DE19910146A1

DE19910146A1 - Verfahren und Einrichtung zur Erzeugung von Energie mittels kontrollierter Kernfusion in gegenläufigen Ionenbündeln

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Publication number: DE19910146A1
Application number: DE19910146A
Authority: DE
Inventors: Semen Bakal
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-03-31
Filing date: 1999-02-26
Publication date: 2000-03-02
Anticipated expiration: 2019-02-27
Also published as: DE19910146B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Energie mittels kontrollierter Kernfusion in gegenläufigen Ionenbündeln mit je einer Intensität von 10·21· bis 10·23·, einer Energie von 10 keV bis 25 keV, einer Impulsdauer des Ionenstromes von 1 mks bis 5 mks und einer Querschnittsfläche von 0,25 cm·2· bis 5 cm·2·. DOLLAR A Das Verfahren zeichnet sich insbesondere durch eine erhebliche Erhöhung des Wirkungsgrades gegenüber bekannten Verfahren aus. DOLLAR A Vorgeschlagen wird des weiteren eine Einrichtung zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der sich der Reaktor innerhalb des Kessels befindet und zwei Spulen des fokussierenden Magnetfeldes außerhalb des Reaktors und Kessels angeordnet sind und der Fokus des Ionenbündels mit dem Zentrum des Reaktors in Kongruenz gebracht wird. DOLLAR A Aufgrund des Fehlens von Hochtemperaturplasma und komplizierter Systeme für dessen Gewinnung, Aufheizung und Erhaltung verringern sich Masse und Volumen der Einrichtung im Verhältnis zu bekannten technischen Lösungen, wie der ITER, erheblich.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrich tung zur Erzeugung von Energie mittels kontrollierter Kernfusion in gegenläufigen Ionenbündeln. Die erfin dungsgemäße kontrollierte thermonukleare Synthese kann insbesondere in der industriellen Energiewirt schaft und im Verkehrswesen angewendet werden.

Die Forschungen zur kontrollierten Kernfusion (KKF) umfassen eine Vielzahl von Schemata der Magnet- und Trägheitsretention von Hochtemperaturplasma.

In der amerikanischen Tokamak-Anlage TFTR wurde bereits ein Plasma mit thermonuklearen Parametern erzeugt und mit der Projektierung des Internationalen Thermonuklearen Experimentalreaktors ITER begonnen, dessen Kosten sich auf 5 bis 6 Milliarden $ belaufen sollen. Da ein solcher Reaktor weitaus komplizierter als die Kernspaltungsreaktoren ist, läßt sich nicht auf eine kostengünstigere Energieerzeugung schließen.

Von Afanasjew A.A. und Maksimenko B.P., Atomnaja energia, Bd. 81, Ausgabe 2, August 1996, wird ein Verfahren mit Plasma-Trägheitsrentention beschrieben, das die Ausführung einer thermonuklearen Reaktion während der Zertrümmerung des thermonuklearen Targets vorsieht. Die Aufheizung des D-T-Teilchens soll mittels Laserstrahl oder Ionen- bzw. Elektronenstrahl erfolgen. Bei der Realisierung dieses Verfahrens zeigten sich jedoch eine Reihe von Schwierigkeiten, die bis zur Gegenwart nicht überwunden sind und zum Beispiel die Bereitstellung des erforderlichen Lasers betreffen.

Außer der Magnet- und Trägheitsrentention wurden mit den in den nachfolgend aufgeführten Schutzdokumen ten DE-OS 21 24 442, DE-PS 22 47 984, DE-OS 22 52 602, DE-PS 24 46 291, DE-PS 24 46 384 und DE-PS 25 15 149 Verfahren und Einrichtungen vorgeschlagen, die auf der Grundlage des Zusammenwirkens von gegenläufi gen Plasmastrahlen, die bei Fusion der geteilten und beschleunigten Ionen- und Elektronenstrahlen ent stehen, technisch realisiert werden. In der aktiven Zone werden die Plasmastrahlen durch das Magnetfeld einer Spule, die auf das Reaktionsrohr aufgesetzt wird, komprimiert.

In der DE-PS 31 13 950 wird ebenfalls ein Verfahren zur Synthesereaktion in gegenläufigen Ionenbündeln vorgeschlagen, jedoch erfordert dies ein zu breites Werteintervall der Ionenenergie (5 keV bis 100 keV). Für das Verfahren sind jedoch die erforderlichen Werte für die Intensität (bzw. Dichte) des Ionenbündels sowie die Größen des Wirkungsquerschnitts und der Im pulsdauer des Ionenstroms, die für die Synthesereakti on in allen gegenläufigen Ionenstrahlen benötigt werden, nicht angegeben, so daß dessen Ausführung auf der Grundlage der veröffentlichten technischen Lehre angezweifelt werden muß.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der Synthesereaktion in gegenläufigen Ionenbündeln hoher Intensität ohne komplizierte Systeme der Gewinnung, Aufheizung und Erhaltung von Hochtemperaturplasma vorzuschlagen sowie eine Einrichtung zur zuverlässi gen Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens bereit zustellen, die kostengünstige Energieabnahmebedingu ngen ermöglicht, den ökologischen Erfordernissen gerecht wird und insbesondere in der Energiewirt schaft und dem Verkehrswesen Anwendung finden kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bis 6 und eine Einrichtung mit den Merkmalen der Ansprüche 7 bis 11 gelöst.

Das gefundene Verfahren mit gegenläufigen Ionenbün deln wird mit folgenden Parametern betrieben:

- Intensität des Bündels im Bereich von 10²¹ bis 10²³ (Dichte 10²⁰ bis 10²² Ionen/cm³),
- Ionenenergie im Bereich 10 keV bis 25 keV,
- Impulsdauer im Bereich 1 mks bis 5 mks,
- Bündelquerschnittsfläche im Bereich 0,25 cm² bis 5 cm².

Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegen folgende Überlegungen zugrunde:
Zur Bewertung der Energie, die bei der Synthesereak tion in gegenläufigen D- und T-Bündeln freigesetzt wird, wird die Anzahl der Kollisionen in Abhängigkeit von der Bündelintensität n und des Querschnitts S bestimmt und auf folgende Näherungen beschränkt:

1. Es wird zunächst nur von einer Kollision von zwei gegenläufigen Ionenbündeln ausgegangen.
2. Angenommen wird, die Deuterium-Ionen seien ku gelförmig mit einem effektiven Radius
r = 1,2.A^1/3.10^-13 cm, wobei A - die Atommas se ist (r = 1,62.10^-13 cm).
3. Es wird des weiteren angenommen, daß alle Ionen eines der Bündel unbeweglich sind und die Ionenge schwindigkeit des entgegenkommenden Bündels gleich ihrer relativen Geschwindigkeit von 1.000 km/s (T = 100 Mio.°K) ist.
Als Injektor mit Beschleuniger können die bekann ten Starkstrom-Ionen-Quellen verwendet werden, die für Injektionen von schnellen Deuterium-Ato men im Rahmen des Problems der kontrollierten thermonuklearen Synthese in Tokamak-Anlagen wie IET, TFTR (USA), ASDEX (BRD), u. a. in Anwendung kommen, nachdem ihre Möglichkeiten zur Gewinnung von Bündeln großer Intensität und geringer Impuls dauer des Ionenstromes wesentlich erweitert wurden. Diese Ionen-Quellen werden sogar in kleinen Serien gefertigt (Semasko, N.N., u. a., Atomnaja energia, Bd 82, Ausg. 1, Januar 1997).
4. Unter Wirkung der Coulombschen Abstossung ist die Ionendichte des Bündels in den Oberflächenschich ten maximal. Das wiederum ist der Verringerung der Bündelquerschnittsfläche gleichwertig und führt zur Zunahme der Ionenkollisionen. Es kann daher davon ausgegangen werden, daß an der Synthe sereaktion 1/2 der berechneten Ionenmenge betei ligt ist.
5. Den Zielabstand, bei dem die Kollision und ihre Synthese erfolgen, werden gleich dem effektiven Durchmesser 2 r gesetzt.
6. Das Ionenbündel erhält unter dem Einfluß der Coulombschen Abstossung die Form eines paraboli schen Zylinders mit einem minimalen Querschnitt S in der Fokalebene und der Länge L.
Das in das Bündel hineinfliegende Ion kollidiert und reagiert in Synthese mit einem der "in Ruhe befindlichen" Ionen, dessen Zentrum im Zylinder mit Radius r und Länge L gleich der Länge des Bündels liegt.
Offensichtlich ist L = vτ, wobei τ - Impulsdauer und v = 500 km/s - Geschwindigkeit des Ionenbün dels sind.
Bei Kenntnis des Bündelvolumens V = LS bestimmt sich die Ionenkonzentration wie folgt:
n_k = n/V (1)
Die Anzahl der Ionenkollisionen innerhalb des Zylinders mit dem Volumen ergibt sich danach aus
V_o = 4πr²L = S_o4L : n_c = n_kV_o
und nach Einsetzung von n_k aus (1) als
n_c = 4nS_o/S (2)
wobei S_o = πr² = 8,24 10^-26 cm² - der effektive Ionenquerschnitt ist.
Unter Berücksichtigung, daß der Deuterium- oder Tritiumkern nur einmal in die Synthesereaktion eintreten kann, folgt, daß n_c≦ 1 ist.
Mit Kenntnis der Kollisionsanzahl eines Ions (2) bestimmt sich die Gesamtanzahl der Kollisionen in gegenläufigen Bündeln nach:
N = 4n².S_o/S, bei n≦S/4 S_o = 3.10²⁴ (3)
Bei n<3 10²⁴, S = 1 cm², N = n.k
wobei k<1 - der Proportionalitätsfaktor ist.
Die bei der Synthesereaktion freigewordene Ener gie wird nun nach dem Mittelwert E_c = 10,8 MeV aus vier Reaktionen unter Berücksichtigung der Nä herung (3) bestimmt:
D + D → T + p + 4,0 MeV;
D + D → ³He + n + 3,3 MeV;
D + T → ⁴He + n + 17,6 MeV;
D + ³He → ⁴He + p + 18,6 MeV.
E = (1/2).E_c.N (4)
Nach Annahme des Intervalls zwischen den Impulsen mit t = 60 s wird die freigewordene Leistung be stimmt nach:
P = E/t (5)
Die Abhängigkeiten (3), (4) und (5) sind in Fig. 1 bei einem Wert S = 1 cm² dargestellt.
Durch die Ausbildung des Bündellängsschnittes in Form eines parabolischen Zylinders mit minimalem Schnitt in der Fokalebene ist es für eine maxima le räumliche Anordnung der sich gegenseitig durch dringenden gegenläufigen Bündel angebracht, diese im Zentrum des Reaktors zu fokussieren und zur Erreichung einer maximalen Energieausbeute ihre Achsen und Fokusse mit an sich bekannten Justier vorrichtungen deckungsgleich zu machen.

Auf der Grundlage dieser Ergebnisse können zunächst folgende Schlußfolgerungen gezogen werden:

1. Die Anzahl der Kollisionen in den gegenläufi gen Ionenbündeln (in dem breiten Bereich n von 0 bis 3.10²⁴) ist proportional dem Quadrat ihrer Intensität und umgekehrt propor tional der Fläche des Bündelquerschnitts (Fig. 1).
2. Die bei der Synthesereaktion freigesetzte Energie (und Leistung) ist für die Energetik erst von Bedeutung bei hoher Bündelintensität von 10²¹ bis 10²³ und einer Bündelfokussie rung von 0,25 cm² bis 5 cm² (Fig. 1).
3. Die Berechnungswerte der Energieausbeute und Leistung bei Intensitäten von 10²¹ bis 10²³ und Bündelquerschnittsflächen von 0,25 cm² bis 5 cm² sowie einer Impulsfolgefrequenz der Ionenbündel von 1 Hz sind in Tabelle 1 ange geben.
Für die Vergrößerung der Energiefreisetzung und Erhöhung des Wirkungsgrades werden Ionen bündel unterschiedlicher Isotope (Bündel aus Deuteriumionen, gegenläufiges Bündel aus Tritiumionen) unterschiedlicher Elemente (Bündel aus Deuteriumionen, gegenläufiges Bündel aus Lithiumionen) eingesetzt:
D + ⁶Li → 2.⁴He + 22 MeV).
In der Beziehung (3) fehlen die Größen τ und L, jedoch können die Kollisionsvorgänge erst im Innenraum des Reaktors erfolgen, folglich ist die Bündellänge begrenzt, auch im Fall eines kugelförmigen Raumes L≦d, wobei d - der Durchmesser der Innenkugel des Reaktors ist. Folglich ist die Impulsdauer ebenfalls be grenzt τ ≦ d/v.
Nach Annahme von d = 100 cm, v = 500 km/s ergibt sich τ = 2 mks.
Somit müssen für die Synthesereaktion gegenläufige D- und T-Ionenbündel mit folgen den Parametern verwendet werden:
- - Bündelintensität 10²¹ bis 10²³;
- - Ionenenergie im Bereich 10 keV bis 25 keV;
- - Impulsdauer im Bereich 1 mks bis 5 mks;
- - Bündelquerschnittsfläche im Bereich 0,25 cm² bis 5 cm².

Bisher wurde die Energiegröße bei nur einer Kolli sion von zwei gegenläufigen Ionenbündeln bestimmt.

Wie jedoch aus (3) folgt, treten bei einer Intensität des Ionenbündels von n = 10²² in die Synthese weniger als N = 33.10¹⁹ Ionen ein, d. h., insgesamt N/₂ : n = 1,65.10^-3.100% = 0,165%.

Angenommen, daß ebenso viele Ionen (1,65.10¹⁹) bei der ersten Kollision der Bündel im Reaktor zerstreut werden, so verbleibt nach der ersten "Begegnung" der allergrößte Teil der nicht in eine Synthesereaktion eintretenden Ionen im Bündel:

n₁ = n-N = 10²²-33.10¹⁸ = 9,967.10²¹ Ionen.

Das Ionenbündel fliegt jedoch nach der Kollision in den Hohlraum des gegenüberliegenden Beschleunigers und besitzt aufgrund der Bremsung im elektrischen Feld des gegenläufigen Bündels (Energieverbrauch beim Druck auf den Kopfteil des gegenläufigen Bündels, d. h. zur Verstärkung seiner inneren Energie) und durch die gewachsene Querschnittsfläche eine etwas geringere Geschwindigkeit.

Bei Vorhandensein eines Magnetfeldes und eines elek trischen Feldes wird das Bündel erneut komprimiert und gebremst, hält an, ohne den annodennahen Raum zu erreichen und beginnt, sich in entgegengesetzter Rich tung zu beschleunigen. Die Dämpfungsschwingungen der gegenläufigen Ionenbündel beginnen. Diese können in nichtdämpfende umgewandelt werden, wenn den Beschleu nigerelektroden zum Zeitpunkt des Einfliegens des entgegenkommenden Bündels weniger Spannung V₂ zuge führt wird, davon ausgehend, daß das Bündel bis zum annodennahen Raum fliegen kann. Danach wird die Spannung erneut auf den ursprünglichen Wert V₁ er höht, d. h. an die Beschleunigerelektroden werden Rechteckspannungsimpulse mit einer Periode gleich der Hälfte der Periode der Bündelschwingung gegeben (Fig. 3).

Zur Bewertung der Größe der Schwingungsperiode des Bündels T wird angenommen, daß die Länge l des Be schleunigers und der Durchmesser d des Reaktorinnen raums gleich 1 m sind: l = d = 1 m, die Höchstge schwindigkeit des Ionenbündels beim Herausfliegen aus dem Beschleuniger V = 800 km/s und die Durchschnitts geschwindigkeit des Bündels im Beschleuniger V₁ = V/2 = 400 km/s betragen. In diesem Fall sind die Schwin gungsperiode des Bündels

T = 4.l/V₁ + 2d/V = 12,5 mks

und die Frequenz

f = 1/T = 80 kHz;

bei V = 500 km/s sind T = 20 mks und die Frequenz f = 50 kHz; bei V = 1000 km/s sind T = 10 mks und die Frequenz f = 100 kHz.

Mit Abnahme der Bündelintensität verringert sich auch die Anzahl der Kollisionen.

Zur Vereinfachung der Berechnung wird angenommen, daß sich bei jeder Kollision die Bündelintensität um N = 33.10¹⁸ Ionen verringert.

Es wird davon ausgegangen, daß nach mehreren Kollisio nen die Bündelintensität um eine Größenordnung ab nimmt, d. h., die untere zulässige Grenze N_o = 10²¹ erreicht (Tab. 1):

Δ n = n-N_o = 10²²-10²¹ = 9.10²¹;
Δ n : N = 9.10²¹ : (33.10¹⁸) ≈ 272 Kollisionen.

Im folgenden wird die Größe der Gesamtenergie ΣE bestimmt, die nach näherungsweise 272 Kollisionen bei Annahme der Bündelquerschnittsfläche S = 1 cm², der Bündelanfangsintensität n₁ = 10²², einer Schlußinten sität n₂ = 10²¹, von E₁ = 28,5 MJ bei n₁ = 10²² und von E₂ = 0,285 MJ bei n₂ = 10²¹ frei wird (Tab. 1).

Die berechnete Energie bei einer Kollision beträgt

E_m = (E₁ + E₂)/3 = 9,595 MJ.

Die Gesamtenergie ergibt sich somit aus dem Ausdruck:

ΣE = E_m.Δn/N
ΣE = 9,595.272 MJ = 2610 MJ.

Bei Anwendung mehrfacher Kollisionen von zwei gegen läufigen Ionenbündeln, denen vorher nichtdämpfende Schwingungen mit 50 kHz bis 100 kHz verliehen wur den, nimmt somit die Energieleistung um zwei Größen ordnungen zu, d. h., der Wirkungsgrad der Einrichtung nimmt stark zu: von η₁ = 0,165% bis 15% (Tabelle 1).

Eine zusätzliche Erhöhung des Wirkungsgrades der Einrichtung kann durch Synchronisierung des Einlas sens des Ionenbündels mit dem Zeitpunkt des Aufenthal tes des Restes des vorausgegangenen Bündels in der äußeren Lage, d. h., im anodennahen Bereich, erzielt werden.

Das ist dadurch bedingt, daß die Intensität des schwingenden Bündels zur Intensität des neuankommen den Bündels addiert wird. Dadurch kann seine Intensi tät um den Wert der Intensität des Restes des vorange gangenen Bündels verringert werden. Letztendlich führt das ebenfalls zu einer Senkung des "Treibstoff"-Verbrauches.

Bei nur einer Kollision von zwei gegenläufigen Ionen bündeln könnten - wie bereits beschrieben - die bekannten Starkstrom-Ionen-Quellen eingesetzt werden, die auch in Systemen zur Injektion schneller Deuteri um-Atome für Tokamak-Anlagen wie IET, TFTR (USA), ASDEX (BRD) im Rahmen des Problems der kontrollierten thermonuklearen Synthese zur Anwendung kommen.

Wenn sich jedoch die Intensität der zu injizierenden Ionenbündel dem geforderten Wert von 10²¹ bis 10²³ nähert, so wird hinsichtlich der Impulsdauer von 5 ms bis 1 s der geforderte Wert von 1 mks bis 5 mks um drei Größenordnungen erhöht. Die Modernisierung der bekannten Starkstrom-Ionen-Quellen zwecks Verringe rung der Impulsdauer ist problematisch und stellt die Realisierbarkeit des Verfahrens in Zweifel.

Erfindungsgemäß wird zur Behebung des genannten Mangels eine Starkstrom-Ionen-Quelle mit der gefor derten Impulsdauer der Bündel bereitgestellt.

Die erfindungsgemäße Einrichtung soll im folgenden an Hand von Zeichnungen näher erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 in graphischer Darstellung die Abhängigkeit der Anzahl der Zusammenstöße N von der Intensi tät der zusammenstoßenden Ionenbündel {N = (n)}, der freiwerdenden Energie E (J) und der elektrischen Leistung (W) von der Intensi tät der Ionenbündel n bei s = 1 cm² und einer Impulsdauer des Ionenstromes τ = 1,7 mks;

Fig. 2 die erfindungsgemäße Einrichtung in Draufsicht im Schnitt;

Fig. 3 in graphischer Darstellung die Abhängigkeit der am Ionenbeschleuniger angelegten Spannung von der Zeit {V = (t)} bei einer Anfangsge schwindigkeit von 10 km/s bis zum Zusammenstoß und bis zur abgebremsten Endgeschwindigkeit von 0 km/s sowie bei gegenläufigem Verlauf;

Fig. 4 die erfindungsgemäße Starkstrom-Ionen-Quelle in Draufsicht im Schnitt, wobei der Querschnitt der horizontalen Fläche reduziert wurde.

Auf der Grundlage der obigen Darlegungen wird die erfindungsgemäße Einrichtung für die kontrollierte Kernfusion in gegenläufigen Ionenbündeln mit den oben angegebenen Parametern betrieben. Deren Aufbau soll nun an Hand der Fig. 2 näher erläutert werden.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, besteht die erfindungs gemäße Einrichtung aus folgenden Grundelementen:

- dem Reaktor 1, einem dickwandigen kugelförmigen oder zylindrischen Gefäß, entlang dessen Achse sich die gegenläufigen Ionenbündel ausbreiten, dessen erste Wandung aus reinem Vanadium oder Chrom gefer tigt ist;
- dem linearen Ionenbeschleuniger 2 mit einer Ener gie bis zu 25 keV;
- den Ionenbündel-Injektoren 8 mit einer Intensität bis zu 10²³;
- den Spulen 4 des fokussierenden Magnet-Feldes; im Unterschied zu den bekannten Einrichtungen, in denen eine Spule verwendet wird, die die Plasmastrahlen in der aktiven Zone des Reaktors 1 fokussiert, werden in der erfindungsgemäßen Ein richtung zwei Spulen verwendet, deren Magnetfelder in eine Richtung ausgerichtet sind; dadurch exi stiert das Magnetfeld auch in der aktiven Zone; der Fokus des Ionenbündels wird mit dem Fenster 10 für den Eintritt des gegenläufigen Bündels in Kongruenz gebracht; infolge der Wechselwirkung der beiden Faktoren, der Fokussierung von Bündeln mit Geschwindigkeiten von 600 km/s bis 700 km/s und der Coulombschen Abstossung, werden in der Reaktorzone Bündel zylindrischer Form gebildet, was wiederum zu einer besseren "Verbrennung" des Materials beiträgt und die Berechnung nach (3) zuläßt; die Anordnung der Magnetspulen 4 außerhalb des Reaktors 1 und des Kessels verbessert erheblich die Bedingungen für die Wärmeableitung und die Magnetspulenressourcen;
- das Vakuum-System 5 und
- den Kessel 6 mit Wärmeträger (Wasser), verbunden mit einer Dampfturbine (auf Fig. 2 nicht darge stellt).

Wie aus Fig. 4 zu erkennen ist, ist die Starkstrom-Io nen-Quelle 3 mit dem Beschleuniger 2 verbunden, der aus folgenden Hauptelementen besteht: dem starken Laser 7 mit einer Impulsenergie von 10 kJ bis 50 kJ und 0,1 mks bis 1 mks Dauer, dem Flammenstrahl-Injek tor 8 in Form eines Zylindergefässes aus schwerschmelzbarem Material, z. B. Keramik, mit einer Blindöffnung von 2 mm Durchmesser und 5 mm bis 8 mm Tiefe. Die Achse des Injektors 8 ist mit den Achsen des Beschleunigers 2 in Kongruenz gebracht.

Als weiteres Hauptelement ist aus Fig. 4 eine metalli sche Anode 9 des Beschleunigers 2 zu erkennen, die in Form einer Scheibe mit zentraler Öffnung für den Einlaß des Plasmastrahls aus dem Injektor 8 angeord net ist und ein Seitenfenster 10 für den auf den ge genüberliegenden Injektor 8 gerichteten Laserstrahl aufweist.

Das im Ausführungsbeispiel verwendete Deuterium-Tar get 11 hat einen Durchmesser von ungefähr 2 mm und eine Masse von 3,4 mg bis 340 mg.

Die linke und die rechte Quelle der Starkstrom-Io nen-Quelle 3, 8 sind absolut identisch und arbeiten synchron.

Der Laserstrahl trifft durch das Fenster 10 der Anode 9 auf die sich im gegenüberliegenden Injektor 8 befindliche Deuterium-Tablette 11 und verwandelt sie in einen Plasmastrahl, der mit einer Geschwindigkeit von 10 bis 15 km/s bei einer Temperatur von 20.000°K bis 30.000°K durch die zentrale Öffnung in der Anode 9 in den anodennahen Raum gelangt. Der Einsatz des Lichtbündels des auf der gegenüberliegenden Seite des Reaktors 1 gelegenen Lasers soll eine längs der Achse des Beschleunigers 2 ausgerichtete Emission eines Plasmaclusters und dadurch eine Reduzierung seiner Kollisionen mit den Wandungen des Beschleunigers 2 sowie schließlich eine Verringerung der Verluste des Ionenbündels bewirken.

Im elektrischen Feld des Beschleunigers 2 wird die elektronische Komponente gebremst und strebt der Anode 9 zu, während das Ionenbündel darin auf die geforderte Geschwindigkeit beschleunigt wird. Die Neutrale gelangen mit Verzögerung in die aktive Zone und werden abgepumpt.

Angesichts dessen, daß die Impulsdauer des Ionenstro mes proportional der Dauer des Laserbündels und gleicher Größenordnung ist, folgt, daß die Impuls dauer regelbar ist.

Der Einsatz teuerer Lasersysteme und anderer Ausrü stungen verteuert zwar die Einrichtung und erhöht deren Eigenenergiebedarf, jedoch liegen deren Kosten um eine Größenordnung niedriger als bei der ITER-Anla ge.

Aufgrund des Fehlens von Hochtemperatur-Plasma und komplizierter System zur Gewinnung, Aufheizung und Erhaltung verringern sich die Masse und das Volumen der Einrichtung um eine Größenordnung. Die erfindungs gemäße Einrichtung hat dadurch den besonderen Vorzug, daß sich der materielle Aufwand im Vergleich zum Aufwand für die Schaffung des ITER in einer beträcht lichen Größenordnung verringert.

Durch Anordnung des Reaktors 1 innerhalb des Kessels 6 mit Wärmeträger erhöhen sich Zuverlässigkeit und Sicherheit und verbessert sich des weiteren auch die ökologische Akzeptanz. Die aus reinem Vanadium oder Chrom gefertigte Reaktorwandung hat den Vorzug, daß zum Zeitpunkt des Anhaltens des Reaktors 1 seine Ra dioaktivität ungefähr genau so hoch sein wird wie die einer Stahlwandung. Jedoch ein Jahr nach dem Anhalten des Reaktors 1 verringert sie sich durch den Einsatz von Vanadium oder Chrom auf mehrere Zehntausendstel (Golovin, I.N. Kadomcev, B.B., Atomnaja energia, Bd. 81, Ausgabe 5, November 1996).

Um eine Größenordnung verringert werden Minimallei stung und Masse. Dadurch kann die Einrichtung in Verkehrsmitteln eingesetzt werden. Durch Anordnung mehrerer Reaktoren in einem Aggregat kann deren mög liche Geschwindigkeit wahlweise gestaltet werden. Dabei ist die Gesamtmasse der erfindungsgemäßen Ein richtung durch Verringerung der Wandungsdicke an den Nahtstellen erheblich geringer als die Summe der Massen einzelner erfindungsgemäßer Einrichtungen.

Tabelle 1

Claims

1. Verfahren zur Erzeugung von Energie mittels kontrollierter Kernfusion in gegenläufigen Ionen bündeln, dadurch gekennzeichnet, daß Ionenbündel mit je einer Intensität von 10²¹ bis 10²³, einer Energie von 10 keV bis 25 keV, einer Impulsdauer des Ionenstromes von 1 mks bis 5 mks und einer Querschnittsfläche von 0,25 cm² bis 5 cm² verwen det werden.

2. Verfahren nach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenläufige Ionenbündel in nichtdämpfende linea re Schwingungen versetzt werden und die Zeit des Einlassens des nächsten Ionenbündels mit dem Zeitpunkt des Aufenthaltes eines der vorrangegan genen schwingenden Ionenbündel synchronisiert wird.

3. Verfahren nach 2, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtdämpfenden linearen Schwingungen den gegen läufigen Ionenbündeln längs der Achse des Flammen strahl-Injektors (8) verliehen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die nichtdämpfenden linearen Schwingungen im Bereich zwischen 50 kHz bis 100 kHz liegen.

5. Verfahren nach 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisation im anodennahen Bereich er folgt.

6. Verfahren nach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenläufigen Ionenbündel aus Ionen unter schiedlicher Elemente oder Isotope bestehen, vorzugsweise aus einem Bündel Deuteriumionen und einem gegenläufigen Bündel aus Lithiumionen oder aus einem Bündel Deuteriumionen und einem gegen läufigen Bündel aus Tritiumionen.

7. Einrichtung zur Erzeugung von Energie mittels kontrollierter Kernfusion in gegenläufigen Ionen bündeln nach Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 6 bestehend aus einem Reaktor (1), Beschleunigern (2), Ionenbündelinjektoren (3), Starkstromlasern (7), Flammenstrahl-Injektoren (8), einer Anode (9), einem Vakuumsystem (5) und einem Kessel (6) mit flüssigem Wärmeträger, dadurch gekennzeich net, daß zwei Spulen (4) des fokussierenden Ma gnetfeldes außerhalb des Kessels (6) und des Reaktors (1) angeordnet sind und der Fokus des Ionenbündels mit dem Zentrum des Reaktors (1) in Kongruenz gebracht ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Starkstromlaser (7) eine Impulsener gie von 10 kJ bis 50 kJ bei einer Dauer von 0,1 mks bis 1 mks aufweisen.

9. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich net, daß der Reaktor (1) innerhalb des Kessels (6) mit Wärmeträger angeordnet ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Anode (9) des Beschleunigers (2) als Scheibe ausgebildet ist mit einem Seitenfenster (10) und einer zentralen Öffnung für den Einlaß des Plasmastrahles aus dem Injektor (8).

11. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Flammenstrahl-Injektoren (8) eine Blindöffnung von annähernd 2 mm Durchmesser und eine Tiefe von 5 mm bis 8 mm aufweisen und daß deren Achse mit der Achse der Beschleuniger (2) in Kongruenz gebracht ist.