DE2240737C3

DE2240737C3 - Method for inducing fusion reactions

Info

Publication number: DE2240737C3
Application number: DE2240737A
Authority: DE
Inventors: Keith Allen Ann Arbor Mich. Brueckner (V.St.A.)
Original assignee: Kms Fusion Inc Ann Arbor Mich (vsta)
Current assignee: Kms Fusion Inc Ann Arbor Mich (vsta)
Priority date: 1972-08-18
Filing date: 1972-08-18
Publication date: 1979-09-20
Also published as: CH567776A5; DE2240737B2; BE790737A; FR2196505A1; FR2196505B1; DE2240737A1; NL7211397A

Description

Die Erfindung be'riift ein Verfahren zum Auslösen von Fusionsreaktionen nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.The invention be'riift a method for triggering fusion reactions according to the preamble of Main claim.

Ein derartiges Verfahren ist aus der IIS-Patentschrift 89 645 bekannt. Dabei wird von eiiKtn im wesentlichen kugelförmigen. Target ausgegangen, das aus kondensiertem Fusionsbrennstoff besteht. Dieses Target wird mit einem Laserimpuls beschossen, der anfänglich geringe FliiQdichte aufweist. Die Fiußdichte wird dann in genau festgelegter Weise gesteigert, wodurch sich eine einwärts laufende Druckwelle im Target ergeben soll.One such method is from the IIS patent 89 645 known. In doing so, eiiKtn essentially spherical. Assumed target consisting of condensed fusion fuel. This target is bombarded with a laser pulse that initially has a low flux density. The river density is then increased in a precisely defined manner, creating an inward pressure wave in the Target should result.

Ein ähnliches Verfahren ist in »Physics of Fluids«, Band 9, 1966, Seiten 617 bis 619 beschrieben.A similar method is described in "Physics of Fluids", Volume 9, 1966, pages 617 to 619.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszubilden, daß der Laserimpuls optimal an das Target ankoppelt, die Energieverluste minimalisiert und hierdurch in erhöhtem Maße bei der Implosion des Targets Kernfusionsreaktionen ausgelöst werden.The object of the present invention is to develop a method of the type mentioned at the beginning in such a way that that the laser pulse optimally couples to the target, minimizes the energy losses and thereby in to a greater extent, nuclear fusion reactions are triggered when the target implosions.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs aufgeführten Merkmale gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.This task is achieved by the features listed in the characterizing part of the main claim solved; advantageous developments of the method are given in the subclaims.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigtThe invention is described below using an exemplary embodiment with reference to the drawing explained in more detail; it shows

Fig. I die Ansicht eines Fusionsbrennstoff-Targets nach Ausbildung der unterdichten Absorptionszone, wobei sich der erste Stoß noch nicht von der thermischen Front abgelöst hat;Fig. I is a view of a fusion fuel target after the formation of the subdense absorption zone, where the first shock has not yet detached from the thermal front;

Fig. 2 die Ansicht einer Zwischenstufe bei der Implosion, wobei sich der erste· StoLl von der thermischen Iront abgelöst hat;2 shows the view of an intermediate stage in the implosion, with the first stump extending from the has replaced thermal Iront;

Fig. i cm Diagramm mit typischen Dichte- und 'iomperaiurverlaufen wahrend der implosion.Fig. I cm diagram with typical density and 'iomperaiur proceed during the implosion.

Der (iruiidbrennstolf des voll o'ier hohlki'gciigcn Targets wird aus einem Gemisch mit gleichen Anteilen von Deuterium und Tritium bei einer Dichte von 4,5 χ W¹ Atomen/cm³ bei etwa 5—10 K gebildet. Eine Hohlkugel ist zwar die zweckmäßigste Form; es kann jedoch eine Vollkugel verwendet werden, mit der sich eine thermonukleare Reaktion geringeren Wirkungsgrades erzielen läßt. The (iruiidbrennstolf the fully o'ier hollow-core target is formed from a mixture with equal proportions of deuterium and tritium at a density of 4.5 χ W ¹ atoms / cm ³ at about 5-10 K. A hollow sphere is indeed the Most appropriate shape; however, a full sphere can be used, with which a thermonuclear reaction of lower efficiency can be achieved.

Eine Kugel mit einem Radius in der Größenordnung von 0,5 bis 2 mm kann mit einem Laser von 50—100 kjA sphere with a radius of the order of 0.5 to 2 mm can with a laser of 50-100 kJ

to angefahren werden. Eine Hohlkugel mit einem Auben radius von 0,5 bis 2 mm weist zweckmäßigerweise eine to be approached. A hollow sphere with an outer radius of 0.5 to 2 mm expediently has a

Wandstärke im Bereich von 5 bis 30% des AußenradiusWall thickness in the range of 5 to 30% of the outer radius

auf.on.

Die für das Verfahren vorgesehene Laserleitung liegtThe laser cable intended for the procedure is in place

zwischen 50 und 1000 kj. Einzellaser mit einer Leistung von mehreren kj sind bekannt Mehrere solche Laser werden nun so angeordnet, daß ein konvergierender Laserstrahl erzeugt wird, der phasengleich mit einem gemeinsamen Hauptoszillator gesteuert wird.between 50 and 1000 kj. Single laser with one power of several kj are known. Several such lasers are now arranged in such a way that one converging Laser beam is generated, which is controlled in phase with a common main oscillator.

2u Das Reaktorgehäuse enthält die Laserquelle, gegebenenfalls Spiegel, den Träger oder die Eingabefläche für die Dsuterium-Tritium-Hohlkugel sowie eine Litium-Kühlanlage zur Absorption der Reaktionswärme.
Die Spiegel können räumlich um den Brennpunkt herum so angeordnet werden, daß die Laserenergie an mehreren Punkten der Oberfläche der Deuterium-Tritium-Hohlkugel angreift. Die günstigste Anzahl der Spiegel und die sich da. aus ergebenden Flächen oder Richtungen der Laserenergie kann errechnet werden.2u The reactor housing contains the laser source, possibly a mirror, the support or the input surface for the dsuterium-tritium hollow sphere as well as a lithium cooling system for absorbing the heat of reaction.
The mirrors can be arranged spatially around the focal point in such a way that the laser energy acts on several points on the surface of the hollow deuterium-tritium sphere. The cheapest number of mirrors and which are there. The resulting areas or directions of the laser energy can be calculated.

jo Die Auslösung des Lasers kann von Hand erfolgen, indem ein aufbereitetes Target an einen bestimmten Brennpunkt der Laserstrahlen gelegt wird und der Laserimpuls darauf gerichtet wird. Die Triggerung des Lasers kann auch dadurch erreicht werden, daß einejo The triggering of the laser can be done manually by placing a prepared target on a specific one Focus of the laser beams is placed and the laser pulse is directed onto it. The triggering of the Lasers can also be achieved by having a

Vt aufbereitete Hohlkugel durch den Laserbrennpunkt fallen gelassen und der Laserimpuls zur genauen Sollzeit ausgelöst wird. Die Dauer des Laserimpulses liegt im Bereich von Nanosekunden. Vt processed hollow sphere is dropped through the laser focal point and the laser pulse is triggered at the exact target time. The duration of the laser pulse is in the nanosecond range.

Die Erzeugung von Brennstoff-Vollkugeln kann dadurch erfolgen, daß das Brennstoff» misch auf eine nicht benetzende, heliumkalte Fläche getropft wird. Hohlkugeln entstehen unter dem Einfluß von eingeschlossenen Gasen. Die Brennstoff-Targets können in einem geeigneten Gegenstrom von gasförmigen Helium gehandhabt werden. Gegebenenfalls kann das Brennstoff-Target auch elektrisch aufgeladen und durch entsprechende elektrische Felder beeinflußt werden.Solid fuel spheres can be produced by mixing the fuel on a non-wetting, helium-cold surface is dripped. Hollow spheres are created under the influence of trapped Gases. The fuel targets can be in a suitable countercurrent of gaseous helium be handled. If necessary, the fuel target can also be electrically charged and through corresponding electric fields are influenced.

Das Auftreffen des Laserimpulses auf das Target, die Wechselwirkung mit diesem und die darauffolgendenThe impact of the laser pulse on the target, the interaction with it and the subsequent ones

■>o Vorgänge im Target spielen sich nun folgendermaßen ab:■> o Processes in the target now play out as follows away:

Die Laserenergie wird zunächst durch den klassischen Prozeß der umgekehrten Bremsstrahlung an der DT-Obcrflächc absorbiert; außerdem durch anormaleThe laser energy is first applied to the DT surface absorbed; also by abnormal ones

Vi Kopplung, die auf der Anregung von Fluktuationen des unstabilen Plasmas und der lonendichte beruht. Diese sind Folge des Dichtegradienten an der Oberfläche und des Eindringens der sich ausbreitenden Welle in den Festkörper. Eis ergibt sich eine Ionisierung sowie einVi coupling based on the excitation of fluctuations in the unstable plasma and the ion density. These are the result of the density gradient on the surface and penetration of the propagating wave into the solid. Ice results in an ionization as well

'" schneller Druckanstieg an der Oberfläche, wobei sich eine Schicht erwärmten DT-Plasmas an der Oberfläche bildet.'"rapid rise in pressure on the surface, being forms a layer of heated DT plasma on the surface.

Bei einem Laserfluß von K)¹' bis 10^M )/cm-' s steigt der Druck im DT-Plasma innerhalb von 10 '' Sekunden auf einen Wert von mehreren Mbar an. Dieser bewirkt, dall eine Stoßwelle den festkörper durchlaiilt und den Brennstoff zum Kugcimillelptinkt hin beM.hleunij;t.
Infolge iler langsamen I !bei tragimg tier KoIIisiomsWith a laser flow of K) ¹ 'to 10 ^M ) / cm-' s, the pressure in the DT plasma rises to a value of several Mbar within 10 '' seconds. This causes a shock wave to pass through the solid and accelerate the fuel towards the spherical mill optic.
As a result of slow I! In tragic animal collisions

energie von den Elektronen auf die Ionen ist die Elektronentemperatur erheblich höher als die Temperatur der Ionen; somit ist die hydrodynamische Bewegung hauptsächlich das Ergebnis des Elektronendrucks.energy from the electrons to the ions, the electron temperature is considerably higher than the temperature of the ions; thus is the hydrodynamic motion mainly the result of electron pressure.

Der fortgesetzte, lasererzeugte hohe Plasmadruck hält die nach innen gerichtete Beschleunigung des Brennstoffs aufrecht, der durch das Wegblasen der Oberfläche Material verliert. Die Tiefe des Stoßbereichs nimmt sowohl als Ergebnis des Fortschreitens der Stoßfront als auch der sphärischen Konvergenz zu.The continued high plasma pressure generated by the laser maintains the inward acceleration of the Fuel upright, which loses material by blowing away the surface. The depth of the joint area increases as a result of both the advancement of the shock front and spherical convergence.

Im Laufe der Zeit wird der Laserfluß verstärkt, um den Druck an der DT-Oberfläche zu erhöhen. Dadurch ergibt sich eine weitere Kompression des Brennstoffes, der bereits durch den Durchlauf der ersten Stoßwelle erregt ist. Die Materialdichte am Konvergenzmittelpunkt kann so in den Bereich vor mehreren hundert bis einigen tausend g/cm³ angehoben werden.Over time, the laser flux is amplified to increase the pressure on the DT surface. This results in a further compression of the fuel, which is already excited by the passage of the first shock wave. The material density at the center of convergence can thus be increased to the range from several hundred to several thousand g / cm ³ .

Die F i g. 1 und 2 zeigen eine schematische Darstellung der Änderung der Targetform. F i g. 1 zeigt eine Fusionsbrennstoffkugel nach der ersten Bestrahlung in einem Stadium, in dem sich eine unterdichte Absorplionszone auf der Außenfläche gebildet hat- Diese dehnt sich an der Front 1 aus. Der erste Stoß hat sich noch nicht von der thermischer Wellenfront 3 abgelöst. In Fig. 2 ist ein Zwischenstadium der Implosion dargestellt. Wieder ist die sich ausdehnende unterdichte Plasmaform 1, die Fläche 2 kritischer Dichte und die Wärmeleitungsfront 3 gezeigt. In diesem Stadium bewegt sich die Front 4 des ersten Stoßes weit vor der Front 4 nach innen. The F i g. 1 and 2 show a schematic representation of the change in the target shape. F i g. 1 shows a fusion fuel ball after the first irradiation in a stage in which an underdense absorption zone has formed on the outer surface - this expands at the front 1 . The first shock has not yet detached itself from the thermal wavefront 3. In Fig. 2 an intermediate stage of the implosion is shown. Again, the expanding subdense plasma shape 1, the critical density area 2 and the heat conduction front 3 are shown. At this stage, the front 4 of the first thrust moves inwards far in front of the front 4.

F i g. 3 zeigt die typischen Dichte- und Temperaturkurven während der Implosion. Das gezeigte Beispiel gilt für eine durch drei nacheinander erhöhte Pegel der Laserbestrahlung gesteuerte Implosion, bei der drei, nach dem Konvergenzmittelpunkt hin verlaufende Stöße erzeugt werden. Die durchgehend gezeichnete Kurve bildet die Dichtekurve, die von der kritischen Dichte aus bei einem Radius von 500 μπι steil bis zur Festkörperdichte von 0,19 g/cm³ bei 400 μίτι ansteigt und den Spitzenwert für die Dichte von nahezu 400 g/cm³ bei ΓΟΟ μπι erreicht und dann durch die vorangehenden Stöße hindurch bis auf die nicht angeregte, ursprüngliche Festkörperdichte bei einem Radius von 50 μίτι abfällt. Die Temperaturkurve ist schematisch als gestrichelte Linie gezeigt, wobei die Temperatur von 2,5 kV im Auftreffbereich des Lasers auf etwa 20C V am Kopf der bk zu 360 μπι eingedrungenen Wärmewelle abfällt. Die Temperaturkurve bei kleineren Radien ergibt sich völlig aus der Stoßaufheizung und fällt im wesentlichen vor dem ersten Stoß auf Null ab. Diu weitere Entwicklung der Stoßbewegung führt zu einem fast gleichzeitigen Eintreffen der Jrei Stoßwellen am Konvergenzmittel· punkt. wobei sich die Dichte bis etwa 1000 g/cm¹ erhöht. Die lasererzeugte DT-Zündung erfolgt innerhalb von wenigen H) " Sekunden.F i g. 3 shows the typical density and temperature curves during the implosion. The example shown applies to an implosion controlled by three successively increased levels of laser irradiation, in which three impacts are generated which run towards the center of convergence. The continuously drawn curve forms the density curve, which rises steeply from the critical density at a radius of 500 μπι to the solid density of 0.19 g / cm ³ at 400 μίτι and the peak value for the density of almost 400 g / cm ³ ΓΟΟ μπι reached and then through the previous collisions through to the unexcited, original solid density at a radius of 50 μίτι drops. The temperature curve is shown schematically as a dashed line, the temperature dropping from 2.5 kV in the area of impact of the laser to about 20C V at the head of the bk of 360 μm penetrated heat wave. The temperature curve for smaller radii results entirely from the shock heating and essentially drops to zero before the first shock. The further development of the shock movement leads to an almost simultaneous arrival of the three shock waves at the center of convergence. the density increasing to about 1000 g / cm ^1. The laser-generated DT ignition takes place within a few H) "seconds.

Die hydrodynamischen F.inzclberechnungen zeigen, daß etwa 10% des ursprünglichen DT-Brennstoffes am luule der Kugelimplosion hochkomprimiert sind, wobei <!er Rest des DT-Brennstoffes durch dus F.imiringcn der Wärmewelle und der nachfolgenden hydrodynamischen VerdUnnungswellc abgebaut wird. Die an das Target lbgegebt/ne Laserenergie wird fast vollständig bei derThe hydrodynamic calculations show that about 10% of the original DT fuel is on luule of the sphere implosion are highly compressed, where <! he rest of the DT fuel by dus F.imiringcn the Heat wave and the subsequent hydrodynamic VerdUnnungswellc is reduced. The one to the target Lbgiven / ne laser energy is almost entirely in the

midien nach außen gerichteten Ausdehnung des .'■..!iiuid der Implosion abgebauten, erwärmten DT ■!/gi-iiihri. Die schließlich am komprimierten DT iiifirelende Energie liegt je nach Pillcngrößc und Dicke i'.T KuL'clschalc zwischen 6 :.nd 10% der einfallenden Laserenergie. Die maximale Verdichtung liegt bei einer Dichte im Bereich von 500 bis 2000 g/cm³. In allen Fällen entsteht die hohe Verdichtung durch den schnell ansteigenden uaserfluß, wobei die Flußänderungen in der Zeit durch eine Reihe von Rechnerdurchläufen optimiert sind. Für einen gegebenen Brennstoff muß der Laserimpuls von Anfang an so geregelt werden, daß der Reflektionsverlust möglichst klein gehalten wird, wenn sich ein Dichtegradient an einer Oberfläche mit hoher midien outward expansion of the. '■ ..! iiuid of the implosion, warmed DT ■! / gi-iiihri. The energy finally flowing through the compressed DT is between 6 and 10% of the incident laser energy, depending on the size of the pill and its thickness. The maximum compression is at a density in the range from 500 to 2000 g / cm ³ . In all cases, the high compression arises from the rapidly increasing external flow, with the flow changes over time being optimized by a series of computer runs. For a given fuel, the laser pulse must be regulated from the start in such a way that the reflection loss is kept as small as possible if there is a density gradient on a surface with a high

lu Dichte bildet. Das Dichteprofil in der Oberflächenschicht muß so vorgeformt werden, daß die frühe Laserankopplung verbessert wird. Eine bei kritischer Dichte zunächst flache Schicht verbessert den Wirkungsgrad.lu density forms. The density profile in the surface layer must be preformed so that the early Laser coupling is improved. An initially flat layer at critical density improves efficiency.

Der durch die auftreffende Laserenergie erzeugte Druck und seine Weiterleitung in den dichten Brennstoff hinein ist eine sich schnell ändernde Funktion des einfallenden Laserflusses. Es läßt sich zeigen, daß die zur Optimierung der maßgeblichen Energieübertragung in eine implodierende Hohlkugel maßgebliche Größe, ausschließlich der Energie der fortgeblasenen Schicht, pVqa m iüt (p — maximaler Druck in der implodierenden Hohlkugel; m = Geschwindigkeit, mit der die Masse pro Flächeneinheit an der Wärmefront fortgeblasen wird.) Diese Grö2e variiert nur langsam mit dem Stoff und dem Fluß. Für eine DT-kugel von einem Millimeter tritt der Maximalwert bei einem Fluß von annähernd 1,62 χ lOxj/cm'auf. The pressure created by the incident laser energy and its transmission into the dense fuel is a rapidly changing function of the incident laser flux. It can be shown that the decisive quantity for optimizing the decisive energy transfer into an imploding hollow sphere , excluding the energy of the blown layer, pVqa m iüt (p - maximum pressure in the imploding hollow sphere; m = speed with which the mass per unit area The heat front is blown away.) This size varies only slowly with the material and the flow. For a DT sphere of one millimeter, the maximum value occurs at a flow of approximately 1.62 χ lOxj / cm '.

ju Die maximale Übertragung der Energie in die Implosion erfolgt nur bei einer richtig gewählter! Schalendicke der Hohlkugel, die eine Funktion des Flusses und des Brennstoffes ist. Das Massenverhältnis der ursprünglichen Hohlkugelmasse zur implodiertenju The maximum transfer of energy into the Implosion only takes place if one is correctly selected! Shell thickness of the hollow sphere, which is a function of the River and fuel is. The mass ratio of the original hollow sphere mass to the imploded one

J) Masse liegt optimal im Bereich von 5 bis 10. Für einen gegebenen Fluß kann das Verhältnis durch Änderung der Schalendicke so bestimmt werden, daß sich die maximale Implosionsenergie ergibt. Unter den günstigsten Kühlbedingungen gelangen etwa 10% der Laser-J) Mass is optimally in the range of 5 to 10. For one given flow, the ratio can be determined by changing the shell thickness so that the gives maximum implosion energy. Under the most favorable cooling conditions, about 10% of the laser

4i) energie in die Hohlkugelimplosion, die am Mittelpunkt konvergiert und für die Verdichtung und Erwärmung des Brennstoffes sorgt.4i) energy into the hollow sphere implosion at the midpoint converges and ensures the compression and heating of the fuel.

Der Anfangsstoß in der implodierten Hohlkugel hängt vom Druckanstieg ab, der wiederum durch dieThe initial impact in the imploded hollow sphere depends on the pressure increase, which in turn is caused by the

»". Laserankopplung bestimmt wird. Die Parameter werden so eingestellt, daß die Dichte und Temperatur des Brennstoffes in einem frühen Stadium der Implosion und damit auch die Anfangsbedingungen für die Temperatur und die Dichte, bei weicher die endgültige»". Laser coupling is determined. The parameters are set so that the density and temperature of the Fuel in an early stage of the implosion and thus also the initial conditions for the Temperature and density, at softer the final

in Brennstoffkomprimierung beginnt, bestimmt werden.in fuel compression begins to be determined.

Eine Zündung erfolgt, wenn der Brennstoff schnell genug Energie erzeugt, um die Temperatur vor dem Beginn des Zerfalls auf 15 — 20 keV anzuheben. Bei dieser Temperatur ist die ReaktionsgeschwindigkeitIgnition occurs when the fuel generates energy quickly enough to reach the temperature above To raise the beginning of the decay to 15-20 keV. This is the temperature at which the reaction rate is

.. sehr noch; es erfolgt eine schnellere weitere Aufheizung. Die Zündung ist abhängig von der Anfangstemperatur θ initial, der Dichte η und der Zeit /It, während üer die Kompression in der Nähe ihres Spitzenwertes ist. Die für die Zündung erforderliche Energie wird verringert, wenn die Zündung ^uei einer niederen Temperatur auftritt. Der erforderliche höhere Wert von ηΔ\. wird durch hohe IJrennstoffverdichtung erzielt... very still; there is a faster further heating. The ignition depends on the initial temperature θ initial, the density η and the time / It, while the compression is close to its peak value. Required for the ignition energy is reduced when the ignition occurs ^u ei a low temperature. The required higher value of ηΔ \. is achieved through high fuel compression.

Die innere Erwärmung des Brennstoffes erfolg» durch geladene Teilchen, die Reaktionsprodukte sind. Bei einer Elektronentemperatur von 5 keV beispielsweise haben x-Teilchen der DT-Reaktion (3,6 MeV) eine Reichweite von .3 χ MWN,.. Bei einer Elektroneridichte N,. von lO'Vcm' betragt die Reichweite 30μπι. WennThe internal heating of the fuel occurs through charged particles, which are reaction products. at an electron temperature of 5 keV, for example, x-particles of the DT reaction (3.6 MeV) have a Range of .3 χ MWN, .. With an electron density N ,. of 10'Vcm 'the range is 30μπι. if

also die Zone des aufgeheizten Brennstoffs erheblich größer ist, kann angenommen werden, daß das ^Teilchen seine Energie am Ort abgibt. Anfänglich vergrößert sich die Reichweite mit der (Elcktronentemperatiir) ⁱⁿ, bis die Ionen für den Mauptcncrgicvcrliist ■-. der (X-Teilchen sorgen. Danach wird die Reichweite schwach von der Ionen- oder Elektronentemperattir abhängig. Bei einer Elektronentempcratur von JOkeV betragt die Vergrößerung der ,■x-Teilchcnrcichwciie etwa einen Faktor 10 gegenüber dem Bereich bei 5 keV. in Wenn somit der Brennstoff zündet und sich bis auf mehr als 20 keV erwärmt, wird er relativ durchlässig für die (•«-Teilchen; die Aufheizgeschwindigkeit wird merklich herabgesetzt. Dadurch wird auch der Druck und folglich auch die Zcrfallsgeschwindigkeit des Brennstoffes i"> verringert.So the zone of the heated fuel is considerably larger, it can be assumed that the ^ particle gives off its energy at the place. Initially, the range increases with the (electron temperature) ⁱⁿ , until the ions for the main controller are -. of the (X-particles. After that, the range becomes slightly dependent on the ion or electron temperature. At an electron temperature of JOkeV, the increase in the x-particle size is about a factor of 10 compared to the range at 5 keV ignites and heats up to more than 20 keV, it becomes relatively permeable to the (• «-particles; the heating rate is noticeably reduced. This also reduces the pressure and consequently also the rate of disintegration of the fuel.

Für die untersuchte Konfiguralion ergaben die Berechnungen, daß für eine erfolgreiche Zündung und Verbrennung des Brennstoffe? cine höhn Rrpnnstnffvrrdichtung bei der für die Zündung nötigen Minimaltem- m peratur erforderlich ist. Die Hauptvariablen für die besten Bedingungen sind die Implosionsgeschwindigkeit, die Brennstoffmasse und die anfängliche Anstiegsgeschwindigkeit des Druckes im Brennstoff. For the examined configuration, the calculations showed that for a successful ignition and combustion of the fuel? cine mocking Rrpnnstnffvrrdichtung when necessary for ignition Minimaltem- m temperature is required. The main variables for the best conditions are the implosion rate, the fuel mass, and the initial rate of pressure rise in the fuel.

Wie vorstehend angegeben, hat die Form des r> Laserinipulses eine erhebliche Bedeutung für den Wirkungsgrad der Reaktion. Wenn die Eingangsenergie am Anfang zu hoch ist, erfolgt eine übermäßige Aiiflieizung des Brennstoffes, die eine hohe Endvcrdichtiuig verhindert. Andererseits kann ein l.ascreingangs impuls in Sägezahnform, der sich nach einer bestimmten Zeit erhöht, zu guten Ergebnissen führen.As stated above, the shape of the r> laser pulse is of considerable importance for the Reaction efficiency. If the input energy is too high at the beginning, it will be excessive Airflow of the fuel, which has a high final density prevented. On the other hand, an initial pulse in the form of a sawtooth, which changes after a certain Increased time to produce good results.

Der durchschnittliche Druck ist durch die Implosions geschwindigkeit festgelegt, die erforderlich ist. den Brennstoff auf Zündtemperatur /u bringen. Die gewünschte Bcschleunigungsfolge kann dadurch herbei geführt werden, daß die Laserleistung monoton von einem niederen Anfangswert ausgehend erhöht wird, der auf das Sollniveau des Anfangssloöcs eingestellt wird. Die Rechnungen zeigen, daß ein nichtlinearei Anstieg mit der Zeit am wirksamsten ist. Der Fluß kann auch in drei oder vier Stufen verstärkt werden, wobei er zwischen den Erhöhungen konstant gehalten wird. Die richtige Wahl der Impulsform wird durch Rechnerläufe ermittelt, bei welchen die Form variiert wird.The average pressure is due to the implosions set the speed that is required. the Bring fuel to ignition temperature / u. the desired acceleration sequence can be brought about that the laser power monotonously of is increased starting from a lower initial value, which is set to the target level of the initial looc will. The calculations show that a non-linear Increase over time is most effective. The river can can also be amplified in three or four stages, keeping it constant between increases. the The correct choice of the pulse shape is determined by computer runs in which the shape is varied.

Die Reaktion erwärmt den sich ausdehnenden Brennstoff, der nicht verbrannt wird. Die thermische Ausgangscnergie ergibt sich aus der kinetischen Energie des expandierenden DT-Plasmas, der geladenen Reaktionsprodukte sowie der aus der Moderation der aus der DT-Reaktion stammenden 14 MeV-Neutroncn. Die Wärmeenergie kann durch einen flüssig Litium-Absor ber im Reaktorgehäuse abgeleitet werden, der den Reaktorraum umgibt, oder auch dadurch, daß man das flüssige Litium zu einem externen Wärmetauscher ströme" läßt.The reaction heats the expanding fuel, which is not burned. The thermal The initial energy results from the kinetic energy of the expanding DT plasma, the charged reaction products as well as that from the moderation of the 14 MeV neutrons originating from the DT reaction. the Thermal energy can be dissipated through a liquid lithium absorber in the reactor housing, which provides the Surrounding the reactor space, or by the fact that the liquid lithium to an external heat exchanger stream "lets.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Verfahren zum Auslösen von Fusionsreaktionen, bei dem ein im wesentlichen kugelförmiges Target aus kondensiertem Fusionsbrennstoff zunächst mit Laserstrahlung geringer Fiußdichte und dann zur Erzeugung einer einwärts laufenden Druckwelle mit Laserstrahlung hoher Flußdichte allseitig bestrahlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlung mit geringer Flußdichte erfolgt, bis am Target eine geringere Dichte aufweisende Oberflächenschicht mit heißen Elektronen erhalten wird, und dann die Bestrahlung mit hoher Flußdichte fortgesetzt wird.1. A method for inducing fusion reactions, in which a substantially spherical Target made of condensed fusion fuel initially with laser radiation of low flux density and then to generate an inwardly traveling pressure wave with laser radiation of high flux density is irradiated on all sides, characterized in that the irradiation with less Flux density takes place until a lower density surface layer is hot on the target Electrons is obtained, and then the high flux density irradiation is continued.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Target in Form einer Hohlkugel verwendet wird.2. The method according to claim 1, characterized in that a target in the form of a hollow sphere is used.

3. The method according to claim 2, characterized in that the outer radius of the hollow ball is between 0.5 and 2 mm and the wall thickness of the hollow ball is 5 to. .10% of its outer radius.

4. Procedure according to one of the speeches! to 3, characterized in that the irradiation with high flux density by successive laser pulses takes place, which are synchronized in time that a pressure wave superposition at the center of the Targets is obtained.