DE10033969A1

DE10033969A1 - Nuclear fusion controlling unit comprises reactor, accelerators, ion bundle injectors, magnetic field spools, vacuum system, boiler with heat carrying agent, plasma injectors and anodes

Info

Publication number: DE10033969A1
Application number: DE10033969A
Authority: DE
Inventors: Semen Bakal
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-07-06
Filing date: 2000-07-06
Publication date: 2002-03-21
Anticipated expiration: 2020-07-07
Also published as: DE10033969B4

Abstract

An arrangement for controlling nuclear fusion in bundles of ions, comprises a reactor (1), accelerators (2), ion bundle injectors (3), magnetic field spools (4), a vacuum system (5), a boiler with a heat carrying agent, lasers (7), plasma injectors (8), anodes (9) and symmetrically arranged ion guide tubes (13). The guide tubes comprise two curved sections, which are connected to the reactor at one end using coaxial pipes, and to each other via straight sections at the other end. The magnetic spools are arranged on the straight sections, and dielectric plates are arranged over the curved sections. The arrangement has a generator.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontrollierten Kernfusion in gegenläufigen Ionenbündeln und kann insbesondere in der Energiewirtschaft und im Verkehrswesen eingesetzt werden.The invention relates to a device for controlled nuclear fusion in opposite directions Ion bundles and can be used especially in the energy and transport industries be used.

Nach dem Stand der Technik wird gegenwärtig an der Lösung des Problems der kontrollierten Kernfusion, deren produzierte Energie 50-mal größer als die bei der Kernspaltung und 10⁹ mal größer als der spezifische Energiegewinn als bei der Verbrennung von Kohle ist, in folgenden zwei Richtungen gearbeitet:
The state of the art is currently working on the solution to the problem of controlled nuclear fusion, the energy produced of which is 50 times greater than that in fission and 10 ⁹ times greater than the specific energy gain than in the combustion of coal, in the following two directions :

- The contactless confinement and the heating of the fusion plasma in one Magnetic field (magnetic plasma retention; (tokamak systems, etc.).

undand

- the compression and heating of a small volume by implosion of Hollow spheres under the influence of external radiation (inertial or inertial fusion).

Bekannt ist, dass das Zünden von d-t-Minibomben unter Laborbedingungen bei einer Strahlungsenergie von 10 MJ erfolgen kann. Experimente mit einem Laserdriver (Zünder) liegen im Bereich von 0,1 MJ bis 0,15 MJ. Mit dem in den USA geplanten Projekt zur Laserkompression (NIF) soll dieser Wert bis auf 1,5 MJ erhöht werden, was 1,2 Milliarden US-$ kosten wird. Die Kosten der gesamten Anlage werden auf ungefähr 10 Milliarden US-$ geschätzt (Lawer, A./Science. 1997. V. 275. P. 1253).It is known that the detonation of d-t mini bombs under laboratory conditions at a Radiant energy of 10 MJ can be made. Experiments with a laser driver (Detonators) are in the range of 0.1 MJ to 0.15 MJ. With the one planned in the USA Laser Compression (NIF) project, this value should be increased to 1.5 MJ, which will cost $ 1.2 billion. The cost of the entire facility will be on estimated at approximately $ 10 billion (Lawer, A./Science. 1997. V. 275. P. 1253).

Allein die Projektierung des international thermonuklear experimental Reaktor (ITER) kostete 1,5 Milliarden US-$. Die Gesamtkosten des Projekts sind ebenfalls sehr hoch und werden mit ca. 7,7 Milliarden US-$ veranschlagt. Das heißt, sie liegen in der gleichen Größenordnung, wie die bei der Zündung nach der Trägheitsfusion (S. W. Mirnov, Priroda, 1999, Nr. 11, 12). The project planning of the international thermonuclear experimental reactor (ITER) cost $ 1.5 billion. The total cost of the project is also very high and are estimated at approximately $ 7.7 billion. That means they are in the same order of magnitude as that of ignition after inertial fusion (S. W. Mirnov, Priroda, 1999, No. 11, 12).

Letztendlich erlitten ungeachtet aller ihrer Erfolge die Tokamaks eine gewisse psychologische Niederlage: Der USA-Kongress verlängerte nicht mehr die Beteiligung des Landes am ITER-Projekt.Ultimately, despite all of their successes, the Tokamaks suffered a certain amount Psychological defeat: The US Congress no longer extended participation of the country on the ITER project.

Außer den obengenannten äußerst kostspieligen Verfahren wurden in letzter Zeit Verfahren zur Realisierung der kontrollierten Kernfusion in gegenläufigen Ionenbündeln mit hoher Dichte vorgeschlagen. So wurde vorgeschlagen, gegenläufige Ionenbündel zu verwenden, die sich auf sich tangierenden Kreisbahnen in entgegengesetzten Richtungen bewegen (L. Schiljakov, "Nauka i schisn", 2000, Nr. 1). Diese Technologie wird in der Forschung schon seit langem für wissenschaftliche Untersuchungen genutzt. Problematisch ist hierbei jedoch, im Inneren des erhitzten Reaktors das zur Gewährleistung der Bewegung der Bündel auf Kreisbahnen erforderliche Magnetfeld zu schaffen. Unter Berücksichtigung dessen, dass die aktive Zone, d. h. der Umfang der sich tangierenden röhrenförmigen Ringkerne, äußerst begrenzt ist, und durch das Fehlen eines Faktors, der die Bündel nach jeder Kollision beschleunigt, kann angenommen werden, dass eine Realisierung dieses Verfahrens wenig wahrscheinlich ist.In addition to the above, extremely costly procedures have recently been used Process for realizing controlled nuclear fusion in opposite directions High density ion bundles proposed. So it was suggested opposing ion bundles to use, which are on tangent circular orbits move in opposite directions (L. Schiljakov, "Nauka i schisn", 2000, no. 1). This technology has long been used in research for scientific Investigations used. The problem here, however, is inside the heated Reactor to ensure the movement of the bundle on circular paths to create required magnetic field. Taking into account that the active Zone, d. H. the circumference of the tangent tubular toroids, extreme is limited, and by the lack of a factor affecting the bundle after each collision accelerated, it can be assumed that a realization of this procedure is unlikely.

Gemäß der in der DE 199 10 146 A1 offenbarten technischen Lehre wird die Verwendung gegenläufiger Ionenbündel mit äußerst hoher Dichte von 10¹⁹ bis 10²¹Ionen/cm³ (Intensität n = 10²¹ bis 10²³) vorgeschlagen, die bei ihrer Schwingbewegung längs der Beschleunigerachse und bei 50 kHz bis 100 kHz mehrfach kollidieren. Auch dieses Verfahren weist eine Reihe von Mängeln auf:
Erstens: Bei der Schwingbewegung der Bündel längs der Beschleunigerachse, die deren mehrfache Kollision gewährleistet, erfolgen in der Schwingungszeit T zwei "aktive" Kollisionen mit dem gegenläufigen Bündel im Reaktorraum mit Energiefreisetzung und Streuung und zwei Kollisionen im anodennahen Bereich der Ionen des Kopfteils des Bündels mit Ionen des hinteren Teils des gleichen Bündels. Bei dieser Kollision mit geringen Geschwindigkeiten nimmt die Ionenstreuung zu und wird äußerst intensiv. Das verringert den Materialnutzungsfaktor und den Wirkungsgrad der Anlage.
Zweitens: Mit hohen Kosten ist die Erzeugung und langzeitige Retention von schwingenden superdichten Ionenbündeln im Reaktor ohne Magnetfeld verbunden.
Drittens: Ungeachtet dessen, dass der Einsatz von Lasern die Gewinnung eines Plasmaclusters ohne Beimengungen gewährleistet, ist jedoch die Nutzungszeit des Lasers bei einer Frequenz von 1 Hz begrenzt und sind die Kosten zu hoch.
Viertens: Da der Wirkungsgrad der Laser mit 1% zu niedrig ist und deren Energieverbrauch 1 MW bis 5 MW beträgt, übersteigt folglich der Energieverbrauch der Anlage 10 MW, was auch durch den Einsatz von superdichten Ionenbündeln bedingt ist.According to the technical teaching disclosed in DE 199 10 146 A1, the use of oppositely directed ion bundles with an extremely high density of 10 ¹⁹ to 10 ²¹ ions / cm ³ (intensity n = 10 ²¹ to 10 ²³ ) is proposed, which during their oscillating movement along the accelerator axis and collide several times at 50 kHz to 100 kHz. This process also has a number of shortcomings:
First: During the oscillation movement of the bundles along the accelerator axis, which ensures their multiple collision, two "active" collisions with the opposite bundle in the reactor space with energy release and scattering and two collisions in the region of the ions near the anode of the head part of the bundle occur in the oscillation time T. Ions of the rear part of the same bundle. In this collision at low speeds, the ion scattering increases and becomes extremely intense. This reduces the material usage factor and the efficiency of the system.
Secondly, the generation and long-term retention of vibrating super-dense ion bundles in the reactor without a magnetic field is associated with high costs.
Third: Regardless of the fact that the use of lasers ensures the acquisition of a plasma cluster without additives, the usage time of the laser at a frequency of 1 Hz is limited and the costs are too high.
Fourth: Since the efficiency of the lasers is too low at 1% and their energy consumption is 1 MW to 5 MW, the energy consumption of the system therefore exceeds 10 MW, which is also due to the use of super-dense ion bundles.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine verbesserte Vorrichtung für die kontrollierte Kernfusion in gegenläufigen Ionenbündeln mit einem erheblich gesteigerten Wirkungsgrad sowie einer größeren Betriebszuverlässigkeit und Nutzungsdauer bei gleichzeitiger Reduzierung des Energieverbrauchs und der Kosten bereitzustellen.The object of the invention is therefore to provide an improved device for the controlled Nuclear fusion in counter-rotating ion bundles with a significantly increased Efficiency as well as greater operational reliability and service life to provide simultaneous reduction in energy consumption and costs.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche 2 bis 9.According to the invention, the object is achieved by a device with the Features of claim 1 solved. Advantageous embodiments of the Device according to the invention result from the features of Subclaims 2 to 9.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung basiert auf der in der DE 199 10 146 A1 beschriebenen Vorrichtung zur kontrollierten Kernfusion in gegenläufigen Ionenbündeln.The device according to the invention is based on that in DE 199 10 146 A1 described device for controlled nuclear fusion in opposite directions Ion bundles.

Im folgenden soll die erfindungsgemäße Vorrichtung an Hand von Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:In the following, the device according to the invention will be described in more detail with reference to drawings are explained. Show it:

Fig. 1 die erfindungsgemäße Vorrichtung in Draufsicht im Schnitt; Figure 1 shows the device according to the invention in plan view in section.

Fig. 2 in graphischer Darstellung die Abhängigkeit der Spannung am Generator von der Zeit; Figure 2 is a graph showing the dependence of the voltage at the generator of time.

Fig. 3 einen Ausschnitt aus Fig. 1 mit Ionenbündelinjektor; Fig. 3 shows a detail of Figure 1 with Ionenbündelinjektor.

Fig. 4 in graphischer Darstellung die Abhängigkeit der Anzahl der Zusammenstöße N, der Energie E und Leistung P von der Intensität n. Fig. 4 shows in a graph the dependence of the number of collisions N, the energy E and power P on the intensity n.

Der konstruktive Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung soll nun an Hand der Fig. 1 erläutert werden. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, besteht diese aus folgenden Grundelementen: dem Reaktor 1, dem Beschleuniger 2, den Ionenbündelinjektoren 3, den Spulen 4, 14 und 15, die jeweils fokussierende und komprimierende Magnetfelder erzeugen, dem Vakuumsystem 5, dem Kessel 6 mit Wärmeträger, dem Laser 7, den Plasmainjektoren 8, den Anoden 9, den symmetrisch angeordneten Ionenableitungsröhren 13, bestehend aus zwei bogenförmigen Teilen, die jeweils von einer Seite an den Röhren 12 angeschweißt sind und von der anderen Seite mit dem geradlinigen Bereich der Röhren 13 hermetisch verbunden sind.The structural design of the device according to the invention will now be explained with reference to FIG. 1. As can be seen from Fig. 1, this consists of the following basic elements: the reactor 1 , the accelerator 2 , the ion beam injectors 3 , the coils 4 , 14 and 15 , which each generate focusing and compressing magnetic fields, the vacuum system 5 , the boiler 6 Heat transfer medium, the laser 7 , the plasma injectors 8 , the anodes 9 , the symmetrically arranged ion discharge tubes 13 , consisting of two arcuate parts, each welded to the tubes 12 from one side and hermetically sealed to the straight region of the tubes 13 from the other side are connected.

Zur Erzeugung eines beschleunigenden elektrischen Feldes wurden die bogenförmigen Teile der Röhren 13 in ihrer Symmetrieebene jeweils mit dielektrischen Dichtungen 16 isoliert. Zur Erzeugung der Kreisbewegung der Bündel erhielt die Vorrichtung ein elektromagnetisches System auf Basis von Hochtemperatur- Supraleitern, in Fig. 1 nicht dargestellt, die die Magnetfelder B⁺ und B^- senkrecht zu der in Fig. 1 dargestellten Ebene in jeweils entgegengesetzter Richtung erzeugen.To generate an accelerating electric field, the arcuate parts of the tubes 13 were each insulated with dielectric seals 16 in their plane of symmetry. To generate the circular movement of the bundles, the device received an electromagnetic system based on high-temperature superconductors, not shown in FIG. 1, which generate the magnetic fields B ⁺ and B ^- perpendicular to the plane shown in FIG. 1 in the opposite direction.

Zur Beschleunigung der Ionenbündel nach der Kollision wird ein Impulsgenerator 17 mit einer Frequenz von 167 kHz bis 337 kHz und einer Dauer von t = 1,5 µs bis 3 µs verwendet.A pulse generator 17 with a frequency of 167 kHz to 337 kHz and a duration of t = 1.5 μs to 3 μs is used to accelerate the ion bundles after the collision.

Ein neues und wichtiges Element der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die konstruktive Ausbildung des Systems symmetrisch angeordneter Ionenableitungsröhren 13 in der horizontalen Ebene. Sie sind über koaxiale Röhren 12 hermetisch mit dem Reaktor 1 verbunden. Andererseits sind die bogenförmigen Teile durch den geradlinig geführten Abschnitt der Ionenableitungsröhren 13, auf denen die Spulen 15 des komprimierenden Magnetfeldes angeordnet sind, miteinander verbunden. Das permanente Magnetfeld B⁺ = 0,042 T bis 0,065 T gewährleistet die Kreisbewegung der Ionenbündel in den bogenförmigen Teilen der Ionenableitungsröhren 13. In den geradlinigen Bereichen der Röhren 13 wird innerhalb der Spulen 15 das zerfallende Ionenbündel durch das starke Magnetfeld dieser Spule B = 5 T bis 10 T erneut komprimiert.A new and important element of the device according to the invention is the structural design of the system of symmetrically arranged ion discharge tubes 13 in the horizontal plane. They are hermetically connected to the reactor 1 via coaxial tubes 12 . On the other hand, the arcuate parts are connected to each other by the rectilinear section of the ion discharge tubes 13 on which the coils 15 of the compressing magnetic field are arranged. The permanent magnetic field B ⁺ = 0.042 T to 0.065 T ensures the circular movement of the ion bundles in the arcuate parts of the ion discharge tubes 13 . In the rectilinear areas of the tubes 13 , the decaying ion bundle is again compressed within the coils 15 by the strong magnetic field of this coil B = 5 T to 10 T.

Angesichts der Tatsache, dass sich die Geschwindigkeit des Bündels nach der Kollision etwas verringert, wird das Bündel nach jedem Zyklus im Bereich der isolierten Teile eines an sich bekannten Zyklotrons beschleunigt. Dabei sind Reaktor 1 und Kessel 6 geerdet und ist an dem isolierten (äußeren) Teil der Ionenableitungsröhren 13 ein positives Potential angelegt. Die Frequenz dieser Spannung wird aus folgenden Annahmen bestimmt: I₁ = 1,43 m, R₁ = 0,5 m, v₁ =. 10⁶m/s bei U₁ = 10 kV, die Länge des geschlossenen Weges L beträgt dann L₁ = 2 × I₁ + 2πR₁ = 6 m, die Umlaufzeit T₁ = 6 m : 10 × 10⁵ m/s = 6 µs und die Frequenz ω₁ = 167 kHz.In view of the fact that the speed of the bundle decreases somewhat after the collision, the bundle is accelerated after each cycle in the area of the isolated parts of a cyclotron known per se. The reactor 1 and boiler 6 are grounded and a positive potential is applied to the isolated (outer) part of the ion discharge tubes 13 . The frequency of this voltage is determined from the following assumptions: I ₁ = 1.43 m, R ₁ = 0.5 m, v ₁ =. 10 ⁶ m / s at U ₁ = 10 kV, the length of the closed path L is then L ₁ = 2 × I ₁ + 2πR ₁ = 6 m, the round trip time T ₁ = 6 m: 10 × 10 ⁵ m / s = 6 µs and the frequency ω ₁ = 167 kHz.

Bei U₂ = 100 kV, ν₂ = 3,1 × 10³ km/s, I₂ = 1,46 m, R₂ = 1 m beträgt die Länge L₂ = 9,2 m, T₂ = 9,2 : 3,1 × 10⁶ ≈ 3 µs, ω₂ = 337 kHz (Fig. 2).At U ₂ = 100 kV, ν ₂ = 3.1 × 10 ³ km / s, I ₂ = 1.46 m, R ₂ = 1 m, the length is L ₂ = 9.2 m, T ₂ = 9.2 : 3.1 × 10 ⁶ ≈ 3 µs, ω ₂ = 337 kHz ( Fig. 2).

Wählt man angesichts dessen, dass sich mit Zunahme der Energie der gegenläufigen Bündel der Streufaktor verringert, U₂ = 100 kV, so nimmt der Streuungskoeffizient k₀ bei einer Gesamtenergie E = 200 keV den Wert 0 an.Given that the scattering factor decreases with increasing energy of the opposing bundles, U ₂ = 100 kV, the scattering coefficient k ₀ assumes the value 0 for a total energy E = 200 keV.

Die Induktion des Magnetfeldes B⁺ = |B^-| in den bogenförmigen Bereichen der Röhren 13 wird bestimmt mit der bekannten Formel B = mV/eR (1), wobei m = 2 × 1,67 × 10^-27 kg - Masse des Deuterium-Ions und e = 1,6 × 10^-19, C-Ladung des Ions sind. Bei einer angenommenen Geschwindigkeit des Ions von V₁ = 1000 km/s, einem Bahnkrümmungsradius R₁ = 0,5 m ergibt sich für B₁ = 0,042 T und für B₂ = mν₂/eR₂ = 0,065 T, ν₂ = √2∪2e/m = 3,1 × 10⁶ m/s.The induction of the magnetic field B ⁺ = | B ^- | in the arcuate areas of the tubes 13 the determination is made with the known formula B = mV / eR (1), where m = 2 × 1.67 × 10 ^-27 kg - mass of the deuterium ion and e = 1.6 × 10 ^{- 19} , C charge of the ion. Assuming an ion velocity of V ₁ = 1000 km / s, a radius of curvature R ₁ = 0.5 m, for B ₁ = 0.042 T and for B ₂ = mν ₂ / eR ₂ = 0.065 T, ν ₂ = √ 2∪2e / m = 3.1 × 10 ⁶ m / s.

Die folgende erfindungsgemäße konstruktive Veränderung geht davon aus, dass das Magnetfeld B⁺, das die Kreisbewegung der Bündel in den bogenförmigen Bereichen der Ionenableitungsröhren 13 gewährleistet, auch die Flugbahn der aus den Beschleunigern neu gestarteten Ionenbündel krümmt und infolgedessen die Flugbahnen der gegenläufigen Bündel nicht deckungsgleich sind.The following design change according to the invention assumes that the magnetic field B ⁺ , which ensures the circular movement of the bundles in the arcuate regions of the ion discharge tubes 13 , also bends the trajectory of the ion bundles newly started from the accelerators, and consequently the trajectories of the opposing bundles are not congruent .

Um dieses auszuschließen, wird auf dem Weg der Ionenbündel ein entgegengesetzt gerichtetes Magnetfeld |B^-| = B erzeugt. Dabei wird, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, die Achse des Plasmotrons 8 mit dem Abstand Δ "unten" geführt und die Achse des Lasers 7 parallel zur Achse O₁O₁ der Beschleuniger ausgerichtet und ebenfalls in dem Abstand Δ von ihr so angeordnet, dass der fokussierte Laserstrahl in das gegenüberliegende Plasmotron 8 gerichtet ist Der Abstand Δ ergibt sich wie folgt: Im Feld B^- ₁ = 0,042 T bewegt sich das Ionenbündel auf dem Bogen mit dem Radius R₁ = 0,5 m. Die Länge der Bereiche B⁺ und B^-, die das Ionenbündel durchfliegt, wird als gleich angenommen, als Bedingung für die Parallelität ihrer Flugbahnen vor und nach dem Durchfliegen der Magnetfelder.To rule this out, an oppositely directed magnetic field | B ^- | = B generated. In this case, as shown in Fig. 3 it can be seen out the axis of the plasmotron 8 with the distance Δ "bottom" and the axis of the laser 7 are aligned parallel to the axis O ₁ O ₁ of the accelerator and also located at the distance Δ from it so that the focused laser beam is directed into the opposite plasmotron 8. The distance Δ results as follows: In field B ^- ₁ = 0.042 T the ion beam moves on the arc with the radius R ₁ = 0.5 m. The length of the regions B ⁺ and B ^- which the ion beam travels through is assumed to be the same, as a condition for the parallelism of their trajectories before and after the magnetic fields pass through.

Bei einer angenommenen Länge dieser Bereiche I₁ = 10 cm und unter Berücksichtigung von R² ₁ = I² + (R₁ - x)² ⇒ x₁ = R₁ - √R21 - I2, ergibt sich x₁ = 50 - √502 - 10² = 50 - 48,99 ≈ 1 cm; Δ₁ = 2x₁ = 2 cm; bei R₂ = 100 cm; I₂ = 20 cm; x₂ = 2 cm; Δ₂ = 4 cm (Fig. 3).With an assumed length of these areas I ₁ = 10 cm and taking into account R ² ₁ = I ² + (R ₁ - x) ² ⇒ x ₁ = R ₁ - √R21 - I2, we get x ₁ = 50 - √502 - 10 ² = 50 - 48.99 ≈ 1 cm; Δ ₁ = 2x ₁ = 2 cm; at R ₂ = 100 cm; I ₂ = 20 cm; x ₂ = 2 cm; Δ ₂ = 4 cm ( Fig. 3).

Die DE 199 10 146 A1 zeigt die Ergebnisse aus der Berechnung der gesamten Energiefreisetzung der kontrollierten Kernfusion bei Mehrfachkollisionen der Ionenbündel für Intensitäten von 10²⁰ bis 10²³. Aufgrund der großen Anzahl von Rechenoperationen (ungefähr 10⁶) wurden diese Berechnungen sehr approximativ ausgeführt. Außerdem wurde darin nicht die Ionenstreuung im anodennahen Raum berücksichtigt, die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung wegen der Bewegung der Ionenbündel auf geschlossenen Flugbahnen nicht stattfindet.DE 199 10 146 A1 shows the results from the calculation of the total energy release of the controlled nuclear fusion in the event of multiple collisions of the ion bundles for intensities from 10 ²⁰ to 10 ²³ . Because of the large number of arithmetic operations (approximately 10 ⁶ ), these calculations were carried out very approximatively. In addition, the ion scattering in the space near the anode was not taken into account, which does not take place in the device according to the invention due to the movement of the ion bundles on closed trajectories.

Berechnungen haben ergeben, dass sogar bei einer Intensität von 10¹⁷ (ρ = 10¹⁵Ionen/cm³) die Energiefreisetzung 62,5 kJ beträgt, jedoch steht dem der Einsatz starker Laser mit einer Energie im Impuls von 10 kJ bis 50 kJ im Wege: Es handelt sich darum, dass der Wirkungsgrad der Laser mit 1% zu gering ist. Deshalb beträgt die Leistungsaufnahme der Laser bei einer Frequenz f = 1 Hz gleich 2 MW bis 10 MW. Das übersteigt erheblich die durch die Fusion freigesetzte Leistung von P_K = 62,5 kW.Calculations have shown that even at an intensity of 10 ¹⁷ (ρ = 10 ¹⁵ ions / cm ³⁾ the energy release 62 5 kJ, however, is that of the use of powerful laser with an energy in the pulse of 10 kJ to 50 kJ in the way : The point is that the efficiency of the lasers is too low at 1%. Therefore, the power consumption of the lasers at a frequency f = 1 Hz is 2 MW to 10 MW. This considerably exceeds the power of P _K = 62.5 kW released by the fusion.

Erfindungsgemäß wird daher zur Senkung des Energieverbrauchs und der Kosten der Anlage vorgeschlagen, die starken Laser durch schwächere mit einer Impulsenergie von 5 J bis 10 J und t = 10 ns auszutauschen und entwickelte Ionenquellen mit einem Ionenstrom I = 10⁶ A oder eine Kombination zu verwenden, in der das Laserbündel eine Impulsladung des Kondensators mit einer Energie von 10 kJ bis 50 kJ initiiert bei einem Plasmastrahl mit T = 10⁵ K und V = 10 km/s bis 50 km/s (I. A. Lukjanov, Sverchzwukowyje strui plasmy, L. 1985).According to the invention, it is therefore proposed to reduce the energy consumption and the cost of the system, to replace the strong lasers with weaker ones with a pulse energy of 5 J to 10 J and t = 10 ns and to use developed ion sources with an ion current I = 10 ⁶ A or a combination , in which the laser beam initiates a pulse charge of the capacitor with an energy of 10 kJ to 50 kJ with a plasma beam with T = 10 ⁵ K and V = 10 km / s to 50 km / s (IA Lukjanov, Sverchzwukowyje strui plasmy, L. 1985).

Zum Betrieb der Anlage soll die Bewegung eines der gegenläufigen Bündel, das z. B. vom linken Injektor abgegeben wird, beschrieben werden. Das Ionenbündel in Beschleuniger 2 bekommt die notwendige Geschwindigkeit (10³ bis 3,1 × 10³ km/s). Die Flugbahn der Ionen verschiebt sich durch das Magnetfeld B^- und B⁺ in Richtung der Achse O₁O₁. Nach der Kollision im Reaktorraum strebt das Bündel unter Einwirkung des Magnetfeldes B⁺ auf dem Bogen mit dem Radius R durch die Ionenableitungsröhre 13 nach oben und wird unter dem Einfluss des Magnetfeldes der Spule 15 erneut komprimiert. Dann gelangt es wieder in den bogenförmigen Teil der Röhre 13 und strebt unter der Einwirkung des gleichen Feldes B⁺ sowie der Energiezufuhr mittels Generator 17 im Isolatorbereich 16 auf der Kreisbahn erneut in den Reaktorraum. To operate the system, the movement of one of the opposite bundles, the z. B. dispensed from the left injector will be described. The ion beam in accelerator 2 gets the necessary speed (10 ³ to 3.1 × 10 ³ km / s). The trajectory of the ions shifts through the magnetic field B ^- and B ⁺ in the direction of the axis O ₁ O ₁ . After the collision in the reactor space, the bundle strives upward through the ion deflection tube 13 under the action of the magnetic field B ⁺ on the arc with the radius R and is compressed again under the influence of the magnetic field of the coil 15 . Then it gets back into the arcuate part of the tube 13 and, under the action of the same field B ⁺ and the energy supply by means of a generator 17 in the isolator region 16 on the circular path, strives again into the reactor space.

Bei der Bewegung in Bereich L₁ der dielektrischen Scheibe 16 erfährt das Ionenbündel eine Beschleunigung im elektrischen Feld, zu dessen Erzeugung der Generator 17 dient. Dann erfährt das Bündel erneut eine fokussierende Wirkung durch die Felder der Spule 14 und strebt anschließend in den Reaktor. Der Zyklus ist abgeschlossen. Das aus dem rechten Injektor kommende Bündel bewegt sich analog und ebenfalls entgegen dem Uhrzeigersinn im unteren Teil der Ionenableitungsröhre 13 und wird im Bereich L₂ beschleunigt.When moving in the area L _{1 of} the dielectric disk 16 , the ion bundle experiences an acceleration in the electric field, the generator 17 being used to generate it. Then the bundle again experiences a focusing effect through the fields of the coil 14 and then strives into the reactor. The cycle is complete. The bundle coming from the right injector moves analogously and likewise counterclockwise in the lower part of the ion discharge tube 13 and is accelerated in the area L ₂ .

Für den gesamten Bereich der berechneten Intensität n = 10¹⁷ bis 10²³ (Dichte ρ = 10¹⁵ bis 10²¹ Ionen/cm³) - erreicht bei hinreichend großer Zahl der Bündelkollisionen 10 ⁵ bis 10 ⁷ - der Materialeinsatzfaktor eine Größenordnung von 36% bis 50%, bei η_max = I - k₀, wobei k₀, der Streuungskoeffizient, mit 0,5 angenommen wurde. Bei der Ionenenergie E = 100 keV und k₀ → 0 erhöht sich der Materialeinsatzfaktor η_max auf 72% bis 100%.For the entire range of the calculated intensity n = 10 ¹⁷ to 10 ²³ (density ρ = 10 ¹⁵ to 10 ²¹ ions / cm ³ ) - with a sufficiently large number of bundle collisions 10 ⁵ to 10 ⁷ - the material input factor is of the order of 36% to 50%, at η _max = I - k ₀ , whereby k ₀ , the scattering coefficient, was assumed to be 0.5. With ion energy E = 100 keV and k ₀ → 0, the material input factor η _{max increases} to 72% to 100%.

Es verringert sich dabei die Zahl der Zyklen mit Energiefreisetzung und mit Zunahme der Bündeldichte von 10¹⁵ Ionen/cm³ bis 10²¹ Ionen/cm³ auf 10⁷ bis 10⁵.The number of cycles with energy release and with increasing bundle density decreases from 10 ¹⁵ ions / cm ³ to 10 ²¹ ions / cm ³ to 10 ⁷ to 10 ⁵ .

Die in die Konstruktion der Anlage eingebrachten erfindungsgemäßen Änderungen führten zu folgenden positiven Effekten:
The changes introduced according to the invention into the construction of the plant led to the following positive effects:

1. Multiple collisions of the bundles are only achieved in the reactor space by the system of the ion discharge tubes ( 13 ). Their scattering in the space near the anode is eliminated and the efficiency of the device is thereby significantly increased.
2. By replacing the accelerator and increasing the ion energy 100 keV the ion scattering during the bundle collision is eliminated. It takes also the energy release and increases the efficiency of the Contraption.
3. With the replacement of laser plasma formation by electron discharge plasma formation and by the avoided use of expensive lasers, the energy consumption of the device is considerably reduced. The now possible possibility of using ion bundles with a density that is 3 to 4 orders of magnitude lower means that the conditions for the technical implementation of the device for controlled nuclear fusion are much more favorable
The design changes increase the efficiency of the system and create the possibility of using bundles with a density of 10 15 ions / cm 3 to 10 19 ions / cm 3 with an energy of 10 keV to 100 keV.

Der Kostenrichtwert der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt nur noch bei ca. 1 Mio. US-$, d. h. sie ist um 3 bis 4 Größenordnungen billiger, als die ITER-Anlage bzw. das NIF-Projekt mit Laserkompression.The cost guide value of the device according to the invention is only about 1 million. US $, i.e. H. it is 3 to 4 orders of magnitude cheaper than the ITER system or that NIF project with laser compression.

Claims

1. Device for controlled nuclear fusion in counter-rotating ion bundles, with a reactor ( 1 ), accelerators ( 2 ), ion bundle injectors ( 3 ), magnetic field coils ( 4 ), a vacuum system ( 5 ), a boiler with heat transfer medium ( 6 ), lasers ( 7 ) , Plasma injectors ( 8 ), anodes ( 9 ) and symmetrically arranged ion discharge tubes ( 13 ), characterized in that the ion discharge tubes ( 13 ) each consist of two arcuate parts which are connected at one end to the reactor ( 1. ) By means of coaxial tubes ( 12 ) ) and are connected to one another at the other end by a rectilinear section, on the rectilinear sections of the ion discharge tubes ( 13 ) magnetic coils ( 15 ) and in the arcuate parts of the ion discharge tubes ( 13 ) dielectric disks ( 16 ) are arranged and the device with a generator ( 17 ) is equipped.

2. Device according to claim 1, characterized in that the generator ( 17 ) generates electrical pulses with a duration of 3 µs to 1.5 µs and a frequency of ω = 167 kHz to 337 kHz for the periodic acceleration of the cyclically moving ion bundle .

3. Device according to one of claims 1 to 2, characterized in that the dielectric discs ( 16 ) are arranged vertically in the arcuate parts of the ion discharge tubes ( 13 ).

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the accelerators ( 2 ) give the ions an energy of 10 keV to 100 keV.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the plasma injector ( 8 ) plasmoids with an ion density of ρ = 10 ¹⁵ ions / cm ³ to 10 ¹⁹ ions / cm ³ and a duration of τ = 1.5 µs up to 3 µs by discharging the capacitor with an energy of 10 kJ to 50 kJ when using a laser beam with an energy of 5 J to 10 J and τ = 10 ns.

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the axes of the laser ( 7 ) and the injectors ( 8 ) in the horizontal plane parallel to the axis O ₁ O _{1 of} the accelerator ( 2 ) with a distance of Δ = 2 Are arranged cm to 4 cm and the anode ( 9 ) has two holes with a diameter of about 3 mm each, the axes of which coincide with the axes of the plasma injector ( 8 ) and those of the laser ( 7 ).

7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that in the section of the tubes ( 12 ) between the accelerators ( 2 ) and the plasma injectors ( 8 ) magnetic coils are arranged which generate with B ^- an opposite magnetic field to B ⁺ , which changes the trajectories of the opposing ion bundles so that they are congruent with the overall axis of the accelerators ( 2 ) in the space of the reactor ( 1 ).

8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the magnetic fields of the coils ( 4 ) and ( 14 ) adjust and focus the ion bundles, these in the ion discharge tubes ( 13 ) until the congruence of their focus with the center of the reactor ( 1 ) circulate up to their cross-sectional area of 0.1 cm ² to 1.0 cm ² and the field B = 5 T to 8 T of the magnet coil ( 15 ) periodically diverging the bundles up to a cross section of 0.1 cm ² to 1.0 cm ² compressed.

9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the opposing ion bundles have a density of ρ = 10 ¹⁵ ions / cm ³ to 10 ¹⁹ ions / cm ³ and an ion energy E = 10 keV to 100 keV.