173155. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés nukleáris fúziós energia szabályozott felszabadítására
13 173155 14 ionok ön-megfogása, amit „ön-elfogásnak” nevezünk és (2) a molekuláris ionok ön-megfogása, amire „önbefogás”-ként hivatkozunk. Az atomi ionok ön-elfogása a migma központi tartományában fennálló, többszörös Coulomb-szóródáson alapul. A fő mágneses tér egy nagy sugarú kis tartományában perturbáló, heiyi tér alakul ki. Ez a tér kialakulhat „mágneses csatornádként, mint amit a „Partiele Accelerators” (részecskegyorsítók) című mű 390. és következő oldalain írt le M. S. LIVINGSTON és J. P- BLEWETT (McGraw-Hill, 1962), és ami a szinkrociklotronból történő nyaláb kivezetés területéről ismert módon állítható elő. A mágneses csatorna 1-10% erősségbeli eltérést mutat az (1) egyenlet szerinti fő tértől. Az ionok injektálása a tér szimmetria középpontjába a perifériáról ezen mágneses csatornán keresztül történik, összehangolva aszinkrociklotron elveinek megfelelően az injekció szögét, a mágneses csatorna alakját, a mágneses tér erősségét és az ionenergiát, az ion a téren belül tartható számos precessziós periódus alatt anélkül, hogy megsértenénk a jól ismert Iiouville-elvet. Ha az ion 0Z szög alatt van injektálva a függőleges síkhoz képest azért, hogy függőleges oszcillációk indukálódjanak, ezek a precesszióval kombinálódva visszatartják az iont attól, hogy a belépési pontra visszatérjen, mondjuk v precessziós periódus alatt, azaz v'rp ideig. Megjegyezzük, hogy ezen idő alatt metastabil belültartás van, amire mint mesterséges belültartásra hivatkozunk, mivel a fázistérben nem változtatja meg a sűrűséget. A pályatanulmányok azt mutatják, hogy 0Z=1O° esetén az ion a migmában tartható 40 precessziós periódus idejéig (r>=40). A mesterséges bentartás folyamán az ionok önmaguk között átesnek a Coulomb kölcsönhatáson, ezzel fázistérbeli sűrűségük megváltozik és fokozatosan stabil benntartás jön létre. Ehhez a központi migmasűrűség nagyon gyors felépülése szükséges, azaz nagy pillanatnyi I0 áram. A sűrűség az idő lineáris függvényeként nő, míg a szóródás gyakorisága az idő négyzetes függvényeként. A pillanatnyi I0 áram, ami ahhoz szükséges, hogy részecskék 50%-a elkerülje az injektálási pontot a precessziók után: ahol <crv)ms a A0 szögnek megfelelő eltérésre vett hatáskeresztmetszet szorozva a többszörös szóródással az egész migmaeloszlásra átlagolva. A Monte-Carlomódszerre elvégzett számítás kimutatja, hogy ha A0=2,5 milliradiánra (ov^MO"9 cm3 sec—1. Ha a térindex k=0,8 és rp=10—7 sec, akkor v =40-nel számolva Io=10 amper (13) Ilyen pillanatnyi áramok kaphatók impulzusszerű ionforrásokból (100 mikrosec impulzushossz) a jelenlegi technológiával. A molekuláris ionok ön-befogása a molekuláris ionok injektálásának olyan folyamata, amely disszociációs ütközésekre vezet a központi zónában, ugyanolyan módon, mint ahogy az ön-elfogás többszörös szóródásra vezetett. A folyamatok: Dz+Dj -> 2D*+e"+Dl >-3D+*e- * D° ;-+4D+* 2e~. Mivel a disszociált atomok az injektált momentumnak csupán a felével rendelkeznek, mindegyikük befogva találja magát. A három folyamat teljes összhatás-keresztmetszete a mérések szerint osl-lO-^cm2 körülbelül 2,2 MeV-nél, így (ovfelO“9 cm3 sec- ■ Ez azonos nagyságú <ov> reakció paramétert ad, mint a többszörös szóródás 2,5 milliradián esetén. Ennélfogva ön-befogás esetére a szükséges pillanatnyi áramot szintén a (13) egyenlet adja. A találmányból származó további előny a deuteronoknak a rendszerbe olyan tartományon belüli energiával történő injektálásából nyerhető, ami létrehozza az úgynevezett „szaporító”effektust. Ezen kivitelnél az injektált deuteron-deuteron migma deuteron-hélium-J migmává alakul át, ami viszont fúziónként hétszerte nagyobb ionenergiát állít elő. Ezt fogjuk az alábbiakban ismertetni. A deuteron-deuteron migma három töltéssel rendelkező fúzió terméket eredményez, a két alábbi reakció szerint: d+d----í-t+p+4,04 MeV (55%) (14) d+d—>-He3+n+3,27 MeV (45%) (15) Mivel a He3 kétszeres töltéssel bír, belátható, hogy bizonyos feltételek között a He3 ionoknak a migmából történő kilépése megakadályozható, mialatt hagyjuk a tritonokat és protonokat kirepülni, hogy átadják energiájukat valamilyen külső villamos rendszernek. Ezen utóbbi feltételt akkor teljesítjük, ha a deuteron T, injektálási energiája nagyobb, mint bizonyos, az alábbi egyenletben megadott érték: ljnin= o,l 154 W (dd—► He3n) = 377 KeV. (16) Ha a (16) egyenlet teljesül, a migma folyamatosan gazdagszik a visszatartott He3 ionokkal, amelyek később, összeütközve a migma deuteronjaival, újabb fúziós reakciót eredményeznek. d+He3—►He'Vl 8,34 MeV. (17) Könnyen kimutatható, hogy a (17) reakcióból történő energiakivonás úgy történhet, ha kivonjuk mind a kétszeres töltésű He4-ot, mind a protont a migmacellából. Ennek érdekében újabb feltételt kapunk a T] injektálási energiára. Ezt a feltételt akkor te 1 jesítjük, amikor Tj kisebb, mint az az érték, amit az alábbi egyenlet ad: Trx=WídHeü=229MeV Ha mind a (16), mind a (18) egyenlet feltételei egyidőben teljesülnek, a He3 ionok bennmaradnak a migmában, míg az összes többi töltéssel bíró fúzió termék elhagyja azt. Így a megfelelő feltételek a szaporító fúzió töltetre akkor állnak elő, amikor a deuteronok injektálási energiája az alábbi korlátok közé esik: 0,377 MeV< T, < 2,29 MeV. (19) Most azt ismertetjük, hogy a (19) egyenletre alapozva a T1 =2,2 MeV energiát választjuk az előnyös kiviteli alakban, bár a szaporítás hatékony T, -nek a (19) egyenlettel korlátozott teljes tartományában. Ha T, =2,2 MeV, (20) a töltéssel rendelkező fúzió termékek, amelyek elhagyják a migmacellát a következő energiával rendelkeznek: triton (t): Tt|=2,22 MeV (21) d-d-ből származó proton (p): Tp=6,33 MeV (22) He3-d-ből származó proton (p): Tp ‘=17,97 MeV (23) 7 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
