ES2727006B2

ES2727006B2 - NUCLEAR FUSION REACTOR BY AVALANCHE OF MAGNETICALLY CONFINED REACTIONS

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Publication number: ES2727006B2
Application number: ES201930528A
Authority: ES
Inventors: Penalosa José María Martinez-Val; Eliezer Shalom
Original assignee: Universidad Politecnica de Madrid
Current assignee: Universidad Politecnica de Madrid
Priority date: 2019-06-11
Filing date: 2019-06-11
Publication date: 2020-09-22
Anticipated expiration: 2039-06-11
Also published as: ES2727006A1

Description

DESCRIPCIONDESCRIPTION

REACTOR DE FUSION NUCLEAR POR AVALANCHA DE REACCIONES CONFINADAS NUCLEAR FUSION REACTOR BY CONFINED REACTIONS AVALANCHE

MAGNÉTICAMENTEMAGNETICALLY

SECTOR DE LA TÉCNICATECHNICAL SECTOR

La presente invención pertenece al sector de la generación de energía y tiene por objeto aparatos ideados para producir reacciones de fusión nuclear, y en particular a los que pueden producir más energía, a partir de dichas reacciones, que la energía consumida para hacer funcionar el aparato.The present invention belongs to the energy generation sector and its object is devices designed to produce nuclear fusion reactions, and in particular those that can produce more energy, from said reactions, than the energy consumed to make the device work. .

ANTECEDENTES DE LA INVENCIONBACKGROUND OF THE INVENTION

El estado de la técnica lo definen las investigaciones de fusión nuclear, tanto de confinamiento magnético como de confinamiento inercial.The state of the art is defined by nuclear fusion research, both magnetic confinement and inertial confinement.

En ambos casos se trata de reacciones termonucleares, es decir, aquéllas en los que los reactivos que provocan la fusión, están en equilibrio térmico con el plasma subyacente. Eso obliga a que la temperatura sea muy alta, de una decena de kilo-electrón-voltio, que es una unidad energética que en temperatura tiene la siguiente equivalencia, en números redondos: 1 electrón-voltio (1eV) equivale a 11.000 K (Kelvin).In both cases, they are thermonuclear reactions, that is, those in which the reactants that cause fusion are in thermal equilibrium with the underlying plasma. This forces the temperature to be very high, a ten kilo-electron-volt, which is an energy unit that in temperature has the following equivalence, in round numbers: 1 electron-volt (1eV) is equivalent to 11,000 K (Kelvin ).

En la invención que se presenta, las reacciones nucleares son producidas por núcleos con gran energía cinética, superiores al kilo-electrón-voltio, muy por encima de la energía característica del medio circundante donde se dan las reacciones, que será muy inferior al electrón-voltio. Esto se denomina reacciones supratérmicas. Esto hace que los antecedentes de la invención no sean propiamente tales, porque obedecen a otro concepto de base. No obstante, los arrollamientos eléctricos para configurar campos magnéticos y los láseres que se emplean en las diversas líneas de investigación en confinamiento inercial, son ya conocidos; pero la invención no radica en esos dispositivos físicos, sino en el uso que se les da, para conseguir el objetivo buscado, que es extraer energía neta del núcleo atómico, mediante reacciones de fusión. In the invention presented, nuclear reactions are produced by nuclei with high kinetic energy, greater than one kilo-electron-volt, well above the characteristic energy of the surrounding medium where the reactions take place, which will be much lower than the electron. volt. This is called suprathermic reactions. This means that the antecedents of the invention are not properly such, because they obey another basic concept. However, the electrical windings to configure magnetic fields and lasers that are used in the various lines of research in inertial confinement are already known; But the invention does not lie in these physical devices, but in the use that is given to them, to achieve the desired objective, which is to extract net energy from the atomic nucleus, through fusion reactions.

PROBLEMA TÉCNICO A RESOLVERTECHNICAL PROBLEM TO BE SOLVED

La presente invención está ideada para resolver el ya mencionado problema de hacer rentable, energéticamente hablando, un reactor de fusión nuclear.The present invention is designed to solve the aforementioned problem of making a nuclear fusion reactor cost effective, energetically speaking.

El problema esencial es que los núcleos atómicos han de entrar en contacto para fusionarse, pues las fuerzas nucleares son de contacto, mientras que la repulsión coulombiana es de alcance infinito, pero tanto más fuerte cuanto más se acercan entre sí, las cargas del mismo signo.The essential problem is that the atomic nuclei have to come into contact in order to fuse, since the nuclear forces are contact, while the coulombian repulsion is infinite in scope, but the stronger the closer the charges of the same sign get closer to each other. .

Esto se resume en que hace falta dotar de mucha energía a los núcleos potencialmente reaccionantes, de decenas o cientos de kilo-electrón-voltio por núcleo, para que superen la repulsión coulombiana y puedan fusionarse.This boils down to the fact that potentially reacting nuclei need a lot of energy, tens or hundreds of kiloelectron-volts per nucleus, to overcome Coulomb repulsion and can fuse.

En la fusión se libera una importante cantidad de energía, del orden de miles de kiloelectrón-voltio por reacción, en forma de energía cinética de los productos, a los cuales se les ha de extraer esa energía, para alimentar con ella un aparato que produzca la energía utilizable para el ser humano. El método más común es el de crear un foco calorífico que alimente un ciclo termodinámico, en el cual la turbina accionará un generador eléctrico. En principio, la electricidad es la forma energética usada para hacer trabajar a los dispositivos de fusión, y el problema básico a resolver es construir un sistema del que se obtenga más energía eléctrica que la necesaria para hacerla funcionar, en la cual hay que contar, en general, con dos sumideros o gastos de energía: calentar el plasma, y confinarlo.In fusion, a significant amount of energy is released, of the order of thousands of kiloelectron-volts per reaction, in the form of kinetic energy of the products, from which that energy has to be extracted, to feed with it an apparatus that produces usable energy for humans. The most common method is to create a heat source that feeds a thermodynamic cycle, in which the turbine will drive an electric generator. In principle, electricity is the energy form used to make fusion devices work, and the basic problem to be solved is to build a system from which more electrical energy is obtained than is necessary to make it work, in which it is necessary to count, In general, with two sinks or energy costs: heat the plasma, and confine it.

En la invención se resuelve este doble problema porque la mayor parte del gas que llena el circuito no se calienta externamente, sino que está frío y se calienta, sin llegar a plasma, por la energía depositada por los productos de las reacciones de fusión.The invention solves this double problem because most of the gas that fills the circuit is not heated externally, but is cold and is heated, without reaching plasma, by the energy deposited by the products of the fusion reactions.

Y el confinamiento sólo tiene que actuar sobre una cantidad limitada de partículas (precisamente las producidas en las fusiones) de modo que el gasto de energía resulta muy moderado en comparación con los diseños conocidos de reactores de fusión termonuclear.And the confinement only has to act on a limited amount of particles (precisely those produced in the mergers) so that the energy expenditure is very moderate compared to the known designs of thermonuclear fusion reactors.

Queda una cuestión fundamental por resolver en la invención, y es el método para inducir las reacciones de fusión, pues termonuclearmente la tasa de reacciones va a ser irrelevante. Pero para eso se cuenta con una fenomenología física cuya realidad experimental y sus explicaciones teóricas han aparecido en estos últimos años, y es la generación de un haz de partículas supratérmicas, usualmente de protones, si el blanco inicial central es de hidrógeno. El haz se genera como consecuencia de la onda de choque cuasi relativista, que se forma en el blanco, al incidir en él un haz laser de muy alta intensidad (vatios por mm2 de sección recta) y muy alta potencia (vatios).There remains a fundamental question to be solved in the invention, and it is the method to induce fusion reactions, because thermonuclearly the reaction rate will be irrelevant. But for that there is a physical phenomenology whose experimental reality and its Theoretical explanations have appeared in recent years, and it is the generation of a beam of suprathermic particles, usually protons, if the initial central target is hydrogen. The beam is generated as a consequence of the quasi-relativistic shock wave, which is formed on the target, when a laser beam of very high intensity (watts per mm2 of straight section) and very high power (watts) hits it.

En el artículo de H. Hora, S. Eliezer, J.M. Martínez-Val y otros, “Road map to clean energy using laser beam ignition of proton-boron fusion” publicado en 2017 en la revista “Laser and Particle Beams”, en su volumen 35, páginas 730 a 740, se presentan peculiaridades físicas de este mecanismo supratérmico, y se proponen una serie de pasos para llevarlo a la realidad. Un paso que faltaba, y era esencial en esa prospectiva, es el de un diseño conceptual completo sobre estas ideas, adicionando los dispositivos complementarios que se necesiten, lo cual se presenta en esta invención.In the article by H. Hora, S. Eliezer, J.M. Martínez-Val and others, “Road map to clean energy using laser beam ignition of proton-boron fusion” published in 2017 in the magazine “Laser and Particle Beams”, in its volume 35, pages 730 to 740, presents physical peculiarities of this suprathermic mechanism, and a series of steps are proposed to bring it to reality. One step that was missing, and was essential in this prospective, is that of a complete conceptual design on these ideas, adding the complementary devices that are needed, which is presented in this invention.

EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓNEXPLANATION OF THE INVENTION

La invención se refiere a un reactor de fusión nuclear por avalancha de reacciones confinadas magnéticamente, caracterizado por que está provisto de:The invention relates to an avalanche nuclear fusion reactor with magnetically confined reactions, characterized in that it is provided with:

- un circuito cerrado, que comprende una rama horizontal superior, , una rama horizontal inferior, una pata vertical ascendente y una pata vertical descendente, en el cual la rama horizontal superior tiene una temperatura menor que la rama horizontal inferior y la pata vertical ascendente tiene una temperatura mayor que la pata vertical descendente circulando por dicho circuito un gas de alta densidad, por encima de 1 kg por metro cúbico, estando dicho gas compuesto de átomos cuyos núcleos son susceptibles de fusionarse con otros núcleos, como son los isótopos del hidrógeno, deuterio y tritio, entre sí, o son los propios núcleos de hidrógeno, que son protones, con los núcleos de boro 11, comprendiendo dicho circuito además :- a closed circuit, comprising an upper horizontal branch,, a lower horizontal branch, an ascending vertical leg and a descending vertical leg, in which the upper horizontal leg has a lower temperature than the lower horizontal leg and the ascending vertical leg has a temperature higher than the vertical descending leg, with a high-density gas circulating through said circuit, above 1 kg per cubic meter, said gas being composed of atoms whose nuclei are capable of fusing with other nuclei, such as hydrogen isotopes, deuterium and tritium, with each other, or are the hydrogen nuclei themselves, which are protons, with the boron nuclei 11, said circuit also comprising:

o una porción que consiste en una botella magnética, con dos bocas o cuellos de botella, uno en cada extremo de dicha porción, ubicada en la rama inferior;or a portion consisting of a magnetic bottle, with two bottle necks or mouths, one at each end of said portion, located on the lower branch;

o una porción que consiste en el circuito primario de un intercambiador de calor, ubicada en la rama superior y configurada para transferir la energía térmica del gas de alta densidad, a un fluido exterior; or a portion consisting of the primary circuit of a heat exchanger, located in the upper branch and configured to transfer the thermal energy of the high-density gas, to an external fluid;

o una porción que consiste en una derivación del circuito, configurada para crear un ramal paralelo a la pata fría del circuito, en el que se produce la retirada de productos de fusión acumulados, y la reposición del gas de alta densidad gastado,;or a portion consisting of a branch of the circuit, configured to create a branch parallel to the cold leg of the circuit, in which the accumulated fusion products are removed, and the spent high-density gas is replaced;

incluyendo cada uno de los cuellos de la botella magnética un espejo magnético, provisto de un arrollamiento eléctrico emplazado en la rama inferior del circuito; e incluyendo, la rama inferior del circuito, al menos un dispositivo de generación de pulsos de luz láser de alta intensidad y alta potencia, por encima del petavatio enfocado en menos de 1 milímetro cuadrado, provisto de una línea de colimación con una orientación transversal al eje longitudinal del circuito, estando dicho dispositivo de generación de pulsos de luz láser configurado para descargar los pulsos de luz láser a través de una ventana de apertura y cierre ultrarrápidos, con tiempos de apertura inferiores al nanosegundo, de tal forma que los pulsos de luz láser penetran en el interior del circuito a través de un canal cilindrico de generación de ondas de choque, llegando hasta la región central de la botella magnética,each of the necks of the magnetic bottle including a magnetic mirror, provided with an electrical winding located in the lower branch of the circuit; and including, the lower branch of the circuit, at least one device for generating pulses of high intensity and high power laser light, above the petawatt focused by less than 1 square millimeter, provided with a collimation line with an orientation transverse to the longitudinal axis of the circuit, said device for generating pulses of laser light being configured to discharge the pulses of laser light through an ultra-fast opening and closing window, with opening times of less than a nanosecond, in such a way that the light pulses lasers penetrate inside the circuit through a cylindrical shock wave generation channel, reaching the central region of the magnetic bottle,

Cuando el reactor de fusión nuclear según la presente invención está funcionamiento, el gas se mueve por convección natural, en sentido de ascender por la pata caliente, y bajar por la pata fría; para lo cual el foco caliente, que es el interior de la botella magnética, ocupa la posición más baja, mientras que el foco frío del circuito, que es el intercambiador de calor que transfiere la energía térmica del gas, a otro fluido, exterior, ocupa la rama superior; y para la puesta en marcha, se cuenta con el ramal de derivación paralelo a la pata fría, que cuenta con una máquina impulsora, activada por energía eléctrica.When the nuclear fusion reactor according to the present invention is operating, the gas moves by natural convection, in the direction of going up the hot leg, and down the cold leg; for which the hot focus, which is inside the magnetic bottle, occupies the lowest position, while the cold focus of the circuit, which is the heat exchanger that transfers the thermal energy of the gas, to another fluid, outside, occupies the upper branch; and for start-up, there is a bypass branch parallel to the cold leg, which has a driving machine, activated by electrical energy.

En una realización de la invención cada dispositivo de generación de pulsos de luz láser, está provisto de un sistema de inyección puntual de gas para la generación de ondas de choque, que aporta la necesaria cantidad de fluido, al canal donde incide el pulso láser, estando dicho fluido compuesto de material susceptible de generar proyectiles ionizados, como por ejemplo protones a partir de hidrógeno. In one embodiment of the invention, each device for generating pulses of laser light is provided with a punctual gas injection system for generating shock waves, which provides the necessary amount of fluid to the channel where the laser pulse hits, said fluid being composed of material capable of generating ionized projectiles, such as protons from hydrogen.

EX PLICACIÓN DE LAS FIGURASEXPLANATION OF THE FIGURES

La figura 1 representa una vista esquemática en alzado del circuito de la invención, con señalamiento de sus elementos o parte esenciales.Figure 1 represents a schematic elevation view of the circuit of the invention, indicating its essential elements or parts.

Para facilitar la comprensión de esta figura, y los modos de realización de la invención, a continuación se relacionan los elementos más relevantes de la misma:To facilitate understanding of this figure, and the embodiments of the invention, the most relevant elements of it are listed below:

1. Circuito del reactor1. Reactor circuit

2. Pared del circuito.2. Circuit wall.

3. Botella magnética.3. Magnetic bottle.

4. Arrollamientos eléctricos que generan la configuración de la botella magnética.4. Electric windings that generate the configuration of the magnetic bottle.

5. Generador de luz laser de muy alta potencia.5. Very high power laser light generator.

6. Pulso de luz láser.6. Pulse laser light.

7. Ventana de apertura y cierre ultrarrápidos, para permitir paso del pulso,7. Ultra-fast opening and closing window, to allow passage of the pulse,

8. Canal de generación de la onda de choque.8. Shock wave generation channel.

9. Región central de la botella magnética, en la rama inferior.9. Central region of the magnetic bottle, in the lower branch.

10. Pata caliente, por donde asciende el gas.10. Hot leg, where the gas rises.

11. Circuito primario del intercambiador, en la rama superior, por donde fluye el gas.11. Primary circuit of the exchanger, in the upper branch, through which the gas flows.

12. Circuito secundario del intercambiador, por donde fluye el fluido exterior, que capta el calor generado por el reactor.12. Secondary circuit of the exchanger, through which the external fluid flows, capturing the heat generated by the reactor.

13. Pata fría, por donde baja el gas.13. Cold leg, where the gas goes down.

14. Válvula de apertura y regulación del ramal de derivación de flujo frío.14. Valve for opening and regulating the cold flow bypass branch.

15. Ramal de derivación de flujo frío.15. Cold flow bypass branch.

16. Trampa fría para extracción de helio.16. Cold trap for helium extraction.

17. Eyección de helio.17. Helium ejection.

18. Aportación de reactivos (componentes del gas).18. Contribution of reagents (gas components).

19. Máquina impulsora de gas (con sus válvulas de apertura, no retorno y regulación). 19. Gas driving machine (with its opening, non-return and regulation valves).

20. Inyección puntual de gas para la generación de la onda de choque.20. Punctual injection of gas to generate the shock wave.

21. Válvula para dispensar el gas por la inyección (20)21. Valve to dispense gas by injection (20)

22. Cuellos de botella magnética 22. Magnetic bottlenecks

23. Fluido exterior, de extracción del calor23. External fluid, heat extraction

MODO PREFERENTE DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓNPREFERRED MODE OF EMBODIMENT OF THE INVENTION

Para materializar la invención es preciso disponer de los materiales necesarios, así como de los dispositivos señalados en la invención, particularmente los dispositivos láser y los arrollamientos de generación del campo magnético. Ambos existen ya en algunos de los laboratorios más avanzados en su especialidad; los de confinamiento magnético para los arrollamientos, pues son varios los que usan o han usado arrollamientos de los internacionalmente llamados “tándem mirrors”, que serían los aplicados aquí. Por su parte, hay varios laboratorios dedicados al estudio de la interacción láser-materia, que poseen láseres de la intensidad y potencia requerida.To materialize the invention it is necessary to have the necessary materials, as well as the devices indicated in the invention, particularly the laser devices and the windings for generating the magnetic field. Both already exist in some of the most advanced laboratories in their specialty; those of magnetic confinement for the windings, since there are several that use or have used windings of the internationally called “tandem mirrors”, which would be the ones applied here. For its part, there are several laboratories dedicated to the study of laser-matter interaction, which have lasers of the required intensity and power.

En cuanto a los materiales, hay dos esenciales:As for the materials, there are two essential:

- El que conforma la pared del circuito, que debe ser de buenas propiedades mecánicas (pues ha de soportar altas presiones, de una decena de megapascales, MPa, o incluso más) así como buenas propiedades ferromagnéticas, para evitar la difusión de las líneas del campo magnético más allá del recinto interno del circuito, que aloja a los arrollamientos en su interior; - El gas que rellena el circuito, cuya composición debe estar ajustada a la reacción de fusión que se quiere explotar. La reacción de mejores características es la protón y boro-11, que da como resultado 3 partículas alfa, y 8,7 MeV (megaelectrón-voltio) de energía liberada, por reacción. Al ser aneutrónica, no produce residuos radioactivos, y es totalmente limpia. En este caso el gas ideal es el diborano, de fórmula química B2H6, que reúne a los dos reactivos de la reacción, en la cual los núcleos de H (protones) hacen de proyectiles, pues se aceleran más fácilmente, que es lo que ocurre en las ondas de choque semirelativistas.- The one that makes up the wall of the circuit, which must have good mechanical properties (since it has to withstand high pressures, of ten megapascals, MPa, or even more) as well as good ferromagnetic properties, to avoid the diffusion of the lines of the magnetic field beyond the internal enclosure of the circuit, which houses the windings inside; - The gas that fills the circuit, whose composition must be adjusted to the fusion reaction to be exploited. The best characteristic reaction is the proton and boron-11, which results in 3 alpha particles, and 8.7 MeV (megaelectron-volt) of energy released, per reaction. Being aneutronic, it does not produce radioactive waste, and it is totally clean. In this case, the ideal gas is diborane, with the chemical formula B2H6, which brings together the two reactants of the reaction, in which the nuclei of H (protons) act as projectiles, as they accelerate more easily, which is what happens. in semi-relativistic shock waves.

Es importante explicar que el conjunto de partículas presentes en los reactivos y en los productos presentan una serie concatenada de fenómenos físicos que generan una reacción en cadena, en la cual, partiendo de una avalancha de protones con energía cinética individual superior a 600 keV, se produce un alto número de fusiones, con la consiguiente liberación de energía, que termina almacenándose en el gas de llenado, que termina adquiriendo una temperatura del orden de 1.000 K, es decir, 0,1 eV.It is important to explain that the set of particles present in the reactants and products present a concatenated series of physical phenomena that generate a chain reaction, in which, starting from an avalanche of protons with individual kinetic energy greater than 600 keV, produces a high number of mergers, with the consequent release of energy, which ends up being stored in the filling gas, which ends up acquiring a temperature of the order of 1,000 K, that is, 0.1 eV.

Curiosamente, sus núcleos atómicos constituyentes, son blancos perfectos para los proyectiles, que en la parte más alejada de la onda de choque, son producidos por colisiones inducidas por las partículas alfa generadas en la fusión nuclear.Curiously, its constituent atomic nuclei are perfect targets for projectiles, which in the part furthest from the shock wave are produced by collisions induced by alpha particles generated in nuclear fusion.

Adicionalmente hay que contar con las partículas alfa (núcleos de helio) que aparecen como productos de la reacción, y que en media tendrá una energía cinética de 2,9 MeV. Cuando una de estas alfas colisiona con un núcleo de hidrógeno en reposo, se modera la energía de la alfa hasta 1,05 MeV (en media) y el protón en reposo sale despedido con 1,85 MeV,Additionally, it is necessary to have the alpha particles (helium nuclei) that appear as products of the reaction, and that on average will have a kinetic energy of 2.9 MeV. When one of these alphas collides with a hydrogen nucleus at rest, the energy of the alpha is moderated to 1.05 MeV (on average) and the proton at rest is fired with 1.85 MeV,

Estas partículas siguen a su vez interaccionando, y en concreto la alfa de 1,05 MeV puede colisionar con otro protón en reposo, y emergen de la reacción la alfa con unos 375 keV y el protón con unos 670 keV. Este protón es especialmente útil, por su energía, para inducir una fusión, al chocar con un núcleo de boro 11 en reposo. De esta manera que podríamos llamar resonante entre fenómenos, se puede multiplicar por un valor muy alto el número de fusiones, desde la primera hornada creada como consecuencia de la onda de choque.These particles in turn continue to interact, and specifically the 1.05 MeV alpha can collide with another proton at rest, and the alpha with about 375 keV and the proton with about 670 keV emerge from the reaction. This proton is especially useful, due to its energy, to induce a fusion when it collides with a boron 11 nucleus at rest. In this way that we could call resonant between phenomena, the number of fusions can be multiplied by a very high value, from the first batch created as a consequence of the shock wave.

E integrando todos los fenómenos, el destino final es calentar el gas de llenado (diborano, en este caso) que a su vez será el calor transferido en el intercambiador de la rama superior.And integrating all the phenomena, the final destination is to heat the filling gas (diborane, in this case) which in turn will be the heat transferred in the exchanger of the upper branch.

El mecanismo iniciador de todo el proceso es la interacción del laser con la materia, en las condiciones para crear una fuerte onda de choque, que fundamentalmente se resumen en contar con una intensidad superior a 1021 vatios por centímetro cuadrado. Hoy día se cuenta con láseres de 1022 W/cm2, que mejoran aún más el efecto multiplicativo de la avalancha. El resto de parámetros del pulso laser que se requieren para lanzar una onda de choque semirelativista son:The initiating mechanism of the whole process is the interaction of the laser with the matter, under the conditions to create a strong shock wave, which basically boils down to having an intensity greater than 1021 watts per square centimeter. Today 1022 W / cm2 lasers are available, which further enhance the multiplicative effect of the avalanche. The rest of the parameters of the laser pulse that are required to launch a semi-relativistic shock wave are:

Potencia media en el pulso= 1015 vatiosAverage power in pulse = 1015 watts

Duración del pulso= 10-13 segundos Pulse duration = 10-13 seconds

Energía por pulso= 100 juliosEnergy per pulse = 100 joules

Frecuencia del pulso láser= superior a 1 Hz (cifras adecuadas estarían entre 10 y 100 Hz, pero también depende de cuantos dispositivos se pongan alrededor de la botella magnética. Por ejemplo, si son 5, y cada uno funciona 20 pulsos por segundo, se producirían 100 ondas de choque en un segundo, que tendrían en total una potencia próxima a 10 kW.Frequency of the laser pulse = greater than 1 Hz (suitable figures would be between 10 and 100 Hz, but it also depends on how many devices are placed around the magnetic bottle. For example, if there are 5, and each one works 20 pulses per second, they would produce 100 shock waves in one second, which would have a total power close to 10 kW.

En cuanto a la energía total generada, téngase en cuenta que en una fusión de este tipo, se consumen unos 650 keV para inducir la reacción, y se obtienen 8,7 MeV, que es un factor de amplificación de 13, pero no es el único que hay que contar. Más importante es la amplificación del número de partículas proyectil, por protón generado. Esto enlaza con lo descrito anteriormente sobre la cadena de reacciones de colisión, en la que el efecto multiplicativo está en que aparecen 3 partículas alfa por cada fusión, y cada una de ellas tiene una probabilidad apreciable de impactar contra un protón, transfiriéndole unos 650 keV, con lo cual puede inducir una nueva fusión, que a su vez origina 3 partículas alfa, de 2,9 MeV de energía cinética cada una.Regarding the total energy generated, keep in mind that in a fusion of this type, about 650 keV is consumed to induce the reaction, and 8.7 MeV is obtained, which is an amplification factor of 13, but it is not the only one to count. More important is the amplification of the number of projectile particles, per generated proton. This ties in with what was previously described about the chain of collision reactions, in which the multiplicative effect is that 3 alpha particles appear for each fusion, and each of them has an appreciable probability of impacting against a proton, transferring about 650 keV to it. , with which it can induce a new fusion, which in turn originates 3 alpha particles, each with 2.9 MeV of kinetic energy.

El punto a optimizar en un diseño concreto es la probabilidad de que un protón induzca una fusión, antes de que el material de fondo (el gas) provoque la moderación del protón, y no choque contra el boro-11 induciendo una reacción. Estos son aspectos que hay que precisar con detalle en los prototipos y máquinas completas que sigan estas prescripciones. The point to optimize in a specific design is the probability that a proton induces a fusion, before the background material (the gas) causes the proton moderation, and does not collide with the boron-11 inducing a reaction. These are aspects that must be specified in detail in prototypes and complete machines that follow these prescriptions.

Claims

1.- Nuclear fusion reactor by avalanche of magnetically confined reactions, characterized in that it consists of:

- a closed circuit (1), comprising an upper horizontal branch, a lower horizontal branch, an ascending vertical leg (10) and a descending vertical leg (13), in which the upper horizontal branch has a lower temperature than the branch The lower horizontal and the ascending vertical leg have a higher temperature than the descending vertical leg, a high-density gas circulating through said circuit, above 1 kg per cubic meter, said gas being composed of atoms whose nuclei are capable of fusing with other nuclei , as are the isotopes of hydrogen, deuterium and tritium, among themselves, or are the nuclei of hydrogen themselves, which are protons, with the nuclei of boron 11, said circuit also comprising:

or a portion consisting of a magnetic bottle (3), with two mouths or bottle necks (22), one at each end of said portion, located on the lower branch;

or a portion consisting of the primary circuit of a heat exchanger (11), located in the upper branch and configured to transfer the thermal energy of the high-density gas, to an external fluid (23);

or a portion consisting of a branch of the circuit, configured to create a branch (15) parallel to the cold leg of the circuit, in which the accumulated fusion products are removed and the spent high-density gas is replaced,

- each of the necks of the magnetic bottle including a magnetic mirror, provided with an electrical winding (4) located in the lower branch of the circuit;

- and including, the lower branch of the circuit, at least one device (5) for generating pulses of laser light (6) of high intensity and high power, above the petawatt focused by less than 1 square millimeter, provided with a line with an orientation transverse to the longitudinal axis of the circuit, said device for generating pulses of laser light being configured to discharge the pulses of laser light through an ultra-fast opening and closing window (7), with opening times less than nanosecond, in such a way that the pulses of laser light penetrate inside the circuit through a cylindrical shock wave generation channel (8), reaching the central region of the magnetic bottle (9),

2. Reactor according to claim 1, in which the magnetic bottle (3) occupies the lowest position and is configured as a hot spot in the circuit, while the heat exchanger (11) occupies the highest position and is configured as a cold focus of the circuit; and in which the bypass branch (15) parallel to the cold leg, is provided with a driving machine (19), activated by electrical energy.

3. Reactor according to claim 1, in which each device (5) for generating pulses of laser light (6) is provided with a punctual gas injection system (20) for generating shock waves, configured to contribute a gas containing hydrogen nuclei to the shock wave generation channel (8). .