Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - 1957, H. 46 - Den termonukleära reaktorn, av Jan Flinta
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
Below is the raw OCR text
from the above scanned image.
Do you see an error? Proofread the page now!
Här nedan syns maskintolkade texten från faksimilbilden ovan.
Ser du något fel? Korrekturläs sidan nu!
This page has never been proofread. / Denna sida har aldrig korrekturlästs.
omvandlas till elektrisk energi och återföras
till plasman dels för gasens upphettning
(tabell 1, rad 10), dels för kompensation av
strålnings* och konvektionsförlusterna (tabell 1,
rad 11).
Dessutom måste elenergin räcka till
magnetfältet. Detta skall dock hålla samman enbart
deuteroner med kinetiska energin 100 keV, vid
vilken reaktionstvärsnittet är optimalt. Det
behöver därför vara endast en femtedel av det
magnetfält som fordras för att hålla samman
plasman för D-T-reaktionen. Reaktionstiden
vid låga tryck (tabell 1, rad 3) är alldeles för
lång för att den kortvariga pinch-effekten skall
räcka till att hålla samman plasman.
Energibalansen
För att reaktionen skall fortgå måste den
utifrån tillförda och den vid fusionen frigjorda
energin täcka energiförlusterna (vilka delvis
kan nyttiggöras) jämte eventuellt direkt
uttagen elenergi. Om deuterongasen upphettas
till en genomsnittlig deuteronenergi av 100
keV och en tiondel av gasen utnyttjas i
reaktionen (tabell 1, rad 10), blir den nödvändiga
upphettningsenergin 1 MeV per utnyttjad
deu-teron. Räknade på samma bas blir
strålningsförlusterna 0,8 MeV (tabell 1, rad 11) och
konvektionsförlusterna ca 0,2 MeV. Förlusterna
blir alltså totalt 2 MeV per deuteron.
Den vid fusionen frigjorda energin är 2,4 MeV
per deuteronpar vid svagt magnetfält, dvs.
1,2 MeV per deuteron. Den är alltså något mer
än hälften så stor som förlusterna. Även om
neutronernas nedbromsningsenergi (0,6 MeV)
och absorptionsenergi i litium (2,4 MeV)
medräknas, är den totala frigjorda energin bara
dubbelt så stor som förlusterna, varför
nettoverkningsgraden vid energins återföring, t.ex.
över ett ångkraftverk, måste vara 30 % för att
fusionsreaktionen skall fortgå. Härvid hålls
emellertid fusionsreaktionen nätt och jämnt i
gång, och ingen energi blir över för
distribution.
Vid starkt magnetfält (även D-T-reaktion) får
jonerna energin 2,1 MeV per deuteron, vilken
överföres direkt till gasen och helt ersätter
förlusterna. Medräknas neutronenergin vid
absorption i litium (totalt 6,65 MeV), blir
utvunnen energi mer än fyra gånger så stor som
förlusterna. Med 25 % nettoverkningsgrad kan
lika mycket eleffekt produceras för
distribution som den som utvecklas som värme i
reaktionszonen.
Endast den kontinuerliga processen med
direkt överföring av reaktionsprodukternas
energi till plasman kan därför ge effekt över för
distribution trots att härvid en stor
magnet-spole måste användas. För att hålla
plasmaförlusterna nere måste magnetfältet vara
to-roidformat (inga ändförluster) och ha stor
volym.
I ett fall synes den intermittenta processen
kunna utnyttjas, nämligen om man vill
åstadkomma en sprängverkan i stället för att
utvinna elenergi. Som bränsle kan man använda
6LiD2 eller 7LiH„. Det initieras med en 10 mm
lång 0,2 mm litiumtråd, som bringas att
explodera med en kortslutningsström av
storleksordningen 20 MA. Den härvid utvecklade
energin 6 X 105 Ws, motsvarande förbränning av
0,015 1 bensin, erhålls genom urladdning av
ett stort och dyrbart kondensatorbatteri på
125 uF, uppladdat till 100 kV.
Vid 400 at är reaktionshalveringstiden r 3
jxs (tabell 1, rad 3), dvs. så kort att
pinch-effekten är tillräcklig att hålla samman
plasman. Därför behöver bränslevolymen inte vara
stor trots att fria medelväglängden är av
storleksordningen 20 m (tabell 1, rad 5). Av 1 cm®
8LiD2 får man vid 10 % utnyttjning ca 10® Ws
(tabell 1, rad 9), som svarar mot förbränning
av 2 1 bensin på 1 (xs.
Initiering
Startenergin, dvs. den energi som behövs för
en fusionsreaktions initiering, består av den
energi som åtgår för gasens uppvärmning till
en temperatur (10°°K), motsvarande 100 keV
partikelenergi, och den som behövs för
täckning av strålnings- och ledningsförlusterna
under starttiden. Totalt är startenergin ca 50 %
av reaktionsenergin vid starkt magnetfält
(tabell 1, rad 12).
Troligen får man räkna med en starttid av
0,2 t (tabell 1, rad 4).
En uppvärmning till 100 keV har valts,
därför att reaktionstvärsnittet är störst vid denna
temperatur, och reaktionen alltså är stabilast.
Dessutom finns en liten effektmarginal för
täckning av fel vid beräkningen av
konvektionsförlusterna.
En toroidformad plasma med toroidens radie
1,5 m och tvärsnittsdiametern 1,0 m innehåller
ca 5 m3 effektiv volym (7,5 m3 totalt). Den
totala effektutvecklingen i denna volym (halva
effekten enligt tabell 1, rad 13) är den minsta
tänkbara vid de angivna trycken, emedan den
angivna toroidvolymen är den minsta som
tilllåter en begränsning av konvektionsförlusterna
till 20 %.
Vid det lägsta upptagna trycket, 3 mtorr kan
gasen joniseras enligt en modifierad
betatron-princip. Med en transformatorkärna genom
toroiden bör man därför kunna tillföra hela
starteffekten som växelströmseffekt. Den bör
vara 0,5 MW (tabell 1, rad 13). Emedan såväl
effektutvecklingen som strålförlusterna är
proportionella mot partikeltäthetens kvadrat, blir
den termonukleära reaktionens fortvarighet
oberoende av partikeltätheten i plasman. Man
kan därför starta vid lägsta möjliga tryck och
därefter successivt öka trycket till önskad
effekt.
Intressant är att den tidigare beskrivna
Li-LiD2- eller Li-LiH„-detonatorn kan initieras med
relativt liten energi, vilket beror på att den
massa, som skall upphettas, är så liten. Den
erforderliga starteffekten är dock stor, 1015 W,
emedan starttiden är endast av
storleksordningen 1 (xs.
TEKNISK TIDSKRIFT 1957 jf(?57
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
