AT500236A1 - Alternierende protonenstrahlung/betastrahlung fusionsmikroreaktor - Google Patents

Description

Beschreibung:

Diese Beschreibung enthält alle zum Aufbau und der allgemeinen Dimensionierung der Erfindung erforderlichen Beschreibungen in ausführlicher Form und in Kapitel gegliedert, ausgenommen die Berechnungen der physikalischen Effekte, da diese nur für die weitere Forschung, für Betriebseinstellungen, und eventuell für weitere Detaildimensionierungen von Bedeutung sind. Die teilweise angegebenen Dimensionierungen entsprechen dabei einem Dimensionierungsbeispiel für eine insgesamt verbrauchte elektrische Energie von 100 W und einer insgesamt berechneten abgegebenen Wärmeenergie von 105 W.

Technisches Fachgebiet und Stand der Technik in diesem Fachgebiet:

Die Erfindung gehört zum technischen Fachgebiet der Energietechnik, Untergruppe Kernenergietechnik.

Der Stand der Technik ist derzeit, ohne Berücksichtigung der militärischen Anwendungsmöglichkeiten, dass speziell für die Kernenergietechnik ein verwandtes Fachgebiet, nämlich die Atomenergietechnik, praktisch angewendet wird, und zwei direkt vergleichbare Verfahren dieses Fachgebietes sich im Forschungsstadium befinden, nämlich die Kernfusion in einem hochtemperierten und hochkomprimierten Plasma und die wissenschaftlich nicht belegbare „kalte“ Kernfusion.

Fast ausschließlich für Forschungszwecke werden derzeit dagegen Teilchenbeschleuniger verwendet, Stand der Technik ist dabei die Verwendung mehrfacher Linearbeschleuniger und Kreisbeschleuniger (Zyklotron) zur Beschleunigung von geladenen Teilchen einer bestimmten Art gegen ein bestimmtes Medium im Hochvakuum.

Davon unterscheidet sich die Erfindung oberflächlich betrachtet und ohne die erfindungsrelevanten Merkmale, die nachfolgend beschrieben werden, zu berücksichtigen, bereits dadurch wesentlich, dass der zugrundeliegende Linearbeschleuniger technisch sehr einfach realisierbar, quasi für den „Hausgebrauch“ geeignet, ist, als Verwendungszweck nicht ausschließlich oder vorwiegend der Forschung dient, sondern vorwiegend der Energiegewinnung und Energieverwertung dient, und nur im Nebeneffekt für die Forschung verwendet werden kann und außerdem nicht nur eine Teilchenstrahlenart verwendet wird, sondern mehrere Teilchenstrahlenarten in einem Zeitmultiplexverfahren betreffend ihrer Wirkungsweise gesehen gleichzeitig verwendet werden.

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Allgemeine Beschreibung lind erzielte Vorteile durch die Erfindung;

Der „Alternierende Protonenstrahlung / Betastrahlung Fusionsmikroreaktor (APBF)“ besteht aus einem einfach aufgebauten Linearteilchenbeschleuniger mit der Besonderheit, dass zwei verschiedene Teilchenstrahlenarten aus demselben Strahlenerzeugungssystem (Kathode) auf dasselbe Zielobjekt (Anode bzw. vorgelagerte Festkörperscheibe) abwechselnd in relativ kurzer Periode erzeugt werden und Fusionsreaktionen von Teilchen im Zielobjekt auslösen.

Diese Strahlenarten werden dabei betreffend ihrer Eindringtiefe und Restenergie so aufeinander abgestimmt, dass Fusionsreaktionen nicht nur mit den Atomen des Zielobjektes, sondern hauptsächlich auch mit den Teilchen der in der Vorperiode verwendeten Teilchenstrahlenart erfolgen. Diese Reaktionen sind dabei mathematisch betrachtet keine Funktion der direkten Reaktionen der beiden Strahlungsarten mehr, sondern Reaktionen als Funktion der beiden Strahlungsarten, der Zielmaterie und der Zeit.

Dadurch und durch die weiteren technischen Konstruktionsmerkmale der Erfindung werden aber insgesamt über alle möglichen Reaktionen und Folgereaktionen betrachtet größere Wirkungsquerschnitte bei gleichzeitig geringerer Teilchenenergie erreicht, als dies für Fusionsreaktionen einer Strahlenart in Materie alleine der Fall wäre oder für direkte Reaktionen der beiden Strahlungsarten miteinander der Fall.

Die Konstruktion eines speziellen und dennoch technisch einfach realisierbaren, also mit vergleichsweise geringem technischem Aufwand realisierbaren, Teilchenbeschleunigers, bei dem Fusionsreaktionen von Teilchen hauptsächlich als Funktion der verwendeten unterschiedlichen Strahlungsarten und der verwendeten Zielmaterie und der Zeit, obwohl mit der Zielmaterie nur wenige direkte Reaktionen der Teilchenstrahlen stattfinden, sondern fast nur Folgereaktionen (Neutronenabsorption) im zahlenmäßig geringerem Ausmaß verglichen mit der Anzahl der anderen Reaktionen und Folgereaktionen, stattfinden, ist die grundsätzliche erfinderische Leistung, die durch konstruktive Maßnahmen wie z.B. die Verwendung einer zentralen Lochkathode und gegenüberliegenden Anoden zur Optimierung als komplette Erfindung vervollständigt wird.

Teilchenbeschleuniger, die exotherme Reaktionen von Teilchen bewirken, geben als abgeschlossenes System betrachtet insgesamt mehr Energie ab, als sie verbrauchen, da die Energie von Teilchen, die nicht reagieren, nicht verloren geht, sondern z.B. im Zielmaterial in Wärme umgewandelt wird, sodass die insgesamt abgegebene Energie als Summe der Energie der nicht reagierenden Teilchen abzüglich der benötigten Energie für das Zustandekommen einer Reaktion der reagierenden Teilchen zuzüglich der freigesetzten Energie bei Zustandekommen einer Reaktion der reagierenden Teilchen, wobei letzter Term größer als der zweite Term für exotherme Reaktionen ist, größer als die insgesamt aufgewendete Energie ist.

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Dieser für eine Energiegewinnung aus Kernenergie günstige Umstand ist bei den bisher verwendeten Konstruktionen an Teilchenbeschleunigern durch das sehr ungünstige Verhältnis der Anzahl reagierender Teilchen zur Anzahl nicht reagierender Teilchen (Wirkungsquerschnitt) technisch nicht verwertbar, durch die gegenständliche Erfindung eines „alternierenden Protonenstrahlung / Betastrahlung Fusionsmikroreaktor (APBF)“ wird eine deutliche Verbesserung des Verhältnisses der Anzahl reagierender Teilchen zu der Anzahl nicht reagierender Teilchen gegenüber den bisher bekannten Teilchenbeschleunigern erzielt und dadurch eine technische Verwertbarkeit der Wärmeentwicklung erreicht.

Der Vorteil dieser Erfindung liegt daher darin, dass eine Verbesserung des Verhältnisses der Anzahl reagierender Teilchen zu der Anzahl nicht reagierender Teilchen in dieser Erfindung derart erfolgt, dass für eine Wärmegewinnung der insgesamt entwickelten Wärme aus elektrischer Energie abhängig vom verwendeten Zielmaterial und weiteren Konstruktionsparametern höhere Wirkungsgrade erzielt werden und für eine Wärmeentwicklung technisch verwertbar werden, als der Wirkungsgrad (max. 100 %) für die Umwandlung elektrischer Energie in Wärmeenergie bei der vergleichbaren „joulschen“ Wärmeentwicklung bei stromdurchflossenen Leitern ist.

Darüber hinaus ergibt sich durch diese Erfindung ein Vorteil für die weitere Forschung zur Nutzung der Kernenergie, da die in dieser Erfindung insgesamt ablaufende Reaktionsfolge bisher nur wenig mit den bisherigen Apparaturen erforscht werden konnte und diese Reaktionsfolge aber einen Weg darstellt, um Kernenergie zu nutzen, ohne die ansonst erforderlichen hohen Temperaturen und Druckverhältnisse eines Plasmas und der damit verbundenen technischen Anforderungen lösen zu müssen, und dadurch auch für die Erforschung der praktischen Nutzung von Kernenergie von Interesse ist.

Beschreibung der am häufigsten auftretenden und bedeutendsten physikalischen Prinzipien bei der Erfindung:

Um Teilchen miteinander zu fusionieren, muß man diese wegen der sehr kurzen Reichweite der Kernkräfte (ca. 10 hoch -15 m) sehr nahe zueinander bringen, bevor die Kernkräfte ihre Wirkung entfalten können und die beiden Teilchen zueinander gezogen werden und miteinander zu einem Teilchen fusionieren.

Als Folge der Fusion wird bei dem meistens vorherrschenden exothermen Reaktionstyp ein Teil der Massenenergie, der sogenannte „Massendefekt“ durch Bindungsenerge, als elektromagnetische Energie abgestrahlt oder in kinetische Energie, also makrotechnisch gesehen als Wärmeenergie, des fusionierten Teilchens umgesetzt oder meistens sogar beides.

Daneben gibt es vergleichsweise selten auch Fusionen vom endothermen Reaktionstyp, bei welchen die beiden Teilchen eine zusätzliche kinetische Energie benötigen oder eine gleichzeitig vorhandene elektromagnetische

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Beschr eibung_APBF. doc • · • · © * V · ····· 'döelmut & dbigilikcL m..k26.

Strahlung als Energielieferant vorhanden sein muß, um eine Fusion überhaupt herbeizuführen.

Das Auftreten dieses endothermen Reaktionstyps lässt sich im Modell damit erklären, dass es besonders stabüe Kernkonfigurationen gibt, insbesondere auch mit etwa gleich großer Protonenzahl und Neutronenzahl und bestimmten Zahlenverhältnissen in der Gesamtteilchenanzahl des Kerns, in denen der „Massendefekt“ ein Maximum annimmt, und bei davon abweichenden Kernen sich die nach außen wirksamen Kernkräfte verstärken oder besonders bei Kernen mit den besonderen Zahlenverhältnissen derart kompensieren können, dass dasselbe Teilchen oder neue Teüchen im Falle einer kurzzeitigen „Fusion“ mit einem Teilchen auch bei direkten Treffern wieder ausgestoßen werden.

Denn neben dieser einfachen Fusionsreaktion zweier Teilchen zu einem neuen Teilchen gibt es auch eine Reihe anderer Fusionsreaktionen, die unmittelbar oder nach kurzer Zeit nach der Fusion wieder neue Teilchen abspalten.

Sind die beiden Teüchen, die fusionieren sollen, gleichartig elektrisch geladen, so sind auch zusätzlich bei der Annäherung der beiden Teilchen aneinander die elektrostatischen Kräfte zu überwinden und die Teüchen benötigen dazu eine entsprechende kinetische Energie.

So benötigt es also wesentlich mehr Energie der Ausgangsteilchen, um 2 Protonen zu einem Deuteron (nach Abgabe eines Positrons und eines Elektron-Neutrinos) zu fusionieren, als es für die Fusion für ein Proton mit einem Neutron zu einem Deuteron erforderlich ist.

Letzteres benötigt nämlich wegen der fehlenden abstoßenden elektrostatischen Kräfte genau genommen gar keine Energie der Ausgangsteilchen, sondern „passiert“ bei entsprechender Annäherung selbsttätig, was für durch die Materie „wandernde“ Neutronen abhängig von der Dichte und der Art der Materie in Form einer mittleren Weglänge für diese freien Neutronen angegeben wird.

Erfordert die Fusionsreaktion jedoch aufgrund der elektrostatischen Abstoßungskräfte oder auch infolge eines endothermen Reaktionstyps eine kinetische Ausgangsenergie der Teilchen, so wird dies üblicherweise in Form eines Wirkungsquerschnittes der Reaktionsteilchen in Abhängigkeit der Energie der Teüchen angegeben. Die Anzahl der reagierenden Teilchen zur Anzahl der nicht reagierenden Teilchen, die bei ihrer „Wanderung“ durch Materie durch die auf Teilchen der Materie ausgeübten beschleunigenden elektrostatischen Kräfte laufend ihre kinetische Energie verlieren, ist dabei dem für die kinetische Energie der Teilchen errechneten Wirkungsquerschnitt für die jeweiligen Teilchenarten und der Dichte der Materie und der Dichte der Einschussteilchen proportional.

Bei der gegenständlichen Erfindung wird der oben beschriebene Protonen-Protonen Fusionsprozess zum Beispiel großteils dadurch ersetzt, dass Protonen in einen Festkörper mit definierter Eindringtiefe eingeschossen werden und dort in einer dem Festkörper entsprechenden Teilchendichte konzentriert werden (entspricht für Gase einem Druck von Mbar) und anschließend teilweise mit

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Beschreibung_APBF.doc • · · ··♦ ··· · · · /δ\ TCdmut & cfobgilikcL ^α^ΐυώιφ, m..b2ö. ^ eingeschossenen Elektronen mit definierter Restenergie für die Bildung eines Neutrino-Antineutrinopaares zu Neutronen fusioniert werden, die wieder nach kurzer Wegstrecke mit anderen Protonen oder Teilchen des Festkörpers fusionieren. Ebenso werden eingeschossene Protonen bereits beim Eindringvorgang teilweise durch Fusion mit Elektronen zu Neutronen und diese nach kurzer Wegstrecke mit anderen Protonen oder Teilchen des Festkörpers fusioniert.

Der Wirkungsquerschnitt wird dabei auch dadurch noch einmal erhöht, dass eingeschossene Protonen in der Materie eines Festkörpers durch die abstoßenden Kräfte von Atomkernen des Festkörpers Einschusskanäle hinterlassen, die erst langsam durch die Wärmebewegung der Atome wieder geschlossen werden. In diese vorhandenen Einschusskanäle erneut eingeschossene Teilchen, auch mit anderer elektrostatischer Ladung, verlieren entlang ihres Weges des Eindringkanals weniger Energie, wodurch solche Teilchen bei ihrem Eindringvorgang, auch wenn sie erst im Zuge ihrer Wanderung durch die Materie auf einen bestehenden Einschusskanal stossen, auf die vorhandenen Einschusskanäle gebündelt werden und auf das am Ende des Eindringkanals befindliche Proton praktisch fokusiert werden.

Darüber hinaus gibt es bei der gegenständlichen Erfindung abhängig von der benutzten Teilchenenergie weitere Fusionsreaktionen, insbesondere auch jene der Fusionsprodukte der zuvor genannten Protonen-Protonen Reaktion bzw. Protonen-Neutronen Reaktion, die beide ein Deuteron liefern, da diese teilweise mit weiteren Protonen oder Neutronen fusioniert werden zu Tritionen oder Heliumatomen.

Die eingeschossenen Teilchen werden durch Diffusion wieder nach außen, vorzugsweise entlang der Eindringkanäle retour befördert, und in diesem Fall bei der gegenständlichen Erfindung auch wieder erneut verwendet, d.h. nur die durch Diffusion in Richtung zur Anode (2) bzw. zu den Seitenflächen des Festkörpers (1) beförderten Teilchen werden endgültig ausgeschieden.

Beschreibung des Aufbaus und der Funktionsweise der Erfindung:

Ausgehend von den obig beschriebenen physikalischen Prinzipien findet bei der gegenständlichen Erfindung eine Fusion zu Deuteronen und zu Tritionen bzw. Heliumatomen von in einem Festkörper (1) eingeschossener Protonen, die in kurzer Periode abwechselnd mit Elektronen (Betastrahlen) und wieder mit Protonen bestrahlt werden, mit teilweiser kurzzeitiger Neutronenbildung, statt. Ebenso werden die Atome des Festkörpers (1) selbst teilweise, vor allem von den Neutronen, fusioniert.

Die dabei entstehende Energie in Form kinetischer Energie der fusionierten Teilchen und in Form elektromagnetischer Strahlung wird innerhalb des Festkörpers (1) großteils in Wärme umgewandelt und über die Anode (2) zum angelöteten Kühlsystem geleitet und innerhalb des Kühlsystems üblicherweise mit einer Kühlflüssigkeit wie z.B. Wasser abtransportiert.

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Beschreibung_APBF.doc • ! j ··♦ ··· ··· λ Ήόώηιύ & c/hujAika SdhüdiipeA3nfalMjej}öMJt&iknik -QjMilkßkajli m.k^ö. ^

Um die Protonen und Elektronen aus einem stark druckverminderten Wasserstoffgas durch Ionisation zu erzeugen und gegen den Festkörper (1) zu beschleunigen, wird ein elektrostatischen Feld zwischen der teilchenliefernden Elektrode (3), im folgendem Kathode (3) genannt, die an eine asymmetrische und meistens rechteckförmige Wechselhochspannung mit überlagerter Gleichspannung mit mindestens 25 kV Spitze-Spitzewert, der sogenannten Beschleunigungsspannung, angeschlossen wird, und der teilchenempfangenden Elektrode (2) bzw. ladungsabtransportierenden Elektrode (2), im folgendem Anode (2) genannt, die an das Bezugspotential angeschlossen wird, und welches entsprechend der Wechselspannung periodisch seine Richtung wechselt, verwendet.

Bei Verwendung metallischer Festkörper (1) werden diese einige mm stark dimensioniert, sodass ein Großteil der entstehenden Neutronen und die entstehende elektromagnetische Strahlung im Festkörper (1) fusioniert bzw. in Wärme umgewandelt wird, bei Verwendung nicht leitender Festkörper (1) werden diese zur Vermeidung eines zu starken Gegenfeldes innerhalb des Festkörpers (1) wesentlich dünner dimensioniert, sodass auch die Anode selbst teilweise von Neutronen angegriffen wird bzw. zur Umwandlung von elektromagnetischer Strahlung in Wärme dient. Die Anode wird üblicherweise mit dem Festkörper verklebt oder verlötet und überragt diesen durch ihre längliche Form an 2 Seiten deutlich, an denen sie mit der gegenüberliegenden Anode, falls vorhanden, oder mit einer Grundplatte aus isolierendem Kunststoff (nicht relevant für die Erfindung) mit Gewindestangen so verschraubt wird, dass sie gegen den Festkörper (1) und den weiteren Komponenten des Linearbeschleunigers gepresst wird.

Da das Wasserstoffgas zwischen Festkörper (1) und Kathode stark druckvermindert ist, wird ein gasdichter Isolierkörper (4) mit einer Öffnung als Kanal für die Teilchenstrahlung von ca. 1 mm Durchmesser und einer Länge von ca. 25 mm (bei 25 kV Beschleunigungsspannung) verwendet, der luftdicht auf der einen Seite mit dem Festkörper (1) und auf der anderen Seite mit der Kathode (3) verklebt wurde.

Die Kathode (3) wird bei Patentanspruch 1 als einfache Kathode mit üblicherweise Gaszufuhr über einen gebohrten Kanal auf einer isolierenden Grundplatte ausgeführt und bei Patentanspruch 2 und 3 als Lochkathode ausgeführt mit 2 einander gegenüberliegenden Anoden (2) bzw. Festkörpern (1), sodass die eine Ionenart (Teilchenart) während einer Periode von der Kathode (3) weg auf die Festkörper (1) beschleunigt wird, während die andere Ionenart (Teilchenart) zur Kathode (3) beschleunigt wird, dort durch das Loch hindurchdringt und auf der anderen Seite der Kathode (3) wieder austritt und durch das dort befindliche elektrische Feld abgebremst und schließlich wieder in Richtung Kathode beschleunigt wird.

Wechselt die Richtung des elektrisches Feldes, werden die um die Lochkathode (3) pendelnden Ionen (Teilchen) in Richtung der Festkörper beschleunigt und die jeweils andere Ionenart (Teilchenart) beginnt um die Kathode zu pendeln, bis die Richtung des elektrischen Feldes wieder wechselt.

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Beschreibung_APBF.doc • · > · · Ώόώτυιί ά cAthgiliküL Setw4&#£k 3nfa^ilon£lMJwik -(^mlhßkajfc. ntA2ö. Über die Kathode (3) erfolgt üblicherweise auch der Anschluss der Wasserstoffzufuhr (5), die üblicherweise aus einem mehrschichtigen Kunststoffrohr von ca. 10 cm Länge zur Isolation der Hochspannung der Kathode besteht und in die Kathode eingepresst und eingeklebt wird.

Am anderen Ende der Wasserstoffzufuhr (5) ist bei Ausführung nach Patentanspruch 1 und 2 und gegebenenfalls auch nach Patentanspruch 3 ein Abzweiger zur Vakuumpumpe (12) angeschlossen, jedenfalls ist aber das Drosselventil (10) oder magnetische Regelventil (10) angeschlossen, die das unter Normaldruck stehende und zum Drosselventil (10) oder magnetischen Regelventü (10) strömende Wasserstoffgas auf einen Druck von wenigen mbar reduziert. Die Regelung der Wasserstoffzufuhr ist nur insofern erfindungsrelevant, als dass bei Patentanspruch 3 eine Regelung auch ohne Vakuumpumpe (12) bei entsprechender Ansteuerung (!) über eine Steuerelektronik (6) eines Regelventils erfolgen kann, die Ausführung des Regelventüs und der Steuerelektronik bzw. der eventuell benötigten Vakuumpumpe entspricht dem Stand der Technik und ist daher nicht erfindungsrelevant.

Das benötigte Wasserstoffgas wird üblicherweise durch Elektrolyse von Wasser in verdünnter Schwefelsäure in einer Wasserstoffzelle (13) bzw. Wasserstofferzeugungssystem (13) erzeugt, bei welchem der Wasserspiegel auf konstanten Niveau aus einem mit Schwimmer geregelten Wassertank (14) gehalten wird. Die Ausführung des Wasserstofferzeugungssystems (13 und 14) ist nicht erfindungsrelevant, sondern erfolgt auf dem Stand der Technik.

Die an der Kathode (3) angeschlossene Wechselhochspannung wird generiert durch einen Hochspannungstransformator (7), der von einer Steuerelektronik mit vorwiegend rechteckförmiger Spannung primär angesteuert wird, und einem mit diesem Wechselhochspannungsgenerator (7) in Serie liegendem Gleichhochspannungsgenerator (8), der aus einem Hochspannungstransformator mit nachfolgendem Einweggleichrichter und Kondensator besteht und eine positive Spannung gegenüber dem Bezugspotential liefert.

Die Steuerelektronik (6) enthält üblicherweise zwei Wechselspannungsgeneratoren mit meistens rechteckförmiger Wechselspannung für die Hochspannungstransformatoren (7 und 8, bei 8 mit Gleichrichtung), dessen Betriebsspannung getrennt regelbar ausgeführt ist und deren Strombedarf als Regelwert für einen Regelkreis verwendet wird.

Weiters enthält die Steuerelektronik (6) einen Dreieckspannungsgenerator mit überlagerter Gleichspannung, die aus einem Regelkreis erzeugt wird und zur Ansteuerung des Regelventils (10) für die Wasserstoffzufuhr (5) dient und einen Regelkreis, der die Temperaturen vor und nach dem Kühlsystem zusammen mit dem Strombedarf für die Hochspannungsgeneratoren als Regelspannung für die Hochspannungsgeneratoren selbst und für das Regelventil (10) für die Wasserstoffzufuhr (5) verwendet.

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Beschreibung_APBF.doc ♦ · ·· ♦ · · #β#» ·*· ♦ * · Ä Tödmjut & cAMfjdika ^iielhekajt tm.b-26. ^

Außerdem wird das Wasserstofferzeugungssystem (13) nach dem Bedarf an Wasserstoff gesteuert und die korrekte Funktion der Komponenten elektrisch von der Steuerelektronik (6) überwacht.

Die Steuerelektronik (6) und die Hochspannungsgeneratoren (7 und 8) entsprechen als einzelne Komponenten gesehen ebenfalls dem Stand der Technik und sind als einzelne Komponenten gesehen daher auch nicht erfindungsrelevant, sondern nur im Einsatz mit dem, der Erfindung zugrundeliegendem, Linearteilchenbeschleunigersystem, erfindungsrelevant.

Beschreibung der Komponenten der Erfindung: (1) Festkörperscheibe, bevorzugt metallisch (z.B. Kupfer, Nickel, ...), in der Neutronen durch Betastrahlung gebildet werden können und nach Fusion mit Atomen der Festkörperscheibe oder mit Wasserstoffatomkernen in der Festkörperscheibe elektromagnetische Energie und Wärmeenergie freisetzen können (2) Anode, Metallplatte, bevorzugt aus Kupfer wegen guter Wärmeleitung, üblicherweise länglich ausgebildet, sodass diese die Abmessungen der Isolierkörper (4) um ca. 15 mm überragen und mit 2 Gewindestangen an den beiden Überhängen jeweüs mit der gegenüberliegenden Anode, falls vorhanden, verschraubt sind. Dadurch werden die beiden Anoden und die dazwischen liegenden Festkörperscheiben (1), Isolierkörperscheiben (4) und die Kathode (n) (3) zusammengepresst und mit den Klebemitteln abgedichtet. (3) Kathode, bei Ausführung nach Patentanspruch 2 und 3 als Lochkathode ausgeführt, metallisch, vorzugsweise aus Aluminium oder Messing (4) Isolierkörper aus hitzebeständigen Material, meist auf Silikatbasis, Silikonbasis oder aus hitzefesten (250 °C) Kunststoffen (5) Wasserstoffzufuhr, aus Kunststoffrohren mit kleinen Innendurchmesser von weniger als 1 mm (mehrschichtiger Aufbau), in die Kathode in ein leicht konisches Bohrloch eingepresst und eingeklebt (6) Steuerelektronik, enthält zwei Wechselspannungsgeneratoren mit vorzugsweise rechteckförmiger Wechselspannung, für die

Hochspannungstransformatoren (7 und 8, bei 8 mit Gleichrichtung), dessen Betriebsspannung getrennt regelbar ausgeführt ist und deren Strombedarf als Regelwert für einen Regelkreis verwendet wird und einen Dreieckspannungsgenerator mit überlagerter Gleichspannung, die aus einem Regelkreis erzeugt wird und zur Ansteuerung des Regelventils (10) für die Wasserstoffzufuhr (5) dient und einen Regelkreis, der die Temperaturen vor und nach dem Kühlsystem zusammen mit dem Strombedarf für die Wechselspannungsgeneratoren als Regelspannung für die Wechselspannungsgeneratoren selbst und für das Regelventil (10) für die Wasserstoffzufuhr (5) verwendet. (7) Hochspannungswechselspannungsgenerator, bestehend aus einem Hochspannungstransformator (8) Hochspannungsgleichspannungsgenerator, bestehend aus einem Hochspannungstransformator mit nachfolgender Einweggleichrichtung und

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Beschreibung_APBF.doc ····· · ·· • * · ··· ··· · · · ,—. • · * · · ····· /¾) einem Hochspannungskabel als Hochspannungskondensator, zur Generierung einer positiven Hochspannung gegenüber Masse (9) Schützhülle, bestehend aus einem mit einem Stahldeckel mit 3 mm bis 5 mm Stahlblechdicke verschraubbaren und mit Silikon luftdicht abgeschlossenen Stahlgehäuse mit 3 mm bis 5 mm Stahlblechdicke zur Abschirmung der entstehenden Bremsstrahlung (Röntgenstrahlung) und der eventuell bei der Neutronenbildung oder bei Fusionen entstehenden, nicht in der Festkörperscheibe (1) oder der Anode (2) oder im Isolierkörper (4) in Wärme umgewandelten restlichen elektromagnetischen Strahlung. (10) Drosselventil oder magnetisches Regelventil, bei Ausführung nach Anspruch 1 ein einfaches Feindrosselventil für Gase, bei Ausführung nach Anspruch 2 und 3 ein ausgewähltes Standardmagnetventil für Gase oder für Flüssigkeiten (11) Kühlsystem, vorzugsweise bestehend aus Rohrsystem mit durchfließender Kühlflüssigkeit, auf der Anode mit zusätzlichen Wärmeleitblechen angelötet, in der Skizze als einzelnes Rohr gezeichnet, kann auch eine Ausführung mit mehreren parallelen Rohren verwendet werden. Alternativ auch mit thermomagnetischen Wandlersystemen verwendbar. (12) Vakuumpumpe, vorzugsweise mit regelbarer Leistung, vorzugsweise bestehend aus einer Wasserstrahlpumpe und einer Turbinenpumpe mit Elektromotor und mit zirkulierender Flüssigkeit mit hohen Siedepunkt, z.B. Glycerol, bei Ausführung nach Anspruch 3 kann diese bei richtiger Dimensionierung des Linearbeschleunigers ersatzlos entfallen (13) Wasserstofferzeugungssystem durch Elektrolyse von destilliertem Wasser vorzugsweise in einer verdünnten Schwefelsäurelösung mit einer Kathode mit negativem Potential, an der die Wasserstoffentwicklung erfolgt, vorzugsweise aus Kupferrohr, und mit einer Anode mit positiven Potential, an der die Sauerstoffentwicklung erfolgt, vorzugsweise aus Graphitstäben ringförmig um die Kathode angeordnet (14) Wassertank mit selbsttätig reguliertem Abfluss (z.B. Schwimmerventil) zum Wasserstofferzeugungssystem (13)

Abschließender Hinweis. Vergleich mit anderen Fusionsreaktoren:

Es sei darauf hingewiesen, dass der gegenständlichen Erfindung dem physikalischem Grundsatz nach bis auf vielleicht einige wenige noch nicht entdeckte Effekte großteüs bekannte physikalische Effekte der in Linearteilchenbeschleunigern erzeugten Teilchenstrahlung bei Eindringen der Strahlung in Materie zugrunde liegen und auch bekannt ist, dass bei Betrachtung als abgeschlossenes System ein Teilchenbeschleuniger mit überwiegend exothermen Teilchenreaktionen an Stelle endothermer Teilchenreaktionen grundsätzlich mehr Energie abgibt, als er verbraucht.

Die erfinderische Leistung besteht also vor allem darin, diese großteils bekannten physikalischen Effekte durch Kombination mehrerer Effekte in einer

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Beschreibung_APBF.doc @ ··♦ ··· Tödmjut & cAmplika ^müiehjaji m.A2ö. besonders dafür konstruierten technischen Einrichtung so zu nutzen, dass auch der bekannte „Energiegewinnungseffekt“ eines Teilchenbeschleunigers technisch und für die weitere Forschung genutzt werden kann.

Die gegenständliche Erfindung unterscheidet sich dadurch wesentlich von Versuchsanordnungen zur Demonstration von Experimenten für eine „kalte Fusion“, die meistens auf angeblich neu entdeckten, phantastischen Effekten und technisch dafür meistens schwer nachvollziehbaren Effekten beruhen. Außerdem werden auch nicht die phantastischen Energiegewinnungswerte, wie sie für die „kalte Fusion“ vermutet werden, mit dieser Erfindung erzielt.

Ebenso unterscheidet sich die gegenständliche Erfindung von den „herkömmlichen“ Fusionsreaktoren mit Plasma mit hoher Temperatur und unter hohen Druck (meistens magnetisch erzeugt), die in der Praxis derzeit allerdings technisch schwer realisierbar sind.

Vergleichbar ist die gegenständliche Erfindung daher nur mit den in der Forschung verwendeten Teilchenfusionseinrichtungen auf der Grundlage von Teilchenbeschleunigern und den in diesen stattfindenden großteils bekannten Effekten, die eben durch Ausnutzung mehrerer Effekte gleichzeitig und speziell dafür abgewandelter Konstruktion in dieser Erfindung dem bisher üblichen bzw. ursprünglichen Zweck der reinen Forschung zweckentfremdet verwendet werden.

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Claims (3)

1. ·· · ♦ ·»· ···· «»·· « • · ♦♦ ♦ · · · * · · #β# *** * · * (Ε\ 'Tödmnt & {^udhekaft mA26. ^ Patentansprüche 1. Einrichtung zur Bestrahlung einer Festkörperscheibe (1), bestehend aus Metall, Metalllegierung oder aus einem halbleitenden oder nicht leitenden Material, mit dahinterliegender Metallplatte als Elektrode (2) auf dem elektrischen Bezugspotential (Masse), im folgendem als Anode (2) bezeichnet, mit künstlich erzeugter Protonenstrahlung (Wasserstoffatomkerne) und künstlich erzeugter Betastrahlung (Elektronen), gebildet aus einem Linearbeschleunigersystem, welches zumindest aus einer metallischen Gegenelektrode (3) zur Anode, im folgendem als Kathode (3) bezeichnet, an der die Hochspannung angeschlossen wird, aus einer Wasserstoffzufuhr (5) mit einem Drosselventil (10) und einer Vakuumpumpe (12) und einem entsprechenden Wasserstofferzeugungssystem (13), weiters aus der genannten Anode (2) mit vorgelagerter Festkörperscheibe (1) und zwischen Festkörperscheibe und Kathode liegendem Isolierkörper (4) mit einer für den Strahlengang vorhandenen Öffnung (Bohrloch) im Isolierkörper, besteht, dadurch gekennzeichnet, dass durch periodisch abwechselnde Bestrahlung der Festkörperscheibe (1) mit Protonen (Protonenstrahlung) und mit Elektronen (Betastrahlung) aus einer gemeinsamen Kathode (3) stammend und mit relativ kurzer Periodendauer von weniger als 1 Sekunde und mit weitgehend genau aufeinander abgestimmter Eindringtiefe der Protonen und der Elektronen in die Materie der Festkörperscheibe (1) und Restenergie der Teilchen nach dem Eindringen in die Materie, welches durch eine Wechselspannung mit vorzugsweise rechteckförmiger Gestalt aus einem Hochspannungswechselspannungsgenerator (7) mit regelbarer Scheitelspannung und mit einer durch Serienschaltung überlagerten, ebenfalls regelbaren Gleichspannung aus einem Hochspannungsgleichspannungsgenerator (8) mit geringerer Spannung als die Scheitelspannung der Wechselspannung erreicht wird, eine teilweise Neutronenbildung der eingeschossenen Protonen mit den eingeschossenen Elektronen gemäß der umgekehrten Betazerfallreaktion in der Festkörperscheibe (1) erfolgt und, zusätzlich zu den eventuell durch direkte Treffer von Protonen mit ausreichender Energie auf Protonen und Deuteronen erfolgenden Fusionen, die durch umgekehrten Betazerfall gebildeten Neutronen mit Atomen der Festkörperscheibe (1) oder mit den von der Protonenstrahlung stammenden Wasserstoffatomen innerhalb der bestrahlten Festkörperscheibe (1) oder auch mit Atomen der Anode (2) fusionieren und durch diese Fusionen eine messbare Energie in Form von elektromagnetischer Strahlung und in Form von Wärmeenergie an das Kühlsystem (11) zusätzlich zu der direkt durch die Bestrahlung als elektromagnetische Bremsstrahlung und als Wärmeenergie freigesetzten Energie freigesetzt wird, wobei auch die Energie der elektromagnetischen Strahlung innerhalb der Festkörperscheibe (1) und der Anode (2) und in der umgebenden Schutzhülle (9) großteils in Wärmeenergie umgewandelt wird und dadurch nicht nach außen dringt. Seite 1 von 2 Patentanspruch_APBF. doc ·· • · · ··· ·Μ · · · iJTj 'JödmjuJt ά cAngiüka t&eiluJuifc mA2ö. ^
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausführung des in Anspruch 1 bezeichneten Linearbeschleunigers als doppelseitiger oder mehrseitiger Linearbeschleuniger erfolgt, das heißt im Falle des doppelseitigen Linearbeschleunigers aus zwei gegenüberliegenden Festkörperscheiben (1) und Anoden (2) mit dahinter befindlichen Kühlsystemen (11), zwei zwischen den Festkörperscheiben (1) und der gemeinsamen Kathode (3) liegenden Isolierkörpern (4) und einer oder mehrerer in der Mitte befindlichen Lochkathode(n) (3), über die mit entsprechenden Bohrungen auch die gemeinsame Wasserstoffzufuhr (5) für die Bildung der Protonenstrahlung erfolgt, und den weiteren Komponenten gemäß Anspruch 1 besteht und sich diese Ausführung des Linearbeschleunigers als besonders günstig erweist wegen der abwechselnden Bestrahlung und der dadurch günstigeren Ionisation mit einer Lochkathode und wegen der aus der Festkörperscheibe teilweise wieder austretenden Protonen und Elektronen, die dadurch nicht auf die Kathode treffen und dort zu einem Kathodenabbrand führen können, sondern für die künstliche Strahlenbildung unter Ausnutzung der zusätzlichen Austrittsenergie wiederverwendet werden und wegen der günstigeren Wärmeableitung in den Festkörperscheiben (1).
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Eindringtiefe der Protonen und der Elektronen in die Festkörperscheiben (1) und die Restenergie der Teilchen am Ende des Eindringkanals durch eine Steuerelektronik (6) mit einem Regelkreis nach der an das Kühlsystem (11) abgegebenen Nutzenergie und der Temperatur des Kühlsystems (11) und des Stromverbrauchs für die Strahlungserzeugung geregelt wird und die Wasserstoffzufuhr (5) anstelle eines einfachen Drosselventils (10) ebenfalls durch eine Steuerelektronik (6) mit einem Regelkreis nach der an das Kühlsystem (11) abgegebenen Nutzenergie und der Temperatur des Kühlsystems (11) und des Stromverbrauchs für die Strahlungserzeugung mit einem magnetischen Regelventil (10) geregelt wird, indem eine Gleichspannung mit überlagerter, dreieckförmiger Wechselspannung das magnetische Regelventil (10) mit bereits vorhandener, aber noch nicht zum Ansprechen ausreichender Kraftwirkung auf das Magnetventil, in Vibrationen durch die dreieckförmige Wechselspannung versetzt, und geringfügig durchlässig macht, und dadurch weiters bei richtiger Dimensionierung auch die nach dem Drosselventil (10) übliche Vakuumpumpe (12) entfallen kann, da der Linearbeschleuniger durch Einschuss der Gasatome in die Festkörperscheiben und langsamer Diffusion der Gasatome auch nach außen selbst als eine leistungsschwache Vakuumpumpe wirkt. Seite 2 von 2 Patentanspruch__APBF.doc