die Elektronen durch diese Öffnungen in den zentral gelegenen Raun zurückstösst, und ferner eine Ionenquelle, welche verschmelzfähige Ionen in diesen Raum mit einer vorbestimmten Spannung kleiner als die der Anode einführt und diese Ionen gegen einen gemeinsamen

| Überschneidungspunkt in diesem. Raum fokussiert und die Elektronen,

die diesen Raum durchdringen, in letzterem ein positives Potential erzeugen und die positiven Potentiale der Anode und dieser Ionen in Bezug auf das negative Potential genügt, um die in diesem Volumen befindlichen Ionen mit zur Verschmelzung ausreichender Energie zu versorgen, so dass Kollisionen dieser Ionen Versehmelzreaktionen erzeugen.

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2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die leitenden Teile der Anode eine Anzahl von stromleitenden, sich in gemeinsamer Richtung erstreckenden Wegen haben und die Richtungen der Stromvfege den benachbarten Wegen entgegengesetzt sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese leitenden Teile der Anode Leiterelemente sind, die voneinander getrennt und parallel zueinander angeordnet sind und die Zwischenräume zwischen ihnen die Öffnungen bilden,

4. Anordnung nach Anspruch 5j dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl dieser Leiterelemente kreisförmig um eine^ gemeinsame Achse im Überschneidungspunkt angeordnet ist und die Kathode eine metallische Hülle ist, welche koaxial in einigem Abstand diese Anzahl von Leitern umgibt und zwischen diesen Leitern und der metallischen Hülle eine Elektronen emittierende Elektrode vorgesehen ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch .gekennzeichnet, dass diese Anode für Elektronen undurchlässige Spiegelteile enthält, die durch parallel zueinander 'angeordnete Elemente dieser Teile gebildet werden und in dieser. Teilen in gleicher Richtung fliessende Ströme erzeugt werden und ::ur Einführung von Ionencas eine Anzahl von kreisförmig angeordneten Ionenkanonen vergesehen ist.

BAD ORIGINAL

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