DE19910146B4

DE19910146B4 - Vorrichtung zur Erzeugung von Kollisionen gegenläufiger Ionenbündel

Info

Publication number: DE19910146B4
Application number: DE19910146A
Authority: DE
Inventors: Semen Bakal
Original assignee: Bakal Semen Dr
Current assignee: Bakal Semen Dr
Priority date: 1998-03-31
Filing date: 1999-02-26
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2019-02-27
Also published as: DE19910146A1

Abstract

Einrichtung zur Erzeugung von Kollisionen gegenläufiger Ionenbündel mit einem Reaktor (1), der in einem Kessel (6) mit flüssigem Wärmeträger angeordnet ist, einem Vakuumsystem (5), Ionenbeschleunigern (2), Starkstromlasern (7) und Injektoren (8), dadurch gekennzeichnet, dass
– beidseitig des Reaktors kongruent jeweils eine Starkstrom-Ionen-Quelle (3) mit einem Injektor (8), einer als Scheibe ausgebildeten Anode (9) und dem Starkstromlaser (7) angeordnet ist;
– die Starkstrom-Ionen-Quelle (3) jeweils mit den Ionenbeschleuniger (2) verbunden ist, an dem eine Magnetspule (4) angeordnet ist;
– die als Scheibe ausgebildete Anode (9) ein Fenster (10) für den Strahl des Starkstromlasers (7) aufweist, der auf ein in der gegenüberliegenden Starkstrom-Ionen-Quelle (3) angebrachtes Target (11) trifft und dadurch einen Plasmastrahl erzeugt, der durch eine zentrale Öffnung der als Scheibe ausgebildeten Anode (9) tritt und
– die kongruente Anordnung der Starkstrom-Ionen-Quellen (3) gegenläufige Ionenbündel erzeugt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Kollisionen gegenläufiger Ionenbündel. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann insbesondere in der industriellen Energiewirtschaft und im Verkehrswesen angewendet werden.

Aus der DE 24 46 291 OS ist eine Vorrichtung zur Erzeugung gegenläufiger Plasmastrahlen, bestehend aus zwei Ionenbeschleunigern mit Ionenquellen, zwei Elektronenquellen mit Elektronenbeschleunigern, zwei Mischmagneten zur Bildung der künstlichen Plasmastrahlen und einer den Reaktionsraum umgebenden Magnetspule bekannt, bei der die Plasmadichte der Ionenbündel zwischen 10²¹ bis 10²³ Ionen × cm^–3 liegt bei einer Impulsdauer des Ionenstromes von 1 μs bis 5 μs und einer Querschnittsfläche von 0,25 cm² bis 5 cm².

Mit dieser Vorrichtung verbindet sich das Problem, dass beim Zusammenstoß zweier Plasmastrahlen nur ein sehr kleiner Teil der Ionen reagiert, nämlich der 10^–4te bis 10^–6te Teil der Ionen. Durch den Zusammenstoß wird weniger Energie freigesetzt, als vorher aufgewendet worden ist.

Aus der DE 38 13 559 A1 geht eine Ionenquelle für einen Ionenimplanter hervor, die eine Gasentladungskammer, die mit einem Verdampfertiegel in Verbindung steht, hervor. Eine hier verwendete Induktionsheizung soll die Intensität des Ionenstrahles steuern, bewirkt jedoch nicht die erforderliche kurze Zeitdauer für das Verdampfen.

Die Entwicklungen zur Erzeugung gegenläufiger Ionenbündel im Rahmen der 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 in den nachfolgend aufgeführten Schutzdokumenten DE-OS 2 124 442, DE-PS 2 247 984, DE-OS 2 252 602, DE-PS 2 446 291, DE-PS 2 446 384 und DE-PS 2 515 149 Verfahren und Einrichtungen vorgeschlagen, die auf der Grundlage des Zusammenwirkens von gegenläufigen Plasmastrahlen, die bei der Fusion von geteilten und beschleunigten Ionen- und Elektronenstrahlen entstehen, 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 31 139 50 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 erfoderlichen Werte für die Intensität (bzw. Dichte) des Ionenbündels sowie die Größen des Wirkungsquerschnitts und der Impulsdauer des Ionenstroms, die für die Synthesereaktion 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, eine verbesserte Vorrichtung zur Erzeugung von Kollisionen gegenläufiger Ionenbündel hoher Intensität ohne komplizierte Systeme der Gewinnung, Aufheizung und Erhaltung von Hochtemperaturplasma bereitzustellen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 6.

Die gefundene Vorrichtung zur Erzeugung von Kollisionen mit gegenläufigen Ionenbündeln 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.

Der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegen folgende Überlegungen zugrunde:
Zur Bewertung der Energie, die bei der Synthesereaktion 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 kugelförmig mit einem effektiven Radius r = 1,2 · A1/3 · 10–13 cm, wobei A – die Atommasse ist (r = 1,62 · 10^–13 cm).
3. Es wird des weiteren angenommen, dass alle Ionen eines der Bündel unbeweglich sind und die Ionengeschwindigkeit des entgegenkommenden Bündels gleich ihrer relativen Geschwindigkeit von 1.000 km/s (T = 100 Mio.°K) ist. Als Injektor mit Beschleuniger können die bekannten Starkstrom-Ionen-Quellen verwendet werden, die für Injektionen von schnellen Deuterium-Atomen 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 Impulsdauer 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 Oberflächenschichten maximal. Das wiederum ist der Verringerung der Bündelquerschnittsfläche gleichwertig und führt zur Zunahme der Ionenkollisionen. Es kann daher davon ausgegangen werden, dass an der Synthesereaktion 1/2 der berechneten Ionenmenge beteiligt 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 parabolischen 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 Ionenbündels sind. Bei Kenntnis des Bündelvolumens V = LS bestimmt sich die Ionenkonzentration wie folgt: nk = n/V (1) Die Anzahl der Ionenkollisionen innerhalb des Zylinders mit dem Volumen ergibt sich danach aus Vo = 4πr2L = So4L : nc = nkVo und nach Einsetzung von n_k aus (1) als nc = 4nSo/S (2)wobei S_o = πr² = 8,24 10^–26 cm ² – 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 – So/S, bei n ≤ S/4 So = 3 · 1024 (3)Bei n > 3 10²⁴, S = 1 cm² , N = n · k wobei k < 1 – der Proportionalitätsfaktor ist. Die bei der Synthesereaktion freigewordene Energie wird nun nach dem Mittelwert E_c = 10,8 MeV aus vier Reaktionen unter Berücksichtigung der Näherung (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) · Ec · N. (4)Nach Annahme des Intervalls zwischen den Impulsen mit t = 60 s wird die freigewordene Leistung bestimmt nach: P = E/t (5) Die Abhängigkeiten (3), (4) und (5) sind in 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 maximale räumliche Anordnung der sich gegenseitig durchdringenden gegenläufigen Bündel angebracht, diese im Zentrum des Reaktors zu fokussieren und zur Erreichung einer maximalen Energieausbeute ihre Achsen und Fokusse mit an sich bekannten Justiervorrichtungen deckungsgleich zu machen.

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

1. Die Anzahl der Kollisionen in den gegenläufigen Ionenbündeln (in dem breiten Bereich n von 0 bis 3 · 10²⁴) ist proportional dem Quadrat ihrer Intensität und umgekehrt propotional der Fläche des Bündelquerschnitts (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 Bündelfokussierung von 0,25 cm² bis 5 cm² (1). Für die Vergrößerung der Energiefreisetzung und Erhöhung des Wirkungsgrades werden Ionenbündel 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 begrenzt 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 folgenden 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 Kollision 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 elektrischen Feldes wird das Bündel erneut komprimiert und gebremst, hält an, ohne den annodennahen Raum zu erreichen und beginnt, sich in entgegensetzter Richtung zu beschleunigen. Die Dämpfungsschwingungen der gegenläufigen Ionenbündel beginnen. Diese können in nichtdämpfende umgewandelt werden, wenn den Beschleunigerelektroden zum Zeitpunkt des Einfliegens des entgegenkommenden Bündels weniger Spannung V2 zugeführt wird, davon ausgehend, dass das Bündel bis zum annodennahen Raum fliegen kann. Danach wird die Spannung erneut auf den ursprünglichen Wert V₁ erhöht, d.h. an die Beschleunigerelektroden werden Rechteckspannungsimpulse mit einer Periode gleich der Hälfte der Periode der Bündelschwingung gegeben ( 3) .

Zur Bewertung der Größe der Schwingungsperiode des Bündels T wird angenommen, dass die Länge 1 des Beschleunigers und der Durchmesser d des Reaktorinnenraums gleich 1 m sind: 1 = d = 1 m, die Höchstgeschwindigkeit des Ionenbündels beim Herausfliegen aus dem Beschleuniger V = 800 km/s und die Durchschnittsgeschwindigkeit des Bündels im Beschleuniger V₁ = V/2 = 400 km/s betragen. In diesem Fall sind die Schwingungsperiode 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.

Eine zusätzliche Erhöhung des Wirkungsgrades der Einrichtung kann durch Synchronisierung des Einlassens des Ionenbündels mit dem Zeitpunkt des Aufenthaltes 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 neuankommenden Bündels addiert wird. Dadurch kann seine Intensität um den Wert der Intensität des Restes des vorangegangenen Bündels verringert werden. Letztendlich führt das ebenfalls zu einer Senkung des "Treibstoff"-Verbrauches.

Bei nur einer Kollision von zwei gegenläufigen Ionenbündeln könnten – wie bereits beschrieben – die bekannten Starkstrom-Ionen-Quellen eingesetzt werden, die auch in Systemen zur Injektion schneller Deuterium-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 Verringerung 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 geforderten Impulsdauer der Bündel bereitgestellt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und die Kollision gegenläufiger Ionenbündel sollen im folgenden an Hand von Zeichnungen näher erläutert werden.
Es zeigen:
1 in graphischer Darstellung die Abhängigkeit der Anzahl der Zusammenstöße N von der Intensität der zusammenstoßenden Ionenbündel {N=f(n)}, der freiwerdenden Energie E (J) und der elektrischen Leistung (W) von der Intensität der Ionenbündel n bei s = 1 cm² und einer Impulsdauer des Ionenstromes τ = 1,7 mks;
2 die erfindungsgemäße Einrichtung in Draufsicht im Schnitt;
3 in graphischer Darstellung die Abhängigkeit der am Ionenbeschleuniger angelegten Spannung von der Zeit {V=f(t)} bei einer Anfangsgeschwindigkeit von 10 km/s bis zum Zusammenstoß und bis zur abgebremsten Endgeschwindigkeit von 0 km/s sowie bei gegenläufigem Verlauf;
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 Vorrichtung zur Erzeugung von Kollisionen gegenläufiger Ionenbündel mit den oben angegebenen Parametern betrieben. Deren Aufbau soll nun an Hand der 2 näher erläutert werden.
Wie aus 2 ersichtlich, besteht die erfindungsgemäße 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 gefertigt ist;
– dem linearen Ionenbeschleuniger 2 mit einer Energie bis zu 25 keV;
– den Injektoren 8 mit einer Intensität bis zu 10²³;
– den Magnetspulen 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 Einrichtung zwei Magnetspulen 4 verwendet, deren Magnetfelder in eine Richtung ausgerichtet sind; dadurch existiert 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 6 verbessert erheblich die Bedingungen für die Wärmeableitung und die Magnetspulenressourcen;
– das Vakuumsystem 5 und
– den Kessel 6 mit Wärmeträger (Wasser), verbunden mit einer Dampfturbine (auf 2 nicht dargestellt).

Wie aus 4 zu erkennen ist, ist die Starkstrom-Ionen-Quelle 3 mit dem Ionenbeschleuniger 2 verbunden, der aus folgenden Hauptelementen besteht: dem Starkstromlaser 7 mit einer Impulsenergie von 10 kJ bis 50 kJ und 0,1 mks bis 1 mks Dauer, dem Injektor 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 4 eine metallische Anode 9 des Beschleunigers 2 zu erkennen, die in Form einer Scheibe mit zentraler Öffnung für den Einlass des Plasmastrahls aus dem Injektor 8 angeordnet ist und ein Seitenfenster 10 für den auf den gegenüberliegenden Injektor 8 gerichteten Laserstrahl aufweist.
Das im Ausführungsbeispiel verwendete Deuterium-Target 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-Ionen-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 Neutralen gelangen mit Verzögerung in die aktive Zone und werden abgepumpt.
Angesichts dessen, dass die Impulsdauer des Ionenstromes proportional der Dauer des Laserbündels und gleicher Größenordnung ist, folgt, dass die Impulsdauer regelbar ist.
Aufgrund des Fehlens von Hochtemperatur-Plasma und komplizierter Systeme zur Gewinnung, Aufheizung und Erhaltung verringern sich die Masse und das Volumen der Vorrichtung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat dadurch den besonderen Vorzug, dass sich der materielle Aufwand im Vergleich zum Aufwand für die Schaffung des ITER wesentlich verringert.
Durch die Anordnung des Reaktors 1 innerhalb des Kessels 6 mit Wärmeträger erhöhen sich Zuverlässigkeit und Sicherheit und verbesert 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 Radioaktivität 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).
Des weiteren werden die Minimalleistung und Masse und Masse verringert. Dadurch wird die Möglichkeit des Einsatzes der Vorrichtung in Verkehrsmitteln gesehen. Durch Anordnung mehrerer Reaktoren in einem Aggregat könnte deren mögliche Geschwindigkeit wahlweise gestaltet werden. Dabei ist die Gesamtmasse der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch Verringerung der Wandungsdicke an den Nahtstellen erheblich geringer als die Summe der Massen einzelner erfindungsgemäßer Vorrichtungen.

Claims

Einrichtung zur Erzeugung von Kollisionen gegenläufiger Ionenbündel mit einem Reaktor (1), der in einem Kessel (6) mit flüssigem Wärmeträger angeordnet ist, einem Vakuumsystem (5), Ionenbeschleunigern (2), Starkstromlasern (7) und Injektoren (8), dadurch gekennzeichnet, dass – beidseitig des Reaktors kongruent jeweils eine Starkstrom-Ionen-Quelle (3) mit einem Injektor (8), einer als Scheibe ausgebildeten Anode (9) und dem Starkstromlaser (7) angeordnet ist; – die Starkstrom-Ionen-Quelle (3) jeweils mit den Ionenbeschleuniger (2) verbunden ist, an dem eine Magnetspule (4) angeordnet ist; – die als Scheibe ausgebildete Anode (9) ein Fenster (10) für den Strahl des Starkstromlasers (7) aufweist, der auf ein in der gegenüberliegenden Starkstrom-Ionen-Quelle (3) angebrachtes Target (11) trifft und dadurch einen Plasmastrahl erzeugt, der durch eine zentrale Öffnung der als Scheibe ausgebildeten Anode (9) tritt und – die kongruente Anordnung der Starkstrom-Ionen-Quellen (3) gegenläufige Ionenbündel erzeugt.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Starkstromlaser (7) eine Impulsenergie von 10 kJ bis 50 kJ bei einer Dauer von 0,1 μs bis 1 μs aufweist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet; dass der Injektor (8) eine Blindöffnung von annähernd 2 mm Durchmesser und eine Tiefe von 5 mm bis 8 mm für die Aufnahme des Targets (11) aufweist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Target ein Deuterium-Target ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektor (8) und der Ionenbeschleuniger (2) so angeordnet sind, dass deren Achsen kongruent verlaufen.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (1) aus reinem Chrom oder Vanadium gefertigt ist.