Fusion in hochdichtem Deuterium

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Fusion in hochdichtem Deuterium

• Dr. Steinbock, Schulstr. 29
• 76351-Linkenheim-Hochstetten
• lothar_at_sibex.de

Inhalt Holmlids HDD-Veröffentlichung und
Pressekonferenz von 2009 Fusionsreaktionen D-D,
D-T, D-3He, p-11B, Vorteile-Nachteile aktueller
Stand der Fusion ITER, NIF, HiPer,
?-Fusion Holmlids Arbeiten Rydberg-Materie,
Erzeugung, Eigenschaften Bose-Einstein-Kondensati
on (BEC) SL, HeII, Alkali-BEC, DBEC Erzeugung
Hochdichtes Deuterium KFeO2-Katalysator,
D(1)--gtD(-1), Theorien von Winterberg und
Bedaque, Experimente von Holmlid
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Presseerklärung von Prof. Holmlid am April 28,
2009 Ultra-dense deuterium may be the nuclear
fuel of the future A material that is a hundred
thousand times heavier than water and more dense
than the core of the Sun is being produced at the
University of Gothenburg. The scientists working
with this material are aiming for an energy
process that is both more sustainable and less
damaging to the environment than the nuclear
power used today. Imagine a material so heavy
that a cube with sides of length 10 cm weighs 130
tonnes, a material whose density is significantly
greater than the material in the core of the Sun.
Such a material is being produced and studied by
scientists in Atmospheric Science at the
Department of Chemistry, the University of
Gothenburg.
The photograph shows an experiment in which dense
deuterium is irradiated by a laser. The white
glow in the container in the centre of the
photograph is from deuterium. Photo Leif
Holmlid. Literaturecherche Rydberg matter,
Bose-Einstein-condensate, hyper dense Deuterium,
KFeO2 ?
3
Bindungsenergien
Aus http//www.leifiphysik.de/web_ph12/umwelt_tech
nik/11fusion/binden002.gif Fusionsreaktionen
setzen mehr Energie pro Masse frei als die
Spaltung von Uran
4
Fusionsreaktionen
DD hat einfachen Ausgangsstoff aber
Neutronenaktivierung und höhere
Energieschwelle DT hat 4-fache Energie gegenüber
dd, geringste Energieschwelle, knappe
Ausgangsstoffe (T,Li) n Bp hat sehr hohe
Energieschwelle, gute Rohstoffbasis und ist fast
neutronenfrei Plasmatemperatur kT ??
eV Neutronenausbeute ? Aktivierung http//www.le
ifiphysik.de/web_ph12/umwelt_technik/11fusion/wirk
_quer_fus2.gif
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Brennstoffe,Temperaturen, Dichten und
Einschlußzeiten für Fusionsreaktoren

• LiD in H-Bombe, 107K, 1023/cm3, ? ns
• ITER-Plasma, 107K, 1014/cm3 , 1000 s
• D2_flüssig für ICF 22K, 1022/cm3, 3 ns
  (NIF)
• ?-Fusion, 22K, 1022/cm3 , 2,2 ?s
• D(-1) (Holmlid), 500 K, 1029/cm3, (5 ns)
• Lawson-Kriterium ne\?E gt (12kT)\(????
• Für DD 1014 s/m3 für DT 5x1012
  s/m3
• 1014/102910-15? für D(-1) reichen fs-Laser zur
  Zündung

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Trägheitsfusion mit Lasern (NIF)
Innenansicht der Fusionskammer der
National Ignition Facility www.crisisfronts.org/..
./10/NIF_Interior.jpg
192 Laser (18,75 kJ pro Strahl) heizen in einem
Goldzylinder eine feste 2 mm DT-Kugel auf Bild
aus thefutureofthings.com/.../ignition-process.jp
g
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Myonische Fusion
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Fermi- und Bose-Teilchen

• In der Mikrowelt
• - sind Teilchen ununterscheidbar
• - wird die Bahn durch eine komplexwertige
  Wellenfunktion ? aib ersetzt. Das Quadrat ???
  ist die Aufenthaltswahrscheinlichkeit.
• Eigenschaften der Wellenfunktion für 2 Teilchen
  bei Vertauschung
• ??r??r????????r2?r1????Fermion ? Besetzungsdichte
  lt2
• ??r??r????????r2 ?r1????Boson ? Besetzungsdichte
  ltoo
• Bose-Einstein-Condensationkollektives Verhalten
  von Bosonen im Grundzustand Elektronenpaare ? SL
• 4He ? Suprafluidität lt 2,12K, 3He ? SF lt ?K,
• 7Li, 23Na ,41K, 87Rb,.. ? kalte Quantengase

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Bose-Einstein-Kondensation

• Gasatome im Eierkarton-Potential (gekreuzte
  Laserfelder)
• Besetzungsdichte lt2 für Fermionen, 0-oo für
  Bose-Teilchen
• Alkali-Atome im
  Laserfeld

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Bose-Einstein-Condensate mit Metallgasatomen
(BEC)

• 7Li, 23Na, 41K, 52Cr, 85Rb, 87Rb, 133Cs , 174Yb
  sind Bosonen.
• Nobelpreis 2001 Cornell, Ketterle, Wieman für
  BEC von Rb und Na
• Li-BEC (http//physics.aps.org/story/v2/st22)

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BEC mit Wasserstoff?
Bose-Einstein Condensation of Atomic
Hydrogen Dale G. Fried, Thomas C. Killian, Lorenz
Willmann, David Landhuis, Stephen C. Moss, Daniel
Kleppner, and Thomas J. Greytak Phys. Rev. Lett.
81, 3811 (1998) Published November 2, 1998 The
peak condensate density is 4.81.11015cm-3,
corresponding to a condensate population of 109
atoms. The BEC transition occurs at about T
50µK and n 1.81014cm-3. HBEC ist dichter als
ITER-Plasma! Fragen Sind alle 109 Protonen am
gleichen Ort? Warum findet keine Fusion statt?
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Conductive dense hydrogen,(in a diamond anvil
cell) M.I.Eremets, I.A.Troyan, MPG-Chemie in
MainzNature Materials 13.11.2011
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• The phases of deuterium at extreme densities
• Paulo F. Bedaque, Michael I. Buchoff and Aleksey
  Chermanz, Maryland Center for Fundamental Physics
• Extrakt.....the deuterons at zero temperature
  will crystallize into a lattice. The temperature
  at which the crystal melts scales as a0Tcrys
  1/180??(a0/l) ), where ? is the electromagnetic
  coupling constant.
• On the other hand, the deuterons Bose-condense at
  temperatures below a0Tcond 4?2/3 (Ma0)-1
  (a0/l)2, where M is the deuteron mass 2.
  Therefore, at high enough densities (l lt a0),
  there is a range of temperatures T, Tcrys lt T lt
  Tcond, where a quantum liquid of deuterons should
  form. Since deuterons are charged bosons, the
  quantum liquid will be a superconducting
  superfluid....
• ) l interparticle distance, a0
  Bohrscher Radius
• Quanten-Elektrodynamik
• für DBEC
• http//arxiv.org/PS_cache/arxiv/pdf/1007/1007.1972
  v2.pdf (2010)

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Phasendiagramm von DBEC nach Bedaque
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Rydberg-Atome und -Materie

• Wasserstoffatom-Linienspektrum
• 1/? Ry(1/n12 -1/n22), n1,..100.
  RyRydbergkonstante
• ?
  Balmer-Linien
• Atom mit
  Rydberg-
• Elektron
  und 2tes
• 
  eingefangenes
• Atom auf
  dem
• Radius der
• Rydbergbahn
• Unten
  Wellen-
• 
  funktionDichte

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Kondensierte Rydbergmaterie
n d (nm) D (cm-3) 1 0.153 2.81023 4 2.45
5 3.84 6 5.52 10 15.3 2.81017 40 245
80 983 100 1534 2.81011 Bilder und
Tabelle aus Wikipedia über Rydbergmaterie
(Holmlid), Oben links K19,H19 oder
D19-Pizza H(1)n und D(1)n haben metallische
Leitungsbänder Unten links Elektronendichte und
Potential
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Rydberg-Materie

• Bindungsmechanismus im Rydberg-Molekül
• http//www.internetchemie.info/news/2009/apr09/ryd
  berg-molekuele.html

Barry Dunning und seinen Mitarbeitern an der Rice
University in Houston ist es nun gelungen
Kaliumatome in Rydbergzustände zu versetzen. Der
Radius der Elektronen"bahnen" betrug ca. 1 mm,
d.h. diese Atome könnte man mit dem bloßen Auge
beobachten (falls sie undurchsichtig wären).
R M W van Bijnen et al 2011 J. Phys. B At. Mol.
Opt. Phys. 44 184008 doi10.1088/0953-4075/44/18/1
84008 Adiabatic formation of Rydberg crystals
with chirped laser pulses
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KFeO2, Katalysator für die Styrol-SyntheseExtrakt
e aus Dissertation von Yvonne Joseph (2001)
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TOF-MS von Münzrollen-Protium

• KFeO2-Emitter in 5x10-8 mbar
• Spannung gegen Catcher Foil
• Nd-YAG-Laser, 532nm, 5 ns

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TOF-MF-Spektren für HN
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Coulomb-Explosionen (CE)

• http//de.wikipedia.org/wiki/Coulomb-Explosion
• Die Coulomb-Explosion ist ein Verfahren, bei dem,
  z. B. durch einen gebündelten Laserstrahl, ein
  festes Material in den Plasmazustand übergeht
  Das Photonenfeld befreit die Elektronen aus der
  Bindung und die Kerne streben aufgrund der
  Coulomb-Abstoßung auseinander.

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Münzrollen-Wasserstoff aus H7-Münzen
Stapeln von H7 bzw. D7-Clustern an der Oberfläche
von KFeO2 Auslösen von neutralen oder geladenen
Clustern (H7)3 mit einem
Nd-YAG-Laserpuls (0,1J, 5 ns)
23
Bindungsenergien von HN

• In einer Coulomb-Explosion wird die
  elektrostatische Energie
• der Kerne frei W e2 /4??0d
• Daraus kann der Bindungsabstand berechnet werden.
• Für (H7)3 ist die gemessene TOF 2,49 ms bei
  500V.
• Daraus folgt 9,4 eV kinetische Energie.
• Damit berechnet Holmlid einen Kernabstand von 152
  pm.
• Das ist der 3-fache Bohrsche Radius.

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Efficient source for the production of ultradense
deuterium D(-1) for laser-induced fusion
(ICF)Patrik U. Andersson, Benny Lönn, and Leif
Holmlid
25
Kinetic Energy Release (KER) of D(-1)
The CE fragmentation processes in the material
D(-1) indicate a common KER of 630 eV. This
means an interatomic distance of 2.3 pm and
a Density of 130000 gram/cm3
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Bildung von D(-1) durch Wirbelbildung der
Rydbergelektronen nach Winterberg
the ultradense state is a tower of piled up
deuterium Rydberg atoms. Since under normal
conditions it is not possible to have a
configuration where the deuterons move around the
electrons, this points into the direction of a
large effective mass for the electrons, possible
if the electron fluid forms vortices, because
vortices have a large effective mass.
27
Apparatur zum Nachweis der Fusion von Deuterium
im Zustand D(-1)
28
Fusionsausbeute als Funktion der Laserleistung
29
Fusionsausbeute als Funktion der Laserleistung
30
Verteilung der Fusionsprotonen mit kT 8 keV
31
HDD-Generation im magnetischen Feld
Ultra-dense deuterium D(-1) is predicted to be a
superconductor type-II at room temperature. Here
we show that a magnetic field stronger than
approximately 0.05 T prevents the formation of,
and even removes the D(-1) material from the
magnetic field. The observed lifting of the
clusters from the magnet surface agrees with
theory for the Meissner effect. Each chain or
bead cluster of D(-1) probably contains a central
vortex, and it will have electrons with large
orbits in the superconductive state. The
experiments show strong magnetic effects and in
the Coulomb explosion spectra, D(-1) is missing
completely in amagnetic field stronger than 0.05
T.
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Holmlids Conclusion
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Holmlids Meinung zu DBEC Dear Dr. Steinbock, I
agree with what you say and from a theoretical
point of view you may be right that one is
expecting BEC at these densities in deuterium. I
am certainly not a specialist in that
field. However, there is proof from the
experiments that the condensation is not mainly
due to BEC as I wrote to you. Some of that
information is not yet published. The forms of
D(-1) suggested by Winterberg in the form of
"towers" of bound deuterium atoms have neither
been identified experimentally. Maybe BEC exists
for D(-1) but only gives a small contribution to
the bonding. Since the d-d bonds are stronger
than p-p in p(-1) this may be the case. It seems
difficult to extract bond energies etc. from BEC
theory. Thus, I cannot on experimental grounds
support the view that BEC is responsible for the
bonding in D(-1). Best regards, Leif Holmlid
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Hochdichtes Deuterium, Zusammenfassung

• Herstellung aus kondensiertem Rydberg-Deuterium
• Dichte von D(-1) bei 200 130000g/cm3
• Suprafluid supraleitend bei Raumtemperatur
• Coulombenergie pro Deuteron 630 eV
• Metastabil bis 500K
• Zündfähig mit Nd-YAG-Laserpuls 0,1J, 5 ns
• Gemessene Fusionsprotonen mit 8 keV mittlerer
  Energie

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Publikationen von anderen Autoren

• The phases of deuterium at extreme densities,
  Bedaque, Paulo F. Buchoff, Michael I. Cherman,
  Aleksey, Journal of High Energy Physics, Volume
  2011, article id. 94
• Ultradense deuterium, F. Winterberg - Journal of
  fusion energy, 2010 Springer
• Conductive dense hydrogen, M.I.Eremets,
  I.A.Troyan, MPG-Chemie in Mainz,Nature Materials
  13.11.2011
• Bose-Einstein Condensation of Atomic Hydrogen,
  Dale G. Fried, Thomas C. Killian, Lorenz
  Willmann, David Landhuis, Stephen C. Moss, Daniel
  Kleppner, and Thomas J. Greytak, Phys. Rev. Lett.
  81, 3811 (1998)
• Metastability of the condensed state of excited
  atoms, Manykin, E. A. Ozhovan, M. I. Poluektov,
  P. P., Ukrainskii Fizicheskii Zhurnal (ISSN
  0503-1265), vol. 34, Jan. 1989, p. 146-153. In
  Russian

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Holmlids Arbeiten über Rydbermaterie
(http//www2.chem.gu.se/holmlid/features.html
The research results from the group are concerned
with several different aspects of Rydberg species
and Rydberg Matter. The first publication
identifying Rydberg species in our experiments
was published 1989, the first report on large
Rydberg clusters (later concluded to be RM
clusters) was published in 1991, and the first
results on RM are also published 1991. The first
publication mentioning RM in the title is from
1992.
125. J. Wang and L. Holmlid, "Planar clusters of
Rydberg Matter KN (N 7, 14, 19, 37, 61)
detected by multiphoton fragmentation
time-of-flight mass spectrometry". Chem. Phys.
Letters 295 (1998) 500-508
178. L. Holmlid, "Clusters HN (N 4, 6, 12)
from condensed atomic hydrogen and deuterium
indicating close-packed structures in the
desorbed phase at an active catalyst surface".
Surf. Sci. 602 (2008) 33813387
150. S. Badiei and L. Holmlid, "Stimulated
emission in Rydberg Matter - a thermal
ultra-broadband tunable laser". Chem. Phys. Lett.
376 (2003) 812-817
37
Publikationen von L. Holmlid

• 204. P.U. Andersson, L. Holmlid, and S.R.
  Fuelling, "Search for superconductivity in
  ultra-dense deuterium D(-1) at room temperature
  depletion of D(-1) at field strength gt 0.05 T".
• J. Supercond. Novel Magn. accepted
• 203. P.U. Andersson and L. Holmlid, "Cluster ions
  DN ejected from dense and ultra-dense deuterium
  by Coulomb explosions fragment rotation and D
  backscattering from ultra-dense clusters in the
  surface phase".
• Int. J. Mass Spectrom. (2011) in print. DOI
  10.1016/j.ijms.2011.11.004
• 202. L. Holmlid, "Experimental studies of
  clusters of Rydberg matter and its extreme dense
  forms". Invited review.
• J. Cluster Sci. (2012) in print. DOI
  10.1007/s10876-011-0417-z.
• 201. P.U. Andersson and L. Holmlid, "Fusion
  generated fast particles by laser impact on
  ultra-dense deuterium rapid variation with laser
  intensity".
• J. Fusion Energy (2011) in print. DOI
  10.1007/s10894-011-9468-2.
• 200. L. Holmlid, "Sub-nanometer distances and
  cluster shapes in dense hydrogen and in higher
  levels of hydrogen Rydberg Matter by phase-delay
  spectroscopy".
• J. Nanopart. Res. (2011) 13 (2011) 5535-5546. DOI
  10.1007/s11051-011-0543-4...
• 198. L. Holmlid, "Deuterium clusters DN and mixed
  K-D and D-H clusters of Rydberg Matter high
  temperatures and strong coupling to ultra-dense
  deuterium".
• J. Cluster Sci. (2012) in print. DOI
  10.1007/s10876-011-0387-1.
• 197. L. Holmlid, "High-charge Coulomb explosions
  of clusters in ultra-dense deuterium D(-1)".
• Int. J. Mass Spectrom. 304 (2011) 5156. doi
  10.1016/j.ijms.2011.04.001.
• 196. P.U. Andersson and L. Holmlid, "Superfluid
  ultra-dense deuterium D(-1) at room temperature".
• Phys. Lett. A 375 (2011) 13441347.
  doi10.1016/j.physleta.2011.01.035.