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(!)

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

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

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

„Hot-Spot-Konzept“

Um Kompressionsenergie zu sparen: zunächst nur Zentrum auf 10keV heizen, nach Zündung heizen -Teilchen den Rest des Pellets

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

gpdt

vd Kraftgleichung:

kalte, dichte Flüssigkeit beschleunigt durch heißere niederdichte Flüssigkeit

Rayleigh-Taylor-Instabilität

Pellet gestört durch Instabilitäten mittlerer Wellenzahlen

Trägheitsfusion

Fast Ignition

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

Erwartete Energievervielfältigung bei verschiedenen Konzepten

S. Nakai, K. Mima, Rep. Prog. Phys. 2004

Erreichte und benötigte Laserenergien

S. Nakai, K. Mima, Rep. Prog. Phys. 2004