ES2637019T3 - Procedimiento y sistema para reacciones de fusión por confinamiento inercial - Google Patents

Abstract

Un sistema para aplicar impulsos de rayos X síncronos a material objetivo de fusión por confinamiento inercial, que comprende: a) una cámara central objetivo (10) para recibir el material objetivo de fusión en forma de un gránulo objetivo de fusión (22) de forma esférica; en el que la cámara objetivo (10) está unida por una pared de cámara; b) una pluralidad de accionadores de energía (12) dispuestos alrededor del exterior de la cámara objetivo (10) en pares simétricos alrededor de dicho gránulo objetivo de fusión (22) y dispuestos en una configuración de accionamiento directo simétrica de forma tridimensional alrededor de dicho gránulo objetivo de fusión 22); c) medios para controlar la pluralidad de accionadores de energía para: generar impulsos de rayos X (60) exteriores a la pared de la cámara, emitir los impulsos de rayos X (60) generados dentro de la cámara objetivo (10) y aplicar los impulsos de rayos X (60) emitidos como impulsos de rayos X síncronos combinados directamente en el gránulo objetivo de fusión (22) en la cámara objetivo (10), en los que cada uno de los impulsos de rayos X síncronos incluye un impulso de rayos X de cada uno de los accionadores de energía (12); y d) una pluralidad de medios para extraer la energía de la reacción por fusión liberada del gránulo objetivo de fusión, que comprende: i) medios (14) para extraer energía de CC de alta tensión (48) del plasma de fusión que implica el gránulo objetivo de fusión (22); y ii) medios (20) para extraer energía térmica de la cámara objetivo (10); e) cada uno de la pluralidad de accionadores de energía que comprende una fuente de rayos X, en el que cada fuente de rayos X comprende: i) un tubo de electrones de triodo cilíndrico (12), en el que cada tubo de electrones incluye un ánodo central hueco (64) a lo largo de un eje central del tubo (12), en el que cada tubo de electrones incluye una rejilla (66) y un cátodo (68) radialmente espaciado del ánodo; ii) en el que el cátodo (68) y la rejilla (66) forman un cañón de electrones de onda progresiva que produce una onda progresiva radialmente simétrica (62) de potencial de tierra en modo electromagnético transversal cuando la rejilla está conectada a tierra a través de una red de coincidencia de fases (134, 136), propagándose dicha onda a lo largo de una longitud del cañón de electrones de onda progresiva a la velocidad de la luz en vacío, ocasionando dicha onda un haz de electrones para fluir desde el cátodo (68) hasta el ánodo (64) de manera que barre a lo largo del ánodo (64) a la velocidad de la luz en vacío, teniendo dicha onda una energía capaz de hacer que los electrones penetren en una pared del ánodo (64) y ocasionar una zona tanto de radiación de frenado como de electrones, y barriendo dicha zona a lo largo de un espacio hueco interno del ánodo (64) a la velocidad de la luz en un vacío; iii) en el que el espacio hueco interno está lleno de un medio láser que está completamente ionizado por la zona barrida; y iv) en el que la energía de la zona barrida se bombea de forma lineal mediante al menos la energía contenida en la capacitancia de interelectrodos distribuida del cátodo (68) y la rejilla (66).

Description

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DESCRIPCION

Procedimiento y sistema para reacciones de fusion por confinamiento inercial

Esta solicitud reivindica la prioridad de la Solicitud de Patente Provisional de Estados Unidos 60/809.453 titulada "Method & Apparatus for Controlled Fusion Reactions" presentada el 30 de mayo de 2006.

Campo de la invencion

La presente invencion se refiere a procedimientos y sistemas para extraer energfa a partir de reacciones de fusion. Antecedentes de la invencion

Es ampliamente reconocido que la fusion controlada ofrece una fuente de energfa limpia y abundante.

Sin embargo, a pesar de los miles de millones de dolares invertidos, se ha logrado solamente un exito limitado en la creacion de una reaccion de fusion eficiente y autosostenible. Todos los enfoques previos han estado limitados por tres factores principales:

(a) Se usa solamente un unico medio de extraccion de energfa.

(b) En lugar de centrarse en las reacciones accionadas por rayos X de accionamiento directo, la mayor parte del trabajo se ha centrado en las reacciones de accionamiento indirecto, particularmente usando laseres grandes como accionadores.

(c) La inestabilidad hidrodinamica es un problema grave. Esto se produce cuando la compresion del granulo objetivo

no es suficientemente uniforme. Da lugar a una falta de uniformidad termica local que, a su vez, ocasiona el

enfriamiento local. Esto da como resultado una combustion asimetrica del combustible.

Puede extraerse energfa a partir de una reaccion de fusion por dos medios principales: Termico y electrico. La extraccion termica es una aplicacion directa del ciclo termico Rankine, que se usa en casi todas las centrales electricas. En este proceso, se calienta un refrigerante, el refrigerante calentado usado para hacer girar una turbina, y la turbina usada para hacer girar un generador. Este proceso tiene una eficiencia nominal del 55%.

Es posible y practico extraer electricidad directamente del plasma de fusion. Esto se ha demostrado muchas veces y es un proceso con una eficiencia de aproximadamente el 85%. La desventaja de esta tecnica para los sistemas de energfa por fusion de la tecnica anterior es que produce CC de alta tension. Es diffcil trabajar con la CC de alta tension y, lo que es mas importante, no es adecuada para la transmision y distribucion de energfa a larga distancia. No puede conmutarse facil o eficientemente en la tension como puede la energfa de CA.

La inestabilidad hidrodinamica es un problema importante al que se enfrenta el disenador de cada sistema de

energfa por fusion. Formalmente conocido como inestabilidad de Rayleigh-Taylor, es un problema que surge de la compresion no uniforme del granulo de combustible. Las faltas de uniformidad excesivas del 1% en compresion dan como resultado la formacion de "chorros" de energfa que salen hacia afuera y enfnan localmente el granulo objetivo. La generacion actual de sistemas de fusion accionados por laser usa multiples haces (hasta 192 en un sistema) para intentar proporcionar una compresion suficientemente uniforme del granulo de combustible.

Sena deseable proporcionar un sistema para extraer energfa a partir de reacciones de fusion controladas en las cuales se extraigan energfa termica y energfa de CC de alta tension.

Sena deseable que se extrajera energfa de CC de alta tension como fuente de energfa para sostener reacciones de fusion controladas.

Sena ademas deseable disenar un sistema para extraer energfa a partir de reacciones de fusion controladas por la forma, con una alta estabilidad hidrodinamica para conseguir una compresion altamente uniforme de granulos de combustible.

En el documento de patente US3489645 A, que describe un sistema para aplicar impulsos de radiacion optica a un material objetivo de fusion por confinamiento inercial, se divulgo un intento en la tecnica anterior para conseguir una reaccion de fusion por transferencia inercial.

Sumario de la invencion

Un modo de realizacion de la invencion proporciona un sistema para extraer energfa a partir de reacciones de fusion controladas. El sistema incluye una camara objetivo central para recibir material objetivo de fusion. Una pluralidad de accionadores de energfa estan dispuestos alrededor de la camara objetivo para suministrar energfa al material objetivo de fusion en la camara para iniciar una reaccion de fusion controlada del material, liberando energfa en las formas de plasma de fusion y calor. Se proporciona una pluralidad de medios para extraer energfa de la reaccion de

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fusion y comprenden medios para extraer energfa de CC de alta tension del plasma de fusion; y medios para extraer energfa termica de la camara objetivo central.

El modo de realizacion anterior aumenta la eficiencia de un sistema de energfa de fusion extrayendo tanto la energfa de CC de alta tension como la energfa termica.

Otro modo de realizacion de la invencion proporciona un sistema para extraer energfa a partir de reacciones de fusion controladas en el que la pluralidad de accionadores de energfa se alimentan por un medio de almacenamiento de energfa. Los medios de almacenamiento de energfa reciben energfa desde una primera fuente de alimentacion y proporcionan energfa de arranque y supletoria y una segunda fuente de alimentacion obtiene energfa a partir de la energfa de CC de alta tension extrafda del plasma de fusion. La "energfa de arranque" es la energfa total requerida para iniciar la reaccion de fusion y la "energfa supletoria" es la energfa que se anade a la energfa de la segunda fuente de alimentacion para mantener el funcionamiento de la reaccion de fusion.

El modo de realizacion anterior consigue una alta eficiencia usando la energfa de CC de alta tension extrafda a partir de la reaccion de fusion como fuente de energfa para los accionadores de energfa que accionan las reacciones de fusion. Esto significa que la mayor parte de la energfa requerida para accionar la reaccion de fusion se obtiene a partir de la propia reaccion (previa) de fusion.

Un modo de realizacion adicional de la invencion proporciona un sistema para extraer energfa de reacciones de fusion controladas en las cuales cada uno de la pluralidad de accionadores de energfa comprende un aparato unitario. El aparato unitario produce tanto (a) un impulso de rayos X para hacer que el material objetivo de fusion experimente una reaccion de fusion controlada a fin de ocasionar la liberacion de energfa en las formas de plasma de fusion y calor y (b) energfa RF para calentar de forma simultanea el material objetivo de fusion.

El modo de realizacion anterior de la invencion tiene la capacidad de producir un impulso de calentamiento RF de forma simultanea con el impulso de accionamiento de rayos X sin reducir la eficiencia. Esto permite el uso del calentamiento RF para aumentar la eficiencia del sistema de energfa de fusion con poco coste adicional y sin ninguna penalizacion de energfa.

Un modo de realizacion adicional de la invencion proporciona un sistema de energfa de fusion en el cual una estructura de apodizacion esta asociada con cada accionador de energfa para reconformar el frente de onda del impulso de rayos X para que sea concavo desde la perspectiva del material objetivo de fusion.

El modo de realizacion anterior de la invencion corrige los errores de frente de onda que dan lugar a la inestabilidad hidrodinamica de Rayleigh-Taylor por medio del filtro de apodizacion mencionado. Como el granulo objetivo es una esfera, el filtro de apodizacion se usa para cambiar la forma del frente de onda de compresion a una superficie altamente concava cuyo radio coincide con el radio del objetivo. Por este medio, el frente de onda "envuelve" una cara del objetivo y proporciona una compresion totalmente uniforme del objetivo.

Un beneficio directo del uso de filtros de apodizacion para corregir la onda de compresion es que se reduce el numero de haces usados para iluminar el objetivo. En lugar de los 192 haces que usa el reactor de fusion del National Ignition Facility en el laboratorio Lawrence Livermore en California, el modo de realizacion actual de la invencion puede permitir el uso de menos haces, tales como 6. Esto reduce directamente el coste y el tamano del reactor, mientras aumenta su fiabilidad.

Descripcion de los dibujos

La FIG. 1 es una vista en perspectiva simplificada de un reactor para la generacion de energfa por fusion nuclear controlada.

Las FIGS. 2A y 2B muestran vistas en seccion transversal del reactor de la FIG. 1, con la FIG. 2A mostrando la seccion indicada como "FIG. 2A - FIG. 2A” en la FIG. 1 y la FIG. 2B mostrando la seccion indicada como "FIG. 2B - FIG. 2B” en la FIG. 1.

La FIG. 3 es un diagrama de bloques del flujo de energfa del sistema reactor de la FIG. 1, que muestra el reactor aun mas simplificado que en la FIG. 1

Las FIGS. 4A y 4B son secciones transversales de extremo y laterales simplificadas, respectivamente, de un accionador basico de energfa de emisor de rayos X estimulado (SXE).

La FIG. 5A es una vista en perspectiva de la red de coincidencia de rejilla y de fases usada con el SXE de las FIGS. 4A y 4B.

La FIG. 5B es una vista de la red de coincidencia de rejilla y de fases de la FIG. 5A que muestra la seccion transversal indicada como " FIG. 5A - FIG. 5A "en esa figura.

La FIG. 5C es un diagrama esquematico de la red de coincidencia de fases de la FIG. 5A.

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La FIG. 6 es una vista en seccion de un frente de onda plano que incide en un filtro de apodizacion y del frente de onda corregido producido por el paso a traves del filtro.

La FIG. 7 es una vista en perspectiva lateral de una version mejorada de condensador del SXE de la FIG. 4.

La FIG. 8 es una vista en seccion a lo largo de la longitud de un transformador acoplado por electrones.

La FIG. 9 muestra las formas de onda tfpicas del transformador acoplado por electrones de la FIG. 8.

La FIG. 10 es una vista en seccion a lo largo de la longitud de un accionador SXE-Vircator combinado.

La FIG. 11 es una vista parcialmente en seccion a lo largo de la longitud del cabezal RF Vircator de la FIG. 10.

La FIG. 12 es una vista en seccion a lo largo de la longitud de un accionador SXE-MILO combinado.

La FIG. 13 es una vista parcialmente en seccion a lo largo de la longitud del cabezal MILO RF de la FIG. 12.

La FIG. 14 es una vista en seccion a lo largo de la longitud de un tubo de deriva usado en el cabezal MILO RF de la FIG. 12 y la FIG. 14B es una vista ampliada de la region rodeada en la FIG. 14A titulada “FIG. 14B”.

Descripcion detallada de la invencion

Una lista de numeros de referencia de dibujo, de sus partes asociadas y de materiales preferidos para las partes puede encontrarse casi al final de esta descripcion de los modos de realizacion preferidos. Las referencias

bibliograficas se citan en su totalidad despues de la lista de numeros de referencia de dibujo. En esta descripcion,

las referencias breves de literatura para el autor " Nakai ", por ejemplo, se dan de la forma siguiente: (Referencia Nakai.)

Principios principales de los modos de realizacion preferidos

Los principios principales de los modos de realizacion preferidos de la invencion se describen en conexion con las FIGs. 1 -3.

La FIG. 1 muestra un reactor para la generacion de energfa por fusion nuclear controlada. El sistema incluye una camara o region central objetivo 10. Una serie de seis o mas accionadores de energfa 12 estan dispuestos en pares simetricos alrededor de la region central objetivo. Los accionadores de energfa simetricos 12 estan dispuestos de manera simetrica alrededor de una ubicacion de granulo objetivo 22, a fin de crear de forma colectiva un frente de onda preferentemente altamente esferico que incida en el granulo de fusion objetivo en la ubicacion 22. Los accionadores de energfa producen haces de rayos X de alta fluidez que comprimen de forma simetrica el destino para iniciar y sostener una reaccion de fusion. Los accionadores de energfa son preferentemente emisores de rayos X estimulados (SXE) como fueron descritos por primera vez por el inventor de la presente invencion en la Patente de Estados Unidos 4.723.263. En el modo de realizacion preferido, los accionadores SXE mencionados estan equipados con un medio de produccion RF que proporciona un impulso simultaneo de energfa RF para proporcionar calor adicional a la reaccion. Esto se describe ademas en el analisis de las FIGS. 10 -13.

Con referencia a las FIGS. 1-3, una pluralidad de conos de extraccion de energfa 14 esta dispuesta alrededor de la region central objetivo 10. Cada uno de estos conos es una porcion de un sistema de vacfo. Cada una de ellos contiene una rejilla de recogida de energfa 46 que produce una salida de CC de alta tension que se usa para accionar los accionadores de energfa SXE 6. Los conos de extraccion de energfa 14 pueden estar formados en otras formas, tales como cilindros. Un analisis detallado de este proceso se encuentra en el analisis de la FIG. 3 a continuacion.

El sistema de las FIGS. 1-3 contiene un segundo medio de extraccion de energfa que puede ser adecuadamente un bucle termico de ciclo Rankine estandar. El refrigerante se introduce en un subsistema de intercambio de calor interno 24 por un tubo de entrada 18, se hace circular a traves del intercambiador de calor 24 y luego se saca del reactor a traves del tubo 20. El refrigerante calentado se usa para accionar una turbina que a su vez acciona un generador para producir electricidad. La mayor parte de esta electricidad esta disponible para suministrar a redes de energfa externas. Una pequena porcion se usa para proporcionar la llamada energfa supletoria al sistema para compensar la pequena ineficiencia de los conos de extraccion de energfa HVDC 14. Se usa un sistema de inyeccion de granulos de combustible 16 para inyectar los granulos objetivo de fusion en el reactor. En el sistema actual, el inyector de granulos 16 esta orientado verticalmente como se muestra en la FIG. 2B.

Las FIGS. 2A-2B muestran los componentes internos y externos principales y su relacion geometrica. En la FIG. 2A, vemos una seccion transversal del reactor. La disposicion de los accionadores de energfa 12 y de los conos de extractor de energfa 14 es claramente visible. Son tambien visibles las estructuras internas de los reactores, que se muestran con detalle en la FIG. 2B. La pared de la camara del reactor es la capa externa, mostrada en 10, que proporciona soporte estructural para las estructuras internas y tambien es el recinto de vacfo. Aunque se representa como un objeto esferico, pueden emplearse con exito otras formas. La forma de la camara no tiene ningun impacto en la funcionalidad del sistema.

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La capa interna siguiente consiste en bobinas de confinamiento magnetico 30. Estas bobinas crean un campo magnetico fuerte que confina el plasma de fusion y evita que entre en contacto con el revestimiento 28 y otras estructuras internas. El campo magnetico producido por las bobinas de confinamiento magnetico 30 tiene aberturas (regiones de campo bajas) que corresponden a las ubicaciones de los conos de extractor de energfa y de los accionadores de energfa SXE.

La capa interna siguiente es la capa de paso de refrigerante (intercambiador de calor) 24. El refrigerante entra en esta estructura a traves de la entrada de refrigerante 18, circula a traves de los pasos de refrigerante 24 y sale en un estado sobrecalentado a traves de la salida de refrigerante 20. Este refrigerante sobrecalentado se usa para alimentar una turbina y un generador para producir electricidad. En esta vista, el inyector de granulos 16 se ve en su orientacion vertical apropiada.

La FIG. 3 es un diagrama de bloques del flujo de energfa del sistema reactor de la FIG. 1. Se muestran los dos bucles de extraccion de energfa. El bucle termico consiste en la entrada de refrigerante termico 18, la salida de refrigerante termico 20 y la capa de paso de refrigerante (intercambiador de calor) 24. El funcionamiento de este bucle se describe anteriormente en el analisis de la FIG. 2. El bucle de extraccion CC de alta tension consiste en el cono de extractor 14, la rejilla de extractor 46, el retorno CC 48, los medios de almacenamiento y acondicionamiento de energfa 38, el modulador de impulsos 34 y sus dos salidas sincronizadas (a) 36, el accionador de energfa HVDC a SXE 12 y (b) 32, la senal de la unidad de confinamiento magnetico. Fundamental para un modo de realizacion preferido de esta invencion es el uso de CC de alta tension extrafda directamente para accionar los accionadores de energfa SXE. El SXE se ejecuta en CC de alta tension, por lo que es directamente compatible con la salida de CC directa de los conos de extractor de energfa 14. La energfa extrafda se usa para recargar los medios de almacenamiento de energfa 38. El sistema de almacenamiento de energfa puede utilizar ya sea un medio de almacenamiento capacitivo o un medio de almacenamiento inductivo o ambos, a modo de ejemplo. El uso de almacenamiento capacitivo es el modo de realizacion preferido para esta porcion del sistema. El subsistema de almacenamiento y acondicionamiento de energfa 38 tiene una segunda entrada de energfa 40 que permite que se aplique la energfa de fuentes externas (por ejemplo, 42, 44) al sistema. La fuente externa 42 puede ser un transformador acoplado por electrones como se describe a continuacion y la fuente externa 44 es una fuente de alimentacion de CC de alta tension. La energfa de la segunda entrada de energfa 40 se usa para el arranque del sistema y tambien para proporcionar energfa supletoria durante el funcionamiento. Esto es para compensar las perdidas de ineficiencia en el bucle de extraccion de HVDC descrito.

Las FIGS. 4A y 4B son secciones transversales del accionador basico de energfa SXE, que pueden usarse como accionadores de energfa en la FIG. 1. La FIG. 4A es una vista posterior y la FIG. 4B es una vista lateral. En estas vistas son visibles un anodo 64, una rejilla 66 y un catodo 68. El SXE es un tubo de electrones de triodo. Tiene una estructura de canon de electrones novedosa, comprendida por el catodo 68 y la rejilla 66. La yuxtaposicion ffsica de estos elementos es de tal manera que forma una grna de ondas circular. Una grna de ondas circular soporta el modo electromagnetico transversal (TEM) que se propaga siempre a la velocidad de la luz ("c") en el vacfo. Esta propiedad es cntica para la funcion del SXE, ya que garantiza que el haz de electrones, como se muestra con flechas, barre el anodo a la velocidad de la luz y que coinciden la velocidad de fase y la velocidad de grupo del frente de onda del modo TEM. Este frente de onda del modo TEM es conocido como la onda progresiva plegable. Esto es importante en el proceso de formacion de rayos X porque garantiza que los rayos X formados por el haz estan desplazandose siempre en una zona altamente ionizada y, por lo tanto, no se absorben mediante procesos de autoabsorcion.

La estructura de rejilla (analizada con detalle en la FIG. 5) es altamente simetrica. Esto garantiza que el pliegue de la onda hacia el anodo es perfectamente simetrico. Como resultado, cuando los electrones golpean el anodo, crean una region altamente ionizada de radiacion de frenado. Existe tambien un gran numero de electrones secundarios presentes en esta region altamente ionizada. El anodo se llena de un material laser. Los fotones de radiacion de frenado golpean los atomos del material laser y, como resultado de que estan en una energfa significativamente mas alta que el potencial de ionizacion de capa K del atomo, ionizan por completo el atomo. La cascada de repoblacion resultante ocasiona la liberacion de fotones de cada capa de electrones del atomo. El excedente de electrones garantiza que este proceso se produce muy rapidamente. Sigue una reaccion en cascada. La radiacion es, al principio, isotropica. Pero, a medida que avanza a lo largo de la longitud del anodo, la radiacion fuera del eje se suprime mediante la pared de la residencia o se usa para ionizar otros atomos. Todo esto tiene lugar en la zona ionizada que barre a lo largo del anodo en "c" (en un vacfo). El haz resultante esta colimado de forma geometrica por el anodo y consiste principalmente en fotones de capa K, fotones de capa L y fotones de capa M cuando estan presentes.

Con referencia ahora a las FIGS. 5A, 5B y 5C, estas figuras muestran detalles de la red de coincidencia de rejilla y fases del SXE de las FIGS. 4A y 4B. La FIG. 5A muestra toda la red - de coincidencia de rejilla y fases y los detalles del aislamiento de rejilla. Estos dos elementos son realmente parte de una unica estructura. La FIG. 5B muestra detalles de un medio de tensionado y aislamiento de rejilla preferido. La FIG. 5C muestra el esquema electrico de la red de coincidencia de fases. Comunes a todos los tubos con canones de electrones de ondas progresivas (TWEG) son los requisitos de diseno para la rejilla. Independientemente de la escala o del nivel de energfa para el que se disene el tubo, las caractensticas siguientes son comunes y deben estar presentes para que funcione el canon de electrones de onda progresiva.

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El canon de electrones de onda progresiva (TWEG) es una estructura unica en la que usa la estrecha yuxtaposicion de la rejilla 66 y del catodo 68 para producir una estructura de gma de ondas circular que soporte un modo electromagnetico transversal (TEM). El modo electromagnetico transversal en una gma de onda circular se desplaza siempre a la velocidad de la luz ("c") en el vado. Este aspecto del TWEG explica su tiempo de subida extremadamente rapido (un nanosegundo para cada pie o 30,48 cm de longitud de canon).

La rejilla se usa tambien para producir el campo electrico necesario para extraer electrones del catodo y para controlar el flujo de dichos electrones. Esto se logra inclinando de forma selectiva la rejilla en relacion con el catodo. Tanto las funciones de conmutacion como las de modulacion pueden alcanzarse mediante una polarizacion apropiada del tubo.

Existen varias condiciones cnticas que deben cumplirse cuando se disene una rejilla para una estructura TWEG. Son:

(1) La separacion entre la rejilla y el catodo debe ser constante a traves de la longitud de la rejilla. Esto se consigue usualmente colocando la rejilla bajo alta tension o construyendola con una estructura ngida

(2) El numero de elementos en la rejilla debe ser lo suficientemente alto como para garantizar un campo electrico constante y uniforme en la region entre la rejilla y el catodo.

(3) No deben existir bordes afilados ni rebabas en ninguna parte de la estructura de rejilla. Los elementos individuales pueden ser formas elfpticas redondas, planas o de alta relacion de aspecto. Todos los bordes deben estar completamente redondeados. En este contexto, completamente redondeado significa que el borde en cuestion tiene un radio igual a la mitad del grosor del material; un ejemplo de completamente redondeado aparece en 125 en la FIG. 14.

La implementacion real de estas reglas de diseno esta determinada por el tamano de la rejilla que este construyendose. La rejilla puede estar hecha de una sola pieza o, mas comunmente, de una serie de elementos individuales limitados por anillos de montaje en cualquiera de los extremos 130, 132, provistos de aislantes electricos 136, 140 adecuados para impedir el arco y un medio para mantener la tension sobre la estructura de rejilla. En el modo de realizacion preferido mostrado, cada elemento de rejilla esta provisto de un medio de tensionado en forma de un resorte pesado 146, de una arandela 148 y de una tuerca 150. Las tuercas de los diversos elementos de rejilla se aprietan con una llave de par para garantizar la tension uniforme en todos los elementos.

La conexion electrica a la rejilla se realiza por medio de una red de coincidencia de fases 134, 136 que esta conectada al extremo de entrada de la rejilla. La red de coincidencia de fases consiste en una serie de cables 134 de longitud exactamente igual, con una tolerancia tfpica de +/- 0,0005 "(+/- 12 micras). Cada cable de la red de coincidencia de fases esta conectado al anillo de soporte de rejilla inferior 132 en un punto equidistante de los dos elementos de rejilla adyacentes. Existe una pluralidad de cables de red de coincidencia de fases dispuestos de forma simetrica alrededor del anillo de soporte de rejilla.

Los otros extremos de los cables de red de coincidencia de fases estan conectados a un elemento conector comun 136. Tiene un numero de orificios en un extremo igual al numero de cables de red de coincidencia de fases y un unico orificio en el extremo opuesto. Un cable se conecta a este orificio y se hace pasar hasta el alimentador de vacfo de rejilla. Los cables se sueldan con plata o se sueldan con el procedimiento de tungsteno en gas inerte (TIG) segun sea apropiado. La soldadura TIG se prefiere pero no siempre es posible.

El proposito de esta red de coincidencia de fases es garantizar que toda la base de la rejilla responda a la senal de control en el mismo momento con una precision que este preferentemente en el intervalo de picosegundos. Esto da como resultado una onda altamente simetrica que se propaga en la estructura TWEG. Cuando la rejilla se conecta a tierra a traves de la red de coincidencia de fases, se forma una onda de progresiva plegable radialmente simetrica y se propaga a lo largo de la longitud de la estructura TWEG. Esta es una onda de potencial de tierra y tiene el efecto de permitir que la energfa almacenada en el espacio entre la rejilla y el catodo y tambien la energfa disponible para que el catodo se propague hacia el anodo dando como resultado la conduccion de esta senal.

Inestabilidad hidrodinamica: Causas y reparacion

La FIG. 6 muestra el principio de funcionamiento del filtro apodizante, con el movimiento de frente de onda mostrado con flechas. El rendimiento optimo de cualquier sistema de fusion depende de la creacion de una compresion perfectamente simetrica del granulo objetivo de combustible. Los accionadores de energfa 12 (FIG. 1) de la presente invencion proporcionan un medio de iluminacion simetrica del objetivo. Si se dan a los frentes de onda 60 que inciden en el destino una geometna concava cuyo radio coincida con el radio del granulo objetivo, entonces es posible crear un frente de onda de compresion casi perfectamente simetrico en el granulo objetivo de combustible. La razon por la que esto es necesario es minimizar la inestabilidad de Rayleigh-Taylor que, si es suficientemente severa, puede hacer que el granulo de combustible se caliente de una manera no uniforme y, por lo tanto, no se encienda en una reaccion de fusion. Si es necesario, pueden anadirse accionadores de energfa adicionales 12 en pares simetricos para aumentar la uniformidad de los frentes de onda de compresion. Las consideraciones

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geometricas determinan el numero de accionadores que se anaden. Si seis pilotos no son suficientes, la etapa siguiente sena preferentemente 12 accionadores, seguidos por 14 accionadores, seguidos preferentemente por 20 pilotos. Otros numeros de accionadores de energfa son posibles.

El filtro de apodizacion 58 de la FIG. 6 consiste en un objeto de grosor variable que se coloca en la trayectoria del haz. La seccion transversal se hace coincidir en grosor con el radio del objetivo. En el modo de realizacion preferido, estos filtros estan hechos de materiales de pelmula delgada que se depositan para crear la seccion transversal deseada. La seleccion del material se determina mediante el requisito de accionamiento de energfa de la combinacion de combustible por fusion. En el caso de la reaccion Deutonio-Tritio, esto es entre 250 y 350 voltios de electrones, entonces se usanan los materiales con un numero atomico muy bajo tal como litio, berilio, boro o carbono. Reacciones de energfa mas altas como hidrogeno-boro usanan estos materiales o, posiblemente, magnesio, aluminio o silicio. Es importante que el numero atomico del material de densidad no sea tan alto que se produzca una absorcion significativa. Se observa que el filtro de apodizacion producira alguna radiacion de dispersion pero que no sea un problema en la presente invencion.

Fundamental para el proceso de las reacciones de fusion es la minimizacion de las inestabilidades de Rayleigh- Taylor (RTI) que se produce durante la compresion del material objetivo de fusion. Para las geometnas de objetivo esfericas, el frente de onda de compresion ideal es una onda esferica concentrica que se reduce en diametro con una simetna perfecta. En los equipos practicos para las reacciones de fusion controladas, esto es extremadamente diffcil de conseguir.

Es importante senalar que las tecnicas opticas difractivas en forma de elementos tales como placas de zona pueden usarse tambien para corregir el frente de onda. Las placas de zona son bien conocidas en ciencias opticas. La extension a la porcion de rayos X blanda del espectro es simple y ya se ha presentado en la bibliograffa.

Comparacion de la fusion de accionamiento directo de rayos X con la fusion por confinamiento inercial de laser

El desaffo que enfrenta a los disenadores de reactores de fusion es como lograr una compresion simetrica similar del objetivo de fusion. Una amplia gama de soluciones ha producido numerosas geometnas de reactores. El presente analisis se enfoca en el caso espedfico de sistemas que usan granulos de combustible como material objetivo de fusion. Esta clase de sistemas es conocido como sistemas de confinamiento inercial ("ICF"). Comun a todos los sistemas ICF es tener la energfa del accionador presentada al objetivo como una serie colectiva de haces de energfa smcronos combinados. Los frentes de onda smcronos combinados de los haces de energfa se aproximan a una capa esferica plegable. En general, cuanto mas haces se usen, mejor (o mas esferico) es el confinamiento. Esto puede apreciarse con mayor claridad en el area de fusion accionada con laser donde los sistemas mas exitosos tienen el mayor numero de haces. Los sistemas como el laser NOVA tienen mas de 50 haces. El National Ignition Facility (NIF) en el Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) tiene 192 haces smcronos y se espera que tenga un confinamiento significativamente mejor que los sistemas predecesores como NOVA (LLNL), OMEGA (LLNL) y GEKKO (Japon).

Los principios basicos de ICF descritos a continuacion son:

(1) Tiempos de confinamiento,

(2) fracciones de combustiones y

(3) la necesidad de implosion de compresion objetivo.

El proceso de implosion de un objetivo tfpico de ICF de accionamiento directo esta dividido aproximadamente en tres fases: fase inicial, fase de aceleracion y fase de deceleracion. (La invencion reivindicada actualmente usa un sistema de accionamiento directo.) En la fase inicial, la primera onda de choque se desplaza en un granulo de combustible y el fluido en el granulo se hace acelerar principalmente por la onda de choque. La capa externa (o ablativa) se acelera de forma ablativa hacia el interior en la segunda fase. Entonces, el combustible se comprime fuertemente en la fase de deceleracion. En la fase inicial, las perturbaciones en la superficie objetivo se siembran por impresion inicial debido a la falta de uniformidad de la irradiacion laser, junto con la rugosidad de la superficie objetivo original. Estas perturbaciones se acompanan de una propagacion de choque ondulada antes de que el choque se rompa en la superficie interna del granulo de combustible y se acompana ademas de una propagacion de rarefaccion ondulada. Las perturbaciones crecidas en la superficie externa debido principalmente a la inestabilidad R-T en la segunda fase (aceleracion) se alimentan entonces a traves de la superficie interna. (Referencia Nakai.)

En la instalacion NIF mencionada, 192 rayos laser se usan para producir 1,8 megajulios de energfa y consumir 500 teravatios de energfa, de los cuales 30 kilojulios se transfieren finalmente como rayos X en el combustible de deuterio-tritio en el granulo de combustible objetivo. Con la ignicion y la combustion exitosa, el combustible puede producir unas 600 a 1000 veces mas energfa que la que se pone en el mismo. Esto produce un flujo intenso de rayos X de casi 1000 teravatios por centfmetro cuadrado.

El gran numero de haces en la instalacion NIF permitira que la iluminacion laser se aproxime mas a un campo uniforme de rayos X que lo que lo hizo la instalacion NOVA mencionada. Sin embargo, una asimetna basica seguira

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existiendo debido a los puntos calientes calentados directamente por los rayos laser y los puntos fnos donde el calor se pierde a traves de los orificios laser. Debido a que la ignicion depende de la iluminacion lisa de rayos X del granulo, los disenadores objetivo pretenden reducir las asimetnas en el flujo de rayos X a menos del 1 por ciento ubicando apropiadamente los puntos calientes calentados por laser, ajustando la longitud exacta de la cavidad que contenga el granulo y modificando las intensidades del impulso laser. Las cavidades se usan con sistemas de accionamiento indirecto, en contraste con el sistema de accionamiento directo de rayos X reivindicado actualmente.

El mecanismo del ICF accionado por laser se basa en la luz que este absorbiendose en las paredes del cilindro de cavidad, que convierte la luz laser en rayos X blandos. La cavidad esta hecha de un material de alto numero atomico como el oro, que maximiza la produccion de rayos X. Estos rayos X se absorben y vuelven a emitirse rapidamente por las paredes que fijan una onda termica accionada por radiacion que se difunde en las paredes de la cavidad. La mayona de los rayos X se pierden finalmente en las paredes, algunos escapan por los orificios de entrada del laser y el resto se absorben por el granulo objetivo en el centro de las cavidades y accionan su implosion. Tfpicamente, este acoplamiento al granulo es menor que un A de la energfa total, o aproximadamente 0,2 para una cavidad calentada por laser de escala de central. Por lo tanto, el acoplamiento para el accionamiento indirecto es relativamente pobre en comparacion con el accionamiento directo. (Referencia Rosen.)

El accionamiento indirecto es menos eficiente al acoplar energfa a un granulo que el accionamiento directo debido a la conversion a rayos X en la cavidad. Sin embargo, el accionamiento indirecto es menos sensible a las variaciones en la intensidad del haz y en las inestabilidades hidrodinamicas. El umbral de ignicion para los destinos accionados directamente y accionados indirectamente es aproximadamente el mismo. Sin embargo, la ganancia se calcula para ser aproximadamente un factor 2 mayor en destinos accionados directamente.

La eleccion de la temperatura de los rayos X es crucial porque dicta el material que forma la capa de ablacion externa del granulo, clave para la implosion y las reacciones de ignicion posteriores. Si esta capa es suficientemente lisa y esta banada de forma uniforme de rayos X, su ablacion forzara de forma eficiente el granulo hacia adentro a una velocidad de aproximadamente 400 kilometros por segundo (mas de una milesima de la velocidad de la luz) y creara la presion y temperatura requeridas para la fusion para comenzar. (Referencia Haan.)

Una de las cuestiones clave para minimizar las inestabilidades de Rayleigh-Taylor se refiere al flujo de rayos X que interactua con la superficie de ablacion. En flujos mas altos, la ablacion del material tambien elimina las perturbaciones crecientes. Las perturbaciones iniciales se minimizan tambien haciendo las capas de granulos lo mas lisas posible. La inestabilidad entre el laser y plasma y las inestabilidades hidrodinamicas son amenazas complementarias para la ignicion y los objetivos estan disenados intencionadamente de modo que las dos amenazas son aproximadamente equilibradas. Las temperaturas mas altas que requieren mayores intensidades de laser empeoran las inestabilidades entre el laser y el plasma, pero minimizan las inestabilidades hidrodinamicas. A su vez, las bajas temperaturas minimizan las inestabilidades entre el laser y el plasma, pero aumentan las inestabilidades hidrodinamicas. Como resultado, los disenadores han llegado a lfmites de temperatura de rayos X bajos y altos, aproximadamente 250 voltios de electrones y 350 voltios de electrones para el caso espedfico de combustible de deuterio-tritio, mas alla de los cuales son diffciles de conseguir la implosion y la ignicion eficaces. Otros combustibles tienen requerimientos energeticos mas altos.

La diferencia fundamental entre la dinamica de las implosiones accionadas directamente por los laseres y las accionadas por los rayos X es que los laseres se absorben a una densidad electronica relativamente baja, n, correspondiente a la densidad de electrones cnticos para la longitud de onda de ese laser, mientras que los rayos X se absorben mas profundamente en el objetivo a densidades de material solido, que, cuando se ionizan mediante el flujo de rayos X, estan a densidades electronicas muy elevadas. Por lo tanto, incluso aunque el laser este a 1/3 mm de luz, la region tfpica de absorcion de rayos X tiene densidades electronicas casi 100 veces mayores.

Para conseguir las condiciones bajo las cuales el confinamiento inercial es suficiente para conseguir la combustion termonuclear, un granulo de combustible implosionado se comprime a condiciones de alta densidad y temperatura. En el laboratorio, se requiere que un accionador transmita energfa al granulo para efectuar una implosion. Existen tres accionadores que estan teniendose en cuenta para el ICF en el laboratorio:

(1) Laseres de alta potencia,

(2) iones pesados acelerados y

(3) rayos X resultantes de maquinas de energfa pulsada.

Definimos la velocidad de ablacion mediante r Vabl5 dm/. Esperamos una diferencia de orden de magnitud completa en Vabl, entre el accionamiento directo y el indirecto. El accionamiento directo, en virtud de su mejor acoplamiento general [n t del orden de (0,8)(0,1) = 8% frente al accionamiento indirecto (0,2) (0,2) = 4%] tiene ventajas sobre el accionamiento indirecto, ambos en terminos de ganancia y en terminos de un accionador mas pequeno, pero se desaffa por la inestabilidad RT. (Referencia Barnes.)

Las presiones, P, escalaran como nTan173/273. Mediante este escalamiento, esperanamos un factor de diferencia 5 de presiones entre el accionamiento directo e indirecto, y de hecho a flujos de energfa iguales de 1015 W/cm2, la luz

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laser de 1/3 mm tiene una presion de aproximadamente 90 MB, mientras que los rayos X producen una presion de region de ablacion de aproximadamente 400 MB. La mayor presion alcanzable con el accionamiento de rayos X directo acoplado con la eficacia de acoplamiento mas alta lo hace un candidate mas deseable. Una de las razones de que la unidad de rayos X directa no se haya elegido para los experimentos a gran escala hasta la fecha ha sido la falta de disponibilidad de los accionadores adecuados.

Con el fin de lograr las condiciones para el ICF, los destinos tienen una capa esferica llena de una mezcla equimolar de baja densidad (<1 mg/cm3) de gas de deuterio y tritio (DT). La capa esferica consiste en un ablador externo y en una region interna de DT congelado o lfquido. La energfa del accionador se entrega al ablador que se calienta y se expande. A medida que el ablador se expande, el resto de la capa se empuja hacia adentro para conservar el

impulso. El granulo se comporta como un cohete esferico accionado por ablacion. A medida que el granulo

implosiona, la onda de compresion calienta la region central. La conduccion de electrones y las perdidas radiactivas actuan para enfriar la region central. Se requieren relaciones de convergencia de combustible de 30-40:1 y una temperatura de combustible central de 10 KeV para que la deposicion de partteulas a desde la combustion termonuclear de DT pueda superar las perdidas de conduccion y radiactivas y puede generarse una onda de combustion autonoma.

Una implosion asimetrica convertira menos de la energfa disponible en compresion. Suponiendo que la energfa disponible es de tal manera que una variacion del 25% de simetna es tolerable en la compresion maxima del

combustible, entonces la variacion de simetna de menos del 1% es aceptable en el granulo precomprimido.

(Referencia Barnes.)

El analisis anterior explica la dinamica de la ffsica de implosion objetivo, las eficiencias relativas y las compensaciones de los sistemas de accionamiento directo e indirecto y el impacto de la inestabilidad hidrodinamica de Rayleigh-Taylor (RTI). El trabajo previo se ha centrado en mejorar la uniformidad de la iluminacion laser para minimizar los efectos de la RTI. Observamos que, una vez que el granulo de combustible esta encendido, no existe ninguna diferencia entre los sistemas de fusion de accionamiento directo e indirecto.

Puesto que los laseres son la fuente de accionamiento de alta energfa mas frecuente, han sido el foco de la mayor parte de la investigacion. Se han utilizado haces de iones pesados, pero estos sistemas tienden a ser menos eficientes que los sistemas de accionamiento por laser. Un pequeno porcentaje del trabajo se ha hecho usando la unidad de rayos X directa. Esto se ha hecho principalmente con una pinza Z o con accionadores de enfoque de plasma. Ninguno de estos sistemas ha demostrado la fiabilidad o la eficacia de los procesos de fusion de rayos X de accionamiento directo practico.

El emisor de rayos X estimulado (SXE) de la Patente de Estados Unidos 4.723.263 es unicamente adecuado para resolver tanto los problemas del accionador como los de la RTI. Este sistema escala de forma eficiente a los tamanos necesarios para accionar las reacciones de fusion. Si tenemos en cuenta que el valor NIF de 30 kilojulios de flujo de rayos X es necesario para accionar una reaccion de fusion, podemos escalar un sistema SXE en consecuencia.

Si usamos 6 accionadores, entonces cada accionador necesita solamente producir 5 kilojulios. Doce accionadores escalan a 2,5 kilojulios y 20 conductores escalan a 1.5 kilojulios. A continuacion se muestra lo que es necesario para producir un accionador SXE de 2,5 kilojulios (por ejemplo).

Las primeras investigaciones con el SXE mostraron que tiene una eficiencia de conversion del 10%. Por lo tanto, para lograr la salida de 2,5 kilojulios, es necesaria la entrada de CC de 25 kilojulios por accionador. Asumiendo que hacemos funcionar un SXE de un pie (30,48 cm) de diametro a 500KV, obtenemos aproximadamente 3,5 kilojulios por pie lineal de accionador. Suponiendo ademas que queremos un impulso de rayos X de 20 nanosegundos; esto significa que sena necesario un SXE de 20 pies de largo (6,1 metros de longitud). Un SXE de 20 pies (6,1 metros) sena por lo tanto capaz de 7 kilojulios de salida de rayos X. Asf que este accionador podna usarse en una configuracion de 6 accionadores. El uso de accionadores de 20 pies produce una "huella" compacta de sistema de 3600 pies cuadrados (335 metros cuadrados) y ocupa un cubo de 60 pies a un lado (216.000 pies cubicos o 6.116 metros cubicos). Dicho sistema es suficientemente compacto para usarse en aplicaciones mantimas, tales como en portaaviones y otros buques navales importantes o en centrales electricas flotantes especializadas.

Esto es muy atractivo, excepto cuando se tiene en cuenta la cuestion RTI. El SXE produce un frente de onda nominalmente plano en su impulso de salida. En una configuracion de 6 accionadores, esta claro que la RTI impedina probablemente que se produzca una reaccion satisfactoria.

Si, sin embargo, estamos dispuestos a aceptar una pequena perdida de eficacia, es posible introducir un filtro de apodizacion en el haz de rayos X, como se ha analizado anteriormente en conexion con la FIG. 6. Como se usa en el presente documento, "un filtro de apodizacion" significa que un elemento cuasioptico tiene un perfil de transmision que es mas denso en el centro que en los bordes, con una funcion de atenuacion controlada desde el borde hasta el centro hasta el borde. Este sena el equivalente de rayos X de los filtros de apodizacion que se usan de forma rutinaria con laseres de banda optica para controlar la forma de frente de onda. El filtro para el SXE se construina para producir un frente de onda concavo. El montaje simetrico de los frentes de onda concavos sena altamente

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beneficioso para suprimir la RTI aumentando la uniformidad del frente de onda de compresion. El uso de mas de 6 accionadores, en configuraciones tales como 12, 14, 20 o mas accionadores ofrece el potencial para una mayor uniformidad del frente de onda de compresion. La ventaja de usar un filtro de apodizacion es minimizar el numero de accionadores necesarios, lo cual reduce el coste total y la complejidad del sistema y aumenta la fiabilidad del sistema.

Este concepto puede extenderse tambien hacia los sistemas de fusion de accionamiento optico. Sin embargo, dadas las ventajas del accionamiento directo de rayos X, particularmente cuando uno tiene en cuenta el grupo de reaccion rapida de procesos, el uso en sistemas de accionamiento opticos, mientras que algunos mejoran el rendimiento, se niega por las ventajas del accionador de rayos X.

Aunque el uso de un objeto de densidad variable como un filtro de apodizacion se considera como el modo de realizacion preferido, se observa que es posible usar tecnicas opticas difractivas para construir un filtro de apodizacion para la banda de rayos X blanda. Una forma tfpica de optica difractiva es la placa de zona. Este dispositivo usa zonas de Fresnel para modificar el frente de onda. Dicho filtro de difraccion es actualmente mas diffcil de fabricar que un filtro de apodizacion de tipo de densidad variable.

Mejora del almacenamiento de energfa del SXE

La FIG. 7 muestra una vista proyectada del accionador SXE mejorado con un condensador de almacenamiento de energfa 70 integrado directamente en su estructura. Uno de los problemas mas diffciles asociados con las reacciones de fusion controladas es conseguir una cantidad suficiente de energfa en la reaccion en un penodo de tiempo muy corto. Es necesario suministrar energfa del orden de 30 kilojulios de rayos X en el objetivo en unos pocos nanosegundos. Dado que la electricidad se desplaza a la velocidad de la luz o cerca de ella, lo que equivale a aproximadamente un pie (30,48 cm) por nanosegundo y el tiempo disponible para hacerlo es de solamente unos pocos nanosegundos, resulta evidente que los medios de almacenamiento de energfa deben estar proximos a los medios de suministro de energfa.

Este problema se aborda en el diseno del accionador SXE 12 de la FIG. 4 anadiendo un condensador coaxial a la superficie externa del SXE, como se muestra en la FIG. 7. La superficie externa del SXE es la superficie exterior del catodo 68, por lo que ofrece un medio muy amplio de conexion de inductancia baja. Toda la superficie interna del condensador esta unida en contacto electrico mtimo al catodo. El condensador se enrolla entonces alrededor del accionador SXE hasta que tiene un diametro adecuado para proporcionar la capacitancia requerida para almacenar la energfa necesaria para la reaccion.

Debena observarse que el espacio interelectrodos de rejilla de catodo - es un condensador por sf mismo y almacena una cantidad considerable de energfa. Una estructura de diametro de tres pulgadas (75 mm) almacena aproximadamente 200 picofaradios por pie (30,48 cm). Un dispositivo de diametro de dos pies (61 cm) almacenana 1,6 nanofaradios por pie (30,48 cm) si funcionara a 500.000 voltios y almacenana aproximadamente 4 kilojulios en el espacio intraelectrodos de rejilla de catodo -. Por lo tanto, el condensador coaxial tendna solamente que anadir un kilojulio para satisfacer los requisitos de la reaccion de fusion. La razon por la que este medio de almacenamiento mejorado se incluye en una forma preferida de la presente invencion es para la generacion de energfa comercial a gran escala. Tambien permite que se usen accionadores de energfa 12 mas cortos si se contemplan reacciones de "fusion rapida". Las compensaciones en el ancho de impulsos de rayos X y en la energfa sugieren la posible necesidad de esta mejora.

Transformador acoplado por electrones

La FIG. 8 muestra una seccion transversal de un transformador acoplado por electrones. El transformador acoplado por electrones (ECT) es un tubo de electrones novedoso derivado del SXE. El ECT es un dispositivo de amplificacion de impulsos. Utiliza el mismo estilo de canon de electrones que el SXE (es decir, el catodo 68 y la rejilla 66). La diferencia radica en el diseno y en la instalacion del anodo 64.

En el SXE, el anodo es siempre hueco y se llena con un material laser. El extremo de entrada (izquierda, inferior, FIG. 8) esta siempre conectado al suelo. El inventor de la presente invencion se dio cuenta de que la estructura SXE basica era muy similar a una clase de transformadores de alta velocidad conocidos como "transformadores de adherencia lineales". En estos dispositivos, el secundario es un "tallo" con un extremo conectado a tierra y el otro extremo como el terminal de salida de alta tension. Una serie de primarios toroidales se apilan en el tallo. Estos se impulsan en secuencia, de tal manera que el tiempo entre impulsos es igual al tiempo de propagacion del impulso hacia arriba del tallo. Cada impulso secundario se suma a la energfa (tension) en el secundario.

La desventaja del transformador de adicion lineal magnetico es que las primarias toroidales entraran en saturacion y plegaran el campo si se accionan con un impulso demasiado grande. Esto limita la cantidad de energfa que puede extraerse de este tipo de transformador.

El inventor de la presente invencion se dio cuenta de que existfa una gran similitud entre el transformador de adicion lineal y el SXE. Ambos incorporaron un "Tallo". Ambos usaron un mecanismo de accionamiento secuencial, pero el SXE tema una capacidad de manejo de corriente mucho mayor debido a la gran capacidad de manejo de corriente

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de su catodo fno. En los primeros experimentos de SXE, ambos extremos del anodo fueron conectados a tierra para que no se observara ninguna alta tension. Se llevo a cabo un experimento a finales de 2006 donde se construyo una version del SXE que tema un primer extremo conectado directamente a tierra y un segundo extremo aislado de una conexion directa al suelo. Un anodo solido 64 (FIG 8) se uso en esta prueba. Se inyecto un impulso en el catodo y se midio la salida del anodo. Una distincion final entre el transformador de adicion lineal y el ECT es que, en el transformador de adicion lineal, las primarias son entidades independientes y distintas. El impulso que resulta tiene un borde delantero "en escalera" como resultado. El ECT, en su modo de realizacion preferido, tiene un primario continuo (catodo) y por lo tanto tiene un borde delantero liso para su impulso. El ECT es mucho mas ligero que un adicionador lineal debido a la falta de nucleos magneticos. Un ECT 100KV100KA pesa menos de 200 libras (90,7 kilogramos).

La FIG. 9 muestra los resultados de la prueba anterior. El impulso de entrada 86 y el impulso de salida 84 se midieron con divisores de tension identicos en un osciloscopio de alta velocidad. El impulso de salida fue varias veces mayor que el impulso de entrada, verificando por lo tanto el concepto de funcionamiento del ECT.

La enorme capacidad de manejo de energfa del ECT nos da algunas opciones para el diseno de la fuente de alimentacion. Las opciones basicas son:

(1) Suministros de alimentacion aislados individuales 34, 38 (FIG. 3) para cada accionador 12 (sin importar cuantos se usan) que se sincronizan mediante el uso de generadores de retardo de alta precision en cada fuente de alimentacion.

(2) Dos grandes fuentes de alimentacion 34, 38 (FIG. 3), una para cada mitad del numero total de accionadores 12, con un unico generador de retardo para sincronizar los dos lados. La alta tension se distribuye por una red similar a la red de coincidencia de fases 134, 136 (FIGS. 5A-5C), donde las longitudes de la lmea de transmision 36 estan controladas para garantizar la sincronizacion de los accionadores 12.

(3) Un unico suministro grande 34, 38 para accionar todo el sistema. La alta tension se distribuye por una red similar a la red de coincidencia de fases 134, 136, donde las longitudes de la lmea de transmision 36 estan controladas para garantizar la sincronizacion de los accionadores 12

Mientras que es posible en la teona, el diseno de # 3 anterior no sena practico por razones geometricas y de seguridad. Las lmeas de transmision de alta tension 36 (FIG. 3) senan muy largas y habna un riesgo constante de descarga de arco.

El diseno de #2 anterior es mas practico, pero todavfa tiene largas lmeas de transmision 36 (FIG. 3). Sin embargo, tiene la ventaja de reducir la complejidad del sistema y, por lo tanto, una mayor fiabilidad. Los disenos de ECT 42 y de modulador de impulsos 38 manejaran la carga impuesta por este diseno.

El diseno de # 1 anterior es el mas complejo, pero es el mas facil de implementar en algunas formas. Las fuentes de alimentacion individuales 34, 38 para cada accionador 12 senan de "tamano modesto". La lmea de transmision de alta tension 36 de los suministros de alimentacion 34, 38 a los accionadores 12 sena extremadamente corta, lo cual es preferible. Cada fuente de alimentacion 34, 38 tendna que controlarse mediante su propio generador de retardo y existina un proceso de sintonizacion necesario donde todos los accionadores 12 se llevan a la sincronizacion temporal.

Observamos que tambien es posible sincronizar los accionadores 12 por medios mecanicos. En este caso, la longitud ffsica de la lmea de entrada de alta tension 36 se ajustana una pequena cantidad (fracciones de una pulgada o milfmetros) para conseguir la sincronizacion temporal de los accionadores 12.

Con referencia de nuevo a la FIG. 8, vemos que el ECT es casi identico en forma al SXE (FIG. 4), pero las dimensiones, el anodo y la salida son diferentes. En el modo de realizacion preferido, el ECT esta encerrado en un envolvente de vacm de vidrio 76. Existe un robusto aislante de alta tension 80 en la salida, que proporciona una conexion electrica de impedancia constante al mundo exterior. Las senales de rejilla y de catodo se alimentan a traves de los alimentadores 74 y 72, respectivamente. Todo el dispositivo esta encerrado en una capa de radiacion conductora 78 para contener el campo de radiacion transversal que se forma. El grosor de la capa 78 es una funcion de la tension del catodo y se calcula por medios convencionales para determinar una pantalla de seguridad contra la radiacion.

Observamos que es posible y practico utilizar el sistema de mejora de energfa del condensador coaxial descrito anteriormente en "Mejora de almacenamiento de energfa del SXE" con el ECT. Este sena un procedimiento conveniente para hacer que el ECT disponga de energfa adicional para aplicaciones de energfa extremadamente alta.

Accionadores de energfa SXE y RF combinados

La FIG. 10 muestra un SXE combinado con un medio de generacion RF y la FIG. 11 muestra los medios de generacion RF. Espedficamente, un tubo independiente conocido genericamente como oscilador de catodos virtual

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(Vircator) esta montado sobre el extremo de salida (mostrado a la derecha) del SXE en la FIG. 11. En esta configuracion, aprovechamos el principio del transformador acoplado por electrones (ECT) para usar el impulso de alta tension creado por el proceso SXE y aplicarlo directamente al catodo 90 del Vircator. El cuerpo de Vircator forma una cavidad resonante 98 que oscila cuando el catodo se dispara. Una rejilla 92 controla el disparo del Vircator. La senal de control se obtiene a partir del terminal de salida 142 de la rejilla del SXE, que esta ubicado en el extremo opuesto de la red de coincidencia de fases. El impulso de activacion se aplica de forma secuencial al Vircator como resultado de la accion de la onda progresiva de la rejilla SXE. El catodo y la rejilla contienen una abertura en su centro a traves de la que el impulso de rayos X se propaga.

La novedad del sistema anterior es que combina dos tecnicas conocidas por sf mismas, es decir, el accionamiento directo de rayos X y el calentamiento RF, con el fin de realizar una mayor eficiencia del sistema. Este concepto es practico porque el SXE va a generar un impulso de CC de alta tension, se use o no. Sin embargo, si no se emplea el calentador RF, entonces la salida SXE se conecta a tierra y no se produce ningun impulso de CC de alta tension. La energfa electrica deja entonces el sistema en forma de impulso de corriente en el retorno a tierra. Pero, debido a que el pulso HVDC esta disponible, tiene sentido usarlo, particularmente porque su uso no afecta a la salida de rayos X.

La FIG. 11 muestra una seccion transversal del cabezal RF de Vircator. Los componentes principales son el catodo 90, la rejilla 92, un anodo de malla 94, una cavidad resonante 98 y una ventana de salida 96. El impulso de accionamiento procede directamente del anodo del SXE 12, que esta conectado directamente al catodo de Vircator a traves del alimentador de catodo 102. El Vircator se activa mediante la senal de salida desde la rejilla SXE 142. Cuando se activa el Vircator, se forma una rafaga de energfa RF mediante la oscilacion en la cavidad resonante 98. Esta energfa tiene una distribucion espectral que se determina mediante las dimensiones de la cavidad 98. Tfpicamente, esta energfa esta entre 200 MHz y 2,5 GHz. La energfa sale del Vircator y entra en la camara objetivo 10 por la ventana de salida 96. El Vircator es un tipo de fuente de RF que puede integrarse en el SXE 12 para aumentar el rendimiento de funcionamiento del sistema. El catodo Vircator 90 tiene una abertura 93 en su centro a traves del cual el impulso de rayos X desde el SXE pasa a la camara objetivo 10.

La FIG. 12 muestra una seccion transversal de un SXE combinado con un oscilador lineal aislado de forma magnetica (MILO) en el extremo de salida (mostrado a la derecha) del SXE. El MILO es otra fuente RF bien conocida de alta tension, similar al Vircator. La diferencia significativa es que puede producir frecuencias mucho mas altas que el Vircator. Estructuralmente, la diferencia principal es la incorporacion de un tubo de deriva 122 de la FIG. 14A y el uso de un canon de electrones de onda progresiva (TWEG) en lugar del catodo plano 90 y la rejilla 92 del Vircator. Existe una cavidad resonante 98 y sus dimensiones en conjuncion con las dimensiones del tubo de deriva 122 (FIG. 14A) determinan el rango de salida. Los dispositivos MILO convencionales tienen salidas entre 300 MHz y 3,5 GHz. El inventor de la presente invencion ha verificado de forma experimental que, colocando una superficie de rejilla sobre la cara interna del tubo de deriva 122 (FIG. 14A), como se muestra en la FIG. 14B, es posible generar rF a frecuencias mucho mas altas que las disponibles a partir de un tubo de deriva de agujero liso 122. La fuente de este RF se debe al efecto Smith-Purcell que describe la interaccion de un haz de electrones relativista con una superficie de rejilla 123. Son posibles las salidas en el rango THz. La superficie de rejilla puede estar formada por muchos procedimientos. La separacion, le angulo de cara y la geometna de rejilla son todos determinantes en la frecuencia alcanzada (FIG. 14B). Se ha determinado que el modo de realizacion preferido de la rejilla de tubo de deriva es una rosca interna como se muestra en las FIGs. 14A y 14B. Alterando los parametros del hilo, se cambia la frecuencia de salida. Los extremos del tubo de deriva 125 se redondean para minimizar la formacion de perturbaciones indeseables del campo electrico dentro de la cavidad resonante 98.

El balance del accionador SXE-MILO es el mismo que el SXE-Vircator. De hecho, los cabezales RF—Vircator y MILO—pueden intercambiarse. Como en el caso del SXE-Vircator, el TWEG del MILO tiene un centro hueco a traves del cual pasan los rayos X. La salida de electrones del TWEG se comprimen por el tubo de deriva 122 y oscila en la cavidad resonante 98.

Eficiencia de sistema de energfa de fusion

El sistema de generacion de energfa de fusion basado en el SXE tiene una eficiencia sustancialmente mas alta que todos los otros sistemas de generacion de energfa por fusion. Esto se debe a dos factores:

(1) El accionamiento directo de rayos X es de forma inherente mas eficiente que cualquier procedimiento indirecto.

(2) Multiples medios de extraccion de energfa.

Tengamos en cuenta cuales son los determinantes basicos de la eficiencia del proceso de fusion. Primero tenemos la cantidad de energfa requerida para iniciar una reaccion de fusion.

Tenemos:

W = Entrada de energfa a los accionadores, (NIF = 400 teravatios, SXE = 50 megavatios)

X = Energfa requerida para generar rayos X (NIF = 1,5 megajulios, SXE = 50 kilojulios)

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Y = Cantidad de rayos X requerida para accionar la reaccion (25 kilojulios, en cualquier caso)

Z = Salida de energfa total de la fusion, (1000 veces la energfa de entrada, en cualquier caso)

T = tiempo de combustion de la reaccion (frecuencia de repeticion de 5 hercios = 200 milisegundos, en cualquier caso)

Ahora podemos hacer las afirmaciones siguientes: X> Y, y para que un sistema sea practico, Z >> X

En el caso de NIF, X = 1,5 megajulios e Y = 25 kilojulios (para una reaccion D-T). De acuerdo con los investigadores en el NIF, un retorno completo del granulo de combustible producira "entre 600 y 1000 veces la cantidad de energfa que se ponga en el mismo [el objetivo]" (Referencia Hann). El Dr. Haan no nos dice si se refiere a la entrada de energfa laser o a la entrada de rayos X. Si esta refiriendose a la entrada de energfa laser de 1,5 megajulios, esto discutina una salida de 1,5 gigajulios. Si esta refiriendose a la entrada de rayos X, entonces la entrada de 25 kilojulios producina una salida de 25 megajulios.

El diseno de referencia del NIF requiere una tasa de inyeccion de granulos de 5 granulos por segundo, por lo que es razonable suponer que la vida util del plasma es de 200 milisegundos.

El sistema NIF requiere alrededor de 400 teravatios de energfa (4 x 1012 vatios) para conseguir esto. Si usamos la entrada real de rayos X de 25 kilojulios y una salida de 25 megajulios, los tiempos de valor de salida, la combustion es igual a 5 megajulios. Un sistema que consume 400 teravatios para producir 5 megavatios tiene una eficiencia del 0,00015%. Si tuvieramos que usar la energfa de entrada al laser como multiplicador en lugar de la energfa de entrada de rayos X, la salida sena solamente de unos 250 gigavatios. En cualquier caso, cuando se compara con el requisito masivo de energfa de entrada (400 teravatios), esta claro que NIF es solamente una etapa en el proceso, no un sistema que deba alcanzar condiciones de equilibrio.

Tengamos en cuenta ahora un sistema basado en el SXE que usa la misma reaccion D-T y el granulo de combustible que el analisis anterior de NIF. Hemos demostrado previamente que la reaccion de fusion D-T produce 2,5 x 108 vatios (250 gigavatios) por granulo durante un periodo de 200 milisegundos. El sistema de accionador SXE consumira 25 megajulios que, durante el penodo de tiempo de 200 milisegundos, funciona a (2,5 x 108) x (2 x 10-1) = 5 x 107 vatios o 500 megavatios. Un sistema que consume 500 megavatios para producir los mismos 250 gigavatios tiene una eficiencia de 500% (salida/entrada = eficiencia). Ahora tomamos la perdida del ciclo Rankine y obtenemos una eficiencia del 250%.

El calculo anterior no tiene en cuenta una de las caractensticas mas importantes de un modo de realizacion preferido de la presente invencion: El uso simultaneo de la extraccion directa de alta tension CC para ejecutar los accionadores SXE, que se ejecutan en CC de alta tension. El proceso de extraccion directa tiene una eficiencia verificada de aproximadamente el 85%. Esto significa que el 15% de 500 megavatios (75 megavatios) se extrae de la salida termica dejando mas de 249 gigavatios disponibles para la salida a una red electrica. Esta caractenstica hace practico el uso de sistemas SXE para aplicaciones mantimas ya que la dimension del sistema es lo suficientemente pequena para permitir su incorporacion en cualquier barco con un haz de 100 pies (30,5 metros) o mas. Este analisis muestra tambien que el sistema de diseno de referencia descrito en esta solicitud es mas que capaz de superar las condiciones de equilibrio.

Accionador de energfa alterna

La presente invencion no se limita al uso del SXE ni a sus derivados como fuente de rayos X para proporcionar energfa para iniciar la reaccion de fusion. Existe un dispositivo de la tecnica anterior conocido como dispositivo de enfoque de plasma. Este es un tubo de electrones con una estructura diferente a la del SXE. Es capaz de producir combustiones intensas de rayos X a los niveles de energfa requeridos para las aplicaciones de fusion de accionamiento directo. Tiene varios atributos desventajosos que lo hacen menos deseable que el SXE para su uso como accionador de fusion.

El enfoque de plasma no produce un haz colimado de rayos X como lo hace el SXE. Esto no es deseable ya que existe una necesidad de enfocar la energfa en el destino. El SXE produce un haz colimado del diametro correcto. El enfoque de plasma requiere un reflector fuera del eje que esta curvado en 2 dimensiones. Este reflector puede usarse para colimar el haz o llevarlo a un foco en el granulo objetivo. La calidad del haz es de tal manera que sena necesario usar el filtro de apodizacion de un modo de realizacion preferido de esta invencion para corregir el frente de onda a una forma util.

El enfoque de plasma no genera un impulso de salida de CC de alta tension simultaneo como lo hace el SXE. Esto es una desventaja, ya que significa que las tecnologfas de calentamiento o compresion externas requeriran una fuente de alimentacion independiente y reduciran significativamente la eficiencia global del reactor por fusion. (Referencia Gai.)

Numeros de referencia de dibujo

La lista siguiente de numeros de referencia de dibujo tiene tres columnas. La primera columna incluye numeros de referencia de dibujo; la segunda columna especifica las partes asociadas con los numeros de referencia; y la tercera columna menciona un material preferido (si corresponde) para las partes.

Lista de numeros de referencia

Material preferido

10

Camara objetivo Acero inoxidable

12

Accionador de rayos X SXE (6 lugares) Diversos

14

Conos de extraccion de energfa (6 lugares) Diversos

16

Inyector de granulos objetivo Diversos

18

Entrada de refrigerante termico Acero inoxidable

20

Salida de refrigerante termico Acero inoxidable

22

Ubicacion de refrigerante objetivo n/a

24

Capa de paso de refrigerante n/a

28

Revestimiento Metal refractario

30

Bobinas de confinamiento magnetico Cobre

32

Accionador de confinamiento magnetico n/a

34

Modulador de impulsos Electronica

36

Accionador HVDC a SXE Electronica

38

Almacenamiento y acondicionamiento de energfa Electronica

40

Energfa de arranque y supletoria Electronica

42

Transformador acoplado por electrones Diversos

44

Suministro de energfa HV CC Electronica

46

Rejilla de extractor de CC Metal refractario

48

HV CC recicla para almacenar energfa n/a

56

Onda plana Rayos X

58

Filtro de apodizacion Diversos materiales Z bajos

60

Frente de onda corregido Rayos X

62

Onda progresiva plegable Onda electromagnetica

64

Anodo Metal refractario; Hi-z

66

Red Metal refractario

68

Catodo Grafito (modo de realiz preferido)

70

Condensador coaxial Capas dielectricas/metalicas

72

Alimentador del catodo Ceramica y Metal

74

Alimentador de rejilla Ceramica y Metal

76

Envolvente de vado de vidrio Vidrio (ceramica, inoxidable)

acero

Lista de numeros de referencia

Material preferido

78

Capa de radiacion Dirigir

80

Aislador de salida de anodo Ceramica

84

Forma de onda de entrada ECT n/a

86

Forma de onda de salida ECT n/a

90

Catodo Vircator Grafito

92

Rejilla Vircator Metal refractario

93

Apertura en el catodo Vircator n/a

94

Malla de anodo Metal refractario

96

Ventana de salida Ceramica Z baja transparente RF

98

Cavidad circular resonante Acero inoxidable o cobre

100

Brida de montaje Acero inoxidable

102

Alimentador del catodo Ceramica y Metal

104

Soporte de catodo Metal refractario

106

Alimentador de rejilla Ceramica y Metal

108

Soporte de rejilla Metal refractario

110

Bomba Getter n/a

112

Alimentador de bomba Getter Ceramica y Metal

114

Catodo MILO Grafito

116

Soporte de catodo MILO Metal refractario

118

Rejilla MILO Metal refractario

120

Soporte de rejilla MILO Metal refractario

122

Tubo de deriva Metal refractario

124

Soporte de tubo de deriva Ceramica

125

Extremo radiado de tubo de la deriva Material refractario

126

Aislador de anodo interno Ceramica

128

Aislante de rejilla Ceramica

130

Anillo de soporte de rejilla superior Acero inoxidable

132

Anillo de soporte de rejilla inferior Acero inoxidable

134

Cable de red de coincidencia de fases Acero inoxidable

136

Conector de red de coincidencia de fases Acero inoxidable

138

Aislador de anodo interno Ceramica

140

Aislante de extremo de red de coincidencia de fases Ceramica

142

Terminal de salida de rejilla Metal refractario

144

Alimentador de cable a rejilla Ceramica y Metal

146

Resorte de tension de rejilla Acero inoxidable

5

10

15

20

25

Lista de numeros de referencia

148 Arandela

150 Tuerca hexagonal

152 Aislante de red de coincidencia de fases

Material preferido

Acero inoxidable Acero inoxidable Ceramica

Citas de referencias bibliograficas

Las referencias bibliograficas siguientes se citan brevemente en la memoria descriptiva. Por ejemplo, la breve referencia bibliografica para el autor " Nakai "se da de la forma siguiente: (Referencia Nakai.)

"On Target Designing for Ignition", Steven Haan, Lawrence Livermore, revision de la ciencia y de la tecnologfa, julio/agosto, 1999

“The Physics Issues That Determine Inertial Confinement Fusion Target Gain and Driver Requirements: A Tutorial ", Mordecai D. Rosen, Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, Livermore, California 94550 12 de noviembre de 1998, Ffsica de los Plasmas, vol. 6, N° 5.

"Convergent Hydrodynamics of Inertia - Confinement Fusion Implosions", CW Barnes, LLNL Division de Ffsica 132 Informe de Progreso 1997-1998

“Fundamental Experiments on Hydrodynamic Instability in Direct Drive Laser Fusion at Gekko XII”, M. Nakai, Instituto de Ingeniena Laser, Universidad de Osaka, Japon.

"Production of Fast Neutron with a Plasma Focus Device", Moshe Gai, Laboratorio de Ciencias Nucleares en Avery Point, Universidad de Connecticut, 5 de mayo de 2006

Lo anterior describe sistemas de energfa de fusion en los cuales se extraen tanto la energfa de CC de alta tension como la energfa termica. En un modo de realizacion, la energfa de CC de alta tension extrafda puede usarse como una fuente de energfa para sostener reacciones de fusion controladas. La alta estabilidad hidrodinamica al enfocar la energfa de accionamiento sobre un granulo de combustible objetivo puede realizarse con el uso de un filtro de apodizacion para conformar los frentes de onda de energfa de accionamiento que alcanzan un granulo de combustible.

Aunque la invencion se haya descrito con respecto a modos de realizacion espedficos a modo de ilustracion, se produciran muchas modificaciones y cambios a los expertos en la tecnica. Por lo tanto, se entendera que las reivindicaciones adjuntas estan previstas para cubrir todas dichas modificaciones y cambios ya que caen dentro del alcance de la presente invencion.

Claims (21)

1. 5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   40

   45

   REIVINDICACIONES

   1. Un sistema para aplicar impulsos de rayos X smcronos a material objetivo de fusion por confinamiento inercial, que comprende:

   a) una camara central objetivo (10) para recibir el material objetivo de fusion en forma de un granulo objetivo de fusion (22) de forma esferica;

   en el que la camara objetivo (10) esta unida por una pared de camara;

   b) una pluralidad de accionadores de energfa (12) dispuestos alrededor del exterior de la camara objetivo (10) en pares simetricos alrededor de dicho granulo objetivo de fusion (22) y dispuestos en una configuracion de accionamiento directo simetrica de forma tridimensional alrededor de dicho granulo objetivo de fusion 22);

   c) medios para controlar la pluralidad de accionadores de energfa para: generar impulsos de rayos X (60) exteriores a la pared de la camara,

   emitir los impulsos de rayos X (60) generados dentro de la camara objetivo (10) y

   aplicar los impulsos de rayos X (60) emitidos como impulsos de rayos X smcronos combinados directamente en el granulo objetivo de fusion (22) en la camara objetivo (10),

   en los que cada uno de los impulsos de rayos X smcronos incluye un impulso de rayos X de cada uno de los accionadores de energfa (12); y

   d) una pluralidad de medios para extraer la energfa de la reaccion por fusion liberada del granulo objetivo de fusion, que comprende:

   i) medios (14) para extraer energfa de CC de alta tension (48) del plasma de fusion que implica el granulo objetivo de fusion (22); y

   ii) medios (20) para extraer energfa termica de la camara objetivo (10);

   e) cada uno de la pluralidad de accionadores de energfa que comprende una fuente de rayos X, en el que cada fuente de rayos X comprende:

   i) un tubo de electrones de triodo cilmdrico (12),

   en el que cada tubo de electrones incluye un anodo central hueco (64) a lo largo de un eje central del tubo (12), en el que cada tubo de electrones incluye una rejilla (66) y un catodo (68) radialmente espaciado del anodo;

   ii) en el que el catodo (68) y la rejilla (66) forman un canon de electrones de onda progresiva que produce una onda progresiva radialmente simetrica (62) de potencial de tierra en modo electromagnetico transversal cuando la rejilla esta conectada a tierra a traves de una red de coincidencia de fases (134, 136),

   propagandose dicha onda a lo largo de una longitud del canon de electrones de onda progresiva a la velocidad de la luz en vado,

   ocasionando dicha onda un haz de electrones para fluir desde el catodo (68) hasta el anodo (64) de manera que barre a lo largo del anodo (64) a la velocidad de la luz en vado,

   teniendo dicha onda una energfa capaz de hacer que los electrones penetren en una pared del anodo (64) y ocasionar una zona tanto de radiacion de frenado como de electrones, y

   barriendo dicha zona a lo largo de un espacio hueco interno del anodo (64) a la velocidad de la luz en un vado;

   iii) en el que el espacio hueco interno esta lleno de un medio laser que esta completamente ionizado por la zona barrida; y

   iv) en el que la energfa de la zona barrida se bombea de forma lineal mediante al menos la energfa contenida en la capacitancia de interelectrodos distribuida del catodo (68) y la rejilla (66).
2. 2. Un sistema de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que cada uno de la pluralidad de accionadores de energfa (12) comprende un aparato unitario (12 & 94-124) que produce:

   un impulso de rayos X (60) para ocasionar la liberacion de energfa de reaccion de fusion del granulo objetivo de fusion; y

   5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   40

   45

   energfa RF para calentar el granulo objetivo de fusion (22).
3. 3. El sistema de la reivindicacion 1, que comprende ademas:

   una estructura de apodizacion asociada con cada uno de la pluralidad de accionadores de energfa (12) para reconformar un frente de onda (56) del impulso de rayos X (60) respectivo para ser concavo desde la perspectiva del granulo objetivo de fusion (22);

   estando la estructura de apodizacion definida por cualquiera de:

   i) un filtro de apodizacion (58) que comprende un objeto solido de grosor variable a lo largo de la direccion del impulso de rayos X; siendo el grosor del filtro de apodizacion (58) mayor cerca del centro del frente de onda (56) del impulso de rayos X que cerca de los bordes de dicho frente de onda (56); o

   ii) un componente optico difractivo.
4. 4. El sistema de la reivindicacion 2, que comprende ademas:

   una estructura de apodizacion asociada con cada uno de la pluralidad de accionadores de energfa (12) para reconformar el frente de onda (56) del impulso de rayos X (60) respectivo para que sea concavo desde la perspectiva del granulo objetivo de fusion (22);

   estando la estructura de apodizacion definida por cualquiera de:

   un filtro de apodizacion (58) que comprende un objeto solido de grosor variable a lo largo de la direccion del impulso de rayos X; estando el grosor del filtro de apodizacion (58) mas proximo al centro del frente de onda (56) del impulso de rayos X que cerca de los bordes de dicho frente de onda (56), o

   un componente optico difractivo.
5. 5. El sistema de las reivindicaciones 1, 2 o 3, en el que dicha pluralidad de accionadores de energfa (12) se accionan por un medio de almacenamiento de energfa (38); recibiendo dichos medios de almacenamiento de energfa desde:

   una primera fuente de alimentacion (40) que proporciona energfa de arranque y supletoria; y

   una segunda fuente de alimentacion que obtiene energfa a partir de la energfa de CC de alta tension (48) extrafda de dicha energfa de reaccion de fusion;

   en el que dicha energfa de arranque es la energfa total requerida para iniciar la liberacion de energfa de reaccion de fusion y la energfa supletoria es la energfa que se anade a la energfa de la segunda fuente de alimentacion para mantener la liberacion de energfa de reaccion de fusion.
6. 6. El sistema de la reivindicacion 1, en el que cada uno de la pluralidad de accionadores de energfa (12) usa un gas de origen de rayos X de cualquiera de las combinaciones de oxfgeno, nitrogeno, neon, argon, cripton, radon, bismuto, mercurio y uranio.
7. 7. El sistema de las reivindicaciones 1,2 o 3, en el que cada uno de la pluralidad de accionadores de energfa (12) tiene una energfa de accionamiento de rayos X entre aproximadamente 200 voltios de electrones y 100 voltios de kiloelectrones.
8. 8. El sistema de las reivindicaciones 1,2 o 3, en el que cada uno de la pluralidad de accionadores de energfa (12) usa un medio laser de cualquiera de, o combinacion de, cualquier elemento con un numero atomico entre 7 y 93.
9. 9. El sistema de la reivindicacion 1, que comprende ademas un condensador coaxial (70) enrollado concentricamente sobre la superficie externa del catodo (68).
10. 10. El sistema de la reivindicacion 1, en el que:

    a) la fuente de rayos X (12) produce tambien un impulso de tension (84) en el extremo de salida del anodo (64) que es mas alto que un impulso de tension (86) inyectado en el catodo (68); y

    b) se usa dicho impulso de tension (84) para producir un impulso RF para calentar el material objetivo de fusion mediante medios de generacion RF que comprenden una cavidad resonante (98) y un canon de electrones unidos al extremo de salida del anodo (64) de la fuente de rayos X (12) a fin de producir una rafaga coherente de fase de energfa RF coincidente con el impulso de rayos X (60).
11. 11. El sistema de la reivindicacion 5, en el que dicha primera fuente de alimentacion (40) usa un transformador acoplado por electrones (42) para generar un impulso de tension de salida (84) como una version amplificada de un impulso de entrada (86) compatible con, y anadido a, la energfa generada por dicha segunda fuente de alimentacion.

    5

    10

    15

    20

    25

    30

    35

    40

    45
12. 12. El sistema de la reivindicacion 10, en el que medios de generacion RF (92-112) en cada uno de la pluralidad de accionadores de energfa comprenden un oscilador de catodo virtual con una abertura central (93) en el catodo (90) del canon de electrones, 93) permitiendo que un impulso de rayos X (56) pase a traves del catodo (90) del canon de electrones del oscilador de catodo virtual.
13. 13. El sistema de la reivindicacion 10, en el que los medios de generacion RF de cada uno de la pluralidad de accionadores de energfa (12) incorporan un tubo de deriva cilmdrico (122) que forma un oscilador lineal aislado de forma magnetica (74-124) con una abertura central en el catodo (114) del canon de electrones, lo cual permite que un impulso de rayos X (56) pase a traves del catodo (114) del canon de electrones del oscilador lineal aislado de forma magnetica.
14. 14. El sistema de la reivindicacion 12 o 13, en el que los medios de generacion RF se activan de forma automatica secuencialmente despues del inicio del impulso de rayos X (56) por elementos interconectados internos del accionador de energfa.
15. 15. El sistema de la reivindicacion 12, en el que:

    a) el tubo de deriva (122) tiene una superficie de rejilla periodica (123) en la superficie interna de dicho tubo;

    b) el canon de electrones produce un haz de electrones incidente sobre la superficie de rejilla periodica (123);

    c) la separacion, el angulo de la cara y la geometna de la superficie de rejilla (123) y la energfa del haz de electrones son determinantes del espectro de frecuencia de salida RF del oscilador lineal aislado de forma magnetica (72-124); y

    d) la energfa del haz de electrones incidente es superior a 100.000 voltios de electrones.
16. 16. El sistema de la reivindicacion 3, en el que la estructura de apodizacion se define mediante un filtro de apodizacion que comprende un objeto solido de grosor variable a lo largo de la direccion del impulso de rayos X; siendo el grosor del filtro de apodizacion mayor cerca del centro del frente de onda del impulso de rayos X que cerca de los bordes de dicho frente de onda.
17. 17. El sistema de la reivindicacion 1, en el que la camara objetivo (10) contiene bobinas de confinamiento magnetico pulsado (30) para impedir que el plasma entre en contacto con la superficie enfrentada interna de la estructura enfrentada interna en la camara objetivo (10), respondiendo dichas bobinas a una salida de un modulador de impulsos (34) sincronizado con una salida de un modulador de impulsos que suministra CC de alta tension a dicha pluralidad de accionadores de energfa (12).
18. 18. El sistema de la reivindicacion 2, en el que todos los dichos accionadores de energfa (12) estan situados externos a la camara objetivo (10).
19. 19. Un procedimiento para aplicar impulsos de rayos X smcronos al material objetivo de fusion por confinamiento inercial, que comprende:

    a) proporcionar una camara objetivo central (10) para recibir material objetivo de fusion en forma de un granulo objetivo de fusion (22) de forma esferica;

    en el que la camara objetivo (10) esta unida por una pared de camara;

    b) disponer una pluralidad de accionadores de energfa (12) alrededor del exterior de la camara objetivo (10) en pares simetricos alrededor de dicho granulo objetivo de fusion y en una configuracion de accionamiento directo simetrica tridimensional alrededor de dicho granulo objetivo de fusion (22);

    c) controlar la pluralidad de accionadores de energfa de modo que: generen impulsos de rayos X (60) exteriores a la pared de la camara, emitan los impulsos de rayos X (60) generados a la camara objetivo y

    apliquen los impulsos de rayos X (60) emitidos como impulsos combinados de rayos X smcronos (10),

    en el que cada uno de los impulsos de rayos X smcronos (60) incluye un impulso de rayos X de cada uno de los accionadores de energfa (12); y

    d) proporcionar una pluralidad de medios para extraer energfa de reaccion de fusion liberada del granulo objetivo de fusion (22), que comprenden ambos:

    i) proporcionar medios (14) para extraer energfa de CC de alta tension (48) a partir del plasma de fusion que implica el granulo objetivo de fusion (22); y

    5

    10

    15

    20

    25

    30

    ii) proporcionar medios para extraer energfa termica de la camara objetivo (10).

    e) en el que cada uno de la pluralidad de accionadores de energfa comprende una fuente de rayos X, en el que cada fuente de rayos X comprende: i)

    i) un tubo de electrones de triodo cilmdrico (12),

    en el que cada tubo de electrones incluye un anodo central hueco (64) a lo largo de un eje central del tubo (12), en el que cada tubo de electrones (12) incluye una rejilla (66) y un catodo (68) radialmente separado del anodo;

    ii) en el que el catodo (68) y la rejilla (66) forman un canon de electrones de onda progresiva que produce una onda progresiva plegable radialmente simetrica (62) del potencial de tierra en modo electromagnetico transversal cuando la rejilla esta conectada a tierra a traves de una red de coincidencia de fases (134, 136),

    propagandose dicha onda a lo largo de una longitud del canon de electrones de onda progresiva a la velocidad de la luz en el vado;

    haciendo dicha onda que un haz de electrones fluya desde el catodo hasta el anodo de tal manera que barra a lo largo del anodo (64) a la velocidad de la luz en vado,

    teniendo dicha onda una energfa capaz de hacer que los electrones penetren una pared de anodo (64) y de ocasionar una zona tanto de radiacion de frenado como de electrones, y

    barriendo dicha zona lo largo de un espacio hueco interno del anodo (64) a la velocidad de la luz en vado;

    iii) en el que el espacio hueco interno esta lleno de un medio laser que esta completamente ionizado por la zona barrida; y

    iv) en el que la energfa de la zona barrida se bombea de forma lineal mediante al menos la energfa contenida en la capacitancia de interelectrodos distribuida del catodo (68) y la rejilla (66).
20. 20. El procedimiento segun la reivindicacion 19, que comprende ademas, reconformar un frente de onda (56) del impulso de rayos X (60) respectivo para que sea concavo desde la perspectiva del granulo objetivo de fusion (22), por medio de una estructura de apodizacion definida como uno de un componente optico difractivo o un filtro de apodizacion (58) que comprende un objeto solido de grosor variable a lo largo de la direccion del impulso de rayos X (60); siendo el grosor del filtro de apodizacion (58) mayor cerca del centro del frente de onda (56) del impulso de rayos X (60) que cerca de los bordes de dicho frente de onda (56).
21. 21. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 20, en el que la reconformacion del frente de onda (56) del impulso de rayos X (60) para que sea concavo desde la perspectiva del granulo objetivo de fusion (22) es por medio de una estructura de apodizacion definida como filtro de apodizacion (58) que comprende un objeto solido de grosor variable a lo largo de la direccion del impulso de rayos X (60); siendo el grosor del filtro de apodizacion (58) mayor cerca del centro del frente de onda (56) del impulso de rayos X (60) que cerca de los bordes de dicho frente de onda (56).