ES2626084T3 - Concentración de energía localizada - Google Patents

Abstract

Un método para producir una concentración localizada de energía que comprende la creación de una onda de choque (16; 116; 216; 316; 416; 516) que se propaga a través de un medio no gaseoso (4; 104; 314; 414; 514) con el fin de que sea incidente sobre un límite (10; 110; 210; 410) entre el medio no gaseoso (4; 104; 204; 304; 404) y un medio gaseoso (6; 106; 206; 306; 406; 506); caracterizado por que el límite (10; 110; 210; 410) entre el medio no gaseoso (4; 104; 204; 304; 404) y el medio gaseoso (6; 106; 206; 306; 406; 506) está formado por al menos un orificio (8; 108; 208; 308; 408; 508) en una barrera (2; 102; 202; 302; 402; 502) que separa el medio no gaseoso (4; 104; 204; 304; 404) de un medio gaseoso (6; 106; 206; 306; 406; 506), formando de este modo un chorro transversal (13) en el otro lado del orificio (8; 108; 208; 308; 408; 508), que es incidente sobre una superficie objetivo (12; 112; 312; 412; 512) que comprende una depresión (14; 114; 314; 414; 514) que está separada de la barrera (2; 102; 202; 302; 402; 502) en el medio gaseoso (6; 106; 206; 306; 406; 506).

Description

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DESCRIPCION

Concentracion de energfa localizada

Esta invencion se refiere a metodos y aparatos para producir enemas localizadas muy altas. Se relaciona espedficamente, aunque no exclusivamente, con la generacion de energfas localizadas lo suficientemente altas como para provocar la fusion nuclear.

El desarrollo de la energfa de la fusion ha sido un area de gran inversion de tiempo y dinero durante muchos anos. Esta inversion se ha centrado en gran medida en el desarrollo de un reactor de fusion a gran escala, a un gran coste. Sin embargo, hay otras teonas que predicen mecanismos mucho mas simples y mas baratos para crear la fusion. De interes en el presente documento es el concepto de paraguas "fusion por confinamiento inercial", que usa fuerzas mecanicas (tales como las ondas de choque) para concentrar y enfocar la energfa en volumenes muy pequenos.

Gran parte de la confianza en el potencial de los metodos alternativos de fusion por confinamiento inercial proviene de la observacion de un fenomeno llamado sonoluminiscencia. Esto se produce cuando un lfquido que contiene burbujas de tamano apropiado se acciona con una frecuencia de ultrasonidos espedfica. La onda de presion hace que las burbujas se expandan y a continuacion se colapsen muy violentamente; un proceso que normalmente se conoce como cavitacion inercial. El rapido colapso de la burbuja conduce a una compresion fuera de equilibrio que hace que los contenidos se calienten hasta el punto de emitir luz [Gaitan, D.F., Crum, L.A., Church, C.C. y Roy, R.A., Journal of the Acoustical Society of America, 91(6), 3166-3183 Junio (1992)]. Ha habido diversos esfuerzos para intensificar este proceso y un grupo ha afirmado observar la fusion [Taleyarkhan, R.P., West, C.D., Cho, J.S., Lahey, R.T., Nigmatulin, R.I. y Block, R.C., Science, 295(5561) 1868-1873 Marzo (2002)]. Sin embargo, los resultados observados todavfa no se han validado o replicado, a pesar de un esfuerzo sustancial [Shapira, D. y Saltmarsh, M., Physical Review Letters, 89(10), 104302 Septiembre (2002)]. Este no es el unico mecanismo propuesto que ha conducido a la luminiscencia de una burbuja colapsante; sin embargo es el mas documentado. La luminiscencia tambien se ha observado a partir de una burbuja colapsada por una fuerte onda de choque [Bourne, N.K. y Field, J.E., Philosophical Transactions of the Royal Society of London Series A-Mathematical Physical and Engineering Sciences, 357(1751), 295-311 Febrero 1999)]. Es este segundo mecanismo, es decir, el colapso de una burbuja usando una onda de choque, al que se refiere esta invencion.

Se ha propuesto en el documento US 7.445.319 disparar gotas esfericas de agua en movimiento a muy alta velocidad (~ 1 km/s) sobre un objetivo ngido para generar una onda de choque intensa. Esta onda de choque puede usarse para colapsar burbujas que se han nucleado y posteriormente se han expandido dentro de la gota. Es dentro de la burbuja colapsada donde la patente mencionada anteriormente espera que se produzca la fusion. El mecanismo de generacion de ondas de choque por impacto de gotas de alta velocidad sobre una superficie se ha estudiado anteriormente experimental y numericamente y esta bien documentado (incluyendo el trabajo de uno de los inventores de la presente invencion [Haller, K.K., Ventikos, Y., Poulikakos, D., y Monkewitz, P., Journal of Applied Physics, 92(5), 2821-2828 de Septiembre (2002)]). La presente invencion difiere del documento US 7445319, a pesar de que los mecanismos ffsicos fundamentales son similares, debido a que no utiliza un impacto de gota de alta velocidad.

La presente invencion tiene como objetivo proporcionar alternativas a las tecnicas mencionadas anteriormente y tambien puede tener otras aplicaciones. Cuando se ve desde un primer aspecto, la invencion proporciona un metodo para producir una concentracion localizada de energfa que comprende crear una onda de choque que se propaga a traves de un medio no gaseoso con el fin de que incida sobre un lfmite entre el medio no gaseoso y un medio gaseoso formado por al menos un orificio en una barrera que separa el medio no gaseoso de un medio gaseoso, formando de este modo un chorro transversal en el otro lado del orificio que incide sobre una superficie objetivo que comprende una depresion que esta separada de la barrera en el medio gaseoso.

La invencion tambien se extiende a un aparato para producir una concentracion localizada de la energfa, que comprende:

un medio gaseoso;

un medio no gaseoso separado del medio gaseoso por una barrera que comprende al menos un orificio en la

misma;

una superficie objetivo que comprende una depresion que esta separada de la barrera en el medio gaseoso; y

medios para crear al menos una onda de choque que se propaga a traves de dicho medio no gaseoso con el fin

de que incida sobre un lfmite formado por dicho orificio, formando de este modo un chorro transversal en el otro

lado del orificio.

Se ha demostrado en el documento WO 2011/138622 que una interaccion entre una onda de choque en un medio no gaseoso y un medio gaseoso, por ejemplo, una onda de choque que golpea una burbuja de gas dentro de un lfquido, puede generar un chorro transversal de alta velocidad del medio no gaseoso que se mueve a traves del medio gaseoso, lo que resulta en el chorro impactando en el lado de sotavento de la burbuja. De acuerdo con la

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presente invencion, esto se desarrolla adicionalmente. El chorro transversal creado por la onda de choque incidente sobre el lfmite atrapa un volumen o "burbuja" del medio gaseoso contra el objetivo. Esto da lugar a una intensa concentracion de energfa dentro del gas por dos mecanismos. El primer mecanismo es una simple transferencia de la energfa cinetica del chorro en energfa potencial y posteriormente en energfa calonfica cuando la burbuja se comprime mientras se detiene el movimiento del chorro. Esto incluye el calentamiento por el choque de arco que se mueve delante del chorro y el calentamiento provocado por el rebote de este choque de arco y las posteriores interacciones de los choques resultantes adicionales confinados dentro de la burbuja.

El segundo mecanismo es la transferencia de energfa desde la onda de choque convergente generada por el impacto entre el chorro y la superficie del objetivo que se propaga desde el chorro a la burbuja adyacente. A medida que el borde de la onda de choque se propaga hacia el volumen atrapado, se enfoca, formando un drculo de contraccion. Cuando esta onda de choque finalmente se enfoca cerca de un punto, da lugar a presiones y temperaturas extremadamente altas en la burbuja comprimida. La gran reduccion en la densidad del medio en el que esta desplazandose en ir desde el chorro a la burbuja significa que la onda de choque genera temperaturas muy altas en la burbuja, espedficamente cuando converge en un punto.

El chorro transversal creado cuando la onda de choque en el medio no gaseoso incide sobre el medio gaseoso acelera desde el lfmite entre los medios no gaseoso y gaseoso a su alta velocidad en la superficie objetivo donde se atrapa y se comprime un volumen del gas. A medida que el chorro continua a traves del medio gaseoso continua acelerandose a medida que la onda de choque converge. Por lo tanto, proporcionando la separacion de la superficie objetivo del orificio en la barrera, es decir, donde el chorro transversal se forma primero en el lfmite, el chorro tiene espacio para acelerar mas, de tal manera que alcanza una velocidad mas alta al impactar sobre la superficie objetivo que sin esa separacion. La separacion maxima de la superficie objetivo del orificio en el lfmite esta determinada por el punto en el que el chorro transversal comienza a ser inestable y, por lo tanto, se descompone en una pulverizacion de gotas. Por lo tanto, la separacion de la superficie objetivo del orificio en la barrera podna ser menor que 20 veces el diametro del orificio, por ejemplo menor que 10 veces el diametro, por ejemplo, menor que 5 veces, por ejemplo menor que el doble del diametro del orificio. En un conjunto de realizaciones tratadas a continuacion en las que la superficie lfmite (es decir, el lfmite entre los medios no gaseoso y gaseoso) es curvada, la separacion podna ser menor que 10 veces el radio de curvatura de la superficie lfmite, por ejemplo, menor que 5 veces, por ejemplo, menor que dos veces el radio de curvatura de la superficie lfmite. En teona no hay una separacion minima, simplemente se requiere que la barrera y la superficie objetivo no se toquen. En la practica, sin embargo, la separacion debe ser suficiente para proporcionar un suministro del medio gaseoso y, en un conjunto de realizaciones tratadas a continuacion, deslizarse en una nueva superficie objetivo. Esta separacion permite que se aproveche mas energfa de la onda de choque en el chorro y posteriormente en el impacto sobre la superficie objetivo, aumentando de este modo la compresion y el calentamiento de la burbuja atrapada. Esto se compara con, por ejemplo, una disposicion en la que el medio gaseoso se une directamente a la superficie objetivo cuando una burbuja sin la presencia de una barrera se separa de la superficie objetivo, como se divulga en el documento WO 2011/138622.

Por lo tanto, en funcion de una variedad de factores, tales como la separacion entre la barrera y la superficie objetivo, puede ser posible mejorar la velocidad alcanzada por el chorro usando la presente invencion. Ademas, como se explicara mas adelante, la separacion de la barrera de la superficie objetivo proporciona una serie de otras ventajas.

Las realizaciones de la invencion pueden usarse para crear concentraciones muy altas de energfa a traves de la creacion de un chorro de un medio no gaseoso que comprime un volumen de un medio gaseoso contra una superficie objetivo. Debido a las concentraciones muy elevadas de energfa en la burbuja atrapada y la superficie objetivo adyacente, resultara inevitablemente un dano a la superficie objetivo. En algunas realizaciones de la invencion, por ejemplo, aquellas en las que la superficie objetivo incluye un combustible para la fusion nuclear o unos reactantes para una reaccion qmmica, se pretende danar la superficie objetivo. Si la invencion se va a usar para tales fines, con el fin de obtener una reaccion sostenible, son deseables impactos repetidos a una alta tasa de repeticion. Sin embargo, se apreciara que para los impactos repetidos del chorro sobre la superficie objetivo, espedficamente cuando la superficie objetivo esta danada por un impacto, la superficie objetivo tendra que reemplazarse rapidamente. La separacion de la barrera y la superficie objetivo hace esto posible, espedficamente por que la superficie objetivo no esta en contacto con ninguno de los medios no gaseosos excepto cuando la onda de choque se esta propagando. Por ejemplo, la superficie objetivo podna reemplazarse completamente, por ejemplo, la superficie danada puede deslizarse hacia fuera y una nueva superficie deslizarse hacia adentro, o la superficie objetivo con un numero de diferentes lugares de impacto podna moverse a lo largo sucesivamente para colocar cada lugar de impacto en relacion con el orificio en la barrera de tal manera que con cada repeticion, o multiples de las mismas, de la onda de choque en el medio no gaseoso, un nuevo lugar objetivo sobre la superficie objetivo reciba el impacto del chorro transversal creado.

La separacion de la superficie objetivo y la barrera permiten que puedan fabricarse de diferentes materiales, cada una adecuada para su fin. Con el fin de resistir las presiones creadas por la onda de choque, y posiblemente por multiples ondas de choque, en un conjunto de realizaciones la barrera se fabrica de un material fuerte, por ejemplo, acero de alta resistencia. La barrera podna reforzarse alrededor del penmetro del orificio, ya que es donde la presion

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y la ene^a es probable que sean mayores. A la inversa, la superficie objetivo puede no necesitar tener ninguna resistencia estructural espedfica, ya que no esta en contacto directo con la onda de choque distinta que a traves del chorro. Como se ha tratado anteriormente, la superficie objetivo puede fabricarse a partir de, o al menos incluir, un combustible para la fusion nuclear o unos reactantes para una reaccion qmmica.

La separacion de la superficie objetivo del medio no gaseoso, es decir, por la barrera, tambien permite la independencia de la composicion del medio no gaseoso a partir de la composicion del medio gaseoso, por ejemplo, debido a que el medio no gaseoso no necesita ser de una composicion que permita que el medio gaseoso este nucleado dentro del mismo, sino tambien debido a que pueden proporcionarse facilmente diferentes suministros para estos dos materiales a cada lado de la barrera. Esta independencia de los materiales gaseosos y no gaseosos es espedficamente ventajosa en las aplicaciones qmmicas de la invencion, por ejemplo, la sonoqmmica y la qmmica exotica, donde la composicion de los materiales puede elegirse para que sea adecuada a la reaccion espedfica a investigar.

Con la independencia de la barrera y la superficie objetivo, como resultado de su separacion, la forma de estas dos estructuras, asf como el orificio de la barrera, pueden adaptarse individualmente tambien. Ventajosamente, la superficie objetivo comprende una depresion. Esta puede disenarse para recibir el impacto del chorro transversal de tal manera que al menos parte del medio gaseoso queda atrapado entre el chorro impactante y la depresion superficial, por ejemplo, una burbuja de gas queda atrapada y comprimida contra la superficie interna de la depresion por el chorro. En funcion de la aplicacion para la que se emplea el aparato, por ejemplo, la fusion nuclear o una reaccion qmmica, la superficie objetivo podna conformarse para recoger los productos de cualquier reaccion que se genere en la superficie. Por ejemplo, la superficie objetivo podna estar dispuesta en un angulo con respecto a la horizontal de tal manera que los productos de la reaccion fluyan hacia abajo de la superficie a un recipiente colector.

La conformacion de la superficie en la depresion opuesta donde incide la onda de choque puede ser plana de tal manera que el chorro hace contacto con la superficie en un punto. Sin embargo, en un conjunto de realizaciones, la depresion superficial esta dispuesta de tal manera que la region de contacto inicial es una curva que forma un bucle cerrado, por ejemplo, un anillo. Esto aumenta la facilidad de atrapar un volumen del medio gaseoso entre la punta del chorro y el borde de la depresion. Para conseguir esto, una seccion de la superficie objetivo tiene una curvatura mayor que la de la punta del chorro y esta parte de la superficie se coloca de tal manera que el chorro impacta en la misma. Tras impactar, se genera una onda de choque toroidal cuyo borde interior se propaga hacia la base de la depresion y hacia la parte atrapada del gas. Combinando esto con el efecto de "piston" del gas que detiene el movimiento del chorro impactante, se produce un calentamiento extremadamente fuerte del gas atrapado. Por ejemplo, para una resistencia dada de onda de choque, las temperaturas maximas pueden aumentarse en mas de un orden de magnitud mediante estas disposiciones en comparacion con un volumen del gas en contacto con una superficie plana.

La depresion podna tener un numero de conformaciones. En un conjunto de realizaciones, se ahusa en seccion transversal lejos de la boca. La depresion podna parecerse a un plato - por ejemplo, estar continuamente curvada. Sin embargo, no es necesario que la superficie este curvada de manera continua. En un conjunto de realizaciones, la superficie se parece mas a una grieta que a una conformacion de plato. Esto podna definirse indicando que la profundidad es mayor que la anchura o por la presencia de una region de curvatura en la punta de la grieta mayor que la curvatura (o curvatura maxima) de la parte de la burbuja atrapada en la misma. En un conjunto de realizaciones, la superficie comprende una pluralidad de partes discretas, por ejemplo, con una discontinuidad de gradiente entre las mismas. Las partes podnan ser ellas mismas elipses parciales, parabolas, etc., pero igualmente podnan ser rectas. Un conjunto espedfico de realizaciones de superficies fabricadas de partes discretas podna describirse como un polinomio por piezas.

La superficie de destino no necesita estar limitada a tener una sola depresion (por ejemplo, para explotar el fenomeno de inyeccion descrito anteriormente) y por lo tanto, en un conjunto de realizaciones, la superficie objetivo comprende una pluralidad de depresiones.

En un conjunto espedfico de realizaciones, el chorro transversal esta dispuesto para golpear un area de la superficie que se ha preparado con una rugosidad espedfica, un conformidad microscopica o macroscopica de tal manera que muchas pequenas partes del medio gaseoso estan atrapadas entre la punta del chorro y la superficie objetivo, es decir, las muchas pequenas depresiones son pequenas en comparacion con el tamano de la punta del chorro transversal.

En otro conjunto de realizaciones se proporcionan unas depresiones discretas plurales. Cada depresion individual puede conformarse para estimular el enfoque de energfa haciendo que el chorro transversal creado en la barrera atrape uno o mas volumenes de gas. Es decir, la superficie puede prepararse con mas de un lugar donde el chorro transversal interactuara con una seccion conformada de la superficie en la que un volumen del medio gaseoso puede estar atrapado, proporcionando de este modo escalabilidad. Una ventaja de emplear una pluralidad de depresiones es que puede aprovecharse una mayor proporcion de la energfa del chorro transversal. Ademas, debido

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a la separacion de la barrera de la superficie objetivo, no es necesario hacer cambios en la naturaleza del medio gaseoso o en como se suministra ya que este se extendera a traves de la pluralidad de depresiones.

Se apreciara que las depresiones discretas plurales son adecuadas espedficamente para un conjunto de realizaciones en las que se proporciona mas de un orificio en la barrera. Preferentemente, cada depresion corresponde a un orificio en la barrera, es decir, de tal manera que cada chorro transversal creado impacta en su depresion correspondiente sobre la superficie objetivo. Esto permite que se aproveche una mayor proporcion de la onda de choque inicial incidente sobre la barrera. Toda la pluralidad de orificios podna tener la misma conformacion, lo que simplifica la fabricacion de la barrera, o podnan ser conformaciones diferentes, por ejemplo, en funcion de su posicion sobre la barrera. Esto podna ser util en las realizaciones en las que la conformacion de la barrera esta optimizada para controlar la formacion del chorro transversal, por ejemplo, la conformacion del orificio puede depender de la conformacion local de la barrera. Ademas, los orificios podnan estar dispuestos, por la conformacion de la barrera y/o la conformacion de los orificios, de tal manera que multiples chorros transversales se dirijan a una sola posicion sobre la superficie objetivo, por ejemplo, donde se localiza una depresion, con el fin de intensificar la compresion de la burbuja atrapada en ese punto. Como tal, se apreciara que esto tambien puede aplicarse al conjunto de realizaciones en las que solo se proporciona una unica depresion sobre la superficie objetivo.

La pluralidad de depresiones en la superficie objetivo podna formarse de varias maneras. Por ejemplo, una superficie solida podna taladrarse o de otro modo mecanizarse para producir depresiones o irregularidades. Sin embargo, en un conjunto de realizaciones, las depresiones se crean por la textura superficial de la superficie. Por ejemplo, la superficie puede perforarse con un material abrasivo, grabarse o tratarse de otro modo para dar un grado deseado de rugosidad de superficie que proporciona, a nivel de microscopico, un gran numero de irregularidades o depresiones.

La superficie objetivo podna construirse a partir de un solido, como implicado en muchas de las realizaciones descritas anteriormente, pero podna igualmente bien ser un lfquido. En el caso de un solido, cualquiera de los materiales propuestos en el documento US 7445319 podna ser adecuado. En el caso de un lfquido, la conformacion de superficie necesaria (si se requiere, por ejemplo, en el conjunto de realizaciones que comprende una depresion) podna conseguirse de varias maneras. Por ejemplo, la superficie de un volumen de lfquido podna excitarse con una vibracion adecuada (por ejemplo, usando un ultrasonido u otro metodo) para generar una onda que tenga la conformacion deseada. Como alternativa, la conformacion deseada podna conseguirse a traves del angulo de contacto entre un lfquido y una superficie solida con propiedades de humectacion adecuadamente adaptadas. Por supuesto, este ultimo ejemplo muestra que la superficie podna comprender una combinacion de solido y lfquido. Cuando la superficie objetivo comprende un lfquido, sera en general mas densa que el medio no gaseoso.

La conformacion de la barrera puede tambien estar conformada para controlar la formacion del chorro transversal. Mas espedficamente, disenando la barrera explfcitamente para recibir el chorro de alta velocidad formado por la interaccion de la onda de choque incidente con el medio gaseoso, cuando la onda de choque incidente interactua con la superficie del medio gaseoso, forma un choque transmitido y una rarefaccion reflejada. Si el contacto es la conformacion correcta, es decir, curvandose lejos de la onda de choque incidente, entonces esta rarefaccion actuara para enfocar el flujo a un punto. Esto da lugar a continuacion a la formacion del chorro transversal de alta velocidad que puede, puramente como un ejemplo, alcanzar mas de 2000 ms-1 para una onda de choque de 1 GPa. Cuando este chorro golpea la superficie objetivo, se genera una onda de choque fuerte dentro de la fuerza del impacto de una manera analoga a la situacion de impacto de gota de alta velocidad descrita en el documento US 7445319. La barrera podna comprender una conformacion general para enfocar la onda de choque hacia el orificio o, en el conjunto de realizaciones en las que se proporcionan una pluralidad de orificios en la barrera, la barrera podna conformarse localmente en la proximidad de cada orificio para controlar la formacion de cada chorro transversal creado.

Asf como la conformacion de la superficie objetivo y/o la conformacion de la barrera se eligen para optimizar la formacion del chorro transversal y la compresion de la burbuja atrapada, la conformacion del orificio en la barrera tambien puede elegirse para ayudar a la formacion del chorro transversal. El orificio podna comprender una de varias formas diferentes, por ejemplo, circular, a traves de la barrera con una seccion transversal constante. Sin embargo, la seccion transversal podna acampanarse o ahusarse a traves de la barrera en la direccion del medio gaseoso con el fin de controlar la formacion del chorro transversal y enfocarlo o dirigirlo sobre la superficie objetivo, por ejemplo, hacia una depresion. A este respecto, la region de la superficie de destino sobre la que se pretende hacer impactar el chorro transversal, por ejemplo, la depresion, no necesita estar colocada directamente opuesta al orificio desde el que se origina el chorro transversal, la conformacion de la barrera y/o el orificio podna disponerse para controlar esto.

La conformacion de cada orificio tambien puede usarse para controlar la conformacion del lfmite entre los medios gaseoso y no gaseoso en el orificio. La conformacion del lfmite tambien puede controlarse por las presiones relativas del medio gaseoso con el medio no gaseoso. Como se apreciara, esto es espedficamente sencillo de controlar con la disposicion de la presente invencion debido a la separacion entre la barrera y la superficie objetivo. En un conjunto de realizaciones, el aparato comprende unos medios para controlar la presion del medio gaseoso. Estos medios o medios alternativos, por ejemplo, un suministro de gas en comunicacion fluida con el medio gaseoso, tambien puede

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usarse para reponer el medio gaseoso despues de que se haya aplicado una onda de choque al medio no gaseoso. Este conjunto de realizaciones tiene la ventaja de un gran control sobre el contenido y el tamano del medio gaseoso generado, asf como permitir que se reponga el medio gaseoso rapidamente, es decir, comparado con la nucleacion de una burbuja en el medio no gaseoso, permitiendo que se apliquen las ondas de choque a una alta tasa de repeticion, proporcionando otra ventaja resultante de la separacion de la barrera de la superficie objetivo.

La conformacion del lfmite entre los medios no gaseoso y gaseoso podna ser plana. Sin embargo, en un conjunto de realizaciones, aludidas anteriormente, el lfmite no es plano, es decir, es curvo. Preferentemente, el medio gaseoso sobresale en el medio no gaseoso a traves del orificio, es decir, el lfmite es convexo. Se ha descubierto que esta conformacion convexa es espedficamente ventajosa para formar el chorro transversal como el ventilador de rarefaccion, que se forma cuando incide la onda de choque sobre el lfmite, que actua para enfocar el flujo del medio no gaseoso a un punto, formando de este modo un chorro estrecho en el que se aprovecha la energfa desde la superficie del lfmite. Esto se considera novedoso e inventivo por derecho propio y por lo tanto, cuando se ve desde otro aspecto, la invencion proporciona un metodo para producir una concentracion localizada de energfa que comprende crear una onda de choque que se propaga a traves de un medio no gaseoso con el fin de que incida sobre un lfmite convexo entre el medio no gaseoso y un medio gaseoso formado por al menos un orificio en una barrera que separa el medio no gaseoso de un medio gaseoso, formando de este modo un chorro transversal en el otro lado del orificio que incide sobre una superficie objetivo que esta separada de la barrera en el medio gaseoso.

La invencion tambien se extiende a un aparato para producir una concentracion localizada de energfa, que comprende:

un medio gaseoso;

un medio no gaseoso separado del medio gaseoso por una barrera que comprende al menos un orificio en la

misma que forma un lfmite que es convexo en el medio no gaseoso;

una superficie objetivo que esta separada de la barrera en el medio gaseoso; y

medios para crear al menos una onda de choque que se propaga a traves de dicho medio no gaseoso con el fin

de que incida sobre el lfmite formado por dicho orificio, formando de este modo un chorro transversal en el otro

lado del orificio.

En un conjunto de realizaciones, la onda de choque inicial aplicada al medio no gaseoso podna estar dispuesta para ajustarse a la conformacion del lfmite entre los medios no gaseoso y gaseoso que podna aumentar la intensidad del chorro transversal creado.

En un conjunto de realizaciones, la microestructura o las caractensticas de humectacion de la barrera y/o del borde del orificio pueden optimizarse para controlar la conformacion del lfmite. Por ejemplo, la barrera y/o el orificio podnan comprender unas superficies o recubrimientos hidrofobicos y/o hidrofilos (o materiales con afinidades y repulsiones a tipos de fluidos distintos del agua). Proporcionar una microestructura espedfica o caractensticas de humectacion de la barrera y/o del orificio, en combinacion con los medios para reponer el medio gaseoso, puede ayudar de nuevo a la formacion rapida del medio gaseoso en el lfmite para permitir una alta tasa de repeticion para las ondas de choque. Por ejemplo, el penmetro del orificio podna comprender un material hidrofobico, fuera del cual hay un material hidrofilo para controlar el lfmite de posicion de los medios gaseosos y no gaseosos, asf como el angulo de contacto del lfmite con la barrera.

En conjunto adicional de realizaciones, la tension superficial del medio no gaseoso puede usarse para controlar la conformacion del lfmite. En otro conjunto de realizaciones se aplica una onda de presion estacionaria, por ejemplo, una onda de ultrasonido estacionaria, al medio no gaseoso para controlar la conformacion del lfmite. Esta tecnica tambien puede usarse para estimular la reformacion del medio gaseoso en el lfmite despues de una onda de choque, permitiendo de nuevo una alta tasa de repeticion para las ondas de choque.

Sin embargo, se ha previsto una tecnica adicional por los inventores para controlar la conformacion del lfmite y para permitir una alta tasa de repeticion de las ondas de choque. En un conjunto de realizaciones, el aparato comprende una membrana que define el lfmite entre los medios gaseoso y no gaseoso, por ejemplo, una membrana pre- fabricada, que define la conformacion del lfmite. El uso de una membrana fina de esta manera permite un desacoplamiento de los materiales no gaseoso y gaseoso, permitiendo que se realice cualquier eleccion de combinacion de composiciones. Esto tambien permite controlar la conformacion del lfmite con una precision no disponible para otros metodos. La membrana podna estar formada a partir de cualquier material adecuado, por ejemplo vidrio, por ejemplo, plastico, por ejemplo, caucho.

Tener una membrana prefabricada permite que un medio no gaseoso, por ejemplo, un lfquido, se use mas facilmente cuando se atrapa el medio gaseoso en su lado de la barrera y por lo tanto no puede flotar lejos a traves del orificio o perturbarse de otro modo. En un conjunto espedfico de realizaciones, la membrana es frangible y esta dispuesta para romperse tras el impacto de la onda de choque de tal manera que no tiene influencia sobre la dinamica resultante. En un conjunto de realizaciones, la membrana prefabricada incluye una lmea o region de debilidad, de tal manera que tras el impacto de la onda de choque se rompe a lo largo de la lmea o en la region de debilidad. La lmea o region de debilidad puede estar dispuesta de tal manera que la posicion de la brecha influya en

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los patrones de flujo subsiguientes, por ejemplo, esto podna ayudar a controlar la formacion y la dinamica del chorro transversal. En otro conjunto de realizaciones, la membrana esta disenada para deformarse con el lfmite de colapso.

En el conjunto de realizaciones en las que una pluralidad de orificios se proporcionan en la barrera, una membrana separada podna proporcionarse para cubrir cada uno de los orificios. Sin embargo, en un conjunto de realizaciones, la membrana esta dispuesta para cubrir dos o mas de los orificios de la barrera. Esto es mas facil de disponer, espedficamente cuando se desea aplicar una alta tasa de repeticion para multiples ondas de choque al medio no gaseoso. Por ejemplo, podna deslizarse una nueva membrana en el aparato antes de cada aplicacion de la onda de choque, similar a la disposicion para la superficie objetivo como se ha tratado anteriormente. De hecho, la superficie objetivo y la membrana podnan deslizarse a su lugar de manera simultanea, por ejemplo, pre-fabricadas con el medio gaseoso entre las mismas.

En un conjunto de realizaciones, el aparato comprende una pluralidad de barreras, comprendiendo cada barrera al menos un orificio en la misma y separando un medio gaseoso de un medio no gaseoso. De esta manera, la energfa de la onda de choque inicial puede intensificarse con cada incidencia sucesiva sobre una barrera y un medio no gaseoso, aprovechando de este modo una mayor cantidad de la energfa de la onda de choque inicial sobre la superficie objetivo. Cada volumen de medio no gaseoso y medio gaseoso a cualquiera de los lados de las barreras no necesita comprender la misma composicion. Por ejemplo, en un conjunto de realizaciones con dos barreras, la onda de choque podna aplicarse a un primer medio no gaseoso para incidir sobre un lfmite con el primer medio gaseoso en un orificio en la primera barrera y, a continuacion incidir posteriormente sobre un segundo medio no gaseoso, y a continuacion un segundo lfmite con un segundo medio gaseoso en un orificio en la segunda barrera antes de incidir sobre la superficie objetivo.

En las realizaciones en las que la orientacion general de las barreras es horizontal, las capas intermedias de medio gaseoso podnan simplemente flotar por encima de las capas respectivas de medio no gaseoso. Sin embargo, en un conjunto de realizaciones, el aparato comprende una membrana que separa el lfmite entre los medios no gaseoso y gaseoso alejandose del lfmite, lo que es espedficamente ventajoso en las realizaciones en las que la orientacion general de las barreras esta alejada de la horizontal, para retener la colocacion respectiva de los medios no gaseoso y gaseoso. Esto puede ser adicional o en lugar de una membrana a traves de los orificios en las barreras.

Los orificios en las barreras adyacentes podnan estar directamente alineados entre sf con el fin de dirigir el chorro transversal creado en una barrera sobre el medio no gaseoso en el orificio correspondiente en la siguiente barrera. Como alternativa, los orificios podnan estar dispuestos de tal manera que multiples chorros transversales se dirijan desde una barrera hacia el medio no gaseoso en un unico orificio en la siguiente barrera, o viceversa, es decir, un unico chorro a multiples orificios. Esta alternativa anterior puede verse como espedficamente ventajosa ya que los multiples chorros convergentes intensifican la onda de choque incidente sobre la siguiente capa no gaseosa. Por lo tanto, si se disponen capas sucesivas de material no gaseoso y gaseoso de esta manera, puede aprovecharse y enfocarse una gran cantidad de energfa de la onda de choque inicial sobre el material gaseoso final que esta atrapado y comprimido contra la superficie objetivo. Tambien se apreciara que cualquiera de estas disposiciones puede combinarse con cualquier numero de las realizaciones tratadas anteriormente, por ejemplo, con respecto a la forma de los orificios, la conformacion de la barrera, etc., con el fin de controlar la formacion de los chorros transversales y de las ondas de choque resultantes. En particular, las barreras podnan estar conformadas para enfocar las ondas de choque iniciales y/o resultantes en los uno o mas orificios y/o en la superficie objetivo, por ejemplo, para ajustarse a la conformacion del lfmite entre los medios gaseoso y no gaseoso en los uno o mas orificios en la barrera posterior.

Por supuesto, como ya se ha aludido, algunas realizaciones pueden comprender una pluralidad de volumenes del medio gaseoso. Sin embargo, ademas o en lugar de que estos multiples volumenes esten cada uno en contacto con una barrera respectiva, los inventores han previsto una disposicion adicional en la que la onda de choque inicial puede enfocarse sobre la superficie objetivo final. En un conjunto de realizaciones, el aparato comprende una o mas bolsas de fluido dentro del medio no gaseoso que estan colocadas en relacion con los uno o mas orificios en la barrera de tal manera que la incidencia de la onda de choque en la primera bolsa de fluido concentra la intensidad de la onda de choque posteriormente a la incidencia sobre el medio gaseoso. Preferentemente, el fluido comprende un gas, por ejemplo, de la misma composicion que el medio gaseoso.

Se apreciara que las una o mas bolsas de lfquido dentro del medio no gaseoso (y cualquier capa del mismo), como con las multiples capas de los medios no gaseoso y gaseoso, actua para potenciar una mayor proporcion de la onda de choque inicial que es incidente sobre un unico orificio en la barrera. La incidencia de la onda de choque en la bolsa de fluido hace que un chorro transversal a formarse acelere a traves del volumen de la bolsa e impacte en el lado de sotavento de la bolsa. Este impacto resulta en una onda de choque en movimiento hacia el exterior que pueden ser mas de diez veces la presion de la onda de choque incidente. La bolsa de fluido se coloca en relacion con los uno o mas orificios en la barrera de tal manera que esta onda de choque mas intensa a continuacion interactua con el medio gaseoso con una presion mayor que si la onda de choque inicial hubiera incidido sobre la misma. Al igual que con los multiples orificios en la barrera para las multiples capas, pueden colocarse multiples bolsas de fluido en el medio no gaseoso para generar chorros transversales que impacten posteriormente en el medio gaseoso en uno o mas orificios en la barrera.

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Tan bien como crear una conformacion espedfica para una o mas de la superficie objetivo, la barrera, el orificio en la barrera, y el lfmite, en un conjunto de realizaciones las caractensticas de micro-estructura o humectantes de una o mas de la superficie objetivo, la barrera y el orificio pueden optimizarse para controlar la velocidad de la onda de choque cerca de la superficie objetivo, por ejemplo, para aumentar la velocidad cerca de la superficie objetivo, cambiando de este modo la conformacion de la onda de choque y por lo tanto la naturaleza de la interaccion entre la onda de choque y la burbuja atrapada. Como se ha tratado anteriormente, un lfmite conformado de manera apropiada entre los medios no gaseoso y gaseoso puede usarse en este conjunto de realizaciones para que coincida con la conformacion de la onda de choque con la conformacion del lfmite, permitiendo de este modo que se controle la dinamica de la formacion del chorro transversal con el fin de maximizar la temperatura y la densidad conseguida en la compresion de la burbuja atrapada.

La invencion descrita en el presente documento proporciona alternativas a la tecnica descrita en el documento US 7445319, que puede aportar sus propios beneficios. Los presentes inventores han reconocido que existen retos significativos en la nucleacion de una burbuja en una gota disparada a gran velocidad contra un objetivo, como se sugiere en el documento US 7445319. El sincronismo tendra que ser muy preciso para que la burbuja este en un momento favorable de su ciclo de expansion-contraccion cuando el choque golpee. El metodo por el que se crean gotas de alta velocidad como se requiere en el documento US 7445319 y se detalla en el documento US 780918 tambien es complejo y costoso. Por el contrario tal complejidad y gastos asociados pueden evitarse de acuerdo con al menos unas realizaciones preferidas de la presente invencion. Por lo tanto, los diversos aspectos de la presente invencion proporcionan tecnicas mucho mas simples para comprimir una burbuja atrapada por un chorro de un medio no gaseoso, en la medida que una onda de choque necesita simplemente crearse dentro del medio no gaseoso. Ademas, el modelado teorico e informatico de ambas tecnicas realizadas por los presentes inventores sugiere que el metodo de acuerdo con la presente invencion puede dar intensidades de presion y temperatura que son de un orden de magnitud mayor que el metodo detallado en el documento US 7445319.

El marco de trabajo mas estatico que pueden emplearse de acuerdo con la invencion para comprimir una burbuja de gas usando una onda de choque permite un control mucho mayor (en comparacion con una burbuja libre) sobre la forma en la onda de choque que golpea el medio gaseoso e interactua con la burbuja atrapada.

La onda de choque inicial podna crearse de varias maneras diferentes mediante un numero de diferentes dispositivos en funcion de la presion necesaria. Por ejemplo, un dispositivo de litotricia de onda de choque podna usarse para generar ondas de choque mas bajas de intensidad o podna usarse un generador de onda plana explosivo para proporcionar ondas de choque de alta intensidad. Como alternativa, podna usarse una pistola de gas para golpear un proyectil en un diafragma o piston en contacto con el medio no gaseoso para crear la onda de choque. En las realizaciones preferidas, un dispositivo explosivo de este tipo puede crear una presion de onda de choque de entre 0,1 GPa y 50 GPa, y en otra realizacion preferida, podna usarse un dispositivo de litotricia para generar presiones de la onda de choque de 100 MPa a 1 GPa. Si una onda de choque se va a aplicar repetidamente al medio no gaseoso, la tasa de repeticion puede ser mayor que 0,1 Hz, por ejemplo, mayor que 1 Hz, por ejemplo, mayor que 10 Hz, por ejemplo, mayor que 100 Hz, por ejemplo, mayor que 1 kHz, por ejemplo, 20 kHz.

La expresion "medio gaseoso" y "gas" tal como se usa en el presente documento debena entenderse genericamente y por lo tanto no como limitada a los gases atomicos o moleculares puros, sino tambien para incluir vapores, suspensiones o micro-suspensiones de lfquidos o solidos en un gas o cualquier mezcla de los mismos. El "medio no gaseoso" debena entenderse genericamente y por lo tanto podna incluir lfquidos, lfquidos no newtonianos, geles semi-solidos, materiales que son ostensiblemente solidos hasta que el paso de la onda de choque cambia sus propiedades, suspensiones o micro-suspensiones y coloides. Los ejemplos incluyen pero no se limitan a agua, aceites, disolventes tales como acetona, hidrogeles y organogeles. Debena entenderse que el medio no gaseoso tendra una densidad mayor que el medio gaseoso.

El medio no gaseoso podna ser cualquier sustancia adecuada para crear una onda de choque en, tal como un lfquido o un gel semi-solido. El medio gaseoso puede proporcionarse como se ha descrito anteriormente entre la barrera y la superficie objetivo. El uso de un gel o un lfquido viscoso tiene la ventaja de que es mas facil de controlar la conformacion detallada del lfmite entre los medios gaseoso y no gaseoso en el orificio en la barrera, en comparacion con un lfquido de viscosidad mas baja en el que la flotabilidad del medio no gaseoso puede superar la viscosidad del lfquido. Ademas, los medios no gaseoso y/o gaseoso podnan comprender aditivos, por ejemplo agentes tensioactivos para controlar la tension superficial, y por lo tanto la conformacion, del lfmite entre los medios gaseoso y no gaseoso.

En un conjunto preferido de realizaciones, los metodos descritos en el presente documento se emplean para generar reacciones de fusion nuclear. El combustible para la reaccion podna proporcionarse por el medio gaseoso, el medio no gaseoso, o el combustible podna proporcionarse por la propia superficie objetivo. Cualquiera de los combustibles mencionados en el documento US 7445319 es adecuado para su uso en la presente invencion.

Las reacciones de fusion que pueden obtenerse de acuerdo con ciertas realizaciones de la invencion podnan usarse para la produccion de energfa neta (el objetivo de investigacion a largo plazo en este campo), pero los inventores han apreciado que, incluso si la eficiencia de la fusion esta por debajo de la necesaria para la produccion de energfa

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neta, la fusion fiable que puede obtenerse de acuerdo con realizaciones de la invencion es ventajosa, por ejemplo, en la produccion de tritio que puede usarse como combustible en otros proyectos de fusion y es muy caro de producir usando actualmente las tecnolog^as existentes actualmente, por ejemplo, usando un reactor de fision nuclear. La fusion tambien puede ser beneficiosa en proporcionar una fuente de neutrones rapida y segura que sea mas barata y mas compacta que las alternativas convencionales. Los expertos en la materia apreciaran que esto tiene muchas aplicaciones posibles, por ejemplo, la exploracion de contenedores de envfo, por nombrar una.

Por otra parte, no es esencial de acuerdo con la invencion producir la fusion en absoluto. Por ejemplo, en algunas realizaciones, las tecnicas y aparatos de la presente invencion pueden emplearse ventajosamente como la sonoqmmica o el reactor de qmmica exotica que puede usarse para acceder a condiciones extremas e inusuales, o simplemente para producir espedficamente un calentamiento sustancial que se localiza en su concentracion.

A continuacion, se describiran ciertas realizaciones de la invencion, solamente a modo de ejemplo, haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

la figura 1 muestra una realizacion de acuerdo con la invencion;

las figuras 2a - 2c muestran tres etapas sucesivas de una interaccion de una onda de choque con el medio gaseoso mostrado en la figura 1;

la figura 3 muestra una variante de la realizacion de la figura 1 que comprende una membrana;

la figura 4 muestra una variante de la realizacion de la figura 1 que comprende unas zonas hidrofilas e

hidrofobas;

la figura 5 muestra una variante de la realizacion de la figura 1 que comprende unas burbujas focalizadas;

la figura 6 muestra una variante de la realizacion de la figura 1 que comprende dos capas; y

la figura 7 muestra una variante de la realizacion de la figura 6, que comprende dos orificios en la capa superior.

La figura 1 muestra esquematicamente una disposicion de acuerdo con la invencion. Una barrera solida 2, por

ejemplo, fabricada de acero de alta resistencia o una aleacion de titanio, se coloca entre un medio no gaseoso 4 en la forma de un hidrogel, por ejemplo, una mezcla de agua y gelatina, y un medio gaseoso 6, por ejemplo, un combustible en forma de vapor adecuado para tomar parte en una reaccion de fusion nuclear. Un orificio 8 esta formado en la barrera 2, permitiendo que se forme de este modo un lfmite 10 en la superficie de contacto entre el medio no gaseoso 4 y el medio gaseoso 6. El lfmite 10 entre el medio no gaseoso 4 y el medio gaseoso 6 esta definido en el hidrogel como una superficie semiesferica que sobresale en el medio no gaseoso 4. Una superficie objetivo solida 12, fabricada de cualquier material adecuado, por ejemplo, conteniendo combustible o reactivos nucleares, se coloca separada de y paralela a la barrera 2 en el otro lado del medio no gaseoso. Se apreciara que no hay restriccion en el material de la superficie objetivo que necesita soportar una onda de choque, proporcionandose una amplia gama de posibles materiales. La superficie objetivo 12 comprende una depresion 14 concava en forma de V, en oposicion al orificio 8 en la barrera 2 que se llena con el medio gaseoso 6. La depresion 14 puede mecanizarse o formarse como resultado de una grieta en la superficie objetivo 12. El tamano del aparato no es esencial, pero una dimension tfpica de este diagrama podna estar entre 0,1 y 1x10-5 m.

A continuacion, se describira el funcionamiento de esta realizacion, haciendo referencia espedfica a las tres etapas sucesivas que se muestran en las figuras 2a - 2c de una onda de choque 16 que interactua con el medio gaseoso 6. Inicialmente, se crea una onda de choque 16 a partir de una explosion, por ejemplo, con una presion de 5 GPa, dentro del medio no gaseoso 4. Esto se representa en la figura 1 como una lmea 16 que se propaga en la direccion de la flecha hacia la barrera 2.

En primer lugar, la onda de choque 16 golpea con la parte superior del lfmite 10, como se muestra en la figura 2a, haciendo que una parte de la onda de choque 16 se refleje como resultado del gran cambio en la densidad del medio no gaseoso 4 al medio gaseoso 6. Esta parte reflejada forma un ventilador de rarefaccion que se propaga fuera del medio gaseoso 6 y por lo tanto, crea una region de baja presion entre la parte reflejada de la onda de choque y el medio gaseoso 6 en el lfmite 10.

El medio no gaseoso 4 fluye en esta region de baja presion como un chorro transversal 13 que atraviesa el medio gaseoso 6, como se muestra en la figura 2b. La separacion de la barrera 2 de la superficie objetivo 12 permite que el chorro 13 acelere a traves del medio gaseoso 6 hasta impactar en la depresion 14 en la superficie objetivo 12, atrapando un volumen 15 del medio gaseoso 6 entre la punta del chorro 13 y la depresion que se ahusa 14 en la superficie objetivo 12, como se muestra en la figura 2c. La compresion del combustible gaseoso en el interior del volumen atrapado provoca un calentamiento local intenso que puede ser suficiente para generar una reaccion de fusion nuclear.

La figura 3 muestra una variante de la realizacion mostrada en la figura 1, en la que el medio no gaseoso 104 se separa del medio gaseoso 106 mediante una membrana pre-fabricada 110 que esta colocada sobre el orificio 108 en la barrera 102. La membrana pre-fabricada 110 es frangible, es decir, esta disenada para romperse por el impacto de la onda de choque 116. Una vez que la membrana pre-fabricada 110 se ha roto por el impacto de la onda de choque 116, el chorro transversal resultante continua propagandose en el medio gaseoso 106, atrapando un pequeno volumen del medio gaseoso contra la superficie objetivo 112 en la depresion 114, de la misma manera que

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para la realizacion anterior. La membrana pre-fabricada 110 tambien permite que el medio no gaseoso 104 se fabrique a partir de un Kquido que evita que el medio gaseoso 106 flote hacia arriba a traves del orificio 108 y escape.

La figura 4 muestra otra variante de la realizacion mostrada en la figura 1, en la que el penmetro del orificio 208 en la barrera 202 esta recubierto de un material hidrofobo 218 y en el exterior de esta barrera 202 esta recubierto de un material hidrofilo 220. La combinacion y la colocacion relativa del material hidrofobo 218 y del material hidrofilo 220 permiten que el lfmite 210 entre el medio no gaseoso 204 y el material gaseoso 206 se localice con precision y con capacidad de repeticion, por ejemplo, cuando se reponga el medio gaseoso 206 despues de la aplicacion de una onda de choque 216. Los recubrimientos del material hidrofobo 218 y del material hidrofilo 220 tambien ayudan a conformar el lfmite 210, es decir, para que este de pie en su forma hemi-esferica.

La figura 5 muestra una variante adicional de la realizacion mostrada en la figura 1, en la que dos bolsas de gas 322 estan colocadas dentro del medio no gaseoso 304, separadas simetricamente por encima y al lado del orificio 308 en la barrera 302. En funcionamiento, en primer lugar la onda de choque 316 incide sobre la superficie superior de las dos bolsas de gas 322 y, en una forma similar a la onda de choque que interactua con el medio gaseoso 306 en el orificio 308 como se ha descrito haciendo referencia a las realizaciones anteriores, se forma un chorro transversal del medio no gaseoso 304 que viaja a traves del volumen de cada una de las bolsas de gas 322 de tal manera que impacta sobre la superficie de sotavento de cada una de las bolsas de gas 322. Estos impactos crean una onda de choque resultante, que es mas intensa que la onda de choque inicial 316 aplicada al medio no gaseoso 304, y que posteriormente incide sobre el medio gaseoso 306 en el orificio 308 en la barrera 302. Esta onda de choque resultante interactua con el medio gaseoso 306, por lo que posteriormente atrapa un volumen del medio gaseoso 306 contra la superficie objetivo 312 en la depresion 314, como se ha descrito anteriormente para las realizaciones anteriores.

La figura 6 muestra otra variante mas de la realizacion mostrada en la figura 1, en la que se proporciona una barrera inferior 424 por debajo y en paralelo a la barrera superior 402. Una primera capa de medio no gaseoso 404 se proporciona por encima de la barrera superior 402 con una capa de medio gaseoso 406 por debajo, y una segunda capa del medio no gaseoso 426 se proporciona por encima de la barrera inferior 424 con una capa de medio gaseoso 428 por debajo. En funcionamiento, en primer lugar la onda de choque 416 incide sobre el lfmite 410 entre la primera capa del medio no gaseoso 404 y la primera capa del medio gaseoso 406 y, de una manera similar a la onda de choque que interactua con el medio gaseoso 406 en el orificio 408 como se ha descrito haciendo referencia a las realizaciones anteriores, se forma un chorro transversal del medio no gaseoso 404 que viaja a traves de la primera capa del medio gaseoso 406 de tal manera que impacta sobre la segunda capa del medio no gaseoso 426. Este impacto crea una onda de choque resultante en la segunda capa de medio no gaseoso 426, que es mas intensa que la onda de choque inicial 416 aplicada a la primera capa del medio no gaseoso 404, y que posteriormente incide sobre un lfmite con la segunda capa del medio gaseoso 428 formado por el orificio 430 en la barrera inferior 424. El chorro transversal resultante pasa a traves de la segunda capa del medio gaseoso 428, por lo que posteriormente atrapa un volumen del medio gaseoso 428 contra la superficie objetivo 412 en la depresion 414, como se ha descrito anteriormente para las realizaciones anteriores.

La figura 7 muestra una variante de la realizacion mostrada en la figura 6, en la que se proporcionan dos orificios 508 en la barrera superior 502 separados simetricamente por encima y al lado del orificio 530 en la barrera inferior 524. El funcionamiento de esta realizacion es muy similar a la realizacion mostrada en la figura 6, aparte de que los dos chorros transversales resultantes se crean en la primera capa del medio gaseoso 506 que se combinan y, finalmente, inciden sobre la segunda capa del medio gaseoso 528, aprovechando de este modo una mayor proporcion de la energfa de la onda de choque inicial 516 que se canaliza en el chorro transversal final que atrapa un volumen del medio gaseoso 528 en la depresion 514 en la superficie objetivo 512.

Aunque se han proporcionado unos ejemplos espedficos, se apreciara que hay un gran numero de parametros que influyen en los resultados reales obtenidos, por ejemplo, la densidad media del lfquido o el gel, la presion y la temperatura ambiente, la composicion del medio gaseoso y del medio no gaseoso, el angulo de impacto y la conformacion de la onda de choque, la conformacion de superficie objetivo y de micro-estructura de la superficie objetivo, la conformacion de barrera, el numero de barreras y capas de los medios no gaseoso y gaseoso, y la conformacion del lfmite entre los medios no gaseoso y gaseoso.

En cada una de las realizaciones descritas anteriormente, los diagramas mostrados son una seccion transversal vertical a traves de un volumen tridimensional del medio gaseoso y de la superficie objetivo y por lo tanto representan realizaciones que son rotacionalmente simetricas. Sin embargo, esto no es esencial para la invencion. En particular, la superficie podna comprender unas partes de superficie discretas en la direccion de rotacion, ya sea en lugar de, o asf como en la seccion transversal vertical mostrada. En este ultimo caso, la superficie objetivo sena multi-faceta. Cada faceta podna dar lugar a unas ondas de choque separadas pero convergentes.

En todas las realizaciones descritas, el aparato puede usarse creando una onda de choque en el medio que incide sobre una burbuja que contiene vapor de agua deuterada.

En el modelado numerico del experimento, las tecnicas descritas en el presente documento dan lugar a una presion maxima de ~ 20 GPa que es suficiente para provocar unas temperatures en el interior del volumen colapsado del gas por encima de 1x106 Kelvin que pueden ser suficientes para una reaccion de fusion nuclear de los atomos de deuterio. En algunos ejemplos no limitativos, los neutrones resultantes podnan usarse en otros procesos, o podnan 5 absorberse por un absorbente de neutrones para convertir la energfa cinetica de los neutrones en energfa termica y por lo tanto la generacion de energfa termodinamica convencional.

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   REIVINDICACIONES

   1. Un metodo para producir una concentracion localizada de ene^a que comprende la creacion de una onda de choque (16; 116; 216; 316; 416; 516) que se propaga a traves de un medio no gaseoso (4; 104; 314; 414; 514) con el fin de que sea incidente sobre un lfmite (10; 110; 210; 410) entre el medio no gaseoso (4; 104; 204; 304; 404) y un medio gaseoso (6; 106; 206; 306; 406; 506);

   caracterizado por que el lfmite (10; 110; 210; 410) entre el medio no gaseoso (4; 104; 204; 304; 404) y el medio gaseoso (6; 106; 206; 306; 406; 506) esta formado por al menos un orificio (8; 108; 208; 308; 408; 508) en una barrera (2; 102; 202; 302; 402; 502) que separa el medio no gaseoso (4; 104; 204; 304; 404) de un medio gaseoso (6; 106; 206; 306; 406; 506), formando de este modo un chorro transversal (13) en el otro lado del orificio (8; 108; 208; 308; 408; 508), que es incidente sobre una superficie objetivo (12; 112; 312; 412; 512) que comprende una depresion (14; 114; 314; 414; 514) que esta separada de la barrera (2; 102; 202; 302; 402; 502) en el medio gaseoso (6; 106; 206; 306; 406; 506).
2. 2. Un metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que la superficie objetivo (12; 112; 312; 412; 512) esta separada del orificio (8; 108; 208; 308; 408; 508) en la barrera (2; 102; 202; 302; 402; 502) por una distancia menor que 20 veces el diametro del orificio (8; 108; 208; 308; 408; 508), por ejemplo, menor que 10 veces el diametro del orificio, por ejemplo, menor que 5 veces el diametro del orificio, por ejemplo, menor que dos veces el diametro del orificio.
3. 3. Un metodo de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, en el que la superficie objetivo (12; 112; 312; 412; 512) es reemplazable.
4. 4. Un metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, 2 o 3, en el que la superficie objetivo (12; 112; 312; 412; 512) comprende una pluralidad de depresiones.
5. 5. Un metodo de acuerdo con cualquier reivindicacion anterior, en el que la barrera (502) comprende una pluralidad de orificios (508).
6. 6. Un metodo de acuerdo con cualquier reivindicacion anterior, en el que la barrera (2; 102; 202; 302; 402; 502) esta conformada para controlar la formacion del chorro transversal (13).
7. 7. Un metodo de acuerdo con cualquier reivindicacion anterior, en el que el orificio (8; 108; 208; 308; 408; 508) en la barrera (2; 102; 202; 302; 402; 502) esta conformado para controlar la formacion del chorro transversal (13).
8. 8. Un metodo de acuerdo con cualquier reivindicacion anterior, en el que el orificio (8; 108; 208; 308; 408; 508) en la barrera (2; 102; 202; 302; 402; 502) esta dispuesto para controlar la conformacion del lfmite (10; 110; 210; 410) entre los medios gaseosos (6; 106; 206; 306; 406; 506) y no gaseosos (4; 104; 204; 304; 404) en el orificio (8; 108; 208; 308; 408; 508).
9. 9. Un metodo de acuerdo con cualquier reivindicacion anterior, en el que la conformacion del lfmite (10; 110; 210; 410) entre los medios gaseosos (6; 106; 206; 306; 406; 506) y no gaseosos (4; 104; 204; 304; 404) en el orificio (8; 108; 208; 308; 408; 508) se controla por las presiones relativas del medio gaseoso (6; 106; 206; 306; 406; 506) con el medio no gaseoso (4; 104; 204; 304; 404).
10. 10. Un metodo de acuerdo con cualquier reivindicacion anterior, que comprende una pluralidad de barreras (402, 424; 502, 524), comprendiendo cada barrera al menos un orificio (408, 430; 508, 530) en la misma y separando un medio gaseoso (406, 428; 506, 528) de un medio no gaseoso (404).
11. 11. Un metodo para producir una concentracion localizada de energfa que comprende la creacion de una onda de choque (16; 116; 216; 316; 416; 516) que se propaga a traves de un medio no gaseoso (4; 104; 314; 414; 514) con el fin de que sea incidente sobre un lfmite convexo (10; 110; 210; 410) entre el medio no gaseoso (4; 104; 204; 304; 404) y un medio gaseoso (6; 106; 206; 306; 406; 506);

    caracterizado por que el lfmite convexo (10; 110; 210; 410) entre el medio no gaseoso (4; 104; 204; 304; 404) y el medio gaseoso (6; 106; 206; 306; 406; 506) esta formado por al menos un orificio (8; 108; 208; 308; 408; 508) en una barrera (2; 102; 202; 302; 402; 502) que separa el medio no gaseoso (4; 104; 204; 304; 404) de un medio gaseoso (6; 106; 206; 306; 406; 506), formando de este modo un chorro transversal (13) en el otro lado del orificio (8; 108; 208; 308; 408; 508) que es incidente sobre una superficie objetivo (12; 112; 312; 412; 512) que esta separada de la barrera (2; 102; 202; 302; 402; 502) en el medio gaseoso (6; 106; 206; 306; 406; 506).
12. 12. Un metodo de acuerdo con la reivindicacion 11, que comprende conformar la onda de choque (16; 116; 216; 316; 416; 516) aplicada al medio no gaseoso (4; 104; 314; 414; 514) a la conformacion del lfmite (10; 110; 210; 410) entre los medios no gaseosos (4; 104; 204; 304; 404) y gaseosos (6; 106; 206; 306; 406; 506).

    5

    10

    15

    20

    25

    30
13. 13. Un metodo de acuerdo con la reivindicacion 11 o 12, que comprende una pluralidad de barreras (402, 424; 502, 524), comprendiendo cada barrera al menos un orificio (408, 430; 508, 530) en la misma y separando un medio gaseoso (406, 428; 506, 528) de un medio no gaseoso (404).
14. 14. Un aparato para producir una concentracion localizada de energfa, que comprende: un medio gaseoso (6; 106; 206; 306; 406; 506);

    un medio no gaseoso (4; 104; 314; 414; 514) separado del medio gaseoso (6; 106; 206; 306; 406; 506) por una barrera (2; 102; 202; 302; 402; 502) que comprende al menos un orificio (8; 108; 208; 308; 408; 508) en la misma;

    una superficie objetivo (12; 112; 312; 412; 512) que comprende una depresion (14; 114; 314; 414; 514) que esta separada de la barrera (2; 102; 202; 302; 402; 502) en el medio gaseoso (6; 106; 206; 306; 406; 506); y medios para crear al menos una onda de choque (16; 116; 216; 316; 416; 516) que se propaga a traves de dicho medio no gaseoso (4; 104; 314; 414; 514) con el fin de que sea incidente sobre un ifmite (10; 110; 210; 410) formado por dicho orificio (8; 108; 208; 308; 408; 508), formando de este modo un chorro transversal (13) en el otro lado del orificio (8; 108; 208; 308; 408; 508).
15. 15. Un aparato para producir una concentracion localizada de energfa, que comprende: un medio gaseoso (6; 106; 206; 306; 406; 506);

    un medio no gaseoso (4; 104; 314; 414; 514) separado del medio gaseoso (6; 106; 206; 306; 406; 506) por una barrera (2; 102; 202; 302; 402; 502) que comprende al menos un orificio (8; 108; 208; 308; 408; 508) en la misma que forma un limite (10; 110; 210; 410) que es convexo en el medio no gaseoso (4; 104; 314; 414; 514); una superficie objetivo (12; 112; 312; 412; 512) que esta separada de la barrera en el medio gaseoso (6; 106; 206; 306; 406; 506); y

    medios para crear al menos una onda de choque (16; 116; 216; 316; 416; 516) que se propaga a traves de dicho medio no gaseoso (4; 104; 314; 414; 514) con el fin de que sea incidente sobre el lfmite (10; 110; 210; 410) formado por dicho orificio (8; 108; 208; 308; 408; 508), formando de este modo un chorro transversal (13) en el otro lado del orificio (8; 108; 208; 308; 408; 508).