Inercyjne zamknięcie elektrostatyczne - Inertial electrostatic confinement

Fusor , wykazując fuzję jądrową gwiazdy trybie

Inercyjne uwięzienie elektrostatyczne ( IEC ) to klasa urządzeń energii termojądrowej , które wykorzystują pola elektryczne do ograniczania plazmy, a nie bardziej powszechne podejście wykorzystujące pola magnetyczne występujące w konstrukcjach wykorzystujących energię syntezy magnetycznej (MFE). Większość urządzeń IEC bezpośrednio przyspiesza ich paliwo do warunków syntezy jądrowej, unikając w ten sposób strat energii obserwowanych podczas dłuższych etapów nagrzewania urządzeń MFE. Teoretycznie sprawia to, że są one bardziej odpowiednie do stosowania alternatywnych aneutronicznych paliw fuzyjnych , które oferują szereg istotnych praktycznych korzyści i czynią urządzenia IEC jednym z szerzej badanych podejść do syntezy jądrowej.

Ponieważ ujemnie naładowane elektrony i dodatnio naładowane jony w plazmie poruszają się w różnych kierunkach w polu elektrycznym, pole to musi być ułożone w taki sposób, aby dwie cząstki pozostały blisko siebie. Większość projektów IEC osiąga to poprzez przeciąganie elektronów lub jonów przez studnię potencjału, poza którą potencjał spada, a cząstki nadal poruszają się z powodu ich bezwładności . Fuzja zachodzi w tym obszarze o niższym potencjale, gdy zderzają się jony poruszające się w różnych kierunkach. Ponieważ to ruch zapewniany przez pole wytwarza poziomy energii potrzebne do fuzji, a nie przypadkowe zderzenia z resztą paliwa, większość plazmy nie musi być gorąca, a systemy jako całość pracują w znacznie niższych temperaturach i poziomy energii niż urządzenia MFE.

Jednym z prostych urządzeń IEC jest Fusor , który składa się z dwóch koncentrycznych drutu metalowego sferycznych sieci. Gdy sieci są ładowane do wysokiego napięcia , paliwo gazowe ulega jonizacji. Pole między nimi przyspiesza następnie paliwo do wewnątrz, a kiedy przechodzi przez wewnętrzną siatkę, pole opada, a jony kontynuują do wewnątrz w kierunku środka. Jeśli zderzą się z innym jonem, mogą ulec fuzji. Jeśli tego nie zrobią, przemieszczają się z obszaru reakcji do obszaru naładowanego, gdzie są ponownie przyspieszane do wewnątrz. Ogólnie rzecz biorąc, proces fizyczny jest podobny do fuzji wiązek zderzeniowych , chociaż urządzenia wiązkowe są liniowe, a nie sferyczne. Inne konstrukcje IEC, takie jak polywell , różnią się znacznie rozmieszczeniem pól wykorzystywanych do tworzenia studni potencjału.

Szereg szczegółowych badań teoretycznych wskazuje, że podejście IEC podlega wielu mechanizmom utraty energii, które nie występują, jeśli paliwo jest równomiernie podgrzewane, czyli „makswellowskim” . Te mechanizmy strat wydają się być większe niż szybkość syntezy jądrowej w takich urządzeniach, co oznacza, że ​​nigdy nie mogą osiągnąć progu rentowności syntezy jądrowej, a zatem mogą być wykorzystywane do produkcji energii. Mechanizmy te są silniejsze, gdy masa atomowa paliwa wzrasta, co sugeruje, że IEC również nie ma żadnej przewagi w przypadku paliw aneutronicznych. To, czy krytyka ta dotyczy konkretnych urządzeń IEC, pozostaje wysoce kontrowersyjne.

Mechanizm

Na każdy wolt , przez który przyspiesza jon, przyrost jego energii kinetycznej odpowiada wzrostowi temperatury o 11 604 kelwinów (K). Na przykład, typowa plazma termojądrowa z magnetycznym zamknięciem ma 15 keV, co odpowiada 170 megakelwinom (MK). Jon o ładunku jeden może osiągnąć tę temperaturę dzięki przyspieszeniu poprzez spadek o wartości 15 000 V. Ten rodzaj napięcia można łatwo osiągnąć w zwykłych urządzeniach elektrycznych; typowa lampa elektronopromieniowa działa być może1/3 ten zakres.

W bezpiecznikach spadek napięcia odbywa się za pomocą drucianej klatki. Jednak w fuzorach występują wysokie straty przewodzenia, ponieważ większość jonów wpada do klatki przed fuzją. Zapobiega to generowaniu mocy netto przez obecne bezpieczniki.

To jest ilustracja podstawowego mechanizmu syntezy termojądrowej. (1) Nagrzewnica zawiera dwie koncentryczne klatki druciane. Katoda znajduje się wewnątrz anody. (2) Jony dodatnie są przyciągane do wewnętrznej katody. Obniżają spadek napięcia. Pole elektryczne działa na jony ogrzewając je do warunków fuzji. (3) Jony omijają wewnętrzną klatkę. (4) Jony zderzają się w środku i mogą się łączyć.

Historia

Lata 30. XX wieku

Mark Oliphant adaptuje akcelerator cząstek Cockcrofta i Waltona w Laboratorium Cavendisha, aby wytworzyć tryt i hel-3 poprzez fuzję jądrową.

1950

Ten rysunek przedstawia konstrukcję anody/katody dla różnych koncepcji i eksperymentów IEC.

Trzech badaczy z LANL, w tym Jim Tuck, po raz pierwszy zbadało ten pomysł, teoretycznie, w artykule z 1959 roku. Pomysł został zaproponowany przez kolegę. Koncepcja polegała na wychwytywaniu elektronów w dodatniej klatce. Elektrony przyspieszyłyby jony do warunków fuzji.

Opracowywano inne koncepcje, które później zostały włączone do dziedziny IEC. Obejmują one publikację kryterium Lawsona przez Johna D. Lawsona w 1957 r. w Anglii. Nakłada to minimalne kryteria na projekty elektrowni, które wykonują fuzję za pomocą gorących Maxwellowskich chmur plazmy. Również praca badająca zachowanie elektronów wewnątrz dwustożkowego wierzchołka , wykonana przez grupę Harolda Grada w Instytucie Couranta w 1957 roku. Dwustożny wierzchołek to urządzenie z dwoma podobnymi biegunami magnetycznymi skierowanymi ku sobie (tj. północ-północ). Między nimi mogą zostać uwięzione elektrony i jony.

1960

Patent US 3 386 883 - Schemat z patentu Philo Farnsworth 1968. To urządzenie ma wewnętrzną klatkę do tworzenia pola i cztery działa jonowe na zewnątrz.

W swojej pracy z lampami próżniowymi Philo Farnsworth zaobserwował, że ładunek elektryczny gromadzi się w obszarach lampy. Dziś efekt ten znany jest jako efekt wieloczynnikowy . Farnsworth doszedł do wniosku, że jeśli jony są wystarczająco skoncentrowane, mogą zderzać się i łączyć. W 1962 roku złożył patent na projekt wykorzystujący dodatnią klatkę wewnętrzną do koncentracji plazmy w celu osiągnięcia fuzji jądrowej. W tym czasie Robert L. Hirsch dołączył do laboratoriów Farnsworth Television i rozpoczął prace nad tym, co stało się fusorem . Hirsch opatentował projekt w 1966 r. i opublikował go w 1967 r. Maszyna Hirscha była maszyną o średnicy 17,8 cm i spadkiem napięcia 150 kV, która wykorzystywała wiązki jonów do wstrzykiwania materiału.

Jednocześnie, w 1963 roku Lyman Spitzer w Princeton opublikował kluczowy tekst o fizyce plazmy. Spitzer przyjął prawa gazu doskonałego i zaadaptował je do plazmy zjonizowanej, rozwijając wiele podstawowych równań używanych do modelowania plazmy. Tymczasem teoria zwierciadeł magnetycznych i bezpośrednia konwersja energii zostały opracowane przez grupę Richarda F. Posta w LLNL . Zwierciadło magnetyczne lub butelka magnetyczna jest podobna do dwukołowego wierzchołka, z tą różnicą, że bieguny są odwrócone.

lata 80.

W 1980 r. Robert W. Bussard opracował skrzyżowanie fusora i lustra magnetycznego , polywell . Pomysł polegał na ograniczeniu nieobojętnej plazmy za pomocą pól magnetycznych. To z kolei przyciągnęłoby jony. Pomysł ten został opublikowany wcześniej, zwłaszcza przez Olega Ławrentiewa w Rosji. Bussard opatentował projekt i otrzymał fundusze od Defense Threat Reduction Agency , DARPA i US Navy na rozwinięcie pomysłu.

1990

Bussard i Nicholas Krall opublikowali teorię i wyniki eksperymentów na początku lat dziewięćdziesiątych. W odpowiedzi Todd Rider z MIT pod kierownictwem Lawrence'a Lidsky'ego opracował ogólne modele urządzenia. Rider twierdził, że urządzenie jest zasadniczo ograniczone. W tym samym roku 1995 William Nevins z LLNL opublikował krytykę polywell. Nevins twierdził, że cząstki nagromadziłyby moment pędu , powodując degradację gęstego jądra.

W połowie lat dziewięćdziesiątych publikacje Bussarda przyczyniły się do rozwoju fuzorów na Uniwersytecie Wisconsin-Madison oraz na Uniwersytecie Illinois w Urbana-Champaign . Maszyna Madison został zbudowany w 1995 roku George H. Miley zespołu dydaktycznego w Illinois zbudowali 25 cm Fusor który wyprodukował 10 7 neutronów wykorzystaniem gazu deuteru i odkrył «tryb pracy» gwiazda Fusor w roku 1994. W następnym roku, pierwszy Przeprowadzono „Warsztaty amerykańsko-japońskie dotyczące fuzji IEC”. Jest to teraz najważniejsza konferencja dla badaczy IEC. W tym czasie w Europie, urządzenie IEC zostało opracowane przez Daimler-Chrysler Aerospace jako komercyjne źródło neutronów pod nazwą FusionStar. Pod koniec lat dziewięćdziesiątych hobbysta Richard Hull zaczął budować amatorskie bezpieczniki w swoim domu. W marcu 1999 roku osiągnął stopę neutronów 10 5 neutronów na sekundę. Hull i Paul Schatzkin założyli portal fusor.net w 1998 roku. Za pośrednictwem tego otwartego forum społeczność amatorów syntezy jądrowej przeprowadziła fuzję jądrową przy użyciu domowej roboty fusorów.

2000s

Pomimo demonstracji w 2000 roku 7200 godzin pracy bez degradacji przy dużej mocy wejściowej jako szczelnej komory reakcyjnej z automatycznym sterowaniem, projekt FusionStar został anulowany i założono firmę NSD Ltd. Sferyczna technologia FusionStar została następnie rozwinięta jako system geometrii liniowej o zwiększonej wydajności i wyższej wydajności neutronów przez firmę NSD Ltd., która w 2005 r. przekształciła się w firmę NSD-Fusion GmbH.

Na początku 2000 r. Alex Klein opracował skrzyżowanie wiązek polywell i jonów. Używając soczewkowania Gabora , dr Klein próbował skupić plazmę w obłokach nieneutralnych w celu fuzji. Założył firmę FP generation, która w kwietniu 2009 roku pozyskała 3 miliony dolarów finansowania z dwóch funduszy venture. Firma opracowała maszynę MIX and Marble, ale napotkała wyzwania techniczne i została zamknięta.

W odpowiedzi na krytykę Riders, naukowcy z LANL doszli do wniosku, że oscylacja plazmy może znajdować się w lokalnej równowadze termodynamicznej; to skłoniło maszyny do pułapek POPS i Penninga. W tym czasie naukowcy z MIT zainteresowali się fuzorami do napędu kosmicznego i zasilania pojazdów kosmicznych. W szczególności naukowcy opracowali fusory z wieloma wewnętrznymi klatkami. W 2005 roku Greg Piefer założył Phoenix Nuclear Labs, aby przekształcić fusor w źródło neutronów do masowej produkcji izotopów medycznych.

Robert Bussard zaczął otwarcie mówić o Polywell w 2006 roku. Próbował wzbudzić zainteresowanie badaniami, zanim zmarł na szpiczaka mnogiego w 2007 roku. Jego firmie udało się zebrać ponad dziesięć milionów funduszy z US Navy w 2008 i 2009 roku.

2010s

Publikacje Bussarda skłoniły Uniwersytet w Sydney do rozpoczęcia badań nad pułapkowaniem elektronów w polywells w 2010 roku. Grupa badała teorię, modelowała urządzenia, budowała urządzenia, mierzyła pułapkę i symulowała pułapkę. Wszystkie te maszyny miały niską moc i koszty, a wszystkie miały mały współczynnik beta . W 2010 roku Carl Greninger założył północno-zachodnie konsorcjum nuklearne, organizację, która uczy uczniów szkół średnich zasad inżynierii nuklearnej za pomocą fusora 60 kwoltów. W 2012 roku Mark Suppes zwrócił na siebie uwagę na Brooklynie za fusora. Suppes mierzył również pułapki elektronów wewnątrz polywell. W 2013 roku George H. Miley opublikował pierwszy podręcznik IEC .

Wzory z klatką

Fusor

Najbardziej znanym urządzeniem IEC jest bezpiecznik. To urządzenie zazwyczaj składa się z dwóch drucianych klatek wewnątrz komory próżniowej. Klatki te nazywane są siatkami. Klatka wewnętrzna jest utrzymywana pod napięciem ujemnym względem klatki zewnętrznej. Wprowadzana jest niewielka ilość paliwa fuzyjnego ( najczęściej jest to gaz deuterowy ). Napięcie między sieciami powoduje jonizację paliwa. Jony dodatnie spadają wraz ze spadkiem napięcia w kierunku ujemnej klatki wewnętrznej. Jak oni przyspieszyć The pole elektryczne ma pracę na jony, ogrzewając je do warunków fuzji. Jeśli te jony zderzają się, mogą się łączyć. Utrwalacze mogą również wykorzystywać pistolety jonowe zamiast siatek elektrycznych. Fusory są popularne wśród amatorów, ponieważ można je łatwo skonstruować, mogą regularnie wytwarzać fuzję i są praktycznym sposobem studiowania fizyki jądrowej . Fusory były również wykorzystywane jako komercyjny generator neutronów do zastosowań przemysłowych.

Żaden fuzor nie zbliżył się do wytworzenia znacznej ilości energii termojądrowej . Mogą być niebezpieczne, jeśli nie zostanie zachowana odpowiednia ostrożność, ponieważ wymagają wysokiego napięcia i mogą wytwarzać szkodliwe promieniowanie ( neutrony i promieniowanie rentgenowskie ). Często jony zderzają się z klatkami lub ścianą. To prowadzi energię z dala od urządzenia ograniczającego jej wydajność. Ponadto zderzenia nagrzewają sieci, co ogranicza urządzenia o dużej mocy. Zderzenia również rozpylają jony o dużej masie do komory reakcyjnej, zanieczyszczając plazmę i schładzając paliwo.

WYSKAKUJE

Badając plazmę nietermiczną , pracownicy LANL zdali sobie sprawę, że bardziej prawdopodobne jest rozproszenie niż fuzja. Wynikało to z tego, że przekrój rozpraszania kulombowskiego był większy niż przekrój poprzeczny fuzji. W odpowiedzi zbudowali POPS, maszynę z drucianą klatką, w której jony poruszają się w stanie ustalonym lub oscylują. Taka plazma może znajdować się w lokalnej równowadze termodynamicznej. Przewiduje się, że oscylacja jonów będzie utrzymywać równowagowy rozkład jonów przez cały czas, co wyeliminowałoby wszelkie straty mocy spowodowane rozpraszaniem kulombowskim, powodując zysk netto energii . Pracując nad tym projektem, naukowcy z Rosji przeprowadzili w 2009 roku symulację projektu POPS przy użyciu kodu Particle-in-cell . Ta koncepcja reaktora staje się coraz bardziej wydajna wraz ze zmniejszaniem się rozmiaru urządzenia. Jednak do pomyślnego działania koncepcji POPS wymagane są bardzo wysokie przezroczystości (>99,999%). W tym celu S. Krupakar Murali i in. zasugerowali, że do budowy siatek katodowych można wykorzystać nanorurki węglowe . Jest to również pierwsze (sugerowane) zastosowanie nanorurek węglowych bezpośrednio w dowolnym reaktorze termojądrowym.

Wzory z polami

Kilka schematów próbuje połączyć pole magnetyczne i pola elektrostatyczne z IEC. Celem jest wyeliminowanie wewnętrznej klatki drucianej nagrzewnicy i wynikających z tego problemów.

Polywell

Polywell wykorzystuje pole magnetyczne do wychwytywania elektronów. Kiedy elektrony lub jony poruszają się w gęstym polu, mogą zostać odbite przez efekt lustra magnetycznego. Polywell ma za zadanie uwięzić elektrony w środku, otaczając je gęstym polem magnetycznym. Odbywa się to zwykle za pomocą sześciu elektromagnesów w pudełku. Każdy magnes jest ustawiony tak, aby ich bieguny były skierowane do wewnątrz, tworząc punkt zerowy w środku. Elektrony uwięzione w środku tworzą „wirtualną elektrodę”. W idealnym przypadku ta chmura elektronów przyspiesza jony do warunków fuzji.

Pułapka na długopis

Przekrój pułapki na penninga. Oś jest pionowa. Elektrony okrążają centrum pod wpływem elektrostatycznego prądu stałego (niebieski) i magnetycznego prądu stałego (czerwony). Na tym schemacie ograniczone cząstki są dodatnie; aby ograniczyć elektrony, należy zamienić biegunowość elektrod.

Penning pułapki zastosowania zarówno elektrycznego i pola magnetycznego cząstek filtra, pole magnetyczne cząstki ograniczyć promieniowo i kwadrupolowego pola elektrycznego do unieruchamiania cząsteczek osiowo.

W reaktorze termojądrowym z pułapką Penninga najpierw włączane są pola magnetyczne i elektryczne. Następnie elektrony są emitowane do pułapki, wyłapywane i mierzone. Elektrony tworzą wirtualną elektrodę podobną do opisanej powyżej w polywell. Elektrony te mają następnie przyciągać jony, przyspieszając je do warunków fuzji.

W latach 90. naukowcy z LANL zbudowali pułapkę Penninga, aby przeprowadzać eksperymenty syntezy jądrowej. Ich urządzenie (PFX) było małą (milimetrową ) maszyną o niskim poborze mocy (jedna piąta tesli , mniej niż dziesięć tysięcy woltów).

Marmur

MARBLE ( eksperyment z wielokrotną ambipolarną recyrkulacją linii wiązki) był urządzeniem, które przesuwało elektrony i jony tam iz powrotem po linii. Wiązki cząstek zostały odbite za pomocą optyki elektrostatycznej . Ta optyka stworzyła statyczne powierzchnie napięcia w wolnej przestrzeni. Takie powierzchnie odbijają tylko cząstki o określonej energii kinetycznej, podczas gdy cząstki o wyższej energii mogą przemieszczać się przez te powierzchnie bez przeszkód, chociaż nie mają na nie wpływu. Wychwytywanie elektronów i zachowanie plazmy mierzono sondą Langmuira . Marmur utrzymywał jony na orbitach, które nie przecinają się z drutami siatki — to ostatnie poprawia również ograniczenia ładunku kosmicznego poprzez wielokrotne zagnieżdżanie wiązek jonów o kilku energiach. Badacze napotkali problemy z utratą jonów w punktach odbicia. Jony zwalniały podczas skręcania, spędzając tam dużo czasu, co prowadziło do dużych strat przewodzenia .

MIESZAĆ

Wielobiegunowy eksperyment z wiązką jonów (MIX) przyspieszył jony i elektrony do ujemnie naładowanego elektromagnesu. Jony skupiono za pomocą soczewkowania Gabora . Badacz miał problemy z bardzo cienkim regionem obracania jonów bardzo blisko powierzchni stałej, gdzie jony mogły być odprowadzane.

Izolacja magnetyczna

Zaproponowano urządzenia, w których klatka ujemna jest magnetycznie izolowana od napływającej plazmy.

Ogólna krytyka

W 1995 roku Todd Rider skrytykował wszystkie schematy mocy syntezy jądrowej przy użyciu systemów plazmowych, które nie znajdują się w równowadze termodynamicznej. Rider założył, że chmury plazmy w równowadze mają następujące właściwości:

  • Były quasi-neutralne , gdzie pozytywy i negatywy są jednakowo zmieszane.
  • Mieli równomiernie wymieszane paliwo.
  • Były izotropowe , co oznaczało, że ich zachowanie było takie samo w każdym kierunku.
  • Plazma miała jednakową energię i temperaturę w całej chmurze.
  • Plazma była nieustrukturyzowaną sferą Gaussa .

Rider argumentował, że jeśli taki system jest wystarczająco nagrzany, nie można oczekiwać, że będzie wytwarzał moc netto ze względu na wysokie straty promieniowania rentgenowskiego .

Inni badacze syntezy jądrowej, tacy jak Nicholas Krall , Robert W. Bussard , Norman Rostoker i Monkhorst nie zgodzili się z tą oceną. Twierdzą, że warunki plazmy wewnątrz urządzeń IEC nie są quasi-neutralne i mają nietermiczny rozkład energii. Ponieważ elektron ma masę i średnicę znacznie mniejszą niż jon, temperatura elektronu może różnić się o kilka rzędów wielkości od jonów. Może to pozwolić na optymalizację plazmy, dzięki czemu zimne elektrony zmniejszą straty promieniowania, a gorące jony podniosą szybkość syntezy .

Termowizja

Jest to porównanie rozkładu energii jonów termalizowanych i nietermizowanych

Podstawowym problemem podniesionym przez Ridera jest termalizacja jonów. Rider argumentował, że w quasi-neutralnej plazmie, gdzie wszystkie pozytywy i negatywy są równomiernie rozłożone, jony będą oddziaływać. Gdy to robią, wymieniają energię, powodując, że ich energia rozprzestrzenia się (w procesie Wienera ) w kierunku krzywej dzwonowej (lub funkcji Gaussa ) energii. Rider skoncentrował swoje argumenty na populacji jonów i nie zajmował się wymianą energii elektron-jon ani nietermiczną plazmą.

To rozprzestrzenianie się energii powoduje kilka problemów. Jednym z problemów jest wytwarzanie coraz większej ilości zimnych jonów, które są zbyt zimne, aby się skleić. To obniżyłoby moc wyjściową. Innym problemem są jony o wyższej energii, które mają tak dużo energii, że mogą uciec z maszyny. Zmniejsza to szybkość syntezy, jednocześnie zwiększając straty przewodzenia, ponieważ gdy jony odchodzą, energia jest z nimi zabierana.

Promieniowanie

Rider oszacował, że gdy plazma zostanie stermalizowana, straty promieniowania przewyższą każdą ilość wytworzonej energii termojądrowej . Skupił się na określonym typie promieniowania: promieniowaniu rentgenowskim . Cząstka w plazmie będzie promieniować światłem za każdym razem, gdy przyspiesza lub zwalnia. Można to oszacować za pomocą wzoru Larmora . Rider oszacował to dla DT (fuzja deuteru z trytem), DD (fuzja deuteru) i D-He3 (fuzja deuteru z helem 3), a operacja progu rentowności z dowolnym paliwem z wyjątkiem DT jest trudna.

Główny cel

W 1995 Nevins twierdził, że takie maszyny będą musiały poświęcić dużo energii na utrzymanie skupienia jonów w centrum. Jony muszą być skupione, aby mogły się odnaleźć, zderzyć i stopić. Z biegiem czasu jony dodatnie i elektrony ujemne w naturalny sposób mieszają się z powodu przyciągania elektrostatycznego . Powoduje to utratę skupienia. To jest degradacja rdzenia. Nevins argumentował matematycznie, że przyrost mocy syntezy jądrowej (stosunek mocy syntezy jądrowej do mocy wymaganej do utrzymania funkcji dystrybucji jonów nierównowagowych) jest ograniczony do 0,1 przy założeniu, że urządzenie jest zasilane mieszaniną deuteru i trytu .

Problem ogniskowania rdzenia został również zidentyfikowany w fusorach przez Tima Thorsona z University of Wisconsin-Madison podczas jego pracy doktorskiej w 1996 roku. Naładowane jony będą się poruszać, zanim zaczną przyspieszać w centrum. Ten ruch może być ruchem skręcającym, w którym jon ma moment pędu , lub po prostu prędkością styczną. Ten początkowy ruch powoduje, że chmura w środku zgrzewarki jest rozmyta.

Limit Brillouina

W 1945 roku profesor Uniwersytetu Columbia Léon Brillouin zasugerował, że istnieje limit liczby elektronów, które można upakować w danej objętości. Ta granica jest powszechnie określana jako granica Brillouina lub gęstość Brillouina, co pokazano poniżej.

Gdzie B jest polem magnetycznym, przepuszczalnością wolnej przestrzeni, m masą zamkniętych cząstek, c prędkością światła. Może to ograniczyć gęstość ładunku wewnątrz urządzeń IEC.

Aplikacje komercyjne

Ponieważ reakcje syntezy jądrowej generują neutrony, fusor został opracowany jako rodzina kompaktowych generatorów neutronów z zamkniętą komorą reakcyjną do szerokiego zakresu zastosowań, które wymagają umiarkowanej szybkości wytwarzania neutronów za umiarkowaną cenę. Źródła neutronów o bardzo wysokiej wydajności mogą być wykorzystywane do wytwarzania produktów takich jak Molibden-99 i Azot-13 , izotopy medyczne wykorzystywane do skanowania PET .

Urządzenia

Rządowe i komercyjne

  • Naukowcy z Los Alamos National Laboratory opracowali POPS i pułapkę na zagrody
  • Turecki Urząd Energii Atomowej W 2013 roku zespół ten zbudował30 cm fusor w ośrodku badawczo-szkoleniowym Saraykoy Nuclear Research and Training w Turcji. Ten utrwalacz może osiągnąć85 kV i zrobić fuzję deuteru, wytwarzając2,4 x 10 4 neutronów na sekundę.
  • Oryginalną maszyną ITT Corporation Hirschs była 17.Maszyna o średnicy 8 cm zSpadek napięcia 150 kV na nim. Ta maszyna używała wiązek jonów.
  • Phoenix Nuclear Labs opracowało komercyjne źródło neutronów oparte na fusorze, osiągając:3 × 10 11 neutronów na sekundę z reakcją fuzji deuter-deuter przez 132 godziny ciągłej pracy.
  • Energy Matter Conversion Inc to firma z Santa Fe, która opracowała duże urządzenia polywell o dużej mocy dla marynarki wojennej Stanów Zjednoczonych.
  • Uszczelnione generatory neutronowe IEC typu NSD-Gradel-Fusion dla DD (2,5 MeV) lub DT (14 MeV) z zakresem maksymalnych mocy są produkowane przez firmę Gradel sárl w Luksemburgu.
  • Organizacja Energii Atomowej Iranu Naukowcy z Uniwersytetu Shahid Beheshti w Iranie zbudowaliUtrwalacz o średnicy 60 cm, który może wyprodukować2 x 10 7 neutronów na sekundę przy 80 kV na gaz deuter.

Uniwersytety

  • Tokyo Institute of Technology ma cztery urządzenia IEC o różnych kształtach: maszynę sferyczną, urządzenie cylindryczne, współosiowy podwójny cylinder i urządzenie wspomagane magnetycznie.
  • University of Wisconsin-Madison – grupa w Wisconsin-Madison ma kilka dużych urządzeń od 1995 roku.
  • University of Illinois w Urbana-Champaign – Laboratorium badań syntezy jądrowej zbudowało fusor o średnicy ~25 cm, który wyprodukował 10 7 neutronów przy użyciu gazu deuterowego.
  • Massachusetts Institute of Technology – W ramach swojej pracy doktorskiej w 2007 roku Carl Dietrich zbudował fuzor i zbadał jego potencjalne zastosowanie w napędzie statków kosmicznych. Ponadto Thomas McGuire badał wiele fuzerów studni pod kątem zastosowań w lotach kosmicznych.
  • University of Sydney zbudował kilka urządzeń IEC, a także polywells o niskim poborze mocy i niskim współczynniku beta . Pierwsza była zbudowana z pierścieni teflonowych i miała wielkość filiżanki kawy. Drugi ma pełną obudowę o średnicy ~12", metalowe pierścienie.
  • Politechnika w Eindhoven
  • Amirkabir University of Technology i Atomic Energy Organisation of Iran zbadały wpływ silnych pulsujących pól magnetycznych na tempo produkcji neutronów w urządzeniu IEC. Ich badania wykazały, że przy polu magnetycznym 1-2 tesli możliwe jest ponad dziesięciokrotne zwiększenie prądu rozładowania i szybkości wytwarzania neutronów w stosunku do normalnej pracy.
  • Instytut Systemów Kosmicznych na Uniwersytecie w Stuttgarcie , rozwija IEC urządzeń do badania fizyki plazmy a także jako elektrycznego napędu urządzenia, IECT (inercyjne elektrostatyczne Uwięzienie Thruster).,.

Zobacz też

Patenty

  • PT Farnsworth, patent USA 3 258 402 , czerwiec 1966 (wyładowania elektryczne — oddziaływanie jądrowe)
  • PT Farnsworth, patent USA 3386883 . Czerwiec 1968 (Metoda i aparatura)
  • Hirsch, Robert, patent USA 3,530,036 . Wrzesień 1970 (Aparat)
  • Hirsch, Robert, patent USA 3,530,497 . Wrzesień 1970 (Aparat generujący — Hirsch/Meeks)
  • Hirsch, Robert, patent USA 3,533,910 . Październik 1970 (źródło litowo-jonowe)
  • Hirsch, Robert, patent USA 3,655,508 . Kwiecień 1972 (Zmniejsz wyciek plazmy)
  • Hirsch, Robert, patent USA 3664920 . maj 1972 (powłoka elektrostatyczna)
  • RW Bussard, „Metoda i urządzenie do kontrolowania naładowanych cząstek”, Patent US 4,826,646 , maj 1989 (Metoda i urządzenie – Pola siatki magnetycznej).
  • RW Bussard, „Metoda i urządzenie do tworzenia i kontrolowania reakcji syntezy jądrowej”, patent USA 5,160.695 , listopad 1992 (Metoda i urządzenie — fale akustyczne jonów).
  • ST Brookes, „Reaktor syntezy jądrowej”, brytyjski patent GB2461267, maj 2012.
  • TV Stanko, „Urządzenie do syntezy jądrowej”, brytyjski patent GB2545882, lipiec 2017 r.

Bibliografia

Zewnętrzne linki