DE2329409A1

DE2329409A1 - Pulse fusion reactor for electrical power plant - utilizing deuterium pinched plasma

Info

Publication number: DE2329409A1
Application number: DE2329409A
Authority: DE
Inventors: Albert George Dr Fischer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-05-17
Filing date: 1973-06-08
Publication date: 1974-11-28

Abstract

Pulse fusion reactor with application to both large or small electrical power plant installations. A plate condenser assembly connected to a high voltage source effects current discharge through the fluid lithium layer enclosing a deuterium or 50% deuterium-tritium mixture gas injected into the electrode chamber of the assembly. Gaseous expansion of the lithium ensues and results in an implosion wave which compresses the deuterium mixture within the applied magnetic field to create a spherical theta pinched plasma and thermo-nuclear conditions. Heat energy released by the reaction is conducted through the containment vessel walls which are cooled by the liquid metal primary circuit which includes a steam raising heat exchanger and steam turbine with generator.

Description

Pulsierender Kernfusionsreaktor Die Erfindung bezieht sich auf einen pulsierend-arbeitenden Kernfusionsreaktor zur Gewinnung elektrischer Energie durch Verbrennung von Deuterium zu Helium, bei dem eine Kondensatorentladung eine konzentrische Wand-Implosion in einer großen, nahezu kugelförmigent Deuterium-Tritium-gefüllten Blase verursacht. Diese Blase wird vor jedem Entladungsvorgang von neuem in eine Flüssigkeit injiziert, die aus geschmolzenem Lithiumdeuterid-Triterid besteht und den Raum zwischen den beiden Entladungselektroden ausfüllt. Durch die elektrischen Wandströme wird das Plasma im Zentrum des Hohlraums magnetisch komprimiert und erreicht die zur Fusion erforderlichen Bedingungen. Diese neue Konfiguration kann als "sphärischer Theta-Pinch" bezeichnet werden. Die Kernfusions-Stoßwelle, die Neutronen strahlung und die Lichtstrahlung werden zerstörungsfrei von der flüssigen Li-D-T-Wandung absorbiert. Diese Wandung dient somit als Stoßdämpfer, Tritium-Brüter und -Lieferant, und als wärmeübertrag de Flüssigkeit. Pulsating Nuclear Fusion Reactor The invention relates to a pulsating nuclear fusion reactor to generate electrical energy Combustion of deuterium to helium, in which a capacitor discharge is a concentric one Wall implosion in a large, almost spherical deuterium-tritium-filled Bubble caused. Before each discharge process, this bubble is rebuilt into a Injected liquid consisting of molten lithium deuteride triteride and fills the space between the two discharge electrodes. Through the electric Wall currents, the plasma is magnetically compressed and reached in the center of the cavity the conditions necessary for the merger. This new configuration can be called "spherical Theta-Pinch ". The nuclear fusion shock wave, the neutron radiation and the light radiation is absorbed non-destructively by the liquid Li-D-T wall. This wall thus serves as a shock absorber, tritium breeder and supplier, and as a heat transfer de liquid.

Die Erzeugung nutzbringender elektrischer Energie durch Umwandlung des nahezu unerschöpflichen Naturvorrats von Deuterium zu Helium im Wege der Kernverschmelzung, ohne die Entstehung von radioaktivem Abfall oder Umgebungsschäden, ist von größter praktischer Bedeutung. Um Kernfusion zu erzielen, müssen die Kerne gegen ihre elektrostatische AbstoBung dicht zusammengebracht werden. Dies erfordert kinetische Energien der Größenordnung von lo KeV oder mehr, was einer Temperatur von loo Millionen Grad oder mehr entspricht. The generation of useful electrical energy through conversion the almost inexhaustible natural supply of deuterium to helium in the Nuclear fusion routes without generating radioactive waste or environmental damage, is of the greatest practical importance. In order to achieve nuclear fusion, the cores must be brought close together against their electrostatic repulsion. This requires kinetic energies of the order of lo KeV or more, reflecting a temperature of loo million degrees or more.

~Die Fusionsenergie wird freigesetzt in Form von Neutronen mit etwa 18 MeV, Atomkernen von einigen MeV, und Licht. Um einen Energiegewinn über die zur Fusion aufgewandte Energie zu erzielen, muß das Deuterium-Tritium-Plasma bei 108 K dem sogenannten Lawson-Kriterium genügen. Dies besagt, daß das Produkt aus Teilchendichte und Verweilzeit bei der Temperatur von lo 8o K größer sein muß als lol sec/cm . Beim Druck von einer Atmosphäre muß die Verweilzeit etwa eine Mikrosekunde betragen.~ The fusion energy is released in the form of neutrons with about 18 MeV, atomic nuclei of a few MeV, and light. In order to gain energy through the for To achieve the energy expended on fusion, the deuterium-tritium plasma must be at 108 K satisfy the so-called Lawson criterion. This means that the product of particle density and the dwell time at the temperature of lo 80 K must be greater than lol sec / cm. At one atmosphere pressure, the dwell time must be about one microsecond.

Die Wanderungsgeschwindigkeit der Atomkerne bei der Fusionstemperatur ist äußerst hoch. Um zu verhindern, daß sie ihre Energie durch Wandzusammenstöße verlieren, müssen sie daher durch nichtmaterielle Wände, also magnetische Kräfte, zusammengehalten werden.The speed of migration of the atomic nuclei at the fusion temperature is extremely high. To prevent their energy from colliding with the wall lose, they must therefore through non-material walls, i.e. magnetic forces, be held together.

Eine Obersicht über den gegenwärtigen Stand der Technik kann man zum Beispiel in dem Artikel von R.F. Post, "Prospects for Fusion Power", Physics Today, April 1973, Seite 30, finden. Man hat seit langem erkannt, daß die beste Methode, elektrische Energie durch Kernverschmelzung zu erzeugen, die repetitive Explosion von kleinen Mengen von komprimiertem Deuterium-Tritium Gasgemisch in einem geeigneten Behälter ist. Die gegenwärtigen Versuche, das D-T-Plasma unter magnetischem Einschluß, oder im Fokus von riesigen Puls-Lasern zu erhitzen, selbst wenn sie gelängen, würden jedoch untauglich für die tatsächliche praktische Energieerzeugung sein, denn die dann entstehende Kernverschmelzungs-Explosion mit ihrer Stoßwelle, Gamma-Strahlung und ihrem Ausbruch von Neutronen würde die Wandungen des Vakuumgefäßes zerstören, würde ferner die erforderlichen supraleitenden Magnete und Hochfrequenzelektroden beeinträchtigen, oder würde die Fenster der verwendeten Laser schädigen. Folglich könnte die freigesetzte Energie nicht zum menschlichen Verbrauch verwendet werden.An overview of the current state of the art can be found at Example in the article by R.F. Post, "Prospects for Fusion Power," Physics Today, April 1973, page 30. It has long been recognized that the best method to generate electrical energy through nuclear fusion, the repetitive explosion of small amounts of compressed deuterium-tritium gas mixture in one suitable container. Current attempts to test the D-T plasma under magnetic Confinement, or heating in the focus of giant pulse lasers, even if they succeed, would, however, be unsuitable for actual practical energy production, because the then resulting nuclear fusion explosion with its shock wave, gamma radiation and their outbreak of neutrons would destroy the walls of the vacuum vessel, would also have the required superconducting magnets and high frequency electrodes or would damage the windows of the lasers used. Consequently the released energy could not be used for human consumption.

Seit Beginn der Kernfusionsforschung 1956 sind viele Milliarden ausgegeben worden, um die verschiedenen Verfahren des magnetischen Einschlusses des heißen Plasmas zu studieren. Dennoch sind die gegenwärtigen Groß-Experimente, einschließlich des letzten, das versucht, Tabletten aus gefrorenem Deuterium-Tritium durch Laserstrahlen zu erhitzen, selbst wenn sie gelängen, höchst unpraktisch zum Zwecke der technischen Energieerzeugung. Wenn nutzbare Kernfusion erzielt würde, würde die entstehende Stoßwelle, und der Ausbruch von energiereichen Neutronen, die festen Wände des erforderlichen Vakuumgefäßes zerschmettern, oder schwächen, oder radio aktiv machen, oder würde die Austrittspupillen der verwendeten Laser undurchsichtig machen. Die Hitze könnte von den Wandungen der Gefäße nicht abgenommen werden, denn diese sind dicht belegt mit supraleitenden Magneten, Hochfrequenzelektroden, Rohren und Kabeln. Selbst wenn also mit diesen Laboratorlumsapparaten nutzbare Kernfusion erzielt werden könnte, sähe man sich weiterhin de Problem gegenüber, wie man einen technisch brauchbaren Energie-Generator konstruieren sollte.Many billions have been spent since nuclear fusion research began in 1956 been to the various methods of magnetic confinement of the hot Study plasmas. Nevertheless, the current large-scale experiments are inclusive the last one trying to make tablets of frozen deuterium tritium by laser beams To heat them, even if they succeed, is highly impractical for technical purposes Power generation. If usable nuclear fusion were achieved, the nascent would be Shock wave, and the burst of high-energy neutrons, the solid walls of the required Shatter the vacuum vessel, or weaken it, or make it radioactive, or would make the exit pupils of the lasers used opaque. The heat could are not removed from the walls of the vessels, because these are densely covered with superconducting magnets, high frequency electrodes, pipes and cables. Even if thus usable with these laboratory apparatus Nuclear fusion achieved could be if one would continue to face the problem of how to get one technically should construct a usable energy generator.

Deshalb wird vorliegend versucht, diese Aufgabe von der technischen Ausführbarkeit her anzugehen. Angenommen wir wüßten, wie man kleie Kernfusionsexplosionen erzeugt. Wie müßte das Gefäß konstruiert sein,. damit wiederholte Explosionen darin produziert werden könne, ohne es zu schädigen? Wie kann die Kernenergie in elektrische Energie umgewandelt werden? Wie können die freigesetzten Neutronen zur Brütung von Tritium ausgenützt werden? Und wie können sie daran gehindert werden, indie Umgebung zu gelangen und radioaktiven Abfall zu erzeugen? In der deutschen Patentschrift No. 1 o22 711 des gleichen Anmelders wurde bereits darauf hingewiesen, daß die Wandungen der Kernfusionskammer vorteilhafterweise aus einem flüssigen Metall bestehen sollten. Für jede folgende Mikroexplosion wird die Explosionskammer durch Injektion einer Gasblase in das flüssige Metall neu gebildet, wobei ein Hohlraum zwischen den energiezuführenden Entladungselektroden entsteht. Einzig und allei auf diese Weise können die Stoßwelle, der Neutronenausbruch, und der Lichtstoß jeder Mikroexplosion repetitiv zerstörungsfrei absorbiert und in nützliche Energie umgewandelt werden. Für diese ständig zu erneuernden Flüssigmetall-Wandungen ist es jedoch unzweckmäßig, von außen einwirkende elektromagnetische Felder oder fokussierte Vielfachleser zu benutzen. Wie in der obengenannten Patentschrift ausgeführt, wird die Energie am besten durch eine hochenergetische, sehr kurze Kondensatorentladung zugeführt. Zu diesem Zweck wurde ein großer, konzentrischer Plattenkondensator mit sehr niedriger Induktivität vorgeschlagen. Er sollte eine zylindrische Gasentladung im Deuteriumgas, welche die Blase bilde hohe erzeugen. Es ist jetzt klargeworden, daß die erforderliche/Temperatur auf diese Weise wegen der Abkühlung des Plasmas an den Elek troden nicht erreicht werden kann.Therefore, the present attempt is made to remove this task from the technical To address feasibility. Suppose we knew how to do bran nuclear fusion explosions generated. How should the vessel be constructed. with it repeated explosions in it can be produced without damaging it? How can nuclear energy be converted into electrical Energy to be converted? How can the released neutrons be used for breeding Tritium be exploited? And how can they be prevented from entering the environment to arrive and generate radioactive waste? In the German patent specification No. 1 o22 711 by the same applicant has already been pointed out that the walls the nuclear fusion chamber should advantageously consist of a liquid metal. For each subsequent micro-explosion, the explosion chamber is injected with one Gas bubble newly formed in the liquid metal, leaving a cavity between the energizing ones Discharge electrodes are created. Only in this way can the shock wave, the neutron burst, and the burst of light of every micro-explosion, repetitively non-destructive absorbed and converted into useful energy. For this to be constantly renewed For liquid metal walls, however, it is inexpedient to use externally acting electromagnetic signals Use fields or focused multiple readers. As in the above patent carried out, the energy is best achieved through a high-energy, very short capacitor discharge fed. to a large, concentric plate capacitor was used for this purpose proposed with very low inductance. It should have a cylindrical gas discharge in the deuterium gas, which form the bubble, generate high levels. It has now become clear that the required / temperature in this way because of the cooling of the plasma cannot be reached at the electrodes.

Die feste Wandung des Behälters, welcher diese sich stets erneuern ~ de flüssig-wandige Explosionskammer enthält, kann elastisch konstruiert sein, aus balgenartig gefalteten Blechwänden, damit sie die Stöße aufnehmen kann, welche die Flüssigkeit nach außen ableitet. Die dicke Flüssigmetallschicht absorbiert die Neutronen, sodaß die mechanische Festigkeit dieser festen Wand nicht geschwächt wird.The solid wall of the container, which these are always renewed ~ the liquid-walled explosion chamber contains, can be constructed elastically, from bellows-like folded sheet metal walls so that it can absorb the shocks that the liquid drains to the outside. The thick liquid metal layer absorbs the Neutrons, so that the mechanical strength of this solid wall is not weakened will.

Jedoch ist in der DT-PS 1 o22 711 nicht berücksichtigt, daß diese flüssige Schwermetallschicht selbst radioaktiv werden würde und somit die elastischen Außenwände bestrahlen und schwächen würde, wobei diese große Menge radioaktiven Metalls eine gewaltige Gefahr darstellt und damit die Vorzüge der Thermofusion annuliert.However, DT-PS 1 o22 711 does not take into account that this liquid heavy metal layer itself would become radioactive and thus the elastic one External walls would irradiate and weaken, this large amount being radioactive Metal represents a tremendous danger and thus negates the benefits of thermofusion.

In der vorliegenden Erfindung wird die grundsätzliche Anordnung gemäß der deutschen Patentschrift 1 o22 711, nämlich eine Kondensatorentladung in einer von einer Flüssigkeit eingeschlossenen Gasblase zwischen den zwei mit den Kondensatorplatten verbundenen Elektroden beibehalten. In der DT-PS 1 o22 711 wurde bereits erkannt, daß das Vorhandensein einer dicken Schicht eines Metalls, mit 5 e seiner elektrien Leitfähigkeit, die Benutzung von äußeren elektromagnetischen Feldern zwecks Heizung des Gas-Plasmas unmöglich macht. Der einzig verbleibende Weg war also die Erzeugung einer Gasentladung in der injizierten Gasblase durch Hochspannungsentladung zwischen zwei sich gegenüberliegenden Entladungselektroden. Eine geeignete Energiequelle kann durch einen Kondensator hoher Kapazität und niedriger Induktivitat gebildet werden, der auf eine hohe Spannung aufgeladen ist.In the present invention, the basic arrangement is according to the German patent 1022711, namely a capacitor discharge in one gas bubble enclosed by a liquid between the two with the capacitor plates Maintain connected electrodes. In the DT-PS 1 o22 711 it has already been recognized that the presence of a thick layer of a metal, with 5 e of its electricity Conductivity, the use of external electromagnetic fields for the purpose of heating the gas plasma makes impossible. The only way left was that is, the generation of a gas discharge in the injected gas bubble by high-voltage discharge between two opposite discharge electrodes. A suitable source of energy can be formed by a capacitor of high capacitance and low inductance charged to a high voltage.

In der DT-PS 1 022 711 ist ausgeführt, daß der beste, zur Erzeugung einer rasch-ansteigenden Stromentladung geeignete Kondensator der konzentrische Plattenkondensator ist, bei dem die Entladungskammer im Mittelpunkt ist. Sobald der Kondensator geladen ist, wird die Entladung durch schnelles SchlieBen eines großflächigen Schalters eingeleitet. Kurz zuvor wird die Deuterium-Blase durch eine Bohrung in einer oder beiden Elektroden in den Zwischenelekraum trodenSinjiziert, wobei diese Blase das Flüssigmetall verdrängt.DT-PS 1 022 711 states that the best one is to generate the concentric capacitor suitable for a rapidly increasing current discharge Is a plate capacitor in which the discharge chamber is the focus. As soon the capacitor is charged, the discharge is started by quickly closing one large switch initiated. Shortly beforehand, the deuterium bubble is replaced by a Injected hole in one or both electrodes into the space between the electrodes, this bubble displaces the liquid metal.

Für die außerst kurze Zeitspanne der Kondensatorentladung kann die Blase als stationär und nahezu kugelig betrachtet werden.For the extremely short time span of the capacitor discharge, the The bladder can be considered stationary and nearly spherical.

Es wurde dabei angenommen, daß der Kondensatorentladungsstrom hauptsachlich durch das die Blase bildende Gas in der Form eines zylindrischen Plasmas geht. Es wurde ferner angenommen, daß nur ein Teil des Entladungsstroms durch den vom Flussigmetall gebildeten Parallelpfad fließt, und daß dieser irallelpfad, mit seiner Krümmung und damit hohen Induktivität, eien hohen Widerstand für den Strom darstellt. Es kann jedoch wegen der Berührung des Plasmas mit den Elektroden die Fusionstemperatur auf diese Weise nicht erreicht werden.It was assumed that the capacitor discharge current is mainly through which the gas forming the bubble passes in the form of a cylindrical plasma. It it was also assumed that only part of the discharge current was carried by the liquid metal formed parallel path flows, and that this irallel path, with its curvature and thus high inductance, represents a high resistance for the current. It However, the fusion temperature can be reduced because of the contact of the plasma with the electrodes cannot be achieved in this way.

Die Erfindung besteht in dem Gebrauch einer neuen und völlig verschiedenen Flüssigkeit, welche das früher vorgeschlagene Schwermetall (Zinn oder ähnliches) ersetzt, und im Ersatz der früher vorgeschlagenen zylindrischen Gasentladung zwischen den Elektroden durch eine implodierende konzentrische mechanisch-magnetische Stoßwelle, die durch den rasch-ansteigenden Strom entlang der rotatbns-ellipsiodalen Wandungen der Gasblase von Elektrode zu Elektrode erzeugt wird und zur Erreichung der Fusionsbedingungen im Zentrum des Hohlraums führt.The invention consists in the use of a new and completely different one Liquid containing the previously proposed heavy metal (tin or similar) replaced, and in replacement of the previously proposed cylindrical gas discharge between the electrodes by an imploding concentric mechanical-magnetic shock wave, caused by the rapidly increasing current along the rotatbns-ellipsoidal walls the gas bubble is generated from electrode to electrode and to achieve the fusion conditions leads in the center of the cavity.

Der Kernfusionsreaktor gemäß der vorliegenden Erfindung benutzt eine Flüssigkeit, welche aus einer geschmolzenen Legierung von Lithium-Deuterid-Triterid und Lithium besteht. Diese Flüssigkeit zersetzt sich in Lithium, Deuterium und Tritium, wenn sie erhitzt wird. Diese Eigenschaft wird bei jedem neuen Explosionstakt zur Anreicherung des Hohlraums mit Tritium genutzt. Diese Flüssigkeit kann Stoßwellen und Neutronenausbrüche ohne Schädigung absorbieren und benutzt die Neutronen zum Brüten von Tritium und Deuterium aus Lithium und Helium. Sie dient auch als Wärmeaustausch-Flüssigkeit.The nuclear fusion reactor according to the present invention uses one Liquid made from a molten alloy of lithium-deuteride-triteride and lithium is made. This liquid decomposes into lithium, deuterium and tritium, when heated. This property becomes with each new explosion stroke Enrichment of the cavity with tritium used. This liquid can create shock waves and absorb neutron bursts without damage and use the neutrons to Breeding of tritium and deuterium from lithium and helium. It also serves as a heat exchange fluid.

Die neuartige Flüssigkeit besteht also aus einer Legierung von ILibium-Deuterid-Triterid (LiDxTl,x> x<1) mit Lithium 6;Li. Der 3 Schmelzpunkt von Lithiumdeuterid-Triterid ist ähnlich dem von Lithiumhydrid, nämlich ungefähr 68o0C. Bei dieser Temperatur hat es einen Zersetzungsdruck von ungefähr einer Atmosphäre. Diese Bedingungen sind beschrieben in dem Buch ketal Hydriden, von W.M.The novel liquid consists of an alloy of ILibium-deuteride-triteride (LiDxTl, x> x <1) with lithium 6; Li. The 3 melting point of lithium deuteride triteride is similar to that of lithium hydride, namely about 68o0C. At this temperature it has a decomposition pressure of about one atmosphere. These conditions are described in the book ketal hydrides, by W.M.

Mueller, J.P. Blackledge und J.G. Libowitz, Academic Press, New York 1968. Die stöchiometrische Verbindung ist ein nichtleitendes Salz. Durch Legieren mit zunehmenden Menge4 von Lithium kann seine Leitfähigkeit vergrößert werden, bis sie metallisch ist. Lithium und Lithiumhydrid bilden eine kontinuierlichte Mischreihe. Diese Eigenschaft erlaubt es, die Leitfähigkeit und ihren Temperaturkoeffizienten auf den besten Wert einzustellen.Mueller, J.P. Blackledge and J.G. Libowitz, Academic Press, New York 1968. The stoichiometric compound is a non-conductive salt. Alloying with increasing amounts4 of lithium can increase its conductivity until it is metallic. Lithium and lithium hydride form a continuous light Mixed batch. This property allows the conductivity and its temperature coefficient set to the best value.

Dies ist zur Erzielung eines gleichmäßigen Stromflusses über den vollen Umfang des Rotationsellipsoids von Elektrode zu Elektrode wichtig. Die Tatsache, daß sich Lithiumhydrid, bzw. -deuterid oder -triterid leicht thermisch zersetzt, kann vorteilhaft ausgenutzt werden: Das Lithium absorbiert Neutronen unter Bildung von Tritium das sofort als Triterid chemisch gebunden wird. Die Flüssigkeit reichert sich also mit Triterium an. Tritium ist höchst wünschenswert, da die Kernfusionsreaktionen von D mit T den höchsten Einfangquerschnitt aller Fusionsreaktionen besitzt. Dieses gebundene Triterium wird leicht wieder freigesetzt, wenn die Verbindung aufgeheizt wird, und kann damit an der Reaktion teilnehmen. Zum Beispiel ist es möglich, die D-T-Blase anstatt durch Injektionen von außen, durch kurzes Erhitzen mittels eines Stromimpulses, der die Flüssigkeit thermisch zersetzt, herzustellen. Das dabei ebenfalls entstehende dampfförmige Lithium kondensiert sich rasch an den Wandungen der Blase, sodaß die Blase im wesentlichen nur mit Deuterium und Tritium gefüllt ist.This is to achieve an even flow of current over the full The circumference of the ellipsoid of revolution from electrode to electrode is important. The fact, that lithium hydride, deuteride or triteride is easily thermally decomposed, can be used to advantage: The lithium absorbs neutrons with formation of tritium which is immediately chemically bound as triteride. The liquid enriches so with triterium. Tritium is highly desirable as the nuclear fusion reactions of D with T has the highest capture cross-section of all fusion reactions. This Bound triterium is easily released again when the compound is heated up and can thus participate in the reaction. For example, it is possible to use the D-T-bladder instead of external injections, by briefly heating with a Current pulse that thermally decomposes the liquid to produce. That too the resulting lithium vapor condenses rapidly on the walls of the bladder, so that the bladder is essentially filled only with deuterium and tritium.

Somit erlaubt die Verwendung von flüssigem Lithiumdeuterid-Triterid, auf einfache und unkomplizierte Weise einen vollen Zyklus durchzuführen.Thus, the use of liquid lithium deuteride triteride allows perform a full cycle in a simple and straightforward way.

Die anfängliche Ionisation der D-T-Gasmischung kann durch1 eine Gasentladung zwischen den Elektroden erfolgen, wie in der DT-PS 1 o22 711 erläutert. Zusätzlich kann die Ionisation durch mechanische Kompression erfolgen, infolge der explosiven Verdampfu g der Kammerwandung durch Ohmsche Wärme und thermische Zersetzung.The initial ionization of the D-T gas mixture can be achieved by a gas discharge take place between the electrodes, as explained in DT-PS 1 o22 711. Additionally the ionization can be done by mechanical compression, as a result of the explosive Evaporation of the chamber wall through ohmic heat and thermal decomposition.

Die Erhitzung auf Fusionstemperatur erfolgt sodann mittels konzentrischer magnetischer Kompression durch die rasch-schrumpfende magnetische Einschließung durch kreisförmige Feldlinien, die der Wandungsstrom erzeugt. Obwohl diese Art der magnetischen Kompression verwandt ist mit der im "linearen Theta-Pinch" oder toroidalen Theta-Pinch" benutzten, ist die hier verwendete sphärische Konfiguration neu, und wird durch die Notwendigkeit her vorgerufen, eine flüssigwandige Explosionskammer zwischen zwei Elektroden zu verwenden, und das Plasma ohne Elektrodenkontakt oder andkontakt durch magnetische Kompression al verdichten und zu erritzen.The heating to the fusion temperature is then carried out by means of a concentric magnetic compression through the rapidly shrinking magnetic enclosure by circular field lines generated by the wall current. Although this type of magnetic compression is related to that in "linear theta pinch" or toroidal Theta-Pinch ", the spherical configuration used here is new, and is evoked by the need for a liquid-walled explosion chamber to use between two electrodes, and the plasma without electrode contact or and contact by magnetic compression al to compress and scratch.

in großer konzentrischer Plattenkondensator wird benutzt, bei dem die sich im Zentrum befindliche Entladungskammer mit Flüssigkeit gefüllt ist, und in welche sich die beiden Entladungselektroden erstrecken. In diesem Zwischenelektrodenraum wird kurz vor jedem Stromstoß eine Blase von Deuterium-Tritium erzeugt. Die Kernfusion findet in diesem Hohlraum statt. Wie zuvor, wird die Flüssigkeit enutzt, die Schockwelle zu dämpfen, den Neutronenstoß zu absorieren und die Hitze zum Wärmeaustauscher zu leiten, Die erfindungsgemäße Verwendung von flüssigem Lithiumdeuterid- Triterid löst auch das Problem des Radioaktivwerdens der früher vorgeschlagenen Schwermetallschicht, denn das einzige Radionukleid, das durch Neutronen in ihm erzeugt wird, ist Tritium, welches ein relativ harmloser Betastrahler ist. Außerdem ist diese Flüssigkeit der beste existierende Neutronenmoderator, und verhindert somit das Entweichen von Neutronen in den Außenraum.in large concentric plate capacitor is used in which the discharge chamber located in the center is filled with liquid, and in which the two discharge electrodes extend. In this interelectrode space a bubble of deuterium-tritium is created shortly before each current surge. The nuclear fusion takes place in this cavity. As before, the liquid is used, the shock wave to dampen, to absorb the neutron shock and the heat to the heat exchanger guide, the inventive use of liquid lithium deuteride Triteride also solves the problem of the previously proposed heavy metal layer becoming radioactive, because the only radionuclide that is generated in it by neutrons is tritium, which is a relatively harmless beta emitter. In addition, this liquid is the best existing neutron moderator, and thus prevents neutrons from escaping in the outside space.

Die Erfindung bezieht sich somit auf einen Kernfusionsreaktor zur Umwandlung des im Überfluß vorhandenen Deuteriums in Helium zwecks Erzeugung nutzbarer elektrischer Energie. Erfindungsgemäß besteht die Flüssigkeit, welche den Zwischenelektrodenraum ausfUllt, aus einer Legierung von Lithium-Deuterid (LiD), Lithium-Triterid (LiT) und Lithium (Li) von willkürlich einstellbarer elektrischer Leitfähigkeit. Die Kernfusion geht innerhalb eines vor jedem Arbeitstakt neuerzeugten Hohlraumes in dieser Flüssigkeit vor sich und wird von einer raschen Kondensatorentladung eingeleitet. Der axialsymmetrische Wandstrom erzeugt eine konzentrische Schockwelle, welche das Plasma im Zentrum der Gasblase bis zur Fusionstemperatur komprimiert. Dies geschieht durch Erzeugung einer Wandimplosion, und eier durch den raschen Stromanstieg verursachten Feld-Fmpression. Im Gegensatz zur DT-PS 1 o22 711 hat das erhitze Plasma keine zylindrische Ausdehnung und keinen Kontakt mit den Elektroden. Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht die volle Ausnutzung der thermonuklearen Neutronen zum Brüten von Tritium, vermeidet die Verunreinigung des Plasmas mit schweren Kernen, ermöglicht auf einfache Art die Lieferung von D-T-Mischung in den Entladungsraum und verhindert das Entweichen von Neutronen in den Außenraum. Durch diese Vorteile ermöglicht die Erfindung nicht nurj die technische Verwirklichung der Kernfusion per se, sondern ist zur Konstruktion sowohl von sehr großen als auch sehr kleinen Kern kraftwerken geeignet. The invention thus relates to a nuclear fusion reactor for Conversion of the abundant deuterium into helium for the purpose of producing usable ones electrical energy. According to the invention, there is the liquid which forms the intermediate electrode space fills, made of an alloy of lithium deuteride (LiD), lithium triteride (LiT) and lithium (Li) of arbitrarily adjustable electrical conductivity. The nuclear fusion goes within a newly created cavity in this liquid before each work cycle in front of him and is initiated by a rapid capacitor discharge. The axially symmetric one Wall current creates a concentric shock wave that has the plasma in the center of the Gas bubble compressed to fusion temperature. It does this by generating a Wall implosion, and field pressure caused by the rapid rise in current. In contrast to DT-PS 1 022 711, the heated plasma does not have a cylindrical extension and no contact with the electrodes. The arrangement according to the invention enables the full utilization of thermonuclear neutrons for breeding tritium, avoids the contamination of the plasma with heavy nuclei is made possible in a simple manner the delivery of D-T mixture into the discharge space and prevents its escape of neutrons in the Outside space. Made possible by these advantages the invention not only the technical realization of nuclear fusion per se, but is used to construct both very large and very small nuclear power plants suitable.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines vollständigen thermonuklearen Kernkraftwerkes gemäß der vorliegenden Erfindung und Fig. 2 einen Schnitt durch den Kern der Anlage, nämlich die Explosionskammer. Die zwischen den zwei Entladungselektroden injizierte Gasblase ist in dem Augenblick dargestellt, in dem die Kondensatorentladung einsetzt und die Wandimplosion; Gasionisation und magnetische Kompression erzeugt.A preferred embodiment of the invention is based on the attached Drawings explained in more detail. The figures show: FIG. 1 a schematic representation of a complete thermonuclear nuclear power plant according to the present invention and 2 shows a section through the core of the system, namely the explosion chamber. the Gas bubble injected between the two discharge electrodes is at the moment shown, in which the capacitor discharge begins and the wall implosion; Gas ionization and generated magnetic compression.

In Fig. 1 wird der konzentrische Plattenkondensator 1 durch den Hochspannungsgenerator 2 auf eine geeignete Spannung, zum Beispiel loo ooo Volt, aufgeladen. Dieser Kondensator kann einen Durchmesser in der Größenordnung von looo m haben und ist auf der Erdoberfläche aufgebaut, von der er durch eine Asphaltschicht 3 elektrisch isoliert ist. Die Isolierschicht 5 zwischen den Kondensatorplatten kann ebenfalls aus Asphalt bestehen. Die obere Kondensatorplatte 7 ist geerdet, damit Menschen darauf gehen können.In Fig. 1, the concentric plate capacitor 1 is made by the high voltage generator 2 charged to a suitable voltage, for example 100,000 volts. This capacitor can have a diameter of the order of 1000 m and is on the surface of the earth constructed, from which it is electrically isolated by an asphalt layer 3. The insulating layer 5 between the capacitor plates can also be made of asphalt. The upper Capacitor plate 7 is grounded so that people can walk on it.

Sobald der Kondensator aufgeladen ist, injiziert der Gasinjektor 9 eine abgemessene Menge von Deuterium, oder bei einem neuen reaktor, von einer 50-prozentigen Deuterium-Tritium-Mischung durch hie Bohrung 15 in der oberen Entladungselektrode 17 in den Zwischenelektrodenraum 13. Wie bereits erwähnt, ist es auch möglich, diese D-T-Blase durch thermische Zersetzung der LiDXT1-X-Flüssigkeit durch elektrische Erhitzung in einer der Hauptentladung voran gehenden Entladung, zum Beispiel eines anderen Kondensators (in er Figur nicht gezeigt) zu erzeugen. Es ist auch möglich, die jauptentladung so zu steuern, daß anfangs nur ein geringer Strom fließt, der diese Blasenbildung bewirkt.As soon as the capacitor is charged, the gas injector 9 injects a measured amount of deuterium, or a new one reactor, of a 50 percent deuterium-tritium mixture through hole 15 in the upper discharge electrode 17 into the intermediate electrode space 13. As already mentioned, it is also possible to create this D-T bubble by thermal decomposition of the LiDXT1-X liquid by electrical heating in a discharge preceding the main discharge, for example another capacitor (not shown in the figure). It is also possible to control the main discharge so that initially only a small one Current flows, which causes this bubble formation.

Die sich ausbildende Gasblase 11 bewegt sich langsam (im Vergleich ku den anderen Zeitabläufen) aufwärts, unter dem Einfluß ihres uftriebes. Für das schnelle Geschehen, welches unmittelbar folgt, kann sie als ruhend betrachtet werden. Der Entladungsschalter 19 ird jetzt rasch geschlossen, zum Beispiel durch Benutzung von ochdruckgas. Seine großflächigen Kontaktoberflächen können mit einem Flüssigmetall, wie zum Beispiel Gallium, überzogen sein, um erschweißen der Elektroden miteinander durch örtliches Überhitzen, zu vermeiden.The forming gas bubble 11 moves slowly (in comparison ku the other timings) upwards, under the influence of their buoyancy. For the rapid events that immediately follow, it can be viewed as dormant. The discharge switch 19 is now closed quickly, for example through use of high pressure gas. Its large contact surfaces can be coated with a liquid metal, such as gallium, to weld the electrodes together due to local overheating.

Die Geschehnisse während der schnellen Kondensatorentladung sollen nunmehr unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben werden. Die Ent-Ladungselektroden 17 und 21, welche zum Beispiel aus Molybdän-Stäben bestehen, sind mit isolierenden Überzügen 23 und 25 seitlich abgeeckt, um Kurzschlußströme durch die Flüssigkeit 13 zu verhindern.The events during the rapid capacitor discharge are supposed to will now be described with reference to FIG. The discharge electrodes 17 and 21, which for example consist of molybdenum rods, are with insulating Covers 23 and 25 covered at the sides to prevent short-circuit currents through the liquid 13 to prevent.

solche festhaftenden und temperaturwechselbeständigen Überzüge önnen zum Beispiel durch pyrolytische Zersetzung von Borazon zu Bornitrid BN auf den heißen Metallstäben hergestellt werden.such firmly adhering and temperature change-resistant coatings are possible for example by pyrolytic decomposition of borazon Boron nitride BN can be made on the hot metal rods.

Der Entladungsstrom flieBt hauptsächlich durch die Flüssigkeitsschicht, welche die Blase 11 umgibt. Diese stromerhitzte Wandung der Blase 11 ist mit 27 bezeichnet. Wenn, wie erwähnt, die Blase 11 durch thermische Zersetzung von Lithiumdeuterid-Triterid in einer Vorentladung erzeugt wurde, wobei sich der Lithium-Dampf an den Wandungen der Blase niederschlägt, wo er eine flüssige Metallschicht bildet, findet die Hauptentladung hauptsächlich durch diese Schicht statt, und die restliche Flüssigkeit kann angenähert stöchiometrisch und elektrisch nichtleitend sein. Wenn die Blase 11 durch Injektion von D-T-Gemisch von außen erzeugt wird, muß die Flüssigkeit eventuell durch Lithium-Zulegieren elektrisch leitfahig gemacht werden. Es ist aber auch möglich, daß bei nahezu stöchiometrischer und daher fast nicht leitender Flüssigkeit der erste Entladungsstrom als Gasentladung durch das D-T-Gas der Blase geht, dieses dabei voll ionisierend, und daß die dabei erzeugte Hitze die Flüssigkeit der Wandungen thermisch zersetzt, wobei das entstehende D-T als chemische Stoßwelle in den Entladungsraum wandert, während sich dasLithium in der Wandung anreichert, somit ein leitfähige Schicht erzeugend, die sich dann durch Ohmsche Heizung selbst schnell aufwärmt und bald den Haupt strom der Entladung übernimmt. Sobald der größte Teil des Entadungsstromes als Wandstrom durch die Schicht 27 fließt, wird diese Schicht schlagartig in den Zustand der explosiven Verdampfung und Zersetzung erhitzt.The discharge current mainly flows through the liquid layer, which surrounds the bladder 11. This wall of the bladder 11, which is heated by electricity, is indicated by 27 designated. If, as mentioned, the bladder 11 by thermal decomposition of lithium deuteride triteride was generated in a pre-discharge, with the lithium vapor on the walls When the bubble precipitates, where it forms a liquid metal layer, the main discharge takes place mainly held by this layer, and the remaining liquid can be approximated be stoichiometric and electrically non-conductive. When the bladder 11 by injection If the D-T mixture is generated externally, the liquid may have to be alloyed with lithium be made electrically conductive. But it is also possible that at almost stoichiometric and therefore almost non-conductive liquid, the first discharge current as a gas discharge goes through the D-T gas of the bladder, fully ionizing it, and that it generated heat thermally decomposes the liquid of the walls, with the resulting D-T migrates into the discharge space as a chemical shock wave, while the lithium Enriched in the wall, thus creating a conductive layer, which is then by ohmic heating itself quickly warms up and soon the main current of the discharge takes over. As soon as the largest part of the discharge flow as a wall flow through the layer 27 flows, this layer is suddenly in the state of explosive evaporation and decomposition heated.

Die von der Schicht ausgehende konzentrische Stoßwelle läuft nach innen und nach außen. Nach außen läuft sie durch die Flüssigkeit 13, wird gedämpft und trifft schließlich auf die Wandung der Gefäßkammer 26. Nach innen erstreckt sie sich als die gewünschte l''Arbeits"-Stoßwelle zum Zentrum der Blase 11 und komprimiert dabei das Plasma. Jedoch wird diese mechanisch-chemische Implosionswelle bald von der magnetischen Impbsionswelie überholt. Der Wandstrom, welcher schnell ansteigt, erzeugt ähnlich dem Strom entlang einer metallisrchen Röhre, im Hohlraum kreisförmige, in sich geschlossene Feldlinien, die eine schnell-schrumpfende magnetische Flaschibilden. Die Atomkerne, welche um diese magnetischen Feldlinien rotieren, werden mit dem Feld komprimiert ("Sphärischer Theta-Pinch") und erreichen die Fusionsbedingungen. Es ist wichtig zu bemerken, daß dieses kleine, überhitzte Plasmavolumen nicht in Kontakt mit festen Winden ist.The concentric shock wave emanating from the layer continues to run inside and out. It runs outwards through the liquid 13, is dampened and finally hits the wall of the vascular chamber 26. Inward it extends to the center of the bladder as the desired "work" shock wave 11 and thereby compresses the plasma. However, this mechanical-chemical implosion wave becomes soon overtaken by the magnetic impulse world. The wall current, which is fast increases, generated similar to the current along a metallic tube, in the cavity circular, self-contained field lines that form a rapidly-shrinking magnetic one Bottle pictures. The atomic nuclei, which rotate around these magnetic field lines, are compressed with the field ("spherical theta pinch") and achieve the fusion conditions. It is important to note that this small, overheated volume of plasma is not in Contact with fixed winches is.

Die nun durch die Kernexplosion erzeugte, nach außen gehende konzentrische Stoßwelle zerstört den magnetischen Einschluß, sodaß die Fusionsreaktion schlagartig gestoppt wird. Die nach außen gehe e Stoßwelle wird von der Flüssigkeit aufgefangen, der begleitende eutronenstoß moderiert, absorbiert und in Tritium verwandelt, und die Blase 11 teilt sich, treibt nach oben, und wird auf dem Wege von der Flüssigkeit 13 wieder chemisch gebunden, außer der kleinen Menge des neugebildeten Heliums. Die durch die Explosion erzeugte aufheizung der Flüssigkeit wird durch die Turbulenz und Konvektion gleichmäßig verteilt, und nach außen an die Flüssigkeit im Kühlman 29 übertragen. Ein neuer Zyklus kann beginnen.The outward concentric one created by the nuclear explosion Shock wave destroys the magnetic confinement, so that the fusion reaction abruptly is stopped. The shock wave going out is absorbed by the liquid, the accompanying eutron surge is moderated, absorbed and converted into tritium, and the bladder 11 divides, floats upwards, and is on the way from the liquid 13 chemically bound again, except for the small amount of newly formed helium. The heating of the liquid generated by the explosion is caused by the turbulence and convection evenly distributed, and to the outside of the liquid in the Kühlman 29 transferred. A new cycle can begin.

Wie aus der Figur ersichtlich, sollte das Kernkraftwerk so gebaut sein, daß der Raum 13, welcher die Li-D-T-Flüssigkeit enthält und.As can be seen from the figure, the nuclear power plant should be built like this be, that the space 13, which contains the Li-D-T liquid and.

welcher von dem elastischen Balgengefäß 26 umgeben ist, wiederum von einem flUssigkeitsgefüllten Behälter 29 umschlossen ist. Die Flüssigkeit in diesem Behälter,.zum Beispiel ein Flüssigmetall,wie geschmolzenes Lithium, aber auch Natrium oder eine niedrigschmelzende Legierung wie Wood's Metall, leitet die Wärme zum W&rmeaustauscher 31, welcher den Dampf zum Betrieb der Turbine 33 liefert.which is surrounded by the elastic bellows vessel 26, in turn by a liquid-filled container 29 is enclosed. The liquid in this Containers, for example a liquid metal such as molten lithium, but also sodium or a low-melting alloy such as Wood's metal, conducts the heat to the heat exchanger 31, which supplies the steam to operate the turbine 33.

Diese Turbine betreibt den Generator 35. Die Druckwellen in der den Behälter 29 füllenden Flüssigkeit können für rasche Zirkulation dieser Flüssigkeit sorgen, wenn in die Rohrleitungen ein Einwegventil eingebaut ist.This turbine operates the generator 35. The pressure waves in the Container 29 filling liquid can be used for rapid circulation of this liquid if a one-way valve is installed in the pipelines.

Ehe das Kernkraftwerk zum ersten Mal zu arbeiten beginnt, muß das feste Material, welches die Kammern 26 und 29 ausfüllt, über seiner Schmelzpunkt geheizt werden. Diese Verflüssigung geschieht mittels der Heizung 27.Before the nuclear power plant starts to work for the first time, it must solid material filling chambers 26 and 29 above its melting point be heated. This liquefaction takes place by means of the heater 27.

Es muß noch bemerkt werden, daß wegen dieser Umschließung des Entladungsraums mit wärmeübertragenden Flüssigkeitsmänteln die zum Be trieb verbrauchte elektrische Verlustenergie zum größten Teil als Abwärme wiedergewonnen und in elektrische Energie rückverwandelt werden kann, ohne zusätzliche kostspielige Anlagen.It must also be noted that because of this enclosure of the discharge space with heat-transferring liquid jackets, the electrical consumed for operation Most of the lost energy is recovered as waste heat and converted into electrical energy can be reconverted without additional costly equipment.

Zum Betrieb des erfindungsgemäßen Reaktors ist es wichtig, daß die D-T-Blase 11 bei jedem Arbeitstakt axialsymmetrisch und identisch neugebildet wird, und daß der Kondensatorentladungsstrom gleichmäßig über den Umfang verteilt, nicht einseitig, über die Wandung der Reaktionskammer fließt, damit das komprimierende Magnetfeld nicht verzerrt ist. Dies ist möglich, und das System hat sogar immanente, selbst-stabilisierende Merkmale. Diese Bedingungen müssen durch empirische Versuche und Anwendung der Magnetohydrodynamik optimalisiert werden. Die anfänglichen Versuche zur Verifizierung der sphärischen magnetischen Kompression sollten mit einer festen metallischen Hohlkugel ausgeführt werden.For the operation of the reactor according to the invention, it is important that the D-T bubble 11 is newly formed axially symmetrically and identically with each work cycle, and that the capacitor discharge current is evenly distributed over the circumference, not one-sided, over the wall the reaction chamber so that the compressive magnetic field is not distorted. This is possible, and the system has even immanent, self-stabilizing features. These conditions must go through empirical experiments and application of magnetohydrodynamics are optimized. The initial attempts to verify spherical magnetic compression should be made with a solid metallic hollow ball.

Nach dem erfindungsgemäßen Prinzip werden die fundamentalen Eigenschaften der Elemente D, T, He und Li alle in der bestmöglichsten jund einfachsten Weise ausgenutzt.According to the principle of the invention, the fundamental properties of the elements D, T, He and Li all in the best and simplest possible way exploited.

Claims

Pulsating nuclear fusion reactor to generate usable electrical energy by converting deuterium to helium, in which the fusion conditions are generated by a capacitor discharge current, which is axially parallel the liquid wall of a deuterium gas bubble flows into the interelectrode space is injected, characterized in that the deuterium gas bubble in a liquid Alloy of lithium with lithium-deuteride-triteride injected and the explosive vaporizing Wall of this bubble generates a concentrated implosion wave and the D-T plasma as a result, it is initially mechanically compressed and heated, but later without wall contact magnetically entrapped, compressed and heated, the fusion conditions can be achieved.

2. Nuclear fusion reactor according to claim 1, characterized in that the nuclear reaction chamber is reshaped for each subsequent micro-explosion by the Injection of a D-T bubble in the space between the electrodes, which is filled with a liquid Alloy of lithium deuteride-triteride is filled with lithium, and that this bladder forms an almost spherical cavity between the discharge electrodes and that the liquid wall of this chamber releases the nuclear explosion shock wave non-destructively can absorb and convert into usable heat and the solid walls of the exterior Protects the vessel, and that the neutrons released by the fusion reaction from the liquid wall can be braked and absorbed non-destructively and with lithium can react, whereby tritium is formed, which is released by thermal release can easily take part in the next micro-explosion, and that in this one Do not process hazardous radioactive materials through activation by neutrons can arise.

3. Nuclear fusion reactor according to claim 1 or 2, characterized in that that the concentric magnetic compression and heating of the plasma by rapidly increasing electrical currents along the wall of a conductive sphere from pole to Pol is generated so that the fusion conditions reached in the center of the sphere will.

4. Nuclear fusion reactor according to one of claims 1, 2 or 3, dadurc; characterized in that the wall of the reaction chamber made of lithium deuteride triteride exists, so that the escaping gases do not contain any heavy nuclei and thus the Do not contaminate the plasma and prevent it from reaching the fusion conditions can;

5. Nuclear fusion reactor according to one of claims 1 to 4, characterized marked, that the deuterium-tritium bubble, in which the micro-nuclear explosion takes place, after every working cycle from the surrounding lithium deuteride-triteride liquid chemically is dissolved, and is rebuilt before each new work cycle.

6. Nuclear fusion reactor according to one of claims 1 to 5, characterized in that that the D-T-filled reaction chamber before each work cycle by electrical thermal Decomposition of the liquid lithium deuteride-triteride reactor filling is generated.

7. Nuclear fusion reactor according to one of claims 1 to 6, characterized in that that the neutrons generated by the nuclear fusion reaction are highly efficient can be used to breed new tritium, namely by the fact that they are from the liquid lithium-deuteride-triteride wall of the reaction chamber can be collected.

8. Nuclear fusion reactor according to one of claims 1 to 7, characterized in that that the molybdenum electrodes with insulating layers made of pyrolytically formed boron nitride are covered.