BR112020024632B1 - 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
[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 método 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 luminosa, um reator de fusão com um dispositivo para a geração de irradiação de raios-x e irradiação de partículas que apresenta um dispositivo para a geração de uma pré-descarga filamentada definida, em particular, 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 luminosa.
[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 energia 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 temperatura 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 elétrica. O estado de plasma contém íons que apresentam energia suficiente 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 alcançaram 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 suficientemente 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 denso). No caso desses reatores as instabilidades de plasma naturais são usadas a fim de gerar uma inclusão magnética em um plasmóide denso, em oposição à abordagem em outros aparelhos, de suprimir as instabilidades.
[006] Um método e um dispositivo desse tipo estão descritos no documento de patente americano US 7,482,607 B2, bem como no documento de patente europeu EP 1 989 714 B1 de Lerner et al. O dispositivo 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 irradiação 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 mencionado acima. Com isso também as condições de partida para o processo 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 alguns dos campos problemáticos mostrados acima.
[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 particular, 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 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 eletricamente 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 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 eletricamente 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 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 com-binações deles.
[012] 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 coaxialmente um ao outro, por meio de uma fonte de descarga elétrica; formação 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 elétrons e íons no plasmóide.
[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. 1A, 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 fig. 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 fig. 4, uma vista lateral esquemática de um dispositivo de acordo com as modalidades; Na fig. 5, uma vista lateral esquemática de um dispositivo de acordo com as modalidades; e Na fig. 6, um fluxograma de um método de acordo com as formas de execução.
[014] Enquanto que a seguir a invenção é descrita com auxílio de modalidades detalhadas, deve ser reconhecido que a presente invenção 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 especiais 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 adicional. 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 plasma 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 principal 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 isso 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 modo que o primeiro eletrodo principal 14 seja o catodo e o segundo eletrodo 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 primeiro eletrodo principal 14 e o segundo eletrodo principal 12 podem ser dispostos coaxiais um ao outro. O primeiro eletrodo principal 14 e 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 filamentação 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 alternativo, 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 pluralidade 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 pode 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 particular, 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 descarga de barreira dielétrica, um plasma de micro-ondas e/ou um plasma 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 luminosa 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 barreira 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 À/4.
[026] Um plasma de AF pode ser gerado, por exemplo, com um dispositivo de plasma de AF, que está ligado com uma fonte de plasma de AF. Tipicamente um Plasma de AF pode ser gerado com uma frequência de 13,56 Mhz. Nesse caso, é possível tanto um acoplamento 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 luminosa” 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 podem ser considerados como análogos na medida em que eles não levem 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 eletrodo auxiliar 214 e/ou um segundo eletrodo auxiliar 212. O primeiro eletrodo auxiliar 214 e o segundo eletrodo auxiliar 212 podem ser separados 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 primeiro 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 segundos 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 pluralidade de segundos eletrodos do eletrodo auxiliar 212 pode ser disposto axialmente paralelo a um primeiro eletrodo do eletrodo auxiliar correspondente 214 da pluralidade de primeiros eletrodos do eletrodo auxiliar 214. Os primeiros eletrodos do eletrodo auxiliar 214 e os segundos eletrodos do eletrodo auxiliar 212 podem ser configurados a fim de formar uma descarga luminosa entre os primeiros eletrodos do eletrodo auxiliar 214 e os segundos eletrodos do eletrodo auxiliar 212.
[030] De acordo com modalidades descritas aqui, um número da pluralidade de eletrodos do catodo 12 pode corresponder a um número da pluralidade de primeiros eletrodos auxiliares 214 e/ou a um número da pluralidade de segundos eletrodos auxiliares 212.
[031] De acordo com modalidades descritas aqui, o primeiro ele trodo auxiliar 214 pode ser um anodo auxiliar 214 e/ou o segundo eletrodo auxiliar 212 pode ser um catodo auxiliar 212 (como mostrado na fig. 1B). De modo alternativo, o primeiro eletrodo auxiliar 214 pode ser um catodo auxiliar 214 e/ou o segundo eletrodo auxiliar 212 pode ser um anodo auxiliar 212.
[032] O dispositivo pode conter um gás na câmara do reator.
[033] O dispositivo 10 pode apresentar uma fonte de pré- descarga 200 elétrica ou uma fonte de descarga luminosa 200. A fonte elétrica de descarga luminosa pode apresentar uma alta resistência interna. A fonte elétrica de descarga luminosa pode ser ligada eletricamente com o anodo auxiliar 214 e ao catodo auxiliar 212. Uma descarga luminosa pode ser gerada entre o anodo auxiliar 214 e o catodo auxiliar 212 como resultado de uma pré-descarga elétrica da fonte elétrica de descarga luminosa.
[034] O dispositivo 10 pode apresentar uma fonte de descarga 15 elétrica. A fonte de descarga 15 elétrica pode ser ligada eletricamente com o anodo 14 e com o catodo 12. Um plasmóide denso, incluído magneticamente pode ser criado antes do anodo 14 como resultado de uma descarga elétrica da fonte de descarga 15 elétrica e disso po- de ser emitido um ou mais raios de íons, um ou vários raios-x ou combinações deles.
[035] Em particular, o dispositivo 10 pode conter um dispositivo de foco de plasma 10 como o que é descrito no documento de patente americano US 7.482.607 B2 bem como no documento de patente europeu EP 1 989 714 B1, cujo conteúdo é incorporado aqui através de referência em sua totalidade nesse requerimento de patente por Lerner et al., que, no entanto, é ampliado em torno de um dispositivo para a geração de uma descarga luminosa definida. O dispositivo para a geração de uma descarga luminosa definida pode apresentar o primeiro eletrodo auxiliar 214, o segundo eletrodo auxiliar 212 e/ou a fonte elétrica de pré-descarga 200.
[036] A descarga luminosa pode ser gerada como uma descarga luminosa constante. No contexto da divulgação em questão, uma "descarga luminosa constante" pode ser entendida como uma descarga luminosa cujo momento de inércia é (exatamente) igual a zero. Além disso, desse modo no início da descarga principal de alta corrente pode já estar presente uma pré-descarga fortemente ionizada por meio da fonte de descarga elétrica. Desse modo pode ser evitado que elétrons em fuga de alta energia, que seriam gerados sem uma descarga luminosa, erodam o anodo e, assim, introduzam impurezas no plasma com o consequente resfriamento por radiação forte. Na prática, as modalidades podem estabilizar o plasmóide.
[037] A descarga luminosa pode ser executada, de tal modo que ela apresente uma pluralidade de descargas individuais e/ou seja constituída delas. A pluralidade de descargas individuais pode ser conectada em paralelo uma à outra. O número da pluralidade de descargas individuais pode ser idêntico ao número da pluralidade de eletrodos do catodo auxiliar 12. Alguns picossegundos a milissegundos depois, a descarga principal pode se formar. As descargas luminosas individuais conectadas em paralelo podem reduzir a indutância total proporcionalmente inversa ao seu número e, por conseguinte, podem possibilitar um aumento mais rápido da corrente de descarga principal.
[038] Como mostrado na fig. 1B, o dispositivo 10 pode apresentar um projeto de eletrodo conectado um ao outro. Em particular, o catodo 12 pode ser disposto em torno do anodo 14. Além disso, o primeiro eletrodo auxiliar 214 pode ser disposto em torno do anodo 14. O segundo eletrodo auxiliar 212 pode ser disposto em torno do primeiro eletrodo auxiliar 214. O catodo 14 pode ser disposto em torno do segundo eletrodo auxiliar 212. Em particular, o anodo 14, o catodo 12, o primeiro eletrodo auxiliar 214 e/ou o segundo eletrodo auxiliar 212 podem ser dispostos coaxialmente e/ou axialmente paralelos um ao outro concentricamente.
[039] O catodo 12 pode apresentar, por exemplo, a pluralidade de eletrodos do catodo 12, ou ser executado como cilindro oco. Os eletrodos do catodo 12 podem ser hastes distribuídas de modo uniforme. O anodo 14 pode ser executado como um cilindro oco. O isolador 16 pode envolver o anodo 14, em particular uma base do anodo 14. Por exemplo, o dispositivo 10 pode apresentar eletrodos de berílio conectados um ao outro. O catodo 12, o anodo 14, o segundo eletrodo auxiliar 212 e/ou o primeiro eletrodo auxiliar 214 podem ser envolvidos na câmara do reator, que pode ser uma câmara de vácuo, com um gás (por exemplo, diborano) sob pressão baixa, que preenche um espaço entre eles, a fim de fornecer, em particular, o combustível para a reação.
[040] O anodo 14 pode ser ligado com o catodo 12 por meio de um ou vários bancos de condensadores 18 e um ou vários interruptores 20. O um ou vários bancos de condensadores 18 e um ou vários interruptores 20 podem formar a fonte de descarga 15 elétrica e/ou ser parte dessa fonte. O primeiro eletrodo auxiliar 214 pode ser ligado com o segundo eletrodo auxiliar 212 através de um ou de vários bancos de condensadores auxiliares 218 ou fontes de corrente contínua 218 e um ou vários interruptores auxiliares 220. O interruptor auxiliar 220 pode ser um interruptor de baixa potência. O um ou os vários bancos de condensadores auxiliares 218 e o um ou os vários interruptores auxiliares 220 podem formar a fonte elétrica de pré-descarga 200 ou a fonte de descarga luminosa 200 e/ou ser parte dessa fonte. A fonte elétrica de pré-descarga 200 ou a fonte de descarga luminosa 200 eventualmente também pode ser realizada indutivamente por meio de um transformador de ignição.
[041] De acordo com modalidades descritas aqui, a fonte elétrica de descarga luminosa pode ser configurada a fim de gerar uma pré- descarga elétrica igual ou maior do que 0,5 kV, em particular, igual ou maior do que 1 kV, de preferência, igual ou maior do que 2 kV. Em particular, a tensão da pré-descarga elétrica pode depender de uma pressão na câmara do reator. Se a pressão na câmara do reator for relativamente alta, então a pré-descarga elétrica pode ser relativamente grande e/ou o contrário. A fonte elétrica de descarga luminosa pode apresentar uma ou várias resistências internas ou resistências adicionais. Em particular, a fonte elétrica de descarga luminosa pode apresentar uma pluralidade de resistências adicionais. Um número da pluralidade de resistências adicionais pode corresponder ao número dos primeiros eletrodos do eletrodo auxiliar 214. As resistências adicionais podem ser ligadas com uma fonte de tensão comum. A fonte de tensão pode fornecer uma corrente de alguns mA, em particular, maior ou igual a 0,8 mA e/ou menor ou igual a 3 mA por resistência adicional e/ou por primeiros eletrodos do eletrodo auxiliar 214. As resistências adicionais podem apresentar cada uma, por exemplo, uma resistência de 500 kOhm ou maior. A descarga luminosa pode ser inflamada alguns milissegundos até segundos antes da descarga principal.
[042] Além disso, a fonte elétrica de descarga luminosa pode apresentar um diodo 222. O diodo 22 pode ser disposto entre um ou vários dos interruptores 220 e entre um ou vários dos bancos de condensadores auxiliares 218 ou fontes de corrente contínua. Em particular, pode ser previsto um interruptor 220 a fim de comutar um ou vários dos bancos de condensadores auxiliares 218. Além disso, também pode não ser previsto um interruptor 220, e o diodo 222 pode assumir a função do interruptor. De acordo com uma modalidade, um banco de condensadores, como um ou vários dos bancos de condensadores auxiliares 218 pode ser uma fonte de corrente contínua. O diodo 222 pode ser um diodo de alta tensão de menor potência. O diodo 222 pode der disposto de modo correspondente, dependendo de qual eletrodo auxiliar 212, 214 está configurado como anodo auxiliar ou catodo auxiliar. Assim, na prática, podem ser transformadas modalidades pequenas, compactas e de baixo custo.
[043] De acordo com as modalidades descritas aqui, a fonte elé trica de descarga luminosa pode ser configurada a fim de gerar a descarga luminosa entre o primeiro eletrodo auxiliar 214 e o segundo eletrodo auxiliar 212. Em particular, a fonte elétrica de descarga luminosa pode ser configurada a fim de gerar a descarga luminosa somente entre o primeiro eletrodo auxiliar 214 e o segundo eletrodo auxiliar 212.
[044] De acordo com as modalidades descritas aqui, o catodo 12 pode apresentar um disco condutor. A pluralidade de eletrodos do ca- todo 12 pode estar fixada no disco. Em particular, o disco condutor pode se estender na direção do anodo 14. Por exemplo, o disco condutor pode apresentar um recesso, no qual o anodo 14 e/ou o isolador 16 estão dispostos. Em particular, o isolador 16 pode estar disposto entre o disco condutor do catodo 12 e o anodo 14.
[045] De acordo com as modalidades descritas aqui, o catodo 12 e o catodo auxiliar (portanto o eletrodo auxiliar 212, 214, que está con- figurado como catodo auxiliar) podem estar ligados eletricamente entre si. Por exemplo, os eletrodos do catodo auxiliar (portanto os eletrodos do eletrodo auxiliar 212, 214, que estão configurados como eletrodos do catodo auxiliar), podem ser fixados sobre e/ou no catodo 12. Em particular, a pluralidade de eletrodos do catodo auxiliar pode ser barras distribuídas de modo uniforme, as quais estão fixadas no catodo 12. Se o catodo 12 e o catodo auxiliar estiverem ligados eletricamente entre si, a fonte elétrica de descarga luminosa pode ser ligada com o ca- todo 12.
[046] Os segundos eletrodos do eletrodo auxiliar 212 podem apresentar cada um, uma primeira extremidade 212a e uma segunda extremidade 212b. A primeira extremidade 212a pode ser ligada com a fonte elétrica de pré-descarga, com um potencial de massa e/ou com o catodo 12. A segunda extremidade 212b pode ser afastada da primeira extremidade 212a. Os primeiros eletrodos do eletrodo auxiliar 214 podem apresentar cada um, uma primeira extremidade 214a e uma segunda extremidade 214b. A segunda extremidade 214b pode estar afastada da primeira extremidade 214a.
[047] De acordo com as modalidades descritas aqui, uma distân cia entre a segunda extremidade 214b dos primeiros eletrodos do eletrodo auxiliar 214 e a segunda extremidade 212b dos segundos eletrodos do eletrodo auxiliar 212 pode ser menor do que uma distância entre a segunda extremidade 214b dos primeiros eletrodos do eletrodo auxiliar 214 e o catodo 12, em particular, entre um próximo ponto do catodo 12. Desse modo pode ser garantido que a descarga luminosa se forma entre o primeiro eletrodo auxiliar 214 e o segundo eletrodo auxiliar 212, e em particular, não entre o primeiro eletrodo auxiliar 214 e o catodo 12.
[048] Ao longo de um eixo do anodo 14 paralelamente concêntri co, a segunda extremidade 214 dos primeiros eletrodos do eletrodo auxiliar 214 e a segunda extremidade 212b dos segundos eletrodos do eletrodo auxiliar 212 podem apresentar uma altura diferente. Por exemplo, a segunda extremidade 214 dos primeiros eletrodos do eletrodo auxiliar 214 pode ser mais afastada do disco condutor do catodo 12 do que a segunda extremidade 212b dos segundos eletrodos do eletrodo auxiliar 212. Por meio dessa disposição suspensa pode ser gerada uma coluna de gás quente, mais facilmente ionisável.
[049] Como mostrado na fig. 2, o dispositivo 10 pode apresentar uma bobina 22. A bobina 22 pode ser uma bobina 22 em forma de espiral. A bobina 22 pode ser disposta em torno do anodo 14, do catodo 12 , do primeiro eletrodo auxiliar 212 e/ou do segundo eletrodo auxiliar 214. A bobina 22 pode gerar um campo magnético, que pode dar ao plasmóide um momento de torção e, por conseguinte, um momento de inércia. A bobina 22 pode ser ligada com um interruptor 26. Além disso, pode ser prevista uma fonte de tensão 24. A fonte de tensão 24 pode ser separada da fonte de tensão da fonte elétrica de descarga luminosa e/ou da fonte de descarga elétrica. Desse modo a bobina pode ser operada independente da fonte elétrica de descarga luminosa e/ou da fonte de descarga elétrica. De modo alternativo, também pode ser empregada uma fonte de tensão comum. Uma posição da bobina 22, bem como, seu número de enrolamentos pode depender da aplicação específica.
[050] A fig. 3A mostra, em uma vista de cima, uma disposição do anodo 14, do catodo 12, do primeiro eletrodo auxiliar 214, do segundo eletrodo auxiliar 212 e do isolador 16.
[051] A fig. 3B mostra, em uma vista de cima, uma disposição do anodo 14, do catodo 12, do primeiro eletrodo auxiliar 214, do segundo eletrodo auxiliar 212 e do isolador 16. Nesse caso, o catodo 12 é executado como cilindro oco.
[052] De acordo com as modalidades descritas aqui, os primeiros eletrodos do eletrodo auxiliar 214 passam no isolador 16. De acordo com as modalidades descritas aqui, o isolador 16 pode envolver os primeiros eletrodos do eletrodo auxiliar 214, portanto pelo menos parcialmente. Em particular, os segundos eletrodos do eletrodo auxiliar 214 podem ser executados como condutores finos, que passam no isolador 16. Além disso, os segundos eletrodos do eletrodo auxiliar 214 podem passar simetricamente paralelos ao eixo no isolador 16. As segundas extremidades 214b ou extremidades no lado do anodo dos primeiros eletrodos do eletrodo auxiliar 214 podem destacar-se do isolador 16. As segundas extremidades 214b dos primeiros eletrodos do eletrodo auxiliar 214, portanto, podem se sobressair do isolador 16.
[053] Os segundos eletrodos auxiliares 212 podem ser executa dos como disco condutor do catodo 12. Por meio da escolha apropriada de material do segundo eletrodo 212 pode ser otimizada a estabilidade da descarga luminosa.
[054] Como mostrado nas figuras 3A e 3B, cada um primeiro ele trodo do eletrodo auxiliar 214, cada um segundo eletrodo do eletrodo auxiliar 212 e/ou de um eletrodo do catodo 12 pode ser disposto em uma linha radial, partindo de um ponto central do anodo 14. Em particular, ao longo da linha radial, uma distância entre o primeiro eletrodo do eletrodo auxiliar 214 e o segundo eletrodo do eletrodo auxiliar 212 pode ser menor do que uma distância entre o primeiro eletrodo do eletrodo auxiliar 214 e o eletrodo do catodo 12. O número do primeiro eletrodo do eletrodo auxiliar 214, do segundo eletrodo do eletrodo auxiliar 212 e/ou dos eletrodos do catodo 12 podem corresponder um ao outro.
[055] Como mostrado na fig. 4, o catodo, em particular, a plurali dade de eletrodos do catodo 12 pode ser inclinada ou tombada. A medida da inclinação pode depender da aplicação pretendida. Por exemplo, o catodo 12, em particular, a pluralidade de eletrodos do catodo 12 pode ter uma inclinação igual ou maior que 0,05 graus, e/ou igual ou menor que 10 graus, por exemplo, 0,3 graus. A inclinação pode ser tangencial ao eixo do anodo 12. Através da inclinação do catodo 12 sobre o plasmóide pode ser exercido um momento de torção, que em consequência gera um momento de inércia definido.
[056] Além disso, a primeira extremidade 212a do segundo ele trodo auxiliar 212, em particular, as primeiras extremidades 212a da pluralidade dos segundos eletrodos do eletrodo auxiliar 212, podem ser alinhadas com a primeira extremidade 214a dos primeiros eletrodos auxiliares 214, em particular, com as primeiras extremidades 214a da pluralidade dos primeiros eletrodos do eletrodo auxiliar 214. Isto pode ser de vantagem, então se o catodo 12, em particular, a pluralidade dos eletrodos do catodo 12 for inclinada ou tombada.
[057] A fig. 5 mostra, por exemplo, o dispositivo 10 com o catodo 12 inclinado e a bobina 22. Essa combinação oferece a vantagem de deixar um momento de torção variável agir sobre o plasmóide. A bobina 22, portanto, pode ser configurada, a fim de dar ao plasmóide um momento de torção variável, em particular, a fim de dar ao plasmóide um momento de inércia variável no fim da aceleração.
[058] As modalidades descritas aqui preparam um reator de fu são. O reator de fusão pode apresentar pelo menos um dispositivo 10 para a geração de irradiação de raios-x e irradiação de partículas. O reator de fusão pode apresentar pelo menos um dispositivo de recuperação de energia, que pode recuperar a energia contida na irradiação de raios-x e/ou na irradiação de partículas. O dispositivo de recuperação de energia pode transformar, em particular, a energia contida na irradiação de raios-x e/ou na irradiação de partículas em energia elétrica. A energia contida na irradiação de raios-x pode ser transformada, por exemplo, mediante utilização do efeito fotoelétrico em energia elétrica. Além disso, mediante o emprego de um transformador, a energia contida nos raios de partículas pode ser transformada, veja para isso, por exemplo, Lerner et al. Fig. 11. Os raios de partículas podem ser uma corrente pulsada, que representa, portanto, um enrolamento primário do transformador.
[059] A fig. 6 mostra um método 300 para a geração de irradia ção de raios-x e irradiação de partículas. O método pode apresentar um ou vários dos blocos de 310 a 360. De acordo com o bloco 310 pode ser gerada uma pré-descarga filamentada, que forma uma ponte de baixa resistência através de um isolador 16, por meio de uma fonte elétrica de pré-descarga. Por exemplo, um primeiro eletrodo auxiliar 214 e um segundo eletrodo auxiliar 212, que estão separados um do outro pelo isolador 16 e estão dispostos coaxialmente um ao outro, podem ser ligados por meio de uma fonte elétrica de pré-descarga. De acordo com o bloco 320 opcional, uma pré-descarga pode ser formada entre o primeiro eletrodo auxiliar 214 e o segundo eletrodo auxiliar 212 através de uma pré-descarga de uma corrente elétrica de pré- descarga através do primeiro eletrodo auxiliar 214 e do segundo eletrodo auxiliar 212. Em particular, a pré-descarga pode ser gerada mediante o emprego da fonte elétrica de pré-descarga. De acordo com o bloco 330, um anodo 14 e um catodo 12, que estão separados um do outro pelo isolador 16 e estão dispostos coaxialmente um ao outro, podem ser ligados por meio de uma fonte elétrica de descarga. De acordo com o bloco 340, uma camada de plasma de um gás com um campo magnético pode ser formada por uma descarga de um pulso de corrente elétrica através do anodo 14 e do catodo 12. Em particular, a descarga ou a descarga de corrente principal pode ser gerada mediante o emprego da fonte elétrica de descarga. Por exemplo, a descarga pode ocorrer dentro de 1 μs ou mais após a pré-descarga. De acordo com o bloco 350 um plasmóide pode ser formado antes do anodo 14 como resultado do campo magnético. De acordo com o bloco 360, a partir do plasmóide pode ser emitido um ou vários raios de partículas, um ou vários raios-x ou combinações deles. Em particular, a emissão pode ser um resultado de uma desintegração do campo magnético do plasmóide e da colisão de elétrons e íons no plasmóide.
[060] Enquanto o exposto anteriormente faz referência às moda lidades da divulgação, podem ser derivadas outras modalidades da divulgação, sem desviar do escopo de proteção da divulgação. É intencional o fato de que a divulgação inclui tais modificações e aperfeiçoamentos. O escopo de proteção é determinado pelas reivindicações em anexo.
Claims (12)
1. Dispositivo (10) para a geração de irradiação de raios-x e irradiação de partículas para um reator de fusão nuclear, compreendendo: - uma câmara do reator; - um anodo (14), um catodo (12) e um isolador (16), em que o anodo (14) e o catodo (12) são separados um do outro pelo isolador (16) e estão dispostos coaxialmente um ao outro, em que o anodo (14), o catodo (12) e o isolador (16) estão dispostos, pelo menos parcialmente, na 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 (16); - um gás que está contido na câmara do reator; - uma fonte de pré-descarga (200) elétrica, em particular, com alta resistência interna que está ligada eletricamente com o dispositivo de pré-descarga; e - uma fonte de descarga (15) elétrica que está conectada eletricamente com o anodo (14) e o catodo (12), em que, a fonte de descarga (15) é configurada para, quando em operação, como resultado de uma descarga elétrica da fonte de descarga elétrica, gerar um plasmóide denso envolvido magneticamente diante do anodo (14) e para emitir um ou mais raios de íon, um ou vários raios-x ou uma combinação deles, caracterizado por o dispositivo de pré-descarga compreender um primeiro eletrodo auxiliar (214) e um segundo eletrodo auxiliar (212), que são separados um do outro pelo isolador (16) e estão dispostos axialmente paralelos um ao outro, em que, o primeiro eletrodo auxiliar (214) e o segundo eletrodo auxiliar (212) estão dispostos parcialmente na câmara do reator, o primeiro eletrodo auxiliar (214) apresenta uma pluralidade de primeiros eletrodos do eletrodo auxiliar (214), e o segundo eletrodo auxiliar (212) apresenta uma pluralidade de segundos eletrodos do eletrodo auxiliar (212), e em que o primeiro eletrodo auxiliar (214) e o segundo eletrodo auxiliar (212) são configurados a fim de formar uma pré- descarga filamentada entre os primeiros eletrodos do eletrodo auxiliar (214) e os segundos eletrodos do eletrodo auxiliar (212).
2. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o primeiro eletrodo auxiliar (214) e o segundo eletrodo auxiliar (212) serem configurados a fim de formar uma descarga luminosa filamentada entre os primeiros eletrodos do eletrodo auxiliar (214) e os segundos eletrodos do eletrodo auxiliar (212) e/ou em que, a fonte de pré-descarga elétrica está ligada eletricamente com o eletrodo auxiliar (214) e o segundo eletrodo auxiliar (212) em que, uma pré-descarga filamentada, em particular uma descarga luminosa filamentada, é gerada entre o primeiro eletrodo auxiliar (214) e o segundo eletrodo auxiliar (212) como resultado da pré-descarga elétrica da fonte de pré- descarga elétrica.
3. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o primeiro eletrodo auxiliar (214) ser um anodo auxiliar (214), os primeiros eletrodos do eletrodo auxiliar (214) serem eletrodos do anodo auxiliar (214), o segundo eletrodo auxiliar (212) ser um catodo auxiliar (212) e os segundos eletrodos do eletrodo auxiliar (212) serem eletrodos do catodo auxiliar (214), ou em que, o primeiro eletrodo auxiliar (214) é um catodo auxiliar (214), o segundo eletrodo auxiliar (212) é um anodo auxiliar (212) e os segundos eletrodos do eletrodo auxiliar (212) são eletrodos do catodo auxiliar (214).
4. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizado por o catodo (12) apresentar uma pluralidade de eletrodos do catodo (12).
5. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por o catodo (12) apresentar um disco condutor, e a pluralidade de eletrodos do catodo (12) estar fixada no disco.
6. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 2 e 4, caracterizado por um número da pluralidade de eletrodos do catodo (12) corresponder a um número da pluralidade de primeiros eletrodos do eletrodo auxiliar (214) e/ou a um número da pluralidade de segundos eletrodos do eletrodo auxiliar (212).
7. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 3 a 6, caracterizado por o catodo (12) e o catodo auxiliar (212) estarem ligados eletricamente entre si, em particular, em curto- circuito.
8. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 2 a 7, caracterizado por o isolador (16) envolver os primeiros eletrodos do eletrodo auxiliar (214) pelo menos parcialmente, em particular, em que, os primeiros eletrodos do eletrodo auxiliar (214) passam no isolador (16), são separados um do outro e/ou estão dispostos coaxial ao anodo (14).
9. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 2 a 8, caracterizado por a fonte de pré-descarga elétrica ser configurada a fim de gerar uma pré-descarga elétrica igual ou maior a 0,5 kV, em particular, igual ou maior a 1 kV, de preferência, igual ou maior a 2 kV, por meio de uma pluralidade de pré-resistências.
10. Reator de fusão nuclear, caracterizado por apresentar um dispositivo (10) para a geração de irradiação de raios-x e irradiação de partículas, como definido em qualquer uma das reivindicações de 1 a 9.
11. Método para a geração de irradiação de raios-x e irradiação de partículas para um reator de fusão nuclear tendo um dispositivo (10) definido de acordo com as reivindicações 1 a 9, caracterizado por compreender: - geração de uma pré-descarga filamentada, que forma uma ponte de baixo volume através de um isolador (16), por meio de uma fonte de pré-descarga elétrica; - conexão de um anodo (14) e de um catodo (12), que são separados um do outro pelo isolador (16), e estão dispostos coaxialmente um ao outro, por meio de uma fonte de descarga elétrica; -formação de um canal de plasma a partir de um gás com um campo magnético através de uma descarga de um pulso elétrico de corrente através do anodo (14) e do catodo (12); - formação de um plasmóide antes do anodo (14) como resultado do campo magnético; e - emissão, a partir do plasmóide, de um ou vários raios de partículas, de um ou vários raios-x ou de combinações dos mesmos, em que, a emissão é um resultado de uma desintegração do campo magnético, do plasmóide e da colisão de elétrons e íons no plasmóide.
12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por a descarga ocorrer dentro de 1 μs ou mais após a pré- descarga.
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