BRPI0900553A2 - mÉtodo e sistema para reaÇÕes de fusço controlada - Google Patents

Abstract

MÉTODO E SISTEMA PARA REAÇÕES DE FUSçO CONTROLADA; a invenção refere-se a um sistema de extração de energia de reações de fusão controlada que apresenta uma gama de acopladores que fornecem energia ao objeto de fusão e inicia a reação, liberando energia na forma de plasma e calor de fusão.

Description

MÉTODO E SISTEMA PARA REAÇÕES DE FUSÃO CONTROLADA

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a métodos e sistema deextração de energia de reações de fusão controlada.

HISTÓRICO DA INVENÇÃO

É amplamente reconhecido que a fusão controlada oferecefonte de energia limpa e abundante. Porém, apesar doinvestimento de bilhões de dólares, obteve-se apenas umsucesso limitado na criação de uma reação eficiente, auto-sustentável. Todas as abordagens anteriores foram limitadaspor três grandes fatores:

(a) apenas um único meio de extração deenergia é usado.

(b) ao invés de enfocar reações induzidas porRaios-X via iluminação de acionamento direto, a maiorparte dos trabalhos têm se dirigido a reações poriluminação de acionamento indireto, particularmentecom o uso de lasers grandes como acionadores.

(c) instabilidade hidrodinâmica é um problemasério. Isso ocorre quando a compressão da cápsulaalvo não é suficientemente uniforme. Isso causa umanão-uniformidade térmica local que, por sua vez,provoca resfriamento local. 0 resultado é umaqueimadura assimétrica do combustível.

A energia pode ser extraída de uma reação de fusãoatravés de dois meios primários: térmico e elétrico. Aextração térmica é uma aplicação exata do Ciclo Térmico dotipo Rankine, utilizado em quase todas as usinas elétricas.Nesse processo, um agente refrigerante é aquecido, o agenterefrigerante aquecido é utilizado para acionar uma turbina, ea turbina é usada para acionar um gerador. Esse processoapresenta uma eficiência nominal de 55%.

Essa medida é ao mesmo tempo viável e prática paraextrair eletricidade diretamente do plasma de fusão. Isso temsido demonstrado muitas vezes e é um processo com umaeficiência de aproximadamente 85%. A desvantagem dessatécnica para sistemas de fusão nuclear do estado da técnicareside no fato de ela produzir corrente continua em altatensão. É difícil trabalhar com corrente contínua em altatensão e mais importante, não é adequada para transmissão edistribuição de energia a longa distância, ela não pode serpronta e eficientemente alterada em tensão como no caso dacorrente AC.

Instabilidade hidrodinâmica é um problema importantecom o qual os engenheiros-proj etistas de todo sistema defusão nuclear se deparam. Oficialmente conhecida comoinstabilidade de Rayieigh-Taylor, ela é um problema que surgea partir da compressão não-uniforme da cápsula decombustível. Não-uniformidades em excesso de 1% em compressãoresulta na formação de "jatos" de energia que se avolumampara fora e resfriam localmente a cápsula-alvo. A geração decorrente de sistemas de fusão por laser utiliza múltiplosfeixes (tantos quanto 192 em um sistema) para tentar proveruma compressão suficientemente uniforme da cápsula decombustível.

Seria desejável prover um sistema para extração deenergia de reações de fusão controlada no qual tanto aenergia térmica como a corrente contínua em alta tensãofossem extraídas.

Seria desejável se a energia extraída de correntecontínua em alta tensão pudesse ser utilizada como uma fontede energia para sustentar reações de fusão controlada.

Seria também desejável projetar um sistema paraextração de energia a partir de reações de fusão controlada,com uma estabilidade hidrodinâmica elevada para obtenção deuma compressão de cápsulas de combustível altamente uniforme.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Uma concretização da invenção provê um sistema paraextração de energia a partir de reações de fusão controlada.O sistema inclui uma câmara-alvo central para recepção domaterial-alvo de fusão. Uma pluralidade de acionadores deenergia fica disposta ao redor da câmara-alvo de modo afornecer energia ao material-alvo de fusão dentro da câmara,iniciando uma reação de fusão controlada do material,liberando energia nas formas de plasma de fusão e calor. Umapluralidade de meios para extração de energia a partir dareação de fusão é previstos, e compreendem meios para extrairenergia de corrente contínua em alta tensão a partir doplasma de fusão, e meios para extrair energia térmica apartir da câmara-alvo central.

A concretização anterior aumenta a eficiência de umsistema de fusão nuclear através da extração da energia decorrente contínua em alta tensão como da energia térmica.

Outra concretização da invenção provê um sistema paraextração de energia a partir de reações de fusão controlada,sendo que a pluralidade de acionadores de energia éenergizada por um meio de armazenagem de energia. Esse meiode armazenagem de energia recebe energia a partir de umprimeiro suprimento de energia e fornece energia de partida eenergia de reprocessamento, e um segundo suprimento deenergia deriva energia a partir da energia de correntecontínua em alta tensão extraída a partir do plasma de fusão.A "energia de partida" é a energia total necessária parainiciar a reação de fusão e a "energia de reprocessamento" éa energia que é adicionada à energia procedente do segundosuprimento de energia para manter a operação da reação defusão.

A concretização anterior obtém elevada eficiência pelouso da energia de corrente continua em alta tensão extraída apartir da reação de fusão como uma fonte de energia para osacionadores de energia que impulsionam as reações de fusão.Isso significa que a maior parte da energia necessária paraimpulsionar a reação de fusão é derivada da própria reação(prévia) de fusão.

Outra concretização da invenção provê um sistema paraextração de energia a partir de reações de fusão controlada,no qual cada um dos inúmeros acionadores de energiacompreende um aparelho unitário. O aparelho unitário produztanto um pulso de raios-X para causar a fusão do material-alvo a ser submetido a uma reação de fusão controlada a fimde provocar a liberação de energia na forma de plasma defusão e calor, como também (b) energia RF para aquecersimultaneamente o material-alvo de fusão.

A concretização anterior da invenção apresenta ahabilidade de produzir um pulso de aquecimento RFsimultaneamente com o pulso por impulsão de raios-X semreduzir a eficiência. Isso permite o uso de aquecimento RFpara aumentar a eficiência do sistema de fusão nuclear a umcusto mínimo adicional e sem penalização energética.

Ainda outra concretização da invenção provê um sistemade fusão nuclear, no qual uma estrutura apodizante éassociada a cada acionador de energia para dar à frente deonda do pulso de raio-X uma nova forma côncava a partir daperspectiva do material-alvo de fusão.

A concretização anterior da invenção corrige os errosde frente de onda que provocam instabilidade hidrodinâmica dotipo Rayieigh-Taylor por meio do filtro apodizantemencionado. Como a cápsula-alvo é uma esfera, o filtroapodizante é utilizado para mudar o formato da frente de ondade compressão para uma superfície altamente côncava, cujoraio corresponde ao raio do alvo. Através desses meios, afrente de onda "envolve" uma face do alvo e provê umacompressão totalmente uniforme do alvo.

Um benefício direto do uso de filtros apodizantes paracorrigir a frente de onda de compressão é que a quantidade defeixes usada para iluminar o alvo é reduzida, no lugar dos192 feixes que 0 National Ignition Facility Fusion Reactor atLawrence Livermore lab" na Califórnia usa, sendo que apresente concretização da invenção pode permitir o uso demuito menos feixes, tal como 6. Isso reduz diretamente ocusto e tamanho do reator, aumentando assim suaconfiabilidade.

DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A figura 1 é uma vista simplificada, em perspectiva, deum reator para geração de energia através de fusão nuclearcontrolada.

As figuras 2 a e 2B são vistas de seção transversal doreator da figura 1, sendo que a figura 2a mostra a seçãoindicada como TIG.2a - FIG.23" na figura 1, e a figura 2Bmostra a seção indicada como TIG.2B - FIG 2b" na figura 1.

A figura 3 mostra um diagrama em bloco do fluxo deenergia do sistema de reator da figura 1, mostrando o reatorainda mais simplificado do que na figura 1.

As figuras 4a e 4B são seções transversais laterais efinais simplificadas, respectivamente, de um acionador deenergia básico - emissor de raio-X estimulado (SXE).

A figura AS é uma vista em perspectiva de uma rede decasamento de grade e de fase, usada com o SXE das figuras 4ae 4B.A figura SB é uma vista da rede de casamento de grade ede fase da figura AS, mostrando a seção transversal indicadacomo TIG, AS - FIG 5a* na figura.

A figura 5C é um diagrama esquemático da rede decasamento de fase da figura 5a,

A figura 6 é uma vista em corte de uma frente de ondaplanar, que incide sobre um filtro apodizante e a frente deonda corrigida produzida pela passagem pelo filtro.

A figura 7 é uma vista em perspectiva de uma versãocapacitor-melhorada do SXE da figura 4.

A figura 8 é uma vista em corte ao longo do comprimentode um transformador elétron-acoplado, a figura 9 mostra asformas típicas de onda do transformador elétron-acoplado dafigura 8,

A figura 10 mostra uma vista em corte ao longo docomprimento de um acionador SXE-Vircator combinado.

A figura 11 mostra e uma vista parcialmente em corte docomprimento do aquecimento Vircator RF da figura 10.

A figura 12 mostra uma vista em corte ao longo docomprimento de um acionador SXE-MSLO combinado.

A figura 13 mostra uma vista parcialmente em corte aolongo do comprimento do aquecimento MILO RF da figura 12.

A figura 14 mostra uma vista em corte ao longo docomprimento de um tubo de deslizamento usado no aquecimentoMILO RF da figura 12, e figura 14B mostra uma vista ampliadada região circulada na figura 14 A intitulada "fig 14B*".

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Uma relação de números de referência dos desenhos, suaspartes associadas e materiais preferidos das partes constamaproximadamente no final dessa descrição das concretizaçõespreferidas. A referência bibliográfica é citada por extensoem seguida à relação dos números de referência dos desenhos.Nessa descrição, são apresentadas breves referênciasbibliográficas sobre o autor "Nakai", por exemplo, comosegue: (Referência Nakai)

Princípios fundamentais de Concretizações Preferidas

São descritos princípios fundamentais de concretizaçõespreferidas em conexão com as figuras 1-3.

A figura 1 mostra um reator para geração de energia porvia de fusão nuclear controlada. 0 sistema inclui uma câmara-alvo central ou região 10. Series de seis ou mais acionadoresde energia 12 são dispostas em pares simétricos ao redor daregião-alvo central. Os acionadores de energia simétricos 12são dispostos simetricamente sobre uma localidade 22 dacápsula-alvo, de forma a criar coletivamente uma frente deonda preferivelmente altamente esférica, que incida sobre acápsula de fusão-alvo na localidade 22. Os acionadores deenergia produzem feixes de raios-X em elevada fluência quecomprimi simetricamente o alvo a fim de iniciar e sustentar areação de fusão. Os acionadores de energia sãopreferivelmente emissores de raios-X estimulados (SXE) comoprimeiramente descrito pelo inventor da presente invenção nodocumento de patente americana No. 4.723,263. Naconcretização preferida, os acionadores SXE mencionados sãoequipados com um meio de produção RF que provê um pulsosimultâneo da energia RF para fornecer calor adicional áreação. Isso também é descrito na abordagem das figuras 10-13.

Com referência às figuras 1-3, uma pluralidade de conesde extração de energia 14 é disposta ao redor da região-alvocentral 10. Cada um desses cones é uma parte de um sistema àvácuo. Cada um deles contém uma grade de captação de energia46 que produz uma saída de corrente contínua em alta tensãoque é utilizada para impulsionar os acionadores de energiaSXE 6. Os cones de extração de energia 14 podem ser formadosem outros formatos, tais como cilindros. Uma abordagemdetalhada desse processo consta na abordagem da figura 3abaixo.

O sistema das figuras 1-3 contém um segundo meio deextração de energia que pode adequadamente um laço térmico deciclo do tipo Rankine. O agente refrigerante é introduzidopara dentro de um subsistema de troca de calor interno 24através de um tubo de entrada 18, sendo circulado através dotrocador de calor 24 e em seguida sai do reator pelo tubo 20.O agente refrigerante aquecido é usado para acionar umaturbina que, por sua vez, aciona um gerador para produzireletricidade. A maior parte dessa eletricidade estádisponível para fornecer grades de energia externa. Umapequena parte ú usada para prover a assim chama energia dereprocessamento ao sistema a fim de compensar a pequenaineficiência dos cones de extração de energia HV de correntecontínua 14. Um sistema de injeção de cápsula de combustível16 é usado para injetar as cápsulas-alvo de fusão para dentrodo reator. No sistema atual, o injetor de cápsulas 16 éverticalmente orientado conforme ilustrado na figura 2B.

As figuras 2a-2B mostram componentes internos eexternos principais e sua relação geométrica, na figura 2a,observa-se uma seção-transversal do reator. A disposição dosAcionadores de Energia 12 e os cones de extração de energia14 são nitidamente visíveis. Também são visíveis as estruturainternas dos reatores, que aparecem ilustradas detalhadamentena figura 2B. A parede da câmara do reator e a camada maisexterna, mostrada sob o No. 10, que provê um suporteestrutural para as estruturas internas e é, portanto, oinvólucro a vácuo. Embora representado como um objetoesférico, também podem ser empregados outros formatos. 0formato da câmara não interfere na funcionalidade do sistema.A camada mais interna consiste em bobinas deconfinamento magnético 30. Essas bobinas criam um forte campomagnético que confinam o plasma de fusão e o protege docontato com o "finer" 28 e outras estruturas internas. 0campo magnético produzido pelas bobinas de confinamentomagnético 30 apresenta aberturas (regiões de campodisseminado "sow") que corresponde às localidades dos conesextratores de energia e acionadores de energia SXE.

A camada mais interna é a camada de passagem do agenterefrigerante (trocador de calor) 24. 0 agente refrigerantepenetra essa estrutura através da entrada para agenterefrigerante 18, circula pelas passagens 24 e sai em estadosuperaquecido por uma saida 20 para agente refrigerante. Esseagente refrigerante superaquecido é usado para prover deenergia uma turbina & gerador a fim de produzir eletricidade.Nesse aspecto, o injetor de cápsulas 16 é considerado em suaorientação vertical própria.

A figura 3 mostra um diagrama em bloco de fluxo deenergia do sistema de reator da figura 1. Os dois laços deextração de energia aparecem ilustrados. O laço térmicoconsiste na entrada 18 térmica para agente refrigerante, nasaida 20 térmica para agente refrigerante e na camada depassagem para agente refrigerante (trocador de calor) 24. Aoperação desse laço é descrita acima na abordagem da figura2. 0 laço de extração de corrente continua em alta tensãoconsiste no cone 14 extrator, na grade extratora 46, noretorno corrente continua 48, na armazenagem de energia e nosmeios de condicionamento de energia 38, no modulador de pulso34 e em suas duas saldas sincronizadas (a) 36, HV correntecontinua para os acionadores de energia SXE 12 e (b) 32, nosinal de impulsão de confinamento magnético. É fundamentalpara uma concretização preferida dessa invenção o uso decorrente continua em alta tensão diretamente extraída paraimpulsionar os acionadores de energia SXE. 0 SXE opera emcorrente continua em alta tensão, ele é diretamentecompatível com a saída de corrente contínua direta dos conesextratores de energia 14. A energia extraída é usada pararecarregar um meio de armazenamento de energia 38. O sistemade armazenamento de energia pode utilizar um meio dearmazenamento capacitivo ou um meio de armazenamento indutivoou ambos, a título de exemplo. O uso de armazenamentocapacitivo é a concretização preferida para essa parte dosistema. O armazenamento de energia e o subsistema decondicionamento de energia 38 apresentam uma segunda entradade energia 40 que permite a entrada de energia a partir defontes externas (por exemplo 42, 44) a ser aplicada aosistema. A fonte externa 42 pode ser um transformadorelétron-acoplado conforme descrito abaixo, a fonte externa 44é uma fonte de alimentação de corrente contínua em altatensão. A energia da segunda entrada de energia 40 é usadapara iniciar o sistema e, portanto, fornecer energia dereprocessamento durante a operação. Esta é para compensar aperdas por ineficiência no laço de extração HV correntecontínua descrito.

As figuras 4a e 4B são seções transversais do acionadorde energia SXE básico, que pode ser usado como acionadores deenergia 12 na figura 1. A figura 4a apresenta uma vista finale a figura 48 apresenta uma vista lateral. Nesses planosobservam-se um anodo 84, uma grade 88, e um cátodo 68. 0 SXEé um tubo tríodo de elétrons. Ele apresenta uma novaestrutura de bombardeador de elétrons, compreendida pelocátodo 68 e pela grade 66. A justaposição física desseselementos é tal que ela forma um guia de ondas circular. Umguia de ondas circular mantém o modo elétrico transverso(TEM) que sempre se propaga na velocidade da luz ("c") . Essapropriedade é decisiva para a função do SXE na medida em queele assegura que o feixe de elétrons, conforme mostrado porarranjos, varre o anodo na velocidade da luz e, assim, avelocidade de fase e a velocidade de grupo da frente de ondasão combinadas. Isso é conhecido como a Onda Em propagaçãocolapsante. Ela é importante no processo de formação de raio-X, na medida em que assegura que raios-X formados pelo feixeestão sempre viajando em uma zona altamente ionizada e, poressa razão, não são absorvidos por processos de auto-absorção.

A estrutura de grade (abordada detalhadamente na figura5) é altamente simétrica. Isso assegura que o colapso da ondana direção do anodo é perfeitamente simétrico. Comoresultado, quando os elétrons batem no anodo, eles criam umaregião altamente ionizada de Bremstrahlung. Portanto, existeminúmeros elétrons secundários presentes em tal regiãoaltamente ionizada. O anodo é carregado com um materialgerador de laser. Os fótons de radiação Bremstrahlung batemnos átomos do material gerador de laser e, pelo fato deestarem em energia consideravelmente maior do que o potencialde ionização da camada K do átomo, eles ionizam totalmente oátomo. A cascata de re-população resultante provoca aliberação de prótons a partir de cada camada de elétron doátomo. 0 excedente de elétrons assegura que esse processoocorre muito rapidamente. Segue uma reação em cascata. Aradiação é, primeiramente, isotrópica. Mas quando prossegueao longo do comprimento do anodo, a radiação fora de eixo ésuprimida pela parede do anodo ou usada para ionizar outrosátomos. Tudo isso ocorre na zona ionizada que varre ao longodo anodo em "c". 0 feixe resultante é colimadogeometricamente pelo anodo e consiste na maior parte em fótonda camada K, e fótons d camada L e fótons da camada M quandoeles estão presentes.

Com relação agora às figuras 5a, 5B e 5C essas figurasmostram detalhes da rede de casamento de grade e de fase dasFiguras 4a E 4b. A figura 5a mostra toda a rede de casamentode fase e de grade e detalhes do isolamento de grade. Essesdois elementos são atualmente parte de uma estrutura única. Afigura SB mostra detalhes de um tensionamento de gradepreferido de meios de tensão e isolamento de grade, a figura5C mostra o diagrama elétrico da rede de casamento de fase.Comum a todos os tubos com Canhões de Elétron de OndaProgressiva (TWEG) são as exigências de projeto para a grade.Não interessa qual escala ou nivel de energia em que o tubo éprojetado, as características seguintes são comuns e precisamestar presentes para operar o canhão de elétrons de ondaprogressiva.

O canhão de elétrons de onda progressiva (TWEG) é umaúnica estrutura em que ele usa a justaposição próxima dagrade 66 e o cátodo 68 para produzir uma estrutura guia deonda circular que suporta um modo elétrico transverso (TEM).O modo elétrico transverso é um guia de onda circular quesempre viaja na velocidade da luz ("c"). Esse aspecto do TWEGé responsável por seu tempo de elevação (um nanosegundo paracada pé ou 30.48 cm de comprimento de canhão).

A grade também é usada tanto para produzir o campoelétrico necessário para extrair elétrons do cátodo como paracontrolar o fluxo de tais elétrons. Isso é realizadopolarizando a grade relativa ao cátodo. Tanto funções decomutação e de modulação podem ser obtidas através de umapolarização adequada do tubo.

Existem diversas condições importantes que precisam sersatisfeitas durante o projeto de uma grade para uma estruturaTWEG. São elas:

(1) o espaçamento grade-cátodo deve serconstante ao longo do comprimento da grade. Isso énormalmente possível colocando a grade sob altatensão ou construindo-a com uma estrutura rígida.

(2) O número de elementos na grade deve serelevado o suficiente para assegurar um campo elétricoconstante e uniforme na região grade-cátodo.(3) Não deve haver arestas afiadas derebarbas em nenhum lugar na estrutura de grade.Elementos individuais podem apresentar formatosredondos, planos ou elipticos de elevada razão deaspecto. Todas as arestas precisam ser totalmentearredondadas. Neste contexto, totalmente arredondadassignifica que a aresta em questão apresenta um raioigual à metade da espessura do material, um exemplode totalmente arredondada aparece em 125 na figura 14.

(4) a implementação atual dessas normas deprojeto é determinada pelo tamanho da grade a serconstruída. A grade pode ser feita de uma única peça,ou mais comumente, de uma série de elementosindividuais forçados por anéis de montagem emqualquer extremidade 130, 132, providos de isolanteselétricos adequados 136, 140 para evitar a formaçãode centelhas, e um meio para manter a tensão naestrutura da grade. Na concretização preferidamostrada, cada elemento de grade é provido de um meiode tensão na forma de uma mola pesada 146, arruela148, e porca 150. As porcas de vários elementos degrade são apertadas com uma chave dinamométrica paraassegurar uma tensão uniforme em todos os elementos.

A conexão elétrica à grade é feita por meio de uma redede casamento de fase 134, 136 que é conectada ao terminal deentrada da grade. A rede de casamento de fase consiste em umasérie de fios 134 de comprimento exatamente igual, com umatolerância típica de +/- 0,0005" (+/- 12 mícrons). Cada fioda rede de casamento de fase é conectado ao anel de suporteinferior 132 em um ponto eqüidistante dos dois elementos degrade adjacentes. Existe uma pluralidade de fios de rede decasamento de fase simetricamente dispostos ao redor do anelde suporte de grade.Os outros terminais dos fios da rede de casamento defase são conectados a um elemento conector comum 136. IssoEste apresenta uma quantidade de furos em um terminal igual àquantidade de fios da rede de casamento de fase, e um únicofuro no terminal oposto. Um fio é colocado nesse furo ealcança um condutor de passagem a vácuo de grade. Os fios sãode prata soldada pelo método de gás inerte-tungstênio (TIG).A solda TIG é preferida, porém nem sempre é possível.

A finalidade dessa rede de casamento de fase éassegurar que toda a base da grade responde ao sinal decontrole no mesmo momento com uma precisão que épreferivelmente na faixa de pico-segundo. Isso resulta em umaonda altamente simétrica que se propaga na estrutura TWEG.Essa é uma onda de potencial terrestre e apresenta o efeitode permitir energia armazenada no vão grade-cátodo e tambémenergia disponível para a grade para propagar para o anodoresultando na condução desse sinal.

Instabilidade Hidrodinâmica: Causas & Remediação

A figura 6 mostra o princípio operacional do filtroapodizante, com movimento de frente de onda mostrado porarranjos. 0 desempenho ideal de qualquer sistema de fusãodepende do estabelecimento de uma compressão perfeitamentesimétrica da cápsula-alvo de combustível. 0 acionador deenergia 12 (fig. 1) da presente invenção provê um meio deiluminar simetricamente o alvo. Se às frentes de onda 60 queintervém sobre o alvo, for conferida uma geometria côncava,cujo raio corresponde ao raio da cápsula-alvo, pois épossível criar uma frente de onda com uma compressãoperfeitamente simétrica sobre a cápsula-alvo de combustível.A razão pela qual isso é necessário é para minimizar ainstabilidade de Rayleigh-Taylor, que, se forte o suficiente,pode fazer com que a cápsula de combustível aqueça em umaforma não-uniforme e, assim, não incendiar em uma reação defusão, se necessário, acionadores de energia adicionais 12podem ser adicionados em pares simétricos para aumentar auniformidade de frentes de onda de compressão. Consideraçõesgeométricas determinam o número de acionadores que serãoadicionados, se seis acionadores não forem suficientes, apróxima etapa será preferivelmente com 12 acionadores,seguida por 14 acionadores, seguida preferivelmente por 20acionadores. Outros números de acionadores de energia sãopossíveis.

O filtro apodizante 58 da figura 6 consiste em umobjeto de espessura variável que é colocado no trajeto defeixe. A seção transversal é ajustada em espessura ao raio doalvo. Na concretização preferida, esses filtros são feitos demateriais de filme fino que são depositados para criar aseção transversal desejada. A seleção do material édeterminada pela necessidade de impulsão de energia dacombinação fusão-combustivel. No caso da reação deutério-trítio, ela fica entre 250 e 350 elétrons-volts, desse modopoderiam ser usados materiais com um número atômico bem baixotais como lítio, berílio, boro ou carbono. Reações de energiamais elevadas, tais como lítio-boro de hidrogênio-boropoderiam usar qualquer um desses materiais, possivelmentemagnésio, alumínio ou silício. É importante que o númeroatômico do material de densidade não seja tão alto que ocorraabsorção significativa. Verificou-se que o filtro apodizanteproduz alguma radiação de dispersão, mas que não consiste emum problema na presente invenção.

É fundamental para o processo de reações de fusão aminimização de ins.tabilidades de Rayieigh-Taylor (RTI) , queocorre durante a compressão do material-alvo de fusão. Parageometrias-alvo esféricas, a frente de onda de compressãoideal é uma onda concentricamente esférica, que reduz emdiâmetro com simetria perfeita. Em equipamentos comuns parareações de fusão controlada, isso é extremamente difícil dese obter.

É importante observar que técnicas ópticas difrativasna forma de elementos tais como placas de zona também podemser usadas para corrigir a frente de onda. Placas de zona sãobem conhecidas nas ciências ópticas. A extensão à porção deraio-X suave do espectro é simples e já tem sido descrita naliteratura.

Comparação da fusão de iluminação de acionamento diretopor raio-X com fusão de confinamento inercial a laser

O desafio que engenheiros projetistas de reatores defusão enfrentam é como obter uma compressão simétrica similardo alvo de fusão. Um grande leque de soluções produziunumerosas geometrias de reator. A presente discussão enfocao caso específico de sistemas que usam cápsulas decombustível como material-alvo de fusão. Essa classe desistemas é conhecida como sistemas por confinamento inercial("ICF") . É comum a todos os sistemas ICF possuir o acionadorde energia oferecida ao alvo como uma série coletiva defeixes combinados de energia síncronos. As frentes de ondasíncronas combinadas dos feixes de energia aproximam umacamada esférica em colapso. Em geral, os feixes maisutilizados os melhores (oi mais esféricos) o confinamento.Podemos observar esse dado claramente na maioria das vezes naárea de fusão conduzida a laser, onde os sistemas mais bemsucedidos apresentam o número mais elevado de feixes.Sistemas tais como o laser NOVA apresentam mais de 50 feixes.O novo National Igntion Facility (NIF) de Lawrence LivemoreNational Laboratory (LLNL) possui 192 feixes síncronos e aexpectativa é de um confinamento significativamente melhor doque sistemas anteriores tais como NOVA (LLNL), OMEGA (LLNL) eGEKKO (Japão).

Os princípios básicos do ICF descritos a seguir são:

(1) períodos de confinamento,(2) frações de queimadura, e

(3) a necessidade de compressão-implosão alvo.

O processo de implosão de um alvo ICF de iluminação deacionamento direto típica é aproximadamente dividido em trêsfases: fase inicial, fase de aceleração e fase dedesaceleração. (A invenção aqui reivindicada usa um sistemade iluminação de acionamento direto). Na fase inicial, aprimeira onda de choque viaja em uma cápsula de combustível eo fluido na cápsula é acelerado principalmente pela onda dechoque. A camada externa (ou ablativa) é ablativamenteacelerada para a segunda fase. Então, o combustível écomprimido intensamente na fase de desaceleração. Na faseinicial, interferências sobre a superfície-alvo sãodisseminadas por impressão inicial devido à não uniformidadede irradiação a laser, além da aspereza de superfície -alvooriginal. Essas interferências são acompanhadas por umapropagação de choque ondulada antes do choque irromper sobrea superfície interna da cápsula de combustível, e tambémacompanhadas por uma propagação de rarefação ondulada. Asinterferências surgida na superfície externa devidoprimeiramente a instabilidade R-T na segunda fase (deaceleração) são então conduzidas pela superfície interna(referência Nakai).

Na unidade nacional de ignição NIF mencionada, 192feixes de laser são utilizados para produzir 1.8 megajoulesde energia e consomem 500 TeraWatts de energia, dos quais 30kiloJoules são transferidos como raios-x para o combustíveldeutério-trítio na cápsula de combustível alvo. Através daignição e queima bem sucedida, o combustível pode produzir de600 a 1.000 vezes mais energia do que é colocada nela. Issoproduz um fluxo intenso de raios-X de quase 1.000 terawattspor centímetro quadrado.O grande número de feixes na Unidade Nacional deIgnição NIF permite que a iluminação a laser se aproxime maisde perto de um campo uniforme de raios-X do que fez areferida Unidade NOVA. Todavia, uma assimetria básica aindapersistirá devido a pontos quentes diretamente aquecidospelos feixes de laser e pontos frios onde o calor é perdidoatravés das cavidades de laser. Como a ignição depende dailuminação suave por raio-X da cápsula, engenheirosprojetistas pretendem reduzir assimetrias no fluxo de raio-Xpara menos de 1 por cento, posicionando convenientemente ospontos quentes aquecidos a laser, ajustando o comprimentoexato da cavidade que contém a cápsula, e modificando asintensidades de pulso de laser. Cavidades são utilizadas comsistemas de iluminação de acionamento indireto, em contrateao sistema de iluminação de acionamento direto por raio-X.

O mecanismo de IGF induzido a laser baseia-se na luz aser absorvida nas paredes cilíndricas da cavidade, queconverte a luz laser em raios-X suaves. A cavidade é feita deum material de número atômico elevado tais como ouro, quemaximiza a produção de raios-X. Esses raios-X são rapidamenteabsorvidos e reemitidos através das paredes, criando uma ondatérmica induzida por radiação, que se espalha para dentro dasparedes da cavidade. A maior parte dos raios-X são, em últimaanálise perdidos dentro das paredes, alguns escapem para forados orifícios do laser, e o resto é absorvido pela cápsula-alvo no centro das cavidades, induzindo a implosão. Esseacoplamento à cápsula é tipicamente menor do que 1/2 daenergia total, ou aproximadamente 0.2 para uma cavidadeaquecida a laser em escala de usina elétrica. Assim, oacoplamento por iluminação de acionamento indireto érelativamente pobre se comparada à iluminação de acionamentodireto. (Referência Rosen)

Iluminação de acionamento indireto é menos eficiente emenergia de acoplamento a uma cápsula do que a iluminação deacionamento direto, por causa da conversão em raios-X nacavidade. Porém, a iluminação de acionamento indireto é menossensível a variações em intensidade de feixe e instabilidadeshidrodinâmicas. 0 começo de ignição de alvos induzidos poriluminação de acionamento direto ou iluminação de acionamentoindireto é quase o mesmo. Porém, o ganho é calculado emaproximadamente um fator de 2 maior nos alvos induzidosdiretamente.

A escolha da temperatura do raio-X é crucial, pois eladetermina o material que formará a camada ablativa externa dacápsula, chave da implosão e reações subseqüentes de ignição.Se essa camada for lisa o suficiente e banhada uniformementeem raios-X, sua ablação forçará eficientemente a cápsula paradentro a uma velocidade de aproximadamente 4 00 quilômetrospor segundo (mais do que um milésimo da velocidade da luz) eestabelecerá a pressão e temperatura necessárias para iniciarreações de fusão. (Referência Haan).

Uma das questões-chave em instabilidades de Rayleigh-Taylor diz respeito ao fluxo de raio-X que interage com asuperfície ablativa. Em fluxos mais altos, a ablação domaterial também aniquila as perturbações crescentes.Perturbações iniciais também são minimizadas tornando ascamadas da cápsula o mais lisas possível. Instabilidade deplasma-laser e instabilidades hidrodinâmicas são ameaçascomplementares à ignição, e os alvos são intencionalmenteprojetados de forma que as duas ameaças sejam mais ou menosbalanceadas. Temperaturas mais elevadas que exigemintensidades de laser maiores pioram instabilidades deplasma-laser, porém minimizam instabilidades hidrodinâmicas.

Em contrapartida, temperaturas baixas minimizaminstabilidades plasma-laser, porém intensificaminstabilidades hidrodinâmicas. Como resultado, engenheirosprojetistas atingiram limites de temperatura de raio-X alta ebaixa, aproximadamente 250 electron-volts e 350 electron-volts para o caso específico do combustível deutério-trítio,além do que implosão e ignição eficientes são difíceis deobter (condições ideais). Outros combustíveis apresentammaiores exigências de energia.

A diferença fundamental entre as dinâmicas de implosõesdiretamente induzidas por lasers e aquelas induzidas porraios-X é que os lasers absorvem a uma densidade de elétronrelativamente baixa, n, correspondendo à densidade de elétroncritica para o comprimento de onda daquele laser, enquanto osraios-X são absorvidos mais profundamente dentro do alvo adensidades de material sólido, que, quando ionizados pelofluxo de raios-X, são em densidades de elétron muito altas.Assim, mesmo se o laser for a luz de 1/3 mm, a região deabsorção de raio-X típica apresenta densidades de elétronquase 100 vezes mais amplas.

Para obter as condições sob as quais o confinamentoinercial é suficiente pata atingir a queima termonuclear, umacápsula de combustível implodida é comprimida em condições detemperatura e densidade elevadas. No laboratório um acionadoré necessário para depositar energia na cápsula a fim depromover uma implosão. Existem três acionadores atualmente emcogitação para ICF no laboratório.

(1) Lasers altamente-energizados

(2) íons pesados acelerados, e

(3) Raios-x resultantes de equipamentos deenergia pulsada

Definimos a velocidade de ablação por Vabt 5dml.Esperamos uma ordem plena de diferença de magnitude em Vabientre iluminação de acionamento direto e acionamentoindireto. Acionamento direto, em virtude de seu acoplamentomelhor [n[q 7 da ordem (0.8)(0.1) = 8% versus acionamentoindireto (0.2}(0.2) = 4%] apresenta vantagens sobre oacionamento indireto, ambos em termos de ganho, e em termosde um acionador menor, mas enfrenta o desafio dainstabilidade RT. (Referência Bames).

As pressões. P. são representadas em escala como nTCin-¥. Através desse escalonamento espera-se um fator dediferença 5 em pressões entre acionamento direto eacionamento indireto, na verdade em fluxos iguais de energiade IO15 W/cm2. Luz laser de l/3mm apresenta uma pressão deaproximadamente 90 MB, enquanto raios-X produzem uma pressãoda região de ablação de aproximadamente 400 MB. A pressãomais alta possível com acionamento direto por raio-X acopladocom a eficiência de acoplamento mais alta o torna umcandidato mais desejável. Uma das razões do acionamentodireto por raio-X não ter sido escolhido até hoje, tem sido anão disponibilidade de acionadores adequados.

Para obter condições para ICF, alvos apresentam umacamada esférica preenchida com uma mistura equimolar de baixadensidade lmg/cm3) de gás deutério e trítio (DT). A camadaesférica consiste em um ablador externo e uma região internade DT congelado ou líquido. A energia resultante do acionadoré fornecida ao ablador que aquece e expande. Quando o abladorexpande, o resto da camada é forçada para dentro paraconservar momento. A cápsula comporta-se como um fogueteablação-induzido, esférico. Quando a cápsula implode, a ondade compressão aquece a região central. A condução de elétrone perdas radiativas produz o resfriamento da região central.

Razões de convergências de combustível de 30-40:1 e umatemperatura de combustível central de 10 KeV são necessáriaspara que a deposição da partícula α a partir da queimatermonuclear de DT pode superar a condução e perdasradiativas, podendo ser gerada uma onda de combustão auto-sustentável.

Uma implosão assimétrica converte perda da energiadisponível em compressão. Admitindo que a energia disponívelseja tal que uma variação de 25% em simetria seja tolerável auma compressão máxima de combustível, então uma variaçãoinferior a 1% em simetria seria aceitável na cápsula pré-comprimida. (referência Barnes).

O debate que antecede explica as dinâmicas da físicade implosão alvo, as eficiências relativas e trocas dosesquemas de acionamento direto e acionamento indireto bemcomo o impacto da instabilidade hidrodinâmica de Rayleigh-Taylor (RTI). 0 estado da técnica enfocou a melhoria dauniformidade da iluminação laser para minimizar os efeitos daRTI. Observou-se que assim que a cápsula de combustível entraem ignição, não há diferença entre sistemas de fusão deacionamento direto e indireto.

Como lasers são a fonte impulsora de alta energia quemais prevalece, eles tem sido o foco da maior parte daspesquisas. Têm sido usados feixes de íons pesados, porémaqueles sistemas tendem a ser menos eficientes do que sistemade acionamento a laser. Uma pequena porcentagem do trabalhofoi feita sob utilização do acionamento direto por raios-X.Este sistema tem sido feito em grande parte com acionadorespinch-Z ou de foco de plasma. Nenhuma desses sistemasdemonstrou a confiabilidade ou eficiência para processos defusão por raio-X de acionamento direto.

O emissor de Raio-x estimulado (SXE) da patenteamericana 4.723.263 é extremamente adequado para solucionaras questões relacionadas a acionadores e RTI. Esse sistema édimensionado eficientemente nos tamanhos necessários paraconduzir reações de fusão. Se considerarmos o valor NIF de 30KiloJoules do fluxo de raio-X como sendo necessário paraconduzir uma reação de fusão, poderemos graduar um sistemaSXE de forma conveniente.

Se usarmos 6 acionadores, então cada um dos acionadoresprecisará produzir somente 5 KiloJoules. Doze acionadoresproduzirão 2.5 KiloJoules e 20 acionadores produzirão 1.5KiloJoules. Mostramos a seguir o que é necessário partaproduzir um acionador SXE de 2.5 KiloJoule (por exemplo).

A pesquisa inicial com SXE mostrou que ele apresenta10% de eficiência de conversão. Assim, para obter uma saidade 2.5 KiloJoules, é necessária uma entrada de correntecontinua de 25 KiloJoules por acionador. Supondo-se queoperamos com um diâmetro de pé (30.48 cm) SXE em 500KV,obteremos aproximadamente 3.5KiloJoules por pé linear deacionador. Também se supondo que pretendemos um pulso deRai-X de 20 nanosegundos, isso significa que será necessárioum SXE longo de 20 pés (comprimento de 6.1 metros). Um SXE de20 pés (6.1 metros) pode ser assim capaz de 7 Kilojoules desaida de raio-X. Esse acionador atualmente poderia ser usadoem uma configuração de 6 acionadores. 0 uso de acionadores de20 pés resulta em um sistema compacto "footprint" de 3.600pés quadrados (335 metros quadrados) e ocupa um cubo com 60pés de um lado (216,00 pés cúbicos ou 6,116 metros cúbicos).Tal sistema é suficientemente compacto para ser usado emaplicações marítimas, tais como em porta-aviões e outrasembarcações navais maiores ou dedicado a usinas elétricasflutuante.

Isso é extremamente atrativo exceto quando se consideraa questão da RTI. 0 SXE produz uma frente de ondanominalmente planar em seu pulso de saida. Em umaconfiguração de 6 acionadores, fica claro que a RTIimpossibilita uma reação bem sucedida.

Se, porém, se quisermos aceitar uma pequena perda deeficiência, é possível introduzir um filtro apodizante nofeixe de raio-X, conforme discutido acima em conexão com afigura 6. Conforme usado aqui, "um filtro apodizante"significa um elemento quase-óptico que apresenta um perfil detransmissão que é mais denso no centro do que nas arestas,com alguma função de atenção controlada desde a aresta até ocentro da aresta. Isso poderia ser o equivalente de raio-X defiltros apodizantes que são rotineiramente usados com lasersde banda óptica para controlar o formato da frente de onda. Ofiltro para o SXE pode ser construído para produzir umafrente de onda côncava. A montagem simétrica de frentes deonda côncavas pode ser altamente benéfica na supressão deRTI, através do aumento da uniformidade da frente de onda decompressão. O uso de mais de 6 acionadores, em configuraçõestais como 12, 14, 20 ou mais acionadores oferece o potencialpara uniformidade aumentada da frente de onda de compressão.

A vantagem de usar um filtro apodizante é o fato de reduzir onúmero de acionadores necessários, reduzindo o custo total ea complexidade do sistema e aumentando a confiabilidade dosistema.

Esse conceito pode ser estendido a sistemas de fusão deacionamento óptico também. Porém, dadas as vantagensoferecidas pelo acionamento direto por raio-X,particularmente quando se considera o grupo de processos dereação rápida, o uso em sistemas de acionamento óptico, sendodeterminados para aumentar o desempenho, é negado pelasvantagens do acionamento por raio-X.

Enquanto o uso de um objeto de densidade variável comoum filtro apodizante é considerado a concretização preferida,observou-se que é possível uso de técnicas difrativas ópticaspara construir um filtro apodizante para a banda de raio-X.Uma forma típica de óptica difrativa é a placa de zona. Essedispositivo emprega zonas de Fresnel para modificar a frentede onda. Tal filtro difrativa é normalmente mias difícil deconstruir do que um filtro apodizante do tipo de densidadevariável.

Potencialização de Armazenagem de Energia do SXE

A figura 7 mostra uma vista projetada do acionador SXEpotencializado com um capacitor de armazenagem de energia 70,integrado diretamente em sua estrutura. Um dos problemas maisdifíceis associado a reações de fusão controlada é obter umaquantidade suficiente de energia na reação em um período detempo extremamente curto. Isso é necessário para fornecerenergia na ordem de 30KiloJoules de raios-X ao alvo em poucosnanosegundos. Visto que a eletricidade viaja em ou perto davelocidade da luz, que se equipara a aproximadamente um pé(30.48 cm) por nanosegundo, e o tempo disponível para fazerisso é de apenas uns poucos nanosegundos, fica claro que osmeios de armazenagem de energia devem estar próximos aosmeios de suprimento de energia.

Esta questão é endereçada no projeto do acionador SXE12 da FIG. 4 ao adicionar o capacitor coaxial à superfícieexterna do SXE, conforme mostrado na FIG. 7. A superfícieexterna do SXE está no lado externo da superfície do catodo68, assim este oferece um meio de conexão de indutância muitoamplo e baixo. Toda a superfície interna do capacitor é unidaem contato elétrico próximo do catodo. 0 capacitor é entãoenrolado ao redor do acionador SXE até apresentar um diâmetroadequado para fornecer a capacitância requerida paraarmazenar a energia necessária a reação.

Observou-se que o espaçamento intereletrodo da grade-cátodo é um capacitor em si e armazena uma quantidadeconsiderável de energia. Uma estrutura de diâmetro de trêspolegadas (75mm) armazena aproximadamente 200 picofarads porpé (30, 48 cm). Um dispositivo com diâmetro de dois pés (61cm) armazenaria 1,6 nanofarads por pé (30,48 cm) se operadoem 500.000 Volts e armazenaria aproximadamente 4 quilojouleem espaçamento intereletrodo da grade - cátodo. Assim, ocapacitor coaxial somente teria que adicionar um quilojoulepara satisfazer os requisitos da reação de fusão. A razãodestes meios de armazenagem aprimorado estarem incluídos naforma preferida da invenção corrente é a geração de forçacomercial em larga escala. Isto também permiteimpulsionadores 12 de energia mais curtos a serem usados seas reações de "Fusão Rápida" forem contempladas. Asalterações em largura de pulso de raio X e energia sugere apossível necessidade para este aprimoramento.

Transformador Elétron Acoplado

FIG. 8 mostra uma seção transversal do Transformadorelétron acoplado. O Transformador Elétron Acoplado (ECT) éum novo tubo de elétron derivado de SXE. 0 ECT é umdispositivo amplificador do pulso. Este utiliza o mesmocanhão de elétron como o do SXE (isto é, cátodo 68 e grade66). A diferença está no projeto e instalação do anodo 64.

No SXE, o anodo é sempre oco e preenchido com materialgerador de laser. 0 terminal de entrada (esquerda, inferior,FIG. 8) está sempre conectado ao terra. 0 inventor dapresente invenção percebeu que a estrutura SXE básica eramuito similar a classe de transformadores de alta velocidadeconhecidos como "Transformadores Somadores Lineares". Nestesdispositivos, o secundário é uma "haste" com uma extremidadeconectada ao terra e a outra extremidade como terminal desaída de alta voltagem. Uma série de secundários Toroidaissão sobrepostos na haste. Estes apresentam o pulso emseqüência, de forma que o tempo entre os pulsos seja igual aotempo de propagação do pulso até a haste. Cada pulsosecundário adiciona energia (voltagem) ao secundário.

A desvantagem do Transformador Somador Linear Magnéticoé que o primário Toroidal entrará em saturação e fará ocolapso do campo se forem ativados com um pulso muito grande.Isto limita a quantidade de energia que se pode extrair destetipo de transformador.

0 inventor da presente invenção notou que existe umaforte similaridade entre o Transformador Somador Linear e oSXE. Ambos incorporaram uma "Haste". Ambos usaram ummecanismo impulsionador seqüencial, mas o SXE teve umacapacidade de manuseio de corrente maior devido à capacidadede manuseio de corrente maior de seu cátodo frio, emexperimentos anteriores com SXE, ambas as extremidades doanodo foram aterradas assim não foi observada a altavoltagem. Foi realizado um experimento no final de 2006 emque foi construída a versão de SXE com apenas umaextremidade aterrada e a outra extremidade altamenteisolada. Um anodo sólido 65 (FIG. 8) foi usado neste teste.Um pulso foi injetado no cátodo e foi medida a saída doanodo. Uma distinção final entre o Transformador SomadorLinear e o ECT é que no Transformador Somador Linear osprimários são separados em entidades distintas. 0 pulsoresultante possui uma aresta condutora em "escada" comoresultado. 0 ECT, em sua corporificação preferencial possuium primário (cátodo) contínuo e assim possui uma extremidadecondutora suave para seu pulso. 0 ECT, em sua concretizaçãopreferida, possui um primário contínuo (cátodo) e assimapresenta aresta condutora até seu pulso. 0 ECT é mais leveque o Somador Linear devido a falta de centros magnéticos.Um ECT de 100 kV, 100 KA pesa menos que 200 libras (90,7quilogramas).

FIG. 9 mostra o resultado do teste anterior. 0 pulsode entrada 86 e o pulso de saída 84 foram medidos comdivisores de voltagem idênticos em osciloscópio de altavelocidade. 0 pulso de saída foi diversas vezes maior que opulso de entrada, assim verificando o conceito operacional deECT.

A enorme capacidade de manuseio de energia de ECT nospropicia algumas opções para o projeto de suprimento deenergia. As escolhas básicas são:

(1) Suprimento de Energia isolado individual 34, 38(FIG. 3) para cada acionador 12 (independente de quantossão usados) que são sincronizados pelo uso de gerador deretardamento de alta precisão em cada suprimento deenergia.(2) Dois grandes suprimentos de energia 34, 38(FIG. 3) , um para cada metade do número total de 12acionadores, com um único gerador de retardamento parasincronizar os dois lados.

Alta voltagem é distribuída por uma rede similar arede de combinação de fase 134, 136 (FIGs. 5A-5C) em queos comprimentos da linha de transmissão 36 sãocontrolados para garantir a sincronização dos 12acionadores.

(3) Um único suprimento 34, 38 para ativar todo osistema. A voltagem é distribuída por uma rede similar arede de casamento de fase 134, 136 em que oscomprimentos da linha de transmissão 36 são controladospara garantir a sincronização de 12 acionadores.

Embora teoricamente possível, o projeto # 3 acima nãoseria prático por razões geométricas e de segurança. Aslinhas de transmissão de Alta Voltagem 36 (FIG. 3) seriammuito longas e haveria o risco constante de descarga emarco.

O projeto #2 acima é mais prático, mas ainda possuilongas linhas de transmissão 36 (FIG. 3) . Entretanto, estepossui a vantagem de complexidade do sistema reduzida e,portanto maior confiabilidade. Os projetos ECT 42 eModulador de Pulso 38 tratar da carga imposta por esteproj eto,

O projeto # 1 acima é mais complexo, mas em algumaforma o mais fácil de implementar. Os suprimentosindividuais de energia 34, 38 para cada acionador 12 seria de"tamanho modesto". A linha de transmissão de alta voltagem36 dos suprimentos de energia 34, 38 para os 12 acionadoresseria extremamente curta, o que é preferido. Cada suprimentode energia 34, 38 deveria ser controlado por seu própriogerador de retardamento e haveria um processo de ajustenecessário em que todos os 12 acionadores são trazidos para asincronização temporal.

Observamos que também é possível sincronizar os 12acionadores através de meios mecânicos. Neste caso, ocomprimento físico da linha de entrada de alta voltagem 36seria ajustado pela pequena quantidade (frações em umapolegada ou milímetros) para atingir a sincronização temporaldos 12 acionadores.

Referindo-nos a FIG. 8, notamos que o ECT é quaseidêntico na forma ao SXE (FIG. 4), mas as dimensões, anodo esaída são diferentes. Na concretização preferida, o ECT éenvolto em um Envelope de Vácuo de Vidro 76. Existe umisolador de alta voltagem robusto 80 na saída, que forneceuma conexão elétrica com impedância constante para o mundoexterior. A Grade e os sinais do cátodo são alimentadosatravés de passagem 74 e 72, respectivamente. Todo odispositivo está envolto em uma blindagem de radiação dechumbo 7 8 para conter o campo de radiação transversa que seforma. A espessura da blindagem 78 é uma função da voltagemdo cátodo e é calculada por meios convencionais paradeterminar a blindagem de segurança da radiação.

Observamos que tanto é possível como prático utilizar oesquema de aprimoramento de energia do capacitor coaxialdescrito acima no "Aprimoramento de Armazenagem de Energia deSXE" com ECT. Este seria um método conveniente para tornardisponível a energia adicional pra o ECT para aplicações emenergia extremamente alta.

Acionadores de Energia SXE & RF Combinados

FIG. 10 mostra os meios de geração de SXE combinadocom um RF, e FIG. 11 mostra os meios de geração de RF.Especificamente, um tubo separado genericamente conhecidocomo Oscilador de Cátodo Virtual (Vircator) é montado noterminal da saída (mostrado a direita) do SXE na FIG. 11.Nesta configuração, nos beneficiamos do princípio doTransformador elétron-acoplado (ECT) para usar o pulso dealta voltagem que é criado pelo processo SXE e aplica-sediretamente ao cátodo 90 do Vircator. 0 corpo do Vircatorforma uma cavidade ressonante 98 que oscila o cátododispara. Uma grade 92 controla o disparo doe Vircatron. 0sinal de controle é obtido do terminal de saida 142 da gradedo SXE, que está localizado na extremidade oposta da rede decombinação de fase. 0 pulso do acionador é aplicado aoVircator seqüencialmente como resultado da ação da Onda emPropagação da Grade do SXE. 0 Cátodo e a grade contêm umaabertura em seu centro que propaga o pulso do raio X.

A novidade do sistema precedente é que este combinaduas técnicas conhecidas por si próprias, isto é, acionadorde raio X Direto e Aquecimento de RF, para obter maioreficiência no sistema. Este conceito é prático, pois o SXEirá gerar um pulso de corrente continua em alta voltagemsendo ou não utilizado. Entretanto, se o aquecedor de RF nãofor empregado, então a saida do SXE é aterrada e não ocorrequalquer pulso de corrente continua em alta tensão. Aenergia elétrica então deixa o sistema na forma de um pulsode corrente no retorno do terra. Mas, como está disponível opulso HVDC, faz sentido utilizá-lo, particularmente, poisusá-lo não afeta a saída do raio X.

FIG. 11 mostra um corte transversal da cabeça RF doVircator. Os componentes fundamentais são cátodo 90, a grade92, o anodo de grade 94, uma cavidade ressonante 98 e umajanela de saída 98. 0 pulso do acionador sai diretamente doanodo de SXE 12, que está conectado diretamente ao cátodoVircator através da passagem do cátodo 102.

0 Vircator é acionado por sinal de saída triplo desdea grade de SXE 12. Quando o Vircator é acionado, umaexplosão de energia de RF é formada pela oscilação nacavidade ressonante 98. Esta energia possui uma distribuiçãoespectral que é determinada pelas dimensões da cavidade 98.Tipicamente, esta energia está entre 200 MHz e 2,5 GHz. Aenergia sai do Vircator e entra da Câmara Alvo 10 pelajanela de saida 96. O Vircator é um tipo de fonte RF quepode ser integrada ao SXE 12 para aumentar o desempenhooperacional do sistema. 0 cátodo do Vircator 90 possui umaabertura 93 em seu centro pela qual o pulso de raio X do SXEpassa para a câmara alvo 10,

FIG. 12 mostra uma seção transversal de SXE combinadocom o Oscilador Linear Magneticamente Isolado (MILO) noterminal de saida (mostrado a direita) de SXE. 0 MILO éoutra fonte de RF bem conhecida de alta energia similar aoVircator. A diferença significativa é que este pode produzirfreqüências mais altas que o Vircator. Estruturalmente, aprincipal diferença é a incorporação de um tubo dedeslizamento 122 da FIG. 14A e uso de um Canhão de Elétron deOnda em Propagação (TWEG) em vez de um cátodo planar 90 egrade 92 do Vircatron. Existe uma cavidade ressonante 98 esuas dimensões em conjunto com as dimensões do tubo dedeslizamento 122 (FIG. 14A) determina a faixa de saida. Osdispositivos MILO convencionais possuem saídas entre 300fviHz e 3,5 GHz. 0 inventor da presente invenção verificouexperimentalmente que ao colocar uma superfície de grade naface interna do tubo de deslizamento 122 (FIG. 14A), conformemostrado na FIG. 14B, é possível gerar R F em freqüênciasmaiores que aquelas disponíveis de um tubo de deslizamentocom furo suave 122. A fonte deste RF deve-se ao efeito Smith-Purcell que descreve a interação de um feixe de elétronrelativístico com superfície de grade 123. As saídas na faixaTHz são possíveis. A superfície de grade pode ser formadapor muitos métodos. 0 espaçamento, ângulo de grade egeometria de grade são todos determinantes na freqüênciaatingida (FIG. 14B) . Foi determinado que a concretizaçãopreferida da grade do tubo de deslizamento é uma roscainterna conforme mostrado nas FIGS. 14A e 14B. Ao alteraros parâmetros de rosca, a freqüência de saída é alterada. Aextremidade do Tubo de Deslizamento 125 são raios paraminimizar a formação de perturbações de campo elétricoindesejável dentro da Cavidade Ressonante 98.

O saldo do acionador SXE-MILO é o mesmo do SXE-Vircartor. De fato, as cabeças de RF - Vircator e MILO -podem ser intercambiáveis. Como no caso SXE-Vircator, o TWEGdo MILO possui um centro oco pelo qual passam os raios X. Asaída do elétron de TWEG é comprimida pelo tubo dedeslizamento 122 e oscila na cavidade ressonante 98.

Eficiência do Sistema de Energia de Fusão

O sistema de geração de energia de fusão baseada emSXE possui uma eficiência substancialmente maior do quetodos os demais sistemas de geração de energia de fusão.Isto se deve a dois fatores:

(1)Acionador de raio X direto é mais eficiente, deforma inerente, do que qualquer método indireto.

(2)Meios múltiplos de Extração de Energia.

Vamos considerar o que são os determinantes deeficiência básica do processo de fusão. Primeiroconsideraremos a quantidade de energia requerida para iniciara reação da fusão:

Onde:

W = Entrada de energia para os acionadores, (NIF =4 00 TeraWatts; SXE = 50 MegaWatts)

X = Energia necessária para gerar raios X (NlF=I.5MegaJoules. SXE= 50 quilo Joules)

Y - Quantidade de raio X requerida para acionar areação (25 quilo Joules; em cada caso)

Z = Saída de energia total da fusão, (1000 vezes aenergia de entrada, em cada caso)T = Tempo de Queima da Reação (taxa de repetiçãode 5 Hertz = 200 milisegundos; em cada caso)

Podemos agora fazer as declarações a seguir: X > Y, epara o sistema ser prático, 2 »X

No caso de NIF, X = 1.5 MegaJoules, e Y = 25

QuiloJoules (para uma reação D-T) . De acordo com ospesquisadores em NIF, uma queima completa de cápsula decombustível produzirá "algo entre 600 e 100 vezes aquantidade de energia que é colocada neste [o alvo]"(Referência Haan) , Dr. Haan não nos informa se quer fazer aentrada da energia do laser ou entrada do raio X. Se ele serefere à entrada da energia do laser de 1,5 MegaJoules, istocogitaria uma saída de 1,5 GigaJoules. Se ele se refere àsaída de raio X, então a entrada de 25 QuiloJoulesresultaria em saída de 25 MegaJoules.

O projeto de linha base NIF chama uma taxa de injeçãode cápsula de 5 cápsulas por segundo, assim é razoávelpresumir que a vida útil do plasma é de 200 milisegundos.

O sistema NIF requer cerca de 400 TeraWatts de energia(4 χ 101:! Watts) para atingir isto. Se usamos a saída deraio X real de 25 QuiloJoules, e uma saída de 25 MegaJoules,o valor de saída vezes o tempo de queima é igual a 5Megawatts. Um sistema que consome 400 TeraWatts paraproduzir 5 MegaWatts possui uma eficiência de 0,00015%. Sedevemos usar a energia de saída para o laser como ummultiplicador em vez da energia de saída do raio X, a saídasomente seria 250 GigaWatts, Em cada caso, quando comparadocom os requisitos d energia de saída massiva (400TeraWatts) , está claro que NiF somente é uma etapa noprocesso, não um sistema que atingiria as condições do pontode equilíbrio.

Vamos considerar agora um sistema baseado em SXEusando a mesma reação D-T e cápsulas de combustível conformea análise acima de NIF. Mostramos anteriormente que a reaçãode fusão D-T produz 2,5 χ IO5 watts (250 Giga Watts) porcápsula por um período de 200 milisegundos. O sistema doacionador SXE consumirá 25 MegaJoule, que pelo período detempo de 200 milisegundos resultaria em (2.5 χ IO3) χ (2 χ10 ;) ~ 5 χ IO1 Watts ou 500 MegaWatts. Um sistema queconsome

500 MegaWatts para produzir os mesmos 250 Giga Wattspossui uma eficiência de 500 % (saída / entrada =eficiência). Agora, consideramos a perda do ciclo de Rankinee chegamos a uma eficiência de 250%.

O cálculo precedente não considera uma dascaracterísticas mais importantes da concretização preferidada presente invenção: O uso simultâneo de extração direta decorrente continua de alta tensão para operar os acionadoresSXE, que operam em corrente contínua de alta tensão. Oprocesso de extração direta possui uma eficiência verificadade aproximadamente 85%. Isto significa que 15% dos 500MegaWatts (75 MegaWatts) são retirado de uma saída térmicadeixando mais de 24 9 GigaWatts disponíveis para a saída parauma grade de energia. Esta característica torna o uso dossistemas SXE para aplicações marítimas prática, pois adimensão de um sistema é pequena o suficiente para permitirsua incorporação em qualquer navio com uma largura máxima de100 pés (30,5 metros) ou mais. Esta análise também mostraque o sistema do projeto de linha base descrito nestaaplicação é mais do que capaz de exceder as condições doponto de equilíbrio.

O Acionador de Energia Alternativa

A presente invenção não está limitada ao uso de SXE eseus derivados como a fonte de raio X para fornecer a energiapara iniciar a reação de fusão. Existe um dispositivo detécnica anterior conhecida como um dispositivo de Foco dePlasma. Este é um tubo de elétron com estrutura diferente doSXE. É capaz de produzir uma explosão intensa de raio X nosníveis de energia requeridos para as Aplicações de Fusão deAcionamento Direto. Possui diversos atributos desvantajososque o torna menos desejável que o SXE para uso como umacionador de fusão.

O Foco do Plasma não produz um feixe colimado de raiosX como o faz o SXE. Isto não é desejável, pois existe anecessidade de concentrar a energia no alvo. O SXE produz umfeixe colimado de diâmetro correto. O Foco de Plasma requerum refletor fora do eixo que é curvado em 2 dimensões. Esterefletor pode ser usado para colimar o feixe e trazê-lo aofoco na cápsula alvo. A qualidade do feixe é tal que serianecessário utilizar o Filtro Apodizante de uma concretizaçãopreferida desta invenção para corrigir a frente da onda paraum formato útil.

0 foco de plasma não gera um pulso de saída de correntecontínua em alta tensão simultâneo como o SXE. Isso é umadesvantagem, pois significa que tecnologia de aquecimento oucompressão externas exige um suprimento de energia separado eque perde de modo significativo a eficiência total do reatorde fusão (Referência Gal).

Números de Referência dos Desenhos

A lista a seguir de números de referência apresentatrês colunas. A primeira coluna inclui números de referênciados desenhos, a segunda coluna especifica as partesassociadas aos números de referência dos desenhos, e aterceira coluna menciona o material preferido (quandoaplicável) para as partes.

LISTA DE NÚMERO DE MATERIAL PREFERIDO

REFERÊNCIA

10 Câmara alvo Aço inox<table>table see original document page 37</column></row><table>48 Reciclos HV DCpara armazenagem de energia56 Onda plana58 Filtro apodizante

60 Frente de ondacorrigida

62 Onda de PropagaçãoColapsante

64 Anodo

baixo

n/a

Raio-X

Vários materiais Z-

Raio-X

Eletrônica

Metal refratário; Hi-

66 Grade68 Catodo

70 Capacitor coaxial

de

de

72 Condutor

passagem

74 Condutor

passagem de grade

7 6 Envelope de vácuode vidro

7 8 blindagem deradiação

80 Isolante de saidade anodo

84 Forma de onda deentrada ECT

S 6 Forma de onda desaida ECT

90 Catodo Vircator

92 Grade Vircator

93 Abertura em cátodoVircator

Metal refratárioGrafite(concretização preferida)

Camadasdielétricas/metálicasCerâmica & metal

Cerâmica & metal

Vidro (cerâmica, açoinoxidável)Chumbo

Cerâmica

n/a

n/a

Grafite

Metal refratárion/a94 malha de anodo96 janela de saída

98 Cavidade circularressonante

100 Flange de

montagem

102 Condutor depassagem cátodo

104 suporte de cátodo106 Condutor depassagem de grade

108 suporte de grade110 Bomba de

pulverização de íons

112 condutor depassagem de bomba depulverização de íons114 catodo MILO116 Suporte de cátodo

MILO

118 grade MILO

120 suporte de grade

MILO

122 tubo de

deslizamento

124 suporte de tubode deslizamento

125 terminalarredondado do tubo dedeslizamento

126 Isolante de anodointerno

128 Isolante de grade

Metal refratárioCerâmica RF

transparente Z-baixa

Aço inoxidável ou

cobre

Aço inoxidável

Cerâmica & metal

Metal refratárioCerâmica & metal

Metal refratárion/a

Cerâmica & metal

GrafiteMetal refratário

Metal refratárioMetal refratário

Metal refratário

Cerâmica

Material refratário

CerâmicaCerâmica130 Anel de suportede grade superior

132 Anel de suportede grade inferior

134 Fio de rede decasamento de fase

136 conector de redede casamento de fase

138 Isolante de anodointerno

140 Isolante determinal de rede decasamento de fase

142 terminal de saidade grade

144 fio para condutorde passagem de grade

146 mola tensora de

grade

148 arruela150 porca hexagonal152 Isolante de redede casamento de fase

Aço inoxidávelAço inoxidávelAço inoxidávelAço inoxidávelcerâmicoCerâmica

Metal refratário

Cerâmica & metal

Aço inoxidável

Aço inoxidávelAço inoxidávelcerâmica

Citações de Referência Bibliográfica

As referências bibliográficas a seguir são citadas deforma abreviada na especificação. Por exemplo, a referênciabibliográfica breve para autor "Nakai" é a seguinte:(Referência Nakai).

10

"On Target Designing for Ignition", Steven Haan,Lawrence Livermore, Science & Technology Review,July/August, 1999"The Physics Issues That Determine Inertia!Confinement Fusion Target Gain and Driver Requirements;A Tutorial", Mordecai D. Rosen, Lawrence , LivermoreNational Laboratory, Livermore, Califórnia 94550 12November 1998, Physies of Plasmas, Voi, 6, No, 5.

"Convergent Hydrodynamies of Inertia! ConfinementFusion implosions", C. W. Barnes, LLNL Physies Division132 Progress Report 1997-1998

"Fundamental Experiments on HydrodynamieInstability in Direet Drive Laser Fusion at Gekko XII",M. Nakai, institute of Laser Engineering, University ofOsaka, Japan.

"Production of Fast Neutron with a Plasma FoeusDevice", Moshe Gai, Laboratory for Nuclear Science atAvery Point, University of Connecticut, 5 May 2006

Acima são descritos sistemas de energia de fusão nosquais são extraídas tanto energia de corrente contínua emalta tensão como energia térmica. Em uma concretização, aenergia de corrente contínua em alta tensão extraída pode serusada como uma fonte de energia para sustentar reações defusão controlada. Instabilidade hidrodinâmica elevada defocalização-acionamento sobre a cápsula de combustível alvopode ser detectada com o uso de um filtro apodizante paraformatar as frentes de onda de energia de acionamento queatingem a cápsula de combustível.

Embora a invenção tenha sido descrita com relação aconcretizações específicas por meio de ilustração, ohabilitado na técnica poderá proceder a várias modificações ealterações. Deve-se entender por isso, que as reivindicaçõesanexas são concebidas para abranger todas essas modificaçõese alterações implícitas dentro do escopo e sentido dainvenção.

Claims (27)

1. Sistema para extrair energia de reaçõesde fusão controlada, caracterizado pelo fato decompreender:a) uma câmara-alvo central para recebermaterial-alvo de fusão;b) uma pluralidade de acionadores deenergia em torno da câmara-alvo para fornecer energia aomaterial-alvo de fusão na câmara para iniciar uma reação defusão controlada de dito material liberador de energia nasformas de plasma e calor de fusão;c) uma pluralidade de meios para extrairenergia da reação de fusão compreendendo:i) meios para extrair energia de correntecontinua (CC) em alta tensão de dito plasma de fusão; eii) meios para extrair energia térmica dacâmara-alvo central.

2. Sistema, de acordo com a reivindicação-1, caracterizado pelo fato de cada um da pluralidade deacionadores de energia produzir um pulso de raios-X paralevar o material-alvo de fusão a se submeter à reação defusão controlada.

3. Sistema, de acordo com a reivindicação- 1, caracterizado pelo fato de cada um da pluralidade deacionadores de energia compreender um aparelho unitário queproduz:a) um pulso de raios-X para levar omaterial-alvo de fusão a se submeter à reação de fusãocontrolada, de forma a causar liberação de energia nasformas de plasma e calor de fusão; eb) energia RF para aquecer o material-alvode fusão.

4. Sistema, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de compreender ainda umaestrutura apodizante associada com cada um da pluralidadede acionadores de energia para dar à frente de onda dopulso de raios-X uma nova forma côncava da perspectiva domaterial-alvo de fusão.

5. Sistema, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de compreender ainda umaestrutura apodizante associada com cada um da pluralidadede acionadores de energia para dar à frente de onda dopulso de raios-X uma nova forma côncava desde a perspectivado material-alvo de fusão.

6. Sistema, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3 ou 4, caracterizado pelo fato dedita pluralidade de acionadores de energia ser acionadospor um meio de armazenamento de energia; dito meio dearmazenamento de energia recebendo energia de:a) um primeiro suprimento de energiaprovendo energia de partida e energia de reprocessamento; eb) um segundo suprimento de energiaderivando energia de corrente continua em alta tensão dedito plasma de fusão; sendo que dita energia de partida é aenergia total necessária para iniciar a reação de fusão e aenergia de reprocessamento é a energia adicionada à energiaprocedente do segundo suprimento de energia para manter aoperação da reação de fusão.

7. Sistema, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3, 4, ou 5, caracterizado pelo fato decada um da pluralidade de acionadores de energia utilizargás de fonte de raios-X de qualquer um ou de uma combinaçãode oxigênio, nitrogênio, neon, argônio, criptônio, radônio,bismuto, mercúrio e urânio.

8. Sistema, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3, 4, ou 5, caracterizado pelo fato decada da pluralidade de acionadores de energia possuir umaenergia de impulsão de raios-X entre cerca de 200 elétron-volts e 100 quilo-elétron-volts.

9. Sistema, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3, 4, ou 5, caracterizado pelo fato decada um da pluralidade de acionadores de energia utilizarum meio formador de laser de qualquer um ou de qualquercombinação de qualquer elemento com um número atômico entre 7 e 93.

10. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de cada um da pluralidade deacionadores de energia compreender uma fonte de raios-Xcompreendendo um tubo de elétron de triodo cilíndrico comum anodo central oco ao longo do eixo geométrico principaldo tubo e uma grade e catodo radialmente espaçados doanodo, a fonte de raios-X sendo projetada de forma tal quea relação entre a grade e o catodo forme um guia de ondacircular que suporta o Modo Elétrico Transversal; dito cadaacionador de energia sendo projetado de forma tal que:a) o catodo e a grade formem um canhão deelétrons de onda em propagação que produz uma onda empropagação colapsante radialmente simétrica que viaja àvelocidade da luz ao longo de um eixo geométrico linear dedito cada acionador de energia e que se encontra no ModoElétrico Transversal;b) uma onda em propagação colapsanteradialmente simétrica efetue a varredura ao longo do anodoà velocidade da luz e tenha energia suficiente para que oselétrons penetrem uma parede do anodo e crie uma zona deBremstrahlung e elétrons, zona esta que realiza a varredurana forma de uma frente de onda ao longo do espaço ocointerno do anodo à velocidade da luz; o espaço interno doanodo sendo carregado com um meio formador de laser que étotalmente ionizado pela zona varrida de Bremstrahliung efrente de onda eletrônica; ec) a energia da zona varrida deBremstrahlung e da frente de onda eletrônica seja bombeadapela energia contida na capacitância de intereletrododistribuído e na grade e dos meios externos dearmazenamento de energia.

11. Sistema, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de ditos meios externos dearmazenamento de energia compreenderem um capacitor coaxialconcentricamente enrolado sobre a superfície externa docatodo.

12. Sistema, de acordo com a reivindicação 10,caracterizado pelo fato de a energia da zona varrida deBremstrahliung e da frente de onda eletrônica ser bombeadade forma linear pela energia contida na capacitância deintereletrodo distribuído do catodo e de dita energiacontida na capacitância de intereletrodo distribuído e nagrade e dos meios externos de armazenamento de energia.

13. Sistema, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de:a) a fonte de raios-X também produzir umpulso em alta tensão no terminal de saída do anodo; eb) dito pulso de alta tensão ser usado paraproduzir um pulso RF através de meios de geração de RFcompreendendo uma cavidade ressonante e canhão de elétronssendo conectados ao terminal de saída do anodo da fonte deraios-X, para produzir um "burst" com coerência de fase deenergia RF coincidente com o pulso de raios-X.

14. Sistema, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de dito primeiro suprimento deenergia utilizar um Transformador Elétron-Acoplado paragerar um pulso de alta tensão compatível com e adicionado àenergia gerada por dito segundo suprimento de energia.

15. Sistema, de acordo com a reivindicação-14, caracterizado pelo fato de dito Transformador Elétron-Acoplado compreender:a) um tubo de elétron de triodo cilíndricocom um anodo central sólido ao longo do eixo geométricoprincipal do tubo e uma grade e catodo radialmenteespaçados do anodo, o Transformador de Elétron-Acopladosendo projetado de forma tal que a tensão medida noterminal de saída aumenta como função do feixe de elétronsvarrido; sendo que:i) o catodo e a grade formem um canhão deelétrons de onda em propagação que produz uma onda empropagação colapsante radialmente simétrica que se propagaà velocidade da luz ao longo de um eixo geométrico linearde dito cada acionador de energia e que se encontra no ModoElétrico Transversal;ii) uma onda em propagação colapsanteradialmente simétrica efetue a varredura ao longo do anodoà velocidade da luz, com energia suficiente para que oselétrons penetrem uma parede do anodo e crie uma zona deBremstrahlung e elétrons, zona esta que realiza a varredurana forma de uma frente de onda ao longo do anodo àvelocidade da luz;b) o catodo e a grade formam um canhão deelétrons de onda em propagação que produz uma onda empropagação colapsante radialmente simétrica que se propagaà velocidade da luz ao longo do eixo geométrico linear daestrutura e que se encontra no Modo Elétrico Transversal;c) uma onda em propagação colapsanteradialmente simétrica efetua a varredura ao longo do anodoà velocidade da luz e deposita sua energia sobre o anodo; ed) a energia do Transformador Elétron-acoplado é bombeada pela energia contida na capacitância deintereletrodo distribuído do catodo e de dita energiacontida na capacitância de intereletrodo distribuído e nagrade e dos meios externos de armazenamento de energia.

16. Sistema, de acordo com a reivindicação-15, caracterizado pelo fato de ditos meios externos deenergia compreende um capacitor coaxial concentricamenteenrolado sobre uma superfície externa do catodo.

17. Sistema, de acordo com a reivindicação-15, caracterizado pelo fato de a energia do TransformadorElétron-Acoplado ser bombeada de forma linear pela energiacontida na capacitância de intereletrodo distribuído docatodo e de dita energia contida na capacitância deintereletrodo distribuído e na grade e dos meios externosde armazenamento de energia.

18. Sistema, de acordo com a reivindicação-10, caracterizado pelo fato de os meios de geração RF decada um da pluralidade de acionadores de energiacompreender um Oscilador de Catodo Virtual com uma aberturacentral no catodo do canhão de elétrons, a abertura centralpermitindo que um pulso de raio-X passe pelo catodoprecedente.

19. Sistema, de acordo com a reivindicação-10, caracterizado pelo fato de os meios de geração RF decada um da pluralidade de acionadores de energia incorporarum tubo de desvio formando um Oscilador LinearMagneticamente Isolado com uma abertura central no catododo canhão de elétrons que permite que um pulso de raio-Xpasse pelo catodo precedente.

20. Sistema, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 17 ou 19, caracterizado pelo fato de osmeios de geração de RF ser automaticamente seqüencialmentedisparados após o início do pulso de raio-x pelos elementosinterconectivos internos do acionador de energia.

21. Sistema, de acordo com a reivindicação-19, caracterizado pelo fato de:a) o tubo de desvio possuir uma geometriatreliçada na superfície interna de dito tubo;b) a periodicidade e o formato da geometriade grelha e a energia do feixe de elétrons incidentedeterminar o espectro de freqüência de saída de RF doOscilador Linear Isolado Magneticamente; ec) a energia do feixe eletrônico ser maiorque 100.000 elétron-volts.

22. Sistema, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de:a) o tubo de desvio ter uma geometriatreliçada periódica na superfície interna de dito tubo;b) a periodicidade e o formato da geometriatreliçada e a energia do feixe de elétrons incidentedeterminar o espectro de freqüência de saída de RF doOscilador Linear Magneticamente Isolado; ec) a energia do feixe de elétrons ser maiordo que 100.000 elétron-volts.

23. Método para extrair energia de reaçõesde fusão controlada, caracterizado pelo fato decompreender:a) prover uma câmara-alvo central parareceber o material-alvo de fusão;b) dispor uma pluralidade de acionadores deenergia em torno da câmara-alvo para fornecer energia parao material-alvo de fusão na câmara para iniciar uma reaçãode fusão controlada de dito material liberador de energianas formas de plasma e calor de fusão;c) prover uma pluralidade de meios paraextrair energia da reação de fusão, que compreende:i) prover meios para extrair energia decorrente contínua em alta tensão de dito plasma de fusão; eii) prover meios para extrair energiatérmica da câmara-alvo central.

24. Método, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de:a) cada um da pluralidade de acionadores deenergia produzir um pulso de raios-X para levar o material-alvo de fusão a se submeter à reação de fusão controlada; eb) o método compreender ainda dar à frente de onda dopulso de raio-X uma nova forma côncava da perspectiva domaterial-alvo de fusão por meio de uma estruturaapodizante.

25. Transformador elétron-acoplado paragerar um pulso de alta tensão, caracterizado pelo fato decompreender:a) um tubo de elétrons de triodo cilíndricocom um anodo central sólido ao longo do eixo geométricoprincipal do tubo e uma grade e catodo radialmenteespaçados do anodo, o Transformador de Elétron-Acopladosendo projetado de forma tal que a tensão medida noterminal de saída aumenta como função do feixe de elétronsvarrido; sendo que:i) o catodo e a grade formam um canhão deelétrons de onda em propagação que produz uma onda empropagação colapsante radialmente simétrica que se propagaà velocidade da luz ao longo de um eixo geométrico linearde dito cada acionador de energia e que se encontra no ModoElétrico Transversal;ii) uma onda em propagação colapsanteradialmente simétrica efetua a varredura ao longo do anodoà velocidade da luz, com energia suficiente para que oselétrons penetrem uma parede do anodo e causem uma zona deBremstrahlung e elétrons, zona esta que realiza a varredurana forma de uma frente de onda ao longo do anodo àvelocidade da luz;b) o catodo e a grade formam um canhão deelétrons de onda em propagação que produz uma onda empropagação colapsante radialmente simétrica que se propagaà velocidade da luz ao longo do eixo geométrico linear daestrutura e que se encontra no Modo Elétrico Transversal;c) uma onda em propagação colapsanteradialmente simétrica efetua a varredura ao longo do anodoà velocidade da luz e deposita sua energia sobre o anodo; ed) a energia do Transformador Elétron-Acoplado é bombeado pela energia contida na capacitância deintereletrodo distribuído do catodo e de dita energiacontida na capacitância de intereletrodo distribuído e nagrade e dos meios externos de armazenamento de energia.

26. Sistema, de acordo com a reivindicação-25, caracterizado pelo fato de ditos meios externos deenergia compreenderem um capacitor coaxial concentricamenteenrolado sobre uma superfície externa do catodo.

27. Sistema, de acordo com a reivindicação-25, caracterizado pelo fato de a energia da frente de ondavarrida ser bombeada de forma linear pela energia contidana capacitância de intereletrodo distribuído do catodo oude dita energia contida na capacitância de interletrododistribuído e na grade e dos meios externos dearmazenamento de energia.