DE19741515A1 - Process for energy generation with plasma-induced, controlled nuclear fusion and device for carrying out the process - Google Patents

Process for energy generation with plasma-induced, controlled nuclear fusion and device for carrying out the process

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Abstract

The invention relates to a method for generating energy by controlled plasma-induced nuclear fusion and to a device for the implementation of the inventive method. Unlike suggested in large-scale fusion research, the inventive method provides for the ions to be heated selectively with ion cyclotron resonance by means of an electrical, resonant high frequency field impregnating the plasma in a large resonance volume containing at least 0.4 % of the total plasma volume. The intensity of the resonance magnetic field in the resonance volume remains constant, the differences being no greater or smaller than 1 %. The magnetic field strength from the resonance volume increases in all external directions. This enables efficient, selective ion heating whilst the electrons are cold. In contrast with existing and projected fusion plasma machines, ions with high kinetic energy in the spatial area of the minimum quantity of the magnetic field structure can be stored over a long period of time with little technical and economic expenditures and in relatively small volumes so that a stationary controllable fusion energy yield is achieved, whereby the heating of ions can be increased by inserting ions in the magnetic field structure.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Energiegewinnung mit plasmainduzierter, kontrol­ lierter Kernfusion gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a method for energy generation with plasma-induced, control Melted nuclear fusion according to the preamble of claim 1.

Plasmainduzierte, kontrollierte Kernfusion ist ein technologisch äußerst komplexes, bisher ungelöstes Problem (siehe Referenz 1: U. Schumacher, "Fusionsforschung", Wissenschaftliche Buchgesellschaft, Darmstadt, 1993, ISBN 3-534-10905-8). Der allgemeine Ansatz ist die Zündung eines hochdichten Plasmas (Dichte n ≧ 1014 Deuteronen pro cm3), das in Bruchteilen einer Sekunde auf Temperaturen zwischen 106 und 108 K geheizt wird und dann über einen möglichst langen Zeitraum τ stabil gehalten wird, wobei heute typisch Sekunden erreicht wer­ den.Plasma-induced, controlled nuclear fusion is a technologically extremely complex, as yet unsolved problem (see Reference 1: U. Schumacher, "Fusion Research", Scientific Book Society, Darmstadt, 1993, ISBN 3-534-10905-8). The general approach is the ignition of a high-density plasma (density n ≧ 10 14 deuterons per cm 3 ), which is heated to temperatures between 10 6 and 10 8 K in a fraction of a second and then kept stable for as long as possible τ, whereby Typical seconds today.

Die hohen Temperaturen sind notwendig, um Deuterium-Kernen ausreichende kinetische Energie zu vermitteln, damit sie gegen die Coulomb-Abstoßung mit Tritium-Kernen fusio­ nieren können. Die Deuterium-Tritium- Fusion hat den größten Fusions-Wirkungsquerschnitt und wird deshalb als Fusions-Brennstoff für künftige Fusionsreaktoren favorisiert.The high temperatures are necessary to ensure sufficient kinetic deuterium nuclei To convey energy so that it fusio against the Coulomb rejection with tritium nuclei can kidney. The deuterium-tritium fusion has the largest fusion cross section and is therefore preferred as a fusion fuel for future fusion reactors.

Die dabei auftretenden hochenergetischen Neutronen (14 MeV) sind aber sowohl für die Energiebilanz als auch aus der Sicht radioaktiver Langzeitnebenwirkungen von Nachteil. Die saubere, neutronenfreie Fusion könnte mit der Reaktion p + 11B → 3 × 4He + 3 × 2.88 MeV erreicht werden, die aber bei deutlich höherer p-Energie einen kleineren Fusionswirkungsquer­ schnitt als die Deuterium-Tritium-Reaktion besitzt. Trotz dieses Problems sollte die Protonen- Bor-Reaktion wegen des günstigen magnetischen Einschlusses von Protonen, wegen der gün­ stigen Energiebilanz ihrer Endprodukte und vor allem wegen fehlender radioaktiver Neben­ wirkungen in Betracht gezogen werden. Für alle für die kontrollierte Kernfusion relevanten Ionen, wie z. B. positive Wasserstoff-, Deuterium-, Tritium-, 11Bor-Ionen, usw. wird deshalb im folgenden der Begriff Ionen verwendet.The high-energy neutrons (14 MeV) that occur are disadvantageous both for the energy balance and from the perspective of long-term radioactive side effects. The clean, neutron-free fusion could be achieved with the reaction p + 11 B → 3 × 4 He + 3 × 2.88 MeV, which, however, has a smaller fusion cross-section than the deuterium-tritium reaction with a significantly higher p-energy. Despite this problem, the proton-boron reaction should be considered because of the favorable magnetic inclusion of protons, because of the favorable energy balance of their end products, and above all because of the lack of radioactive side effects. For all ions relevant for controlled nuclear fusion, e.g. B. positive hydrogen, deuterium, tritium, 11Bor ions, etc., the term ions is therefore used in the following.

Um das Plasma stabil zu halten, werden hohe Magnetfelder (Größenordnung 1 bis 10 T) benötigt, die vor allem die Ausbreitung des Plasmas zu den Plasma-Kammerwänden verhindern soll, denn bei Plasmakontakt mit einer Wand verliert das Plasma seine Energie, d. h. es kühlt sich ab, und erzeugt Verunreinigungen des Plasmas mit Wandmaterial, die ebenfalls zu Ener­ gieverlusten des Plasmas führen. Trotz optimierter Magnetfeldkonstruktionen, wie z. B. in To­ kamaks oder Stelleratoren, können die Plasma-Wandwechselwirkungen prinzipiell nicht ver­ mieden werden.In order to keep the plasma stable, high magnetic fields (magnitude 1 to 10 T) needed, which primarily prevent the spread of the plasma to the plasma chamber walls Should, because when the plasma comes into contact with a wall, the plasma loses its energy. H. it cools itself, and creates contamination of the plasma with wall material, which also leads to ener lead to casting losses of the plasma. Despite optimized magnetic field constructions, e.g. B. in To In principle, kamaks or stellerators cannot verify the plasma-wall interactions be avoided.

Zur Erzeugung des hohen Magnetfeldes geht man heute von der Kupferspulentechnik (z. B. Tokamak JET (Joint European Torus)) zu supraleitenden Spulen über, die vor allem für das längere Aufrechterhalten des Plasmas die wirtschaftlichere Lösung darstellt (z. B. Stellerator Wendelstein VIIX im Bau, Tokamak ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) geplant).To generate the high magnetic field, copper coil technology (e.g. Tokamak JET (Joint European Torus)) to superconducting coils, especially for the maintaining the plasma longer is the more economical solution (e.g. stellerator Wendelstein VIIX under construction, Tokamak ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) planned).

Die Energieverluste des Plasmas müssen durch aktive Heizung des Plasmas kompensiert werden. Dazu wird bisher in Tokamaks die Ohmsche Heizung beim Einschalten des magne­ tischen Einschlußfeldes und die HF-EZRH (Hoch-Frequenz-Elektronen-Zykiotron-Resonanz-Hei­ zung) verwendet, die vor allem die Elektronen heizen. Für die direkte Ionenheizung wird bisher die hochenergetische Neutralteilcheninjektion und die HF-IZRH (Hoch-Frequenz-Ionen-Zy­ klotron-Resonanz-Heizung) verwendet. Letztere wird aber in bisherigen Fusionsmaschinen nicht optimiert, d. h. das Volumen, in dem das Magnetfeld die IZR-Bedingung erfüllt, ist ein sehr kleiner (< 10-4) Volumenanteil des Gesamtplasmavolumens. Außerdem hat sie den großen Nachteil, daß sie bei Frequenzen arbeiten muß, die von großvolumigen Plasmen reflektiert werden. Sie ist deshalb bei Verwendung von Einkoppelantennen nur in den Randzonen großvolumiger Plasmen wirksam. Die Summe aller Heizmethoden reicht bisher nicht aus, um das Plasma gegen alle Plasmaenergieverluste für die notwendigen Zeitdauern auf ausreichende Temperaturen zu heizen.The energy losses of the plasma must be compensated for by active heating of the plasma. To this end, the ohmic heating when switching on the magnetic confinement field and the HF-EZRH (high-frequency electron-cyclotron resonance heating), which mainly heat the electrons, have been used in Tokamaks. To date, high-energy neutral particle injection and HF-IZRH (high-frequency ion cyclotron resonance heating) have been used for direct ion heating. However, the latter has not been optimized in previous fusion machines, ie the volume in which the magnetic field fulfills the IZR condition is a very small (<10 -4 ) volume fraction of the total plasma volume. It also has the major disadvantage that it has to operate at frequencies that are reflected by large-volume plasmas. It is therefore only effective when using coupling antennas in the edge zones of large-volume plasmas. The sum of all heating methods has so far not been sufficient to heat the plasma to sufficient temperatures for all the necessary periods of time against all losses of plasma energy.

Die Gesamtenergiebilanz dieser Zusammenhänge führt zu dem technologisch und wirt­ schaftlich sehr fragwürdigen Resultat, daß nur eine Vergrößerung der bisher konzipierten Plasmafusionsmaschinen zu einer positiven Energiebilanz führen kann, d. h. daß nur gigantisch große Maschinen Aussicht darauf haben, mehr Energie zu produzieren als zu verbrauchen (z. B. der geplante ITER).The overall energy balance of these relationships leads to the technological and economic socially very questionable result that only an enlargement of the previously conceived Plasma fusion machines can lead to a positive energy balance, d. H. that just gigantic large machines have the prospect of producing more energy than they consume (e.g. the planned ITER).

Es stellt sich damit die Aufgabe, die Gesamtenergiebilanz von Fusionsplasmen neu zu überdenken und Lösungen zu suchen, die mit geringerem technologisch-wirtschaftlichem Aufwand und vor allem kleineren Dimensionen zu Energie produzierenden Fusionsreaktoren führen.The task is Rethink the overall energy balance of fusion plasmas and look for solutions that with less technological and economic effort and, above all, smaller dimensions lead to energy-producing fusion reactors.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
This object is achieved in that

  • a) der magnetische Einschluß des Plasmas durch Permanentmagneten oder Kupferspulensys­ teme oder supraleitende Magnetspulensysteme mit sog. MBM (Minimum-B-Magnetfeldstruk­ turen) (B ist der Betrag des Magnetfeldes) erzeugt wird, wobei mehrere MBM entweder geradlinig hintereinander angeordnet werden können oder mit einem Winkelversatz von 360/N Grad und magnetischen Umlenkungen um 360/N Grad so angeordnet werden können, daß N MBM eine geschlossene, N-eckige Gesamtstruktur ergeben,a) the magnetic inclusion of the plasma by permanent magnets or copper coil systems or superconducting magnetic coil systems with so-called MBM (minimum B magnetic field structure tures) (B is the amount of magnetic field) is generated, using multiple MBMs either can be arranged in a straight line or with an angular offset of 360 / N Degrees and magnetic deflections by 360 / N degrees can be arranged so that N MBM result in a closed, polygonal overall structure,
  • b) die Plasmaheizung permanent und sehr effizient durch HF-Wellenabsorption bei der IZR-(Ionen-Zyklotron-Resonanz)-Frequenz in einem Resonanzvolumen erzielt wird, das einen Bruchteil von mindestens 0.4% des Gesamtplasmavolumens ausfüllt und dabei selektiv nur die Ionen heizt, wobei das Eindringen der HF-Welle in das Plasma entweder
    • (i) durch das Plasma umfassende Elektrodenpaare entgegengesetzter, hochfrequent wechseln­ der Polung
    • (ii) oder durch ein räumlich strukturiertes, magnetisches HF-Wechselfeld erreicht wird, das der MBM überlagert ist und in den räumlichen IZR-Bereichen des Plasmas die für die Heizung notwendigen lokalen elektrischen HF-IZR-Felder induziert
    • (iii) oder durch Einstrahlen je zweier Mikrowellen erzielt wird, deren Frequenzen über der Plasmafrequenz liegen und deren Differenzfrequenz gleich der jeweiligen Ionen-Zyklotron- Resonanzfrequenz ist, wobei die Differenzfrequenz im Plasma über nichtlineare Plasmawech­ selwirkungen erzeugt wird, die vor allem bei dichten Plasmen wirksam werden.
    b) the plasma heating is achieved permanently and very efficiently by RF wave absorption at the IZR (ion cyclotron resonance) frequency in a resonance volume that fills a fraction of at least 0.4% of the total plasma volume and thereby selectively heats only the ions, whereby the penetration of the RF wave into the plasma either
    • (i) Electrode pairs of opposite, high-frequency polarity changes due to the plasma
    • (ii) or is achieved by a spatially structured, magnetic HF alternating field which is superimposed on the MBM and which induces the local electrical HF IZR fields necessary for heating in the spatial IZR areas of the plasma
    • (iii) or is achieved by irradiation of two microwaves, the frequencies of which are above the plasma frequency and the difference frequency is equal to the respective ion cyclotron resonance frequency, the difference frequency in the plasma being generated via nonlinear plasma interactions, which are particularly effective in dense plasmas will.
  • c) die Ionenheizung dadurch unterstützt wird, daß in Gegenrichtung zu den sog. Fluchtrichtun­ gen für Ionen aus der Magnetstruktur heraus positive oder negative Ionen in die Magnetstruk­ tur mit Energien eingeschossen werden, die der Größenordnung der optimalen Fusionsenergie entsprechen.c) the ion heating is supported in that in the opposite direction to the so-called escape direction positive or negative ions into the magnetic structure for ions from the magnetic structure be injected with energies that are of the order of magnitude of the optimal fusion energy correspond.

Bei selektiver Ionen-Heizung bleibt die Elektronen-(Energie)-Temperatur gegenüber bisherigen Fusionsmaschinen klein. Es kann damit ein thermisches Ungleichgewicht zugunsten hoher Ionen-(Energie)-Temperatur gegenüber relativ kleiner Elektronen-(Energie)-Temperatur erzielt werden. Die Ionen können dann nach Erreichen von Energien < 1 keV als stoßfrei in Plasmadichten bis 2.1014 cm-3 des geplanten ITER angesehen werden, so daß Ionen-Trajekto­ rien-Berechnungen unter dem Einfluß eines elektrischen IZR-(Ionen-Zyklotron-Reso­ nanz)-HF-(Hoch-Frequenz)-Heizfeldes eine gute Beschreibung des Gesamtplasmas liefern. Solche Rechnungen angewandt auf eine elektrische IZR-HF-Heizung in einer MBM ergeben eine hohe, in räumlicher Nähe des B-Minimums lokalisierte Ionenenergiedichte, die über den Ionen- Zyklotron-Radius nur durch die radiale räumliche Dimension des Plasmas und die Stärke des magnetischen Einschlusses begrenzt ist. Durch die IZR-HF-Heizung mit elektrischen Feldkom­ ponenten senkrecht auf den Magnetfeldlinien gewinnen die Ionen vor allem Rotationsenergie um die Magnetfeldlinien, so daß der Ionenverlust in sog. Fluchtrichtungen aus der MBM heraus wegen ihres dann großen magnetischen Moments vernachlässigbar (!) wird, so daß sich eine hohe, stabile, stationäre, lokalisierte Fusionsrate in räumlicher Nähe des Bmin (B-Mini­ mums) ergibt. Wenn im Resonanzvolumen die Magnetfeldstärke im Rahmen der oben definierten Grenzen zu einer räumlichen Zone mit Bmin abfällt, führt das akkumulierte mag­ netische Moment sogar dazu, daß die Ionen eine Kraft in Richtung der räumlichen Zone von Bmin erfahren und dort in Gegenrichtung zum Feldgradienten komprimiert werden. Diese Kompression wächst proportional zur Rotationsenergie der Ionen und führt damit zu einer umso höheren Ionendichte je höher ihre Rotationsenergie ist, so daß gerade die Ionen mit den für die Fusion interessanten Energien in räumlich gut definierten Bereichen zu höherer Dichte komprimiert werden als der Dichte des umliegenden Plasmas. Dieses Verhalten liefert nicht nur große Vorteile gegenüber bisherigen und geplanten Fusionsmaschinen, sondern zum ersten Mal eine wirklich kontrollierte Plasma-Fusions-Maschine, bei der die Fusions-Energieerzeugung kontinuierlich abläuft und bei der die Energieausbeute durch Regelung der Dichte der ener­ giereichen Reaktionspartner kontrolliert werden kann. Diese Regelung der Dichte kann durch Erzeugung elektrischer Wechselfelder mehrerer, um Größenordnung Prozent unterschiedlicher Frequenzen verbessert werden, da dann die Kompression der Ionen über größere Resonanz­ volumina erreicht werden kann, die sich durch eine stärkere Variation des Magnetfeldes als nur plus und minus 1% auszeichnen und sich mit anderen Frequenzen trotzdem vollständig in IZR bringen lassen.With selective ion heating, the electron (energy) temperature remains low compared to previous fusion machines. Thereby a thermal imbalance in favor of high ion (energy) temperature compared to relatively low electron (energy) temperature can be achieved. After reaching energies <1 keV, the ions can then be regarded as bumpless in plasma densities up to 2.10 14 cm -3 of the planned ITER, so that ion trajectory calculations under the influence of an electrical IZR (ion cyclotron resonance) -HF- (high frequency) heating field provide a good description of the overall plasma. Such calculations applied to an electrical IZR-HF heating in an MBM result in a high ion energy density, which is localized in the vicinity of the B minimum, and which is above the ion cyclotron radius only due to the radial spatial dimension of the plasma and the strength of the magnetic inclusion is limited. Due to the IZR-HF heating with electrical field components perpendicular to the magnetic field lines, the ions mainly gain rotational energy around the magnetic field lines, so that the ion loss in so-called escape directions from the MBM becomes negligible (!) Because of its then large magnetic moment that there is a high, stable, stationary, localized fusion rate in the vicinity of the B min (B-Mini mums). If the magnetic field strength in the resonance volume falls within the limits defined above to a spatial zone with B min , the accumulated magnetic moment even leads to the ions experiencing a force in the direction of the spatial zone of B min and compressing them there in the opposite direction to the field gradient will. This compression grows in proportion to the rotational energy of the ions and thus leads to a higher ion density the higher their rotational energy, so that the ions with the energies of interest for the fusion are compressed to higher density in spatially well-defined areas than the density of the surrounding plasma . This behavior not only provides great advantages compared to previous and planned fusion machines, but for the first time a truly controlled plasma fusion machine, in which the fusion energy generation takes place continuously and in which the energy yield can be controlled by regulating the density of the energy-rich reaction partners . This regulation of the density can be improved by generating alternating electric fields of several frequencies of the order of percent different, since then the compression of the ions can be achieved over larger resonance volumes, which are characterized by a greater variation of the magnetic field than only plus and minus 1% and can still be completely brought into IZR with other frequencies.

Die effiziente, selektive Ionen-Heizung wird dadurch erreicht, daß der magnetische Ein­ schluß des Plasmas in einer MBM mit großem HF-IZR-Volumen erfolgt, wie sie z. B. von Alton und Smithe für EZR-(Elektronen-Zyklotron-Resonanz)-Ionenquellen vorgeschlagen (siehe Referenz 2: G.D. Alton und D.N. Smithe, Review of Scientific Instruments, Vol. 65, S. 775-787 (1994)), und von mir zuerst in einer EZR-Ionenquelle realisiert wurde. Solche MBM sind dadurch ausgezeichnet, daß das Resonanzvolumen, in dem Bmin bis auf Abweichungen von plus oder minus 1% konstant ist, mindestens 0.4% des Gesamtvolumens der Plasmakammer ausfüllt, während in bisherigen und geplanten Fusionsmaschinen das Resonanzvolumen über­ haupt nicht in Erwägung gezogen wurde und deshalb nur Resonanzoberflächen mit extrem kleinem Resonanzvolumen existieren. In einem Plasmakammerzylinder der Länge l und des Radius r wird z. B. 1% des Gesamtvolumens in einem Resonanzvolumen mit Länge 1/4 und Radius r/5 erreicht, das z. B. mit Länge l/2 und Radius r/2 auf 12.5% und durch weitere Ver­ größerung dieser Werte noch weiter gesteigert werden kann, wenn der notwendige technische Aufwand in Kauf genommen wird.The efficient, selective ion heating is achieved in that the magnetic closure of the plasma takes place in an MBM with a large HF-IZR volume, as z. B. proposed by Alton and Smithe for EZR (electron cyclotron resonance) ion sources (see reference 2: DG Alton and DN Smithe, Review of Scientific Instruments, Vol. 65, pp. 775-787 (1994)), and was first realized in an EZR ion source. Such MBMs are distinguished by the fact that the resonance volume, in which B min is constant except for deviations of plus or minus 1%, fills at least 0.4% of the total volume of the plasma chamber, whereas in previous and planned fusion machines the resonance volume was not considered at all and therefore only resonance surfaces with extremely small resonance volumes exist. In a plasma chamber cylinder of length l and radius r z. B. 1% of the total volume in a resonance volume with length 1/4 and radius r / 5 reached z. B. with length l / 2 and radius r / 2 to 12.5% and can be further increased by further enlargement of these values if the necessary technical effort is accepted.

Da die Plasmafrequenz bei hoher Elektronendichte von etwa 2.1014 cm-3 die Größenord­ nung 100 GHz erreicht und elektrische Wellen niedrigerer Frequenz nicht in ein solches Plasma eindringen können, muß die HF-IZR-Einkopplung bei Frequenzen der Größenordnung 1-200 MHz entweder
Since the plasma frequency at high electron density of about 2.10 14 cm -3 reaches the order of 100 GHz and electrical waves of lower frequency cannot penetrate such a plasma, the HF-IZR coupling at frequencies of the order of 1-200 MHz either

  • (i) durch das Plasma umfassende Elektrodenpaare entgegengesetzter, hochfrequent wechsel­ nder Polung(i) opposing, high-frequency changes of electrode pairs comprising the plasma polarity
  • (ii) oder durch räumlich strukturierte, magnetische HF-Wechselfelder erfolgen, die der MBM überlagert sind und in den räumlichen IZR-Bereichen des Plasmas die für die Heizung not­ wendigen lokalen elektrischen HF-IZR-Felder induzieren(ii) or by spatially structured, magnetic HF alternating fields that the MBM are superimposed and in the spatial IZR areas of the plasma are necessary for heating induce agile local electrical RF IZR fields
  • (iii) oder durch Einstrahlen je zweier Mikrowellen erzielt wird, deren Frequenzen f1 und f2 über der Plasmafrequenz liegen und deren Differenzfrequenz f2-f1 gleich der jeweiligen Ionen-Zyk­ lotron-Resonanzfrequenz ist, wobei die elektrische Differenzfrequenzamplitude im Plasma über nichtlineare Plasmawechselwirkungen erzeugt wird, die vor allem bei dichten Plasmen wirksam werden,(iii) or by irradiation of two microwaves each, the frequencies f 1 and f 2 of which are above the plasma frequency and the difference frequency f 2 -f 1 is equal to the respective ion-cyclone resonance frequency, the electrical difference frequency amplitude in the plasma being nonlinear Plasma interactions are generated, which are particularly effective with dense plasmas,

so daß in diesen Fällen von EIIZRH (Elektrisch Induzierter-IZR-Heizung) gesprochen werden kann. Die Arten (ii) und (iii) der selektiven Ionen-Heizung benötigen zwar große HF- bzw. Mikrowellen-Leistungen, da nur das induzierte elektrische Feld bzw. die nichtlinear erzeugte elektrische Differenzfrequenzamplitude wirksam werden. Die Gesamtbilanz der Energieüber­ tragung auf die Ionen ist aber wegen des Ausnützens der IZR in einem großen Resonanzvolu­ men deutlich günstiger als bisherige Plasmaheizverfahren.so that in these cases we speak of EIIZRH (Electrically Induced IZR Heating) can. Types (ii) and (iii) of selective ion heating do require large HF or Microwave powers, since only the induced electric field or the non-linear one electrical difference frequency amplitude take effect. The overall balance of energy transfer However, due to the exploitation of the IZR, the ions are carried in a large volume of resonance men significantly cheaper than previous plasma heating processes.

Für Bmin von etwa 2.8 (2.0) T können Deuteronen(Protonen) mit Energien von 100 keV bei einem Plasmakammerdurchmesser von 400 mm sehr gut im räumlichen Bereich Bmin konzen­ triert werden, wobei die Energieverteilung bei selektiver EIIZRH keineswegs einer Maxwell- Boltzmann-Verteilung entspricht, wie sie bisher bei Fusionsmaschinen angenommen wird. Diese Energieverteilung kann weiter zugunsten hoher Ionenenergien durch Einschuß von Ionen hoher Energie verschoben werden.For B min of about 2.8 (2.0) T, deuterons (protons) with energies of 100 keV with a plasma chamber diameter of 400 mm can be concentrated very well in the spatial region B min , whereby the energy distribution with selective EIIZRH is by no means a Maxwell-Boltzmann distribution corresponds to how it was previously assumed for fusion machines. This energy distribution can be shifted further in favor of high ion energies by injecting ions of high energy.

Da jede MBM Fluchtrichtungen (-kegel) für Ionen aus der Magnetstruktur heraus besitzt, können diese Richtungen auch umgekehrt werden und für den Einschuß von Ionen in die MBM verwendet werden. So eingeschossene Ionen würden die MBM allerdings auf der Gegenseite sofort wieder verlassen, es sei denn ein Stoß mit einem Plasmateilchen oder die Wechselwirkung mit dem IZR-HF-Feld lenkt sie aus diesen Richtungen ab und führt so zum Einfang der Ionen in das Plasma. Die Einfangwahrscheinlichkeit nimmt daher mit der Plas­ madichte, mit der IZR-HF-Feldstärke und mit abnehmender Ionenenergie zu. Schon wenige Prozent Einfangwahrscheinlichkeit machen den Ioneneinschuß in eine MBM wesentlich vorteilhafter als die technisch-wirtschaftlich sehr aufwendige Neutralteilcheninjektion in bisherige und geplante Fusionsmaschinen. Die Effizienz der hier vorgeschlagenen IJMBM (Ionen-Injektion in eine MBM) wird deutlich durch Verwenden negativer Ionen erhöht, da diese wegen der Neutralisierung in den Außenbereichen des Plasmas als vorübergehende Neu­ tralteilchen vor ihrer weiteren Ionisierung in Plasmabereiche vordringen, aus denen keine Fluchtmöglichkeiten mehr bestehen.Since every MBM has escape directions (cones) for ions out of the magnetic structure, these directions can also be reversed and for the injection of ions into the MBM can be used. The ions injected in this way would however be used on the MBM Immediately leave the other side, unless a blow with a plasma particle or the Interaction with the IZR-HF field deflects them from these directions and thus leads to Capture of the ions in the plasma. The probability of capturing therefore increases with the Plas density, with the IZR RF field strength and with decreasing ion energy. Few Percent probability of trapping make ion injection into an MBM essential more advantageous than the technically and economically very complex injection of neutral particles previous and planned fusion machines. The efficiency of the IJMBM proposed here (Ion injection into an MBM) is significantly increased by using negative ions because this because of the neutralization in the outer areas of the plasma as a temporary new penetrate into plasma areas, from which none There are more escape options.

Eine mit EIIZRH und IJMBM ausgestattete MBM wird also zu so hoher Ionenenergie­ dichte in räumlicher Nähe von Bmin führen, daß zum ersten Mal ein stationäre, EPFM (Energie produzierende Fusions-Maschine) mit Dimensionen gebaut werden kann, die deutlich hinter den geplanten Dimensionen von ITER zurückbleiben, und sogar berechtigte Aussicht bietet, die saubere Protonen-Bor-Fusionsreaktion einzusetzen.An MBM equipped with EIIZRH and IJMBM will lead to such a high ion energy density in the vicinity of B min that for the first time a stationary, EPFM (energy-producing fusion machine) can be built with dimensions that are clearly behind the planned dimensions of ITER lag behind, and even offers legitimate prospect of using the clean proton-boron fusion reaction.

Als Ausführungsbeispiel für eine funktionsfähige EPFM kann eine quasi-axialsymmetrische MBM mit supraleitenden Spulen wie in Fig. 1 aufgebaut werden. Supraleitende Ringspulen (1) erzeugen ein axiales Spiegelfeld, dessen axiale Komponente Bz (2) auf der Symmetrieachse z (3) relativ zur Ordinate (4) aufgetragen ist, wobei hier drei Minima (5) von Bz im Resonanz­ volumen (6) realisiert sind. Die Axialsymmetrie der Anordnung wird durch einen magnetischen Multipol, hier z. B. durch einen supraleitenden magnetischen Dekapol gestört, der z. B. mit 10 supraleitenden Drahtbündeln (7) mit alternierenden Stromrichtungen ausgeführt werden kann, und der notwendig ist, um die radiale Ausdehnung des Resonanzvolumens (6) und den radialen Anstieg des Betrags des Magnetfeldes vom Resonanzvolumen (6) aus zu erzeugen. Für die Erzeugung eines zur z-Achse transversalen elektrischen IZR-HF-Feldes im Resonanzvolumen (6) ist hier z. B. entweder ein Teil der Plasmakammerwände (8) als Elektroden (9) ausgeführt, die durch Isolatoren (10) vom Rest der Plasmakammer getrennt und so zusammengeschaltet (11) sind, daß das Plasma umfassende, effektive Elektrodenpaare entstehen, oder es wird der Magnetfeldstruktur mit zwei antiparallelen Magnetspulenpaaren (12) ein antiparalleles magne­ tisches HF-Feld überlagert, welches das transversale elektrische IZR-HF-Feld im Resonanzvo­ lumen induziert. Die EIIZRH wird durch axialen Einschuß von Ionen (13) entgegen den sog. Fluchtkegelrichtungen und durch radialen Einschuß von Ionen (14) entgegen radialen Fluchtrichtungen ergänzt, wobei positive oder noch vorteilhafter negative Ionen Verwendung finden. Die zylindrisch ausgeführte Plasmakammer (8) sollte zwecks verbesserter Reduktion der Plasma-Wandwechselwirkung in der nur im Querschnitt A-A gezeigten gestrichelten Form (15) ausgeführt werden, da dann die Maxima des Dekapolmagnetfeldes nicht von materiellen Wänden geschnitten werden, wobei eine noch weitere radiale Entfernung der Wände wie z. B. bei den radialen Ioneneinschußstutzen (16) anzustreben sind, wenn und wo immer die Ringspulen (1) dies erlauben.As an exemplary embodiment of a functional EPFM, a quasi-axially symmetrical MBM with superconducting coils can be constructed as in FIG. 1. Superconducting toroidal coils ( 1 ) generate an axial mirror field, the axial component B z ( 2 ) of which is plotted on the axis of symmetry z ( 3 ) relative to the ordinate ( 4 ), three minima ( 5 ) of B z in the resonance volume ( 6 ) are realized. The axial symmetry of the arrangement is by a magnetic multipole, here z. B. disturbed by a superconducting magnetic decapole, the z. B. with 10 superconducting wire bundles ( 7 ) with alternating current directions, and which is necessary to generate the radial expansion of the resonance volume ( 6 ) and the radial increase in the amount of the magnetic field from the resonance volume ( 6 ). For the generation of an electrical IZR RF field transverse to the z-axis in the resonance volume ( 6 ), z. B. either a part of the plasma chamber walls ( 8 ) as electrodes ( 9 ), which are separated by insulators ( 10 ) from the rest of the plasma chamber and interconnected ( 11 ) so that the plasma includes effective electrode pairs, or it becomes the magnetic field structure with two antiparallel magnet coil pairs ( 12 ) superimposed on an antiparallel magnetic HF field, which induces the transverse electrical IZR-HF field in the resonance volume. The EIIZRH is supplemented by axial injection of ions ( 13 ) against the so-called escape cone directions and radial injection of ions ( 14 ) against radial escape directions, positive or even more advantageous negative ions being used. The cylindrical plasma chamber ( 8 ) should be designed in order to improve the reduction of the plasma-wall interaction in the dashed form ( 15 ) shown only in cross-section AA, since then the maxima of the decapole magnetic field will not be cut by material walls, with a further radial removal of the Walls such as B. in the radial ion shot ( 16 ), wherever and where the toroidal coils ( 1 ) allow this.

Die Effizienz des axialen Ioneneinschusses wird dadurch gesteigert, daß z. B. mehrere MBM der Fig. 1 linear hintereinander angeordnet werden, wie in Fig. 2 schematisch gezeigt wird. Dadurch werden die Ionen, die mangels eines Stoßes oder wegen zu geringer IZR-HF-Wechselwirkung die erste MBM wieder auf der Gegenseite verlassen, in die zweite, dritte, usw. MBM eingeschossen. Die Effizienz der IJMBM wird dadurch in erster Näherung ver­ doppelt, verdreifacht, usw. Außerdem werden durch diese Anordnung eventuelle axiale Plasmaverluste halbiert, gedrittelt, usw.The efficiency of the axial ion injection is increased in that, for. B. several MBM of Fig. 1 are arranged linearly one behind the other, as shown schematically in Fig. 2. As a result, the ions that leave the first MBM on the opposite side due to a lack of a collision or due to insufficient IZR-HF interaction are injected into the second, third, etc. MBM. The efficiency of the IJMBM is doubled, tripled, etc. in the first approximation. In addition, this arrangement halves, divides, any axial plasma losses, etc.

Solche axialen Plasmaverluste können z. B. durch Anordnung einer Zahl N von MBM der Fig. 1 in Form eines N-Ecks mit N magnetischen Umlenkungen um 360/N Grad völlig ver­ mieden werden, wie in Fig. 3 schematisch gezeigt wird. Die axiale IJMBM ist dann zwar nicht mehr möglich, kann aber durch radiale IJMBM ersetzt werden.Such axial plasma losses can e.g. B. be avoided by arranging a number N of MBM of FIG. 1 in the form of an N-corner with N magnetic deflections by 360 / N degrees, as shown schematically in Fig. 3. The axial IJMBM is then no longer possible, but can be replaced by radial IJMBM.

Claims (13)

1. Verfahren zur Energiegewinnung mit plasmainduzierter, kontrollierter Kernfusion durch die Erzeugung eines elektronisch gezündeten und magnetisch eingeschlossenen Plasmas in einer Plasmakammer, in der das für die Plasmaerzeugung notwendige Vakuum erzeugt wird und in die die für die Kernfusion notwendigen Teilchen, wie z. B. Deuterium und Tritium für die D + T → He + n Reaktion oder Wasserstoff und Bor für die p + 11B → 3 × He Reaktion, deren positive Ionen im folgenden unter dem Begriff Ionen zusammengefaßt werden, mit ausreichen­ der Dichte eingelassen werden, in die elektromagnetische Hochfrequenzwellen eingekoppelt werden und in die Neutralteilchenstrahlen mit Energien der Größenordnung bei dem Maximum des Fusionswirkungsquerschnittes eingeschossen werden, damit die Plasmateilchen elektro­ magnetisch oder durch Stöße bis zu so hohen Energien geheizt werden, daß sie ausreichende Wirkungsquerschnitte für Energie freisetzende Fusions-Kernreaktionen erreichen, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Einschluß des Plasmas in einer durch Permanentmagneten, stromdurch­ flossene Kupferspulensysteme, supraleitende Spulensysteme oder durch eine Kombination die­ ser drei Methoden erzeugten Magnetfeldstruktur erfolgt, die im Innern durch ein Minimum des Betrages des Magnetfeldes Bmin ausgezeichnet ist, das seinerseits in einem sog. Resonanzvolu­ men liegt, in dem Bmin bis auf Abweichungen von plus oder minus 1% konstant ist, das minde­ stens 0.4% des Gesamtvolumens der Plasmakammer ausfüllt, wobei vom Resonanzvolumen aus der Betrag des Magnetfeldes in alle Richtungen nach außen hin zunimmt, so daß in diesem Resonanzvolumen für ein möglichst hohes Bmin die Ionen-Zyklotron-Resonanz-Bedingung mit den genannten Abweichungen für dem Plasma aufgeprägte, hochfrequente, elektrische Wech­ selfelder erfüllt ist, damit die Ionen durch die resonante Wechselwirkung mit diesen Wech­ selfeldern im großen Resonanzvolumen sehr effizient und selektiv geheizt werden, so daß vor allem die Ionen kinetische Energie gewinnen und nicht die Elektronen, wobei das somit erzielte, große magnetische Moment der Ionen im Feldgradienten des Magnetfeldes die Ionen in Richtung des Minimums des Magnetfeldes zu großer Dichte komprimiert.1. A method for generating energy with plasma-induced, controlled nuclear fusion by generating an electronically ignited and magnetically enclosed plasma in a plasma chamber in which the vacuum necessary for the plasma generation is generated and in which the particles necessary for the nuclear fusion, such as, for. B. Deuterium and tritium for the D + T → He + n reaction or hydrogen and boron for the p + 11 B → 3 × He reaction, the positive ions of which are summarized below under the term ions, are let in with sufficient density, are coupled into the high-frequency electromagnetic waves and are injected into the neutral particle beams with energies of the order of magnitude at the maximum of the fusion cross section, so that the plasma particles are heated electromagnetically or by collisions up to such high energies that they achieve sufficient cross sections for energy-releasing fusion nuclear reactions, characterized in that the magnetic inclusion of the plasma in a magnetic field structure generated by permanent magnets, current flowing copper coil systems, superconducting coil systems or by a combination of these three methods takes place which excels inside by a minimum of the amount of the magnetic field B min chnet, which in turn lies in a so-called resonance volume, in which B min is constant except for deviations of plus or minus 1%, which fills at least 0.4% of the total volume of the plasma chamber, whereby the amount of the magnetic field in all of the resonance volume Direction towards the outside increases, so that the ion cyclotron resonance condition with the above-mentioned deviations for the plasma-imposed, high-frequency, electrical alternating self-field is met in this resonance volume for the highest possible B min , so that the ions are also affected by the resonant interaction These alternating fields in the large resonance volume are heated very efficiently and selectively, so that above all the ions gain kinetic energy and not the electrons, whereby the large magnetic moment of the ions thus achieved in the field gradient of the magnetic field leads the ions towards the minimum of the magnetic field high density compressed. 2. Verfahren nach Anspruch 1 für die Energiegewinnung mit plasmainduzierter, kontrollierter Kernfusion, dadurch gekennzeichnet, daß das hochfrequente elektrische Wechselfeld im Resonanzvolumen des Plasmas durch das Plasma umfassende Elektrodenpaare entgegengesetzter und hochfrequent wechselnder Polung erzeugt wird.2. The method according to claim 1 for the generation of energy with plasma-induced, controlled Fusion, characterized, that the high-frequency electrical alternating field in the resonance volume of the plasma through the Plasma pairs of electrodes of opposite and high-frequency changing polarity is produced. 3. Verfahren nach Anspruch 1 für die Energiegewinnung mit plasmainduzierter, kontrollierter Kernfusion, dadurch gekennzeichnet, daß das hochfrequente elektrische Wechselfeld im Resonanzvolumen des Plasmas durch hochfrequente, mit Spulen realisierte magnetische Wechselfelder erzeugt werden, die im Reso­ nanzvolumen des Plasmas elektrische Wechselfelder induzieren.3. The method according to claim 1 for energy generation with plasma-induced, controlled Fusion,  characterized, that the high-frequency alternating electric field in the resonance volume of the plasma high-frequency magnetic alternating fields realized with coils are generated in the Reso induction volume of the plasma induce alternating electric fields. 4. Verfahren nach Anspruch 1 für die Energiegewinnung mit plasmainduzierter, kontrollierter Kernfusion, dadurch gekennzeichnet, daß das hochfrequente elektrische Wechselfeld im Resonanzvolumen des Plasmas durch Ein­ strahlen zweier Mikrowellen erzielt wird, deren Frequenzen f1 und f2 über der Plasmafrequenz liegen und deren Differenzfrequenz f2-f1 gleich der Ionen-Zyklotron-Resonanzfrequenz ist, wobei die elektrische Differenzfrequenzamplitude im Plasma über nichtlineare Plasmawech­ selwirkungen erzeugt wird.4. The method according to claim 1 for the production of energy with plasma-induced, controlled nuclear fusion, characterized in that the high-frequency alternating electric field in the resonance volume of the plasma is achieved by a radiation of two microwaves, the frequencies f 1 and f 2 of which are above the plasma frequency and the difference frequency f 2 -f 1 is equal to the ion cyclotron resonance frequency, the electrical differential frequency amplitude in the plasma being generated via nonlinear plasma interactions. 5. Vorrichtung geeignet für die Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Ionen-Zyklotron-Resonanzfrequenzen eingestrahlt oder erzeugt werden, damit gleichzeitig Ionen verschiedener Masse oder verschiedener Ladung oder bei verschiedenen Magnetfeldstärken geheizt und komprimiert werden.5. Device suitable for performing the method according to claims 1 to 4, characterized, that several ion cyclotron resonance frequencies are irradiated or generated so that ions of different mass or different charge or at different Magnetic field strengths are heated and compressed. 6. Vorrichtung geeignet für die Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetfeldstruktur so ausgeführt ist, daß sich in ein und derselben Plasmakammer mehrere Bmin-Zonen mit entsprechenden Resonanzvolumina befinden, in denen jeweils oder gemeinsam hochfrequente elektrische Wechselfelder nach den in Ansprüchen 2 bis 5 angege­ benen Methoden erzeugt werden.6. Device suitable for carrying out the method according to claims 1 to 5, characterized in that the magnetic field structure is designed such that there are several B min zones with corresponding resonance volumes in one and the same plasma chamber, in each of which or together high-frequency electrical Alternating fields are generated according to the methods given in claims 2 to 5. 7. Vorrichtung geeignet für die Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetfeldstruktur so ausgeführt ist, daß sich in den jeweiligen Resonanzvolumina mit sehr schwacher Abnahme des Betrages des Magnetfeldes zu Bmin hin kurz vor dem räumlichen Erreichen des Bmin der Betrag des Magnetfeldes stärker als 1% abnimmt zu dem Wert Bmin' eines zweiten räumlich kleineren Resonanzvolumens, das also im ersten, großen Resonanz­ volumen eingebettet ist, so daß bei Einstrahlen der Ionen-Zyklotron-Resonanzfrequenzen für Bmin die Ionen im großen Resonanzvolumen geheizt und durch Akkumuliern von magnetischem Moment räumlich zu Bmin getrieben werden, wo sie in das kleinere Resonanzvolumen mit Bmin' fallen und dort in komprimierter Ionendichte durch Einstrahlen der Ionen-Zyklotron-Resonanz­ frequenzen für Bmin' weitergeheizt werden. 7. Device suitable for carrying out the method according to claims 1 to 6, characterized in that the magnetic field structure is designed so that in the respective resonance volumes with very weak decrease in the amount of magnetic field to B min shortly before reaching the spatial B min the magnitude of the magnetic field decreases more than 1% to the value B min 'of a second spatially smaller resonance volume, which is therefore embedded in the first, large resonance volume, so that when the ion cyclotron resonance frequencies for B min are irradiated, the ions in large resonance volumes are heated and spatially driven to B min by accumulation of magnetic moment, where they fall into the smaller resonance volume with B min 'and are further heated there in compressed ion density by irradiation of the ion cyclotron resonance frequencies for B min '. 8. Vorrichtung geeignet für die Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die räumlichen Bereiche der Maxima des Magnetfeldes längs der Fluchtrichtungen von Ionen aus den in den Ansprüchen 1, 6 und 7 definierten Magnetfeldstrukturen heraus von ma­ teriellen Wänden freigehalten werden.8. Device suitable for performing the method according to claims 1 to 7, characterized, that the spatial areas of the maxima of the magnetic field along the escape directions of Ions from the magnetic field structures defined in claims 1, 6 and 7 from ma terial walls are kept clear. 9. Vorrichtung geeignet für die Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß Ionen mit kinetischen Energien, die von der Größenordnung der Energie beim Maximum des ihnen entsprechenden Fusionswirkungsquerschnittes sind, in eine in den Ansprüchen 1, 6 und 7 definierte Magnetfeldstruktur in Gegenrichtung zu den Fluchtrichtungen aus einer sol­ chen Magnetfeldstruktur heraus eingeschossen werden.9. Device suitable for performing the method according to claims 1, 6 and 7, characterized, that ions with kinetic energies that are of the order of magnitude of energy at the maximum of the corresponding cross section of the fusion effect, into one of the claims 1, 6 and 7 defined magnetic field structure in the opposite direction to the escape directions from a sol Chen magnetic field structure are shot out. 10. Vorrichtung geeignet für die Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere der in Ansprüchen 1, 6 und 7 definierten Magnetfeldstrukturen räumlich relativ zueinander so angeordnet werden, daß ein Teil ihrer Fluchtrichtungen ineinander übergeführt werden, wobei diese Überführung durch magnetische Zusatzfelder verbessert werden kann.10. Device suitable for performing the method according to claims 1 to 9, characterized, that several of the magnetic field structures defined in claims 1, 6 and 7 are spatially relative be arranged to each other so that some of their directions of escape are merged are, this transfer can be improved by additional magnetic fields. 11. Vorrichtung geeignet für die Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere der in den Ansprüchen 1, 6 und 7 definierten Magnetfeldstrukturen, die durch eineaxialsymmetrische Magnetfeldachse in räumlichen Bereichen bei Bmin ausgezeichnet sind, längs dieser Symmetrieachse hintereinander angeordnet werden, so daß Plasmateilchen, die eventuell aus einer dieser Magnetfeldstrukturen im Winkelbereich ihres axialen Fluchtkegels austreten, in eine der benachbarten Magnetfeldstrukturen eintreten.11. Device suitable for carrying out the method according to claims 1 to 10, characterized in that several of the magnetic field structures defined in claims 1, 6 and 7, which are characterized by an axially symmetrical magnetic field axis in spatial areas at B min , arranged one behind the other along this axis of symmetry are so that plasma particles, which may emerge from one of these magnetic field structures in the angular region of their axial escape cone, enter one of the adjacent magnetic field structures. 12. Vorrichtung geeignet für die Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß N der in Ansprüchen 1, 6 und 7 definierten Magnetfeldstrukturen, die durch eine axialsym­ metrische Magnetfeldachse im räumlichen Bereich bei Bmin ausgezeichnet sind, jeweils um 360/N Grad relativ zu dieser Symmetrieachse versetzt hintereinander angeordnet werden, so daß die N Magnetfeldstrukturen eine geschlossene N-Eck-Struktur bilden, wobei an den Ecken magnetische Zusatzfelder den eventuellen Übergang von Plasmateilchen zwischen benachbar­ ten Magnetfeldstrukturen verbessern können. 12. Device suitable for carrying out the method according to claims 1 to 11, characterized in that N of the magnetic field structures defined in claims 1, 6 and 7, which are characterized by an axially symmetrical magnetic field axis in the spatial region at B min , in each case by 360 / N degrees relative to this axis of symmetry are arranged one behind the other so that the N magnetic field structures form a closed N-corner structure, with additional magnetic fields at the corners being able to improve the possible transition of plasma particles between adjacent magnetic field structures. 13. Vorrichtung geeignet für die Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtanlage zeitlich periodisch betrieben wird, wobei in einer ersten Heiz- und Kompressionsphase die Ionen zunächst bei konstanter Magnetfeldstruktur in den Resonanz­ volumina geheizt und in in räumlichen Bereichen von Bmin komprimiert werden und dann in einer zweiten Heiz- und Kompressionsphase die Magnetfeldstärke der gesamten Magnetfeld­ struktur oder nur die Magnetfeldstruktur des räumlichen Bereichs um Bmin gesteigert wird, wobei die IZR-Frequenzen ebenfalls proportional zur Magnetfeldstärke gesteigert werden, um so eine maximale Energiedichtesteigerung der Ionen und damit eine maximale Fusionsener­ gieproduktion zu erreichen, die solange aufrechterhalten bleibt, bis die Fusionsenergieproduk­ tion unter eine wählbare Schwelle absinkt, und wieder zur ersten Heiz- und Kompressions­ phase zurückgekehrt wird.13. Device suitable for carrying out the method according to claims 1 to 12, characterized in that the entire system is operated periodically over time, with the ions being heated in a first heating and compression phase initially with a constant magnetic field structure in the resonance volumes and in spatial areas are compressed by B min and then in a second heating and compression phase the magnetic field strength of the entire magnetic field structure or only the magnetic field structure of the spatial area is increased by B min , the IZR frequencies also being increased in proportion to the magnetic field strength in order to achieve a maximum increase in energy density of the ions and thus to achieve maximum fusion energy production, which is maintained until the fusion energy production falls below a selectable threshold, and is returned to the first heating and compression phase.
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