Der NSD Neutronengenerator ist eine Verbesserung zum Inertial Electrostatic Confinement (IEC) Gerät. Es bietet eine lineargeometrische Quelle.
IEC ist der einfachste Weg kontinuierliche Kernfusion zu erzielen. Obwohl die Möglichkeit, die Technologie hochzuskalieren um mehr Leistung zu erzeugen als zu verbrauchen, diskutabel ist, gibt es keinen Zweifel, dass diese Technologie einen Neutronengenerator, ohne die Nachteile eines Generators mit festen Targets, liefert.
Die IEC Fusion wird unten kurz dargestellt.
Eine hohle Transparentgitterkathode (-) ist von einer Anode (+) mit Erdpotential umgeben.
Das Anlegen einer sehr hohen Spannung an ein Gas mit niedrigem Druck wird eine Glimmentladung verursachen.
Die positiven Ionen (als rote Punkte dargestellt) werden von der Kathode angezogen. Idealerweise werden ein Ionen durch die elektrostatische Fokussierung so gelenkt, dass sie durch die Kathodengitteröffnungen fliegen. Falls es keine Kollisionen mit anderen Ionen und neutralen Partikeln geben sollte, könnte das Ion möglicherweise schwingen.
Tatsächlich ist das Niederdruck-Plasma immer noch sehr dicht, so dass es Kollisionen verschiedener Arten geben wird. Trotz solcher Energieverlustmechanismen werden genügend Ionen zu kinetischen Energieniveaus über ~ 15 keV beschleunigt, wobei Fusionskollisionen passieren können. Je höher die angelegte Spannung an die Glimmentladung ist, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit einer Fusionskollision.
Mit einer genügenden Anzahl an Ionen können Ladungswolken einen Einfluss auf Ionenbahnen in der zentralen Reaktionskammer haben. Die unten abgebildete Animation zeigt, dass eine virtuelle Anode durch die Selbstorganisation der starken Ionendichte erzeugt wird. Die virtuelle Anode hat eine positive Ladung, die stark genug ist um die Ionen abzulenken und sie so wirksam in der zentralen Region zu halten. Diese Ionen bringen ihre positive Ladung in den Ladungsraum, welcher sich selbst zu eine Hülle aus positivem Ladungsraum formatiert.
Diese Plasmastruktur hält die Ionen bei kinetischen Energien, bei denen Fusionskollisionen geschehen können. Die längere Einfangszeit erhöht die Fusionsrate mehr als eine einfache Erhöhung der angelegten elektrischen Stromstärke. Mit gepulstem Strom bei hoher Spannung wird die "superlineare Skalierung" ersichtlich, da die Neutronenerzeugungrate sehr erhöht ist.
Die Fusion der Wasserstoffisotope Deuterium oder Tritium produziert ein großes Teilchen und ein Neutron. Das Neutron kann aus der Reaktorkammer entkommen.
Beachten Sie, dass dieser Prozess 106 bis 1011 Mal pro Sekunde in typischen NSD Neutronengeneratoren stattfindet.
NSD hat einen einzigartigen linear aufgebauten Neutronengenerator entwickelt, den man sich wie eine Leuchstoffröhre vorstellen kann, die Neutronen ausstrahlt. Diese Anordnung darf man allerdings nicht mit einem Linearbeschleuniger verwechseln. Es ist ebenfalls nicht "noch ein anderer kurzlebiger Neutronengenerator " mit umschlossener Targetröhre, denn unser Generator besitzt kein Feststofftarget.
Das hermetisch dichte Gerät ist sehr robust und wiederverwendbar.
Die Länge der Neutronenemissionszone kann vom Kunden spezifiziert werden. Die kürzeste brauchbare Länge ist 25mm. Eine gewöhnliche Länge ist 350mm. Längere Elektroden sind denkbar.
Typische Anwendungen könnten Online Analysen von Schüttgut oder die Überwachung chemischer Prozesse sein.
Gamma-Detektoren
Schütgut auf einem Förderband
Lineare Neutronenemissionszone
Eine wesentliche Eigenschaft unserer Technologie ist die sehr viel längere betriebliche Lebensdauer im Vergleich zu herkömmlichen Linearbeschleunigern und Radionuklidquellen. Wir messen Einsatzdauern in Jahren und nicht einigen hundert oder tausend Betriebsstunden. Das ist eine wichtige Voraussetzung für industrielle Anwendungen. Es gibt kein Feststofftarget, das abgenutzt werden und zum Versagen der geschlossenen Reaktorkammer führen kann. Der Verlust von Deuterium ist der Hauptgrund zur Wartung eines stark genutzten Gerätes.
Wir sind stolz darauf, dass unser Neutronengenerator die längste Lebensdauer seiner Klasse besitzt. Im Dauertest des Mk0 konnten 7.000 Betriebsstunden leicht erreicht werden. Daher werden wir ca. 20.000 Stunden Lebensdauer anbieten können. Dagegen liegt die Lebensdauer unserer Konkurrenten bei 3.000 bis 4.000 Stunden.
Die Neuentwicklung des Mk1 hat uns gezeigt, dass die verbesserten alterungsmindernde Eigenschaften, die von uns entwickelt worden sind, in der Tat auch die Lebensdauer erhöhen. Später konnten wir einen beschleunigten Lebensdauertest durchführen. Dabei benutzten wir für die Kathode ein Metall mit relativ hohen Dampfdruck. Es verdampfte teilweise und die Metallabscheidungen konnten den Neutronengenerator nicht stoppen. Deshalb sind wir zuversichtlich, dass ein Lebenszyklustest problemlos 25,000 Stunden oder mehr zeigen wird. Dies ist unerlässlich für wirtschaftlich brauchbare Systemlebenszykluskosten.
Wir haben einen vollautomatischen Algorithmus für das Regelystem entwickelt, der schon im Mk0 Lebensdauertest Verwendung fand. Die neue Ausführung hat noch weitere Vorbesserungen. Die neue vollautomatisierte Steuerung regelt Instabilitäten und stellt einen konstanten Neutronenfluss sicher.
Diese technische Neuerung erlaubt den Ersatz von Isotop-Neutronenquellen. Dieser vollautomatisierte, strombetriebener Neutronengenerator stellt eine neue Klasse von Neutronquelle dar, die weder ein Radionuklid noch ein Beschleuniger ist für dessen Betrieb speziell ausgebildete Techniker benötigt werden. Dies könnte für etwas Verwirrung der Strahlenschutzbehörden sorgen. Er kann leicht in Systeme integriert werden, die Strahlenschutzanforderungen für den unbeaufsichtigten Dauerbetrieb in industriellen Einsatzgebieten erfüllen können.
Der Neutronengenerator kann in verschiedenen Gehäuseformaten eingebaut werden, um OEM-Anforderungen gerecht zu werden.
Einzelgeräte für Labore und Prototypanforderungen können individuell entwickelt werden.
Das Hochspannungsnetzteil wird in einen 19"-Schrank eingebaut.
Die Zentralsteuerungseinheit kann in einen 19"-Schrank oder in ein Gehäuse, wie auf den Bildern des Prototypen dargestellt, eingebaut werden.
Siehe “Geometrie”
Der Neutronengenerator wird günstig und zuverlässig durch Luft gekühlt.
In zukünftigen Systemen mit höherer Leistung können auch geeignete Flüssigkeitskühlsysteme eingesetzt werden.
Siehe “Leistung”.