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Dokumentenidentifikation DE102007022302B4 28.04.2011
Titel Verfahren zur Beschleunigung von Festkörpern mit dem Ziel der Herbeiführung einer Fusionsreaktion
Anmelder Prasser, Jochen, 61276 Weilrod, DE
Erfinder Prasser, Jochen, 61276 Weilrod, DE
DE-Anmeldedatum 12.05.2007
DE-Aktenzeichen 102007022302
Offenlegungstag 13.11.2008
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 28.04.2011
Veröffentlichungstag im Patentblatt 28.04.2011
IPC-Hauptklasse G21B 1/03  (2006.01)  A,  F,  I,  20070512,  B,  H,  DE

Beschreibung[de]

In Jahrzehnten der Forschungsbemühungen auf der ganzen Welt wurden erhebliche Fortschritte auf dem Weg zu einer kontrollierten Kernfusion gemacht. Bisher ist es jedoch noch nicht gelungen, eine kontrollierte Kernfusion mit einer positiven Energiebilanz zu erreichen.

Bei der Nutzung der primären Energieträger Öl, Gas oder Kohle wird das Treibhausgas CO2 freigesetzt. Dieses Gas trägt bekanntlich zu einem großen Teil zur Veränderung des Klimas auf der Erde bei. Der Einsatz von regenerativer Energie, wie die direkte Nutzung der Sonne durch Solarzellen sowie als Wärmequelle, als auch die Nutzung der indirekten Sonnenenergie in Form der Wasserkraft, Windenergie oder Biogas wird gegenwärtig durch staatliche Förderung vorangetrieben. Die von der Technik und privat benötigte ständig steigende Energiemenge wird jedoch durch chemische Umsetzungen nicht zu decken sein.

Im Vergleich mit chemischen Reaktion (1 + 107 J/kg) haben nukleare Reaktionen eine sehr hohe Energiefreisetzungsrate (8·1013 J/kg) und setzen dabei kein Klima schädigendes Treibhausgas CO2 frei. Allerdings bestehen bei der Nutzung der Kernenergie auch gewisse Gefahren. Die Nutzung der Kernspaltungsenergie hat deshalb vor allem in Deutschland bei der Bevölkerung keine gute Akzeptanz. Von der Politik wurde daher ein Ausstieg aus der Kernenergie beschlossen. Die Energiefreisetzung durch eine kontrollierte Kernfusion bietet hingegen verschiedene Vorteile. Reaktorunfälle sind höchst unwahrscheinlich. Bezüglich einem „Durchgehen” der Reaktion sind sie inhärent sicher. Der Brennstoffvorrat (Deuterium aus dem Meer) ist praktisch unbegrenzt. Die entstehenden Abfallprodukte weisen eine wesentlich geringere Radioaktivität auf und sind leichter zu handhaben als die bei den Kernspaltungsreaktoren freiwerdenden Stoffe.

Kernverschmelzungsreaktionen stellen die Energie für die Ausstrahlung der Sterne. Der im Universum reichlich vorhandene Wasserstoff wird dabei unter Freisetzung von Energie zu Helium verschmolzen (Fusionsfeuer der Sterne). 4H+42He2+ + 201e+ + 2ve + 26‚7 MeV(1)

Unsere Sonne liefert jährlich 1,5 Billiarden Megawattstunden auf die Erde. Davon werden nur etwa 35% in den Weltraum zurückgeworfen. Das Licht der Sonne erreicht die Erde aber in einer sehr geringen Energiedichte. Darüber hinaus ist die Energiestrahlung nicht kontinuierlich über die Zeit verteilt. Die gegenwärtige Zivilisation ist aber von einer kontinuierlichen Energiebereitstellung abhängig. Da auch eine ökonomische Lösung der Energiespeicherung und des Energietransportes über große Distanzen bisher nicht realisiert werden konnte, wäre unsere Zivilisation im Winter, bei Nacht oder bei Regen gefährdet. Ziel weltweiter Anstrengungen ist es daher, die Energieproduktion der Sonne auf der Erde nachzuvollziehen. Es wird angestrebt, die Energie in einem Fusionskraftwerk aus der Verschmelzung von Atomkernen zu gewinnen.

Stand der Technik

Die technische Energiegewinnung nach obiger Gleichung (1) ist aber wegen der erforderlichen sehr hohen Temperaturen nicht geeignet. Als Brennstoff für die kontrollierte Fusion unter terrestrischen Bedingungen soll daher ein Deuterium-Tritium Gemisch (entsprechend Gleichung 2) dienen. 21D + 31T ⇒ 42He + 10n + 17,58 MeV(2)

Die Energiemenge eines Gramm des Fusionsbrennstoffes entspricht dabei dem Energiegehalt von 10 000 Litern Heizöl. Das Wasserstoffisotop Deuterium ist praktisch unbegrenzt (im Meerwasser etwa 30 g/m3) vorhanden und würde die Energiebereitstellung der Menschheit entsprechend Reaktion für die nächsten 1000 Jahre sicherstellen.

Das für die Reaktion erforderliche Tritium soll aus Lithium (entsprechend Gleichung 3) gewonnen werden, wobei das Neutron aus der Fusionsreaktion genutzt werden kann. 63Li + 10n ⇒ 31T + 42He(3)

Um eine Fusion entsprechend Reaktionsgleichung (2) zu realisieren, müssen natürlich auch bei dieser Reaktion die elektrostatischen Abstoßungskräfte zwischen den positiv geladenen Atomkernen überwunden werden. Dies gelingt ebenfalls nur bei sehr hohen Temperaturen bei welcher die Materie ein Plasma bildet.

Während auf der Sonne das Plasma durch Gravitation und Fusionsenergie gebildet und durch das Gravitationsfeld des Sternes stabilisiert wird, muss das Plasma unter irdischen Bedingungen erst geschaffen und in geeigneten Vorrichtungen eingeschlossen werden.

Soll eine Fusionsanlage wirtschaftlich arbeiten, muss weiterhin die gewonnene Energie größer sein als die Energie, die für den Einschluss und die Aufheizung des Plasmas eingesetzt wird. Diese Bedingung gilt theoretisch als erreicht, wenn das Produkt aus der Einschlusszeit &tgr; und der Plasmadichte n bei ausreichend hoher Temperatur T einen bestimmten Wert überschreitet.

Von Lawson stammt die folgende Abschätzung (Lawson Kriterium):

  • • Mit der Einschlusszeit &tgr; des Plasmas (je länger die Kerne auf hoher Temperatur zusammengehalten werden, desto höher ist die Fusionswahrscheinlichkeit).
  • • Mit der Teilchendichte n des Plasmas (mit wachsender Teilchenzahl pro Volumeneinheit wächst die Stoßwahrscheinlichkeit).
  • • Mit der Temperatur T des Plasmas (die Temperatur des Plasmas sollte so gewählt werden, dass man in der Nähe des Maximums des Wirkungsquerschnitts liegt. Bei einem D-T-Plasma wären dies etwa 108 K).

In Kenntnis dieses generellen Problems bei Kernreaktionen wurden zur Lösung verschiedene Wege vorgeschlagen.

In der DE 37 42 327 A1 wird beansprucht das Problem der Gesamteffektivität des Prozesses dadurch zu lösen, einen gerichteten Ionenstrom auf ein Brennstoffkügelchen zu lenken. Um die Effektivität zu verbessern, soll der Ionenstrom dabei durch magnetische Ablenkung im Kreis geführt werden. Außerdem soll die Trefferwahrscheinlichkeit mittels magnetischer oder elektrischer Ablenkung durch Ausrichtung auf das Zentrum des Brennstoffes im Reaktor erhöht werden.

In der DE 100 33 969 B4 wird beansprucht die Fusion durch Impact gegenläufiger Ionen bzw. Ionenbündel zu erreichen. Auch hier wird versucht die Effektivität des Prozesses durch wiederholten Beschuss mit einer Kreisführung der Ionenströme und gleichzeitiger Erhöhung der Trefferwahrscheinlichkeit durch Bündelung und Fokussierung derselben zu erreichen.

In der UK Patent Application GB 2 220 294 A wird die Erzeugung eines kohärenten Ionenstrahles (beispielsweise Deuterium-Ionenstrahl) angestrebt um damit einzelne Kerne besser treffen zu können. Es wird beansprucht einen solchen energiereichen Strahl dann auf ein Brennstoffpellet (beispielsweise Deuterium) zu lenken. Die Kohärenz des Ionenstrahls wird durch Streuung an einem kohärenten Photonenstrahl erzeugt. Der Ionenstrahl soll außerdem immer wieder in die Reaktorzone reflektiert werden.

In der Offenlegungsschrift DE 27 55 285 A1 wird ebenfalls mit im Kreis geführten gegenläufigen Ionenstrahlen gearbeitet um im Reaktor durch Impact der Ionen eine Fusionsreaktion auszulösen.

Im United States Patent US 4,246,067 A hingegen wird eine Fusion von Deuterium und Tritium in einem sich in eine Richtung „bewegenden” Plasmastrom beansprucht. Durch den bewegten Plasmastrom mit einer erhöhten Einschlusszeit &tgr; des Plasmas (je länger die Kerne auf hoher Temperatur zusammenhalten werden, desto höher ist die Fusionswahrscheinlichkeit) soll das Lawson Kriterium erfüllt werden. Dabei wird beansprucht das leichtere Deuterium Isotop auf eine etwas höhere Geschwindigkeit als das Tritium Ion zu bringen um einen relativ großen „Fusionsquerschnitt” durch den gleichen Impuls der Reaktionspartner zu erhalten. Zur Raumladungsneutralisierung werden gleichzeitig Elektronen in den „bewegten Plasmastrom” eingespeist.

Einschluss des Plasmas

Während auf der Sonne das Plasma durch das Gravitationsfeld des Sternes stabilisiert wird, muss das Plasma unter irdischen Bedingungen erst geschaffen und in geeigneten Vorrichtungen eingeschossen werden.

Für die angestrebte Freisetzung der Kernverschmelzungsenergie werden gegenwärtig hauptsächlich zwei verschiedene Wege verfolgt. Systeme mit magnetischem Einschluss. Trägheitseinschluss des Fusionsplasmas.

Die Systeme mit magnetischem Einschluss sind durch sehr geringe Plasmadichten und lange Einschlusszeiten gekennzeichnet. Der Trägheitseinschluss erfordert hingegen in einer sehr kurzen Zeitspanne (Milliardstel Sekunde) eine enorme Energiezufuhr im 100 Terawatt-Bereich um das Fusionsgemisch zur Zündung zu bringen.

Magnetischer Einschluss

Da sich die geladenen Kerne des Deuterium und des Tritium in einem Plasma unkontrolliert in alle Richtungen frei bewegen, haben sie das bestreben sich wie Gase auszudehnen. Um dies zu verhindern können die Teilchen durch magnetische Felder eingeschlossen werden.

Heute bevorzugt man für diesen Einschluss ringförmige Anlagen des sog. Tokamak-Typs. Die Abwanderung der Teilchen wird durch ein zu einem Ring geschlossenes Magnetfeld auf eine kreisförmige Bewegung gezwungen. Für einen vollständigen Einschluss sorgt ein weiteres sog. Poloidalfeld. Zusätzlich wird mittels eines Transformators ein Ringstrom erzeugt. Dieser Strom generiert wiederum ein Magnetfeld welches im Zusammenwirken mit den ringförmigen Feldlinien des Torus eine schraubenförmige Bewegung der geladenen Kernteilchen bewirkt.

Man kann die verschraubten Feldlinien auch durch geeignet geformte äußere Magnetspulen erreichen. Bei diesen sog. Stellatoren wird kein Plasmastrom benötigt.

Die weitere Aufheizung des Plasmas erfolgt durch Neutralteilchenheizung und Hochfrequenzwellenheizung. Einzelheiten sollen an dieser Stelle nicht näher ausgeführt werden.

Trägheitseinschluss

Hier wird das Trägheitsverhalten der Masse ausgenutzt. Laser oder Teilchenstrahlen werden auf eine kleine Kapsel, das sog. Pellet gerichtet. Das Pellet mit nur einigen Millimetern Durchmesser enthält ein Fusionsgemisch (Deuterium und Tritium). Beim Auftreffen der Strahlen auf das Pellet bildet sich auf der Oberfläche ein Plasma, welches sich stoßartig ausdehnt. Die dabei entstehende Druckwelle presst das Innere des Pellet auf das 1000fache zusammen. Unter diesen Bedingungen soll die Fusion bei einer Temperatur von 100 Millionen Grad stattfinden. Da die Reaktion innerhalb von Bruchteilen einer Sekunde stattfindet, wird das Plasma durch seine eigene Trägheit am „Auseinanderfliegen” gehindert.

Bei der Bestrahlung des Pellet mit Laser oder Ionenstrahlen gibt es verschiedene Varianten. Das Pellet kann direkt bestrahlt werden, oder es ist beispielsweise mit einer Metallhülse umgeben. Auch der Einschluss des Pellet in einer Kugel aus Kohlenstoff (Diamant) wird untersucht.

Da der Laser eine sehr hohe Leistungsdichte hat und sehr stark fokussierbar ist, wird er als Energiequelle beim Trägheitseinschluss bevorzugt. Nachteil der gegenwärtig verfügbaren Laser ist ihr geringer Wirkungsgrad und die damit zusammenhängenden hohen Kosten pro Energieeinheit. Außerdem müssen eine Vielzahl der kostenintensiven Geräte eingesetzt werden um genügend Energie in das Pellet für die Zündung der Fusion einzubringen. Die USA wollen deshalb in ihrem fortgeschrittensten Projekt NIF (National Ignition Facility) 192 superstarke Laser auf das zu fusionierende Deuterium/Tritium Kügelchen richten.

Elektronenstrahlen mit großer Energie können mit einem sehr hohen Wirkungsgrad (bis zu 50%) bereitgestellt werden. Nachteilig ist hier jedoch die große Impulsdauer derselben, wodurch die für die Zündung der Fusion erforderliche Leistung nicht in die Brennstoffkügelchen eingebracht werden kann (Brennstoff-Pellet fliegt vorher auseinander).

Es ist bereits gelungen durch allseitige Bestrahlung eines zentral positionierten Pellet eine Fusionsreaktion auszulösen. Die Fusion von Wasserstoffkernen kontrolliert in einem Reaktor unter Abgabe von Energie ablaufen zu lassen, ist aber bisher jedoch weder mit dem magnetischen noch mit dem Trägheitseinschluss gelungen.

Die Erfindung

Die in das System zur Überwindung der elektrostatischen Abstoßungsbarriere der Nukleonen einzubringende Energie wird, wie bei den bekannten Verfahren mit Trägheitseinschluss, durch Strahlengeber aufgebracht.

Erfindungsgemäß wird die Strahlenenergie jedoch dabei durch Wandlung und Zwischenspeicherung in Form kinetischer Energie akkumuliert.

Erfindungsgemäß wird eine Vielzahl von Strahlenimpulsen in Form kinetischer Energie zwischengespeichert wodurch das Gesamtsystem mit deutlich erhöhter Energieeffizients betrieben werden kann. Bei einem Impact des Fusionsmaterials wird diese Energie schlagartig wieder freigesetzt. Dies ermöglicht eine Erhöhung des Energie-Impulses zur Auslösung der Fusion.

Bei erfindungsgemäßer Anwendung der Vorrichtung kann deshalb die Anzahl der eingesetzten Strahlengeber verringert werden.

Durch die Wandlung und Akkumulation der Strahlenenergie in kinetische Energie ermöglicht die erfindungsgemäße Anwendung der Vorrichtung auch den Einsatz von Elektronenstrahlen (mit längerer Impulsdauer) für die Einbringung der Energie in die zu fusionierende Materie. Wegen der wesentlich besseren Energie Effiziens bei der Erzeugung der Elektronenstrahlen verbessert sich die Gesamtenergiebilanz des Verfahrens.

Erfindungsgemäß erfolgt die Umsetzung der Strahlenenergie in kinetische Energie in speziellen Beschleunigern. Die in das System eingebrachte Strahlungs-Energie wird in diesen Beschleunigern in kinetische Energie von Fusionsmaterial umgesetzt und in diesem Material zwischengespeichert. Die Beschleuniger stellen im Prinzip evakuierte Röhren dar, die zwischen den Strahlengebern und dem Fusionsreaktor geschaltet werden.

In diesen Beschleunigern werden erfindungsgemäß die Strahlen von den Strahlengebern auf kleine Festkörper aus Fusionsmaterial gerichtet, wobei diese eine Beschleunigung erfahren. Die zu beschleunigenden Festkörper aus Fusionsmaterial können dabei mit einer Vorbeschleunigung versehen in die Beschleuniger eingeschossen werden Es ist dabei vorteilhaft die Festkörper mit einem Drall zu versehen. Durch den Drall wird die Flugbahn des Festkörpers (ähnlich einer Gewehrkugel) stabilisiert.

Erfindungsgemäß wird der Energiestrahl für die Beschleunigung (des Fusionsfeststoffes) derart fokussiert, dass nur ein Teil des Materials aus dem Festkörper verdampft und aus diesem herausgeschleudert wird, während bei der Laser- oder Elektronenstrahlbearbeitung von Werkstoffen das Material an bestimmten Stellen gewollt vollständig schmilzt und verdampft (es sollen dort Löcher oder Schnitte entstehen).

Die derart fokussierte Strahlung wird erfindungsgemäß so auf die zu beschleunigenden Festkörper gerichtet, dass ein Teil des in die Beschleuniger eingebrachten Materials der Festkörper explosionsartig verdampft und das Material nach hinten herausgeschleudert wird.

Die Festkörper erfahren dadurch einen raketenartigen Rückstossantrieb (entsprechend Gleichung 5) der sie in Richtung Zentrum des Fusionsreaktors beschleunigt. &ngr;i = c × ln(M1/M0)(5)

&ngr;i
= ideale Endgeschwindigkeit
c
= Ausströmgeschwindigkeit des Antriebsmediums (Ablationsprodukte)
M1
= Anfangsmasse der Rakete (der Fusionstablette)
M0
= Leermasse der Rakete inklusive Nutzmasse (beschleunigte Fusionstablette)

Die bekannte Umsetzung der auf ein Pellet aus Fusionsmaterial gerichteten Strahlung, zur dort beabsichtigten Aufheizung des Fusionsplasmas, hat laut Brueckner, K. A, S. Jorna: Laser driven fusion. Review of modern Physics, Vol 46, No 2, April (1974) nur einen Wirkungsgrad von 5–10%. Die weit größere Energiemenge der Strahlung, nämlich 90–95%, wird dabei in kinetische Energie von freigesetzten Ablationsprodukten umgewandelt.

Bei der erfindungsgemäßen einseitigen Bestrahlung des Materials ist jedoch letzteres gerade vorteilhaft, weil eine große Energiemenge als kinetische Energie für die Beschleunigung des Fusionsmaterials durch Raketenvortrieb umgesetzt und ausgenutzt wird.

Erfindungsgemäß kann das Material des zu beschleunigenden Fusionsmaterials dabei vorteilhaft aus Lithiumdeuterid oder einem zusammengesetzten Körper aus Lithiumdeuterid und gefrorenem Deuterium/Tritium bestehen.

Mindestens ein Teil der aus den beschleunigten Festkörpern herausgeschleuderten Ablationsprodukte erhalten bei der Bestrahlung eine so hohe Temperatur, dass sie als Plasma in ionisiertem Zustand vorliegen. Dadurch wird es möglich, die Festkörper durch ein äußeres elektromagnetisches Feld zusätzlich zu beschleunigen.

Abhängig von der Pulsfrequenz des Strahlers, sowie der Länge der Beschleuniger, können auf der Beschleunigungsstrecke eine Vielzahl von Impulsen des Strahlengebers auf die Festkörper geschossen werden. Erfindungsgemäß kann dadurch, bei gleicher in das System zur Fusion eingebrachter Leistung, die Anzahl der Strahlengeber verringert bzw. bei gleicher Anzahl der Strahler die eingebrachte Leistung wesentlich erhöht werden. Erfindungsgemäß erfährt das Fusionsmaterial dabei (ähnlich dem Stufenprinzip des Raketenantriebes) mit jedem Strahlen-Impuls eine immer höhere Geschwindigkeit (kinetische Energie).

Erfindungsgemäß wird dadurch die für eine kontrollierte Kernfusion erforderliche Energiedichte erreicht.

Stufenprinzip

  • &ngr;i = c × lnRges(6)
    &ngr;i
    = Endgeschwindigkeit des verbleibenden Feststoffes vor Impact.
    c
    = Ausströmgeschwindigkeit des Antriebsmediums (Ablationsprodukte) für alle „Stufen” als gleich angenommen.
    Rges
    = Gesamtmassenverhältnis

Wobei sich dies aus den Stufenmassenverhältnissen laut Gleichung (7) ergibt. Rges = (R1 × R2 ... Rn)(7)

Mit jedem Puls des Strahlers verringert sich das Gewicht des beschleunigten Festkörpers um die Masse der herausgeschleuderten Ablationsprodukte. Die Startmassen des zu beschleunigenden Fusionsmaterials werden dabei so gewählt, dass das verbleibende Material die zur Auslösung der Fusionsreaktion ausreichende Masse und kinetische Energie besitzt.

Erfindungsgemäß werden die beschleunigten Festkörper des Fusionsmaterials simultan in den Fusionsreaktor geschossen. Hier treffen sie entweder aufeinander oder auf einen zentral positionierten Fusionsfestkörper, das sog. Pellet wobei die gespeicherte kinetische Energie der beschleunigten Materie wieder freigesetzt wird. Wie oben ausgeführt, kann das Pellet auch mit einer Metallhülse umgeben oder anderweitig eingeschlossen sein.

Bei dem Einsatz von Lithium-Deuterid als beschleunigtem Feststoff ist die Umhüllung des Fusionszentrums aus Deuterium/Tritium durch den dichten Lithiummantel um das Reaktionszentrum bei der Fusionszündung besonders vorteilhaft, weil dadurch mindestens ein Teil der bei der Fusion freigesetzten Neutronen Tritium erzeugen. Außerdem wird durch die Absorption eines großen Teils der Strahlung ein gewisser Schutz der inneren Reaktorwand erreicht.

Erfindungsgemäß wird beim Impact der Festkörper im zentralen Reaktor die kinetische Energie der beschleunigten Feststoff-Partikel schlagartig wieder freigesetzt wobei die dabei entstehende Druck- und Hitzewelle die Fusion einleitet.

Die Möglichkeit eine Fusionsreaktion durch einen Impact auszulösen wurde bereits theoretisch untersucht und die realistische Durchführbarkeit aufgezeigt. Die dafür erforderlichen sehr hohen Geschwindigkeiten, auf die die Projektile mit dem Fusionsmaterial zu beschleunigen sind, sollten dabei mit sog. Schienengeschützbeschleunigern erreicht werden. Mit diesen Schienengeschützen sollen Projektile mit einer Masse von 0,1 g auf 150 km/s und mehr beschleunigt werden können und damit ausreichende kinetische Energie besitzen um beim Impact eine Fusionsreaktion auszulösen. Das System ist jedoch nicht für den kontinuierlichen Betrieb der Energieerzeugung in einem Fusionskraftwerk geeignet.

Der erfindungsgemäße Einsatz der Beschleuniger hingegen ermöglicht den kontinuierlichen Betrieb der Energieerzeugung in einem Fusionskraftwerk.

Die Umsetzung von Strahlungsenergie in kinetische Bewegungsenergie an sich wird an anderer Stelle beschrieben. In den USA versucht man damit sogar kleinere Satteliten auf eine Umlaufbahn um die Erde zu befördern. Es wurden bereits erste Tests mit einem pulsierenden CO2 Laser durchgeführt. Das System funktioniert in der Weise, dass unterhalb des Flugkörpers ein Spiegel angebracht ist der den Laserstrahl in eine Art Brennkammer unter den Flugkörper wirft. In der luftgefüllten „Brennkammer” erzeugt die Laserstrahlung ein Hochdruckplasma mit einer Temperatur von 30 000°C. Die ausströmende Luft treibt das Vehikel in die Höhe.

Bei der erfindungsgemäßen Beschleunigung des Fusionsmaterials wird hingegen das durch den Energiestrahl verdampfende und herausgeschleuderte Material selbst für den raketenartigen Vortrieb genutzt. Die erfindungsgemäße Benutzung von Fusionsmaterial als Träger der kinetischen Energie ist besonders vorteilhaft, weil so einer Kontamination des Fusionsbetriebes mit Fremdstoffen vorgebeugt und damit eine Beeinträchtigung der Fusions-Reaktion vermieden wird.

Die erfindungsgemäße Ausführung der Vorrichtung zur Erzielung einer kontrollierten Kernfusion ermöglicht, durch Umwandlung und Akkumulation der Energie in Form kinetischer Energie, auch den Einsatz von Elektronenstrahlern (mit einer längeren Impulsdauer als Laser). Dies verbessert die Energiebilanz des Systems.

Die erfindungsgemäße Akkumulation der in das System eingebrachten Energie erhöht den Energie Impuls bei der Widerfreisetzung zum Zeitpunkt des Impactes gegenüber der bisher verfolgten Methode drastisch. Dies ist ein weiterer entscheidender Faktor bei der Realisierung der kontrollierten Kernfunktion.

Der zusätzliche finanzielle Aufwand für die Installation und den Betrieb der Beschleuniger ist dabei gegenüber der verminderten Anzahl und Top der Strahler vernachlässigbar klein.

Bezugsliste zu Zeichnungen

In 1 ist das Prinzip zur Auslösung einer kontrollierten Kernfusion durch Impact von Fusionsmaterial entsprechend Anspruch 1 dargestellt. Beispielhaft sind drei beschleunigte Brennstoffkügelchen kurz vor dem Impact im Zentrum der Fusionskammer, sowie die Explosionswelle und die Strahlung der vorausgegangenen Fusionsreaktion dargestellt.

2 zeigt beispielhaft (nur ein Strahl gezeigt) wie vier Brennstofffestkörper in den Beschleunigern bestrahlt werden und dadurch kinetische Energie erhalten. Weiterhin sind vier beschleunigte Brennstofffestkörper kurz vor dem Impact mit dem zentral in der Reaktorzone positionierten Brennstoffkügelchen (entsprechend Anspruch 5) aus Deuterium/Tritium dargestellt. Zur Abführung der bei der Fusionsreaktion freigesetzten Energie ist außerdem der mit flüssigem Lithium gefüllte Reaktormantel mit dem Wärmetauscher gezeigt.

3 zeigt schematisiert den Material und Energiefluss der erfindungsgemäßen Anlage zur Energieerzeugung durch eine kontrollierte Kernfusion.

4 soll den Aufbau einer Anlage zur erfindungsgemäßen Energiegewinnung durch eine kontrollierte Kernfusion erläutern. Der Fusionsreaktor ist in einem Schutzraum untergebracht und so von der Umgebung abgeschlossen. Die konventionellen Anlagen zur Energieerzeugung sind hingegen außerhalb dieses Schutzraumes aufgestellt. Auch die Anlagen zur Fabrikation der benötigten Festkörper aus dem Fusionsmaterial ausgehend von den Einsatzstoffen Deuterium (D), Lithium (Li) sowie die Anlage zur Herstellung von Lithiumdeuterid sind außerhalb des Schutzraumes aufgestellt. Auch die Strahler befinden sich außerhalb dieses Schutzraumes. Die Beschleuniger führen von den Strahlern durch die Schutzraumummauerung in den zentralen Reaktorraum. Diese Anlagenteile sind evakuiert. Durch eventuelle Leckagestellen könnte hier keine Stoffentweichung stattfinden. Nichtumgesetztes Lithium (Li), Tritium (T), Lithiumdeuterid (LiD) sowie das Reaktionsprodukt Helium (He) werden aus der Reaktorzone abgezogen. Das Helium wird von den anderen Stoffen getrennt und in Druckflaschen außerhalb der Reaktorzelle abgefüllt. Deuterium und Tritium werden zusammen mit dem aus dem Reaktormantel stammenden Tritium wieder dem Reaktor zugeführt. Das Gleiche geschieht mit dem nicht umgesetzten Lithiumdeuterid.


Anspruch[de]
Verfahren zur Beschleunigung von Festkörpern mit dem Ziel der Herbeiführung einer Kernfusion, wobei durch eine Mehrzahl von Strahlengebern (S) jeweils ein Energiestrahl auf zumindest jeweils einen aus Fusionsmaterial bestehenden Festkörper abgegeben wird und dadurch die Festkörper in jeweils einem Beschleuniger (B) durch explosionsartig vordampfende Teile des Festkörpers beschleunigt werden, und danach in einem Reaktor, in den die beschleunigten Festkörper eingeschossen werden, eine Fusion mittels Trägheitseinschluss durch Impact ausgelöst werden kann. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren aus beschleunigtem Fusionsmaterial bestehenden Festkörper synchron auf ein zentral im Reaktor vorhandenes ebenfalls aus Fusionsmaterial bestehendes Pellet geschossen werden. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Fusionsmaterial Deuterium/Tritium oder Lithiumdeuterid gewählt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Fusionsmaterial aus einem zusammengesetzten Festkörper aus Lithiumdeuterid und gefrorenem Deuterium/Tritium besteht. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zentral positionierte Pellet aus Deuterium/Tritium zusammengesetzt ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigung des Fusionsmaterials gepulst erfolgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Strahlengeber Laser, Ionenstrahlen oder Elektronenstrahlen eingesetzt werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein äußeres elektromagnetisches Feld zur zusätzlichen Beschleunigung der Festkörper angelegt wird. Vorrichtung zur Beschleunigung von Festkörpern mit dem Ziel der Herbeiführung einer Fusionsreaktion mit einem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8 mit:

– Einer Mehrzahl von Strahlengebern (S), die jeweils einen Energiestrahl auf jeweils einen Festkörper, der aus einem Fusionsmaterial besteht, abgeben,

– Einer Mehrzahl von Beschleunigern (B), in denen das Fusionsmaterial beschleunigt wird und

– einem Reaktor, in den die beschleunigten Festkörper eingeschossen werden, wodurch eine Fusion mittels Trägheitseinschluss durch Impact ausgelöst werden kann.






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