DE2325454A1

DE2325454A1 - Vorrichtung zur erzeugung kontrollierter kernfusionen in einem offenen reaktionsraum

Info

Publication number: DE2325454A1
Application number: DE2325454A
Authority: DE
Inventors: Claude Bastian
Original assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Current assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Priority date: 1972-05-29
Filing date: 1973-05-17
Publication date: 1973-12-20
Also published as: IT985073B; FR2186705B1; FR2186705A1; GB1387098A; LU65432A1

Description

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Patentanwllte Dipl.-!η". P^:c^::ard MGHer-BSrner

D:p.".-...j. Ha.-fS-H-mr.xh Wey . ·

Berlin-Dehlern, Podfaialskiallee 68

Berlin, den 17. Mai 1973

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EUROPAEISCHE ATOMGEMINSCHAFT (EURATOM)

Patentanmeldung

Vorrichtung zur Erzeugung kontrollierter Kernfusionen in einem offenen Reaktionsraum

Zu den derzeit favorisierten Fusionsreaktorkonzepten gehören die sogenannten "offenen" Konfigurationen= Bei-ihnen besteht die Reaktionsmasse aus einem über längere Zeit stabil zu haltenden thermonuklearen Plasma, z.B. einer Deuterium-Tritium-Mischung, welches durch statische oder hochfrequente Magnetfelder an der

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Berührung mit der Wandung des Reaktionsraumes gehindert wird, (magnetische Flasche). Das Plasma wird an einem Ende in den Reaktionsraum eingespeist und am anderen Ende abgeführt« Der Reaktionsraum weist entsprechend bei zylindrischer Geometrie eine axiale Oeffnung mit Einlassstutzen und an der gegenüberliegenden Seite eine entsprechende Oeffnung mit Austrittsstutzen auf.

Der Teilchenfluss durch den Reaktionsraum muss so bemessen sein, dass die mittlere Verweilzeit der Teilchen in Verbindung mit den erforderlichen Temperatur- und Dichtewerten zu Kernfusionen mit positiver Energiebilanz führt.

In die Energiebilanz gehen die für die Teilcheneinspeisuhg und Plasmaaufheizung notwendigen äusseren Energien sowie die mit den ausfliessenden Teilchen verbundene kinetische Energie defizitär ein.

Der Erficdung liegt die Idee zugrunde, die kinetische Energie der austretenden Teilchen in geeigneter Form zurückzugewinnen und als Injektions- und Aufheizungsenergie für das eintretende Plasma nutzbar zu machen. Die Aufgabe der Rückführung der Energie in den Gesamtprozess wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Ein- und Austrittsstutzen des Reaktionsraumes mit mindestens Je drei gleichen,symmetrisch in Umfangsrichtung verteilten elektrischen Wicklungen ausgestattet sind, wobei jede Wicklung im gleichen Sinne um die Stutzenachse verdreht ist, dass die einander korrespondierenden Wicklungen der beiden Stutzen in Reihe oder parallel und zugleich wie Drehstroawicklungen geschaltet sind, und dass an den gemeinsamen Knotenpunkten der Wicklungen je eine gleich grosse geerdete Kapazität an&'OGOhlonacn int.

Durch die so gebildeten selbsterregten, rückgekoppelten elektrischen Laufzeitketten wird die Umwandlung der kinetischen Energie der austretenden Plasmateilchen in elektrische Energie und der~n Rücktransformationein kinetische Energie der eintretenden Teilchen

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möglich.» Am Teilcheneinlassstutzen des Reaktionsraumes entsteht auf Grund der gegebenen Phasengesehwindigkeit der Plasmawelle ein motorisch wirkendes Treibaggregat (vergleichbar einem Turbo- triebwerk) und am Teilchenaustrittsstutzen ein generatorisch wirkendes Wandleraggregat (vergleichbar einem Turbowandler). Das Treibaggregat beschleunigt den eintretenden Plasmastrahl sowohl longitudinal, als auch transversal und heizt ihn auf. Das Wandler-" aggregat entzieht dem durch die Fusion auf ein höheres Energiepotential gebrachten Plasniastrahl Ueberschussenergie und speist sie in das Treibaggregat ein. Dieser Vorgang läuft kontinuierlich ab, sodass, nach einer kurzen Anlaufzeit ein sich selbst erhaltender Energietransportzyklus abläuft.

Laufzeitketten der vorliegenden Art sind an sich bekannt, vgl. den Bericht Jül - 667 PP, 1970 "Steady-State Generation of Rotating Multipoles for Plasma Experiments in the Mcs Range".

In der Zeichnung ist ein Äusführungsbeispiel der Erfindung schematised veranschaulicht, es zeigt

Fig. 1: den offenen Reaktionsraum zur Erzeugung kontrollierter Kernfusionen mit Treib- und Wandleraggregat,

Fig. 2 und 3'- je ein elektrisch gleichwertiges Schaltschema für das Treib- und Wandleraggregat, und

Fig. k: eine Variante des Treibaggregates nach Fig. 1.

Gemäss Fig. 1 besteht die Vorrichtung zur Erzeugung kontrollierter Kernfusionen aus dem "offenen" zylindrischen Reaktionsraum 1 aus isolierendem Material mit den beiden Plasmaein- und -austrittsstutzen 2 und 3· Mit Hilfe der solenoiden Wicklung k wird das Plasma im Reaktionsraum gefesselt. Die Stutzen sind mit drei symmetrisch in Unifangsrichtung verteilten elektrischen Wicklungen 2a, 2b, 2c bzw. 3a, 3b, 3c.gleicher Reaktanz in Dreiecksschaltung ausgestattet, wobei jede Wicklung im gleichen Sinne um die Stutzenachse verdreht ist. Der Wicklungssatz 2a bis 2c bildet das

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Treibaggregat für den Brennstoffstrahl (D-T-Plasma), der Wicklungssatz 3a bis 3c das Wandleraggregat. Die im Dreieck geschalteten Wicklungssätze der beiden Aggregate sind über die Leitungen 5 bis untereinander parallel geschaltet und an den gemeinsamen Knotenpunkten über die Kondensatoren 8 bis 10 an Erde geschaltet. In der so gebildeten zyklischen Laufzeitkette entsteht ein Wanderfeld mit einer Umlauffrequenz im Megahertzbereich. In Fig. 2 ist diese Schaltung unter Verwendung der Besugszeichen aus Fig. 1 dargestellt.

In Fig. 3 ist die zu Fig. 2 äquivalente Serienschaltung der Wicklungen dargestellt. Der Unterschied wirkt sich im wesentlichen in einer anderen Umlauffrequenz aus. Das gleiche gilt, wenn statt der Dreiecksschaltung eine Sternschaltung vorgenommen würde, wie das bei Drehstrommaschinen ebenfalls üblich ist.

Die im Treibaggregat freigesetzte elektromagnetische Energie wird sowohl in longitudinale, als auch transversale Energie des Plasmastrahles umgesetzt. Dabei geht allerdings nicht alle Energie in die Aufheizung des Plasmas, vielmehr bleibt im Strahl Rotationsenergie übrig. Sie kann in einer weiteren Stufe des Treibaggregates in longitudinale Bewegungsenergie bzw. thermische Aufheizungsenergie umgesetzt werden. Die hierzu erforderliche Schaltung ist in Fig. k veranschaulicht.

In Fig. k bezeichnet 11 den Einlasstutzen des Reaktionsraumes, auf welchen die Wicklungen 1.1a, 11b, 11c, gemäss Fig. 1 und zusätzlich die Wicklungen 12a, 12b, 12c aufgebracht sind. Beide Wicklungssätze Sind im Dreieck geschaltet, jedoch mit entgegengesetzt gerichteter Verdrehung· _(linksläufig und rechtsläufig). Ueberdies sind die Wicklungssätze parallel geschaltet; sie könnten auch in Serie geschaltet werden. Die Wicklungsfelder laufen in entgegengesetzten Richtungen, beschleunigen aber den Plasmastrahl in der gleichen Richtung. Eine gerade Zahl von paarweise·' hintereinander angeordneter Stufen würde eine allmähliche Beschleunigung bzw.

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Aufheizung des Plasmastrahles bewirken, ohne dass der in den Reaktionsraum eintretende Strahl eine nennenswerte Eotationsenergie aufweist. Der für das Treibaggregat beschriebene Doppelwicklungssatz kann auch beim Wandleraggregat angewendet werden. Er hat dort die Wirkung, dass die longitudinale kinetische Energie des austretenden Plasmastrahls im wesentlichen nur in elektrische (rückführbare) Energie umgesetzt wird, und praktisch nicht in Rotationsenergie.

Patentansprüche s

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Claims

Patentansprüche

1.)Vorrichtung zur Erzeugung kontrollierter Kernfusionen in einem offenen Reaktionsraum, der an der einen Seite einen Eintrittsstutzen für den thermonuklearen Brennstoff und an der gegenüberliegenden Seite einen Austrittsstutzen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stutzen (2,3) des Reaktionsraumes. (1) mit mindestens je drei gleichen, symmetrisch La. ürifünjrrichtun^- verteiltcn cloktrischen Wicklungen (2a, b, c, bzw. 3a, b, c) ausgestattet sind, wobei jede Wicklung im gleichen Sinne um die Stutzenachse verdreht ist, dass die einander korrespondierenden Wicklungen der beiden Stutzen in Reihe oder parallel und zugleich wie Drehstromwicklungen geschaltet sind, und dass an den gemeinsamen Knotenpunkten der Wicklungen je eine gleich grosse, geerdete Kapazität (8, 9, 10) angeschlossen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf jedem Stutzen neben dem ersten Wicklungssatz ein weiterer Satz von Wicklungen vorgesehen ist, der mit dem ersten in Serie oder parallel geschaltet ist, aber gegenüber diesem in entgegengesetzter Richtung verdreht ist, wobei die Phasenverbindung beider Wicklungssätze in der Folge: 1 mit 1, 2 mit 3j und 3 mit 2 (gegenphasige Drehrichtung) ausgeführt ist. (Fig. k)

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