1 / 29

Myon Katalysierte Fusion

Myon Katalysierte Fusion. Muon Catalyzed Fusion ( μ CF). Inhalt. Was ist μ CF? → Reaktion Laboratorien → RIKEN-RAL Detaillierte Einblicke Ungelöste Probleme Zukunft. Wie funktioniert Fusion?. Verschmelzung zweier Atomkerne Energiefreisetzung bei Ordnungszahl < 60-80

kent
Download Presentation

Myon Katalysierte Fusion

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Myon Katalysierte Fusion Muon Catalyzed Fusion (μCF)

  2. Inhalt • Was ist μCF? → Reaktion • Laboratorien → RIKEN-RAL • Detaillierte Einblicke • Ungelöste Probleme • Zukunft

  3. Wie funktioniert Fusion? • Verschmelzung zweier Atomkerne • Energiefreisetzung bei Ordnungszahl < 60-80 → Massendefekt (Kernbindungsenergie) • Kinetische Energie • Deuterium und Tritium

  4. Problem: extrem hohe Temperaturen: >108 K = 10keV, hohe Dichte → Erzeugung von Plasma • Vorteil von μCF: ~ 0K bis 104 K • Mesonische Moleküle → Abstand normaler Kerne ~1 Å → Beim Myon ~200 mal kleiner • Nähe der Kerne überwindet Coulomb-Abstoßung

  5. Was ist μCF? - Reaktionsverlauf • Fusion von Wasserstoff-Isotopen • Resonante Bildung eines Meso-Moleküls • Katalysator: μ- →trifft auf Deuterium-Tritium-Gemisch • Myonen kommen wieder frei →Kreislauf μCF-Kreilauf-Diagramm (~130 Fusionen/Myon)

  6. Historischer Hintergrund • A.D. Sakharov, 1948: Bildung eng gebundener Moleküle →Fusion durch Tunneleffekt • Experimentell: Alvarez, 1956, Berkeley Erstes Blasenkammerbild nach pμd-Fusion

  7. Laboratorien • JINR, Dubna/Russland • PSI,Villingen/Schweiz • LAMPF, Los Alamos/USA • PNPI, Gatchina/Russland • KEK, Tokyo/Japan • TRIUMF, Vancouver/Kanada (M13, M15,M20) • RAL, Chilton Didcot/UK → RIKEN, Japan

  8. RIKEN-RAL – Myonen - Anlage • Gepulster Proton-Strahl von ISIS (Synchrotron-Beschleuniger • Pionen zerfallen in Myonen • Supraleitende Solenoid-Spule • Impulsbereich: 20 - 120 MeV/c

  9. Myonenstrahl 55 MeV/c • Starke Fokussierung x8 • Supraleitender Magnet: 2.4 T

  10. μCF-Target und Detektoren neutron detector

  11. Reaktion • d + t + μ-→ dtμ→α + n + μ + 17.6MeV • Auch T2- und D2-Targets

  12. Wichtige Parameter • „cycling rate“ → Zyklenrate: λC • μ-Verlust-Wahrscheinlichkeit: W • Fusionen pro Myon → Neutronenausbeute: λ0: Myonenzerfallsrate 0.455μs-1 Φ=Dichte des D-T-Gemisches λn=Rate verschwindender Neutronen

  13. Messungen am RIKEN-RAL • Feste und flüssige D-T-Gemische • Tritiumkonzentrationen: 20 – 70 % • Temperaturen: 5 – 16 K bzw. 20 K • Mit sinkender Temperatur: → kein erwarteter steiler Abfall von Zyklenrate λc → Anstieg der Verlustwahrscheinlichkeit W

  14. Myonenverlust • μ-Einfang in α ((μα)+) → „α – sticking“ • Wahrscheinlichtkeit ωs ~ 0,5% →begrenzt Energieproduktionsvermögen R = Reaktivierungwahrscheinlichkeit ωs0 = Anfangswahrscheinlichkeit

  15. Untersuchung von α - sticking Fusion • Verringerung: Schlüssel zur Verbesserung der Effizienz der μCF • Atomprozesse untersucht mit Röntgenstrahl-Analyse • Kα-Peaks (n=2→n=1) von zurückprallenden Ionen Term-Schema von Helium-Myon-Ion

  16. Typisches Röntgenspektrum von flüssigen D-T-Gemischen bei Ct=10%, 28%, 60% • Kα-Strahlen: 8.2 KeV • Doppler- Verbreiterung: 0.5 KeV 60% Counts (/50eV/106 stopped μ-) 28% 10% Energie [keV]

  17. Röntgenstrahlanalyse • Kα-Strahlen: 8.2 KeV • Doppler-Verbreiterung: 0.5 KeV • Kα-Strahlen-Ausbeute: γKα: Anzahl der Röntgenstrahlen/(αμ)+

  18. Vergleich von experimentellen und theoretischen Werten This exp. Theory (Φ=1.2) Solid Cohen (88) Liquid Markushin Theories PSI Ct: 0.04% PSI - 87 PSI - 87 LAMPH - 92 • ωs-Werte stimmen mit vorherigen Messungen überein • Y(Kα) stimmt mit Theorie überein • kleineres Kβ/Kα-Intensitätsverhältnis → R könnte größer sein

  19. Ein anderer wichtiger Verlustprozess • β-Zerfall von Tritium → Unreinheit durch 3He → Myoneneinfang → Auswirkungen in DT und T2 → verflüchtigt sich aus flüssigen Gemischen → bleibt in festen → Bildung von tHeμ (spez. Röntgenstrahlen)

  20. Vergleich von Rate verschwindender Neutronen in flüssigen und festen Gemischen aufgetragen gegen Zeit bzw. Ct

  21. Unstimmigkeiten zwischen Theorie und experimentellen Ergebnissen • dtμ-Bildungs-Mechanismus bei niedrigen Temperaturen (T<100K): • Resonante Bildung durch Zwei-Körper-Kollision: • tμ trifft auf D2: tμ + D2 → [ (dμt) dee ] • Kollisions- und Bindungsenergie → Vibrations- und Rotationsenergie • Resonanter Bildungs-Mechanismus → Erklärung für hohe Zyklenrate λC →bestimmt durch dtμ-Bildung-Rate λdtμ

  22. Ungelöste Probleme - Temperaturabhängigkeit • Theoretische Kalkulation: → λdtμfällt steil ab bei niedriger Temperatur (<100K) → bei 20K: λdtμeine Größenordnung kleiner → Schwellenenergie bei < 10 meV → Kollisionsenergie > 10 meV = 100 K →Widerspruch zu experimentellen Ergebnissen (20 K flüssig, 16 K fest; Ct zwischen 10-70%) → λC fällt nicht bei niedriger Temperatur

  23. Ungelöste Probleme - Dichteabhängigkeit • Zwei-Körper-Kollision: → λcsollte konstant zur D-T-Dichte sein • λC steigt mit steigender Dichte • Steigende Tendenz bei festen und flüssigen Gemischen

  24. Dichteabhängigkeit der Zyklusrate RIKEN-RAL (Sep / 95 – May / 98) 20K 16K 20K LAMPF Ct=0.5 <125K PSI Ct=0.42 PSI Ct=0.21 PSI Ct=0.62 LAMPF Ct=0.7 <125K LAMPF Ct=0.08 <125K PSI Ct=0.03

  25. Erklärungsversuche • Drei-Körper-System: tμ + D2 +D2´ • Erhöht resonante Molekülbildung • D2´ enfernt Überschuss-Energie

  26. RIKEN-RAL - Zukunft • Präzisere Messungen von Röntgenstrahlen • Kryogene Kalorimeter • Röntgen-Beugungsspektrometer • Messungen der Kα,Kβ,Kγ-Intensitäten → Erforschung der angeregten αμ-Zustände

  27. RIKEN-RAL - Zukunft • Doppler Verbreiterung → αμ-Geschwindigkeit • Effizienzerhöhung → Myon-Beamstrahl • Lösen der Myonen vom α → Testen verschiedener Ideen

  28. Quellen • Muon catalyzed fusionK. Ishida, K. Nagamine, T. Matsuzaki, N. Kawamura Journal of Physics G, 29 (Aug 2003) • Strong n-alpha correlactions observed in muon catalyzed t-t fusion reactionsT. Matsuzaki, Progress of Theoretical Physics Supplement 15 • Discovery of temperature-dependent phenomena of muon-catalyzed fusion in solid deuterium and tritium mixturesN. Kawamura, Physical Review Letters, 90 (Jan 2003) • http://riken.nd.rl.ac.uk/ral.html • K. Ishida (RIKEN), Muon Catalyzed Fusion

More Related