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Trägheitseinschluß (Inertialfusion)
n und T liegen fest, aber Druck p=nT frei wählbar
Inertialfusion:
• schnelles Aufheizen (Laser, Schwerionenstrahl)
• Einschluß durch Trägheit (Ionenschallzeitskala bei 10keV ca. 105 … 106 m/s)
• miniaturisierte Explosion
n groß (1031 m-3), klein (10-10 s)
Druck vergleichbar mit dem Sonneninneren(!)
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Abschätzungen zu erforderlichen Parametern
Annahme: Repetitionsfrequenz: ~1 Hz bei thermischer Leistung von 1GW 1 GJ pro Pellet
Für 1GJ Energie: Fusion von 6x1020 Teilchen erforderlich (pro D-T-Paar: 17 MeV) = 2.4 mg D-T-Gemisch
= Pellet mit Radius von 1.4 mm (DT,fl=200 kg/m3)
Forderung für Zündung: Einschlusszeit > Brenndauer
Einschlusszeit: Tk
mR
TTk
mR
c
R
B
i
ieB
iE 23
(Te=Ti)
Brenndauer (Zeit, in der Hälfte des Brennstoffs verbrannt wird):
un
RunR
n
VR
nVDT
DTDTB
4
1
4
4/ 2
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Die Zündbedingung für die Trägheitsfusion
Forderung für Zündung: Einschlusszeit > Brenndauer
unTk
mR
B
i
1
2
=mn u
TkmR Bi
2
Für T = 10 keV, m=2.5mp, <u>=2 1022 m3/s folgt: R 30 kg/m2
Für Pellet von 1mm Radius mit flüssigem D-T-Gemisch: R = 0.2 kg/m2
Pellet komprimieren auf Radius von ca. 1μm (bei gleicher Masse von 1 mg) in ca. 10-10 s, Massendichte steigt um Faktor 1000
13
2 3
41~
R
RR
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Kompressionsmethoden:
„direct drive“ „indirect drive“
• Ablator verdampft, Rückstoß komprimiert Hohlkugel aus D-T-Eis• sehr homogene Laser-Bestrahlung erforderlich!
• Hohlraumstrahlung mit T von einigen 100eV• gleichmäßige Bestrahlung im weichen Röntgenbereich
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„Hot-Spot-Konzept“
Um Kompressionsenergie zu sparen: zunächst nur Zentrum auf 10keV heizen, nach Zündung heizen -Teilchen den Rest des Pellets
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Sehr homogene Bestrahlung des Pellets nötig, sonst Rayleigh-Taylor Instabilität, analog zu:
gpdt
vd Kraftgleichung:
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kalte, dichte Flüssigkeit beschleunigt durch heißere niederdichte Flüssigkeit
Rayleigh-Taylor-Instabilität
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Pellet gestört durch Instabilitäten mittlerer Wellenzahlen
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Trägheitsfusion
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Fast Ignition
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Beispiele für erreichte Parameter:
Dichte des komprimierten targets: 1000 g/cm3 (Osaka,Japan)Plasmatemperaturen : > 10 keV an vielen Labs
Aber nicht gemeinsam erreicht.
Bsp: NOVA-LasernTE=5 1020 m-3 keV s, Strahlungstemperatur im Hohlraum: 250 eV
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Erwartete Energievervielfältigung bei verschiedenen Konzepten
S. Nakai, K. Mima, Rep. Prog. Phys. 2004
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Erreichte und benötigte Laserenergien
S. Nakai, K. Mima, Rep. Prog. Phys. 2004