ES2945793T3 - Aparato para generar neutrones - Google Patents

Abstract

Aparato (1) para generar neutrones que comprende una carcasa hueca (2) que tiene un eje central (A) y configurada para girar alrededor de dicho eje central (A), comprendiendo dicha carcasa hueca (A) una pared (3) que tiene una región central (3a), sustancialmente en el eje central (A) y una región periférica (3b) externa a dicha región central (3a), definiendo dicha pared (3) una cavidad (4), estando configurada dicha cavidad (4) para contener una primera líquido refrigerante; una capa activa (6) posicionada al menos parcialmente en dicha región periférica (3b) externamente a dicha cavidad (4), dicha capa activa (6) estando configurada para realizar una reacción de generación de neutrones; al menos un acelerador de partículas (7) configurado para dirigir un haz de iones sobre dicha capa activa (6) para activar dicha reacción; medios de movimiento (8) configurados para girar dicha carcasa hueca (2) alrededor de dicho eje central (A) obligando a dicho primer fluido refrigerante a tocar ligeramente internamente dicha pared (3) en dicha capa activa (6) para enfriar dicha carcasa hueca (2) ; medios de enfriamiento externos (9) configurados para enfriar externamente la carcasa hueca (2), comprendiendo dichos medios de enfriamiento externos (9) un segundo fluido refrigerante que toca ligeramente externamente al menos parcialmente dicha pared (3). dicha carcasa hueca (2) está sellada con respecto a un ambiente externo para retener dicho primer fluido refrigerante dentro de dicha cavidad (4). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Aparato para generar neutrones

La presente invención se refiere a un aparato para generar neutrones. El aparato según la presente invención se emplea útilmente en la irradiación y examen de materiales.

Se conoce del estado de la técnica un aparato para generar neutrones, en particular neutrones rápidos. El aparato comprende un acelerador de partículas que dirige un haz de iones sobre una superficie objetivo provocando una reacción de fusión nuclear que produce los neutrones mencionados.

Más detalladamente, el aparato comprende una estructura giratoria hueca sobre la que se coloca externamente la superficie objetivo. Los medios de enfriamiento están activos en la superficie del objetivo, para eliminar la alta potencia térmica generada por el acelerador en la superficie del objetivo por medio de la recirculación del agua.

Más detalladamente, la estructura giratoria conocida hace que el haz de iones afecte a una sola región localizada de la superficie objetivo. Por lo tanto, la estructura hueca no se somete a esfuerzos excesivos. Los medios de refrigeración, en comunicación fluida con la estructura giratoria, permiten enfriar internamente la estructura giratoria. Aún con mayor detalle, los medios de refrigeración comprenden una red de tubos para llevar un líquido refrigerante a la estructura giratoria cerca de la superficie objetivo.

El documento WO 2016060867, de GTAT Corporation, divulga un aparato para producir neutrones por medio de una reacción provocada por un haz de iones que afecta a un objetivo giratorio. El aparato para producir neutrones que se muestra en este documento comprende medios de enfriamiento que permiten que un líquido refrigerante humedezca el objetivo giratorio asegurando la eliminación de la energía producida durante la producción de neutrones. En mayor detalle, unos medios de refrigeración están en comunicación fluida con el blanco giratorio y permiten, por medio de una bomba externa, que el fluido refrigerante recircule en una red capilar dispuesta en el blanco giratorio.

Desventajosamente, para asegurar el funcionamiento de los medios de refrigeración, los aparatos conocidos comprenden una junta giratoria. Por lo tanto, aumentan la probabilidad de fugas de líquido refrigerante que contengan material radiactivo y la rotura de todo el aparato.

De manera desventajosa, la eliminación de energía térmica de la superficie objetivo está limitada por la cantidad de fluido refrigerante en la red capilar.

Desventajosamente, los aparatos conocidos no son capaces de obtener altos flujos de neutrones debido a la capacidad reducida de eliminar energía térmica.

Más ejemplos de sistemas de enfriamiento para objetivos de neutrones giratorios se divulgan en los documentos US5392319yUS3733490.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

En este contexto, la tarea técnica subyacente a la presente invención es proporcionar un aparato para generar neutrones que supere los inconvenientes antes mencionados de la técnica conocida.

En particular, es objeto de la presente invención poner a disposición un aparato para generar neutrones capaz de garantizar altos niveles de seguridad y fiabilidad tanto durante la operación como durante el mantenimiento.

La tarea técnica mencionada y los objetivos especificados se obtienen sustancialmente mediante un aparato para generar neutrones que comprende las características técnicas de una o más de las reivindicaciones adjuntas.

La presente invención divulga un aparato para generar neutrones según la reivindicación 1.

Ventajosamente, los medios de movimiento permiten dirigir el primer fluido refrigerante hacia la capa activa donde tiene lugar la reacción y mediante un cambio de fase del primer fluido refrigerante eliminan calor a la capa activa del mismo. De ese modo, los medios de movimiento reducen los componentes necesarios para enfriar la carcasa hueca. En particular, la bomba para enfriar la carcasa ya no es necesaria.

Ventajosamente, unos medios de movimiento y unos medios de refrigeración externos permiten disipar una gran cantidad de energía térmica liberada sobre la capa activa gracias a un primer cambio de fase del primer líquido refrigerante. Además, los medios de refrigeración externos y de movimiento están configurados para transferir la energía térmica eliminada hacia el exterior realizando un segundo cambio de fase del primer fluido refrigerante cerca de la pared. Una disipación mejorada de la energía térmica reduce los riesgos de rotura de la carcasa hueca y permite generar altos flujos de neutrones.

Ventajosamente, la carcasa puede ser fácilmente extraída y transportada en una sección de reacondicionamiento sin riesgos de liberación de posibles productos radiactivos al estar sellada.

Ventajosamente, el sellado de la carcasa permite evitar las primeras fugas de fluido refrigerante durante el giro de la propia carcasa.

LISTA DE FIGURAS

Otras características y ventajas de la presente invención aparecerán más evidentes a partir de la descripción indicativa, y por lo tanto no limitativa, de una realización preferida, aunque no exclusiva, de un aparato para generar neutrones, como se ilustra en los dibujos adjuntos en los que:

• La figura 1 es una vista en sección de un aparato para generar neutrones según una forma de realización de la presente invención;

• La figura 2 es una vista en sección de un detalle del aparato para generar neutrones de la figura 1; y

• La figura 3 es una vista desde arriba del aparato para generar neutrones de la figura 1 con algunas partes eliminadas para mostrar mejor otras.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

Haciendo referencia a los dibujos adjuntos, 1 indica un aparato generador de neutrones según una realización de la presente invención.

El aparato 1 comprende una carcasa hueca 2 que tiene un eje central A y está configurado para girar alrededor de un eje central A.

La carcasa hueca 2 se extiende preferentemente a lo largo de un eje central A entre un primer extremo 2a y un segundo extremo 2b opuesto al primer extremo 2a.

La carcasa hueca 2 comprende una pared 3. En particular, la pared 3 tiene una región central 3a sustancialmente en el eje central A y una región periférica 3b externa a la región central 3a. Aún con mayor detalle, la pared 3 define una cavidad 4. La pared 3 tiene la función de separar la cavidad 4 de un ambiente externo.

La cavidad 4 está configurada para contener un primer fluido refrigerante, preferentemente agua.

La carcasa hueca 2 está en particular sellada del entorno exterior. Incluso más en particular, la carcasa hueca 2 está configurada para retener el primer fluido refrigerante dentro de la cavidad 4 para evitar fugas e intrusiones de otros fluidos dentro de la cavidad 4. Más detalladamente, la carcasa hueca 2 tiene una porción de disco 11 preferentemente en el primer extremo 2a. Tal porción de disco 11 tiene una superficie superior 11a, una superficie inferior 11b y un borde 11c colocado entre la superficie superior 11a y la superficie inferior 11b. En particular, la superficie superior 11 a y la superficie inferior 11b y el borde 11c definen al menos parcialmente la pared 3. Más en detalle, la porción de disco 11 tiene un diámetro Dd.

La carcasa hueca 2 también tiene una porción troncocónica 12 que se extiende a lo largo del eje central A desde la superficie inferior 1 1b hasta el segundo extremo 2b. Tal porción troncocónica 12 define al menos parcialmente la cavidad 4. En particular, la porción troncocónica 12 tiene una base 13 en el segundo extremo 2a. Con mayor detalle, la base 13 es preferentemente una placa circular sustancialmente plana que tiene un primer diámetro Di.

Aún con mayor detalle, la parte 12 de troncocónica tiene una pared lateral 14 conectada a la base 13 y a la superficie inferior 11b de la porción de disco 11.

De acuerdo con la realización de la presente invención que se muestra en la figura 1, la porción de troncocónica 12 se estrecha para dirigir el primer fluido refrigerante hacia la porción de disco 11, preferentemente cerca del borde 11c. Con mayor detalle, la pared lateral 14 define un borde de conexión 15 opuesto a la base 13 a lo largo del eje central A. Preferentemente, la porción de troncocónica 12 está conectada a la superficie inferior 11b de la porción de disco 11 en el borde de conexión 15.

Aún con mayor detalle, el borde de conexión 15 tiene un segundo diámetro Dm mayor que el primer diámetro Di con respecto a la base 13 y preferentemente menor o igual que el diámetro Dd de la porción de disco 11.

La cavidad 4 está totalmente definida por la porción de disco 11 y por la porción de troncocónica 12, preferentemente alineada a lo largo del eje central A y centrada con respecto al mismo.

De acuerdo con la realización preferida de la presente invención mostrada en las figuras, el diámetro Dd de la porción de disco 11 es mayor que el segundo diámetro Dm. En particular, la porción de disco 11 cerca del borde 11c sobresale externamente de la superficie lateral 14 de la porción de troncocónica 12. Más detalladamente, la superficie inferior 11b se extiende entre la pared lateral 14, en particular en la conexión entre las dos porciones 11, 12 y el borde 11c. Cabe señalar que la superficie inferior 11b tiene una forma de anillo sustancialmente circular.

Preferentemente, la carcasa hueca 2 está hecha de un material metálico capaz de soportar los esfuerzos mecánicos y térmicos a los que está sometido.

De acuerdo con la realización preferida de la presente invención que se muestra en las figuras, la carcasa hueca 2 se mantiene vertical a lo largo del eje central A de manera que la porción de disco 11 se coloca por encima de la porción troncocónica 12. En particular, el eje central A de la caja hueca 2 es sensiblemente perpendicular a un basamento 22, paralelo al suelo. Con mayor detalle, la carcasa hueca 2 se extiende desde la porción troncocónica 12 cerca del sótano 22 a lo largo del eje central A.

De acuerdo con la presente invención, una capa activa 6 se coloca al menos parcialmente en la región periférica 3b externamente a la cavidad 4. En particular, la capa activa 6 está configurada para promover una reacción de generación de neutrones, preferentemente una reacción de fusión nuclear. La capa activa 6 está compuesta preferentemente por titanio enriquecido previa o simultáneamente en tritio por implantación.

Ventajosamente, la capa activa está configurada para promover la reacción de fusión nuclear para generar flujos de neutrones rápidos de 14 MeV.

En particular, la capa activa 6 está ubicada en la porción de disco 11 preferentemente en el borde 11c. Preferentemente, la capa activa 6 tiene forma de anillo circular cerca del borde 11c. Opcionalmente, el aparato 1 puede comprender dos capas activas 6, colocadas respectivamente en la superficie superior 11a y en la superficie inferior 11b de la porción de disco 11.

Al menos un acelerador de partículas 7 está configurado para dirigir un haz de partículas y/o iones, preferentemente iones de deuterio, sobre la capa activa 6 para activar la reacción de fusión nuclear. En particular, el haz de iones afecta la región periférica 3b en la capa activa 6. En mayor detalle, el acelerador de partículas 7 se coloca de manera que el haz de iones sea sustancialmente perpendicular a la superficie superior 11a e inferior 11b de la porción de disco 11 en la capa activa 6. En mayor detalle aún, el acelerador de partículas 7 está fijo con respecto a la rotación de la carcasa hueca 2.

En otras palabras, el acelerador de partículas 7 se enfrenta sustancialmente a la porción de disco 11 en el borde 11c. En particular, el acelerador de partículas 7 está configurado para llevar a cabo la reacción de fusión en una región de reacción 21. La región de reacción 21 es en particular la región donde cada haz de iones incide sobre la porción de disco y resulta sustancialmente fijo durante la rotación de la carcasa hueca 2 con respecto al acelerador de partículas 7.

El aparato 1 comprende un asiento 16 colocado cerca de la capa activa 6 para retener una muestra para ser irradiada 17. Preferentemente, el asiento 16 está configurado para retener la muestra a irradiar 17 aguas abajo de la reacción de fusión nuclear para recibir el flujo de neutrones generado por la propia reacción. En mayor detalle, el borde 11c tiene un rebaje circunferencial 18. Dicho rebaje circunferencial 18 define el asiento 16. Preferentemente, la muestra que se va a irradiar 17 se mantiene fija con respecto a la carcasa hueca 2 girando de una manera conocida por los expertos en la técnica y que no se describe aquí con más detalle. En particular, el objetivo 17 se mantiene constantemente cerca de la región de reacción 21.

Ventajosamente, el giro de la carcasa hueca 2 con respecto a la muestra a irradiar 17 permite mantener un flujo de neutrones constante sobre la propia muestra 17 sin que el haz de iones afecte a la carcasa hueca 2 durante un tiempo límite provocando su rotura/fusión.

De acuerdo con la realización que se muestra en la figura 1, el sistema comprende dos aceleradores de partículas 7 opuestos entre ellos con respecto a la porción de disco 11. Cada acelerador de partículas 7 está asociado a una respectiva capa activa 6, de manera que un haz de iones incide sobre la superficie superior 11a y otro haz de iones incide sobre la superficie inferior 11b en las respectivas regiones de reacción 21. En este caso, el asiento 16 y el blanco 17 están dispuestos entre las dos capas activas 6 y en particular equidistantes entre ellas.

Ventajosamente, de esta manera la muestra a irradiar 17 recibe dos flujos de neutrones simultáneamente. Preferentemente, los aceleradores de partículas 7 están configurados para llevar a cabo las reacciones de fusión nuclear simultáneamente en la superficie superior 11a y en la superficie inferior 11b. Más detalladamente, la reacción de fusión llevada a cabo en la superficie superior 11a genera un flujo de neutrones sustancialmente hacia la superficie inferior 11b y viceversa.

Debe señalarse que cada haz de iones que afecta a la porción de disco 11 y cada reacción de fusión liberan una potencia térmica sobre el propio disco. Para disponer de tal energía térmica, el aparato 1 comprende medios de movimiento 8 en particular acoplados a la pared lateral 14. Dichos medios de movimiento 8 obligan, al girar la carcasa 2 alrededor del eje central A, al primer líquido refrigerante a tocar ligeramente internamente la pared 3 en la capa activa 6 para enfriar internamente la carcasa hueca 2.

En particular, los medios de movimiento 8 permiten eliminar la energía térmica liberada en la parte 3 en la capa activa 6 dirigiendo el primer fluido refrigerante desde la porción troncocónica 12 a la porción de disco 11. En otras palabras, los medios de movimiento 8 fuerzan el primer fluido refrigerante 7 dentro de la porción de disco 11 por medio de la fuerza centrífuga.

Más detalladamente, los medios de movimiento 8 están configurados para empujar el primer fluido refrigerante en el borde 11c de la porción de disco 11 promoviendo la eliminación de la energía térmica liberada durante la generación del haz de neutrones.

Preferentemente, la carcasa hueca 2 está configurada para eliminar la energía térmica liberada en las regiones de reacción 21 por medio de un primer cambio de fase del primer fluido refrigerante.

Los medios de movimiento 8 que giran la carcasa hueca 2 mueven el primer fluido refrigerante, contenido en la cavidad 4, en el rebaje circunferencial 18 asegurando la eliminación de energía térmica de la porción de disco 11 por medio del primer cambio de fase del primer fluido refrigerante. En particular, el primer fluido refrigerante se esparce internamente entre el rebaje circunferencial 18 y las superficies inferior y superior 11a, 11b cerca del borde 11c. Más detalladamente, según la realización que comprende un único acelerador de partículas 7, el primer cambio de fase se produce en la superficie superior 11a, donde externamente se produce la reacción de fusión nuclear. En caso de que estén presentes dos aceleradores de partículas 7, el primer cambio de fase se produce en la superficie superior 11a e inferior 11b.

De acuerdo con la realización preferida de la presente invención, el primer fluido refrigerante es un líquido, en particular, agua y el primer cambio de fase es la evaporación.

Ventajosamente, el primer fluido refrigerante introducido en la cavidad 4 permite alcanzar la presión de vapor saturado a una temperatura de trabajo preestablecida TL, preferentemente 60 °C, coexistiendo una fase líquida y una fase gaseosa.

En otras palabras, la porción de disco 11 internamente en el borde 11c actúa como evaporador, asegurando que la energía térmica producida por la fusión nuclear se transmita al primer fluido refrigerante acumulado en fase líquida en el evaporador. De este modo, transformando la energía térmica en calor latente de evaporación, el primer fluido refrigerante se transforma en fase gaseosa sin sufrir aumento térmico y la energía térmica se elimina de la porción de disco 11.

Preferentemente, los medios de movimiento 8 comprenden elementos de soporte 23 configurados para mantener la carcasa hueca 2 vertical soportando su peso.

De acuerdo con la realización mostrada en las figuras 1 y 2, los medios de movimiento 8 comprenden además un compartimiento 26 configurado para albergar un mecanismo de rotación 27. En particular, dicho mecanismo de rotación 27 puede comprender una rueda dentada acoplada a un piñón accionado por un motor eléctrico externo o una turbina accionada por aire comprimido procedente de un compresor externo. La rueda dentada o la turbina, cuya elección depende de la velocidad solicitada, se montan en la superficie exterior de la carcasa hueca 2. De acuerdo con tal realización, la pared lateral 14 de la carcasa hueca 2 en el compartimiento 26 tiene externamente un perfil cilíndrico configurado para arrastre mecánico. Aún con mayor detalle, los medios de movimiento 8 comprenden uno o más cojinetes 28 acoplados a la pared lateral 14 para facilitar la rotación de la carcasa hueca 2. Preferentemente, tales cojinetes se colocan entre la porción de disco 11 y el compartimiento 26.

Los medios de enfriamiento externos 9 están configurados para enfriar externamente la carcasa hueca 2. En particular, los medios de enfriamiento externos 9 comprenden un segundo fluido refrigerante que toca ligeramente externamente al menos parcialmente la pared 3. La carcasa hueca 2, al estar sellada, impide que el segundo fluido refrigerante entre en el interior de la cavidad 4 mezclándose con el primer fluido refrigerante.

En particular, los medios de enfriamiento externos 9 están configurados para eliminar de la carcasa hueca 2 la energía térmica transmitida en la capa activa 6. Con mayor detalle, los medios de enfriamiento externos 9 están configurados para enfriar el primer fluido refrigerante tocando ligeramente con el segundo fluido refrigerante la segunda base 13 y al menos parcialmente la pared lateral 14 cerca de la base 13. Aún con mayor detalle, los medios de refrigeración externos 9 están configurados para realizar un segundo cambio de fase del primer fluido refrigerante al menos en la pared lateral 14 ligeramente tocada externamente por el segundo líquido refrigerante.

Según la realización preferida de la presente invención, el segundo cambio de fase consiste en condensar al menos parcialmente el vapor producido por el primer cambio de fase al menos parcialmente a lo largo de la pared lateral 14. En particular, el aumento del volumen específico debido al vapor producido cerca de la parte del disco 11 y la disminución del volumen específico debido a la condensación del vapor generan una diferencia de presión entre el primer 2a y el segundo extremo 2b de la carcasa 2. La diferencia de presión atrae hacia el segundo extremo 2b el vapor producido permitiendo el segundo cambio de fase en la pared lateral 14. De esta forma, la carcasa hueca 2 está configurada para transferir energía térmica al segundo fluido refrigerante mediante el segundo cambio de fase. En mayor detalle aún, el segundo cambio de fase transfiere la energía térmica al segundo fluido refrigerante por conducción a través de la pared lateral y preferentemente la segunda base 4.

En otras palabras, al menos una parte de la porción troncocónica 12 actúa como condensador. En particular, unos medios de refrigeración externos 9 mantienen el segundo fluido refrigerante a una temperatura inferior a la temperatura de trabajo TL preestablecida del primer fluido refrigerante. Así, el contacto entre el vapor generado dentro de la carcasa hueca 2 y la pared lateral 14 provoca el segundo cambio de fase al condensar el vapor y eliminar así el calor de la carcasa hueca 2.

Ventajosamente, la carcasa hueca sellada 2 permite que se produzca la transferencia de potencia térmica desde el estado activo 6 hacia el segundo fluido refrigerante como consecuencia del primer y segundo cambio de fase.

Los medios de refrigeración externos 9 comprenden una cubeta 24 y un intercambiador de calor externo, no mostrado, configurado para mantener el segundo fluido refrigerante a una temperatura umbral externa TC calentada por la carcasa hueca 2. En particular, la temperatura umbral exterior TC es inferior a la temperatura de trabajo TL preestablecida del primer fluido refrigerante.

En detalle, el depósito 24 está en comunicación fluida con el intercambiador de calor para asegurar el enfriamiento del segundo fluido refrigerante.

Más detalladamente, la cubeta 24 contiene el segundo fluido refrigerante y está configurada para contener la base 4 y al menos parcialmente la pared lateral 14 de la porción troncocónica 12. En otras palabras, la carcasa hueca 2 está parcialmente sumergida en la cubeta 24 en la porción troncocónica 12.

Con mayor detalle aún, el sótano 22 es preferentemente el fondo del estanque 24.

Según la realización preferida de la presente invención, la condensación del primer fluido refrigerante en forma de vapor permite transferir calor latente de condensación a la pared lateral 14 que transfiere calor latente de condensación por conducción al segundo fluido refrigerante que se calienta.

Ventajosamente, el aparato 1 está configurado para transferir la energía térmica de fusión nuclear al segundo fluido refrigerante mediante una convección forzada del primer fluido refrigerante 7 debido al proceso de evaporación y condensación mantenida por los medios de movimiento 8 y por los medios de enfriamiento externos 9.

Ventajosamente, la inmersión parcial de la carcasa hueca 2 dentro de la cubeta 24 asegura un enfriamiento uniforme de la carcasa hueca 2.

De acuerdo con la realización preferida, los medios de movimiento 8 están acoplados a la pared lateral 14 para sumergir la base 13 y al menos parcialmente la pared lateral 14 en la cubeta 24.

El aparato 1 comprende además medios de sellado al vacío 19 configurados para mantener el vacío entre el acelerador de partículas 7 y al menos la porción de disco 3 para llevar a cabo la reacción de generación de neutrones. En particular, los medios de sellado al vacío 19 son fijos y aíslan la porción de disco 13 del entorno externo y al menos parcialmente la pared lateral 14 en la conexión con la porción de disco.

Ventajosamente, los medios de sellado al vacío 19 limitan la dispersión de los iones acelerados por el acelerador de partículas, en particular los iones de tritio.

Ventajosamente, los medios de sellado al vacío 19 permiten el funcionamiento de los aceleradores de partículas.

Con mayor detalle, los medios de sellado al vacío 19 comprenden al menos un sello giratorio 20 configurado para mantener el vacío en el exterior de la porción de disco 11 de la carcasa hueca 2. En particular, el sello giratorio 20 se coloca en la conexión entre la porción de disco 11 y la porción lateral 14.

De acuerdo con una realización preferida, el sello giratorio 20 se coloca en los medios de movimiento 8 para evitar la pérdida de vacío durante la rotación.

Más detalladamente, los medios de sellado al vacío 19 comprenden una cubierta externa 25 a la que se conectan uno o más de los aceleradores de partículas 7 descritos anteriormente, para mantener el vacío del entorno externo.

Además, los medios de sellado al vacío 19 comprenden una bomba de vacío, no mostrada, configurada para mantener el vacío dentro de la cubierta externa 16, en particular entre la cubierta externa 16 y la porción de disco 11.

La generación de neutrones y el enfriamiento del sistema de generación de neutrones 1 ocurren de la siguiente manera.

En primer lugar, la carcasa hueca 2 se llena con el primer fluido refrigerante y se sella del entorno exterior evitando que la carcasa hueca 2 esté en comunicación fluida con el entorno exterior.

En una etapa posterior, la carcasa hueca 2 se sumerge parcialmente dentro de la cubeta 24 en contacto con el segundo fluido refrigerante y se conecta a los medios de movimiento 8 en la conexión entre la porción de disco 11 y la porción troncocónica. En particular, la carcasa hueca 2 se mantiene a una altura preestablecida del sótano 22. Además, la carcasa hueca 2 se mantiene en una posición preestablecida para exponer la capa activa 6 al flujo de iones generado por los aceleradores de partículas 7.

Luego, la muestra a irradiar 17 se coloca dentro del rebaje circunferencial 18 y se mantiene fija con respecto a la carcasa hueca.

Después de eso, la carcasa hueca 2 y los aceleradores de partículas 7 se aíslan del ambiente externo por medio de medios de sellado al vacío 19.

En una etapa posterior, la carcasa hueca 2 es rotada con respecto al eje central A por unos medios de movimiento 8 que llevan el primer fluido refrigerante, preferentemente agua, hasta el borde 11c por medio de la fuerza centrífuga generada por la rotación.

Luego, los aceleradores de partículas 7 dirigen el flujo de iones sobre la capa activa 6 en la región de reacción 21 iniciando la reacción de fusión nuclear. En particular, el flujo de neutrones generado por cada reacción irradia la muestra colocada en el hueco circunferencial 18.

Una vez iniciada la reacción de fusión, la potencia térmica liberada en la capa activa 6 provoca el primer cambio de fase del primer fluido refrigerante forzado en el borde 11c, el primer fluido, preferentemente agua, se evapora. En particular, el primer y segundo cambio de fase generan una diferencia de presión entre el primer extremo 2a y el segundo extremo 2b.

Entonces, la diferencia de presión desplaza el vapor generado hacia el segundo extremo 2b de la carcasa hueca 2 a lo largo del eje central A, provocando el segundo cambio de fase, es decir, la condensación del vapor. En particular, el vapor, que impacta sobre la superficie lateral 14 y preferentemente sobre la base 13, lleva a cabo el segundo cambio de fase. Más detalladamente, el vapor, al condensarse, intercambia calor con el segundo líquido refrigerante mantenido a una temperatura más baja.

Después del segundo cambio de fase, el primer fluido refrigerante migra nuevamente hacia la porción de disco 11 cerca del borde 11c por la fuerza centrífuga debido a la rotación de la carcasa hueca 2.

Ventajosamente, la carcasa hueca 2 perfectamente sellada permite sustituir la propia carcasa en caso necesario evitando la fuga al medio exterior de productos radiactivos eventualmente contenidos en el primer fluido. En particular, en caso de que el primer fluido refrigerante sea agua, la carcasa hueca sellada 2 evita la fuga de agua de tritio producida durante el funcionamiento del aparato 1.

Ventajosamente, la carcasa hueca sellada 2 se puede transportar fácilmente en depósitos de reacondicionamiento.

Ventajosamente, la ausencia de elementos mecánicos, tales como bombas y tubos, en el interior de la carcasa hueca 2 permite simplificar el sistema de generación de neutrones.

Claims (11)

REIVINDICACIONES

1. Un aparato para generar neutrones (1) que comprende:

- una carcasa hueca (2) que tiene un eje central (A) y está configurada para girar alrededor de dicho eje central (A), comprendiendo dicha carcasa hueca (2) una pared (3) que tiene una región central (3a) sustancialmente en el eje central (A) y una región periférica (3b) externa a dicha región central (3a), definiendo dicha pared (3) una cavidad (4), estando configurada dicha cavidad (4) para contener un primer fluido refrigerante;

- una capa activa (6) posicionada al menos parcialmente en dicha región periférica (3b) externamente a dicha cavidad (4), estando configurada dicha capa activa (6) para llevar a cabo una reacción de generación de neutrones; - al menos un acelerador de partículas (7) configurado para dirigir un haz de iones sobre dicha capa activa (6) para activar dicha reacción;

- medios de movimiento (8) configurados para hacer girar dicha carcasa hueca (2) alrededor de dicho eje central (A) forzando a dicho primer fluido refrigerante a lamer internamente dicha pared (3) en dicha capa activa (6) para enfriar dicha carcasa hueca (2);

caracterizado por que comprende, además:

- medios de enfriamiento externos (9) configurados para enfriar externamente la carcasa hueca (2), comprendiendo dichos medios de enfriamiento externos (9) un segundo fluido refrigerante que lame externamente al menos parcialmente dicha pared (3);

en el que

- dicha carcasa hueca (2) está sellada con respecto a un entorno externo para retener dicho primer fluido refrigerante dentro de dicha cavidad (4).

2. Aparato para generar neutrones (1) según la reivindicación 1, en el que dicha carcasa hueca (2) se extiende longitudinalmente a lo largo del eje central (A) entre un primer extremo (2a) y un segundo extremo (2b), teniendo dicha carcasa hueca (2):

- una porción de disco (11) en el primer extremo (2a), teniendo dicha porción de disco (11) una superficie superior (11a), una superficie inferior (11b) y un borde (11c) dispuestos entre dicha superficie superior (11a) y dicha superficie inferior (11b), dicha superficie superior (11a), dicha superficie inferior (11b) y dicho borde (11c) definen al menos en parte dicha pared (3);

- una porción troncocónica (12) que se extiende a lo largo del eje central (A) desde dicha superficie inferior (11b) hasta dicho segundo extremo (2b), dicha porción troncocónica (12) tiene una base (13) en dicho segundo extremo (2b) y una pared lateral (14) conectada a dicha base (13) y a dicha superficie inferior (11b) de dicha porción de disco (11), definiendo dicha base (13) y dicha pared lateral (14) al menos en parte dicho muro (3).

3. Aparato para generar neutrones (1) según la reivindicación 2, en el que dicha cavidad (4) está definida por dicha porción de disco (11) y por dicha porción troncocónica (12), estando configurados dichos medios de movimiento (8) para empujar dicho primer líquido refrigerante desde la porción troncocónica (12) a la porción de disco (11).

4. Aparato para generar neutrones (1) según la reivindicación 2 o 3, en el que dicha porción troncocónica (12) se estrecha para dirigir el primer fluido refrigerante a dicha porción de disco (11) en dicho borde (11c).

5. Aparato para generar neutrones (1) según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado por que:

- dicha base (13) de dicha porción troncocónica (12) tiene un primer diámetro (Di);

- dicha pared lateral (14) de dicha porción troncocónica (12) define un borde de conexión (15) opuesto a dicha base (13) a lo largo de dicho eje central (A), estando dicha porción troncocónica (12) conectada a dicha superficie inferior (11b) de dicha porción de disco (11) en dicho borde de conexión (15), teniendo dicho borde de conexión (15) un segundo diámetro (Dm) mayor que dicho primer diámetro (Di) de dicha base (13);

- dicha porción de disco (11) tiene un diámetro (Dd) mayor o igual a dicho segundo diámetro (Dm) de dicho borde de conexión (15) de dicha porción troncocónica (12).

6. Aparato para generar neutrones (1) según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5, en el que dicha capa activa (6) está situada en dicha porción de disco (11) cerca de dicho borde (11c).

7. Aparato para generar neutrones (1) según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 6, caracterizado en que comprende un asiento (16) situado cerca de dicha capa activa (6) para retener una muestra (17) a irradiar.

8. Aparato para generar neutrones (1) según la reivindicación 7, en el que dicho borde (11c) de dicha porción de disco (11) tiene un rebaje circunferencial (18) que define dicho asiento (16).

9. Aparato para generar neutrones (1) según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 8, caracterizado por que comprende:

- medios de sellado al vacío (19) fijados con respecto a dicha carcasa hueca (2) y configurados para mantener el vacío entre dicho acelerador de partículas (7) y al menos dicha porción de disco (11) para llevar a cabo una reacción de generación de neutrones.

10. Aparato para generar neutrones (1) según la reivindicación 9, en el que dichos medios de sellado al vacío (19) comprenden:

- al menos un sello giratorio (20) configurado para mantener el vacío externamente con respecto a la porción de disco (11) de la carcasa hueca (2).

11. Aparato para generar neutrones (1) según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 10, en el que dicho eje central (A) de dicha carcasa hueca (2) es sustancialmente vertical, estando posicionada dicha porción de disco (11) por encima de dicha porción troncocónica (12).