Raw capture
DIRD 09 DIRD Inertial Electrostatic Confinement Fusion
==> picture [69 x 64] intentionally omitted <==
==> picture [98 x 18] intentionally omitted <==
| Preface•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••.vii |
|---|
| SectionIIIECBackgroundandBasics•••••••••••••••.••••.•••••••••••••••••.••.•••••..••.••.•••.•••••••.• 1 |
| lEeBackground•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 3 |
| IECBasi cs ............................III..........III..III..........................III•••III.................III.....III..III........III..............III5 |
| BussardHE PS(orPolywell)Concept••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••10 |
| BarnesNebelPenningTrap ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••10 |
| NebelPOPSDevice•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••10 |
| Miley's"IonInjected"Device•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••11 |
| ClosingRemarks................................................................................................12 |
| References................................................................................................................................................................................13 |
| SectionII.SelectExperiments•••••••••••••••••••••••••••••••.•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••14 |
| Closingcomments••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••20 |
| Refere ncas..............................II...................................................................................................'I............................................ .... ............20 |
| SectionIII.OtherGeometries......•.................•...•...........•...........•....................•....21 |
| CylindricalIECs.................................................................................................21 |
| Electrically-DrivenIECJetThruster..................................................................22 |
| RelationtoOtherPriorThrusters•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••23 |
| JETExtractionFromaSphericalIEC•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••24 |
| DescriptionoftheIECJetThruster••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••.•••••••••••••••••24 |
| ComparisontoaConventional"Plasma"Thruster........................................24 |
| JetExtraction•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••26 |
| ExperimentalJetDesignandPerformance...................................................26 |
| Scale-uptop-llBlECSpacePowerUnit/Thruster........................................28 |
| TheDipoleAssistedlEe(DaIEC)......11........................................................................29 |
| DAIECExperIments••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••11•••••••••••••••••••••••30 |
| Khachan'sStudiesatUofSydney••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••31 |
| ConcludingRemarks•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••I1.......... 111•••••••••••••••••••••••••••••••••••32 |
| References.,••••.••••...•••.•.••••..••••..•••.,••••••••••.•.••..••••••.••••.••..•••••••.•••..•.••••••••.•••..•••..•32 |
| SectionIV.lEeTheorv••••••••••••••••••••.•••••••••••••••••••••••••••.••••••••••••••••••••••••••••••••••••••.•34 |
|---|
| PotentialWellStructure............................................................. 111..........................38 |
| Tzonevetal.- DeepWellStudy•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••39 |
| Momotaetal.- StudyofVirtualElectrodeStructure........................................41 |
| Kim- StabilityAnalysis•.•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••.••••••••••41 |
| Rider- EnergyBalanceStudy•••••0•••••••••0•••0•••••0••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••43 |
| NeutronSourceSimulations••••••••••••••••••••••••••••••••.••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••44 |
| References••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••a,.•••••••••••••••••••••••46 |
| SectionV.PotentialApplications..........................................................................46 |
| Neutron/proton/XraySources•••••••••••••.•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••46 |
| IntegratedX-RayjNeutronSources•.•••••••••••.•••...•••..•••...••••••••••••.•••.••••.••••••.•••••47 |
| NuclearandChemicalExplosiveDetectionTechniques••••••••••••••••••••••••••••••••47 |
| OverviewforWeapons/NuclearMaterialSimulationArticles.......................48 |
| PuIsedPowerfortheInspectionStation......................................................49 |
| DesignoftheTotalIntegratedInterrogationSystem...................................50 |
| DetectorArrayandAnalysisSystem••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••52 |
| SpacePropulsion•••••••••••••••••••.••••••••••••••••••••••••••••••••••••.•••••••••••••••••••••••.•••••••••••••54 |
| Magnetically-ChanneledSphericallEeArray(MCSA)Concept.........................56 |
| RecirculationofRadialBeltCone Losses......................................................57 |
| RetrappingofAxial-LossParticles••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••58 |
| ConcludingRemarks••••••••••••••.•••••••••••••••••.••••.•••••.•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••S9 |
| References........................................................................................................ S9 |
| SectionVI.PossibleNextStepBreakevenExperiment.........................................60 |
| DemonstrationofNetEnergyGainusingIECAneutronicfusion......................60 |
| VisionofaFuturep_l1BFusionPlant..••.•••••••••••••••••.•••••••••••.•••••••••••••••.•••••••••••••61 |
| ProposedBreakevenExperiment••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••62 |
| ConcludingRemarks••••••••••••••.••••••••••••••...••••••.••••.•••••.••.••••••.••••••.•••••.•••••••.••.•••••64 |
| Figure | 1.1.AnUIUCSphericallEe•.••••••.•..••.••••••••••..••••..••••••••....••••••••~•.••..•.••••.•.....•1 |
|---|---|
| Figure | 1.2.IdealizedPotentialStructureCalculatedbyHirschforMonoenergetic |
| IonsWithNoAngularMomentum•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••.• 6 | |
| Figure | 1.3.DischargeModesinGriddedDevicesIdentifiedbyMiley•••••••••••••••••••••• 9 |
| Figure | 1.4.PhotoofStarModeSeenThroughaReactionVesselPortWindow••••••• 9 |
| Figure | 1.5.SchematicoftheUIUCRFGunInjectorforlEeExperiments••••••••••••••11 |
| Figure | 1.6.RFGunAttachedtoanIECChamberintheUIUCLaboratory••••••••••••••12 |
| Figure | 1.7.PhotoofCenterSpotFormation.........................................................12 |
| Figure | 2.1.The"Historic'"EarlylEeIonInjectionExperiment.............................14 |
| Figure | 2.2.NeutronRatesMeasuredWiththeIECNeutronRatesMeasuredWith |
| thelEeofFigure2.1Exceeded109DTnlsat150kV.........................14 | |
| Figure | 2.3.PhotographofaSTARModeDischarge•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••16 |
| Figure | 2.4.IECLandmineDetectionProjectatKyotoUniversity..........................17 |
| Figure | 2.5.SchemeforLandmineDetectionUsingaHybridMagnetronType |
| lEeNeutronSource••••••.•••••..•••...•••••.•••.••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••.•18 | |
| Figure | 2.6.3HeIonSourceforUsein3He-lHeFusionRateStudiesattheUOf |
| Wisconsin ••••••••••••.••••••••••••••••••••••••••.•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••.••..•19 | |
| Figure | 3.1.TwoTypesofCylindricallEes•••••••••••••••••••••.•••••••••••••••••••••••.•••••••••••••••22 |
| Figure | 3.2.letOperationalModeinExperimentalIECDeviceandJetSet-Up••••••24 |
| Figure | 3.3.IllustrationoftheIECJetThrusterExperimentShowingCentral |
| GridandTwoletGrids••••••.•••.••.•••••..••••••••••.•••..•.•.••••••.••••••••••••••••••••.••27 | |
| Figure | 3.4.DipoleReactorPropulsionScheme......................................................29 |
| Figure | 3.5.DipoleMagneticFieldandLayoutofDevices......................................30 |
| Figure | 3.6.ElectronDensityVs.DipoleMagnetFieldStrengthat25mtorr,20mA31 |
| Figure | 4.1.CrossSectionoftheExperimentalLayoutofthePFX-IExperiment••••34 |
| Figure | 4.2.DetailoftheAnodeandtheIonInjectionPortinPFX-I•••••••••••••••••••••35 |
| Figure | 4.3.PlotoftheQ-Value•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••.•••••••••.•••••.•••••••••••37 |
| Figure | 4.4.SketchofTwoOppositeLimitsoftheBeam-MaxwellianEquilibrium••38 |
| Figure | 4.5.TheDefinitionoftheDoubleWellDepth.............................................39 |
| Figure | 4.6.TheDefinitionoftheParallelandPerpendicularVelocitiesatthelEe |
| CathodeGrid......................................................................................39 | |
| Figure | 4.7.TheDoubleWellPotentialCalculatedWithIXLCode ...........................40 |
| Figure | 4.8.IonDensityProfileforPotentialWell.................................................40 |
| Figure | 4.9.TheD-DFusionReactionRateVersusCathodeCurrent......................40 |
| Figure | 4.10.PlotofGrowthRateofSphericallyConverging/DivergingIon-Beam |
| Instability...................................................... 11............ 11.........................42 | |
| Figure | 4.11.DiagramShowingEquipotentialSurfacesoftheIECCathodeGrid••4S |
| Figure | 4.12.ResultsforCalculationsforIonEnergyDistributions1stPass ••.•••••••45 |
| Figure | 5.1.BlockDiagramofthelEePulsedPowerSystem.................................49 |
| Figure | 5.2.Schematic(ViewFromTop)ofaBroadCoverageIECInspection |
| SystemforLuggageInspection•••••••••••••••••.••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••51 | |
| Figure | 5.3.FurtherIllustrationoftheIntegratedSystemforAirportluggage |
| Inspection...........................................................................................53 | |
| Figure | 5.4.FurtherIllustrationoftheIntegratedSystemforShipContainer |
| Inspection.•....••.....•..•.•....••..aa•••••••••••••11.11•••••••••••••••••••••••••••11•••••11•••••••••••53 | |
| Figure | 5.5.ImageofaFusionIISpaceship,a750-MWelEeFusion-Powered |
| MannedSpacecraftWithIonThrusterPropulsion.••••••••••••••••••••••••n...54 | |
| Figure | 5.6.ScaleSchematicofFusionShipII,a750-MWeIECFusion |
| Spacecraft••••.•••••••••.••.••.•.•.•..•.•••...•....••..•••••••••...•••..•••..•.•.•••••••••••.•••••.•55 | |
| Figure | 5.7.IllustrationofaThree-UnitMCSADevice.............................................57 |
| Figure | 5.8.DiagramofBelt-CuspFieldsandParticleRecirculation......................57 |
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| Parameter | If4:CIonThruster |
|---|---|
| Propellant | Xenon |
| Molecular Weight( alnu) | 131.3 |
| Specific Impulse(s) | 3000 |
| Thrust(mN) | 34 |
| JetPower(W) | 500 |
| Net acceleratingPotcntial(V) | 600 |
| Beam Currcnt(rnA) | 832 |
| Power Loss toarid(W) | ::;50 |
| Power Loss to Bresstrahlung Radiation(W) | <1 |
| Power loss to Ionizationof Propellant(W) | 200-250 |
| I nput Power(W) | 750-800 |
| Thruster Efficiency (%J) | 62-68 |
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| Analytical | BAFP (Chacon) | |
|---|---|---|
| With co-moving ions | Q,...,0.21 - Ref.4.1,Nevins | - |
| Without co-moving ions | Q,...,1.3- Ref.4.2_I_Chacon | Qrvl |
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System | System | System | System | System |
|---|---|---|---|---|
| Here, TNA andFNArepresentthermaland fast neutron activation, respectively. | ||||
TNA | FNA | X-ray | ||
| Element Identification | Element Density | |||
| Nitrogen | High | Medium | ||
| Carbon | VeryLow | VeryHigh | ||
| Oxygen | NA | High | - | |
| Hydrogen | VeryHigh | High | ||
| Chlorine | VeryHigh | High | ||
| ~~cIa~~Ratio | NA | High | ||
| Background Noise | High | Low | NA | |
| Imaging: geometry&localization information | Limited | PulsedFNA provides depth information | High resolution | |
| App I icati on | Smalls1.1itcase | Suitcase to cargo | Suitcase to cargo, not good for plastics ohjects | |
| Configuration | Complicated | Complicated | Simple | |
| Operation&Maintenance Cost | High | High | Low |
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| Table5.2.Compa | risonoflEeDe | sign and Magnet | ic Fusion Design |
|---|---|---|---|
| Fu~ionShipI | FusionShipn | SphericalTokamak | |
| OverallMass(,MetricT) | JOO | _~(K) | l690 |
| OveraULength(m.1 | l74 | 3fK) | 240 |
| \umberofcrew | 10 | HI | (1- l2 |
| ThrustPower(MW) | X6 | 75{) | 4X30 |
| Reactorgain | 4 | 9 | 73 |
| Reactorpower(MW) | 296 | 217~ | 7X95 |
| 'Ibrustsystem | Kryptonion | Argonion | I l] - magneticnozzle |
| Spedtlcimpulse(sec:,) | 16,()()O | 35.0(K) | 35,435 |
| Jupiternneway trip time(day:.,,) | 4(K) | 210 | 11M |
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==> picture [234 x 36] intentionally omitted <==