Trägheitseinschluß (Inertialfusion)

Präsentation zum Thema: "Trägheitseinschluß (Inertialfusion)"—  Präsentation transkript:

1 Trägheitseinschluß (Inertialfusion)
ntE 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), tE klein (10-10 s)  Druck vergleichbar mit dem Sonneninneren(!)

2 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: (Te=Ti) Brenndauer (Zeit, in der Hälfte des Brennstoffs verbrannt wird):

3 Die Zündbedingung für die Trägheitsfusion
Forderung für Zündung: Einschlusszeit > Brenndauer =mn Für T = 10 keV, m=2.5mp, <u>= 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 s, Massendichte steigt um Faktor 1000

4 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

5 „Hot-Spot-Konzept“ Um Kompressionsenergie zu sparen: zunächst nur Zentrum auf 10keV heizen, nach Zündung heizen -Teilchen den Rest des Pellets

6 Sehr homogene Bestrahlung des Pellets nötig, sonst
Rayleigh-Taylor Instabilität, analog zu: Kraftgleichung:

7 Rayleigh-Taylor-Instabilität
kalte, dichte Flüssigkeit beschleunigt durch heißere niederdichte Flüssigkeit

8 Pellet gestört durch Instabilitäten mittlerer Wellenzahlen

9 Trägheitsfusion

10 Fast Ignition

11 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-Laser nTE= m-3 keV s, Strahlungstemperatur im Hohlraum: 250 eV

12 Erwartete Energievervielfältigung bei verschiedenen Konzepten
S. Nakai, K. Mima, Rep. Prog. Phys. 2004

13 Erreichte und benötigte Laserenergien
DPSSL: diode pumped solid state lasers Links: single shot Erforderlich für Reaktor: Totale Energie: 1MJ/Puls Intensität: e14 … e15 W/cm^2 am Target 20-40 ns Pulse Wellenlänge 0.5 … 0.3 mu m Weniger als 1% Inhomogenität der Bestrahlung Effizienz > 10% Ca. 10 Hz Repititionsfrequenz S. Nakai, K. Mima, Rep. Prog. Phys. 2004