DE876279C

DE876279C - Arrangement to induce nuclear reactions

Info

Publication number: DE876279C
Application number: DEW687D
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr-Ing Wideroee
Original assignee: BROWN AG; BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BROWN AG; BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1943-09-08
Filing date: 1943-09-08
Publication date: 1953-05-11

Description

Anordnung zur Herbeiführung von Kernreaktionen Kernreaktionen können dadurch herbeigeführt werden, daß geladene Teilchen von hoher Geschwindigkeit und Energie, in Elektronenvolt gemessen, auf die zu untersuchenden Kerne geschossen werden. Wenn die geladenen Teilchen in einen gewissen Mindestabstand von den Kernen gelangen, werden die Kernreaktionen eingeleitet. Da aber neben den zu untersuchenden Kernen noch die gesamten Elektronen der Atomhülle vorhanden sind und auch der Wirkungsquerschnitt des Kernes sehr klein ist, wird der größte Teil der geladenen Teilchen von den Hüllenelektronen abgebremst, während nur ein sehr kleiner Teil die gewünschten Kernreaktionen herbeiführt.Arrangement for bringing about nuclear reactions Nuclear reactions can caused by charged particles of high velocity and Energy, measured in electron volts, shot at the nuclei to be examined will. When the charged particles are at a certain minimum distance from the nuclei the nuclear reactions are initiated. But there next to those to be examined Nuclei still have all of the electrons in the atomic shell and also the cross-section of the nucleus is very small, most of the charged particles come from the shell electrons slowed down, while only a very small part brings about the desired nuclear reactions.

Erfindungsgemäß wird der Wirkungsgrad der Kernreaktionen dadurch wesentlich erhöht, daß die Reaktion in einem Vakuumgefäß (Reaktionsröhre) durchgeführt wird, in welchem die geladenen Teilchen hoher Geschwindigkeit gegen einen Strahl von den zu untersuchenden und sich entgegengesetzt bewegenden Kernen auf einer sehr langen Strecke laufen müssen. Dies kann in der Weise durchgeführt werden, daß die geladenen Teilchen zum mehrmaligen Umlauf in einer Kreisröhre gezwungen werden, wobei die zu untersuchenden Kerne auf derselben Kreisbahn, aber in entgegengesetzter Richtung umlaufen. Da die geladenen Teilchen dabei nicht von bei der Reaktion unwirksamen Elektronen abgebremst werden und andererseits auf einer sehr langen Wegstrecke gegen die Kerne sich bewegen können, wird die Wahrscheinlichkeit für das Eintreten der Kernreaktionen wesentlich größer und der Wirkungsgrad der Reaktion sehr stark erhöht.According to the invention, this makes the efficiency of the nuclear reactions essential increased that the reaction is carried out in a vacuum vessel (reaction tube), in which the charged particles high velocity against a beam from the to be examined and oppositely moving nuclei on a very long one Have to walk. This can be done in such a way that the loaded Particles are forced to orbit several times in a circular tube, whereby the nuclei to be examined on the same orbit, but in the opposite direction circulate. Since the charged particles are thereby not of ineffective in the reaction Electrons are slowed down and on the other hand on a very long distance against As the nuclei can move, the likelihood of the occurrence becomes greater Nuclear reactions are much larger and the efficiency of the reaction is very much increased.

Um die bei der Kreisbewegung entstehenden Zentrifugalkräfte aufzuheben, müssen die umlaufenden Teilchen von nach innen gerichteten Ablenkkräften gesteuert werden, während eine Diffusion derTeile mittels stabilisierender, von allen Seiten auf den Bahnkreis gerichteter Kräfte verhindert wird. Falls die gegeneinander .umlaufenden Teilchen verschiedene Ladung haben, müssen die Ablenkkräfte mittels senkrecht zum Bahnkreis gerichteter magnetischer Felder hergestellt werden. - - -Sind dagegen die Teilchen von der gleichen Ladung, so muß die Ablenkung mittels eines in der Ebene des Bahnkreises radial wirkenden elektrostatischen Feldes hervorgerufen werden.In order to cancel the centrifugal forces that arise during the circular motion, the orbiting particles must be controlled by inward deflecting forces are, during a diffusion of the parts by means of stabilizing, from all sides forces directed on the orbit circle are prevented. If they are against each other .circulating Particles have different charges, the deflection forces must be perpendicular to the Orbital circle directed magnetic fields are produced. - - -Are against it the particles of the same charge must be deflected by means of one in the Radially acting electrostatic field are caused in the plane of the orbit circle.

Erfindungsgemäß wird ein besonders ausgebildeter Strahlentransformator verwendet, um schnell bewegte Elektronen zur Reaktion mit Kernen zu bringen. Die Kernstrahlen, z. B. Protonenstrahlen, werden dann während der Beschleunigungszeit der Elektronen in die Kreisröhre hineingeführt.According to the invention, a specially designed radiation transformer used to make fast moving electrons react with nuclei. the Nuclear rays, e.g. B. proton beams, are then used during the acceleration time the electrons are fed into the circular tube.

Die für die Kernreaktion maßgebende Elektronenspannung (= Elektronengeschwindigkeit) kann dadurch gewählt werden, daß man- die- Kernstrahlen zu einem früheren oder späteren Zeitpunkt während der Beschleunigungsperiode in die Kreisröhre einführt. Dadurch, daß die Kerne den Elektronen entgegenlaufen, wird die relative Geschwindigkeit und somit auch die der Geschwindigkeit entsprechende Spannung noch erhöht. Um den Eintritt der Kernstrahlen in die Kreisröhre zu ermöglichen, muß dieselbe zwei entgegengesetzt gerichtete Eintrittsöffnungen besitzen.The electron voltage that is decisive for the nuclear reaction (= electron velocity) can be chosen by moving the nuclear rays to an earlier or later one Introduces point in time during the acceleration period into the circular tube. Through this, that the nuclei run towards the electrons, the relative speed and thus the voltage corresponding to the speed is also increased. To entry To allow the nuclear rays into the circular tube, the same two must be opposite have directed inlet openings.

Die Einwirkungen von schnell -bewegten-Protonen auf Deuteronen haben sich als besonders geeignet für die Herbeiführung von Kernreaktionen erwiesen..The effects of fast-moving protons on deuterons proved to be particularly suitable for inducing nuclear reactions ..

Um derartige Kernreaktionen herbeizuführen; muß die Reaktionsröhre, wie bereits beschrieben, mit-einer elektrostatischen Steuerung versehen .werden. Das elektrostatische Feld ist dabei -radial..nach .innen gerichtet. Um stabilisierende Kräfte mit sowohl radialen als auch ,axialen, d. h. senkrecht zu der Radialrichtung gerichteten Komponenten zu erhalten, soll dabei erfindungsgemäß die elektrische Feldstärke nach innen zunehmen. Man -erhält hierdurch, wie Abb. i es zeigt, eine -axiale Stabilisierungskraft. Mit io ist die Achse des Bahnkreises bezeichnet und.mit i1 der Querschnitt durch die Kreisringröhre. Zwischen die Platten 1Z und 13 ist eine Spannung des durch Plus- und Minuszeichen angegebenen Vorzeichens zu legen. Damit man auch eine radial gerichtete Stabilisierungskraft erhält, muß die Zunahme der Feldstärke langsamer als umgekehrt proportional mit dem Radius zunehmen. Man kann beispielsweise die Feldstärke proportional i/1/r- sich ändern lassen, wenn y den Bahnkreisradius bedeutet. Bevor die Protonen bzw. Deuteronen in die Reaktionsröhre eingeführt werden, müssen sie eine hohe Geschwindigkeit erreicht haben.To bring about such nuclear reactions; must the reaction tube, as already described, be provided with an electrostatic control. The electrostatic field is -radial ... directed inwards. To stabilize Forces with both radial and, axial, i.e. H. perpendicular to the radial direction To obtain directed components, according to the invention, the electrical Increase field strength inwards. One thereby obtains, as Fig. I shows, a -axial stabilizing force. The axis of the orbit circle is designated with io and with i1 is the cross section through the annulus tube. Between the plates 1Z and 13 is to apply a voltage of the sign indicated by the plus and minus signs. In order to obtain a radially directed stabilizing force, the increase must the field strength increases more slowly than inversely proportional to the radius. Man For example, the field strength can be changed proportionally i / 1 / r- if y means the orbit radius. Before the protons or deuterons enter the reaction tube be introduced, they must have reached a high speed.

Diese hohen Geschwindigkeiten bzw. Spannungen, in Elektronenvolt gemessen; können den geladenen Teilchen erfindungsgemäß in einem oder mehreren Strahlentransformatoren erteilt werden.These high speeds or voltages, measured in electron volts; can the charged particles according to the invention in one or more beam transformers be granted.

Die Beschleunigung von Protonen und Deuteronen sowie auch anderer Kerne in einem Strahlentransformator bereitet keine prinzipiellen Schwierigkeiten. Bei der Wahl der Anfangsspannung und der Vormagnetisierung des Steuerfeldes des Transformators muß man in die für Strahlentransformatoren allgemein gültige Beziehung (i), in der B8 die Steuerfeldstärke, Bi die Induktionsfeldstärke, c die Lichtgeschwindigkeit, r wieder den. Bahnkreisradius, U, die Anfangsgeschwindigkeit, e ,die sogenannte -spezifische Massenenergie = (m = Masse, e = Ladung des betreffenden Teilchens) bedeutet und der Anfangswert Bi, der induzierenden Feldstärke zu - Bi,, angenommen ist, was besagt, daß die induzierende Feldstärke zu Anfang der Beschleunigung einen negativen Maximalwert besitzt: für 8 den für Protonen bzw. Deuteronen gültigen Wert (933 MV für Protonen und 1866 MV für Deuteronen) einsetzen. Aus der Beziehung (2) ersieht man, daß es zweckmäßig sein -wird, eine möglichst hohe Anfangsspannung Uo zu verwenden, um eine hohe maximale Spannung zu erhalten. Aus diesem Grunde wird es sich als zweckmäßig erweisen, die Protonen abwechselnd in zwei Strahlentransformatoren oder mittels einer bereits an anderer Stelle vorgeschlagenen Kaskadenschaltung von mehreren Strahlentransformatoren zu beschleunigen.The acceleration of protons and deuterons as well as other nuclei in a beam transformer does not cause any fundamental difficulties. When choosing the initial voltage and the pre-magnetization of the control field of the transformer, one has to use the general relation (i) for beam transformers, in which B8 is the control field strength, Bi is the induction field strength, c is the speed of light, r is again the. Orbit radius, U, the initial speed, e, the so-called -specific mass energy = (m = mass, e = charge of the particle in question) and the initial value Bi, the inducing field strength, is assumed to be - Bi ,,, which means that the inducing field strength has a negative maximum value at the beginning of the acceleration: for 8 insert the value valid for protons or deuterons (933 MV for protons and 1866 MV for deuterons). From relation (2) it can be seen that it will be expedient to use an initial voltage Uo which is as high as possible in order to obtain a high maximum voltage. For this reason it will prove to be expedient to accelerate the protons alternately in two beam transformers or by means of a cascade connection of several beam transformers already proposed elsewhere.

- Falls man einen -oder- mehrere Strahlentransformatoren zur Beschleunigung der zur Reaktion zu bringenden Teilchen verwendet, kann man gemäß derErfindung zunächst die eine Art von Teilchen in dem Transformator beschleunigen und dann in die Reaktionsröhre leiten. In der nächsten Beschleunigungsperiode kann .man dann. die@Teilchen der.. anderen. Art, wobei die. reagierenden Teilchen auch gleicher Art sein können, in demselben Strahlentransformator beschleunigen.- If you have one -or- several beam transformers for acceleration of the particles to be reacted can be used according to the invention which accelerate one type of particle in the transformer and then into the reaction tube conduct. In the next acceleration period, .man can then. the @particles of .. others. Kind, being the. reacting particles can also be of the same type, in accelerate the same beam transformer.

Die Teilchen müssen dann auf verschiedenen Wegen in die Reaktionsröhre geleitet werden, so daß sich hier eine entgegengesetzte Umlaufsrichtung ergibt (Abb. 2): Die Teilchen können auch bereits in der Kreisröhre des Transformators-verschiedene Umlaufsrichtungen haben (Abb. g). Man kann schließlich auch die beiden Teilchenarten gleichzeitig in zwei Transformätorröhreri beschleunigen, die durch den gleichen -magnetischen Induktionsfluß erregt werden (Abb. 4). In Abb. 2 bis 4 sind die mit I und II bezeichneten Pfeile dieFortbewegungsrichtungen derbeidenTeilchenarten.The particles then have to enter the reaction tube in various ways so that there is an opposite direction of rotation here (Fig. 2): The particles can also already be in the circular tube of the transformer-different Have directions of rotation (Fig. G). Finally, one can also use the two types of particles accelerate simultaneously in two Transformätorröhreri passing through the same -magnetic induction flux are excited (Fig. 4). In Fig. 2 to 4 are those with I and II arrows indicate the directions of travel of the two types of particles.

In der Reaktionsröhre rotieren bei allen gezeichneten Ausführungsformen die an der Reaktion teilnehmenden Teilchen mit konstanter Geschwindigkeit. Diese Reaktionsröhre wird demnach nicht wie die Kreisringröhre des Strahlentransformators von einem sich zeitlieh ändernden Fluß durchsetzt, sondern besitzt nur ein die Fliehkraft der Teilchen aufhebendes elektrostatisches oder magnetisches Steuerfeld und ein von allen Seiten auf den Bahnkreis hin gerichtetes, eine Diffusion der Teilchenverhinderndes Kraftfeld.Rotate in the reaction tube in all illustrated embodiments the particles participating in the reaction at constant speed. These The reaction tube is therefore not like the annulus tube of the radiation transformer permeated by a river that changes over time, but has only one centrifugal force an electrostatic or magnetic control field canceling the particles and a directed from all sides towards the orbit, preventing diffusion of the particles Force field.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Order to induce nuclear reactions, characterized by the use of an evacuated reaction tube in which charged Particles of the same or different kind at the same time Circulation be brought in different directions.

2. Arrangement according to claim i, characterized characterized in that a beam transformer during the Transformatiönsperioden is charged with both electrons and positive particles.

3. Arrangement according to claim 2, characterized in that the positive particles earlier or later than the electrons are introduced into the tube. q ..

Arrangement according to claim i, characterized in that the reaction tube in reactions between particles same charge is controlled electrostatically.

5. Arrangement according to claim q., Characterized characterized in that the electrostatic control field decreases radially outward, however slower than inversely proportional to the radius.

6. Arrangement according to claim i, characterized in that the particles in one or more transformers are accelerated before they are introduced into the reaction tube. arrangement according to claim 6, characterized in that the particles enter the reaction tube be initiated alternately in two different ways and in this way get different directions of rotation. B. Arrangement according to claim 6, characterized in that that the particles in the transformer tube have different directions of rotation and also have different directions of rotation in the reaction tube. G. arrangement according to claim 6, characterized in that the particles are in two different Transformer tubes are accelerated simultaneously and both transformer tubes be excited by the same induction flux.