A feasibility study of fusion reactors based on accelerators is carried out. We consider a novel scheme where a beam from the accelerator hits the target plasma on the resonance of the fusion reaction and establish characteristic criteria for a workable reactor. We consider the reactions , and in this study. The critical temperature of the plasma is determined from overcoming the stopping power of the beam with the fusion energy gain. The needed plasma lifetime is determined from the width of the resonance, the beam velocity and the plasma density. We estimate the critical beam flux by balancing the energy of fusion production against the plasma thermo-energy and the loss due to stopping power for the case of an inert plasma. The product of critical flux and plasma lifetime is independent of plasma density and has a weak dependence on temperature. Even though the critical temperatures for these reactions are lower than those for the thermonuclear reactors, the critical flux is in the range of for the plasma density in the case of an inert plasma. Several approaches to control the growth of the two-stream instability are discussed. We have also considered several scenarios for practical implementation which will require further studies. Finally, we consider the case where the injected beam at the resonance energy maintains the plasma temperature and prolongs its lifetime to reach a steady state. The equations for power balance and particle number conservation are given for this case.
加速器に基づく核融合炉の実現可能性調査を実施する。我々は、加速器からのビームが核融合反応の共鳴において標的プラズマに衝突するという新しいスキームを検討し、実用可能な炉のための特性基準を確立する。本研究では、[化学式]および[化学式]の反応を考察する。プラズマの臨界温度は、核融合エネルギーの利得によってビームの阻止能に打ち勝つことから決定される。必要なプラズマ寿命は、共鳴の幅、ビーム速度、およびプラズマ密度から決定される。臨界ビーム束は、不活性プラズマの場合について、核融合生成エネルギーとプラズマ熱エネルギーおよび阻止能による損失とを釣り合わせることにより推定する。臨界束とプラズマ寿命の積は、プラズマ密度に依存せず、温度に対して弱い依存性を有する。これらの反応の臨界温度は熱核融合炉のものより低いが、不活性プラズマの場合、臨界束はプラズマ密度[数値]に対して[数値]の範囲にある。二流体不安定性の成長を制御するためのいくつかのアプローチについて議論する。また、さらなる研究を必要とする実際の実装のためのいくつかのシナリオを検討した。最後に、共鳴エネルギーでの入射ビームがプラズマ温度を維持し、その寿命を延ばして定常状態に達する場合を考察する。この場合の出力バランスと粒子数保存の式を示す。