Fusor

Farnsworth-Hirsch fusor, oder einfach fusor, ist ein von Philo T. Farnsworth entworfener Apparat, um Kernfusion zu schaffen. Es ist auch in verschiedenen Verkörperungen von Forschern einschließlich Elmore, Falte und Watsons, und mehr kürzlich von George H. Miley und Robert W. Bussard entwickelt worden. Verschieden von am meisten kontrollierten Fusionssystemen, die langsam ein magnetisch beschränktes Plasma heizen, spritzt der fusor "hohe" Temperaturionen direkt in einen Reaktionsraum ein, dadurch einen beträchtlichen Betrag der Kompliziertheit vermeidend. Die Annäherung ist als elektrostatische Trägheitsbeschränkung (IEC) bekannt.

Hoffnungen waren zurzeit hoch, dass es in eine praktische Quelle der Fusionsmacht schnell entwickelt werden konnte. Jedoch, als mit anderen Fusionsexperimenten, hat sich die Entwicklung in einen Generator erwiesen, schwierig zu sein. Dennoch ist der fusor eine praktische Quelle von freien Neutronen seitdem geworden, und er wird gewerblich für diesen Zweck erzeugt. Fusors sind in Formen der niedrigen Macht von Hobbyisten versammelt worden.

Geschichte

Der fusor wurde von Philo T. Farnsworth ursprünglich konzipiert, der besser für seine Pionierarbeit im Fernsehen bekannt ist. Am Anfang der 1930er Jahre hat er mehrere Vakuumtube-Designs für den Gebrauch im Fernsehen untersucht, und hat dasjenige gefunden, das zu einer interessanten Wirkung geführt hat. In diesem Design, das er den multipactor genannt hat, wurden Elektronen, die sich von einer Elektrode bis einen anderen bewegen, Mitte Flug mit der richtigen Anwendung eines magnetischen Hochfrequenzfeldes angehalten. Die Anklage würde dann im Zentrum der Tube anwachsen, zu hoher Erweiterung führend. Leider hat es auch zu hoher Erosion auf den Elektroden geführt, wenn die Elektronen sie schließlich schlagen, und heute die multipactor Wirkung allgemein als ein Problem betrachtet wird, vermieden zu werden.

Was besonders Farnsworth über das Gerät interessiert hat, war seine Fähigkeit, Elektronen an einem besonderen Punkt einzustellen. Eines der größten Probleme in der Fusionsforschung soll den heißen Brennstoff davon abhalten, die Wände des Behälters zu schlagen. Wenn dem erlaubt wird zu geschehen, kann der Brennstoff nicht heiß genug für die Fusionsreaktion behalten werden vorzukommen. Farnsworth hat geschlossen, dass er ein elektrostatisches Plasmabeschränkungssystem bauen konnte, in dem die "Wand"-Felder des Reaktors Elektronen oder Ionen waren, die im Platz durch den multipactor halten werden. Brennstoff konnte dann durch die Wand eingespritzt werden, und sobald darin unfähig sein würde zu flüchten. Er hat dieses Konzept eine virtuelle Elektrode und das System als Ganzes der fusor genannt.

Design

Die ursprünglichen fusor Designs von Farnsworth haben auf zylindrischen Maßnahmen von Elektroden wie der ursprüngliche multipactors basiert. Brennstoff wurde ionisiert und hat dann von kleinen Gaspedalen bis Löcher in den (physischen) Außenelektroden geschossen. Einmal durch das Loch wurden sie zum inneren Reaktionsgebiet an der hohen Geschwindigkeit beschleunigt. Der elektrostatische Druck von den positiv beladenen Elektroden würde den Brennstoff als Ganzes von den Wänden des Raums behalten, und Einflüsse von neuen Ionen würden das heißeste Plasma im Zentrum behalten. Er hat das als elektrostatische Trägheitsbeschränkung, ein Begriff gekennzeichnet, der fortsetzt, bis jetzt verwendet zu werden.

Arbeit an Farnsworth Fernsehlaboratorien

Ganze diese Arbeit hatte an den Farnsworth Fernsehlaboratorien stattgefunden, die 1949 von ITT Corporation als ein Teil seines Plans gekauft worden waren, der folgende RCA zu werden. Jedoch wurde ein Fusionsforschungsprojekt als sofort gewinnbringend nicht betrachtet. 1965 hat der Verwaltungsrat angefangen, Geneen zum Ausverkauf die Abteilung von Farnsworth zu fragen, aber er hat sein 1966-Budget mit der Finanzierung bis zur Mitte von 1967 genehmigen lassen. Weitere Finanzierung wurde verweigert, und das hat die Experimente von ITT mit der Fusion beendet.

Dinge haben sich drastisch mit der Ankunft von Robert Hirsch und der Einführung des modifizierten Patents von Hirsch-Meeks fusor geändert. Neue auf dem Design von Hirsch gestützte fusors wurden zuerst gegen Ende der 1960er Jahre gebaut.

Die Mannschaft hat sich dann dem AEC zugewandt, der dann für die Fusionsforschungsfinanzierung verantwortlich ist, und hat sie mit einem Demonstrationsgerät versorgt, das auf einem dienenden Karren bestiegen ist, der mehr Fusion erzeugt hat als jedes vorhandene "klassische" Gerät. Die Beobachter wurden erschreckt, aber das Timing war schlecht; Hirsch selbst hatte kürzlich den großen Fortschritt offenbart, der durch die Sowjets mit dem tokamak wird macht. Als Antwort auf diese überraschende Entwicklung hat sich der AEC dafür entschieden, Finanzierung auf große Tokamak-Projekte zu konzentrieren, und Unterstützung für alternative Konzepte zu reduzieren.

Neue Entwicklungen

Am Anfang der 1980er Jahre, die durch den langsamen Fortschritt auf "großen Maschinen" enttäuscht sind, haben mehrere Physiker einen frischen Blick auf alternative Designs genommen. George H. Miley an der Universität Illinois hat sich auf dem fusor erholt und hat es ins Feld wiedereingeführt. Ein niedriges, aber unveränderliches Interesse am fusor ist seitdem geblieben. Eine wichtige Entwicklung war die erfolgreiche kommerzielle Einführung eines mit Sitz in fusor Neutrongenerators. Von 2006 bis zu seinem Tod 2007 hat Robert W. Bussard Gespräche auf einem Reaktor gegeben, der im Design zu Fusor jetzt ähnlich ist, genannt Polygut, den er festgesetzt hat, würde zur nützlichen Energieerzeugung fähig sein.

Grundlegende Fusion

Kernfusion bezieht sich auf Reaktionen, in denen leichtere Kerne verbunden werden, um schwerere Kerne zu werden. Solche mehreren Reaktionen veröffentlichen Energie, die im Prinzip angespannt werden kann, um Fusionsmacht zur Verfügung zu stellen. Die niedrigste Energiereaktion kommt in einer Mischung von schwerem Wasserstoff und Tritium vor, wenn die Ionen eine Temperatur von mindestens 4 keV (kiloelectronvolts), gleichwertig zu ungefähr 45 Millionen kelvins haben müssen. Bei solchen Temperaturen werden die Kraftstoffatome ionisiert und setzen ein Plasma ein. In einem praktischen Fusionskraftwerk müssen Fusionsreaktionen schnell genug vorkommen, um Energieverluste wettzumachen. Die Rate der Reaktion ändert sich mit der Temperatur und der Dichte des Brennstoffs, und die Verlust-Rate wird durch die Energiebeschränkungszeit τ charakterisiert. Die minimalen erforderlichen Bedingungen werden im Kriterium von Lawson ausgedrückt. In der magnetischen Beschränkungsfusion wird den notwendigen Bedingungen durch die Heizung eines durch magnetische Felder enthaltenen Plasmas genähert. Das hat sich erwiesen, in der Praxis sehr schwierig zu sein. Die Kompliziertheit der angewandten Systeme schmälert die Nützlichkeit des Designs für einen praktischen Generator.

Fusion von Fusor

Im ursprünglichen fusor Design, mehreren kleinen Partikel-Gaspedalen, im Wesentlichen sind Fernsehtuben mit den Enden umgezogen, spritzen Sie Ionen an einer relativ niedrigen Stromspannung in einen Vakuumraum ein. In der Version von Hirsch des fusor werden die Ionen durch das Ionisieren eines verdünnten Benzins im Raum erzeugt. In jeder Version gibt es zwei konzentrische kugelförmige Elektroden, die innere, die negativ in Bezug auf die Außen-(zu ungefähr 80 kV) wird belädt. Sobald die Ionen ins Gebiet zwischen den Elektroden eingehen, werden sie zum Zentrum beschleunigt.

Im fusor werden die Ionen zu mehreren keV durch die Elektroden beschleunigt, so heizend, weil solcher nicht notwendig ist (als lange, weil die Ionen vor dem Verlieren ihrer Energie durch jeden Prozess durchbrennen). Wohingegen 45 megakelvins eine sehr hohe Temperatur nach jedem Standard sind, ist die entsprechende Stromspannung nur 4 kV, ein Niveau, das allgemein in solchen Geräten wie Neonlichter und Fernsehen gefunden ist. Im Ausmaß, dass die Ionen an ihrer anfänglichen Energie bleiben, kann die Energie abgestimmt werden, um die Spitze der Reaktionskreuz-Abteilung auszunutzen oder nachteilig (zum Beispiel Neutronproduzieren) Reaktionen zu vermeiden, die an höheren Energien vorkommen könnten.

Verschiedene Versuche sind an der zunehmenden Ionisationsrate des schweren Wasserstoffs einschließlich Heizungen innerhalb von "Ion-Pistolen" gemacht worden, (ähnlich der "Elektronpistole", die die Basis für alt-artige Fernsehanzeigetuben bildet), sowie magnetron Typ-Geräte, (sind die die Macht-Quellen für Mikrowellengeräte), der Ion-Bildung mit der Hochspannung elektromagnetische Felder erhöhen kann. Wie man erwarten kann, erhöht jede Methode, die Ion-Dichte vergrößert (innerhalb von Grenzen, die Ion mittelfreier Pfad bewahren), oder Ion-Energie, den Fusionsertrag, der normalerweise in der Zahl von Neutronen gemessen ist, erzeugt pro Sekunde.

Die Bequemlichkeit, mit der die Ion-Energie vergrößert werden kann, scheint, besonders nützlich zu sein, wenn "hohe" Temperaturfusionsreaktionen wie proton-boron-11 betrachtet werden, der reichlichen Brennstoff hat, kein radioaktives Tritium verlangt, und keine Neutronen in der primären Reaktion erzeugt.

Macht-Dichte

Weil ein elektrostatisches Potenzial sowohl Ionen als auch Elektronen gut nicht gleichzeitig fangen kann, muss es einige Gebiete der Anklage-Anhäufung geben, die auf eine obere Grenze auf der erreichbaren Dichte hinauslaufen wird. Die entsprechende obere Grenze auf der Macht-Dichte, sogar D-T Brennstoff annehmend, kann für die Energieerzeugung zu niedrig sein.

Thermalization der Ion-Geschwindigkeiten

Wenn sie zuerst ins Zentrum des fusor fallen, werden die Ionen alle dieselbe Energie haben, aber der Geschwindigkeitsvertrieb wird sich einem Vertrieb von Maxwell-Boltzmann schnell nähern. Das würde durch einfache Ampere-Sekunde-Kollisionen in einer Sache von Millisekunden vorkommen, aber Instabilitäten des Balken-Balkens werden Größenordnungen schneller noch vorkommen. Im Vergleich wird jedes gegebene Ion ein paar Minuten vor dem Erleben einer Fusionsreaktion verlangen, so dass das monoenergische Bild des fusor, mindestens für die Energieerzeugung, nicht passend ist. Eine Folge des thermalization ist, dass einige der Ionen genug Energie gewinnen werden, das Potenzial zu verlassen so, ihre Energie mit ihnen nehmend, ohne eine Fusionsreaktion erlebt zu haben.

Elektroden

Es gibt mehrere ungelöste Herausforderungen mit den Elektroden in einem fusor Macht-System. Zunächst können die Elektroden nicht das Potenzial innerhalb sich beeinflussen, so würde es auf den ersten Blick scheinen, dass das Fusionsplasma im mehr oder weniger direkten Kontakt mit der inneren Elektrode sein würde, auf Verunreinigung des Plasmas und Zerstörung der Elektrode hinauslaufend. Jedoch neigt die Mehrheit der Fusion dazu, in Mikrokanälen vorzukommen, die in Gebieten des minimalen elektrischen Potenzials gebildet sind, das als sichtbare "Strahlen" gesehen ist, die in den Kern eindringen. Diese formen sich, weil die Kräfte innerhalb des Gebiets grob stabilen "Bahnen" entsprechen. Etwa 40 % der hohen Energieionen in einem typischen Bratrost, der in der Sternweise funktioniert, können innerhalb dieser Mikrokanäle sein. Dennoch bleiben Bratrost-Kollisionen der primäre Energieverlust-Mechanismus für Farnsworth-Hirsch fusors. Das Komplizieren von Problemen ist die Herausforderung im Abkühlen der Hauptelektrode; jeder fusor, der genug Macht erzeugt, ein Kraftwerk zu führen, scheint bestimmt, um auch seine innere Elektrode zu zerstören. Als eine grundsätzliche Beschränkung wird jede Methode, die einen Neutronfluss erzeugt, der gewonnen wird, um eine Arbeitsflüssigkeit zu heizen, auch seine Elektroden mit diesem Fluss bombardieren, sie ebenso heizend.

Versuche, diese Probleme aufzulösen, schließen Bussard Polygut System ein, D. C. Barnes hat Einpferchen-Falle-Annäherung und die Universität von Illinois fusor modifiziert, der Bratrost behält, aber versucht, die Ionen in Mikrokanäle dichter einzustellen, um zu versuchen, Verluste zu vermeiden. Während alle drei IEC Geräte sind, ist nur das letzte wirklich ein "fusor".

Bremsstrahlung

"Bremsstrahlung" ist gerade ein deutsches Wort, um Radiation "zu bremsen", und beschreibt Radiation, die infolge subatomarer Partikeln erzeugt wird, die etwas - eine andere Partikel, oder mehr normalerweise zusammenpressen, eine Oberfläche zusammenpressend.

Eine oft präsentierte Sorge für die fusor Operation ist bremsstrahlung. In Grundsätzlichen Beschränkungen auf Plasmafusionssysteme nicht im thermodynamischen Gleichgewicht zeigt Todd Rider, dass ein quasineutrales isotropisches Plasma Energie wegen verlieren wird

Bremsstrahlung an einer Rate, die für jeden Brennstoff untersagend ist, außer D-T (oder vielleicht D-D oder D-He3). Dieses Papier ist auf die IEC Fusion nicht anwendbar, weil ein quasineutrales Plasma durch ein elektrisches Feld nicht enthalten werden kann, das ein grundsätzlicher Teil der IEC Fusion ist. Jedoch, in einer weiteren Zeitung, "Eine allgemeine Kritik von trägheitselektrostatischen Beschränkungsfusionssystemen" richtet Reiter die allgemeinen IEC Geräte direkt einschließlich des fusor. Im Fall vom fusor werden die Elektronen allgemein von der Masse des in der Nähe von den Elektroden isolierten Brennstoffs getrennt, der die Verlust-Rate beschränkt. Jedoch demonstriert Reiter, dass praktische fusors in einer Reihe von Weisen funktionieren, dass, entweder zum bedeutenden Elektronmischen und den Verlusten zu führen, oder abwechselnd Macht-Dichten senken. Das scheint, eine Art Fang 22 zu sein, der die Produktion jedes fusor ähnlichen Systems beschränkt.

Verwenden Sie als eine Neutronquelle

Unabhängig von seinem möglichen Gebrauch als eine Energiequelle ist der fusor bereits als eine lebensfähige Neutronquelle demonstriert worden. Flüsse sind nicht so hoch, wie beim Kernreaktoren oder den Partikel-Gaspedal-Quellen erhalten werden kann, aber für vielen Gebrauch genügend sind. Wichtig sitzt der Neutrongenerator leicht auf einem benchtop, und kann am leichten Schlag eines Schalters abgedreht werden. Ein kommerzieller fusor wurde als ein Nichthauptgeschäftsbereich innerhalb des Weltraums von DaimlerChrysler - Rauminfrastruktur, Bremen zwischen 1996 und Anfang 2001 entwickelt. Nachdem das Projekt effektiv beendet wurde, hat der ehemalige Projektbetriebsleiter eine Gesellschaft eingesetzt, die NSD-Fusion genannt wird.

Patente

  • Bennett, W. H., Februar 1964. (Thermonukleare Macht)
  • P.T. Farnsworth, Juni 1966 (Elektrische Entladung — Kernwechselwirkung)
  • P.T. Farnsworth. Juni 1968 (Methode und Apparat)
  • Hirsch, Robert. September 1970 (Apparat)
  • Hirsch, Robert. September 1970 (Apparat — Hirsch/Meeks erzeugend)
,
  • Hirsch, Robert. Oktober 1970 (Lithiumion-Quelle)
  • Hirsch, Robert. April 1972 (Reduzieren Plasmaleckage)
  • P.T. Farnsworth. Mai 1972 (Elektrostatische Eindämmung)
  • R.W. Bussard, "Methode und Apparat, um zu kontrollieren, hat Partikeln", Mai 1989 (Methode und Apparat — Magnetische Bratrost-Felder) beladen.
  • R.W. Bussard, "Methode und Apparat, um Kernfusionsreaktionen", November 1992 (Methode und Apparat — Ion akustische Wellen) zu schaffen und zu kontrollieren.

Siehe auch

  • Liste von Plasma (Physik) Artikel

Weiterführende Literatur

  • Das Reduzieren der Barrieren für die Fusion Elektrische Macht; G.L. Kulcinski und J.F. Santarius, Oktober 1997, der an "Pfaden zur Fusionsmacht präsentiert ist," hat der Zeitschrift der Fusionsenergie, vol gehorcht. 17, Nr. 1, 1998. (Auszug in PDF)
  • Robert L. Hirsch, "Trägheitselektrostatische Beschränkung von Ionisiertem Fusionsbenzin", Zeitschrift der Angewandten Physik, v. 38, Nr. 7, Oktober 1967
  • Irving Langmuir, Katharine B. Blodgett, "Ströme, die durch die Raumanklage zwischen konzentrischen Bereichen" Physische Rezension, vol beschränkt sind. 24, Nr. 1, pp49-59, 1924
  • R. A. Anderl, J. K. Hartwell, J. H. Nadler, J. M. DeMora, R. A. Stubbers, und G. H. Miley, Entwicklung einer IEC Neutronquelle für NDE, 16. Symposium auf der Fusionstechnik, Hrsg. G. H. Miley und C. M. Elliott, IEEE Conf. Proc. 95CH35852, IEEE Piscataway, New Jersey, 1482-1485 (1996).
  • "Auf der Trägheitselektrostatischen Beschränkung von" William C. Plasmaelmore, James L. Tuck, Kenneth M. Watson, "Die Physik von Flüssigkeiten" v. 2, Nr. 3, Können-Juni 1959
  • ; R.P. Ashley, G.L. Kulcinski, J.F. Santarius, S. Krupakar Murali, G. Piefer; IEEE Veröffentlichung 99CH37050, pg. 35-37, 18. Symposium auf der Fusionstechnik, Albuquerque NM, am 25-29 Oktober 1999.
  • G.L. Kulcinski, Fortschritt in der Unveränderlichen Staatsfusion von Fortgeschrittenen Brennstoffen in der Universität von Wisconsin IEC Gerät, März 2001
  • Fusionsreaktionsfähigkeitscharakterisierung eines Kugelförmig Konvergenten Ion-Fokus, T.A. Thorsons, R.D. Dursts, R.J. Foncks, A.C. Sontags, Kernfusion, Vol. 38, Nr. 4. p. 495, April 1998. (Auszug)
  • Konvergenz, Elektrostatisches Potenzial und Dichte-Maße in einem Kugelförmig Konvergenten Ion-Fokus, T. A. Thorson, R. D. Durst, R. J. Fonck, und L. P. Wainwright, Phys. Plasma, 4:1, Januar 1997.
  • R.W. Bussard und L. W. Jameson, "Trägheitselektrostatisches Antrieb-Spektrum: Airbreathing zum Interstellaren Flug", Zeitschrift des Antriebs und der Macht, v 11, Nr. 2. Die Autoren beschreiben das Proton — Bor 11 Reaktion und seine Anwendung auf die ionische elektrostatische Beschränkung.
  • R.W. Bussard und L. W. Jameson, "Die Fusion als Elektrischer Antrieb", Zeitschrift des Antriebs und der Macht, v 6, Nr. 5, September-Oktober 1990 (Ist das derselbe Bussard, der sich das Staustrahltriebwerk von Bussard vorgestellt hat, das weit in der Sciencefiction für die interstellare Raketentechnik verwendet ist)
  • Todd H. Rider, "Eine allgemeine Kritik von trägheitselektrostatischen Beschränkungsfusionssystemen", M.S. These an MIT, 1994.
  • Todd H. Rider, "Grundsätzliche Beschränkungen auf Plasmafusionssysteme nicht im thermodynamischen Gleichgewicht", Doktorarbeit an MIT, 1995.
  • Todd H. Rider, "Grundsätzliche Beschränkungen auf Plasmafusionssysteme nicht im thermodynamischen Gleichgewicht" Physik von Plasmas, April 1997, Band 4, Ausgabe 4, Seiten 1039-1046.
  • Konnten Fortgeschrittene Fusionsbrennstoffe mit der Heutigen Technologie Verwendet Werden?; J.F. Santarius, G.L. Kulcinski, L.A. El-Guebaly, H.Y. Khater, Januar 1998 [präsentiert an der Jahresversammlung von Fusion Power Associates, am 27-29 August 1997, Aspen CO; Zeitschrift der Fusionsenergie, Vol. 17, Nr. 1, 1998, p. 33].
  • R.W. Bussard und L. W. Jameson, "Von SSTO bis die Monde des Saturns, Superleistungsfusionsantrieb für Praktischen Spaceflight", 30. AIAA/ASME/SAE/ASEE-Gelenk-Antrieb-Konferenz, am 27-29 Juni 1994, AIAA-94-3269
  • Präsentationsvideo von Robert W. Bussard Google Angestellten — Google TechTalks, am 9. November 2006.
  • "Das Advent der Sauberen Kernfusion: Superleistungsraummacht und Antrieb", Robert W. Bussard, Dr., 57. Internationaler Astronautical Kongress, am 2-6 Oktober 2006.

Links

sind

Menschliches Erbgut / Philo Farnsworth
Impressum & Datenschutz