DE1115845B

DE1115845B - Plasma-Eingrenzungs-Vorrichtung

Info

Publication number: DE1115845B
Application number: DEC21571A
Authority: DE
Inventors: Jean-Michel Dolique
Original assignee: CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1959-06-02
Filing date: 1960-06-01
Publication date: 1961-10-26
Also published as: FR1236034A; US3143477A; GB883707A; CH383512A; NL252154A

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

C 21571 Vmc/21g

ANMELDETAG: 1. JUNI 1960

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT: 26. OKTOBER 1961

Die Erfindung betrifft eine Plasma-Eingrenzungs-Vorrichtung mit einem ringförmigen evakuierten Gefäß, mit Mitteln zur Erzeugung eines Magnetfeldes, dessen Feldlinien im wesentlichen parallel zu den Wänden im Inneren des Gefäßes verlaufen, mit magnetischen Spiegeln, die zur Einschnürung der magnetischen Feldlinien in vorgegebenen räumlichen Abständen um das ringförmige Gefäß verteilt sind, und mit Mitteln zur Füllung des Gefäßes mit Plasma.

Bekannt ist, daß derartige Vorrichtungen als Erzeuger von Neutronen oder Kernenergie verwendet werden können, wenn es gelingt, die Teilchen über eine hinreichend lange Zeitperiode einzugrenzen, so daß die Kernreaktionen durch Zusammenstöße zwischen den Teilchen, die auf sehr hohen Temperaturen gehalten werden, Zeit haben, mindestens so viel Energie zu erzeugen, wie das Plasma durch die üblichen Verluste, die in derartigen Vorrichtungen auftreten, wie durch Bremsstrahlung, Zusammenstöße mit den Gefäßwänden, Verunreinigungen u. dgl., verliert.

Eine der am meisten verwendeten Arten zur Erzeugung einer derartigen Eingrenzung besteht darin, den mit Plasma gefüllten Innenraum des Gefäßes innerhalb eines magnetischen Feldes mit zeitlich konstanter Feldstärke an jedem Punkt, dessen Feldlinien im wesentlichen parallel zu den Wänden verlaufen, von denen das Plasma isoliert werden soll, anzuordnen. Es ist auch bekannt, in derartigen Einrichtungen, die Gefäße mit linearer Form aufweisen, an den Enden dieses Gefäßes Einschnürungen der magnetischen Feldlinien, sogenannte »magnetische Spiegel« oder »magnetische Flaschenhälse« mit Hilfe zusätzlicher Magnetspulen, die an den Stellen dieser Hälse oder Verschlüsse der magnetischen Flaschen ein stärkeres magnetisches Feld hervorrufen, zu erzeugen. Diese zusätzlichen Wicklungen können prinzipiell entfallen, wenn das Gefäß ringförmig ist, da auf Grund der Geschlossenheit des Innenraumes in sich selbst die Axialbewegung der Teilchen nur eine zyklische Umlaufbewegung derselben zur Folge hat und nicht ein Entweichen derselben in Richtung auf die Wände hin bedeutet. Dieses Entweichen sollen die magnetischen Spiegel in einem linearen Gefäß verhindern, zumindest was das Entweichen der Teilchen in Längsrichtung betrifft. Es wurde jedoch festgestellt, daß es auch bei einem ringförmigen Gefäß vorteilhaft ist, magnetische Spiegel vorzusehen, die an bestimmten Punkten über den Umfang des Ringkörpers verteilt sind, um die zyklische Umlaufbewegung zu verringern. Dadurch sollen Bewegungen der gesamten Plasmamasse verhindert werden, da Plasma -Eingrenzungs -Vorrichtung

Anmelder:

Compagnie Generale de Telegraphie sans FiI, Paris

Vertreter: Dr. W. Müller-Bore

und Dipl.-Ing. H. Gralfs, Patentanwälte,

Braunschweig, Am Bürgerpark 8

Beanspruchte Priorität: Frankreich vom 2. Juni 1959 (Nr. 796 319)

Jean-Michel Dolique, Paris, ist als Erfinder genannt worden

diese sich ungünstig auswirken, wie in der Praxis in bezug auf die Aufrechterhaltung hoher Temperaturen und die Stabilität des Systems leicht gezeigt werden kann.

Jedoch auch bei einem Ringgefäß mit magnetischen Spiegeln, die an bestimmten Punkten längs des Umfangs des Ringes verteilt sind, sind die Bewegungen des gesamten Plasmas und davon herrührende Unstabilitäten nicht unterdrückt, und zwar auf Grund der unvollkommenen Dichtheit der magnetischen Flaschenhälse, die derart miteinander verbunden sind, daß sie eine in sich selbst geschlossene Kette, d. h. eine endlose Kette bilden. Ziel der Erfindung ist, diese Dichtheit zu verbessern, derart, daß die Plasmabewegungen innerhalb jeder magnetischen Flasche so selbständig (unabhängig) wie möglich sind.

Es ist bekannt, daß die Verluste durch Entweichen aus den magnetischen Flaschenhälsen bei Teilchen auftreten, deren Geschwindigkeitsvektor mit der Achse einen Winkel Θ bildet, welcher kleiner als der wie folgt ausgedrückte Grenzwert dafür ist:

<9_m = arc sin

Dabei ist B_m die magnetische Feldstärke innerhalb des Bereiches der Spiegel und B₀ die magnetische

109 710/406

Claims

3 4

Feldstärke im mittleren Bereich zwischen zwei Flaschen in Form einer geschlossenen Kette gebildet

Spiegeln. Es besteht daher ein Interesse, die Quer- werden. Bezugsnummer 5 kennzeichnet herkömmliche

komponente des Geschwindigkeitsvektors der Teilchen Pumpmittel und Bezugsnummer 6 herkömmliche Mittel

zu vergrößern, so daß dieser den Kegel, innerhalb zur Plasmazuführung. Das von den Plasmazuführungs-

dessen Entweichen von Teilchen stattfindet und an 5 mitteln 6 zugeführte Plasma wird innerhalb der magne-

dessen Scheitelpunkt der Halbwinkel gleich Θ_η ist, tischen Flaschen durch deren Feldlinien 3 eingegrenzt,

verläßt. Erfindungsgemäß ist in der Ebene jeder Spule 2

Erfindungsgemäß wird diese Erhöhung der Quer- ein Elektrodenpaar 7 und 8 vorgesehen, dessen geschwindigkeit dadurch verwirklicht, daß innerhalb Elektroden einander in radialer Richtung des Zylinderdes im Inneren des ringförmigen Gefäßes enthaltenen io ringes 1 gegenüberliegen und beispielsweise in die Plasmas ein Muster oder System von stehenden Wände des Gefäßes 1 eingelassen sind. Ein elektrotransversalen hydromagnetischen Wellen, sogenannter magnetisches Feld wird den Elektroden 7 und 8 jedes AIfven-Wellen, deren Schwingungsbäuche in den Elektrodenpaares von einer Quelle 9 geeigneter Bauart, Einschnürungsebenen der magnetischen Spiegel liegen, die mit den Elektroden 7 und 8 gegenphasig verbunden errichtet wird. Ein wechselnder Vektor, der senkrecht 15 ist, zugeführt. Alle Elektroden 7 einerseits und alle zum Krümmungsradius der Meridianschnitte des Elektroden 8 andererseits werden gleichphasig durch ringförmigen Gefäßes verläuft, wird Massentransport- die gleiche Quelle 9 erregt. Wird die Frequenz der vektor genannt und ist diesen Wellen zugeordnet. Es Quelle 9 geeignet gewählt, so wird ein transversales ist bekannt, daß ein derartiger Vektor aus den elektromagnetisches Feld zwischen jedem Elektroden-Teilchen-Geschwindigkeitsvektoren entsteht. Ist dieser 20 paar 7 und 8 errichtet, das innerhalb des Plasmas Vektor transversal gerichtet, so ist die Verteilung der stehende transversale hydromagnetische Wellen erregt, Teilchengeschwindigkeiten zugunsten des transversalen deren Schwingungsbäuche in den Ebenen der Ein-Geschwindigkeitsvektors, der dem Plasmafiuß durch schnürungen 4 liegen.

die Hälse der magnetischen Flaschen entgegenwirkt, Typische Zahlenwerte für eine praktische Ausabgewandelt. 25 führung einer Vorrichtung gemäß der Erfindung sind

Bei einer Ausführungsform gemäß der Erfindung folgende:
werden die transversalen hydromagnetischen Wellen

durch ein hochfrequentes elektromagnetisches Feld, Anzahl der Spulen 2 6

welches einem in der Ebene oder Fläche jedes Spiegels Außenradius des Zylinderringes R Im

einander gegenüberliegendem Elektrodenpaar zu- 30 .

geführt wird, erzeugt. Innenradius des Zylmderrrnges r 0,8m

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, Magnetfeld B₀ im Mittelbereich zwischen

möglichst sehr hohe Temperaturen innerhalb des hier zwei Wicklungen 2 10 000 G

vorgeschlagenen Systems zu erreichen und aufrecht- _{Frequenz des} Generators 9 25OkHz

zuerhalten und damit die Aussicht, Kernenergie als 35

Folge von Zusammenstößen zwischen Plasmateilchen Gas von Quelle 6 Deuterium

zu erhalten, zu erhöhen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Es ist jedoch klar, daß die im vorstehenden ge-SchafFung eines Systems, das zyklische Bewegungen gebene Beschreibung, die Zeichnung und die Zahlender gesamten Plasmamasse innerhalb eines endlosen 40 werte nur zu Erläuterungszwecken gegeben sind und Eingrenzungsraumes wirksam verringert oder ver- nicht als Beschränkung der vorliegenden Erfindung hindert. angesehen werden, da viele Änderungen und Ab-

Die Merkmale und Vorteile der Vorrichtung gemäß Wandlungen im Rahmen der Idee und des Umfangs

der Erfindung werden durch die nachstehende Be- der Erfindung möglich sind.
Schreibung in Verbindung mit der Zeichnung, welche 45
nur ein Ausführungsbeispiel zeigt, näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Querschnitt einer Ausführungsform _{p f}

einer Vorrichtung gemäß der Erfindung; PATENTANSPRÜCHE.

Fig. 2 ist ein Querschnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1.

In der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugsnummern 50 1. Plasma-Eingrenzungs- Vorrichtung mit einem entsprechende Teile der beiden Ansichten. Bezugs- ringförmigen evakuierten Gefäß, mit Mitteln zur nummer 1 in Fig. 1 bezeichnet ein zylinderringförmiges Erzeugung eines Magnetfeldes, dessen Feldlinien Gefäß, das beispielsweise aus »Pyrex« besteht. Ein im wesentlichen parallel zu den Wänden im magnetisches Längsfeld 3 mit Einschnürungen der Inneren des Gefäßes verlaufen, mit magnetischen magnetischen Feldlinien an in Abstand voneinander 55 Spiegeln, die zur Einschnürung der magnetischen liegenden Punkten längs des Umfangs des Zylinder- Feldlinien in vorgegebenen räumlichen Abständen ringes 1 wird durch geeignete bekannte Mittel im um das ringförmige Gefäß verteilt sind, und mit Inneren des Gefäßes 1 erzeugt. Diese Mittel können Mitteln zur Füllung des Gefäßes mit Plasma, z. B. aus sechs Magnetspulen oder -wicklungen 2 gekennzeichnet durch Mittel zur Errichtung eines gebildet werden, welche in regelmäßigem Abstand 60 Musters stehender transversaler hydromagnetischer um den Zylinderring 1 angebracht sind und von Wellen, deren Schwingungsbäuche in den Eingeeigneten (nicht dargestellten) Energiequellen ge- schnürungsebenen der magnetischen Spiegel liegen, speist werden, derart, daß Feldlinien 3 erzeugt werden, 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gedie längs der kreisförmigen Achse des Gefäßes 1 kennzeichnet, daß in der Ebene jedes magnetischen gleiche Richtung haben. Die Feldlinien 3 zeigen dabei 65 Spiegels ein Paar einander gegenüberliegender Einschnürungen an Punkten 4, die in der Ebene der Elektroden (7, 8), deren Oberflächen im wesent-Spulen 2 liegen und zwischen den Spulen 2 derart liehen parallel zu den Gefäßwänden verlaufen, divergieren, daß wirkungsvoll sechs magnetische angebracht ist und daß eine hochfrequente Energie-

quelle (9) zur gegenphasigen Speisung der entsprechenden Elektroden jedes Paares mit diesen verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektrode jedes Paares mit anderen übereinstimmenden Elektroden anderer Paare zwecks gleichphasiger Speisung durch die Energiequelle verbunden ist.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gefäßwände aus isolierendem Material bestehen und die Elektroden (7, 8) in diese Wände eingelassen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen