DE2807989A1 - Magnetischer behaelter - Google Patents

Description

Magnetischer Behälter

(Priorität; USA Ser.No. 770 580 vom 22. Februar 1977)

1. Anwendungsgebiet

Die Erfindung betrifft einen magnetischen Behälter (magnetische Flasche) zum Einschließen elektrisch geladener Partikel.

2. Stand der Technik

Bei den bekannten Fusionsreaktionen werden die Kerne von zwei leichten Elementen zu einem einzigen Kern eines schweren Elements zusammengefügt, wobei überschüssige Bindungsenergie und subatomare Partikel (Neutronen und Protonen) frei werden. Um positiv gelandete Kerne für eine Fusionsreaktion nahe genug zusammenbringen zu können, muss genügend Energie zur Überwindung der elektrostatischen Abstoßungskräfte zur Verfügung stehen. Es gibt zwar eine große Anzahl von möglichen Reaktionen, welche die Kombination zweier leichter Kerne umfassen und mit der Freigabe von Energie verbunden sind, aber Wasserstoff-Isotope (Deuterium und Tritium) und Helium werden als diejenigen Reaktionspartner angesehen, welche mit der größten Wahrscheinlichkeit steuerbare Fusionsreaktionen ermöglichen.

Beispiele dieser Reaktionen sind

Es hat sich herausgestellt, dass für die Erzeugung von "sich selbst unterhaltenden Reaktionen" (die durch die Re- aktion frei werdende Energie ist größer als die zu ihrer Aufrechterhaltung notwendige) die Dichte der zu fusionierenden Partikel eine beträchtliche Größenanordnung aufweisen muss. Es wird allgemein angenommen, dass, wenn eine derartige Dichte aufrechterhalten werden kann, sich die anderen Probleme, die mit einer sich selbst aufrechterhaltenden Fusionsreaktion verbunden sind, wie beispielsweise das Anheben des Energieniveaus auf einen Wert, der ausreicht, die Abstoßungskräfte zu überwinden, gelöst werden können. Die meisten Anregungen und Vorschläge für Plasmabehälter machen von magnetischen Feldern Gebrauch, eingeschlossen die eingeschnürte (pinched) Endladung, der Stellerator, der magnetische Spiegel, das Astron und ähnliche.

Die beiden Grundformen von magnetischen Behältern, welche derzeit bei Kernfusions-Programmen benutzt werden, sind der "Offenend"-Typ auch magnetische Flasche genannt und der "geschlossene" Typ. Die einfachste Ausführung des "Offenend"-Typs ist ein Zylinder mit gleichmäßiger Feldwicklungen im inneren Bereich und je einem magnetischen Spiegel an beiden Enden.

Eine Ausführungsform eines nuklearen Fusionsreaktors ist in der US-PS 3 072 551 dargestellt, wobei Atomteilchen in eine hohle toroidale Kammer so hineingeführt werden, dass die Partikel sich entlang der Achse des Toroids fortbewegen, wobei ein Einschnüren der Partikel durch jeweils einen Elektromagneten auf jeder Seite des Toroids erfolgt. Weitere Lösungsvorschläge ergeben sich aus den US PS 3 258 402, 3 386 883, 3 748 226, 3 624 239 und 3 016 341.

3. Kritik des Standes der Technik

Die bekannten Lösungen weisen unterschiedliche Nachteile auf, wobei ein gemeinsamer Nachteil darin besteht, dass Instabilitäten vorhanden sind, welche in keinem Fall zufriedenstellend überwunden werden konnten.

4. Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen magnetischen Behälter anzugeben, mit dem es unter Ausnutzung bekannter Teile und Technologien möglich ist, das Plasma länger aufrechtzuerhalten.

5. Lösung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen magnetischen Behälter mit den im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Merkmalen.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung weist einen Stahlzylinder aus rostfreiem Stahl mit einer Wandstärke von 10 cm, 7 m Länge und 2 m Durchmesser auf. 25 magnetische Kompressorelemente sind zusammen mit 26 Spulen um die Außenflächen des Zylinders herum angebracht. Alle Drahtspulen mit Ausnahme von Nr. 1, Nr. 13 und Nr. 26 weisen 10[hoch]5 Windungen Kupfer auf und erzeugen bei einem Strom von 1 A ein gleichmäßiges Magnetfeld von 1,0 Wb/m[hoch]2. Die Spulen Nr. 1, Nr. 13 und Nr. 26 weisen 10[hoch]5 Windungen Kupferdraht auf und erzeugen im Bereich des magnetischen Spiegels einen Maximalwert von B[tief]M = 10,0 Wb/m[hoch]2. Der Winkel des Verlustkegels groß Theta[tief]c beträgt 20 Grad. Näheres zum Verlustkegel eines magnetischen Spiegels findet sich in "Foundations of

Electromagnetic Theory" von Reitz und Milford. An die magnetischen Kompressorelemente ist eine Sägezahnspannung angelegt. Diese Sägezahnspannung erzeugt ein zeitlich veränderliches magnetisches Feld mit der Zyklotronfrequenz des Deuteriumions, welches das Plasma durchdringt. Dieses zeitlich veränderliche Magnetfeld induziert ein elektrisches Feld in radialer Richtung, entsprechend

Das Zusammenwirken des elektrischen und des magnetischen Feldes bewirkt die Plasmakompression. Durch diese Kompression wird bewirkt, dass der Beschleuniger das Plasma zusätzlich komprimiert.

Durch das Zentrum des Zylinders geht eine Magnaleitung hindurch.

An jedem Ende des Zylinders ist eine Platte von 0,1 m Dicke angebracht, um den Fusionsraum abzuschließen. Ein in die Platte gebohrtes Loch gestattet es der Magnaleitung hindurchzutreten. In eine der Platten ist ein weiteres Loch gebohrt, wodurch die Injektion von Starter-Plasma von einer Ionenkanone möglich ist, die einen Strom positiver Deuteriumionen von 1 mA mit einer Geschwindigkeit von 10[hoch]6 m/s ermöglicht. Der rechte Teil des Behälters ist 2 m lang und wird als Wärmetauscher benutzt. Eine Vakuumpumpe führt die Ionen ab, nachdem sie ihre kinetische Energie in Form von Wärme auf die Wand übertragen haben.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich die wichtigsten Ursachen für die Instabilitäten durch die genannten Maßnahmen beseitigen lassen. Eine erste Ursache für die Instabilitäten besteht in der radialen Diffusion, welche durch die Kollisionsvorgänge hervorgerufen wird. Diese Instabilität nimmt im gleichen Maße zu wie die Kollisionshäufigkeit des Plasmas. Eine zweite Art der Instabilität besteht in der schnellen Beschleunigung des

Plasmas in Richtung auf die Wände des Behälters infolge innerer elektrostatischer und magnetischer Kräfte. Eine dritte Art von Instabilität wird durch das Austreten von Plasma durch "Löcher" bzw. den Verlustkegel in den magnetischen Spiegeln hervorgerufen. Die beiden ersten Quellen von Instabilitäten werden durch das Induzieren eines elektrischen Feldes - über das veränderliche magnetische Feld - unterdrückt, um die Diffusion des Plasmas in radialer Richtung herabzusetzen. Die dritte Ursache für Instabilitäten wird dadurch unterdrückt, dass ein sehr großer Strom in der Magnaleitung entlang der z-Achse fließt. Der Plasmabehälter hat dabei eine zylindrische Gestalt und es werden drei magnetische Spiegel benutzt.

6. Zeichnungen

Es zeigen

Fig. 1 das induzierte magnetische Feld B[tief]IN und das gesamte magnetische Feld B[tief]T für eine hohe Ladungsdichte,

Fig. 2 das induzierte magnetische Feld B[tief]IN und das gesamte magnetische Feld N[tief]T bei einer geringen Ladungsdichte,

Fig. 3 die Bewegungsrichtung des Plasmas bei einem angelegten statischen Magnetfeld B[tief]o,

Fig. 4 den Behälter mitsamt Endplatten und dem durch ihre Mitte hindurchtretenden Plasmafaden, sowie die Ionen- und Elektronenkanonen, die [hoch]1H[hoch]2-Quelle, das Ventil und die Vakuumpumpe,

Fig. 5 die Spulen und magnetischen Kompressorelemente, in ihrer Anordnung rund um den Behälter,

Fig. 6 die Anordnung der Spulen,

Fig. 7 die Bauweise der magnetischen Kompressorelemente,

Fig. 8 den Verlauf der Sägezahnspannung, die sowohl an die magnetischen Kompressorelemente als auch an die Magnaleitung angelegt ist,

Fig. 9 die Bauweise der Magnaleitung,

Fig. 10 einen Querschnitt durch die Magnaleitung,

Fig. 11 die Bauweise der goldplattierten Leitungsplatten, mit den an die äußeren und inneren Platten angelegten Spannungen,

Fig. 12 die Bewegung der Ladungsteilchen für verschiedene Feldkonfigurationen,

Fig. 13 die Biegung der Feldlinien innerhalb des Behälters,

Fig. 14 den Plasmafluss,

Fig. 15 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 16 ein Verfahren zur Berechnung der Form der an das Plasma abgegebenen Impulsenergie,

Fig. 17 die groß Omega-Bewegung,

Fig. 18 die groß Theta-Bewegung,

Fig. 19 den Verlauf der dem Plasma zugeführten Impulsenergie.

7. Liste der verwendeten Symbole

a eine Konstante

A[tief1 eine Konstante, definiert durch 9.15

A[tief]2 eine Konstante, definiert durch 9.15

A[tief]3[tief]1 eine Konstante, definiert durch 9.15

A[tief]1[tief]1 eine Konstante, definiert durch 9.14

A[tief]2[tief1 eine Konstante, definiert durch 9.14

A[tief]3 eine Konstante, definiert durch 9.14

B[tief]ex externes Feld

B[tief]o gleichförmiges magnetisches Feld

B[tief]IN induziertes magnetisches Feld

B[tief]T magnetisches Gesamtfeld

B[tief]M Maximalwert des B-Feldes im magnetischen Spiegel

B[tief] crkritisches B-Feld, wodurch f = o wird

C die Steigung der Sägezahnspannung

c Lichtgeschwindigkeit

d Durchmesser des Deuterium-Ions

E[tief]th Schwellenspannung für die Nuklearreaktion

E[tief]IN induziertes elektrisches Feld

E[tief]o gleichförmiges elektrisches Feld

E[tief]Theta Theta-Komponente des elektrischen Felds

E[tief]Omega Omega-Komponente des elektrischen Felds

e Ladung des Elektrons (-1,6 mal 10[hoch]-19 Cb)

F[tief]c(T[tief]i) Kollisions-F-Faktor als Funktion der Ionentemperatur

F Kraft

f[tief]c Kollisionsfrequenz des Plasmas

f[tief]Omega Omega-Taumelfrequenz

f[tief]cy Zyklotronfrequenz des Deuterium-Ions

f[tief]Theta(Omega) Theta-Taumelfrequenz

1[tief]H2 Deuterium

1[tief]H3 Tritium

2[tief]He3 Helium 3

2[tief]He Helium 4

I Strom

I[tief]L Strom pro Längeneinheit

K[tief]1 Diffusionsmaßstabsfaktor für Kollisionen

K[tief]2 Diffusionsmaßstabsfaktor für den Beschleuniger

K[tief]3 Maßstabsfaktor für die Benutzung des magnetischen Kompressors

K absorbierte kinetische Energie

K kinetische Energie

k Boltzmannkonstante

L Bewegungskonstante

m[tief]i Ionenmasse

N Teilchenzahl

q Teilchenladung

R[tief]o Radius des zylindrischen Behälters t[tief]1/2 Inhaltszeit, definiert durch Gleichung 10.18

t Zeit

t[tief]m Relaxations-Konstante, definiert durch Gleichung 10.15

T[tief]i Ionentemperatur

T[tief]e Elektronentemperatur

V Spannung

V[tief]o Anfangsgeschwindigkeit

klein Epsilon[tief]o Dielektrizitätskonstante (8,85 mal 10[hoch]-12 F/m)

µ[tief]o Permeabilitätskonstante (1,26 mal 10[hoch]-6 H/m)

P[tief]cr kritische Ladungsdichte

P[tief]o gleichförmige Ladungsdichte

p[tief]i (t) Ladungsdichte in Abhängigkeit von der Zeit

P[tief]o gleichförmige Ionen-Ladungsdichte

P[tief]m(t) Teilchenzahl pro Raumeinheit

klein Gama[tief]cy[2mal tief]e Zyklotronperiodendauer des Ions (gamma[tief]cy = f[tief]cy[hoch]-1

P[tief]o gleichförmige Ladungsdichte

groß Theta[tief] c Verlustwinkel des magnetischen Spiegels

groß Theta[tief]]M Verlustwinkel zwischen Feldlinien und Z-Achse

groß Delta[tief]1 Diffusionsmenge pro Kollision

groß Delta[tief]2 Kompressionsmenge zwischen Kollisionen

klein Lambda[tief]B Bogdan-Tiefe

klein Sigma o[tief]N.R. Querschnitt der Nuklearreaktion

klein Sigma o[tief]col Querschnitt der Coulomb-Kollision

kleines N Neutrino

Operatoren Gradient Komponente des Gradienten Divergenz Rotation

8. Teilchenbewegung in einem gleichförmigen B- und E-Feld

Die Bewegungsgleichungen für ein geladenes Teilchen mit der Ladung q und derMasse m, das sich mit der Anfangsgeschwindigkeit v[tief]o in dern x-y-Ebene bewegt, wobei ein gleichförmiges magnetisches Feld B[tief]o in z-Richtung und ein gleichförmiges elektrisches Feld E[tief]o in y-Richtung einwirken, lauten

8.1 <Formel>

8.2. <Formel>

als Lösungen ergeben sich

8.3 x = m v[tief]o/q B[tief]o sin (q B[tief]o/m t) + E[tief]o/B[tief]o t

8.4 y = m v[tief]o/q B[tief]o cos (q B[tief]o/m t)

Das geladene Teilchen bewegt sich senkrecht zur Richtung des elektrischen Feldes E[tief]o. Die Driftbewegung des Teilchens erfolgt in der Richtung von

9. Bewegung des geladenen Teilchens in verschiedenen Magnetfeldern.

Es soll angenommen werden, dass die Bewegung von Ionen in einem neutralen oder nahezu neutralen Plasma von der Bewegung der positiven Ionen wegen ihrer größeren Masse bestimmt wird. Die Bewegung eines positiv geladenen Ions soll für verschiedene Magnetfeld-Anordnungen in Zylinder- koordinaten (groß Omega, groß Theta, z) angegeben werden.

sowie stellen die jeweiligen Einheitsvektoren dar. Die Bewegung des Teilchens wird durch Integration der Bewegungsgleichung gefunden.

Fall 1 <Formel>

Die Bewegungsgleichungen lauten

9.11 <Formel>

9.12 <Formel>

9.13 <Formel>

Aus der zweiten Gleichung folgt

Aus dem Energieintegral erhält man durch Nullsetzen von z

9.15 <Formel>

10. Diffusion in einem magnetischen Feld

Es sei

10.3 <Formel>

Von besonderer Bedeutung ist die Größe

Diese Größe kann mit dem Fluss in folgender Weise in Beziehung gebracht werden. Die Oberfläche pro Längeneinheit des Zylinders ist 2 klein pi R[tief]o. Das Volumen einer Längeneinheit des Zylinders beträgt klein pi R[tief]o[hoch]2. Die Anzahl der Partikel groß Delta n, welche durch den Oberflächenanteil 2 klein pi R[tief]o in der Zeit groß Deltat diffundieren, ergibt sich aus der Gleichung

10.4 <Formel>

Diese Partikelmenge ergibt sich ebenfalls aus

10.5. <Formel>

Durch Gleichsetzen erhält man

10.6 <Formel>

Aus der Kombination von 10.6 mit 10.3 ergibt sich

10.7 <Formel>

Die Diffusion aufgrund des Kollisionsvorgangs kann geschrieben werden als

10.8 <Formel>

wobei K[tief]1 als Maßstabsfaktor für die Diffusion aufgrund des

Kollisionsvorgangs definiert ist. Es wird gezeigt werden, dass die Diffusion größer ist als diejenige, welche allein durch den Kollisionsvorgang hervorgerufen wird. Das hat seine Ursache hauptsächlich in der Beschleunigung für geladene Partikel (Vergleiche Abschnitt 12). Es ist daher eine Diffusionsgleichung zu erwarten

10.9 <Formel>

wobei K[tief]2 als Maßstabsfaktor für die Diffusion durch den Beschleuniger definiert ist. Bei Beobachtung der Diffusion ist die Kombination der Effekte ersichtlich

10.10 <Formel>

Daneben gibt es nocht einen weiteren Maßstabsfaktor aufgrund der Kompression des Plasmas durch den magnetischen Kompressor. Damit kann man schließlich schreiben

10.11 <Formel>

wobei K[tief]3 als Maßstabsfaktor bei Benutzung des magnetischen Kompressors definiert ist. K[tief]3 ergibt sich durch

10:12 <Formel>

wobei groß Delta[tief]1 die nach außen gerichtete radiale Diffusion und groß Delta[2] die nach innen gerichtete radiale Verschiebung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kollisionen ist. Schreib man

und <Formel>

wobei T für "Gesamt" steht, so ergibt sich

10.13 <Formel>

Die letzte Gleichung lässt sich schreiben als

10.14 <Formel>

wobei t[tief]m als Relaxations-Konstante definiert ist und sich ergibt aus

10.15 <Formel>

Die Lösung vom 10.14 zusammen mit den Anfangsbedingungen ergibt

10.16 <Formel>

wobei (p[tief]n)[tief]o die Dichte der geladenen Teilchen zur Zeit t[tief]o. darstellt. Die Beinhaltungszeit t[tief]1/2 wird definiert durch

10.17 <Formel>]

Damit ist t[tief]1/2 = t[tief]o bzw.

10.18 t[tief]1/2 = (p[tief]n)o/t[tief]m

Es ist zu beachten, dass die Beinhaltungszeit unendlich wird, wenn groß Delta[tief]1 = Delta[tief]2 wird. Eine unendliche Beinhaltungszeit ist bisher noch nicht erreicht worden und es wird vielfach die Meinung vertreten, dass sie auch in Zukunft nicht erreichbar sein wird. An dieser Stelle soll nicht davon ausgegangen werden, dass die Spannung an den magnetischen Kompressorelementen soweit heraufgesetzt wird, dass groß Delta[tief]1 = groß Delta[tief]2 wird. Stattdessen soll angenommen werden, dass die Hälfte der erforderlichen Spannung angelegt wird, so dass groß Delta[tief]2 = ½ groß Delta[tief]1 wird, so dass die Beinhaltungszeit um den Faktor zwei heraufgesetzt ist.

11. Magnetischer Abschluss

Falls sich geladene Partikel in einem magnetischen Feld B[tief]o befinden, ruft das durch diese das durch diese Ladungen hervorgerufene magnetische Feld eine Präzession der Partikel hervor. Die Präzession der Kreisbahn stellt einen Strom dar und induziert daraufhin sein eigenes magnetisches Feld B[tief]IN. Das magnetische Gesamtfeld an einem Punkt ergibt sich daher zu

11.1 B[tief]T = B[tief]o + B[tief]IN.

Im Folgenden soll ein Ausdruck für B[tief]IN abgeleitet werden.

Aus 9.14 ergibt sich

11.2 L = m großOmega[hoch]2 groß Theta + q großOmega[hoch]2 B[tief]T.

Es soll jetzt eine zylindrische Schicht von Partikeln betrachtet werden. Die Zylinderschicht mit der Länge 1 weist den Radius Omega auf und die Dicke dgroßOmega. Aus der Definition des Stromes erhalten wir den differentiellen Strom pro Längeneinheit in dieser Schale, da

11.3 dI[tief]L = p v[tief] groß Theta 2[tief] klein pi groß Omega d groß Omega,

wobei v[tief]Theta die Geschwindigkeit in der Theta-Richtung angibt. V[tief]Theta ergibt sich aus

11.4 V[tief] groß Theta = groß Omega spitze Klammer nach links groß Theta spitze Klammer nach rechts, wobei die spitzen Klammern andeuten, dass über die Gruppe gemittelt wird, wobei sich aus 11.2 ergibt

11.5 <Formel>

L ist eine willkürlich festgelegte Variable, die positive oder negative Werte annehmen kann. Aus dem Prinzip der dynamischen Umkehrbarkeit ergibt sich, dass wenn das i-te Partikel mit einem Abstand groß Omega von der Achse mit einer Wahrscheinlichkeit P[tief] groß Omega (L[tief]i) den Wert L von L[tief]i-Werten hat und das j-te Partikel mit einem Abstand groß Omega von der Achse eine Wahrscheinlichkeit P[tief] groß Omega(-L[tief]i) dafür aufweist, dass sie den Wert L von L[tief]j aufweist, wobei L[tief]j = L[tief]i ist. Nach dem Prinzip der dynamischen Umkehrbarkeit ist dann

P[tief] groß Omega(L[tief]i) = P[tief] groß Omega(-L[tief]i).

Damit ist <Formel> und 11.5 wird

11.6 <Formel> und 11.3 wird

Unter Benutzung von 11.1 ergibt sich durch Integration

11.8 <Formel>

aus dem Ampèreschen Gesetz ergibt sich

11.9 B[tief]IN(groß Omega) = µ[tief]o [I[tief]L(R[tief]o) - I[tief]L(groß Omega)]

Wird 11.9 nach groß Omega differenziert, so ergibt sich

11:10 d B[tief]IN(groß Omega)/d groß Omega = klein pi q p µ[tief]o B[tief]o/m groß Omega[hoch]2 + klein pi q p µ[tief]o B[tief]IN (groß Omega/m groß Omega[hoch]2

Es wird gesetzt B[tief]IN (groß Omega) = y, groß Omega = x,

klein pi q p µ[tief]o B[tief]o / m = a und klein pi q p µ[tief]o / m = b,

woraus folgt, dass 11.10 vom Typ

11.11 y´ = a x[hoch]2 + b x[hoch]2 y ist.

Diese letzte Gleichung kann unter Benutzung des Integrationsfaktors

- b x[hoch]3 / 3

e

integriert werden und 11.11 erhält die Form

11.12 (y e [hoch] - bx[hoch]3 /3)´ = - a/b (e[hoch]b x[hoch]3/3)´,

wobei durch den Strich die Differentiation nach x gekennzeichnet ist. Durch Integration von 11.12 erhält man

11.13 y e [hoch] -bx[hoch]3 /3 = - a/b e[hoch]-bx[hoch]3 / 3 + A,

wobei A die Integrationskonstante bildet. 11.13 kann in die Form

y = - a/b + A e[hoch]bx[hoch]3 / 3 gebracht werden.

Wird y = B[tief]IN(groß Omega). x = groß Omega

gesetzt und der Wert - a/b eliminiert, so erhält man

11.14 B[tief]IN(groß Omega) = -B[tief]o + A e [hoch] b groß Omega[hoch3 / 3.

Um A zu eliminieren, muss B[tief]IN(R[tief]o) = 0 sein, woraus folgt.

Damit ist

Aus 11.1 folgt

11.16 <Formel>

wobei b = klein pi q p µ[tief]o / m ist.

Es wird p[tief]cr so definiert, dass B[tief]T(0) = ½ B[tief]o ist.

Dieser Fall tritt auf für

Aus 11.16 ergibt sich deshalb

11.17 p[tief]cr = 0,6 m / klein pi q µ[tief]o R[tief]o[hoch]3

klein lambda[tief]B, die Bogdan-Tiefe, wird so festgelegt, dass

11.18 <Formel>

Nach klein Lambda[tief]B aufgelöst ergibt sich

11.19 klein lambda[tief]B = (0,6 m / klein pi q p µ[tief]o + R[tief]o[hoch3) 1/3 - R[tief]o.

Die Bogdan-Tiefe ist ein Maß für die Fähigkeit eines magnetischen Feldes, ein Plasma zu durchdringen. Bei einem großen Wert von P[tief]o(P[tief]o >>1 Cb/m[hoch]3), klein Lambda[tief]B ist klein und das magnetische Feld ist nahezu vollständig abgeschlossen, wie es in Fig. 1 durch B[tief]IN gezeigt ist. Wenn klein Lambda[tief]B kleiner ist als der Radius der Kurvenbahn des Partikels, d.h. wenn

klein lambda[tief]B <m v[tief]o / q B[tief]o ist,

berührt das Partikel die Wand des Behälters. In diesem Fall P[tief]o << 1 Cb/m[hoch]3 ist klein lambda[tief]B größer als R[tief]o, der Radius des Behälters.

Falls P[tief]o = P[tief]o[hoch]i + P[tief]o[hoch]e und P[tiefo[hoch]i = - P[tief]o[hoch]e,

wobei P[tief]o[hoch]i die Ladungsdichte und P[tiefo[hoch]e die Elektronenladungsdichte darstellt, dann wird klein Lambda[tief]B unendlich.

12. Der Beschleuniger

Das magnetische Feld im Inneren des Zylinders wird durch die Gleichung 11.16 definiert. P (t) ergibt sich aus 10.16. Das Faradysche Induktionsgesetzt lautet

12.1 <Formel>

Die Rotation in Zylinderkoordinaten lautet

12.2 <Formel>

B weist lediglich eine z-Komponente auf, damit ist

12.3 <Formel>

Das Faradaysche Gesetz formt sich um zu

12.4 <Formel>

Aus Symmetriegründen ergibt sich , so dass

12.5 <Formel>

wird und E[tief]IN lediglich eine groß Theta-Komponente E[tief]groß Theta aufweist.

Die Gleichungen 12.5, 11.16 und 10.16 könnten direkt nach E[tief] große Theta aufgelöst werden, aber diese Lösung ist umständlich. Wesentlich ist, dass das induzierte elektrische Feld lediglich eine groß Theta-Kombination aufweist und Punkte mit negativer groß Theta-Richtung. Die Zusammensetzung des induzierten elektrischen Feldes mit dem magnetischen Feld erzeugt eine Bewegung, die derjenigen entspricht, welche durch die Gleichungen 8.3 und 8.4 beschrieben wird. Diese Bewegung treibt das Plasma an und beschleunigt es in einer Richtung senkrecht von der Wand des Behälters schneller weg als es aufgrund der Diffusion infolge des Kollisionsvorgangs, definiert durch Gleichung 10.8, erwartet werden könnte.

Dieses Prinzip soll hier als Beschleunigungsprinzip oder kurz als Beschleuniger bezeichnet werden.

Es ist zu beachten, dass wenn das Vorzeichen vom 10.8 positiv anstatt negativ wäre, entsprechend einer Kompression, der Beschleuniger zusätzlich zur Kompression des Plasmas beitragen würde.

Die große Omega-Komponente des Gradienten in B und die groß Omega-Komponente des elektrischen Feldes, entsprechend dem Gaußschen Gesetz tragen beide zur Präzession des Plasmas bei. In Fig. 3 ist hauptsächlich dargestellt, wie der Beschleuniger das Plasma in Richtung Wand treibt.

Fig. 16 und die folgenden illustrieren die Berechnung der vom Plasma absorbierten Energie wie folgt

K[tief1(t = t[tief]o) = ½ m[tief]1 v[tief]o[hoch]2

K[tief]1(t =t[tief]1) = ½ m[tief]1 [v[tief]o + qE / m (t[tief]o - t[tief]1)][hoch]2

m[tief]1 = m[tief]2

K = kinetische Energie

E = elektrisches Feld

K[tief]2(t = t[tief]o) = ½ m[tief]2 v[tief]o[hoch]2

K[tief]2(t = t[tief]1) = ½ m[tief]2 [v[tief]o + q E / m (t[tief]o - t[tief1)][hoch]2

Die vom Feld absorbierte Energie beträgt

m[tief]1 (v[tief]o groß Delta + groß Delta[hoch]2 / 2)

Die an das Feld abgegebene Energie beträgt m[tief]2(- v[tief]o groß Delta + groß Delta[hoch]2 / 2), wobei

groß Delta = q E / m (t[tief]o - t[tief]1)

und die Nettoabsorption der Energie 2 m v[tief]o groß Delta, mit

groß Delta = q E / m (t[tief]o - t[tief1) ist.

13. An magnetische Kompressorelemente angelegte Spannung

Ein Plasma mit einer Dichte von 10[hoch]24 Ionen/m[hoch]3 hat eine Kollisionsfrequenz f[tief]c = 10[hoch]8 Hz und eine Zyklotronfrequenz f[tief]cy = 10[hoch]8 Hz. Der Diffusionsanteil infolge des Kollisionsprozesses pro Umdrehung beträgt

13.1 <Formel>

Aus der Gleichung 8.3 sieht man, dass die Sinusfunktion einer Periode (Umdrehung) ausführt, wenn das Argument 2 klein pi ist, d.h.

13.2 q B[tief]o t / m = 2 klein pi

Löst man nach der Zeit auf, welche ein Partikel zur Ausführung einer Umdrehung benötigt, so ergibt sich

13.3 t = 2 klein pi m / q B[tief]o = klein Gamma[tief]cy

Der Anteil der Verschiebung klein Delta[tief]2 in x-Richtung (Kompression) für eine Umdrehung ergibt sich durch Einsetzen des Wertes von t aus 13.3 in die Gleichung 8.3. Damit ergibt sich

13.4 groß Delta = 2 klein pi m E / q B[tief]o[hoch]2

Die Begrenzung des Plasmas erfordert groß Delta[tief]1 = groß Delta[tief]2. Da die Zeitgrenzen des Plasmas nicht auf unendlich festgesetzt wurden, soll der Wert von

groß Delta[tief]2 hier mittels groß Delta[tief]2 = ½ groß Delta[tief]1 angenommen werden, woraus eine Heraufsetzung der Beinhaltungszeit um den Faktor zwei resultiert, wobei groß Delta[tief]2 = ½ groß Delta[tief]1 in den Gleichungen 13.1 und 13.4 zu

E[tief]IN = 4 v[tief]o / kleines pi[hoch]2 = 5 mal 10[hoch]5 v/m führt.

Das durch <Formel> induzierte Feld beträgt

E[tief]IN = E[tief]groß Theta = C R[tief]o / 2, wobei C = dB / dt

die Steigung des latenten, durch die Kompressorelemente erzeugten magnetischen Feldes ist. Es wird daher eine Spitzenspannung von 0,1 V bei einer Frequenz von 10[hoch]8 Hz benötigt.

In Fig. 8 ist die Spannung dargestellt, welche jeder Leiterschleife des magnetischen Kompressors zugeführt wird.

Aus <Formel>

folgt, dass jede Schleife einen Strom von 2 A führt. Der Widerstand jedes Drahtes ist R = 4 mal 10[hoch]-2 groß Omega und die Spitzenspannung ergibt sich zu v = 0,1 V.

14. Die Magnaleitung

Durch den Plasmafaden fließt ein großer Strom, um die Feldlinien innerhalb des Behälters im wesentlichen wie die

Fasern in einem Seil. Falls der Winkel zwischen einer Feldlinie und der z-Achse größer als der Winkel des Verlustkegels ist, besteht theoretisch nicht die Möglichkeit für die Partikel, dem magnetischen Spiegel zu entkommen.

Die Bedingung groß Theta[tief]c < groß Theta[tief]M erfordert, dass

990 000 Drähte werden an die innere goldene Leiterplatte angeschlossen und führen jeweils einen Strom von 1 A. Die übrigen 10 000 Drähte in der Nähe der Magnaleitung sind mit der äußeren vergoldeten Leiterplatte verbunden. Der Widerstand dieser Drähte beträgt 5 mal 10 [hoch]-2 groß Omega, was gleichbedeutend damit ist, dass eine konstante Spannung von 5 mal 10[hoch]-2 V an die innere vergoldete Leiterplatte angelegt wird, während die selbe Spannung, wie sie an die magnetischen Kompressorelemente angelegt ist, mit der selben Frequenz den äußeren 10 000 Drähten der Magnalleitung zugeführt wird. Diese gepulste Spannung erzeugt ein zeitlich veränderliches magnetisches Feld, das ein elektrisches Feld entlang der z-Achse hervorruft. Die Überlagerung der elektrischen und magnetischen Felder expandiert das Plasma in Richtung von der Magnaleitung weg. Eine Dichtung zwischen der Leiterplatte und dem Hauptteil der Magnaleitung bewirkt die elektrische Isolation.

Um zu zeigen, dass die Überlagerung von elektrischem und magnetischem Feld das Plasma in Richtung von der Magnaleitung weg expandiert, ist es notwendig zu zeigen, dass das nach dem Faradayschen Induktionsgesetzt erzeugte elektrische Feld lediglich eine z-Komponente aufweist, wenn eine Sägezahnspannung an die äußere Leiterschicht angelegt wird. Das Faradaysche Induktionsgesetzt lautet woraus folgt

Das Faradaysche Induktionsgesetz wird damit

Aus Symmetriegründen folgt

Durch Anlegen einer Sägezahnspannung an die äußere Leiterschicht wird damit lediglich eine z-Komponente des elektrischen Feldes induziert. Die Drift-Bewegung des Plasmas erfolgt in Richtung

Um die Größenordnung des induzierten elektrischen Feldes ermitteln zu können, wird angenommen, dass die Magnaleitung einen Solenoid bildet mit einem Strom von I[tief]L pro Längeneinheit. Aus B = µ[tief]o I[tief]L = µ[tief]o c t

folgt

Damit wird E[tief]z = µ[tief]o cR[tief]o / 2 = µ[tief]o c / 2 = 5 mal 10[hoch]5 V.

Aus 8.3 ergibt sich, dass dies die zum Expandieren eines Plasmas mit der Dichte 10 [hoch]24 Ionen/m[hoch3] in Richtung weg von der Magnaleitung erforderliche Spannung ist. Damit ist c = 10[hoch]12 = di / dt dt = 10[hoch]-8 s.

Der Spitzenstrom ergibt sich zu di = 10[hoch]4 A. Da 10[hoch]4 Drähte in der äußeren Schicht benutzt werden, führt jeder einen Spitzenstrom von 1 A.

Die Fign. 9 und 10 geben die Magnaleitung und einen Querschnitt durch dieselben wieder.

Fig. 9 zeigt die Magnaleitung, wie sie entlang der z-Achse des zylindrischen Behälters angeordnet ist. Der Energieverbrauch der Magnaleitung (10[hoch]5 W) ist klein im Vergleich zur rechnerischen Ausgangsleistung durch Fusion (10[hoch]9 W).

Der Temperaturanstieg des Wassers, welches aus dem Ende der Magnaleitung herauskommt, ist geringer als 1[hoch]o K.

Fig. 10 zeigt die große Zahl (10[hoch]6 von Drähten innerhalb der Magnaleitung.

Fig. 11 gibt die Konstruktion der vergoldeten Leiterplatte wieder. Die Feldlinien verbinden sich ähnlich wie die Fasern eines Seiles, wie es in Fig. 13 dargestellt ist.

Es soll nun auf Fig. 9 Bezug genommen werden, um einige Einzelheiten der Konstruktion zu erläutern. Das Hauptteil 40 der Einheit ist mit geerdeten Endplatte 41 und einer vergoldeten Leiterplatte 42 versehen. Löcher 43 und 44 sind neben weiteren als Auslass für Wasser vorgesehen, welches durch eine Wasserpumpe 45 herangeführt wird. Eine Dichtung 46 macht die Verbindung wasserdicht. Eine Spannungsquelle 47 liefert eine Sägezahn-Spannung und eine Spannungsquelle 48 eine konstante Spannung.

In Fig. 10 ist der Schnitt durch die Magnaleitung 50 wiedergegeben, wobei ein Draht 51 als Beispiel für die Gesamtanordnung in einem Hauptteil 50 wiedergegeben ist.

In Fig. 11 ist ein Hauptteil 60, mit einer Isolierung 61, einer Spannungsquelle 61 und einer vergoldeten Leiterplatte 63 zusammengefügt. Weiterhin ist ein vergoldeter Leiterring 64 vorgesehen.

Die elektrischen und magnetischen Felder sind lediglich über ihre Auswirkungen, wie beispielsweise die Feldkräfte, erfassbar. Eine weitere wichtige Auswirkung ist die Erhitzung des Plasmas. Die Temperatur des Plasmas kann auf verschiedene Weise ermittelt werden, um so die Anwesenheit der Felder zu verifizieren.

15. Einfangen der Wärme der Nuklearfusion

Die durch nukleare Fusionsreaktionen entstehende Wärme wird in folgender Weise eingefangen wobei v für ein Neutrino steht. Es ist noch kein Weg bekannt, wie die Wärme eines Neutrinos erfasst werden kann. Condon und Odishaw führen den Energieverlust mit 5 Prozent der Gesamtenergie auf.

Die nach Abzug der Neutrino-Energie verbleibende restliche Energie ist als kinetische Energie in den aus dem Plasma austretenden Partikeln und in der Strahlung enthalten. Der gesamte Reaktor muss in ein Bad von schwerem Wasser eingetaucht sein, um den Neutronenfluss zu bremsen. Die kinetische Energie der Neutronen wird in Form von Wärme durch das schwere Wasser absorbiert. Die [hoch]1H[hoch]1, [hoch]1H[hoch]2, [hoch1]H[hoch]3, [hoch]2He[hoch]3 [hoch] 2He[hoch]4-Ionen geben ihre kinetische Energie ab, wenn sie die Wand der Wärmetauschereinheit erreichen, welche ihrerseits das schwere Wasser aufheizt. Die freigegebene kinetische Energie aus der Heraufsetzung der Bindungsenergie des Heliums ist damit eingefangen. Das schwere Wasser wird durch die eingefangene Energie in Dampf verwandelt, der seinerseits Generatoren zum Antrieb von Elektrizität antreibt.

Die vom Plasma abgestrahlte Energie heizt die Wand des Behälters auf, der seinerseits ebenfalls das schwere Wasser erwärmt.

16. Referenzen

"Foundations of Electromagnetic Theory" von Reitz und Milford Addison Weekly;

"Principles of Plasma Physics" von Kroll und Trivelpiece,

McGraw-Hill;

"Statistical Mechanics" von Tolman, Oxford Press;

"Handbook of Physics" von Condon und Odeshaw, McGraw-Hill.

US-PS Nr. 3 072 551

US-PS Nr. 3 258 402

US-PS Nr. 3 286 883

US-PS Nr.3 748 226

US-PS Nr. 3 624 239

US-PS Nr. 3 016 341

17. Anhang

Das Einhalten der Bedingung groß Theta[tief]M > groß Theta[tief]c ist eine hinreichende Bedingung, damit jedes Partikel, welches aus dem inneren Bereich des Plasmas Nr. 1 erscheint, reflektiert wird und sich dem Bereich des ersten magnetischen Spiegels nähert, unabhängig davon, welche Geschwindigkeitskomponenten das Partikel aufweist.

Das magnetische Feld im Bereich des magnetischen Spiegels besteht aus drei Anteilen

B[tief]T = B[tief]1 + B[tief]2 + B[tief]3,

wobei B[tief]T das gesamte magnetische Feld bezeichnet, während B[tief]1 der Feldanteil ist, der durch die Spulen-Feldwicklung erzeugt wird. Der Feldanteil B[tief]2 wird durch die Magnaleitung hervorgerufen und der Anteil B[tief]3 durch den magnetischen Spiegel.

17.2 wobei I[tief]L der Strom pro Längeneinheit ist.

17.3

I[tief]1 ist darin der Strom in der Magnaleitung. Um B[tief]3 auszurechnen, sollen Argumente verwendet werden, wie sie denjenigen von Jackson in seinem Text "Classical Electrodynamics", John Wiley 1962, Seiten 141 bis 143 ähnlich sind.

Im Bereich des magnetischen Spiegels wird das Feld (ausgedrückt in MKS-Einheiten)

Die sphärischen Koordinaten (groß Omega´, groß Theta´, klein psi) sind jeweils mit einem Strich gekennzeichnet, um sie von den Zylinderkoordinaten (groß Omega, groß Theta, Z) zu unterscheiden. Die Felder können aus dem sphärischen Koordinatensystem in das zylindrische Koordinatensystem unter Benutzung der folgenden Gleichungen umgeformt werden

17.7 B [tief] groß Omega = sin groß Theta´ Bgroß Omega´ + cos groß Theta´ Bgroß

Theta´

17.8 B[tief]z = cos groß Theta´ Bgroße Omega´ + sin groß Theta´ Bgroß Theta

17.9 sin groß Theta´ = groß Omega / (2[tief]+z[hoch]2) ½

17.10 cos groß Theta´ = z / (groß Omega[hoch]2 + z [hoch]2) ½

17.11 groß Omega´ = (groß Omega[hoch]2 + z[hoch]2) ½

Danach ergeben sich die Feldkomponenten für den magnetischen Spiegel in Zylinderkoordinaten

worin I[tief]1 der Strom in der Magnaleitung und I[tief]2 der Strom im magnetischen Spiegel ist. Aus

Nach der Gleichsetzung wie bei Komponenten, ergeben sich die Bewegungsgleichungen mit

Wegen der 1/ groß Omega Abhängigkeit des Feldes von der Magnaleitung wäre anzunehmen, dass die schwächste Reflexion der Teilchen in der Nähe von groß Omega = R[tief]o auftritt. Das Minimum der Reflexion liegt dort, wo das Partikel kaum reflektiert wird, wenn z = z = 0 und groß Omega = R[tief]o ist.

In einem schmalen Bereich in der Nähe dieses Punktes können die Gleichungen 17.19 bis 17.21 angenähert werden durch

Die Gleichungen 17.15 bis 17.17 können angenähert werden durch

17.25 A[tief]groß Omega = 0

17.26 A[tief]groß Theta = µ[tief]o I[tief1 / 2 kleines pi R[tief]o

17.27 A[tief]z = µ[tief]o I[tief]L - klein pi µ o I[tief]1 / 32 R[tief]o

Die Gleichung 17.24 wird zu

Durch Integration und Elimination der Integrationskonstanten ergibt sich

Es lässt sich zeigen, dass aus 17.39 folgt groß Theta[tief]M>groß Theta[tief]C. Für gegebene Werte von Parametern ist das Verhältnis von

Die Beziehung groß Theta[tief]M > groß Theta[tief]C wirkt geringfügig stärker als diejenige gemäß 17.39.

Die magnetischen Feldkräfte erzeugen eine Beschleunigung der Partikel. Die Beschleunigung erzeugt ihrerseits Zyklotron-Strahlung, welche gemessen werden kann, um die Existenz der magnetischen Kräfte zu beweisen.

Leerseite

Claims (18)

1. Magnetischer Behälter oder magnetische Flasche zum Einschließen elektrisch geladener Partikel, gekennzeichnet durch eine elektrische Feldwicklung und elektrische Spiegel, eine Magnaleitung, welche Mittel zur Erzeugung axial ausgerichteter zeitlich unveränderlicher und zeitlich veränderlicher Ströme durch den Behälter zum Hervorrufen poloidaler Felder und Hauptfelder aufweisen, wobei die Felder ein elektrisches Feld erzeugen, welches die Partikel veranlasst, sich in Richtung nach außen von der Achse des Behälters weg zu bewegen und ein magnetisches Feld, welches das magnetische Feld, das durch die Feldwicklungen erzeugt wird, verdreht und auf diese Weise den Partikelverlust durch die magnetischen Spiegel zu einem Minimum macht.

2. Magnetischer Behälter oder magnetische Flasche zum Einschließen elektrisch geladener Partikel, gekennzeichnet durch eine elektrische Feldwicklung und elektrische Spiegel, eine Magnaleitung, eine Anzahl von dicht benachbarten Stromelementen, welche sich durch den Behälter erstrecken und eine im wesentlichen zylindrische Struktur bilden, Mittel zum Zuführen eines Gleichstroms an ausgewählte Elemente und Mittel zum Zuführen eines zeitlich veränderlichen Stromes an andere ausgewählte Elemente, wodurch infolge der durch die Elemente erzeugten elektrischen Felder Partikel in Richtung nach außen bewegt werden und das magnetische Feld, welches durch die Feldwicklungen erzeugt wurde, derart verformt wird, dass der Verlust an Partikeln durch die magnetischen Spiegel zu einem Minimum wird.

3. Magnetischer Behälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ausgewählte Elemente zu einem Kern zusammengefasst sind und andere Elemente diesen Kern dicht umgeben.

4. Magnetischer Behälter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleich- und der zeitlich veränderliche Strom eine unterschiedliche Richtung aufweisen.

5. Magnetischer Behälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente Drähte bilden, wobei die magnetischen Spiegel Verlustkegel erzeugen, welche jeweils einen inneren Winkel groß Theta[tief]C aufweisen und wobei der Verformungswinkel groß Theta[tief]M ist und der Strom durch den Kern derart gewählt ist, dass Theta[tief]M > Theta[tief]C.

6. Magnetischer Behälter nach Anspruch 3, wobei I[tief]1 der Strom pro Längeneinheit in der Feldwicklung, I[tief]2 der Strom pro Längeneinheit in jedem der magnetischen Spiegel und I[tief]3 der Strom in dem Kern ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ströme durch die folgende Ungleichung bestimmt werden wobei R[tief]o der Radius des Behälters ist.

7. Magnetischer Behälter oder magnetische Flasche, gekennzeichnet durch eine magnetische Feldwicklung und magnetische Spiegel, Mittel zum Reflektieren aller geladenen Materialpartikel innerhalb des Behälters mit Mitteln zum Erzeugen eines großen Stromes in Axialrichtung des Behälters, wodurch die geladenen Partikel von den Spiegeln nach innen reflektiert werden.

8. Magnetischer Behälter nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch Mittel zur Veränderung des Stroms durch mindestens einen Spiegel in Bezug auf den axialen Strom zur Steuerung des Flusses von geladenen Partikeln durch den Spiegel.

9. Magnaleitung gekennzeichnet durch einen Zylinder aus unmagnetischem Material, eine Anzahl von elektrisch isolierten Drähten, die in dem Zylinder parallel zu dessen Achse ausgerichtet sind, und den Zylinder ausfüllen,

wobei die Anzahl der Drähte auf den Zylinder durch die Parameter I[hoch]2R, groß Theta[tief]M und groß Theta[tief]C bezogen ist,

die äußere Schicht von Drähten zur Speisung durch eine Sägezahn-Spannung vorgesehen ist,

die inneren Drähte zur Speisung durch einen konstanten Strom vorgesehen sind, der Strom in der äußeren Schicht von Drähten in Bezug auf den Strom in den inneren Drähten eine entgegengesetzte Richtung aufweist, die äußeren und inneren Drähte mit getrennten Leiterringen großer elektrischer Leitfähigkeit ver- bunden sind,

alle Drähte an einem Ende geerdet sind,

Mittel vorgesehen sind, um Wasser durch die Zwischenräume der Drähte zu deren Kühlung zu leiten,

Die Kombination ein starkes Magnetfeld in -Richtung erzeugt und

die äußere Schicht von Drähten ein zeitlich verändertes Magnetfeld in Theta-Richtung erzeugt, welches nach dem Faradayschen Induktionsgesetz ein elektrisches Feld in z-Richtung hervorruft,

wobei das induzierte elektrische Feld sich mit dem magnetischen Feld in der Weise überlagert, dass kreisende Partikel in Richtung von der Magnaleitung weg verschoben werden.

10. Verfahren zum Expandieren eines Plasmas in radialer Richtung weg von einer Magnaleitung, dadurch gekennzeichnet, dass ein zeitlich veränderliches Magnetfeld ein elektrisches Feld nach dem Faradayschen Induktionsgesetz induziert, wobei das elektrische Feld zusammen mit dem magnetischen Feld in einem Behälter die Partikel in radialer Richtung weg von der Magnaleitung verschiebt.

11. Verfahren zur Reflexion von Partikeln unabhängig von ihrer Bewegungsgeschwindigkeit, gekennzeichnet durch die Benutzung eines magnetischen Spiegels in Kombination mit Spulen, wobei ein großer Strom in Richtung der Achse eines zylindrischen Behäl- ters fließt.

12. Ein magnetischer Kompressor, gekennzeichnet durch eine Anzahl von magnetischen Kompressorelementen in Kombination mit Solenoid-Spulen,

wobei jedes magnetische Kompressorelement aus einer Anzahl von Drähten besteht,

die Drähte rund um einen zylindrischen Behälter herum zwischen Hauptspulen angeordnet sind,

eine Sägezahn-Spannung an die Drähte angelegt wird, welche einen Strom erzeugt, dessen Richtung dem Strom in den Hauptspulen entgegengesetzt ist,

ein Ende der Drähte geerdet ist, während ihr anderes Ende an eine Metallstange angeschlossen ist,

die Stange mit einem Material großer elektrischer Leitfähigkeit belegt ist und an die Stange eine Sägezahnspannung angelegt ist.

13. Magnetischer Kompressor, bestehend aus einer Vielzahl von magnetischen Kompressorelementen, dadurch gekennzeichnet, dass jedes magnetische Kompressorelement zwischen zwei benachbarten Spulen angeordnet ist, wobei die Drahtspulen die Hauptkomponente eines extern aufgebrachten magnetischen Feldes erzeugen und das magnetische Kompressorelement aus einer Anzahl von Drahtschleifen besteht, die Drahtschleifen um einen zylindrischen Behälter herum angeordnet und jeweils mit einem Ende geerdet sind, dass die anderen Enden der Drahtschleifen mit einer Energiequelle verbunden sind, die Energiequelle eine Sägezahn-Spannung an die Drahtschleifen mit einer bekannten Frequenz liefert und die Sägezahn-Spannung ein zeitlich veränderliches magnetisches Feld erzeugt,

dass das zeitlich veränderliche magnetische Feld ein elektrisches Feld nach dem Faradayschen Induktionsgesetzt erzeugt und das elektrische Feld sich mit dem extern aufgebrachten magnetischen Feld von den Hauptspulen aus Draht so überlagert, dass kreisende Ionen radial nach innen verschoben werden, und dass

die radiale Verschiebung eine Kompression des Plasmas erzeugt

14. Verfahren zur Plasmakompression, gekennzeichnet durch die Erzeugung eines zeitlich veränderlichen Magnetfelds in einem Behälter, wobei das zeitlich veränderliche Magnetfeld ein elektrisches Feld nach dem Faradayschen Induktionsgesetzt erzeugt, die Überlagerung des elektrischen Feldes mit dem magnetischen Feld im Inneren des Behälters die Partikel radial in Richtung von der Wand des Behälters weg in Richtung auf die Achse des Behälters zu verschiebt.

15. Verfahren zur Plasmakompression unter Benutzung des Beschleunigungsprinzips, dadurch gekennzeichnet, dass das Plasma komprimiert wird (erste Kompression), wodurch die Dichte des Plasmas erhöht wird, dass die heraufgesetzte Dichte bei einem bestimmten Punkt eine

Veränderung des magnetischen Feldes bewirkt,

dass die Veränderung des magnetischen Feldes nach dem Faradayschen Induktionsgesetz ein elektrisches Feld induziert,

und dass das elektrische Feld zusammen mit dem magnetischen Feld die Partikel radial nach innen verschiebt, wodurch eine zweite Kompression des Plasmas hervorgerufen wird.

16. Verfahren zur Aufheizung von Plasma unter Benutzung eines zeitlich veränderlichen elektrischen Feldes, welches ein elektrisches Feld nach dem Faradayschen Induktionsgesetzt induziert, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Feld einen Teil der Partikel beschleunigt und einen anderen Teil verlangsamt,

dass die während der Beschleunigung dem elektrischen Feld entzogene Energie größer ist als der Energieanteil, welcher während der Verlangsamung an das elektrische Feld abgegeben wird - gemittelt über alle Partikel - , und

dass die Differenz zwischen der aus dem elektrischen Feld abgezogenen und der dieses abgegebenen Energie eine Heraufsetzung der kinetischen Energie der Partikel, d.h. Erwärmung, bewirkt.

17. Verfahren zur Steuerung der Eindringtiefe eines magne- tischen Feldes durch eine unterschiedliche Anzahl von positiven und negativen geladenen Teilchen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ladungsüberschuss von einem Coulomb an positiver Ladung benutzt wird.

18. Verfahren zum Einschließen eines Fusionsplasmas, dadurch gekennzeichnet, dass das Plasma in radialer Richtung innerhalb eines solenoidalen zylindrischen Behälters komprimiert wird und die Partikel an beiden Enden des zylindrischen Behälters unter Benutzung des magnetischen Feldes eines magnetischen Spiegels zusammen mit dem magnetischen Feld einer Magnaleitung reflektiert werden