MAGNETOHYDRODYNAMIK. - Magnetohydrodynamische Wandler einer neuen Art: Induktionsgeräte. Mitteilung (*) von Jean-Pierre Petit und Maurice Viton, vorgelegt von Herrn André Lichnérowicz. CRAS 1976.
...Ein neuer Typ eines scheibenförmigen MHD-Induktionsbeschleunigers mit Ionisationssteuerung wird vorgestellt. Mit einem autonomen Stromgenerator versehen, könnte diese Vorrichtung einen MHD-Aerodynen entstehen lassen. Eine Lösung, die es ermöglicht, das Plasma an der Wand einzuschließen, wird erwähnt.
...Ein neuer Induktions-MHD-Beschleuniger, scheibenförmig, mit gesteuerter Ionisation, wird vorgestellt. In Verbindung mit einem leichten und leistungsstarken elektrischen Generator könnte er zu einem MHD-Aerodynen werden. Lösungen zum Einschließen des Plasmas an der Wand werden angegeben.
Einleitung. In einer vorhergehenden Mitteilung (1) waren MHD-Wandler einer recht besonderen Geometrie beschrieben worden, die einen starken Hall-Effekt nutzen. Einige dieser Vorrichtungen sind derzeit Gegenstand von Experimenten.
...In der vorliegenden Mitteilung handelt es sich diesmal um einen MHD-Beschleuniger mit alternierendem Magnetfeld. Betrachten wir eine Scheibe aus einem isolierenden Material, die an ihrem Umfang mit einer von einem Wechselstrom durchflossenen Spule versehen ist (*Abb.*1). Die Änderung des Magnetfelds neigt dazu, kreisförmige induzierte Ströme in dem die Scheibe umgebenden Fluid zu erzeugen. Der Hall-Effekt wird als vernachlässigbar angenommen. Diese induzierten Ströme verbinden sich mit dem Momentanwert des Feldes B und ergeben radiale Kräfte, abwechselnd zentrifugal und zentripetal. Da das System symmetrisch ist, haben diese Kräfte nur eine radiale Rührwirkung, wobei das Integral der Bewegungsgröße über einen Zyklus null ist. Die Stärke des induzierten Stroms hängt vom Spitzenwert des Feldes B und von dessen Periode T ab. Unterhalb einer bestimmten Schwelle des Verhältnisses B/T bleiben diese induzierten Ströme schwach.
Beschleuniger mit Ionisationssteuerung. - Anders verhält es sich, wenn man die Wände der Scheibe mit einem beliebigen System versieht, das geeignet ist, eine Ionisation zu erzeugen (Abb.2). Dank dieser Vorrichtung kann man nun die Stärke der induzierten Ströme an jedem Punkt in der Nähe der Wand des Beschleunigers steuern. Modulieren wir nun die Speisungen der Ionisatoren gemäß Abbildung 3. Man begibt sich in Bedingungen, unter denen die Ionisations-Relaxationszeit klein gegenüber der Periode T des Feldes B ist.
...Es ist leicht zu erkennen, dass die radialen Laplace-Kräfte, wenn sie auftreten, in der oberen Umgebung der Scheibe zentrifugal und in der unteren Umgebung zentripetal sind. Die ionisierte Luft wird pulsierend beansprucht, und es kommt zu einer Fluidmitführung gemäß dem Schema von Abbildung 4.
MHD-Aerodyn. - Wenn dieser Beschleuniger über eine autonome elektrische Energiequelle verfügt, erhält man einen MHD-Induktions-Aerodynen mit Ionisationssteuerung. In einer vorhergehenden Mitteilung (1) war ein MHD-Motor erwähnt worden. Ein Zweitaktmotor, bei dem am Ende der MHD-Kompressionsphase im Inneren eines Gasgemischs Fusionsreaktionen auftraten. Das Plasma begann sich dann auszudehnen, wobei sich die Vorrichtung in dieser zweiten Phase als elektrischer Generator vom Hall-Typ verhielt.
Erwähnt sei ein kürzlicher Artikel von Ralph Moir (2). Dieser schlägt ebenfalls einen alternierenden MHD-Motor anderer Formel und offenbar einfacherer Bauart vor. Das wesentliche Element ist eine toroidale Kammer, die nichts anderes als ein Tokamak ist. Moir schätzt, dass die Lawson-Bedingungen in einer MHD-Kompression erreicht werden können, die für diesen Gerätetyp vom Theta-Pinch-Typ ist. Die Expansion des Fusionsplasmas komprimiert dann die Kraftlinien des Magnetfelds, und es erfolgt eine direkte Erzeugung elektrischen Stroms durch Induktion. Das Interesse dieser doppelten Formel – Aerodyn und durch Induktion arbeitender Motor – besteht darin, sich vom Durchgang starker Ströme durch Elektroden zu befreien.
Einschluss des Plasmas an der Wand. - Die Induktorspule des scheibenförmigen Beschleunigers liefert ein Magnetfeld, das an der Wand maximal ist. Der magnetische Druck wird daher dazu neigen, die Entladung von dieser weg wandern zu lassen. Will man die Lokalisierung der MHD-Wechselwirkung steuern, muss man zu einer Geometrie greifen, die ein Feldmaximum nicht an der Wand, sondern in deren Nähe ergibt. Dies kann durch eine Geometrie mit mehreren Spulen erreicht werden, wie in Abbildung 5 angegeben. Die Rechnung zeigt, dass die Magnetfeldstärke dann auf einer annähernd kegelförmigen Fläche maximal ist. Es empfiehlt sich, als Wand des Aerodyns eine Bahn orthogonal zu den Feldlinien zu wählen, so dass die Laplace-Kraft tangential zu dieser verläuft. Die Idee des MHD-Aerodyns stammt von Jean-Pierre Petit, die der einschließenden Geometrie mit mehreren Spulen von Maurice Viton.
(*) Sitzung vom 8. Dezember 1976
(1) J.P.Petit, Comptes rendus, 281, Serie B, 1975, S. 157
(2) R.Moir, Direct Conversion of Energy from Fusion, Bericht UCRL 76096 des Lawrence Livermore Laboratory, Kalifornien, USA.