DE1110336B

DE1110336B - Plasma containment device

Info

Publication number: DE1110336B
Application number: DEC21363A
Authority: DE
Inventors: Hubert Leboutet; Jean-Michel Dolique
Original assignee: CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1959-05-14
Filing date: 1960-05-04
Publication date: 1961-07-06
Also published as: CH362768A; NL251552A; FR1234271A; US3174068A

Description

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

C21363Vnic/21gC21363Vnic / 21g

ANMELDETAG:REGISTRATION DAY:

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT:NOTICE THE REGISTRATION AND ISSUE OF EDITORIAL:

4. MAI 1960May 4, 1960

6. JULI 1961JULY 6, 1961

Die Erfindung betrifft eine Plasma-Eingrenzungs-Vorrichtung, bestehend aus einem evakuierten, ringförmigen Gefäß, Mitteln zur Einspritzung von Plasma in das Gefäß und Mitteln zur Erzeugung eines stetigen magnetischen Feldes über den gesamten Zylinderring.The invention relates to a plasma containment device, consisting of an evacuated, ring-shaped vessel, means for injecting plasma in the vessel and means to generate a steady magnetic field over the entire cylinder ring.

Es ist bekannt, daß derartige Einrichtungen als Neutronenerzeuger und Kernenergieerzeuger verwendet werden können, wenn man erreicht, daß die Teilchen während einer hinreichend langen Zeit eingegrenzt werden, so daß die Kernreaktionen durch Zusammenstöße zwischen diesen Teilchen, die auf relativ hohen kinetischen Temperaturen gehalten werden, Zeit haben, mindestens so viel Energie zu erzeugen, wie das Plasma durch Zusammenstöße mit den Wänden, Verunreinigungen usw. verliert.It is known that such devices are used as neutron generators and nuclear power generators can be achieved if the particles can be confined for a sufficiently long time be so that the nuclear reactions caused by collisions between these particles that occur relatively high kinetic temperatures are maintained, have time to generate at least as much energy as how the plasma loses due to collisions with the walls, impurities, etc.

Eine der verbreitesten Praktiken zur Durchführung der Plasma-Eingrenzung besteht darin, den Innenraum des Gefäßes, der mit dem Plasma gefüllt ist, innerhalb eines magnetischen Feldes anzuordnent, dessen Feldstärke an jedem Punkt über die Zeit konstant ist und dessen Feldlinien im wesentlichen parallel zu den Wänden, von denen das Plasma isoliert werden soll, verlaufen.One of the most common practices for performing plasma containment is to use the interior of the vessel, which is filled with the plasma, to be arranged within a magnetic field, whose field strength is constant over time at every point and whose field lines are essentially parallel to the walls from which the plasma is to be isolated.

Ebenso ist es bekannt, bei Gefäßen linearer Form nahe deren Enden Hilfsmagnetspulen oder Hilfswicklungen anzubringen, die an diesen Stellen ein sehr viel stärkeres Feld erzeugen und zu Einschnürungen der Feldlinien (sogenannte »magnetische Spiegel«) führen. Diese magnetischen Spiegel verhindern das Entweichen in Längsrichtung. Solche Hilfswicklungen können grundsätzlich entfallen, wenn das Gefäß ringförmig ist, da infolge der Geschlossenheit des Innenraumes in sich selbst die Axialbewegung der Teilchen nur zu deren Umlauf auf einer Kreisbahn führt.It is also known to have auxiliary magnetic coils or auxiliary windings near the ends of vessels of a linear shape to attach, which generate a much stronger field at these points and to constrictions of the Lead field lines (so-called "magnetic mirrors"). These magnetic mirrors prevent that Escape lengthways. Such auxiliary windings can in principle be omitted if the vessel is ring-shaped is because due to the closedness of the interior in itself the axial movement of the particles only leads to their circulation on a circular path.

Man hat festgestellt, daß auch bei ringförmigen Gefäßen gleichermaßen von Vorteil ist, magnetische Spiegel an bestimmten Punkten längs des Umfanges vorzusehen, um eine derartige Zirkulation auf einer Kreisbahn so zu reduzieren, daß eine Bewegung der gesamten Plasmamasse verhindert wird. Die Wirkungen einer solchen Bewegung sind, was die Aufrechterhaltung hoher kinetischer Temperaturen betrifft, ungünstig.It has been found that magnetic vessels are equally advantageous in the case of ring-shaped vessels To provide mirrors at certain points along the circumference to allow such circulation on a To reduce the circular path so that a movement of the entire plasma mass is prevented. The effects such a movement, as far as the maintenance of high kinetic temperatures is concerned, unfavorable.

Jedoch auch bei einem ringförmigen Gefäß einer bestimmten Zahl von längs seines Umfanges verteilten magnetischen Spiegeln ist die realisierbare Eingrenzung nicht befriedigend, insbesondere wegen der Diffusion der Teilchen quer zu den magnetischen Feldlinien, wodurch sie aus der Masse des Plasmas entweichen und gegen die Hüllwände stoßen können.However, even in the case of an annular vessel a certain number of distributed along its circumference magnetic mirrors, the realizable limitation is not satisfactory, especially because of the Diffusion of the particles across the magnetic field lines, removing them from the bulk of the plasma can escape and hit the shell walls.

Ein Ziel der Erfindung ist es, eine Teilchen-Eingrenzungsvorrichtung zu schaffen, die die Vorteile so-Plasma-Eingrenzungs-Vorrichtung It is an object of the invention to provide a particle containment device to create the benefits of the so-plasma confinement device

Anmelder:Applicant:

Compagnie Generale de Telegraphic sans FiI, ParisCompagnie Generale de Telegraphic sans FiI, Paris

Vertreter: Dr. W. Müller-BoreRepresentative: Dr. W. Muller-Bore

und Dipl.-Ing. H. Gralfs, Patentanwälte,
Braunschweig, Am Bürgerpark 8and Dipl.-Ing. H. Gralfs, patent attorneys,
Braunschweig, Am Bürgerpark 8

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 14. Mai 1959Claimed priority:
France 14 May 1959

Hubert Leboutet und Jean-Michel Dolique, Paris, sind als Erfinder genannt wordenHubert Leboutet and Jean-Michel Dolique, Paris, have been named as inventors

wohl der herkömmlichen ringförmigen Eingrenzungsvorrichtungen als auch der herkömmlichen linearen Eingrenzungsvorrichtungen vereinigt, während gleichzeitig die Dichtheit der magnetischen Flasche, die bei der Erfindung verwendet wird, erhöht wird.arguably conventional annular containment devices as well as conventional linear ones Containment devices united while at the same time the tightness of the magnetic bottle that is used of the invention is used.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, die Energieverluste im Plasma infolge Einweichens oder Anstoßens gegen die Wände des ringförmigen Gefäßes zu verringern.Another object of the invention is to reduce the energy losses in the plasma as a result of soaking or To reduce bumping into the walls of the annular vessel.

Gemäß der Erfindung sind Mittel vorgesehen, mit denen in das Gefäß ultrahochfrequente Wellen eingeführt werden, welche sich innerhalb des Raumes zwischen dem eingegrenzten Plasma und der Wand des ringförmigen Gefäßes ausbreiten.According to the invention, means are provided with which ultra-high-frequency waves are introduced into the vessel which are located within the space between the confined plasma and the wall of the ring-shaped vessel.

Die Erfindung wird an Hand der Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung beispielsweise näher beschrieben.The invention is explained in more detail using the description in conjunction with the drawing, for example described.

Die Zeichnung zeigt einen Querschnitt, der etwa senkrecht zur Achse des Ringes einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung verläuft. Es ist dabei verständlich, daß eine derartige Darstellung nicht einschränkend ist.The drawing shows a cross section which runs approximately perpendicular to the axis of the ring of an embodiment of a device according to the invention. It is understood that such a representation is not restrictive.

Das Gefäß besteht aus einem Zylinderring (Toroid) 1, beispielsweise aus Aluminium. Ein magnetisches Längsfeld mit Einschnürungen der Feldlinien 3 an Punkten, die im Abstand voneinander längs des Umfanges des Zylinderringes 1 liegen, ist vorgesehen und wird durch geeignete, bekannte Mittel herkömmlicher Art erzielt. Im Beispiel sind hierfürThe vessel consists of a cylinder ring (toroid) 1, for example made of aluminum. A magnetic one Longitudinal field with constrictions of the field lines 3 at points that are at a distance from one another lying along the circumference of the cylinder ring 1 is provided and is made by suitable known means conventional type achieved. The example shows this

109 620/363109 620/363

sechs Magnetspulen 2 vorgesehen, die in regelmäßigem Abstand längs des Umfanges des Ringes 1 liegen. Diese Magnetspulen werden von einer geeigneten Stromquelle oder von geeigneten Stromquellen (nicht dargestellt) derart gespeist, daß Feldlinien, die längs der kreisförmigen Achse des ringförmigen Gefäßes die gleiche Richtung haben, entstehen. Die Feldlinien 3 zeigen dabei Einschnürungen bei 4 innerhalb des Bereiches der Wicklungen 2 und divergieren zwischen diesen Bereichen derart, daß sie sechs ma- ίο gnetische Flaschen in geschlossener Kette bilden. Es sind weiter vorgesehen Pumpmittel 5 und Mittel 6 für die Zuführung des Plasmas, das innerhalb der magnetischen Flaschen von den Feldlinien 3 eingegrenzt ist. Da die Pumpmittel 5 und die Teilcheneinspritzmittel 6 von irgendeiner geeigneten, bekannten Art sein können, sind sie hier nur schematisch dargestellt. Erfindungsgemäß wird Hochfrequenzenergie in den koaxialen Raum, der zwischen der Wand des Gefäßes 1 und den in den magnetsichen Flaschen eingegrenzten Plasma gebildet wird, eingeführt. Diese Hochfrequenzenergie breitet sich in einem geschlossenen Kreis in Richtung der Pfeile 7 aus. Die Hochfrequenzenergie wird dabei nach bekannten Techniken, die bei Ultra-Hochfrequenz-Zirkulatoren verwendet werden, beispielsweise über einen Richtkoppler mit einem Hohlleiter 8, der tangential zum Zylinderring 1 angeordnet und mit einer angepaßten Belastung 9 abgeschlossen ist, eingeführt. Der Hohlleiter 8 ist mit dem Ringgefäß 1 durch Koppelöffnungen 10 verbunden, die einen derartigen Abstand voneinander haben, daß die gewünschte Richtkoppelwirkung erzielt wird. Der Hohlleiter 8 wird mit einer vorbestimmten hochfrequenten elektromagnetischen Welle erregt, die von einem Verstärker 11, der von einem Oszillator 12 gespeist wird, kommt. Verstärker und Oszillator sind von herkömmlicher Bauart und daher nur schematsich dargestellt. Die Frequenz des Oszillators 12 wird dabei so eingestellt, daß die optimale Wirkung der verwirklichten Eingrenzung erzielt wird.six magnet coils 2 are provided, which are spaced at regular intervals along the circumference of the ring 1 lie. These solenoids are powered by a suitable power source or sources (not shown) fed in such a way that field lines running along the circular axis of the annular vessel have the same direction arise. The field lines 3 show constrictions at 4 within of the area of the windings 2 and diverge between these areas in such a way that they are six ma- ίο Form magnetic bottles in a closed chain. There are also provided pumping means 5 and means 6 for the supply of the plasma, which is delimited by the field lines 3 within the magnetic bottles is. Since the pumping means 5 and the particle injection means 6 are of any suitable known type can be, they are only shown schematically here. According to the invention, high frequency energy is in the coaxial space delimited between the wall of the vessel 1 and the one in the magnetic bottles Plasma is formed, introduced. This high frequency energy spreads in an enclosed space Circle in the direction of the arrows 7. The high-frequency energy is used according to known techniques, which are used in ultra-high frequency circulators, for example via a directional coupler a waveguide 8, which is arranged tangentially to the cylinder ring 1 and terminated with an adapted load 9 is introduced. The waveguide 8 is connected to the ring vessel 1 by coupling openings 10, which have such a distance from one another that the desired directional coupling effect is achieved will. The waveguide 8 is with a predetermined high frequency electromagnetic Excited wave that comes from an amplifier 11, which is fed by an oscillator 12. amplifier and oscillator are of conventional design and are therefore only shown schematically. the The frequency of the oscillator 12 is set so that the optimum effect is achieved Containment is achieved.

Die Arbeitsweise der Plasma-Eingrenzungs-Vorrichtung nach der Erfindung kann leicht aus der Tatsache erklärt werden, daß das Hochfrequenzfeld auf das Plasma eine Querkraft oder einen Querdruck ausübt, wodurch der Querdiffusion der Teilchen und daher dem Entweichen quer zu den Wänden der magnetischen Flasche entgegengewirkt wird.The operation of the plasma containment device according to the invention can easily be explained from the fact that the high frequency field on the plasma exerts a transverse force or pressure, which causes the transverse diffusion of the particles and therefore, the escape across the walls of the magnetic bottle is counteracted.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Plasma containment device consisting of an evacuated, annular vessel, means for injecting plasma into the vessel and means for generating a steady magnetic field over the entire cylinder ring, characterized in that means are provided with which in the Vessel ultra-high frequency waves are introduced, which propagate within the space between the confined plasma and the wall of the annular vessel.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that means are provided to in periodic intervals along the cylinder ring constrictions of the magnetic field lines achieve (magnetic mirrors).

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the annular vessel over a directional coupler is coupled to a waveguide, which with the ultra-high frequency Waves is fed.

1 sheet of drawings