WO2019101991A1 - Elimination von neutronen von kernreaktionen in einem reaktor, insbesondere saubere laser bor11 fusion ohne sekundär-verunreinigung - Google Patents

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fusion
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nuclear
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Heinrich Hora
Shalom ELIEZER
Noaz NISSIM
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Heinrich Hora
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    • Y02E30/10—Nuclear fusion reactors

Definitions

  • the invention relates to a method for the elimination of neutrons of fission, fusion or aneutronic nuclear reactions in a reactor, in particular for the elimination of neutrons from fusion reactions in a nuclear fusion reactor, such as.
  • a nuclear fusion reactor such as.
  • a laser-driven Kernfusi ons reactor which is operated with hydrogen and the boron isotope 11.
  • the invention also relates to a nuclear reactor, in particular a laser nuclear fusion reactor, which is set up for generation of electric energy by laser-based fusion of protons with the boronotope 11. Applications of the invention are given in the generation of electrical energy.
  • HBll fusion While the HBll fusion is absolutely neutron-free, a secondary reaction occurs through the primary generated helium nuclei (alpha particles) by reaction with the boron-11 nuclei present in the fuel with the generation of harmless, stable nitrogen and a neutron.
  • This reaction is weak and is less than 0.1% of the number of HBll reactions, and the energy of the neutrons produced at 0.85 MeV is comparatively very low.
  • These neutrons decay into an electron and proton with a half-life of 14 minutes. Up to this decay, however, the neutrons can contribute dangerously to a radioactive waste. Since neutrons have no electric charge, they can get close to and penetrate other atomic nuclei (so-called neutron capture), usually from a harmless stable atomic nucleus radioactive radiant core has become.
  • the HBll reactor is practicable with available techniques, using petawatt laser pulses with high repetition rates. Borfusion has always been considered particularly difficult and virtually impossible. However, the goal of a "Clean Energy Target" solution without neutrons and without radioactive waste introduced after Finkei has always been of interest (see [4]). Measurements of HBll reaction as the basis of the HB11 nuclear fusion reactor described below have so far been accomplished with lasers (Belyaev et al 2005 in Moscow, Labaune et al., 2013 in Paris and Picciotto et al., 2014 in Prague). However, starting from the completely neutron-free reaction of hydrogen with boron-11 to realize the goal of a perfectly clean energy source, the above limitation from a contaminating secondary reaction is known.
  • the HB11 reaction which is completely clean in the first step, generates the clean helium nuclei of alpha particles, which react with the boron-11 nuclei in the fusion fuel and convert the Borll nuclei into stable nitrogen nuclei with the elimination of a non-energetic neutron. Radiation risks from neutrons or the consequences of the interaction of neutrons with atoms in reactor parts or in the vicinity of the reactor also exist in other nuclear reactions in fission, fusion or other aneutronic nuclear reactors.
  • An object of the invention is to provide an improved method for eliminating neutrons from fission, fusion or aneutronic nuclear reactions in a reactor which avoids the disadvantages and limitations of conventional processes and, in particular, a reduction in the neutron number in the environment of the reactor and / or a reduction of interactions of neutrons with atoms in reactor parts or in the vicinity of the reactor.
  • Another object of the invention is to provide an improved nuclear reactor, in particular nuclear fusion reactor, with the disadvantages and limitations of conventional techniques are avoided and is characterized in particular by a reduction in the number of neutrons ne Neutron and nuclear interactions.
  • the above object is achieved by a method for eliminating neutrons from fission, fusion or aneutronic nuclear reactions in a reactor in which at least partially moderated neutrons are brought to nuclear reactions with tin.
  • the above object is achieved by a reactor configured for energy conversion by means of fission, fusion or aneutronic nuclear reactions and generation of electric energy, the reactor containing a neutron elimination device comprising tin is arranged and arranged so that modulated neutrons are at least partially brought to nuclear reactions with the tin.
  • a third general aspect of the invention is the use of tin for elimination of neutrons arising as a result of fission, fusion or aneutronic nuclear reactions in a reactor.
  • the neutrons produced by the primary reaction or by secondary reactions in the reactor are completely or partially absorbed by the tin, in particular in purely metallic or in compound form (eg alloy).
  • the invention is based on the finding that neutron capture, which often produces a radioactive nuclide from a harmless stable nucleus, is not critical for those elements that have as many different stable isotopes as possible. Among these elements, tin has proved to be particularly advantageous because of a high cross section.
  • the neutrons by the nuclear reactions with tin, convert the tin nuclei to higher atomic weight nuclei by neutron capture.
  • no radiant residues remain.
  • the reactor is a laser-driven nuclear fusion reactor, which works with hydrogen and the boron isotope 11 primarily without the production of neutrons, wherein secondary, produced by reaction of alpha particles with boron isotope 11 neutrons are at least partially eli minated.
  • the number of unwanted neutrons, in particular in the HBll nuclear fusion reactor is comparatively very low and their energy is relatively low.
  • the reactor is preferably a laser-driven nuclear fusion reactor that configures a magnetic field device configured to hold a fusion fuel and generate a magnetic field with a field strength greater than or equal to 1 kT in a cylindrical reaction space, a fusion Pulse laser source capable of emitting fusion laser pulses whose pulse duration is less than 10 ps and whose power is more than 1 petawatts and which is configured to induce fusion in the fusion fuel, and an energy source Converter means for converting the energy released in the nuclear fusion of the nuclei generated in power plant performance, wherein the neutron elimination device is arranged as a wall material of the reactor.
  • the neutron elimination device surrounds before all sides preferably the reactor space of the laser-driven nuclear fusion reactor.
  • the laser-driven nuclear fusion reactor preferably has the properties of the nuclear fusion reactor described in [1]. Accordingly, WO 2015/144190 A1 is incorporated by reference into the present description of the invention with regard to the details of the construction of the nuclear fusion reactor and its operation, in particular with regard to the generation of the magnetic field for holding a fusion fuel and the design of the energy conversion device.
  • the tin may be used in various forms for eliminating neutrons.
  • metallic tin is used, through which the neutrons generated during the nuclear reaction fly, or subsequently.
  • the neutron elimination device is made of pure tin.
  • advantages may result from the high efficiency of neutron elimination.
  • at least one compound of tin e.g. As at least one tin alloy used.
  • the at least one tin compound as a material for the production of reactor parts, for. As reactor walls, is usable.
  • the metallic tin or the at least one tin compound is used as the wall material of the reactor.
  • reactor walls surrounding a reactor reactor chamber may be made of the metallic tin or the at least one tin compound, or layered with a support and a layer of the metallic tin or the at least one tin compound.
  • the neutrons reduce their energy by elastic shocks when passing through a Ther malleiters-liquid.
  • a thermalisation device is provided.
  • the thermalizing liquid preferably contains protons, deuterons, carbon, oxygen and / or components thereof and / or metallic tin particles of more than one nanometer size.
  • the thermalization device in addition to the Abbremsfunktion fulfill a wei tere function and this additionally be arranged as a heat exchanger for the transmission of energy generated during operation of the reactor to a heat exchanger medium.
  • the thermalizing liquid In Be operation of the reactor, the thermalizing liquid is heated and used for heat transfer to the heat exchanger medium.
  • the tin contains the isotopes 114 to 119 and less than 0.01% the isotopes 112 and 122. In this embodiment, the likelihood of undesirable nuclear reactions is minimized. Particularly preferably, the tin contains the isotopes 114, 115 and / or 116 in each case at least 99.9% purity or mixtures thereof.
  • the neutron elimination device is configured so that there is less neutron density on the outer wall of the reactor including a shielding layer in the operation of power generation than prescribed by a predetermined limit concentration for clean environmental operation.
  • This limit concentration results from known estimates from the literature.
  • Figure 1 a schematic illustration of an embodiment of the invention
  • Nuclear fusion reactor and Figure 2: a schematic illustration of a nuclear fusion reactor with a thermalization A direction.
  • the invention is not limited to this nuclear fusion reactor, but according to other reactors in whose operation neutrons are generated applicable. Details of the nuclear fusion reactor, such as the details of laser pulse sources, the physical principles of HBll reaction, the connec tion of the fusion reactor with other components of a power plant, in particular for preparation and supply of the fusion fuel, for controlling the fusion reactor , To protect the environment against thermal influences and / or electrical fields are not described ben, since they are based on the knowledge of the known fusion and Plas maphysik and conventional power plant technology, realized by the skilled person, depending on the specific appli cation conditions of the invention can.
  • a fusion reactor with a variety of reaction spaces, each with a magnetic field device for holding fusion fuel, be madestat tet.
  • the reaction spaces may be sequentially alternately operated to enable a continuous or quasi-continuous generation of electrical energy.
  • the laser-driven nuclear fusion reactor described in [1] to [3] and illustrated in Figures 1 and 2 is based on the combination of ultrahigh kilotesla magnetic fields associated with the non-thermal ignition of HBll fusion reactions by laser pulses of picosecond duration and more be combined as 30 petawatt power, for example, every second from 14 mg Bor-11 an energy gain of 277 kWh is released.
  • the HBll reactor works only with a beam for non-thermal ignition by means of the extremely high, non-linear forces of the electrodynami laser field.
  • Figure 1 shows a schematic illustration of an embodiment of the invention nuclear fusion reactor 100, z. B.
  • a magnetic field device 10 for holding a Fusi onsbrennstoffs 1 with a magnetic field in a cylindrical reaction chamber 2, a magnetic pulse laser source 20 for the emission of magnetic field laser pulses 3 (or: magnetic field generating laser pulses), a fusion Pulse laser source 30 for emitting fusion laser pulses 4 (or the block fusion laser pulses), an energy converter means 40 (shown in phantom) for conversion of the energy released from the nuclei generated during nuclear fusion, and a neutron eliminator 50.
  • the nuclear fusion reactor 100 preferably has a spherical structure as illustrated in Fig. 3 of [1].
  • the neutron elimination device 50 surrounds the magnetic field device 10 and the energy converter device 40 on all sides in the form of a predominantly closed housing. As shown, the shape of the neutron elimination device 50 may be box-shaped, in particular qua-shaped, or alternatively curved, in particular spherical.
  • the neutron elimination device 50 comprises a wall material comprising tin or a tin compound.
  • the thickness of the tin or tin compound is selected depending on the operating conditions of the nuclear fusion reactor 100. The thickness is preferably selected so that the neutron number is reduced by the action of the neutron elimination device to a negligible, in particular further nuclear reactions avoiding measure.
  • the magnetic field device 10 for generating a magnetic field having a thickness of z. B. 4.5 kT in the reaction chamber 2 comprises two parallel metal plates 11, 12, the z. B. made of nickel Herge, a thickness of z. B. 2 mm and a characteristic extent of z. B. 3 cm have.
  • the metal plates 11, 12 are connected to each other via electrical conductors which form two windings 13 of a coil.
  • One of the metal plates 11 has a hole 14 through which the magnetic field laser pulses 3 with a duration of z. B. 1 ns to 2 ns and z. B. 10 kJ energy radiated who the.
  • the plasma generated by each magnetic field laser pulse 3 generates a current impulse in the windings 13 with a magnetic field of a volume of cubic millimeters and a few ns duration.
  • the hole 14 is a circular opening in the upper metal plate 11 in FIG. 1.
  • the diameter and optionally also the geometric shape of the hole 14 are selected as a function of properties, in particular the intensity, the diameter and the profile of the magnetic field laser pulses 3.
  • the diameter of the hole 14 is, for example, 5 mm. Notwithstanding the circular shape may be provided, for example, an elliptical shape.
  • An optimization of the Hole 14 may be provided for maximizing the fusion yield with a view to maximizing the magnetic field.
  • the second metal plate 12 facing the hole 14 may be provided with an absorption layer serving to reduce the optical reflection of the magnetic field laser pulses 3 and increase the dielectric properties of the capacitor formed by the metal plates 11.
  • the absorption layer (not shown) is disposed on the entire surface of the metal plate 12, and more preferably formed of a foam material, for example polyethylene.
  • the foam material is chosen so that after the laser irradiation an electron density distribution is formed as a double Rayleigh profile.
  • the magnetic field laser pulses 3 are generated with the magnetic field pulse laser source 20 shown schematically, the z. B. an Nd-YAG laser and other optical components (not shown) for guiding the magnetic field laser pulses 3 toward the magnetic field device 10 contains.
  • the magnetic field laser pulses 3 of a duration in the nanosecond range can be shortened in time by using an iodine laser with a pulse length of 100 ps and / or by shorter laser pulses after CPA power increase.
  • it can be used to amplify the magnetic field generated by the magnetic field device 10.
  • the fusion pulse laser source 30 is configured to generate the fusion laser pulses 4 with a duration of less than 5 ps and an intensity above 10 19 W / cm 2 .
  • the fusion laser pulses 4 preferably have a contrast ratio of at least 10 6 for the duration of less than 5 ps before the arrival of the fusion laser pulses 4 on the fusion fuel 1.
  • the fusion laser pulses 4 preferably have an intensity distribution that extends across the beam cross-section, except in an outer 5% edge region of the beam cross-section, less than 5% variations has. This advantageously optimizes the block ignition of the fusion reaction in the fusion fuel 1.
  • the said intensity distribution is achieved, for example, by a fusion pulse laser source 30 which has a bundle of fiber amplifiers, each individual fiber having a single mode emission.
  • the fusion pulse laser source 30 includes a pulse laser, such as a solid-state pulse laser, for generating ps laser pulses.
  • the magnetic field pulse laser source 20 and the fusion pulse laser source 30 are coupled to a Steuerein device 70.
  • the control device 70 is configured such that the magnetic field laser pulses 3 and the fusion laser pulses 4 are timed to one another. In the reaction space 2 the maximum magnetic field is generated immediately before each of the fusion laser pulse 4 arrives at the fusion fuel 1.
  • the fusion fuel 1 is a solid-body cylindrical body based on Hbll, for example, 1 cm in length and 0.2 mm in diameter.
  • the surface of the fuel fusi 1 carries a cover layer on the surface of the laser interaction with a thickness of three laser vacuum wavelengths.
  • the cover layer consists of elements with a higher atomic weight than 100, for example silver.
  • the cover layer improves the momentum transfer for generating the fusion flame in the fusion fuel 1.
  • the fusion fuel 1 is supported in the magnetic field device by quartz filaments.
  • the energy conversion device 40 generally comprises an electrically conductive component (shown schematically in dashed lines in FIG. 1, see also FIG. 3), which surrounds the magnetic field device 10 on all sides.
  • the magnetic field device 10 is mounted inside the energy conversion device 40 (carrier not shown in FIG. 1, see, for example, carrier rod 44 in FIG.
  • the Energywandlereinrich device 40 is preferably connected to ground potential, while the magnetic field device 10 by means of a voltage source 15 with a negative high voltage, for example, -1.4 MV, be alsschlagt.
  • the energy converter device 40 is arranged to catch in the fusion reaction of the fusion fuel 1 released high-energy He-cores (alpha particles) and umzuwan by means of DC voltage transmission (HVDC) [1] in a discharge current. With the discharge current, the electric energy is provided, in which the energy released in the Fusi onsretress is converted.
  • HVDC DC voltage transmission
  • the direction of incidence of the magnetic field laser pulses 3 can be rotated by an angle up to 80 ° between normal incidence in the plane, which is spanned by the vertical direction of incidence and the normal of the magnetic field, the Dre hung in the plane takes place, which is oriented parallel to the coil 13.
  • the neutron elimination device 50 may be equipped on its side facing the fusion fuel 1 side with a thermalization device 60, as shown schematically in Figure 2 GE.
  • the thermalization device 60 contains a thermalization fluid, such as. B. liquid paraffin.
  • a HB11 nuclear fusion reactor which is completely clean under practical conditions can be achieved in particular by preparing the spherical reactor vessel of the nuclear fusion reactor from pure tin, or - which is completely economical it is achievable - from tin isotopes 114 or 115, and 116.
  • the neutrons produced by nitrogen convert the tin nuclei into clean, stable nuclei of higher atomic weight by neutron capture in the tin.
  • thermalization is applied in the thermalizer 60 ( Figure 2) by using a ca. 10 cm thick liquid of water or solid praffin or paraffin oil.
  • the nuclear fusion reactor 100 With the further, outer jacket of a tin layer of the neutron elimination device 50, the nuclear fusion reactor 100 then operates as a properly clean enough energy source.
  • the liquid intermediate layer of the thermalization device 60 it is also possible to carry out the heat exchange, if the energy of the fl elium nuclei should be greibar only by braking in the reactor wall and not preferably by energy conversion into electrostatic fields between the reactor center, in particular Ku center, and the reactor wall, in particular spherical wall is possible.
  • the very sensitive measurement of neutrons from the formation of nitrogen nuclei can be used, since the measurement of the HB11 reaction is more difficult and less accurate to handle.

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Elimination von Neutronen von Fissions-, Fusions- oder aneutronischen Kernreaktionen in einem Reaktor (100), insbesondere in einem lasergetriebenen Kernfusions-Reaktor (100), der mit Wasserstoff und dem Bor-Isotop 11 arbeitet, werden mindestens teilweise moderierte Neutronen zu Kernreaktionen mit Zinn (11) gebracht. Die Neutronen wandeln durch die Kernreaktionen mit Zinn die Zinnkerne durch Neutroneneinfang in stabile Kerne mit höherem Atomgewicht um. Es wird auch ein Reaktor (100), der für eine Energieumwandlung mittels Fissions-, Fusions- oder aneutronischen Kernreaktionen und zur Generation von Elektroenergie konfiguriert ist, beschrieben, wobei der Reaktor eine Neutronen-Eliminationseinrichtung (50) enthält, die Zinnenthält und so angeordnet ist, dass moderierte Neutronen mindestens teilweise zu Kernreaktionen mit dem Zinn gebracht werden.

Description

ELIMINATION VON NEUTRONEN VON KERNREAKTIONEN IN EINEM REAKTOR, INSBESONDERE SAUBERE LASER BOR11 FUSION OHNE SEKUNDÄR-VERUNREINIGUNG
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Elimination von Neutronen von Fissions-, Fusions- oder aneutronischen Kernreaktionen in einem Reaktor, insbesondere zur Elimination von Neutronen von Fusionsreaktionen in einem Kernfusions-Reaktor, wie z. B. einem lasergetriebenen Kernfusi ons-Reaktor, der mit Wasserstoff und dem Bor-Isotop 11 betrieben wird. Die Erfindung betrifft auch einen Kernreaktor, insbesondere einen Laser-Kernfusions-Reaktor, der zur Generation von Elektroenergie durch Laser-basierte Fusion von Protonen mit dem Borisotop 11 eingerichtet ist. Anwendungen der Erfindung sind bei der Generation von Elektroenergie gegeben.
Stand der Technik
Bei der Erläuterung des Standes der Technik wird auf die folgenden Veröffentlichungen Bezug ge nommen:
[1] WO 2015/144190 Al;
[2] H. Hora, G. Korn, L Giuffrida, D. Margarone, A. Picciotto, J.Krasa, K. Jungwirth, J.
Ullschmied, P. Lalousis, S. Eliezer, G.H. Miley, S. Moustaizis and G. Mourou, Fusion energy using avalanche increased boron reactions for block ignition by ultrahigh power picosec- ond laser pulses. Laser and Particle Beams. 33, 607-619 (2015);
[3] H. Hora, S. Eliezer, N. Nissim and P. Lalousis. Non-thermal Laser Driven Plasma-Blocks for Proton Boron Avalanche Fusion as Direct Drive Option. Matter and Radiation at Extremes (Elsevier) 2, 177-189 (2017);
[4] H. Hora, Kommentar zum Finkel-Report: Von der Australischen Regierungskommission ge leitet vom Chefwissenschaftler Dr. Alan Finkei 2017 zur Energie (Report der Academy of Technological Science and Engineering (ATSE) Melbourne, Symposium Sydney 1.11.2017);
[5] H. Hora Laser Plasma Physics 2. Auflage 2016, SPIE Book Bellingham WA, USA; und
[6] Shalom Eliezer, Heinrich Hora, Georg Korn, Noaz Nissim and Jose Maria Martinez- Val. Av alanche proton-boron fusion based on elastic nuclear collisions. Physics of Plasmas 23, 050704 (2016). Es ist allgemein bekannt, dass eine saubere Erzeugung von Elektroenergie die Verschmutzung der Erdatmosphäre durch die Verbrennung von kohlehaltigem Brennstoff oder die Erzeugung des ra dioaktiven Abfalls von Kernspaltungsreaktoren vermeidet. Ein sauberer Elektro-Energiegenerator ist in [1] beschrieben, wobei primär die neutronenfreie Fusionsreaktion von Wasserstoff und dem Isotop 11 von Bor (HBll-Fusion) durch eine nichtthermische Zündung mit extremen Laserpulsen verwendet wird. Die Plasmabeschleunigung zur Zündung erfolgt durch nichtlineare Kräfte des elektromagnetischen Feldes der Laserpulse, wobei eine Kombination mit ultrahohen Magnetfel dern zum Zusammenhalt des Reaktionsvolumens der Kernfusion vorgesehen ist.
Während die HBll-Fusion absolut neutronenfrei ist, entsteht eine Sekundärreaktion durch die primär erzeugten Heliumkerne (Alpha-Teilchen) durch Reaktion mit den im Brennstoff vorhande nen Bor-11 Kernen mit der Erzeugung von harmlosem, stabilem Stickstoff und einem Neutron. Diese Reaktion ist schwach und ist weniger als 0.1% der Zahl der HBll-Reaktionen, und die Ener gie der dabei erzeugten Neutronen von 0.85 MeV ist vergleichsweise sehr niedrig. Diese Neutro nen zerfallen mit einer Halbwertszeit von 14 Minuten in ein Elektron und Proton. Bis zu diesem Zerfall können die Neutronen jedoch in gefährlicher Weise zu einem radioaktiven Abfall beitra gen. Da Neutronen keine elektrische Ladung haben, können sie anderen Atomkernen nahe kom men und in diese eindringen (so genannter Neutroneneinfang), wobei normalerweise aus einem harmlosen stabilen Atomkern ein radioaktiv strahlender Kern geworden ist.
Der HBll-Reaktor ist praktisch mit verfügbaren Techniken zu verwirklichen, wobei Petawatt-La- serpulse mit hohen Repetitionsraten verwendet werden. Borfusion war immer als besonders schwierig und als praktisch unmöglich betrachtet worden. Das Ziel einer nach Finkei eingeführten Lösung "Clean Energy Target" ohne Neutronen und ohne radioaktiven Abfall war aber immer von Interesse (siehe [4]). Messungen von HBll-Reaktion als Grundlage des hier unten beschriebenen HB11 Kernfusions-Reaktors gelangen bisher mit Lasern (Belyaev et al. 2005 in Moskau, Labaune et al. 2013 in Paris und Picciotto et al. 2014 in Prag). Ausgehend von der völlig neutronenfreien Reak tion von Wasserstoff mit Bor-11 als Verwirklichung des Ziels einer absolut sauberen Energiequelle, ist jedoch die genannte Einschränkung aus einer verunreinigenden Sekundär-Reaktion bekannt. Die im ersten Schritt völlig saubere HB11 Reaktion erzeugt die sauberen Helium Kerne von Alpha teilchen, die aber mit den Bor-11 Kernen im Fusionsbrennstoff reagieren und die Borll-Kerne in stabile Stickstoffkerne umwandeln unter Abspaltung eines nicht energiereichen Neutrons. Strahlungsrisiken durch Neutronen oder die Folgen der Wechselwirkung von Neutronen mit Ato men in Reaktorteilen oder in der Umgebung des Reaktors bestehen auch bei anderen Kernreakti onen in Fissions-, Fusions- oder anderen aneutronischen Kernreaktoren.
Aufgabe der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Elimination von Neutronen von Fissions-, Fusions- oder aneutronischen Kernreaktionen in einem Reaktor bereitzustellen, mit dem Nachteile und Beschränkungen herkömmlicher Verfahren vermieden werden und das insbeson dere eine Verringerung der Neutronenzahl in der Umgebung des Reaktors und/oder eine Verrin gerung von Wechselwirkungen von Neutronen mit Atomen in Reaktorteilen oder in der Umge bung des Reaktors ermöglicht. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten Kernreaktor, insbesondere Kernfusions-Reaktor bereitzustellen, mit dem Nachteile und Beschrän kungen herkömmlicher Techniken vermieden werden und der sich insbesondere durch eine Ver ringerung der Neutronenzahl und Neutronen-Atom-Wechselwirkungen auszeichnet.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren zur Elimination von Neutronen und einen Kernreak tor mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Gemäß einem ersten allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung wird die obige Aufgabe durch ein Verfahren zur Elimination von Neutronen von Fissions-, Fusions- oder aneutronischen Kernreakti onen in einem Reaktor gelöst, bei dem mindestens teilweise moderierte Neutronen zu Kernreakti onen mit Zinn gebracht werden.
Gemäß einem zweiten allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung wird die obige Aufgabe durch ei nen Reaktor gelöst, der für eine Energieumwandlung mittels Fissions-, Fusions- oder aneutroni schen Kernreaktionen und zur Generation von Elektroenergie konfiguriert ist, wobei der Reaktor eine Neutronen-Eliminationseinrichtung enthält, die Zinn enthält und so angeordnet ist, dass mo derierte Neutronen mindestens teilweise zu Kernreaktionen mit dem Zinn gebracht werden. Ein dritter allgemeiner Gesichtspunkt der Erfindung besteht in der Verwendung von Zinn zur Eli minierung von Neutronen, die als Folge einer Fissions-, Fusions- oder aneutronischen Kernreaktio nen in einem Reaktor entstehen. Die durch die Primärreaktion oder durch Sekundärreaktionen im Reaktor entstehenden Neutronen werden vollständig oder teilweise vom Zinn, insbesondere in rein metallischer oder in Verbindungs-Form (z. B. Legierung), absorbiert.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass der Neutroneneinfang, bei dem häufig aus einem harmlosen stabilen Atomkern ein radioaktiv strahlender Kern erzeugt wird, bei solchen Elementen unkritisch ist, die möglichst viele verschiedene stabile Isotope haben. Unter diesen Elementen hat sich Zinn wegen eines hohen Wirkungsquerschnitts als besonders vorteilhaft erwiesen.
Die erfindungsgemäße Elimination von strahlungs-gefährlichen Neutronen durch deren be schränkte Lebensdauer von 14 Minuten Halbwertszeit bis zum Zerfall in nicht-radioaktiv schädi gende Elektronen und Protonen (Wasserstoffkerne) kann für alle energielliefernden Kernreakto ren mit Fission oder Fusion angewendet werden und insbesondere für das folgende Beispiel der aneutronischen Kernfusion mittels "Laser Boron Fusion". Das ist das "Saubere Energie-Ziel" (Clean Energy Target) für Innovationen, das weit über die bisherigen Initiativen der "erneuerbare Ener gie" hinausgeht.
Vorzugsweise wandeln die Neutronen durch die Kernreaktionen mit Zinn die Zinnkerne durch Neutroneneinfang in stabile Kerne mit höherem Atomgewicht um. Vorteilhafterweise bleiben keine strahlenden Rückstände.
Besonders bevorzugt ist der Reaktor ein lasergetriebener Kernfusions-Reaktor, der mit Wasser stoff und dem Bor-Isotop 11 primär ohne Erzeugung von Neutronen arbeitet, wobei sekundäre, durch Reaktion von Alphateilchen mit Bor-Isotop 11 erzeugte Neutronen mindestens teilweise eli miniert werden. Wie in [2] festgestellt wird, ist die Zahl der unerwünschten Neutronen insbeson dere beim HBll-Kernfusions-Reaktor vergleichsweise sehr gering und deren Energie relativ nied rig. Der Reaktor ist vorzugsweise ein lasergetriebener Kernfusions-Reaktor, der eine Magnetfeld einrichtung, die zur Halterung eines Fusionsbrennstoffs und zur Erzeugung eines magnetischen Feldes mit einer Feldstärke konfiguriert ist, die größer oder gleich 1 kT ist, in einem zylinderförmi gen Reaktionsraum konfiguriert ist, eine Fusions-Pulslaserquelle, die zur Emission von Fusions-La serpulsen, deren Pulsdauer weniger als 10 ps beträgt und deren Leistung mehr als 1 Petawatt be trägt und zur Einleitung einer Kernfusion im Fusionsbrennstoff konfiguriert ist, und eine Energie- wandlereinrichtung zur Umwandlung der bei der Kernfusion aus den erzeugten Kernen freiwer denden Energie in Kraftwerksleistung umfasst, wobei die Neutronen-Eliminationseinrichtung als Wandmaterial des Reaktors angeordnet ist. Die Neutronen-Eliminationseinrichtung umgibt vor zugsweise allseitig den Reaktorraum des lasergetriebenen Kernfusions-Reaktors.
Der lasergetriebene Kernfusions-Reaktor hat vorzugsweise die Eigenschaften des Kernfusions-Re aktors, der in [1] beschrieben ist. Entsprechend wird WO 2015/144190 Al hinsichtlich der Einzel heiten des Aufbaus des Kernfusions-Reaktors und seines Betriebs, insbesondere hinsichtlich der Erzeugung des magnetischen Feldes zur Halterung eines Fusions-Brennstoffs und der Gestaltung der Energiewandlereinrichtung, durch Bezugnahme in die vorliegende Beschreibung der Erfindung einbezogen.
Vorteilhafterweise kann das Zinn in verschiedenen Formen zur Eliminierung von Neutronen ver wendet werden. Gemäß einer ersten Variante wird metallisches Zinn verwendet, durch das die bei der Kernreaktion primäre oder nachfolgend erzeugten Neutronen fliegen. Vorzugsweise be steht die Neutronen-Eliminationseinrichtung aus reinem Zinn. In diesem Fall können sich Vorteile aus der hohen Effektivität der Neutronen-Elimination ergeben. Alternativ wird mindestens eine Verbindung von Zinn, z. B. mindestens eine Zinn-Legierung, verwendet. In diesem Fall können sich Vorteile daraus ergeben, dass die mindestens eine Zinn-Verbindung als Werkstoff zur Herstellung von Reaktorteilen, z. B. Reaktorwänden, verwendbar ist.
Besonders bevorzugt wird das metallische Zinn oder die mindestens eine Zinn-Verbindung als Wandmaterial des Reaktors verwendet. Mit anderen Worten, Reaktorwände, die einen Reaktor raum des Reaktors umgeben, können aus dem metallischen Zinn oder der mindestens einen Zinn- Verbindung bestehen oder schichtweise mit einem Träger und einer Schicht aus dem metallischen Zinn oder der mindestens einen Zinn-Verbindung hergestellt sein.
Die Reichweite der normalerweise weite Strecken durch Materialien fliegenden, schnellen Neut ronen kann wesentlich verringert werden, wenn diese elastische Stöße z. B. mit Protonen oder mit Deuteronen vollführen. Diese so genannte Thermalisierung von schnellen Neutronen kann z.
B. mit Wasser oder Schwerwasser erfolgen oder mit festem oder flüssigem Paraffin von genügen der Dicke. Entsprechend ist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Neutronen ihre Energie durch elastische Stöße beim Durchlaufen einer Ther malisierungs-Flüssigkeit erniedrigen. Vorzugsweise ist eine Thermalisierungs-Einrichtung vorgese- hen, die eine Thermalisierungs-Flüssigkeit enthält und die angeordnet ist, die Energie der Neutro nen durch elastische Stöße beim Durchlaufen der Thermalisierungs-Flüssigkeit zu erniedrigen. Vorzugsweise enthält die Thermalisierungs-Flüssigkeit Protonen, Deuteronen, Kohlenstoff, Sauer stoff und/oder Komponenten davon und/oder metallische Zinn-Teilchen von mehr als einem Na nometer Größe.
Vorteilhafterweise kann die Thermalisierungs-Einrichtung neben der Abbremsfunktion eine wei tere Funktion erfüllen und hierzu zusätzlich als Wärmetauscher zur Übertragung von Energie, die bei Betrieb des Reaktors erzeugt wird, an ein Wärmetauschermedium angeordnet sein. Bei Be trieb des Reaktors wird die Thermalisierungs-Flüssigkeit aufgeheizt und zur Wärmeübertragung an das Wärmetauschermedium verwendet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält das Zinn die Isotope 114 bis 119 und mit weniger als 0.01% die Isotope 112 und 122. Bei dieser Ausführungsform wird die Wahrscheinlichkeit unerwünschter Kernreaktionen minimiert. Besonders bevorzugt enthält das Zinn die Isotope 114, 115 und/oder 116 in jeweils mindestens 99.9% Reinheit oder Mischun gen davon.
Besonders bevorzugt ist die Neutronen-Eliminationseinrichtung so konfiguriert, dass an der Au ßenwand des Reaktors einschließlich einer Abschirmschicht im Betrieb der Energieerzeugung we niger Neutronendichten vorhanden ist, als durch eine vorbestimmte Grenzkonzentration für einen umweltmäßigen sauberen Betrieb vorgeschrieben sind. Diese Grenzkonzentration ergibt sich aus an sich bekannten Abschätzungen aus der Literatur.
Im Folgenden sind wesentliche Merkmale der vorliegenden Erfindung zusammengefasst:
1) Elimination von Neutronen von Fissions-, Fusions- und aneutronischen Fusionsreaktionen, ge kennzeichnet dadurch, dass mindestens teilweise moderierte Neutronen zu Kernreaktionen mit Zinn gebracht werden;
2) Elimination von Neutronen von Fissions-, Fusions- und aneutronischen Fusionsreaktionen nach 1), gekennzeichnet dadurch, dass die Neuronen sich durch festkörperliches metallisches Zinn oder von Verbindungen bewegen; 3) Elimination von Neutronen von Fissions-, Fusions- und aneutronischen Fusionsreaktionen nach 1) bis 2), gekennzeichnet dadurch, dass metallisches Zinn als Wandmaterial des Reaktors verwen det wird;
4) Elimination von Neutronen von Fissions-, Fusions- und aneutronischen Fusionsreaktionen nach 1) bis 3), gekennzeichnet dadurch, dass die Neutronen ihre Energie durch elastische Stöße ernied rigen beim Durchlaufen von Flüssigkeiten die Protonen, oder Deuteronen, oder Kohlenstoff, oder Sauerstoff oder Komponenten davon enthalten;
5) Elimination von Neutronen von Fissions-, Fusions- und aneutronischen Fusionsreaktionen nach 1) bis 4), gekennzeichnet dadurch, dass die Flüssigkeiten metallische Zinn Teilchen von mehr als Nanometer Größe enthalten.
6) Elimination von Neutronen von Fissions-, Fusions- und aneutronischen Fusionsreaktionen nach 1) bis 5), gekennzeichnet dadurch, dass Zinn außer den Isotopen 114 bis 119 die Isotope 112 und 122 in weniger als 0.01% enthalten.
7) Elimination von Neutronen von Fissions-, Fusions- und aneutronischen Fusionsreaktionen nach 1) bis 5), gekennzeichnet dadurch, dass das verwendete Zinn die Isotope 114, 115, und oder 116 in jeweils mindestens 99.9% Reinheit enthalten oder Mischungen davon;
8) Elimination von Neutronen von Fissions-, Fusions- und aneutronischen Fusionsreaktionen nach 1) bis 7), gekennzeichnet dadurch, dass an der Außenwand des Reaktors einschließlich der Ab schirmschicht im Betrieb der Energieerzeugung weniger Neutronendichten vorhanden sind als durch die Grenzkonzentration für einen umweltmäßigen sauberen Betrieb vorgeschrieben sind.
Kurzbeschreibung der
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Figur 1: eine schematische Illustration einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Kernfusions-Reaktors; und Figur 2: eine schematische Illustration eines Kernfusions-Reaktors mit einer Thermalisierungs-Ein richtung.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
Merkmale bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden vorrangig unter Bezug auf einen Kernfusions-Reaktor gemäß [1] beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Kernfusions-Reaktor beschränkt, sondern entsprechend auch mit anderen Reaktoren, bei deren Betrieb Neutronen erzeugt werden, anwendbar. Einzelheiten des Kernfusions-Reaktors, wie die Details von Laserpulsquellen, die physikalischen Grundlagen der HBll-Reaktion, die Verbin dung des Fusions-Reaktors mit weiteren Komponenten eines Kraftwerks, insbesondere zur Vorbe reitung und Zuführung des Fusions-Brennstoffs, zur Steuerung des Fusions-Reaktors, zum Schutz der Umgebung gegen thermische Einflüsse und/oder elektrische Felder, werden nicht beschrie ben, da sie vom Fachmann, basierend auf den Kenntnissen der bekannten Fusions- und Plas maphysik und herkömmlichen Kraftwerkstechnik, in Abhängigkeit von den konkreten Anwen dungsbedingungen der Erfindung realisiert werden können. Beispielhaft wird auf einen Fusions- Reaktor mit einem einzelnen Reaktionsraum Bezug genommen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Gestaltung beschränkt. Vielmehr kann ein Fusions-Reaktor mit einer Vielzahl von Reaktions räumen, jeweils mit einer Magnetfeldeinrichtung zur Halterung von Fusionsbrennstoff, ausgestat tet sein. Die Reaktionsräume können sequentiell abwechselnd so betrieben werden, dass eine kontinuierliche oder quasikontinuierliche Generation von Elektroenergie ermöglicht wird.
Der in [1] bis [3] beschriebene und in den Figuren 1 und 2 illustrierte lasergetriebene Kernfusions- Reaktor basiert auf der Kombination von ultrahohen Kilotesla-Magnetfeldern, die mit der nicht thermischen Zündung von HBll-Fusionsreaktionen mittels Laserpulsen von Pikosekunden-Dauer und mehr als 30 Petawatt Leistung kombiniert werden, wobei z.B. jede Sekunde aus 14 mg Bor-11 ein Energiegewinn von 277 kWh freigesetzt wird. Im Gegensatz zur lasergetriebenen Deuterium- Tritium Kernfusion mit 2 Megajoule Laserpulsen von Nanosekunden-Dauer mit dem Laser NIF mit sphärischer Einstrahlung von 96 Strahlen, arbeitet der HBll-Reaktor nur mit einem Strahl zur nicht-thermischen Zündung mittels der extrem hohen, nichtlinearen Kräfte des elektrodynami schen Laserfeldes. Einschlägige Messungen am PALS-Laserprojekt in Prag haben gezeigt, dass mit der nicht-thermischen Methode milliardenfach höhere Energieausbeuten erhalten werden, vergli chen mit der klassischen thermischen Reaktion, was in exakter Übereinstimmung mit der Theorie steht (siehe [6]). Figur 1 zeigt eine schematische Illustration einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kern fusions-Reaktors 100, z. B. gemäß [1], der eine Magnetfeldeinrichtung 10 zur Halterung eines Fusi onsbrennstoffs 1 mit einem magnetischen Feld in einem zylinderförmigen Reaktionsraum 2, eine Magnetfeld-Pulslaserquelle 20 zur Emission von Magnetfeld-Laserpulsen 3 (oder: magnetfelder zeugende Laserpulse), eine Fusions-Pulslaserquelle 30 zur Emission von Fusions-Laserpulsen 4 (o- der: Blockfusions-Laserpulse), eine Energiewandlereinrichtung 40 (gestrichelt gezeigt) zur Um wandlung der bei der Kernfusion aus den erzeugten Kernen frei werdenden Energie, und eine Neutronen-Eliminationseinrichtung 50 umfasst. Der Kernfusions-Reaktor 100 hat vorzugsweise einen kugelförmigen Aufbau, wie in Figur 3 von [1] illustriert ist.
Die Neutronen-Eliminationseinrichtung 50 umgibt die Magnetfeldeinrichtung 10 und die Energie wandlereinrichtung 40 allseitig in Gestalt eines überwiegend geschlossenen Gehäuses. Die Form der Neutronen-Eliminationseinrichtung 50 kann wie dargestellt kastenförmig, insbesondere qua derförmig, oder alternativ gekrümmt, insbesondere kugelförmig sein. Die Neutronen-Elimina- tionseinrichtung 50 umfasst ein Wandmaterial, das Zinn oder eine Zinnverbindung umfasst. Die Dicke des Zinns oder der Zinnverbindung wird in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Kernfusions-Reaktors 100 gewählt. Die Dicke wird vorzugsweise so gewählt, dass die Neutronen zahl durch die Wirkung der Neutronen-Eliminationseinrichtung auf ein vernachlässigbar geringes, insbesondere weitere Kernreaktionen vermeidendes Maß, reduziert wird.
Die Magnetfeldeinrichtung 10 zur Erzeugung eines magnetischen Feldes mit einer Stärke von z. B. 4,5 kT im Reaktionsraum 2 umfasst zwei parallele Metallplatten 11, 12, die z. B. aus Nickel herge stellt sind, eine Dicke von z. B. 2 mm und eine charakteristische Ausdehnung von z. B. 3 cm auf weisen. Die Metallplatten 11, 12 sind über elektrische Leiter, die zwei Windungen 13 einer Spule bilden, miteinander verbunden. Eine der Metallplatten 11 hat ein Loch 14, durch das die Magnet- feld-Laserpulse 3 mit einer Dauer von z. B. 1 ns bis 2 ns und z. B. 10 kJ Energie eingestrahlt wer den. Das von jedem Magnetfeld-Laserpuls 3 erzeugte Plasma erzeugt einen Stromstoß in den Win dungen 13 mit einem Magnetfeld von einem Volumen von Kubikmillimetern und einigen ns Dauer.
Das Loch 14 ist eine kreisrunde Öffnung in der in Figur 1 oberen Metallplatte 11. Der Durchmesser und optional auch die geometrische Form des Lochs 14 werden in Abhängigkeit von Eigenschaf ten, insbesondere der Intensität, dem Durchmesser und dem Profil der Magnetfeld-Laserpulse 3 gewählt. Der Durchmesser des Lochs 14 beträgt zum Beispiel 5 mm. Abweichend von der kreis runden Form kann zum Beispiel eine elliptische Form vorgesehen sein. Eine Optimierung des Lochs 14 kann mit Blick auf die Maximierung des magnetischen Feldes für eine höchstmögliche Fusionsausbeute vorgesehen sein.
Die zweite Metallplatte 12, die dem Loch 14 gegenüber liegt, kann mit einer Absorptionsschicht ausgestattet sein, die einer Verringerung der optischen Reflektion der Magnetfeld-Laserpulse 3 und einer Erhöhung der dielektrischen Eigenschaften des von den Metallplatten 11 gebildeten Kondensators dient. Vorzugsweise ist die Absorptionsschicht (nicht dargestellt) auf der gesamten Fläche der Metallplatte 12 angeordnet und besonders bevorzugt aus einem Schaummaterial, zum Beispiel Polyethylen, gebildet. Das Schaummaterial ist so gewählt, dass nach der Laserbestrahlung eine Elektronendichteverteilung als ein Doppel-Rayleigh-Profil gebildet wird.
Die Magnetfeld-Laserpulse 3 werden mit der schematisch gezeigten Magnetfeld-Pulslaserquelle 20 erzeugt, die z. B. einen Nd-YAG-Laser und weitere optische Komponenten (nicht gezeigt) zur Lenkung der Magnetfeld-Laserpulse 3 hin zur Magnetfeldeinrichtung 10 enthält. Optional können die Magnetfeld-Laserpulse 3 von einer Dauer im Nanosekundenbereich zeitlich verkürzt werden durch Verwendung eines lodlasers mit einer Pulslänge von 100 ps und/oder durch kürzere Laser pulse nach CPA-Leistungserhöhung. Vorteilhafterweise kann damit das magnetische Feld verstärkt werden, das mit der Magnetfeldeinrichtung 10 erzeugt wird.
Die Fusions-Pulslaserquelle 30 ist für die Erzeugung der Fusions-Laserpulse 4 mit einer Dauer von weniger als 5 ps und einer Intensität oberhalb von 1019 W/cm2 konfiguriert. Die Fusions-Laserpulse 4 haben vorzugsweise ein Kontrastverhältnis von mindestens 106 für die Dauer von weniger als 5 ps vor Eintreffen der Fusions-Laserpulse 4 auf dem Fusionsbrennstoff 1. Des Weiteren haben die Fusions-Laserpulse 4 vorzugsweise eine Intensitätsverteilung, die über den Strahlquerschnitt, au ßer in einem äußeren 5%-Randbereich des Strahlquerschnitts, weniger als 5%-Schwankungen auf weist. Damit wird vorteilhafterweise die Blockzündung der Fusionsreaktion im Fusionsbrennstoff 1 optimiert. Die genannte Intensitätsverteilung wird beispielsweise durch eine Fusions-Pulslaser- quelle 30 erzielt, die ein Bündel von Faserverstärkern aufweist, wobei jede Einzelfaser eine Sin- glemode-Emission aufweist. Des Weiteren enthält die Fusions-Pulslaserquelle 30 einen Pulslaser, wie zum Beispiel einen Festkörper-Pulslaser, zur Erzeugung von ps-Laserpulsen.
Die Magnetfeld-Pulslaserquelle 20 und die Fusions-Pulslaserquelle 30 sind mit einer Steuerein richtung 70 gekoppelt. Die Steuereinrichtung 70 ist so konfiguriert, dass die Magnetfeld-Laser- pulse 3 und die Fusions-Laserpulse 4 zeitlich zueinander abgestimmt sind. Im Reaktionsraum 2 wird das maximale magnetische Feld erzeugt, unmittelbar bevor jeweils einer der Fusionslaser pulse 4 beim Fusionsbrennstoff 1 eintrifft.
Der Fusionsbrennstoff 1 ist ein festkörperdichter, zylindrischer Körper, basierend auf H Bll, zum Beispiel mit einer Länge von 1 cm und einem Durchmesser von 0,2 mm. Die Oberfläche des Fusi onsbrennstoffs 1 trägt eine Deckschicht an der Fläche der Laserwechselwirkung mit einer Dicke von drei Laser-Vakuumwellenlängen. Die Deckschicht besteht aus Elementen mit höherem Atom gewicht als 100, zum Beispiel Silber. Mit der Deckschicht wird die Impulsübertragung zur Erzeu gung der Fusionsflamme im Fusionsbrennstoff 1 verbessert. Der Fusionsbrennstoff 1 ist in der Magnetfeldeinrichtung mittels Quarzfäden gehaltert.
Die Energiewandlereinrichtung 40 umfasst allgemein ein elektrisch leitendes Bauteil (in Figur 1 schematisch gestrichelt gezeigt, siehe auch Figur 3), das die Magnetfeldeinrichtung 10 allseits umgibt. Die Magnetfeldeinrichtung 10 ist im Inneren der Energiewandlereinrichtung 40 gehaltert (Träger in Figur 1 nicht gezeigt, siehe z. B. Trägerstab 44 in Figur 3). Die Energiewandlereinrich tung 40 ist vorzugsweise mit Massepotential verbunden, während die Magnetfeldeinrichtung 10 mittels einer Spannungsquelle 15 mit einer negativen Hochspannung, zum Beispiel -1,4 MV, be aufschlagt wird. Die Energiewandlereinrichtung 40 ist dafür angeordnet, bei der Fusionsreaktion des Fusionsbrennstoffs 1 freigesetzte, hochenergetische He-Kerne (Alphateilchen) aufzufangen und mittels Spannungsgleichstromübertragung (HGÜ) [1] in einen Entladungsstrom umzuwan deln. Mit dem Entladungsstrom wird die Elektroenergie bereitgestellt, in welche die bei der Fusi onsreaktion freigesetzte Energie umgewandelt wird.
Abweichend von der Illustration in Figur kann die Einfallsrichtung der Magnetfeld-Laserpulse 3 um einen Winkel bis zu 80° zwischen senkrechtem Einfall in der Ebene gedreht werden, die von der senkrechten Einfallsrichtung und der normalen des Magnetfelds aufgespannt wird, wobei die Dre hung in der Ebene erfolgt, die parallel zu den Spulen 13 orientiert ist.
Die Neutronen-Eliminationseinrichtung 50 kann auf ihrer zum Fusionsbrennstoff 1 weisenden Seite mit einer Thermalisierungs-Einrichtung 60 ausgestattet sein, wie schematisch in Figur 2 ge zeigt ist. Die Thermalisierungs-Einrichtung 60 enthält eine Thermalisierungs-Flüssigkeit, wie z. B. flüssiges Paraffin. Einen unter praktischen Bedingungen völlig ausreichend sauberen HB11 Kernfusions-Reaktor kann man erfindungsgemäß insbesondere dadurch erreichen, dass man das kugelförmige Reak torgefäß des Kernfusions-Reaktors aus reinem Zinn herstellt, oder - was völlig wirtschaftlich er reichbar ist - aus Zinnisotopen 114 oder mit 115, und dem häufigen 116. Die vom Stickstoff her- rührenden Neutronen wandeln im Zinn durch Neutroneneinfang die Zinnkerne in saubere, stabile Kerne mit höherem Atomgewicht um. Um die erzeugten Neutronen von einem zu großen Weiter flug abzubremsen, wendet man eine Thermalisierung in der Thermalisierungs-Einrichtung 60 (Fi gur 2) an, indem man eine etwa 10 cm dicke Flüssigkeit von Wasser oder von festem Praffin oder von Paraffinöl verwendet. Mit dem weiteren, äußeren Mantel von einer Zinnschicht der Neutro- nen-Eliminationseinrichtung 50 ist dann der Kernfusions-Reaktor 100 als einwandfrei genügend saubere Energiequelle arbeitend. Mit der flüssigen Zwischenschicht der Thermalisierungs-Einrich tung 60 kann man auch den Wärmeaustausch betreiben, wenn die Energie der Fleliumkerne nur durch Abbremsen in der Reaktorwand greibar sein sollte und nicht in bevorzugter Weise durch Energieumwandlung in elektrostatische Feldern zwischen dem Reaktorzentrum, insbesondere Ku- gelzentrum, und der Reaktorwand, insbesondere Kugelwand möglich ist.
Für die Tests des Kernfusions-Reaktors und für die Ausführung der Entwicklung der Reaktorkom ponenten kann die sehr empfindliche Messung der Neutronen von der Entstehung der Stickstoff kerne benutzt werden, da die Messung der HB11 Reaktion schwieriger und weniger genau zu handhaben ist.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen offenbarten Merk male der Erfindung können sowohl einzeln, in Kombination oder in Sub-Kombination für die Ver wirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Elimination von Neutronen von Fissions-, Fusions- oder aneutronischen Kernreaktionen in einem Reaktor (100),
dadurch gekennzeichnet, dass
- mindestens teilweise moderierte Neutronen zu Kernreaktionen mit Zinn (11) gebracht werden.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei
- die Neutronen durch die Kernreaktionen mit Zinn die Zinnkerne durch Neutroneneinfang in stabile Kerne mit höherem Atomgewicht umwandeln.
3. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- der Reaktor ein lasergetriebener Kernfusions-Reaktor (100) ist, der mit Wasserstoff und dem Bor-Isotop 11 primär ohne Erzeugung von Neutronen arbeitet, wobei sekundäre, durch Reaktion von Alphateilchen mit Bor-Isotop 11 erzeugte Neutronen mindestens teilweise eliminiert werden.
4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- die Neuronen sich durch festkörperliches metallisches Zinn (11) oder mindestens eine Verbin dung von Zinn bewegen.
5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- metallisches Zinn oder mindestens eine Verbindung von Zinn als Wandmaterial (10) des Reaktors (100) verwendet wird.
6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- die Neutronen ihre Energie durch elastische Stöße beim Durchlaufen einer Thermalisierungs- Flüssigkeit erniedrigen.
7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- die Thermalisierungs-Flüssigkeit Protonen, Deuteronen, Kohlenstoff, Sauerstoff oder Komponen ten davon enthält und/oder metallische Zinn-Teilchen von mehr als Nanometer Größe enthält.
8. Verfahren gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei
- die Thermalisierungs-Flüssigkeit zusätzlich als Wärmetauscher zur Übertragung von Energie, die bei Betrieb des Reaktors erzeugt wird, verwendet wird.
9. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- das Zinn die Isotope 114 bis 119 und mit weniger als 0.01% die Isotope 112 und 122 enthält.
10. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- das Zinn die Isotope 114, 115, und/oder 116 in jeweils mindestens 99.9% Reinheit oder Mischun gen davon enthält.
11. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- an der Außenwand des Reaktors einschließlich einer Abschirmschicht im Betrieb der Energieer zeugung weniger Neutronendichten vorhanden ist, als durch eine Grenzkonzentration für einen umweltmäßigen sauberen Betrieb vorgeschrieben sind.
12. Reaktor (100), der für eine Energieumwandlung mittels Fissions-, Fusions- oder aneutro- nischen Kernreaktionen und zur Generation von Elektroenergie konfiguriert ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
- der Reaktor eine Neutronen-Eliminationseinrichtung (50) enthält, die Zinn enthält und so ange ordnet ist, dass moderierte Neutronen mindestens teilweise zu Kernreaktionen mit dem Zinn ge bracht werden.
13. Reaktor gemäß Anspruch 12, der einen lasergetriebenen Kernfusions-Reaktor (100) um fasst, der mit Wasserstoff und dem Bor-Isotop 11 arbeitet.
14. Reaktor gemäß Anspruch 13, umfassend
- eine Magnetfeldeinrichtung (10), die zur Flalterung eines Fusionsbrennstoffs (1) und zur Erzeu gung eines magnetischen Feldes mit einer Feldstärke konfiguriert ist, die größer oder gleich 1 kT ist, in einem zylinderförmigen Reaktionsraum (2) konfiguriert ist,
- eine Fusions-Pulslaserquelle (30), die zur Emission von Fusions-Laserpulsen (4), deren Pulsdauer weniger als 10 ps beträgt und deren Leistung mehr als 1 Petawatt beträgt und zur Einleitung einer Kernfusion im Fusionsbrennstoff (1) konfiguriert ist, und
- eine Energiewandlereinrichtung (40) zur Umwandlung der bei der Kernfusion aus den erzeugten Kernen freiwerdenden Energie in Kraftwerksleistung, wobei - die Neutronen-Eliminationseinrichtung (50) als Wandmaterial des Reaktors (100) angeordnet ist.
15. Reaktor gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem
- die Neutronen-Eliminationseinrichtung (50) aus reinem Zinn oder mindestens einer Verbindung von Zinn besteht.
16. Reaktor gemäß einem der Ansprüche 12 bis 15, umfassend
- eine Thermalisierungs-Einrichtung (60), die eine Thermalisierungs-Flüssigkeit enthält und die an geordnet ist, die Energie der Neutronen durch elastische Stöße beim Durchlaufen der Thermalisie rungs-Flüssigkeit zu erniedrigen.
17. Reaktor gemäß Anspruch 16, bei dem
- die Thermalisierungs-Flüssigkeit Protonen, Deuteronen, Kohlenstoff, Sauerstoff oder Komponen ten davon enthält und/oder metallische Zinn-Teilchen von mehr als Nanometer Größe enthält.
18. Reaktor gemäß Anspruch 16 oder 17, bei dem
- die Thermalisierungs-Einrichtung (60) zusätzlich als Wärmetauscher zur Übertragung von Ener gie, die bei Betrieb des Reaktors (100) erzeugt wird, angeordnet ist.
19. Reaktor gemäß einem der Ansprüche 12 bis 18, bei dem
- das Zinn die Isotope 114 bis 119 und mit weniger als 0.01% die Isotope 112 und 122 enthält.
20. Reaktor gemäß einem der Ansprüche 12 bis 19, bei dem
- das Zinn die Isotope 114, 115, und/oder 116 in jeweils mindestens 99.9% Reinheit oder Mischun gen davon enthält.
21. Verwendung von Zinn zur Eliminierung von Neutronen, die als Folge einer Fissions-, Fusions- oder aneutronischen Kernreaktionen in einem Reaktor (100) entstehen.
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