DE1226719B - Plasma accelerator and device for inducing nuclear reactions - Google Patents

Description

Plasmabeschleuniger und Vorrichtung zur Herbeiführung von Kernreaktionen Die Erfindung bezieht sich auf einen Plasmabeschleuniger, bei dem das Plasma mittels eines umlaufenden Magnetfeldes :auf einer geschlossenen Bahn beschleunigt wird und ein zusätzliches Magnetfeld zur Stabilisierung der Plasmabahn vorgesehen ist, -und auf eine Vorrichtung zur Herbeiführung von Kernreaktionen.Plasma accelerator and device for inducing nuclear reactions The invention relates to a plasma accelerator in which the plasma by means of a rotating magnetic field: is accelerated on a closed path and an additional magnetic field is provided to stabilize the plasma path, and to a device for inducing nuclear reactions.

Bei einem bekannten Plasmabeschleuniger dieser Art wird zur Stabilisierung der Plasmahahn ein toroidförmiges Magnetfeld verwendet. Es erzeugt ringförmig längs der Plasmabahn verlaufende Kraftlinien, die das Plasmain einem schmalen Stromfaden konzentrieren (Pincheffekt).A known plasma accelerator of this type is used for stabilization the plasma tap uses a toroidal magnetic field. It creates a ring lengthways lines of force that run along the plasma path and that carry the plasma in a narrow stream of current concentrate (pinche effect).

Eine solche Konzentrationerfüllt bei geradlinigen Plasmabeschleunigern den Zweck, das Plasma von den Wänden des Gerätes fernzuhalten. Bei umlaufenden Plasmaströmen tritt aber zusätzlich die Zentrifugalwirkung auf, der mit dem Pineheffekt nicht beizukommen ist. Infolge der Zentrifugalkraft sucht sich der Radius des Plasmastromes ständig zu erweitern, so daß das Plasma zu den Außenwänden des Gefäßes gedrängt wird. Irgendwelche Mittel, um einer solchen Erweiterung der Plasmaentladung entgegenzuwirken, sind bisher nicht angegeben worden.Such a concentration is met with straight line plasma accelerators the purpose of keeping the plasma away from the walls of the device. With circulating plasma streams but the centrifugal effect occurs in addition, that with the pine effect does not is to be dealt with. As a result of the centrifugal force, the radius of the plasma flow is sought to expand constantly, so that the plasma is forced to the outer walls of the vessel will. Any means to counteract such an expansion of the plasma discharge, have not yet been specified.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Plasmabeschleunigem der vorgenannten Art solche Erweiterungen der Plasmaentladung zu verhindern. Der Plasmabeschleuniger gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufbau des Zusatzmagnetfeldes an der Außenseite der Plasmabahn liegende und mit Wechselstrom gespeiste Leiter vorgesehen und so angeordnet ist, daß die Kraftlinien des Zusatzmagnetfeldes hauptsächlich in zur Plasmabahn senkrechten Ebenen verlaufen, wobei die Stärke des Zusatzmagnetfeldes so bemessen ist, daß die vom Zusatzmagnetfeld ausgeübte Zentripetalkraft der durch die Richtungsveränderung des Plasmastromes entstehenden Zentrifugalkraft gerade das Gleichgewicht hält.The invention is based on the object of plasma accelerators of the aforementioned type to prevent such expansions of the plasma discharge. Of the Plasma accelerator according to the invention is characterized in that for construction of the additional magnetic field lying on the outside of the plasma path and with alternating current fed conductor is provided and arranged so that the lines of force of the additional magnetic field mainly run in planes perpendicular to the plasma path, the strength of the Additional magnetic field is dimensioned so that the centripetal force exerted by the additional magnetic field the centrifugal force resulting from the change in direction of the plasma flow just keeps her balance.

Die Erfindung beruht auf der Tatsache, daß ein Stromleiter stets aus einem Magnetfeld herausgedrängt wird. Mittels des Zusatzmagnetfeldes, dessen Schwerpunkt an der Außenseite der Plasmabahn liegt, wird nun eine Zentripetalkraft auf den Plasmastrom ausgeübt, welche der durch die Richtungsänderung des Plasmastromes entstehenden Zentrifugalkraft entgegenwirkt.The invention is based on the fact that a current conductor is always off is forced out by a magnetic field. By means of the additional magnetic field, its center of gravity is on the outside of the plasma path, there is now a centripetal force on the plasma flow exercised which of the resulting from the change in direction of the plasma flow Counteracts centrifugal force.

Zur Erzeugung des Zusatzmagnetfeldes sind vorzugsweise zwei mit Hochfrequenz gespeiste parallele Leiter vorgesehen, die sich koaxial an der Außenseite der geschlossenen Plasmabahn erstrecken. Diese Leiter induzieren in der Plasmabahn ihrerseits einen Strom, der ein Magnetfeld hervorruft, das im Zusammenwirken mit dem von den Leitern unmittelbar erzeugten Magnetfeld die gewünschte abstoßende Wirkung hervorruft, die zum Zentrum der Plasmabahn gerichtet ist.To generate the additional magnetic field, there are preferably two with high frequency fed parallel conductors are provided which extend coaxially on the outside of the closed Extend plasma path. These conductors in turn induce one in the plasma path Current that creates a magnetic field that interacts with that of the conductors directly generated magnetic field causes the desired repulsive effect, the is directed towards the center of the plasma path.

Zur Erzeugung des Beschleunigungsfeldes und des Zusatzmagnetfeldes können auch einzelne, getrennt mit hochfrequ* enter Mehrphasenspannung gespeiste U-förmige Leiter vorgesehen sein, die außerhalb des Umfangs der geschlossenen Plasmabahn angeordnet sind und je in einer Ebene liegen, die parallel zur Achse der Bahn verläuft und einen spitzen Winkel mit der Tangente, an den Bahnumfang bildet. Die hochfrequente Mehrphasenspannung erzeugt ein an sich bekanntes magnetisches Drehfeld und ein zentripetales Zusatzfeld.To generate the acceleration field and the additional magnetic field, individual U-shaped conductors fed separately with high-frequency multiphase voltage can be provided, which are arranged outside the circumference of the closed plasma path and each lie in a plane that runs parallel to the axis of the path and one forms an acute angle with the tangent to the circumference of the track. The high-frequency multiphase voltage generates a known rotating magnetic field and an additional centripetal field.

Besonders vorteilhaft ist die Anwendung erfindungsgemäß ausgebildeter Plasmabeschleuniger in einer Vorrichtung zur Herbeiführung von Kernreaktionen, die in an sich bekannter Weise mit zwei gegeneinanderlaufenden Plasmaströmen arbeitet. Erfindungsgeimüß sind hierzu zwei Plasmabeschleuniger der vorliegend beanspruchten Art so angeordnet, daß ihre geschlossenen Umlaufbahnen sich kreuzen und an der Kreuzungsstelle einen Reaktionsbereich bilden. Obwohl bei jedem Durchgang nur ein kleiner Anteil der den Reaktionsbereich durchfliegenden Plasmateilchen zusammenstößt, geht die zur Beschleunigung der ohne Zusammenstoß den Reaktionsbereich durchfliegenden Teilchen aufgewandte Energie nicht verloren, da infolge der geschlossenen Umlaufbahnen die, Teilchen immer wieder durch den Reaktionsbereich, bis sie einen Zusammenstoß erleiden, fliegen.It is particularly advantageous to use plasma accelerators designed according to the invention in a device for bringing about nuclear reactions which works in a manner known per se with two plasma currents running in opposite directions. According to the invention, two plasma accelerators of the type claimed here are arranged in such a way that their closed orbits intersect and form a reaction area at the intersection. Although only a small proportion of the plasma particles flying through the reaction area collide with each pass, the energy expended to accelerate the particles flying through the reaction area without a collision is not lost because, due to the closed orbits, the particles repeatedly pass through the reaction area until they collide , to fly.

Die Erfindung wird nunmehr im einzelnen an Hand der Zeichnung erläutert.The invention will now be explained in detail with reference to the drawing.

Fig. 1 zeigt eine vereinfachte Darstellung einer Ausführungsforin eines Plasmabeschleunigers gemäß der Erfindung; F i g. 2 zeigt einen Schnitt durch die Umlaufbahn des Beschleunigers nach der F i g. 1 mit Darstellung der Feldverteilung; F il g. 3 zeigt eine vereinfachte Darstellung einer anderen Ausführungsform eines Plasmabeschleunigers gemäß der Erfindung; F i . 4 zeigt ein Schrägbild eines Teils der Bahn 9 des Beschleunigers nach der F i g. 3 zur Darstellung der Lage der Leiter zur Beschleunigung und Konzentration des Plasmas; F i g. 5 a zeigt einen Querschnitt zweier Leiter nach der F i g. 4 mit den zugehörigen magnetischen Feldlinien; F i g. 5 b zeigt eine graphische Darstellung des Verlaufs der magnetischen Feldstärken bei der Anordnung nach der F i g. 5 u; F i g. 6 zeigt eine braufsicht auf einen Ausschnitt der -Bahn des Beschleunigers nach der F i g. 3 zur Darstellung,-der Kräfteverhältnisse am Plasma; F i g. 7 zeigt eineh Ausschnitt einer anderen Leiteranordnung ini Schrägbild und F i g. 8 zeigt die schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Herbeiführung von Kernreaktionen, die unter Verwendung zweier Beschleuniger gemäß der F i g. 1 aufgebaut ist. 1 shows a simplified representation of an embodiment of a plasma accelerator according to the invention; F i g. FIG. 2 shows a section through the orbit of the accelerator according to FIG. 1 showing the field distribution; F il g. 3 shows a simplified representation of another embodiment of a plasma accelerator according to the invention; F i . FIG. 4 shows an oblique image of part of the path 9 of the accelerator according to FIG. 3 to show the position of the conductors for acceleration and concentration of the plasma; F i g. 5 a shows a cross section of two conductors according to FIG. 4 with the associated magnetic field lines; F i g. FIG. 5 b shows a graphic representation of the course of the magnetic field strengths in the arrangement according to FIG. 5 u; F i g. 6 shows a plan view of a section of the path of the accelerator according to FIG . 3 to show the balance of forces in the plasma; F i g. 7 shows a detail of another conductor arrangement in the oblique image and FIG. 8 shows the schematic representation of a device for inducing nuclear reactions, which is carried out using two accelerators according to FIG. 1 is constructed.

. F i g. 1 zeigt den erfindungsgemäß ausgebildeten Plasmabeschleuniger mit geschlossener Umlaufbahn, der sich ineiner evakuierten Kammer 12 befindet. . F i g. 1 shows the closed orbit plasma accelerator constructed in accordance with the present invention located in an evacuated chamber 12.

Ein Plasma, d. h. ein elektrisch neutrales ionasiertes Gas, soff auf eine geschlossene Bahn 11 konzentriert und auf dieser beschleunigt werden. Der Einfachheit halber ist eine kreisförmige Bahn dargestellt, aber sie könnte aus bestimmten Gründen auch elliptisch ausgebildet sein. Ein geeignetes Gas wie Deuterium wird der Bahn 11 aus einer Gasquelle 13 zugeführt und durch ein elektromagnetisches Solenoidfeld ionisiert, das durch Anlegung eines hochfrequenten Wechselstromsignals aus einer einzigen Spannungsquelle 15 an zwei oder mehr kreisförmige Leiter 17 erzeugt w .-ff ird. Die Leiter 17 umgeben den äußeren Umfang der kreisförmigen Bahn und dienen gleichzeitig zur Konzentration des Plasmas auf die Bahn 11. A plasma, i.e. H. an electrically neutral ionized gas, concentrated on a closed path 11 and accelerated on this. For the sake of simplicity, a circular path is shown, but it could also be made elliptical for certain reasons. A suitable gas such as deuterium is supplied to the web 11 from a gas source 13 and ionized by an electromagnetic solenoid field which is generated by applying a high frequency alternating current signal from a single voltage source 15 to two or more circular conductors 17 . The conductors 17 surround the outer circumference of the circular path and at the same time serve to concentrate the plasma on the path 11.

Zwei Wicklungen 21 und 23 sind einander diametral gegenüber außerhalb der geschlossenen Bahn 11 angebracht. Zwei weitere Wicklungen 24 und 25 sind ebenfalls 180' voneinander und 900 von den Wicklungen 21 und 23 entfernt angebracht. Eine zweite Gruppe von vier Wicklungen ist um 45' gegen die Wicklungen 21 bis 25 versetzt, aber der Deutlichkeit halber nicht dargestellt. Da diiese Wicklungen in fester Lage hinsichtlich der Kreisbahn angeordnet sind und, wie noch erläutert wird, in gleicher Weise wie die Ständerwicklungen eines Zweiphaseninduktionsmotors wirken, werden sie nachstehend als Ständerwicklungen bezeichnet.Two windings 21 and 23 are mounted diametrically opposite one another outside the closed path 11. Two further windings 24 and 25 are also mounted 180 ' apart and 900 from windings 21 and 23 apart. A second group of four windings is offset by 45 'from windings 21 to 25 , but not shown for the sake of clarity. Since these windings are arranged in a fixed position with respect to the circular path and, as will be explained, act in the same way as the stator windings of a two-phase induction motor, they are referred to below as stator windings.

Wie die F i g. 1 zeigt, sind die Wicklungen 21 und 23 in Reihe an die Klemmen 26a und 26b eines Mehrphasengenerators 27 angeschlossen, während die Wicklungen 24 und 25 in Reihe an zwei weitere Klemmen 28 a und 28 b dieses Mehrphasengenerators angeschlossen sind. Die Klemmenpaare 26a und 26b und 28a, 28b sollen parallel geschaltet sein, so daß alle vier Wicklungen21 bis 25 phasengleich erregt werden. Die zweite, nicht dargestellte Wicklungsgruppe wird ebenfalls vom Generator 27 erregt, aber um 90, phasenverschoben wie bei einem Zweiphaseninduktionsmotor. Damit sind auch die von den beiden. Wicklungsgruppen erzeugten Magnetfelder um 90, phasenverschoben. Hierdurch ergibt sichein magnetisches Drehfeld 19, das einmal in je zwei Perioden der Mehrphas-enspannung um die Kreis-ZD bahn 11 umläuft.As the F i g. 1, the windings 21 and 23 in series to the terminals 26a and 26b of a polyphase generator 27 are connected while the windings 24 and 25 in series to two other terminals 28 a and 28 b of this multi-phase generator are connected. The terminal pairs 26a and 26b and 28a, 28b should be connected in parallel so that all four windings 21 to 25 are excited in phase. The second winding group, not shown, is also excited by the generator 27 , but 90 out of phase as in a two-phase induction motor. That’s also the two of them. Winding groups generate magnetic fields by 90, out of phase. This results in a rotating magnetic field 19 which revolves around the circular ZD path 11 once every two periods of the multiphase voltage.

In demjenigen Zeitpunkt, in welchem das Mag feld der Darstellung in der F i g. 1 entspricht, führen die in der Zeichnung weggelassenen Wicklungen keinen Strom. Nach 901 Phasenvoreilung der Spannung vom Generator 27 erscheinen die Feldlinien um 451 gedreht, weil sie dann von den weggelassenen Spulen erzeugt werden, während die Spulen 21 bis 25 keinen Strom führen. Wie man sieht, schneidet das magnetische Drehfeld 19 die Bahn 11 mit dem darin befindlichen Plasma und induziert so einen. Stromffuß-im Plasma, der seinerseits sein eigenes Magnetfeld erzeugt. Dieser induzierte Stromfluß muß als Bewegung der negativ geladenen Elektronen in einer Richtung verstanden werden, die von einer sehr viel langsameren Bewegung der positiv geladenen schweren ionisierten Gaskerne in entgegengesetzter Richtung begleitet wird. Da diese Kerne die allein interessierende Plasmawolke darstellen, bildet ihre Bewegang #diejenige der betrachteten Plasmawolke. Das von der Elektronenbewegung im Plasma herrührende Magnetfeld wirkt mit dem Feld 19 zusammen, um die Plasmateilchen zu beschleunigen, bis sie mit geringer Nacheilung hinter dem umlaufenden Ständerfeld auf der Kreisbahn 11 umlaufen.At the point in time at which the mag field of the representation in FIG. 1 , the windings omitted in the drawing do not carry any current. After 901 phase lead of the voltage from generator 27 , the field lines appear rotated by 451 because they are then generated by the omitted coils, while coils 21 to 25 carry no current. As can be seen, the rotating magnetic field 19 cuts the path 11 with the plasma located therein and thus induces one. Current foot in the plasma, which in turn generates its own magnetic field. This induced current flow must be understood as the movement of the negatively charged electrons in one direction, which is accompanied by a much slower movement of the positively charged heavy ionized gas nuclei in the opposite direction. Since these nuclei represent the only plasma cloud of interest, their movement forms that of the plasma cloud under consideration. The magnetic field resulting from the electron movement in the plasma interacts with the field 19 in order to accelerate the plasma particles until they revolve around the circular path 11 with a slight lag behind the rotating stator field.

Man kann auch sagen, daß die Plasmateilchen von den magnetischen Feldlinien 19 mitgezogen werden. Bereits eine verhältnismäßig geringe Beschleunigungskraft kann das Plasma auf fast beliebige Geschwindigkeiten beschleunigen, da die Beschleunigungsbahn geschlossen ist und damit das, Plasma beliebig lange unter dem Einfluß der Kraft bleibt. Die Beschleunigung kann in verschiedener Weise erfolgen. So kann z. B. Gas von der Gasquelle 13 in kleinen Mengen eingelassen werden, so daß die je- weils zu beschleunigenden Plasmamenge gering ist. Sie kann damit schnell auf die Winkelgeschwindigkeit gebracht werden, die der Frequenz der Mehrphasenspannung entspricht. Durch aufeinanderfolgende Zuführung kleiner Gasmengen kann schließlich jede gewünschte Plasmamenge auf die gegebene Geschwindigkeit beschleunigt werden.It can also be said that the plasma particles are drawn along by the magnetic field lines 19. Even a relatively low acceleration force can accelerate the plasma to almost any speed, since the acceleration path is closed and thus the plasma remains under the influence of the force for any length of time. The acceleration can take place in various ways. So z. For example, small amounts of gas can be admitted from the gas source 13 , so that the amount of plasma to be accelerated in each case is small. It can thus be quickly brought to the angular velocity that corresponds to the frequency of the multiphase voltage. By successively supplying small amounts of gas , any desired amount of plasma can finally be accelerated to the given speed.

Es kann aber auch eine verhältnismäßig große Gasmenge gleichzeitig eingelassen werden, die gleichzeitig lonisiert und auf die der Frequenz der Mehrphasenspannung entsprechende Winkelgeschwindigkeit beschleunigt wird. Dies benötigt im allgemeinen mehrere Umläufe des Plasmas, wobei die jeweilige Anzahl der Umläufe vom Radius der Kreisbahn 11 und der Größe der beschleunigten Kraft abhängt. In jedem Fall kann daher eine Plasmamenge von nahezu unbegrenzter Größe durch eine außerordentlich geringe Beschleunigungskraft auf jede beliebige Geschwindigkeit gebracht werden.However, a relatively large amount of gas can also be admitted at the same time, which is simultaneously ionized and accelerated to the angular velocity corresponding to the frequency of the multiphase voltage. This generally requires several revolutions of the plasma, the respective number of revolutions depending on the radius of the circular path 11 and the magnitude of the accelerated force. In any case, an amount of plasma of almost unlimited size can be brought to any desired speed by an extremely low acceleration force.

. Wenn das Plasma größere Geschwindigkeiten er-, reicht, so unterliegt es bekanntlich einer Zentrifugal-. kraft, die es aus der Bahn 11 nach außen zu tragen sucht. Um dies zu verhindern, ist der Plasmabeschleuniger gemäß der Erfindung mit den erwähnten, Konzentrationsleitern 117 versehen, denen ein Hochfrequenzsignal aus der Signalquelle 15 zugeführt wird. Die in den Leitern 17 fließenden Hochfrequenzströme erzeugen ein, magnetisches Solenoidfeld. der in der F i g. 2 gezeigten Art. . When the plasma reaches higher speeds, it is known to be subject to centrifugal force. force that it seeks to carry out of the web 11 to the outside. In order to prevent this, the plasma accelerator according to the invention is provided with the aforementioned concentration conductors 117, to which a high-frequency signal from the signal source 15 is fed. The high-frequency currents flowing in the conductors 17 generate a magnetic solenoid field. the one shown in FIG. 2 shown Art.

F i g. 2 zeigt einen Querschnitt längs der Linie A-A in der F i g. 1. Das vom Wechselstrom in zwei Leitern 17 herrührende Magnetfeld ist in der F i g. 2 durch die Kraftlin#ien 2 dargestellt. Wie man sieht, sind die Kraftlinlen 2 mit dem längs der Kreisbahn 11 verteilten Plasma verkettet und induzieren somit eine elektromotorische Kraft im Plasma in gleicher Weise, wie eine Spannung in der Sekundärwicklung eines Transformators induziürt wird. Diese elektromotorische Kraft eirzeugt einen Stromfluß im Plasma, der in Richtung der Bahn 11 fließt und seinerseits sein eigenes Magnetfeld 3 erzeugt. Die Magnetfelder 3 und 2 treten in Wechselwirkung und suchen das stromführende Plasma von den Leitern 17 weg und zur Achse B-B der Bahn 11 zu drücken. Diese Abstoßungswirkung ist in allen Induktionsanordnun-,gen vorhanden und wird durch das Lanzsche. Gesetz beherrscht.F i g. 2 shows a cross section along the line AA in FIG. 1. The magnetic field resulting from the alternating current in two conductors 17 is shown in FIG. 2 represented by the lines of force 2. As can be seen, the lines of force 2 are linked to the plasma distributed along the circular path 11 and thus induce an electromotive force in the plasma in the same way as a voltage is induced in the secondary winding of a transformer. This electromotive force generates a current flow in the plasma, which flows in the direction of the path 11 and in turn generates its own magnetic field 3. The magnetic fields 3 and 2 interact and seek to push the current-carrying plasma away from the conductors 17 and towards the axis BB of the track 11. This repulsion effect is present in all induction arrangements and is made possible by Lanzsche. Law ruled.

Erfindungsgemäß wird der in den Leitern 17 fließende Strom so eingestellt, daß die Abstoßungskraft gerade der Zentrifugalkraft infolge der Rotation des Plasmas in der Kreisbahn 11 das Gleichgewicht hält. Ferner hält der aus der vereinigten Wixkung der Felder 2 und 3 hervorgehende Pinch-Effekt das Plasma in der Bahn 11 zusammen und wirkt so der Diffusion des Plasmas aus der Bahn 11 heraus entgegen.According to the invention, the current flowing in the conductors 17 is adjusted so that the repulsive force of the centrifugal force as a result of the rotation of the plasma in the circular path 11 maintains equilibrium. Furthermore, the product derived from the combined Wixkung of fields 2 and 3 pinch effect keeps the plasma in the web 11 together and thus acts against the diffusion of the plasma from the web 11 out.

Der Pinch-Effekt führt zu axialen Konzentrationskräften, wie aus der folgenden Erläuterung hervorgeht. F i g. 2 zeigt, daß die magnetischen Feldlinien 2 etwas konkave Gestalt haben, da das Feld durch die beiden parallelen Leiter 17 erzeugt wird. Durch Zusammenwirken mit dem Magnetfeld 3 werden die Plasmateilchen in einer konstanten radialen Lage gehalten und auch zwischen den Leitern axial stabilisiert. Es sei nämlich angenommen, daß ein oder mehrere Plasmateilchen z. B. aus der vorgeschriebenen Bahn 11 zu einem Punkt A in der F i g. 2 gewandert sind. Die auf das Plasma in Punkt A ausgeübte KTaft, die vom Magnetfeld 2 herrührt, ist senkrecht zur Feldrichtung, d. h. in Richtung des Pfeiles F gerichtet. Diese Kraft F kann aber in zwei Komponenten F, und F2 aufgespalten werden, wobei F, radial und F2 axial gerichtet ist, und zwar so, daß das Plasma aus der Stelle A zur Bahn 11 zurückgetrieben wird. Das magnetische Konzentrationsfeld 2 bewirkt also tatsächlich, daß das Plasma in der Bahn 11 bleibt, wenn es um die Achse B-B umläuft.The pinch effect leads to axial forces of concentration, as can be seen from the following explanation. F i g. 2 shows that the magnetic field lines 2 have a somewhat concave shape, since the field is generated by the two parallel conductors 17 . By interacting with the magnetic field 3 , the plasma particles are kept in a constant radial position and also axially stabilized between the conductors. Indeed, it is assumed that one or more plasma particles z. B. from the prescribed path 11 to a point A in FIG. 2 hiked. The KTaft exerted on the plasma at point A , which results from the magnetic field 2, is perpendicular to the direction of the field, i. H. directed in the direction of arrow F. This force F can, however, be split into two components F 1 and F 2, F 1 being radial and F 2 being directed axially, in such a way that the plasma is driven back from point A to path 11 . The magnetic concentration field 2 actually has the effect that the plasma remains in the path 11 when it revolves around the axis BB.

Wie man sieht, sind keine körperlichen Wände erforderlich, um das Plasma in der Bahn 11 zu konzentrieren. Aus praktischen Gründen muß aber die Gegend der Bahn 11 evakuiert werden, damit keine fremden Teilchen die Plasmabewegung stören. Wie die F i g. 1 zeigt, geschieht dies dadurch, daß der ganze Beschleuniger in einer Vakuumkammer 12 untergebracht ist, so daß nahezu alle Fremdteilchen abgepumpt werden können. Die Signalquelle 15, der Mehrphasengenerator 27 und die Gasquelle 13 befinden sich natürlich vorzugsweise außerhalb der Vakuumkammer 12. Die Vakuumpumpe dient auch zur Abführung von Teilchen, die aus der Bahn 11 jenseits der Zone der rücktrelbenden Kräfte hinwegdiffundiert sind.As can be seen, no physical walls are required to concentrate the plasma in path 11. For practical reasons, however, the area around the path 11 must be evacuated so that no foreign particles interfere with the movement of the plasma. As the F i g. 1 shows, this is done in that the entire accelerator is housed in a vacuum chamber 12, so that almost all foreign particles can be pumped out. The signal source 15, the multiphase generator 27 and the gas source 13 are of course preferably located outside the vacuum chamber 12. The vacuum pump also serves to remove particles which have diffused from the path 11 beyond the zone of the backward forces.

Zusammenfassend zeichnet sich, der beschriebene Plasmabeschleuniger dadurch aus, daß zwei verschiedene und unabhängige Magnetfelder zur Beschleunigung längs der geschlossenen Bahn verwendet werden. Zunächst erzeugen die Wechselströme in den Leitern 17 ein veränderliches magnetisches Solenoid#-fold, welches das Gas ionisiert und in ein Plasma verwandelt. Da das Plasma leitend ist, wird in ihm ein Strom induziert, der seinerseits das Magnetfeld 3 (F i g. 2) erzeugt. Das Solenoidfeld 2 wird von den beiden Parallelwindungen 17 erzeugt und hat deshalb eine leicht konkave Gestalt, wie die F i g. 2 zeigt. Es liefert die Konzentrationskraft, die durch den Vektor F dargestellt wixd. Das ionisierte Gas, das in der Bahn 11 konzentriert ist, wird durch das rotierende Magnetfeld 19 beschleunigt, das durch die beiden phasenverschoben gespeisten Wicklungsgruppen erzeugt wird. Von diesen sind nur die Wicklungen 21, 23, 24 und 25 dargestellt. Feldstärke, Geschwindigkeit und Radius der Bahn sind so gewählt, daß die Zentrifugalkräfte infolge des Umlaufs der Teilchen durch die Zentripetalkraft ausgeglichen werden, die für gestreute Teilchen durch die Vektorkomponente F, dargestellt wird. Für Teilchen, die sich innerhalb derBahn 11 befinden, hatF, die GrößevonF.In summary, the plasma accelerator described is characterized in that two different and independent magnetic fields are used for acceleration along the closed path. First, the alternating currents in the conductors 17 create a variable magnetic solenoid # -fold, which ionizes the gas and turns it into a plasma. Since the plasma is conductive, a current is induced in it, which in turn generates the magnetic field 3 ( FIG. 2). The solenoid field 2 is generated by the two parallel windings 17 and therefore has a slightly concave shape, as shown in FIG. 2 shows. It supplies the power of concentration, which is represented by the vector F. The ionized gas which is concentrated in the track 11 is accelerated by the rotating magnetic field 19 which is generated by the two winding groups fed out of phase. Of these, only the windings 21, 23, 24 and 25 are shown. The field strength, speed and radius of the orbit are chosen so that the centrifugal forces due to the orbit of the particles are balanced by the centripetal force, which is represented by the vector component F for scattered particles. For particles that are within orbit 11 , F, has the size of F.

Die Erfindung kann verschiedene Abänderungen und Ausgestaltungen erfahren, von -denen einige nachstehend beschrieben sind. Wenn beispielsweise der Beschleuniger außerhalb der Vakuumkammer 12 betrieben werden soll, so kann Bahn 11 in eine Torusröhre eingeschlossen und diese Röhre evakuiert werden, so daß nur der Bereich innerhalb der Röhre ein Vakuum darstellt. Ferner kann die Wirkung der Konzentrationslelter und der Ständerwicklungen kombiniert werden, so düß ein einziges Leiterpaar nicht nur das Plasma in der Bahn 11 zusammenhält, sondern auch die Beschleunigungskraft zum Umlauf des Plasmas um die Achse B-B liefert. In diesem Fall dient als die gleiche Leiteranordnung zur Erzeugung der Tangentialkräfte und der Zentripetal- sowie Konzentrationskräfte.The invention is susceptible of various modifications and forms, some of which are described below. For example, if the accelerator is to be operated outside of the vacuum chamber 12, then web 11 can be enclosed in a torus tube and this tube evacuated so that only the area inside the tube is a vacuum. Furthermore , the effect of the concentration clamps and the stator windings can be combined so that a single pair of conductors not only holds the plasma together in the path 11 , but also supplies the acceleration force for the circulation of the plasma around the axis BB. In this case, the same conductor arrangement serves to generate the tangential forces and the centripetal and concentration forces.

Eine derartige Anordnung ist in der F i g. 3 und 4 dargestellt. Hierbei dient die M&ixphasenspannung sowohl zur Konzentration als auch zur Beschleunigung der Plasmawolke. Die Bahn 11 verläuft in einer ringförmigen Glasröhre 29, die hochevakuiert ist. Am äußeren Umfang der Röhre 29 sind abwechselnd schräge U-förmige Leiter 31 angebracht, die vom Mehrphasengenerator gespeist werden. Wie aus der F i g. 4 hervorgeht, verläuft das Joch der U-förmigen Leiter jeweils parallel zur Achse der Bahn 11 und damit der Röhre 29, während die Schenkel einen spitzen Winkel mit der Richtung der Plasmaströmung bilden. Die Mehrphasensignale vom Generator 27 werden den einzelnen Leitern in regelmäßiger Folge zugeführt. Wenn also z. B. bei den Leitern 31 a bis 31 f in der F i g. 4 dem Leiter 31 a ein Signal mit einem Phasenwinkel 0 zugeführt wird, so erhält der Leiter 31 b ein Signal mit dem Phasenwinkel 0 + 90', der Leiter 31 c ein Signal mit dem Phasenwinkel e + 180', der Leiter 31 d ein Signal mit dem Phasenwinkel 0 + 2701 und der Leiter 31 e wieder ein Signal mit dem Phasenwinkel 0. Diese Reihenfolge setzt sich im ganzen Kreis fort, so daß schließlich wieder ein Signal mit der Phase (9+270' auf den Leiter 31f fällt. Im Falle eines Zweipfiasensystems muß also die Ge-samtzahl der um die Röhre 29 angeordneten Leiter ein Vielfaches von vier sein. Die Anordnung könnte aber auch mit einem Dreipliasengenerator betrieben werden, wobei dann die Phasenverschicbung zwischen benachbarten Leitern 60' betragen würde.Such an arrangement is shown in FIG. 3 and 4 shown. Here, the M & ix phase voltage serves both to concentrate and to accelerate the plasma cloud. The track 11 runs in an annular glass tube 29 which is highly evacuated. On the outer circumference of the tube 29 inclined U-shaped conductors 31 are alternately attached, which are fed by the polyphase generator. As shown in FIG. 4, the yoke of the U-shaped conductor runs parallel to the axis of the track 11 and thus the tube 29, while the legs form an acute angle with the direction of the plasma flow. The multiphase signals from the generator 27 are fed to the individual conductors in a regular sequence. So if z. B. in the conductors 31 a to 31 f in FIG. 4 the conductor is a signal supplied at a phase angle 0 31, the manager receives 31b a signal having the phase angle 0 + 90 ', the head 31 c, a signal having the phase angle e + 180', the conductor 31 d is a signal with the phase angle 0 + 2701 and the conductor 31e again a signal with the phase angle 0. This sequence continues in the whole circle, so that finally a signal with the phase (9 + 270 'falls on the conductor 31f again In a two-phase system, the total number of conductors arranged around tube 29 must be a multiple of four, but the arrangement could also be operated with a three-phase generator, in which case the phase shift between adjacent conductors would be 60 '.

Zur Erläuterung der Betriebsweise der beschriebenen Konzentrations- und Beschleunigungsanordming wird auf die F i g. 5 a verwiesen. Dort ist das Magnetfeld dargestellt, das durch die entgegengesetzt polarisierten Ströme gebildet wird, welche durch die beiden. Schenkel jedes U-förmigen Leiters fließen. Wie man sieht, besteht ein kräftiger magnetischer Feldgratdient längs der Linie B-B in der F i g. 5 a, welche die Symmetri ene zwischen den Schenkeln 31 eines U-förmigen Leiters 31 darstellt. Analytisch kann gezeigt werdün, daß für die Kraft F folgender Ausdruck gilt: oder Hierbei ist a der Mittenabstand zwischen -den beiden Schenkeln eines Leiters und x der Abstand längs der Linie B-B vom Punkt 47, der den Schnittpunkt der Linie B-B mit der Verbindungsstelle der Mitten der beiden Leiterschenkel darstellt.To explain the mode of operation of the concentration and acceleration arrangements described, reference is made to FIG. 5 a referenced. There the magnetic field is shown, which is formed by the oppositely polarized currents that flow through the two. Legs of each U-shaped conductor flow. As can be seen, there is a strong magnetic field ridge serving along line BB in FIG . 5 a, which shows the symmetry between the legs 31 of a U-shaped conductor 31 . It can be shown analytically that the following expression applies to the force F: or Here, a is the center-to-center distance between the two legs of a conductor and x is the distance along line BB from point 47, which represents the intersection of line BB with the junction of the centers of the two conductor legs.

Eine graphische Darstellung der Gleichung (2) ist in der F i g. 5 b gegeben. F i g. 5 b zeigt, daß die Kraft F rasch bis zu einem kräfti-en Maximum bei x = 0,45 a anwächst und dann bei Entfernungen größer als 0,45 a rasch abfällt. Wenn also die beiden Schenkel der Leiter 31 in der Näht der Glasröhre 29 so angeordnet werden, daß die Entfernung von jedem Punkt innerhalb der Glaswand zur Mitte 47 der Verbindungslinieder beiden Schenkel 3:1 gerade 0,45 a beträgt, so verhindert das entstehende Kraftfeld das Plasma an einer Berührung der Röhre 29. Wenn weiter die Stromstärke der Mehrphasenspannung so gewählt ist, daß die auf Plasmateilchen, welche um die Entfernung 0,45 a vom Punkt 47 entfernt sind, ausgeübte Kraft gerade gleich der Zentriftigalkraft auf die Plasmateilchen in dieser Entfernung von der Mitte des Plasma-rings ist, so ergibt sich offenbar ein Kraftfeld, das die maximale Stabilität gegen Schwankungen des Plasmadurchmessers zeigt.A graphical representation of equation (2) is shown in FIG. 5 b given. F i g. 5 b shows that the force F increases rapidly up to a strong maximum at x = 0.45 a and then drops rapidly at distances greater than 0.45 a. So if the two legs of the conductor 31 are arranged in the seam of the glass tube 29 so that the distance from each point within the glass wall to the center 47 of the connecting line of the two legs is 3: 1 just 0.45 a , the force field prevents this Plasma at one touch of the tube 29. If further the amperage of the multiphase voltage is chosen so that the force exerted on plasma particles which are a distance 0.45 a from point 47 is just equal to the centrifugal force on the plasma particles at that distance from is the center of the plasma ring, a force field evidently results which shows the maximum stability against fluctuations in the plasma diameter.

Die in den F i g. 3 und 4 gezeigten Leiter 31 weisen einen kleinen Winkel gegen die Tangente der Umlaufbahn auf, wie aus der F i g. 6 ersichtlich ist. Infolgedessen erhält die Abstoßungskraft Feine TangentiaIkomponente Fp und eine Radialkomponente F, Die Tangentialkomponente dient natürlich zur Umlaufbescbleunigung des Plasmas in der Bahn 11. Damit ist gezeigt, daß die Leiter 31 sowohl zur Konzentration als auch zur Beschleunigung des Plasmas dienen.The in the F i g. The conductors 31 shown in FIGS. 3 and 4 have a small angle with respect to the tangent of the orbit, as can be seen from FIG. 6 can be seen. As a result, the repulsive force F receives a tangential component Fp and a radial component F, The tangential component naturally serves to circulate the plasma in the path 11. This shows that the conductors 31 serve both to concentrate and to accelerate the plasma.

Die in, der F i g. 6 gezeigte Kräfteverteilung kann auch dadurch erzielt werden, daß der Abstand a zwischen den Leiterschenkeln sich ändert. So ist in der F i g. 7 eine Leiteranordnung gezeigt, bei der die Leiter 31 tangential zur Röhre 29 verlaufen, bei der aber der Abstand zwischen den Schenkeln der Leiter in Richtung der Plasmabewegung größer wird. Durch diese Abstandsvergrößerung wird in gleicher Weise das erzeugte Magnetfeld verringert wie durch die Anordnung der Leiter in einem kleinen Winkcl zur Tangente der B ahn 11. The in, the F i g. The distribution of forces shown in FIG. 6 can also be achieved in that the distance a between the conductor legs changes. Thus in FIG. 7 shows a conductor arrangement in which the conductors 31 run tangentially to the tube 29 , but in which the distance between the legs of the conductors increases in the direction of the plasma movement. This increase in the distance reduces the generated magnetic field in the same way as the arrangement of the conductors at a small angle to the tangent of the rail 11.

F i g. 8 zeigt den Aufbau :einer Vorrichtung zur Herbeiführung von Kernreaktionen, die aus zwei Plasmabeschleunigern der beanspruchten Art besteht, de,ren geschlossenen Bahnen 41 und 43 sich kreuzen. Zur Einschließung der Bahnen 11 sind Röhren 29 verwendet, so daß eine Pumpe 40 zur Evakmerung beider Bahnen 11 verwendet werden kann. F i g. 8 shows the structure: a device for inducing nuclear reactions, which consists of two plasma accelerators of the claimed type, whose closed paths 41 and 43 cross each other. Tubes 29 are used to contain the lanes 11 so that a pump 40 can be used to evacuate both lanes 11 .

Die Plasmabeschleuniger sind in gleicher Weise miteinander verbunden wie die Glieder einer Kette. Sie stehen also zueinander senkrecht, und ihre kreißförnügen Plasmabahnen schneiden sich im Reaktionsbereich 45. Jeder Plasmabeschleuniger weist zwei gegeneinander versetzte Ständerwicklungen gemäß der F i g. 1 auf. Als Kernreaktionsstoff eignen sich bekanntlich Deuterium- und Tritiumgas besonders, deren Verschmelzungsenergie verhältnismäßig gering , ist, so daß die Plasmageschwindigkelt niedrig gehalten werden kann. Vorzugsweise werden Deuterium- und Tiitiumgas gemischt und das Gasgemisch beiden Plasmabeschleunigern zugeführt (s. die F i g. 8). Es sind also für die beiden Plasmabeschleun-iger nur ein Mehrphasengenerator (nicht dargestellt), eine Gasquelle 13 und eine Signalquelle 15 erforderlich-. Die Gaszusammensetzung beträgt vorzugsweise 3 Gewichtsteile Tritium und 2 Gewichtsteile Deuterium. Da das Atonigewicht von Deuterium 2 und dasjenige von Tritium 3 ist, gibt die Gasquelle 13 in diesem Fall ein Gas mit gleichen Anteilen von Deuterium.- und Tritiumatomen ab. In diesem Fall ist die größte Wabx.scheinhohkeit eines Zusammenstoßes zwischen Deuterium- und Tritiumionen vorhanden.The plasma accelerators are connected to one another in the same way as the links in a chain. They are therefore perpendicular to one another, and their circular plasma paths intersect in the reaction area 45. Each plasma accelerator has two stator windings offset from one another as shown in FIG . 1 on. As is known, deuterium and tritium gas are particularly suitable as nuclear reactants, the fusion energy of which is relatively low, so that the plasma speed can be kept low. Deuterium and titanium gas are preferably mixed and the gas mixture is fed to both plasma accelerators (see FIG . 8). Only one multiphase generator (not shown), one gas source 13 and one signal source 15 are therefore required for the two plasma accelerators. The gas composition is preferably 3 parts by weight of tritium and 2 parts by weight of deuterium. Since the atomic weight of deuterium is 2 and that of tritium is 3 , the gas source 13 emits a gas with equal proportions of deuterium and tritium atoms in this case. In this case there is the greatest probability of collision between deuterium and tritium ions.

Hinsichtlich der erferderlichen Winkelgeschwindigkeit ist zu berücksichtigen, daß die Wahrscheinlichkeit eines zur Fusion fährenden Zusammenstoßes mit der Geschwindigkeit rasch zu einem Resonanzmaximum anwächst und dann ebenso rasch abfällt. Im Falle der Deuterium-Tritium-Reaktion tritt diese Resonanz ein, wenn die Gesamtenergie der bei-den zusammenstoßenden Teilchen 110 keV beträgt.With regard to the required angular velocity, it must be taken into account that the probability of a collision leading to fusion increases rapidly with velocity to a resonance maximum and then drops just as quickly. In the case of the deuterium-tritium reaction, this resonance occurs when the total energy of the two colliding particles is 110 keV.

Es kann rechnerisch gezeigt werden, daß beim Zusammenstoß von Deuteriumionen mit Tritiumionen dU Relativggeschwindigkeit der Deuteriumionen 3,24 - 106 m/see betragen soll, wenn die zusammen- stoßenden Keine eine relative Energie von 110 keV haben sollen. Diese Geschwindigkeit verteilt sich vektoriell auf die beiden Plasmaströme. Da im vorliegenden Fall die Plasmabewegung rechtwinklig zu- einander erfolgt, muß die Endgeschwindigkeit v jedes Plasmastroms folgenden Wert annehmen: = 2,29.1013m/sec. (4) Statt rechtwinkliger Kreuzung können auch andere Kreuzungswinkel der beiden Plasmabeschleuniger, z. B. 45 oder 15', angewandt werden. Bei kleinerem Winkel kann auch die erforderEche Winkelgeschwindigkeit der beiden Plasmastrdme verringert werden, da die Relativgeschwindigkeit zunimmt. Der erfindungsgemäß ausgebildete Plasmabeschleuniger kann auch für andere Zwecke verwendet werden, z. B. in der Kernforschung zur Beschleunigung neutraler Plasmawolken auf erhebliche Geschwindigkeiten und zur Untersuchung ihres Verhaltens hierbei.It can be shown mathematically that the collision of deuterium ions with tritium ions dU Relativggeschwindigkeit of deuterium ions from 3.24 to 106 m / lake should be when together abutting No one relative energy to have of 110 keV. This speed is distributed vectorially over the two plasma streams. Since in the present case, the plasma to-movement at right angles to one another takes place, the final velocity v must each plasma stream following value assume: = 2.29.1013m / sec. (4) Instead of a right-angled intersection, other angles of intersection of the two plasma accelerators, e.g. B. 45 or 15 ', can be used. With a smaller angle, the required angular speed of the two plasma strands can also be reduced, since the relative speed increases. The plasma accelerator designed according to the invention can also be used for other purposes, e.g. B. in nuclear research to accelerate neutral plasma clouds to considerable speeds and to investigate their behavior.

Claims (2)

Patentansprüche: 1. Plasmabeschleuniger, bei dem das Plasma mittels eines umlaufenden Magnetfeldes auf einer geschlossenen Bahn beschleunigt wird und ein zusätzliches Magnetfeld zur Stabilisierung der Plasmabahn vorgesehen ist, dadurch gek e n n z e i c h n e t, daß zum Aufbau des Zusatzmagnetfeldes an der Außenseite der Plasmabalm liegende und mit Wechselstrom gespeiste Leiter vorgesehen und so angeordnet sind, daß die Kraftlinien des Zusatzmagnetfeldes hauptsächlich in zur Plasmabahn senkrechten Ebenen verlaufen, wobei idie Stärke des Zusatzmagnetfeldes so bemessen ist, daß die vom Zusatzmagnetfeld ausgeübte Zentripetalkraft der durch die Richtungsänderung des Plasmastromes entstehenden Zentrifugalkraft gerade das Gleichgewicht hält. Claims: 1. Plasma accelerator, in which the plasma is accelerated by means of a circulating magnetic field on a closed path and an additional magnetic field is provided to stabilize the plasma path, characterized in that to build up the additional magnetic field on the outside of the plasma palm and fed with alternating current Conductors are provided and arranged in such a way that the lines of force of the additional magnetic field run mainly in planes perpendicular to the plasma path, the strength of the additional magnetic field being dimensioned so that the centripetal force exerted by the additional magnetic field just maintains the equilibrium with the centrifugal force caused by the change in direction of the plasma flow. 2. Plasmabeschleuniger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Zusatzmagnetfeldes zwei mit Hochfrequenz gespeiste, parallele Leiter (17) vorgesehen sind, die sich koaxial an &r Außenseite der geschlossenen Plasmabahn (11) erstrecken. 3. Plasmabeschleuniger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Beschleuwigungsfeldes und des Zusatzmagnetfeldes einzelne, getrennt mit hochfrequenter Mährphasenspannung gespeiste U-förmige Leiter (31) vorgesehen sind, die außerhalb des Umfangs der geschlossenen Plasmabahn (11) angeordnet sind und je in einer Ebene liegen, die parallel zur Achse der Bahn verläuft und einen spi-tzen Winkel mit der Tangente an den Bahnumfang bildet. 4. Plasmabeschleuniger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel der U-förmigen Leiter (31) zu ihrem verbindenden Steg hin divergieren. 5. Vorrichtung zur Herbeiführung von Kernreaktionen, gekennzeichnet durch zwei Plasmabeschleun,iger nach den vorhergehenden Ansprüchen, die so angeordnet sind, daß ihre geschlossenen Unflaufbahnen sich kreuzen und an der Kreuzungsstelle einen Reaktionsbereich (45) bilden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 876 279; deutsche Auslegeschriften Nr. 1093 923, 1102 302, 1111747; französische Patentschrift Nr. 1221825. 2. Plasma accelerator according to claim 1, characterized in that two parallel conductors (17) which are fed with high frequency and extend coaxially on the outside of the closed plasma path (11) are provided for generating the additional magnetic field. 3. Plasma accelerator according to claim 1 or 2, characterized in that for generating the acceleration field and the additional magnetic field, individual U-shaped conductors (31) which are separately fed with high-frequency Mährphasensspannung are provided, which are arranged outside the circumference of the closed plasma path (11) and each lie in a plane that runs parallel to the axis of the path and forms an acute angle with the tangent to the circumference of the path. 4. Plasma accelerator according to claim 3, characterized in that the legs of the U-shaped conductor (31) diverge towards their connecting web. 5. Device for bringing about nuclear reactions, characterized by two plasma accelerators, iger according to the preceding claims, which are arranged so that their closed flow paths intersect and form a reaction area (45) at the intersection. Documents considered: German Patent No. 876 279; German Auslegeschriften Nos. 1093 923, 1 102 302, 1111747; French patent specification No. 1 221 825.