BR112020024632A2 - dispositivo para a geração de uma descarga auxiliar filamentada para um dispositivo para a geração de irradiação de raios-x e irradiação de partículas, bem como para um reator de fusão com o dispositivo para a geração de irradiação de raios-x e irradiação de partículas e método para a geração de irradiação de raios-x e irradiação de partículas - Google Patents
dispositivo para a geração de uma descarga auxiliar filamentada para um dispositivo para a geração de irradiação de raios-x e irradiação de partículas, bem como para um reator de fusão com o dispositivo para a geração de irradiação de raios-x e irradiação de partículas e método para a geração de irradiação de raios-x e irradiação de partículas Download PDFInfo
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Abstract
A presente invenção refere-se a um
dispositivo para a geração de irradiação de raios-x e irradiação de
partículas por meio de fusão nuclear, compreendendo: um anodo (14) e um
catodo (12) que são separados um do outro por um isolador (16), e estão
dispostos coaxiais um ao outro, em que, o anodo (14) e os catodos (12)
estão dispostos, pelo menos parcialmente, em uma câmara do reator, e o
catodo (12) apresenta uma pluralidade de eletrodos do catodo (12); um
dispositivo de pré-descarga para a geração de uma pré-descarga que forma
uma ponte de baixa resistência através do isolador (16); um gás que
está contido na câmara do reator; uma fonte de pré-descarga elétrica, em
particular, com alta resistência interna que está ligada eletricamente
com o dispositivo de pré-descarga; e uma fonte de descarga elétrica que
está ligada eletricamente com o anodo (14) envolvido e o catodo (12), em
que, como resultado de uma descarga elétrica da fonte de descarga
elétrica é gerado um plasmóide denso envolvido magneticamente antes do
anodo (14) e disso é emitido um ou mais raios de íon, um ou vários
raios-x ou uma combinação dos mesmos.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para “DISPO- SITIVO PARA A GERAÇÃO DE UMA DESCARGA AUXILIAR FILA- MENTADA PARA UM DISPOSITIVO PARA A GERAÇÃO DE IRRA- DIAÇÃO DE RAIOS-X E IRRADIAÇÃO DE PARTÍCULAS, BEM CO-
PARTÍCULAS E MÉTODO PARA A GERAÇÃO DE IRRADIAÇÃO DE RAIOS-X E IRRADIAÇÃO DE PARTÍCULAS”. Estado da técnica
[001] A presente invenção em questão refere-se a um dispositivo para a geração de irradiação de raios-x e irradiação de partículas por meio de fusão nuclear, a um reator de fusão com um dispositivo para a geração de irradiação de raios-x e irradiação de partículas e a um mé- todo para a geração de irradiação de raios-x e irradiação de partículas. Em particular, o requerimento de patente se refere a um dispositivo para a geração de irradiação de raios-x e irradiação de partículas por meio de fusão nuclear, com um dispositivo para a geração de uma pré- descarga filamentada definida, em particular, de uma descarga lumi- nosa, um reator de fusão com um dispositivo para a geração de irradi- ação de raios-x e irradiação de partículas que apresenta um dispositi- vo para a geração de uma pré-descarga filamentada definida, em par- ticular, de uma descarga luminosa, e um método para a geração de irradiação de raios-x e irradiação de partículas, bem como de uma pré- descarga filamentada definida, em particular, de uma descarga lumi- nosa. Antecedentes da invenção
[002] Sem querer limitar a extensão da invenção, a invenção é descrita diante dos antecedentes de reatores de fusão. O crescimento do consumo de energia e as desvantagens dos combustíveis fósseis conduziram a uma procura por fontes de energia alternativas. Uma fonte de energia desse tipo é representada pela energia de fusão de reatores de fusão termonucleares, que representa uma fonte de ener- gia quase ilimitada. No entanto ainda existem desafios científicos e técnicos.
[003] Em geral, um reator de fusão apresenta combustível de fu- são que frequentemente é constituído de uma mistura de deutério e trítio, ou apresenta esses elementos, o qual é aquecido a uma tempe- ratura muito alta e é mantido por um certo tempo em um estado de plasma, o estado de plasma é gerado mediante o uso de energia elé- trica. O estado de plasma contém íons que apresentam energia sufici- ente para a fusão. Para a fusão os íons precisam ser mantidos por tempo suficientemente longo, de tal modo que a fusão possa ocorrer. Isso pode ocorrer, por exemplo, através de inclusão magnética. Em geral, os produtos do reator de fusão podem apresentar elementos como, por exemplo, hélio, nêutrons e energia. A energia liberada na maioria dos processos nucleares é muito maior do que nas reações químicas, uma vez que a energia de coesão, que mantém um núcleo junto é muito maior do que a energia que mantém os elétrons em um núcleo. Na maioria dos projetos de reatores, a energia liberada pela reação é coletada como energia térmica e, em seguida é transformada em energia elétrica.
[004] Já foram desenvolvidos vários dispositivos de fusão, inclu- sive o reator de Tokamak, z-pinch, pinch esférico, laser, raios de íons ou de eletrodos e esferomak. Contudo esses reatores ainda não al- cançaram sua meta. Uma dificuldade está no fato de que durante o aquecimento do plasma surgem instabilidades que impedem que os campos magnéticos incluam o gás ionizado por um tempo suficiente- mente longo para ultrapassar o limite de rentabilidade para a geração de energia.
[005] Como possível solução para a instabilidade foram discuti-
dos os reatores de "dense plasma focus" (DPF) (foco de plasma den- so). No caso desses reatores as instabilidades de plasma naturais são usadas a fim de gerar uma inclusão magnética em um plasmóide den- so, em oposição à abordagem em outros aparelhos, de suprimir as ins- tabilidades.
[006] Um método e um dispositivo desse tipo estão descritos no documento de patente americano US 7,482,607 B2, bem como no do- cumento de patente europeu EP 1 989 714 B1 de Lerner et al. O dis- positivo descrito no documento de patente americano US 7,482,607 B2, bem como no documento de patente europeu EP 1 989 714 B1 apresenta um anodo e um número de catodos, que são separados um do outro por um isolador, e estão dispostos coaxiais um ao outro. O anodo e o catodo estão dispostos, pelo menos parcialmente, em uma câmara do reator. O anodo e os catodos estão dispostos, de tal modo que eles podem exercer um momento de torção sobre um plasmóide. Por exemplo, os catodos podem apresentar uma torção em espiral, a fim de exercer um momento de torção sobre um plasmóide. Em alter- nativa uma bobina em espiral pode ser posicionada em torno dos ca- todos, a fim de exercer um momento de torção sobre o plasmóide e dar a ele um momento de inércia precisamente definido. O momento de torção deve gerar um plasmóide denso incluído magneticamente em uma câmara do reator cheia de gás que, por sua vez gera irradia- ção de raios-x e irradiação de partículas.
[007] No entanto as condições, entre as quais é gerado o mo- mento de torção, não são definidas exatamente no dispositivo mencio- nado acima. Com isso também as condições de partida para o proces- so para a geração da irradiação de raios-x e irradiação de partículas por meio de fusão nuclear não são definidas exatamente.
[008] Em vista do exposto anteriormente, existe a necessidade de um dispositivo e um método para a geração de irradiação de raios-x e irradiação de partículas, que traga uma melhoria em pelo menos al- guns dos campos problemáticos mostrados acima. Sumário da invenção
[009] A presente invenção reconhece a necessidade de um dis- positivo para a geração de uma pré-descarga definida, de preferência, filamentada ou descarga auxiliar para um reator de fusão, em particu- lar, para um dispositivo e a necessidade de um método para a geração de irradiação de raios-x e irradiação de partículas por meio de fusão nuclear. O dispositivo para a geração de uma pré-descarga definida, em particular, filamentada pode ser apropriado especialmente para o propósito de gerar condições de partida definidas, por exemplo, para um momento de inércia.
[010] De acordo com um aspecto, está previsto um dispositivo para a geração de irradiação de raios-x e irradiação de partículas por meio de fusão nuclear. O dispositivo compreende: um anodo e um ca- todo ou um número de catodos, que são separados um do outro por um isolador, e estão dispostos coaxiais um ao outro, em que, o anodo e o(s) catodo(s) estão dispostos, pelo menos parcialmente, em uma câmara do reator; um dispositivo de pré-descarga para a geração de uma pré-descarga filamentada, que forma uma ponte de baixa resis- tência através do isolador; um gás que está contido na câmara do rea- tor; uma fonte de pré-descarga elétrica, em particular, com alta resis- tência interna que está ligada eletricamente com o dispositivo de pré- descarga; e uma fonte de descarga elétrica que está ligada eletrica- mente com o anodo e o catodo, em que, como resultado de uma des- carga elétrica da fonte de descarga elétrica é gerado um plasmóide denso incluído magneticamente antes do anodo e disso é emitido um ou mais raios de íon, um ou vários raios-x ou uma combinação deles.
[011] De acordo com um aspecto está previsto um reator de fu- são com um dispositivo para a geração de irradiação de raios-x e irra-
diação de partículas. O dispositivo compreende: um anodo e um cato- do, que são separados um do outro por um isolador, e estão dispostos coaxiais um ao outro, em que, o anodo e os catodos estão dispostos, pelo menos parcialmente, em uma câmara do reator; um dispositivo de pré-descarga para a geração de uma pré-descarga filamentada, que forma uma ponte de baixa resistência através do isolador; um gás que está contido na câmara do reator; uma fonte de pré-descarga elétrica, em particular, com alta resistência interna que está ligada eletricamen- te com o dispositivo de pré-descarga; e uma fonte de descarga elétrica que está ligada eletricamente com o anodo e o catodo, em que, como resultado de uma descarga elétrica da fonte de descarga elétrica é ge- rado um plasmóide denso incluído magneticamente antes do anodo e disso é emitido um ou mais raios de íon, um ou vários raios-x ou com- binações deles.
[1012] De acordo com um aspecto está previsto um método para a geração de irradiação de raios-x e irradiação de partículas. O método compreende: geração de uma pré-descarga filamentada, que forma uma ponte de baixo volume através de um isolador, por meio de uma fonte de pré-descarga elétrica; ligação de um anodo e de um catodo, que são separados um do outro pelo isolador, e estão dispostos coaxi- almente um ao outro, por meio de uma fonte de descarga elétrica; for- mação de uma camada de plasma a partir de um gás com um campo magnético através de uma descarga de um pulso elétrico de corrente através do anodo e do catodo; formação de um plasmóide antes do anodo como resultado do campo magnético; e emissão, a partir do plasmóide, de um ou vários raios de íons, de um ou vários raios-x ou de combinações deles, em que, a emissão é um resultado de uma de- sintegração do campo magnético do plasmóide e da colisão de elé- trons e ions no plasmóide. Breve descrição das figuras
[013] A seguir a invenção deverá ser esclarecida com auxílio dos exemplos de execução representados nas figuras, dos quais resultam outras vantagens e modificações. Nesse caso, são mostradas: Na fig. 14, uma vista lateral esquemática de um dispositivo de acordo com as modalidades; Na fig. 1B, uma vista lateral esquemática de um dispositivo de acordo com as modalidades; Na figa.2, uma vista lateral esquemática de um dispositivo de acordo com as modalidades; Na fig. 3A, uma vista de cima esquemática de um dispositivo de acordo com as modalidades; Na fig. 3B, uma vista de cima esquemática de um dispositivo de acordo com as modalidades; Na figa.4, uma vistalateral esquemática de um dispositivo de acordo com as modalidades; Nafig.5, uma vistalateral esquemática de um dispositivo de acordo com as modalidades; e Na figa.6, um fluxograma de um método de acordo com as formas de execução.
Descrição detalhada das figuras
[014] Enquanto que a seguir a invenção é descrita com auxílio de modalidades detalhadas, deve ser reconhecido que a presente inven- ção é baseada em um conceito inventivo geral, que pode ser aplicado a uma ampla seleção de contextos específicos. A terminologia usada aqui e as modalidades descritas aqui mostram implementações espe- ciais apenas exemplares e explicativas sem, no entanto, restringi-las.
Por exemplo, podem ser usadas características que são descritas ou representadas como parte de uma modalidade, também em ligação com uma outra modalidade, a fim de resultar uma modalidade adicio- nal. É intencional que a presente divulgação compreenda tais modifi-
cações e aperfeiçoamentos.
[015] Na descrição a seguir dos desenhos, os números de refe- rência iguais ou similares indicam os componentes iguais ou similares. Em geral, serão descritas somente as diferenças em relação a uma modalidade. Desde que não indicado explicitamente de outro modo, a descrição de uma parte ou aspecto de uma modalidade se refere a uma parte ou aspecto correspondente de uma outra modalidade.
[016] A fig. 1A mostra um dispositivo 10 para a geração de irradi- ação de raios-x e irradiação de partículas por meio de fusão nuclear. O dispositivo 10 pode ser, por exemplo, um dispositivo de foco de plas- ma 10.
[017] O dispositivo 10 pode apresentar um primeiro eletrodo prin- cipal 14 e/ou um segundo eletrodo principal 12. O primeiro eletrodo principal 14 pode ser um anodo 14 e/ou o segundo eletrodo principal 12 pode ser um catodo 12. De modo alternativo, o primeiro eletrodo principal 14 pode ser um catodo e/ou o segundo eletrodo principal 12 pode ser um anodo 12. A escolha do sinal da tensão entre o primeiro eletrodo principal 14 e o segundo eletrodo principal 12 pode trazer consigo vantagens específicas. Por exemplo, o segundo eletrodo prin- cipal 12 pode oferecer uma superfície maior e assim dissipar melhor o calor. A seguir o primeiro eletrodo principal 14 será designado como anodo e o segundo eletrodo principal 12 como catodo 12. Contudo is- so é somente a título de exemplo, e não deve ser lido como restritivo. Assim o presente requerimento de patente também compreende as modalidades que desviam das modalidades aqui descritas, de tal mo- do que o primeiro eletrodo principal 14 seja o catodo e o segundo ele- trodo principal 12 seja o anodo 12.
[018] O primeiro eletrodo principal 14 e o segundo eletrodo prin- cipal 12 podem ser separados um do outro por um isolador 16. O pri- meiro eletrodo principal 14 e o segundo eletrodo principal 12 podem ser dispostos coaxiais um ao outro. O primeiro eletrodo principal 14e o segundo eletrodo principal 12 podem estar dispostos, pelo menos par- cialmente, em uma câmara do reator (não mostrada).
[019] De modo alternativo, o catodo 12 pode ser executado como cilindro oco (veja a fig. 3B), uma vez que, em particular, a flamentação da descarga pode ocorrer por meio de eletrodos auxiliares.
[020] O primeiro eletrodo principal 14 pode ser um anodo 14 e/ou o segundo eletrodo principal 12 pode ser um catodo 12. De modo al- ternativo, o primeiro eletrodo principal 14 pode ser um catodo 14 e/ou o segundo eletrodo principal 12 pode ser um anodo 12.
[021] De acordo com modalidades descritas aqui, o segundo ele- trodo principal 12 pode ser executado como cilindro oco. Em particular, o segundo eletrodo principal 12 pode apresentar um material não magnético ou somente fracamente magnético. De modo alternativo ou adicional, o segundo eletrodo principal 12 pode apresentar uma plura- lidade de segundos eletrodos do eletrodos principal 12.
[022] O dispositivo 10 pode apresentar um dispositivo de pré- descarga ou um dispositivo de descarga auxiliar para a geração de uma pré-descarga filamentada ou descarga auxiliar. A pré-descarga filamentada pode formar uma ponte de baixa resistência, em particular, filamentada através do isolador 16. Em particular, a pré-descarga pode gerar uma ligação condutora controlada através do isolador, que leva à formação de filamentos. Portanto, para a duração da pré-descarga po- de fluir uma corrente paralela ao isolador, em particular, em pontos definidos entre os quais podem se formar filamentos. Os filamentos podem se formar, em particular, entre respectivamente dois pontos emparelhados. Além disso, o dispositivo 10 pode apresentar uma fonte de pré-descarga 200 ou uma fonte de descarga auxiliar 200, em parti- cular, com alta resistência interna. A fonte de pré-descarga 200 pode ser ligada com o dispositivo de pré-descarga.
[023] A pré-descarga pode ser gerada de diversas formas. Por exemplo, a pré-descarga pode ser uma descarga luminosa, uma des- carga de barreira dielétrica, um plasma de micro-ondas e/ou um plas- ma de AF (alta frequência). Uma descarga luminosa pode ser gerada, por exemplo, com um dispositivo de descarga luminosa como descrito aqui. Uma descarga luminosa pode ser gerada, em particular, com pouco dispêndio e de modo simples. Por exemplo, uma descarga lu- minosa pode ser gerada com menos de 100 W e 2 kV.
[024] Uma descarga de barreira dielétrica pode ser gerada, por exemplo, com um dispositivo de descarga de barreira dielétrica, no qual uma tensão alternada é aplicada entre pelo menos dois eletrodos. No caso de uma descarga de barreira dielétrica, um eletrodo auxiliar pode ser disposto no isolador 16, de tal modo que o eletrodo auxiliar 16 seja fechado pelo isolador 16. No caso de uma descarga de barrei- ra dielétrica, uma fonte de descarga de barreira dielétrica aplica uma tensão alternada ao eletrodo auxiliar isolado assim, ao passo que na fonte de descarga luminosa é aplicada uma tensão contínua. Devido às correntes de deslocamento geradas desta forma, a descarga de barreira dielétrica pode ser gerada pelo isolador 16 e/ou uma potência elétrica pode ser transmitida para o plasma.
[025] Um plasma de micro-ondas pode ser gerado, por exemplo, com um dispositivo de plasma de micro-ondas que está ligado com uma fonte de plasma de micro-ondas. Para isso pode ser empregado um condutor oco e/ou um ressonador de MN4.
[026] Um plasma de AF pode ser gerado, por exemplo, com um dispositivo de plasma de AF, que está ligado com uma fonte de plas- ma de AF. Tipicamente um Plasma de AF pode ser gerado com uma frequência de 13,56 Mhz. Nesse caso, é possível tanto um acoplamen- to capacitivo como também um indutivo da potência.
[027] Os exemplos mencionados podem produzir um plasma que apresenta uma baixa energia e/ou uma alta condutividade. Um plasma desse tipo pode ser eventualmente vantajoso para a pré-descarga descrita aqui.
[028] Embora a seguir a divulgação seja executada exemplar- mente em conexão com uma descarga luminosa, os princípios gerais também valem para outros tipos de pré-descarga, e a divulgação não deve ser restrita ao exemplo da descarga luminosa, contudo com a descarga luminosa estão relacionadas vantagens especiais. Assim a seguir, a “pré-descarga” também será chamada de “descarga lumino- sa” e, com isso, também o “dispositivo de pré-descarga” será chamado de “dispositivo de descarga luminosa” e a “fonte de pré-descarga”" será chamada de “fonte de descarga luminosa”. No entanto, os termos po- dem ser considerados como análogos na medida em que eles não le- vem consigo uma restrição específica à descarga luminosa.
[029] Como mostrado na fig. 1B, o dispositivo de pré-descarga ou dispositivo de descarga luminosa pode apresentar um primeiro eletro- do auxiliar 214 e/ou um segundo eletrodo auxiliar 212. O primeiro ele- trodo auxiliar 214 e o segundo eletrodo auxiliar 212 podem ser sepa- rados um do outro pelo isolador 16. O primeiro eletrodo auxiliar 214 e o segundo eletrodo auxiliar 212 podem ser dispostos concentricamen- te e axialmente paralelos um ao outro em torno do anodo 14. O primei- ro eletrodo auxiliar 214 e o segundo eletrodo auxiliar 212 podem ser dispostos, pelo menos parcialmente, na câmara do reator. O primeiro eletrodo auxiliar 214 pode ter uma pluralidade de primeiros eletrodos auxiliares 214. O segundo eletrodo auxiliar 212 pode apresentar uma pluralidade de segundos eletrodos auxiliares 212. A pluralidade de se- gundos eletrodos do eletrodo auxiliar 212 e a pluralidade de primeiros eletrodos do eletrodo auxiliar 214 podem ser dispostos coaxialmente. Além disso, um segundo eletrodo do eletrodo auxiliar 212 da pluralida- de de segundos eletrodos do eletrodo auxiliar 212 pode ser disposto
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