DE2435603A1

DE2435603A1 - Neues verfahren zur realisierung der thermonuklearen laser-mikrofusion

Info

Publication number: DE2435603A1
Application number: DE2435603A
Authority: DE
Inventors: Sylwester Prof Dr Ing Kaliski
Original assignee: Wojskowa Akad Tech
Current assignee: Wojskowa Akad Tech
Priority date: 1973-07-25
Filing date: 1974-07-24
Publication date: 1975-02-06
Also published as: FR2238990B1; JPS5043398A; GB1481848A; FR2238990A1; PL93676B1

Description

BR. ING. E. HOFFMANN · DIPL. HiG. W. EITJLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN

PATENTANWÄLTE

D-BOOO MÖNCHEN 81 · ARABEUASTRASSE 4 · TELEFON (0311) 9Π087

Wojskowa Akaderaia Techniczna im. Jawsi.awa Dabrowskiego

Warschau / Polen

Neues Verfahren zur Realisierung der thermonuklearen Laser-Mikrofusion

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Realisierung der thermonuklearen Laser-Mikrofusion des erstarrten D-T, mit Hilfe eines Laserimpulses nach vorheriger Präkompression der D-T Kugel mittels Sprengstoff.

Das bekannte Verfahren zur thermonuklearen Laser-Mikrofusion besteht darin, daß eine aus erstarrtem D-T gefertigte, einen Radius von ca. 0,04 cm aufweisende Kugel der Einwirkung von in der Zeit veränderlichen, entsprechend optimal profilierter Strahlen der konzentrierten Laserstrahlung mit einer Energie von mehreren, bis zu 11 - 19 kJ, während einer Zeit von ca. mehreren Nanosekunden unterworfen wird. Dieser Prozeß ruft einen Anstieg der Dichte des erstarrten D-T um

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ICr - 10 mal, wodurch im Zentrum der Kugel eine Initiierung der thermonuklearen Fusion mit positiver Energierückgewinnung erfolgt.

Dieses bekannte Verfahren, das auf dem Effekt der Ablation und des Rückstosses des äußeren Teils der Plasmakugel und der Koinzidierung der Stoßwellen im Zentrum der Kugel gestützt ist, erfordert die Anwendung von Lasern von großer Energie, einer Größenordnung von mehreren bis zu mehreren zehn k.J.

Die vorliegende Erfindung bezweckt, durch Anwendung der explosiven Präkompressionsmethode eine bedeutende Senkung der kritischen Energie des Laserimpulses für den Initiierungspunkt des thermonuklearen Milcrofusionsprozesses und zur Erlangung einer positiven Energierückgewinnung zu erhalten. Zudem soll der Prozeß bedeutend verbilligt werden.

Diese Aufgabe wird durch das sich aus dem Patentanspruch ergebende Verfahren gelöst.

Aus theoretischen Erwägungen und aus Experimenten geht hervor, daß mittels der Methode der konzentrischen Explosivkompression, bei bestimmten Maßnahmen der Isentropierung der konzentrischen Stoßkompression, im Zentrum der Kugel eins Präkompression einer Größenordnung von 15 - 25 in einer Zeit von ca. 10*"' s erlangt werden kann. Wird dann mit einem Nanosekundenlmpuls eines entsprechend optimierten konzentrierten Lasersystems eingewirkt, kann man eine Kompression von 10 - 10 bei einer um mehr als 100 % reduzierten Laserimpulsenergie erhalten.

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Das Explosionssystem weist eine höhere Leistungsfähigkeit auf als das Lasersystem und deshalb ist der Vorteil eines solchen,Systems unverkennbar, ohne von der Senkung der Barriere der kritischen Energie des Laser.impulses zu erwähnen.

Das Wesen der Erfindung ist anhand einer Zeichnung näher erläutert, die zwei Varianten der Systeme zur Realisierung dieses Verfahrens schematisch veranschaulicht.

Das in der Fig. 1 dargestellte System zur Realisierung des Verfahrens gemäß der* Erfindung enthält eine Kugel 1 aus erstarrtem D-T mit einem Radius von Q,O4 cm und mit einer inhomogenen Hülle 2 zur Isentropierung der Präkompression, Kumulationseinlagen 3, Sprengstoff 4 mit Kegeln 5* <äie den Prozeß der Präkompressionsstoßwelle profilieren, ein gleichzeitiges, aus Zündern 6 bestehendes Detonationssystem, sowie einen Satz von Lasern, die durch die Nischen 7 hindurch wirken.

Im besprochenen Fall befinden sich im Kumulationssystem sechs Kumulationssysteme und acht Laserstrahlen.

Das Wirkungsprinzip des Systems ist wie folgt. Die gleichzeitig initiierten Zünder 6 generieren im Sprengstoff 4 eine Detonationswelle, die über die Profilierkegel 5 auf die Kumulationseinlagen 3 und danach über die Hülle 2 auf die aus erstarrtem D-T bestehende Kugel 1 einwirkt. Nach einer Zeit von der Größenordnung von 10 ' s schalten sich die profilierten Laserimpulse 7 ein und ergeben im Zentrum der Kugel 1 die gewünschte Kompression, die zur Initiierung der thermonuklearen Fusion erforderlich ist.

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Das in der Pig. I dargestellte System kann bedeutend vereinfacht werden durch dessen Beschränkung zu einem Zweistrahlen-Kumulationssystern und bidirektionalem Lasersystem, das in der Fig. 2 dargestellt ist.

Das Wirkungsprinzip dieses Systems ist gleich dem in der Pig. I, jedoch ist dieses System technisch bedeutend einfacher. Bei entsprechender Wahl von Linsen für die Laserstrahlen erlangt man eine im Vergleich zum in der Fig. 1 dargestellten System unbedeutende Abweichung von der Symmetrie der kugeligen Kompression der Plasmakugel.

Möglich sind auch andere Varianten technischer Lösungen, die hauptsächlich durch die Art der Initiierung des Sprengstoffes und Sicherung des Zutritts der Laserstrahlen bedingt sind. Jedoch ist in allen Varianten technischer Lösungen das Wirkungsprinzip der Präkompression und ihr Effekt analog.

Oen Reduktionskoeffizienten r^ der Laserimpulsenergie kann man mittels der Präkompression für die flache Welle, in einer O,O4 cm dicken Schicht in geschlossener Form gemäß nachstehender Formel berechnen:

k - 1

- 1

k - 1

- 1

100

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wobei: K - geforderte Endkompression K- Präkompression

k - Adiabateexponent / k

In der Fig. J> ist der Verlauf ^ in der Funktion K für verschiedene K angegeben.

Wie aus dem obigen hervorgeht, beträgt Y^ mehrere zehn Prozent.

Bei konzentrischer kugeliger Welle kann für η_ keine Formel in geschlossener Form erlangt werden. Numerische Berechnungen weisen auf, daß η_ mehr als 100 % beträgt.

Es kann auch nachgewiesen werden, daß für das in der Fig. 2 gezeigte System bei einer Präkompression gleich 25, es möglich ist, eine Kompression im Zentrum der Kugel von einer Größenordnung von ICr mit Hilfe eines einfachen, nicht profilierten Nanosekundenlaserimpulses, bei einer Impulsenergie von unterhalb 1 kJ, demnach also Initiierung des thermonuklearen Mikrofusionsprozesses zu erlangen. Der Einfluß der Präkompression reictfc in diesem Falle bis zu 200 %,

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Claims

Patentanspruch

Verfahren zur Realisierung der thermonuklearen Laser-Mikrofusion, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus erstarrtem D-T bestehende Kugel der Präkompression einer Größenordnung von 15 - 25 mal mit Hilfe eines Systems von gemäß der Explosionsmethode in der Zeit einer Größenordnung von 10 ' erzeugten Kumulationsstrahlen unterworfen wird, wonach die Kugel einem konzentrierten profilierten Laserimpuls in entsprechend optimalisierter Zeit einer Größenordnung von Nanosekunden, mit bis zu mehr als 100 % reduzierter Impulsenergie, unterworfen wird, die zur Initiierung des thermonuklearen Mikrofusionsprozesses bei einer totalen Kompression der Größenordnung von 10 - 10 erforderlich ist, wodurch die Barriere der kritischen Laserenergie gesenkt wird.

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