DE3719706A1

DE3719706A1 - Verfahren zur thermonuklearen fusion mit teilchenstrahlen

Info

Publication number: DE3719706A1
Application number: DE19873719706
Authority: DE
Inventors: Piergiulio Avanzini
Original assignee: Ansaldo SpA
Current assignee: Ansaldo SpA
Priority date: 1986-06-27
Filing date: 1987-06-12
Publication date: 1988-01-07
Also published as: IT1204166B; JPS6325590A; GB8714782D0; GB2194094A; FR2600811A1; IT8612504A0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur thermonuklearen Fusion mit Teilchenstrahlen.

Bekannte Reaktoren zur gesteuerten thermonuklearen Fusion verwenden magnetisch eingeschlossene heiße Plasmen.

Die Bedingungen für eine sich selbst aufrechterhalten de Reaktion bestehen in einer Steigerung der Temperaturen auf geeignete Höhen in Verbindung mit den notwendigen Erforder nissen der Dichte und der Energieeinschlußzeit. In der sich selbst aufrechterhaltenden Reaktion wird ein Teil des durch die Fusionsreaktionen erzeugten Druckes dazu verwendet, das Plasma auf der erforderlichen Temperatur zu halten.

Bei der Erfindung wird der Energieerzeugungsvorgang statt mit einem Plasma mit beschleunigten Ionenstrahlen erreicht. Die erzeugte Energie wird teilweise in der äußeren Last und teilweise zur Beschleunigung der Teilchenstrahlen verbraucht.

Die Erfindung betrachtet die Anwesenheit von drei ge trennten Teilchenstrahlen, die unterschiedliche Energien und daher unterschiedliche Geschwindigkeiten aufweisen.

Es sind zwei Strahlen von Ionen vorhanden, die sich in dieselbe Richtung bewegen, doch derart mit verschiedenen Geschwindigkeiten, daß die Relativgeschwindigkeit zwischen den beiden Arten von Ionen derart bemessen ist, daß der Wirkungsquerschnitt für die Fusionsreaktion ein Maximum an nimmt.

Es ist ferner ein Strahl hochenergetischer Elektronen vorhanden, der längs derselben Achse wie die vorerwähnten Strahlen, jedoch in der entgegengesetzten Richtung verläuft.

Dieser Elektronenstrahl dient dazu die elektrische Ladung des Systems von Strahlen auszugleichen, um eine Zer streuung der Teilchen infolge elektrostatischer Abstoßung zu vermeiden.

Die Energie des Elektronenstrahls ist ausreichend hoch, um die Wechselwirkungsquerschnitte zwischen den Elek tronen und den Ionen vernachlässigbar klein zu machen.

Die drei koaxialen Strahlen sind durch ein geeignetes Magnetsystem eingeschlossen, das sie rund um ihre eigenen Richtungsachsen begrenzt hält, wobei die Strahlen innerhalb eines dicht geschlossenen Vakuumsammelrings umlaufen.

Während des Betriebs wird der mit dem Strahl der langsamen Ionen wechselwirkende Strahl der schnellen Ionen zusätzlich zur Erzeugung der Fusionsreaktion allmählich ab gebremst; die von diesem Strahl verlorene Energie wird von dem Strahl der langsamen Ionen aufgenommen, der sich ent sprechend beschleunigt. Der Elektronenstrahl verliert sowohl durch die Wechselwirkungen mit den Ionen als auch durch Ab strahlung allmählich Energie. Im Inneren des Sammelrings ist ein elektrodynamisches System eingesetzt. Dieses absor biert Energie aus dem langsamen Ionenstrahl und führt diese Energie zu dem schnellen Strahl zurück, wodurch die Relativ geschwindigkeit zeitlich konstant gehalten wird. Dieses elektrodynamische System kompensiert auch die Energiever luste des Elektronenstrahls.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Er findung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Fusionsreaktors und der Zeichnung, auf die bezüglich einer erfindungswesentlichen Offenbarung aller im Text nicht er wähnten Einzelheiten ausdrücklich hingewiesen wird.

In der einzigen Figur der Zeichnung ist ein Vakuum sammelring 1 dargestellt, sowie ein wendelförmiger elek trischer Draht 2, der das zur Aufrechterhaltung der Fokus sierung der Teilchenstrahlen erforderliche Magnetfeld er zeugt, Injektoren 3, 4, 5 für die Ionen und die beschleu nigten Elektronen, die herkömmlicher Bauart sein können und daher nicht näher beschrieben sind, und ein elektrodynami sches System 6.

Das elektrodynamische System 6 besteht aus einer Reihe von innerhalb des Sammelrings angeordneten Elektroden, die längs der Umfangsachse des Rings ein sinusförmiges oder wenigstens periodisches elektrisches Feld erzeugen, welches mit einer zwischen der Geschwindigkeit des Strahls der schnellen Ionen und des Strahls der langsamen Ionen liegen den Geschwindigkeit wandert. Das Energieversorgungssystem dieses elektrodynamischen Systems kann von bekannter Bauart sein und ist daher nicht näher beschrieben. Diese periodi sche Wanderwelle erzeugt wegen der Relativgeschwindigkeit einen Abfall in der mittleren Geschwindigkeit des langsamen Strahls und einen Anstieg in der mittleren Geschwindigkeit des schnellen Strahles, indem aus den ersteren Energie absor biert und dem letzteren zugeführt wird. Durch Kombination mit der Bewegung der Elektronen ruft sie bei diesen eine Erhöhung ihrer mittleren Geschwindigkeit hervor, indem sie diesem Strahl Energie zuführt.

Eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung be trachtet die Möglichkeit eines gepulsten Betriebs: Die drei Teilchenstrahlen werden in den Sammelring mit der erforder lichen Geschwindigkeit eingeschossen, erzeugen die Fusions reaktionen, wobei gleichzeitig infolge der elektrostatischen Wechselwirkung die beiden Ionenstrahlen und gegebenenfalls der Elektronenstrahl ihre Relativgeschwindigkeit verringern und dadurch die Reaktionsbedingungen verloren gehen. Die Restenergie der Strahlen wird in der Form von Elektrizität an einer mit dem Sammelring verketteten Wicklung wiederge wonnen.

In diesem Fall wirkt der Sammelring wie die Primär wicklung eines elektrischen Transformators, da der durch die Bewegung der mit hoher Geschwindigkeit wandernden Ionen und Elektronen bestimmte elektrische Strom durch ihn hindurch läuft. Durch das Schließen des Kreises mit der verketteten Wicklung erfolgt die Übertragung der Energie von dem Sammel ring zu dem Sekundärstromkreis.

Diese Übertragung geschieht zu Lasten der kinetischen Energie der Teilchen, die daher abgebremst werden.

Verzeichnis der Bezugszeichen 1 Vakuumsammelring
2 wendelförmiger elektrischer Draht
3 Injektor
4 Injektor
5 Injektor
6 elektrodynamisches System

Claims

1. Verfahren zur thermonuklearen Fusion, das in einem Ringreaktor ausführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Projektilstrahl von Ionen und ein Targetstrahl von Ionen unter die Fusionsreaktionen ermöglichenden Relativgeschwin digkeiten umlaufen und auf kontinuierliche Weise dem lang samen Strahl Energie entzogen wird sowie dem schnellen Strahl Energie zugeführt wird, um die physikalische Konfiguration des Prozesses stationär zu halten.

2. Verfahren zur thermonuklearen Fusion, das in einem Ringreaktor ausführbar ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Projektilstrahl von Ionen und ein Targetstrahl von Ionen mit die Fusionsreaktionen ermöglichenden Relativgeschwin digkeiten umlaufen, wobei der Betrieb auf nicht stationäre Weise erfolgt und die Rückgewinnung der Restenergie der Strahlen mittels einer direkten elektrischen Transformation ausgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ionenstrahlen von unterschiedlicher Geschwin digkeit zur Erzeugung der Reaktionen miteinander wechsel wirken und die Einschließung und Fokussierung der Ionenstrah len und gegebenenfalls der Elektronenstrahlen durch ein Magnetfeld herbeigeführt wird, das durch einen wendelförmig auf dem Einschließungsrohr der Teilchenstrahlen aufgewickel ten elektrischen Leiter erzeugt wird oder durch einen den selben Effekt erzeugenden Permanentmagneten.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ionenstrahlen von unterschiedlicher Geschwin digkeit zur Erzeugung der Reaktionen miteinander wechsel wirken und die Einschließung und Fokussierung der Ionenstrah len und gegebenenfalls der Elektronenstrahlen durch ein Magnetfeld herbeigeführt wird, das durch einen wendelförmig auf dem Einschließungsrohr der Teilchenstrahlen aufgewickel ten elektrischen Leiter erzeugt wird oder durch einen den selben Effekt erzeugenden Permanentmagneten.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ionenstrahlen von unterschiedlicher Geschwin digkeit zur Erzeugung der Reaktion miteinander wechselwirken und die von dem schnellen Strahl zu dem langsamen Strahl abgegebene Energie mittels einer Vorrichtung, die eine längs der Strahlachse unter einer zur Wiedergewinnung der Energie des langsamen Strahls und ihrer Übertragung auf den schnel len Strahl mit maximalem Wirkungsgrad eingestellten Geschwin digkeit wandernde periodische Welle hervorruft, noch einmal teilweise auf den schnellen Strahl übertragen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ionenstrahlen von unterschiedlicher Geschwin digkeit zur Erzeugung der Reaktion miteinander wechselwirken und die von dem schnellen Strahl zu dem langsamen Strahl abgegebene Energie mittels einer Vorrichtung die eine längs der Strahlachse unter einer zur Wiedergewinnung der Energie des langsamen Strahls und ihrer Übertragung auf den schnel len Strahl mit maximalem Wirkungsgrad eingestellten Geschwin digkeit wandernde periodische Welle hervorruft noch einmal teilweise auf den schnellen Strahl übertragen wird.