DE2700007A1 - Energy converter system using ionising radiation - has radioactive plates whose radiation alters ferromagnetic properties of rotor and thereby causes rotation - Google Patents

Energy converter system using ionising radiation - has radioactive plates whose radiation alters ferromagnetic properties of rotor and thereby causes rotation

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Abstract

The energy converter has rotating ferromagnetic rings whose axes are located between two magnetic stator systems at opposite ends of the rings diameter. The rings are attached to a rotor. Radioactive plates (5) are located in the air gap between the oppositely-poled magnetic systems and form comb-structures. The rings of the rotor are stacked in a vertical plane and lie between the radioactive plates (also stacked vertically), making an interlaced comb structure. The ionising radiation from the radioactive plates alters the ferromagnetic properties of those parts of the rotor rings lying between the plates so that the field pattern is altered in a way that causes the rotor ring structure to rotate continuously.

Description

EnergiewandlerEnergy converter

Die Erfindung betrifft einen Energiewandler mit Rotor und Stator.The invention relates to an energy converter with a rotor and stator.

Es ist bekannt, daß bei Uraezufuhr - z.B. zu des einen Ende einer Eisenplatte - die magnetischen Spinmomente der Elektronen der Atommagnete der Gitterstruktur zu Richtungsschwankungen angeregt werden, welche sich bei weiterer Wärmezufuhr gemäß der Wärmeleitfähigkeit des Stoffes langsam über die gesamte Platte ausbreitet.It is known that when primed - e.g. to one end of a Iron plate - the magnetic spin moments of the electrons of the atomic magnets of the lattice structure are stimulated to directional fluctuations, which with further heat supply according to the thermal conductivity of the substance slowly spreads over the entire plate.

Überschreitet die erreichte Temperatur den Curiepunkt und damit den magnetischen Kopplungsfaktor dieses ferromagnetischen Stoffes, schwinden die ferromagnetische Eigenschaft.If the temperature reached exceeds the Curie point and thus the magnetic coupling factor of this ferromagnetic substance, the ferromagnetic ones dwindle Characteristic.

Wenn man den Curiepunkt unterschreitet, tritt der umgekehrte, langsame Vorgang durch Wärmeabstrahlung ein.If one falls below the Curie point, the reverse, slow one occurs Process through heat radiation.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das ferromagnetische Verhalten eines Stoffes schneller zu ändern als es durch eine Wärmezufuhr möglich ist.The invention is based on the object of the ferromagnetic behavior changing a substance faster than changing it through a Heat supply is possible.

Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, einen Energiewandler zu schaffen, welcher nach dem Einbau eines z.B. Gammastrahlen emittierenden Radioisotopes Jahrelang ohne äußer Energiezufuhr Energie liefert.The invention is also based on the object of an energy converter to create, which after the installation of a radioisotope emitting gamma rays, for example Provides energy for years without any external energy supply.

Weiterhin ist es die rufgabe der Erfindung, einen umweltfreundlichen Energiewandler zu schaffen, der z.B. einen Stromgenerator a!:r.reibt, welcher über grobe Zeiträume einer Wechselstrom liefert.Furthermore, it is the object of the invention to provide an environmentally friendly To create an energy converter that e.g. drives an electricity generator a!: R., Which drives over rough periods of time an alternating current supplies.

Ferner ist es die Aufgabe dieser Erfindung, einen Energiewandler mit relativ hoher Rotordrehzahl zu schaffen, so daß Übersetzungsgetriebe etwa für einen Stromgenerator weitgehend vermieden werden.It is also the object of this invention to provide an energy converter with to create relatively high rotor speed, so that transmission gear for about one Power generator can be largely avoided.

Zu diesem Zweck ist der Energiewandler erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß er mindestens einen aus ferromagnetischem Material bestehenden rotationssymmetrischen Ring aufweist, der mindestens an einer Stelle zwischen zwei in Richtung einer Radiallinie des Hinges angeordneten Magnetsystemen liegt, die sich mit ihren ungleichnamigen Polen gegenüberliegen, und daß der ferromagnetische Ring in dem zwischen den Magnetsystemen liegenden Bereich zumindest teilweise von mindestens einer Platte aus radioaktivem Material Uberlagert ist.For this purpose, the energy converter is characterized according to the invention that it has at least one rotationally symmetrical one made of ferromagnetic material Has ring which at least at one point between two in the direction of a radial line des Hinges arranged magnet systems, which deal with their dissimilar Opposite poles, and that the ferromagnetic ring in the one between the magnet systems lying area at least partially of at least one plate made of radioactive Material is superimposed.

Die Erfindung basiert im wesentlichen auf der Entdeckung, daß unter Einwirkung von energiereicher ionisierender Strahlung, wie etwa Gammastrahlung, der magnetische Kopplungbfaktor in ferromagnetischen Stoffen überschritten und somit die Ausrichtung von magnetischen Spinmomenten in Weißschen Bezirken in eine magnetische Vorzugsrichtung aufgehoben werden kann.The invention is based essentially on the discovery that under Exposure to high-energy ionizing radiation such as gamma radiation, the magnetic coupling factor in ferromagnetic materials is exceeded and thus the alignment of magnetic spin moments in Weiss domains into a magnetic one Preferred direction can be canceled.

Bei Anwendung einer Gammaenergie größer als 1 MeV beruht die Wechselwirkung auf dem Compton-, Photo- und Paarbildungseffekt, womit auf die Austauschkopplung zwischen den nicht kompensierten Elektronen-Spins benachbarter Atome in den Kristallgittern eingewirkt wird.The interaction is based on the application of a gamma energy greater than 1 MeV on the Compton, photo and pairing effect, with which on the exchange coupling between the not compensated electron spins of neighboring atoms is acted on in the crystal lattices.

Bei Energiezufuhr durch ionisierende Strahlung nehmen die Richtungsachwankungen der magnetischen Spinmomente der Elektronen der Atoaagnete und somit deren Kompensation beträchtlich zu, so daß die magnetischen Kopplungskräfte infolge der Überlappung der Elektronenbahnen und insbesondere die Austauschwechselwirkung vollständig Uberwunden werden können, womit das ferromagnetische Verhalten verschwindet.When energy is supplied by ionizing radiation, the directional fluctuations take place the magnetic spin moments of the electrons of the atomic magnets and thus their compensation considerably too, so that the magnetic coupling forces as a result of the overlap of the electron orbits and in particular the exchange interaction completely overcome with which the ferromagnetic behavior disappears.

Die Aufhebung der ferromagnetischen Eigenschaft eines Stoffes durch ionisierende Strahlung ist abhängig von der Induktion, der Halbwertsdicke des bestrahlten Materials, der Strahlendosis und der Temperatur des Stoffes sowie der durch die Strahlung erzeugten Temperatur.The removal of the ferromagnetic property of a substance by ionizing radiation depends on the induction, the half-value thickness of the irradiated Material, the radiation dose and the temperature of the substance as well as by the Radiation generated temperature.

Zus-iengefaßt ist der Energiewandler dadurch gekennzeichnet, daß in dem Luftspalt zwischen zwei entgegengesetzt gepolten Magnetsystemen kammartig an Jedem Magnetsystem radioaktive Platten angebracht sind, zwischen denen sich übereinander durch einen Abstandhaltesteg in Abstand gehaltene ferromagnetische Rotorringe befinden, die Uber den Abstandhaltesteg mit dem Rotor an einer zentral angebrachten rotierbaren Achse befestigt sind.In summary, the energy converter is characterized in that in the air gap between two oppositely polarized magnet systems Radioactive plates are attached to each magnet system, between which one above the other there are ferromagnetic rotor rings held at a distance by a spacer bar, the over the spacer web with the rotor on a centrally mounted rotatable Axis are attached.

Der zwischen den insbesondere kammartig hervorstehenden radioaktiven Platten befindliche Teil des Rotorringes variiert durch die einstrahlende ionisierende Strahlung seine ferromagnetische Eigenschaft, so daß die magnetischen Feldlinien der Magnete auf den außerhalb der Strahlung der radioaktiven Platten befindlichen nächstliegenden Teil der Rotorscheibe hinaus greifen und ihn zwischen die radioaktiven Platten ziehen.The one between the radioactive ones protruding in particular like a comb The part of the rotor ring located on the plates varies by the irradiating ionizing Radiation its ferromagnetic property, so that the magnetic field lines the magnets on the ones outside the radiation of the radioactive plates grab the nearest part of the rotor disk and place it between the radioactive ones Pull plates.

Auf diese Weise wird von Magnet system eine kontinuierliche Zugkraft auf den Rotorring ausgeubt, woraus eine relativ hohe rotierende Bewegung des Rotorringes um die Mittelachse resultiert.In this way, the magnet system creates a continuous pulling force exerted on the rotor ring, resulting in a relatively high rotating Movement of the rotor ring around the central axis results.

Die Strahlung tritt in den zu durchstrahlenden ferromagnetisuchen Rotorring mit hoher Geschwindigkeit ein, wodurch örtlich die Aufheuung der ferromagnetischen Eigenschaft des Materials des Rotorringes im tlikrosekundenbereich erfolgt, w!as zum einen eine hohe Drehzahl des Rotorringes ermöglicht, zum anderen erfolgt durch die Strahlung die örtliche Aufhebung der ferromagnettschen Eigenschaft des Rotorringes unter der dazu normalerweise benötigten Curietemperatur, wav erst vollends eine hohe Drehzahl des Rotorringes gewährleistet, so daß auf eine die Umdrehungszahl reduzierbare, zusätzlich zur normalen Wärmeabstrahlung an die Umgebung benötigte Kühlvorrichtung - wie etwa Wasser - verzichtet werden kann.The radiation occurs in the ferromagnetic search to be irradiated Rotor ring at high speed, which locally increases the ferromagnetic Property of the material of the rotor ring takes place in the microsecond range, w! As on the one hand enables a high speed of the rotor ring, on the other hand takes place through the radiation the local cancellation of the ferromagnetic property of the rotor ring below the Curie temperature normally required for this, wav only fully one ensures high speed of the rotor ring, so that on one the number of revolutions reducible, required in addition to normal heat radiation to the environment Cooling device - such as water - can be dispensed with.

Durch die Einfachheit der Konstruktion des Energiewandlers, der nur aus einem beweglichen Teil, dem auf Rollenlagern und/oder magnetisch gelagertem Rotor, besteht, wird eine komplikationsfreie Funktionsdauer von vielen Jahren augenscheinlich.Due to the simplicity of the construction of the energy converter, the only from a moving part, the one on roller bearings and / or magnetically mounted Rotor, exists, a complication-free service life of many years is evident.

Werden weiterhin Radioisotope mit relativ hoher Halbwertszeit und Energie verwendet, wie sie u.a. beim Kernreaktorbetrieb als radioaktiver MUll anfallen, z.B.Cs-137, Halbwertszeit 3O Jahre, Gammaenergie 0,662 MeV, und werden diese Radioisotope als feste Platten in flache hermetisch dichte Metallbehälter gesetzt und zwischen den Magnetsystemen angebracht, 80 ist ein Energiewandler, der Uber Jahrzehnte umweltunschädlich, wartungsarm und ohne äußere Energiezufuhr Energie liefert, geschaffen. Kleine Energiewandler mit entsprechend dUnnen Rotorringen können mit Betastrahlen und sogar Alphastrahlen emittierenden Radioisotopen gebaut werden. Ein mit Alphastrahlen betriebener Energiewandler hat den Vorteil, daß auf eie Strahlenschutzvorrichtung weitgehendst verzichtet werden kann, Jedoch den Nachteil, daß ein Vakuum vorhanden sein muß, denn die Reichweite der Alphateilchen in Luft beträgt nur einige Millimeter.Will continue to be radioisotopes with relatively long half-lives and Uses energy such as those generated as radioactive waste during nuclear reactor operation, e.g. Cs-137, half-life 30 years, gamma energy 0.662 MeV, and these radioisotopes become placed as solid plates in flat hermetically sealed metal containers and between attached to the magnet systems, 80 is an energy converter that has been environmentally safe for decades, low-maintenance and supplies energy without external energy input. Small energy converters With correspondingly thin rotor rings, beta rays and even alpha rays can be used emitting radioisotopes are built. An energy converter operated with alpha rays has the advantage that radiation protection devices are largely dispensed with can, however, the disadvantage that a vacuum must be available because of the range the alpha particle in air is only a few millimeters.

Ein ideales Anwendungsgebiet ware die Raumfahrt, z.B. Planeten-Landefahrzeuge, die nicht auf Solarzellen rückgreifen können sowie Räumfahrzeuge, die sich in sonneentfernten Räumen bewegens.Space travel, e.g. planetary landing vehicles, would be an ideal field of application. that cannot fall back on solar cells as well as clearing vehicles that moved away from the sun Moving spaces.

Anstelle der in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform der Magnetsysteme, bestehend aus Gleichstromspulenanordnungen.Instead of the embodiment of the magnet systems shown in FIGS. 1 and 2, consisting of DC coil assemblies.

sinc weiterhin Magnetsysteme, bestehend aus Dauermagneten, vorgesehen.Magnet systems consisting of permanent magnets are also provided.

Gemäß weiterer Erfindung ist konstruktionsmäßig vorgesehen, da!3 z.B. die Rotorringe als Stator dienen, während das Magnetsystem drehend an der Rotorachse befestigt 1st.According to a further invention it is provided in terms of construction that! 3 e.g. the rotor rings serve as a stator, while the magnet system rotates on the rotor axis attached 1st.

Weiterhin sind gemäß der Erfindung Wärmeabstrahlplatten am rotor und an den Polschuhen sowie Strahlenschutzvorrichtungen vorgesehen, auf die in detaillierter Form in den Zeichnungen sowie der Beschreibung verzichtet wurde.Furthermore, according to the invention, heat radiation plates are on the rotor and on the pole pieces as well as radiation protection devices are provided, on which in more detail Form has been omitted in the drawings and the description.

Gemäß der Erfindung können mehrere Magnetsysteme und Rotore neben und übereinander angeordnet werden, um eine Leistungssteigerung zu bewirken.According to the invention, several magnet systems and rotors can besides and are arranged one above the other in order to achieve an increase in performance.

Ferner kann der Rotor magnetisch gelagert werden, um Reibungsverluste zu verringern.Furthermore, the rotor can be mounted magnetically to avoid friction losses to reduce.

Ein Ausftiiirungsbeispiel des erfindungsgemäßen Energiewandlers wird an Hand der Fig. 1 und 2 beschrieben. Es zeigt: Fig. 1 einen teilweisen Achsialschnitt des erfindungsgemäßen Energiewandlers, und Fig. 2 in schematischer Darstellung eine Draufsicht des erfindungsgemäßen Energiewandlers.An exemplary embodiment of the energy converter according to the invention is described with reference to FIGS. 1 and 2. It shows: FIG. 1 a partial axial section of the energy converter according to the invention, and FIG. 2 shows a schematic representation Top view of the energy converter according to the invention.

Ein U-förmiges magnetisch gut leitendes Magnetschlußleitstück 4, an dessen Innenseiten zwei sich mit ungleichnamig gepolten Magnetpolen gegenüberliegende Gleichstrom-Elektromagnete 1 und 2 befinden, ist fest mit der Bodenplatte 10 verbunden.A U-shaped magnetically highly conductive magnetic circuit conductor 4 on the inside of which has two opposing magnetic poles with opposite polarity Direct current electromagnets 1 and 2 are located, is firmly connected to the base plate 10.

An den Magnetspulen 1 und 2 befinden sich innenseitig Polstücke 3, an deren Innenaeite kammartig radioaktive Platten 5 angeordnet sind.On the inside of the magnet coils 1 and 2 there are pole pieces 3, on the inside of which radioactive plates 5 are arranged in a comb-like manner.

Wie in Fig. 2 dargestellt, sind die radioaktiven Platten 5 in der Drehrichtung verlängert angeordnet, so daß die Feldlinien der Magnetspulen gezwungen werden, über den vorderen, d.h. entgegen der Drehrichtung liegenden Teil der Rotorscheiben 6 sich zu schließen, was somitaugkraftrichtungsbestimmend wirkt. Ein Kollimator 12 verhindert eine Strahlenaustrahlung entgegen der Drehrichtung. An einer mit der Bodenplatte 10 verbundenen, drehend gelagerten Mittelachse 8 sind Rotorstangen 7 angeordnet, an deren Enden Abstandhaltestege 9 mit in Abstand übereinander gelagerten ferromagnetischen Rotorringen 6 befestigt sind.As shown in Fig. 2, the radioactive plates 5 are in the Direction of rotation arranged extended so that the field lines of the magnet coils are forced over the front part of the rotor disks, i.e. opposite to the direction of rotation 6 to close, which thus determines the direction of the eye force. A collimator 12 prevents radiation from being emitted against the direction of rotation. At one with the Rotating center axis 8 connected to the base plate 10 are rotor rods 7 arranged, at the ends of spacing webs 9 with superimposed at a distance ferromagnetic rotor rings 6 are attached.

Die Rotorringe 6 sind so angebracht, daß sie zwischen den an den Pol stücken 3 angeordneten Platten 5 berUrungslos durchgleiten.The rotor rings 6 are attached so that they are between the to the pole Pieces of 3 arranged plates 5 slide through without contact.

Werden die entgegengesetzt gepolten Elektromagnete 1 und 2 durch einen Gleichstrom erregt, so fließt ein Magnetfluß z.B.Are the oppositely polarized electromagnets 1 and 2 by a When a direct current is excited, a magnetic flux flows e.g.

von Spule 1 über die ferromagnetischen Rotorringe 6 zur Spule 2 und wird über das U-förmige Flußleitsttlck geschlossen.from coil 1 via the ferromagnetic rotor rings 6 to coil 2 and is closed via the U-shaped Flußleitsttlck.

Wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, kann die Mittelachse 8 in einem mit der Bodenplatte 10 verankerten Generator 11 als Rotor ausgebildet werden.As shown in Fig. 1 and 2, the central axis 8 in one with the base plate 10 anchored generator 11 can be designed as a rotor.

Claims (14)

P a t e n t a n s p r il c h e ======================= 9 Energiewandler mit Rotor und Stator, dadurch gekennzeichnet, dai3 er mindestens einen aus ferromagnetischem Material bestehenden rotationssymmetrischen Ring aufweist, der mindestens an einer Stelle zwischen zwei in Richtung einer Radiallinie des Ringes angeordneten Magnetsystemen liegt, die sich ait ihren ungleichnamien Polen gegenUberliegen, und daß der ferromagnetische Ring in dem zwischen den Magnetsystemen liegenden Bereich zumindest teilweise von mindestens einer Platte aus radioaktivem Material Uberlagert ist. P a t e n t a n s p r il c h e ========================= 9 Energy converter with rotor and stator, characterized in that it has at least one made of ferromagnetic Has material existing rotationally symmetrical ring, which is at least one Place between two magnet systems arranged in the direction of a radial line of the ring which lie opposite each other with their opposite poles, and that the ferromagnetic Ring in the area between the magnet systems at least partially from at least one plate of radioactive material is superimposed. 2. Energiewandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Ring abgewandten Polseiten der beiden Magnetsysteme durch ein insbesondere U-förmiges Magnetflußleitstück magnetisch verbunden sind.2. Energy converter according to claim 1, characterized in that the from the ring facing away from the pole sides of the two magnet systems by a particular U-shaped Magnetflußleitstück are magnetically connected. 3. Energiewandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichrest, daß die Dicke des Ringes gegenUber der radialen Ring breite klein ist.3. Energy converter according to claim 1 or 2, characterized in that that the thickness of the ring is small compared to the radial ring width. 4. Energiewandler nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß den dem Ring zugewandten Polseiten der Magnetsysteme Polstücke zugeordnet sind.4. Energy converter according to claim 1 to 3, characterized in that Pole pieces are assigned to the pole sides of the magnet systems facing the ring. 5. Energiewandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Jede radioaktive Platte an mindestens einem der PolstUcke befestigt ist.5. Energy converter according to claim 4, characterized in that each radioactive plate is attached to at least one of the pole pieces. 6. Energiewandler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere durch axiale Stege miteinander verbundene Ringe aus ferromagnetischem Material vorgesehen sind und daß an den sich gegenüberliegenden Polstücken kammartig mehrere radioaktive Platten angeordnet sind, die in radialer Richtung einen Spalt filr die Stege freilassen und zwischen die Ringe greifen.6. Energy converter according to claim 5, characterized in that several rings of ferromagnetic material connected to one another by axial webs are provided are and that on the opposite pole pieces several radioactive comb-like Plates are arranged which leave a gap for the webs in the radial direction and between the rings to grab. 7. Energiewandler nach einem der AnsprUche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß über den Umfang des oder der Ringe zwei oder mehrere sich gegenüberliegende Magnetsystempaare angeordnet sind.7. Energy converter according to one of claims 1 to 6, characterized in that that over the circumference of the ring or rings two or more opposite one another Magnet system pairs are arranged. 8. Energiewandler nach einem der AnsprUche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetsysteme durch Permanentmagnete gebildet ist.8. Energy converter according to one of claims 1 to 7, characterized in that that the magnet system is formed by permanent magnets. 9. Energiewandler nach einem der Anspruche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetsysteme aus Elektromagneten bestehen.9. Energy converter according to one of claims 1 to 7, characterized in that that the magnet systems consist of electromagnets. 10. Energiewandler nach einem der Anspruche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetsysteme stationär und der oder die Ringe aus ferromagnetische. Material um eine zentrale Achse rotierend angeordnet sind.10. Energy converter according to one of claims 1 to 9, characterized in that that the magnet systems are stationary and the ring or rings are made of ferromagnetic. material are arranged to rotate about a central axis. 11. Energiewandler nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die ferromagnetischen Ringe stationär und die Magnet systeme um eine zentrale Achse rotierend angeordnet sind.11. Energy converter according to one of claims 1 to 9, characterized in that that the or the ferromagnetic rings stationary and the magnet systems around a central axis are arranged to rotate. 12. Energiewandler nach einei der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die radioaktiven Platten, bezogen auf den Umfang des oder der Ringe aus ferromagnetischem Material, in einer Richtung aus dem Spalt zwischen den sich gogonüberliegenden Magnetsystemen verlängert sind.12. Energy converter according to one of claims 1 to 11, characterized in that that the radioactive plates, based on the circumference of the ring or rings made of ferromagnetic Material, in one direction from the gap between the gogon overlapping magnet systems are extended. 13. Energiewandler nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die radioaktiven Platten aus einem eine Gammastrahlung emittierenden Material bestehen.13. Energy converter according to one of claims 1 to 12, characterized in that that the radioactive plates are made of a material that emits gamma rays exist. 14. Energiewandler nach einem der Anspruche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die radioaktiven Platten aus einem eine @ -Strahlung emittierenden Material bestehen.14. Energy converter according to one of claims 1 to 12, characterized in that that the radioactive plates from one emitting @ radiation Material.
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