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Polywell griech engl etwa Vielfachmulde ist ein Kernfusionsreaktor Konzept das von Robert W Bussard stammt Es gehört zu

Polywell

Polywell (griech.-engl.: etwa „Vielfachmulde“) ist ein Kernfusionsreaktor-Konzept, das von Robert W. Bussard stammt. Es gehört zu den sogenannten Inertial Electrostatic Confinement (IEC)-Fusionskonzepten wie z. B. dem Farnsworth-Hirsch-Fusor, denn die zur Fusion bestimmten Ionen werden durch ein elektrisches Feld zusammengehalten. Dieses Feld wird jedoch nicht von Hochspannungs-Elektroden erzeugt, sondern von einer Elektronenwolke, die ihrerseits in einem mehr oder weniger kugelsymmetrischen Magnetfeld eingeschlossen ist.

Die Polywell-Entwicklungsarbeit wird von der EMC2 Fusion Development Corporation durchgeführt und von der US Navy finanziert. Als angestrebte Nutzung wurden bisher in erster Linie Raumfahrtantriebe, aber auch Stromerzeugung genannt.

Beschreibung Bearbeiten

Abbildung 1:Skizze der Spulenanordnung für dein zentralsymmetrisches Magnetfeld

In einem Hochvakuumbehälter erzeugt eine Anzahl gleicher, räumlich dreidimensional angeordneter ringförmiger Spulen ein zentralsymmetrisches Magnetfeld. Eine Elektronenwolke wird von diesem Feld nach der Art von magnetischen Spiegeln eingeschlossen und bildet eine elektrische Potentialmulde. Positiv geladene Ionen werden dieser Region zugeführt, von dem Potentialgefälle zum Mittelpunkt hin beschleunigt und sollen auf geschlossenen Bahnen so lange umlaufen, dass bei ihren Zusammenstößen genügend viele Kernfusionsreaktionen erfolgen. Einzelheiten über Art und Anordnung der Elektronen- und Ionenquellen sind bisher nicht veröffentlicht worden.

Physikalische Bemerkungen Bearbeiten

Die Ansammlung von Elektronen und Ionen in den elektrostatischen Fusionseinrichtungen ist nur bedingt vergleichbar mit dem thermischen Plasma anderer Fusionskonzepte wie Fusion mittels magnetischen Einschlusses oder Trägheitsfusion. In diesen entsteht das Plasma durch Stöße neutraler Atome oder Moleküle untereinander, ist also elektrisch neutral und thermisch im Gleichgewicht. Beim Polywell usw. ist dagegen ein geringer Elektronenüberschuss nötig, um die Potentialmulde zum Ioneneinschluss herzustellen, das Plasma ist also nicht neutral. Es ist auch nicht im thermischen Gleichgewicht, also nicht durch eine Temperatur beschreibbar, da Elektronen und Ionen aus getrennten Quellen mit vorgegebenen kinetischen Energien kommen und sich im Feld mit ortsabhängigen und örtlich gerichteten Geschwindigkeiten bewegen.

Nahe dem Zentrum der Potentialmulde treten relativ hohe Ionengeschwindigkeiten auf. Daher können Energieverluste des Plasmas durch Bremsstrahlung wichtig werden. Dies wäre besonders bedeutsam bei der Bor-11-Proton-Fusionsreaktion (siehe Kernfusionsreaktor#Alternative Konzepte), deren Verwendung Bussard vorgeschlagen hat, weil sie keine freien Neutronen erzeugt. Er argumentierte, die Verluste durch Bremsstrahlung würden auch bei diesem Brennstoff nur 1/12 der erzeugten Fusionsenergie betragen, weil die hohen Geschwindigkeiten im Zentrum und der dadurch geringe Wirkungsquerschnitt für Coulombstöße der Ionen eine nennenswerte Abbremsung dort unwahrscheinlich machten. Hingegen legte Todd Rider 1995 dar, dass die Verluste durch Bremsstrahlung mit diesem Brennstoff die Produktion von Fusionsenergie um mindestens 20 % übertreffen würden.

Versuche und Ergebnisse Bearbeiten

Bussard berichtete 2006 über den Versuchsaufbau WB-6 („Wiffleball 6“). Dieser hatte sechs Ringspulen, angeordnet auf den Flächen eines gedachten Würfels (Durchmesser ca. 30 cm). Mit WB-6 wurden bis zu 1 Milliarde Deuterium-Deuterium-Fusionsreaktionen pro Sekunde erreicht. Das entspricht einer Fusionsleistung von etwa 0,6 Milliwatt; der elektrische Leistungsbedarf der Apparatur beim Versuch dürfte mindestens einige hundert Watt betragen haben.

Bei EMC2 wurden danach die Anlagen WB-7 und WB-8 gebaut und betrieben. Möglicherweise (nur undeutlich einer Abbildung zu entnehmen) wurden zumindest bei WB-7, um der Kugelsymmetrie näher zu kommen, acht Spulen in Oktaeder- oder 12 Spulen in Dodekaeder-Anordnung verwendet. EMC2 lehnt es mit Hinweis auf die Rechte des Auftraggebers US Navy ab, genaue Einzelheiten und Messergebnisse zu veröffentlichen. Die Apparatur WB-8, an der zurzeit (2011) anscheinend der Experimentierbetrieb läuft, soll nach Bericht der Firma ausgezeichnete Plasmaeinschluss-Eigenschaften zeigen.

Laut Bussard würde ein Reaktor mit einem Radius von 1,5 Metern einen Netto-Energiegewinn von vielen Megawatt erreichen.

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. Website von (Memento vom 29. März 2009 im Internet Archive)
  2. Thomas J. Dolan: Review Article: Magnetic Electrostatic Plasma Confinement (PDF; 3,4 MB). Plasma Physics and Controlled Fusion 36 (1994), pp. 1539–1593.
  3. Robert W. Bussard: Bremsstrahlung Radiation Losses in Polywell Systems. (PDF; 428 kB) EMC2, 1991, Table 2, S. 6.
  4. T. H. Rider: Fundamental Limitations on Plasma Fusion Systems not in Thermodynamic Equilibrium. Dissertation. Hrsg.: MIT. 1995, S. 161-2 (englisch, (Memento vom 29. Juni 2007 im Internet Archive) [PDF; 18,7 MB])., siehe auch: T. Rider: A general critique of internal-electrostatic confinement fusion systems. MIT, 1995.
  5. Robert W. Bussard: (Memento vom 29. September 2011 im Internet Archive) (PDF; 990 kB) 57th International Astronautical Congress (IAC), Valencia (Spanien) 2006.
  6. Alan Boyle: In: CosmicLog. 10. Mai 2011, archiviert vom Original am 18. März 2012; (englisch).
  7. In: recovery.gov. 2011, archiviert vom Original am 4. Oktober 2013; (englisch).
  8. Bussard, Robert: (Memento vom 29. September 2011 im Internet Archive) (PDF; 990 kB), S. 2.

Weblinks Bearbeiten

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Veröffentlichungsdatum:
Polywell griech engl etwa Vielfachmulde ist ein Kernfusionsreaktor Konzept das von Robert W Bussard stammt Es gehort zu den sogenannten Inertial Electrostatic Confinement IEC Fusionskonzepten wie z B dem Farnsworth Hirsch Fusor denn die zur Fusion bestimmten Ionen werden durch ein elektrisches Feld zusammengehalten Dieses Feld wird jedoch nicht von Hochspannungs Elektroden erzeugt sondern von einer Elektronenwolke die ihrerseits in einem mehr oder weniger kugelsymmetrischen Magnetfeld eingeschlossen ist Die Polywell Entwicklungsarbeit wird von der EMC2 Fusion Development Corporation 1 durchgefuhrt und von der US Navy finanziert Als angestrebte Nutzung wurden bisher in erster Linie Raumfahrtantriebe aber auch Stromerzeugung genannt Inhaltsverzeichnis 1 Beschreibung 2 Physikalische Bemerkungen 3 Versuche und Ergebnisse 4 Einzelnachweise 5 WeblinksBeschreibung Bearbeiten nbsp Abbildung 1 Skizze der Spulenanordnung fur dein zentralsymmetrisches MagnetfeldIn einem Hochvakuumbehalter erzeugt eine Anzahl gleicher raumlich dreidimensional angeordneter ringformiger Spulen ein zentralsymmetrisches Magnetfeld Eine Elektronenwolke wird von diesem Feld nach der Art von magnetischen Spiegeln eingeschlossen und bildet eine elektrische Potentialmulde Positiv geladene Ionen werden dieser Region zugefuhrt von dem Potentialgefalle zum Mittelpunkt hin beschleunigt und sollen auf geschlossenen Bahnen so lange umlaufen dass bei ihren Zusammenstossen genugend viele Kernfusionsreaktionen erfolgen Einzelheiten uber Art und Anordnung der Elektronen und Ionenquellen sind bisher nicht veroffentlicht worden Physikalische Bemerkungen BearbeitenDie Ansammlung von Elektronen und Ionen in den elektrostatischen Fusionseinrichtungen ist nur bedingt vergleichbar mit dem thermischen Plasma anderer Fusionskonzepte wie Fusion mittels magnetischen Einschlusses oder Tragheitsfusion In diesen entsteht das Plasma durch Stosse neutraler Atome oder Molekule untereinander ist also elektrisch neutral und thermisch im Gleichgewicht Beim Polywell usw ist dagegen ein geringer Elektronenuberschuss notig um die Potentialmulde zum Ioneneinschluss herzustellen das Plasma ist also nicht neutral Es ist auch nicht im thermischen Gleichgewicht also nicht durch eine Temperatur beschreibbar da Elektronen und Ionen aus getrennten Quellen mit vorgegebenen kinetischen Energien kommen und sich im Feld mit ortsabhangigen und ortlich gerichteten Geschwindigkeiten bewegen 2 Nahe dem Zentrum der Potentialmulde treten relativ hohe Ionengeschwindigkeiten auf Daher konnen Energieverluste des Plasmas durch Bremsstrahlung wichtig werden Dies ware besonders bedeutsam bei der Bor 11 Proton Fusionsreaktion siehe Kernfusionsreaktor Alternative Konzepte deren Verwendung Bussard vorgeschlagen hat weil sie keine freien Neutronen erzeugt Er argumentierte die Verluste durch Bremsstrahlung wurden auch bei diesem Brennstoff nur 1 12 der erzeugten Fusionsenergie betragen 3 weil die hohen Geschwindigkeiten im Zentrum und der dadurch geringe Wirkungsquerschnitt fur Coulombstosse der Ionen eine nennenswerte Abbremsung dort unwahrscheinlich machten Hingegen legte Todd Rider 1995 dar dass die Verluste durch Bremsstrahlung mit diesem Brennstoff die Produktion von Fusionsenergie um mindestens 20 ubertreffen wurden 4 Versuche und Ergebnisse BearbeitenBussard berichtete 2006 uber den Versuchsaufbau WB 6 Wiffleball 6 Dieser hatte sechs Ringspulen angeordnet auf den Flachen eines gedachten Wurfels Durchmesser ca 30 cm Mit WB 6 wurden bis zu 1 Milliarde Deuterium Deuterium Fusionsreaktionen pro Sekunde erreicht 5 Das entspricht einer Fusionsleistung von etwa 0 6 Milliwatt der elektrische Leistungsbedarf der Apparatur beim Versuch durfte mindestens einige hundert Watt betragen haben Bei EMC2 wurden danach die Anlagen WB 7 und WB 8 gebaut und betrieben Moglicherweise nur undeutlich einer Abbildung zu entnehmen wurden zumindest bei WB 7 um der Kugelsymmetrie naher zu kommen acht Spulen in Oktaeder oder 12 Spulen in Dodekaeder Anordnung verwendet EMC2 lehnt es mit Hinweis auf die Rechte des Auftraggebers US Navy ab genaue Einzelheiten und Messergebnisse zu veroffentlichen 6 Die Apparatur WB 8 an der zurzeit 2011 anscheinend der Experimentierbetrieb lauft soll nach Bericht der Firma 7 ausgezeichnete Plasmaeinschluss Eigenschaften zeigen Laut Bussard wurde ein Reaktor mit einem Radius von 1 5 Metern einen Netto Energiegewinn von vielen Megawatt erreichen 8 Einzelnachweise Bearbeiten Website von emc2fusion org Memento vom 29 Marz 2009 im Internet Archive Thomas J Dolan Review Article Magnetic Electrostatic Plasma Confinement PDF 3 4 MB Plasma Physics and Controlled Fusion 36 1994 pp 1539 1593 Robert W Bussard Bremsstrahlung Radiation Losses in Polywell Systems PDF 428 kB EMC2 1991 Table 2 S 6 T H Rider Fundamental Limitations on Plasma Fusion Systems not in Thermodynamic Equilibrium Dissertation Hrsg MIT 1995 S 161 2 englisch Archive Version vom 29 Juni 2007 Memento vom 29 Juni 2007 im Internet 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