MX2014012863A - Aparato y proceso para la penetracion de la barrera de coulomb. - Google Patents

Abstract

Se desvela un dispositivo y método para la penetración de la barrera de Coulomb. Se sitúa un electrodo dentro de una carcasa hueca, encerrando la carcasa en un espacio interior que contienen un combustible reactivo de fusión tal como deuterio. El espacio interior con el combustible está centrado coaxialmente alrededor del electrodo, y se sitúa una capa de confinamiento hecha de material de elevada rigidez dieléctrica en el borde exterior del espacio interior, sobre la superficie interior de la carcasa esférica. Una fuente de alimentación de alta tensión carga el electrodo lo que provoca que se forme una nube de núcleos de combustible de fusión estrechamente empaquetados como una nube de deuterón sobre la cara interior de la capa de confinamiento, lo que facilita la penetración de la barrera de Coulomb. Usando el dispositivo de la invención, se pueden crear también condiciones que permitan la penetración de la barrera de Coulomb mediante el disparo de núcleos hacia la nube de núcleos por la aplicación de pulsos de alta tensión al electrodo.

Description

APARATO Y PROCESO PARA PENETRACIÓN DE LA BARRERA DE COULOMB CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere en general a la generación de energía, y más específicamente a la generación de energía por confinamiento capacitivo de iones para penetración de la barrera de Coulomb como un medio de llevar a cabo la fusión nuclear.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los científicos han soñado por largo tiempo con un método para producir una fuente ilimitada de energía a través de la fusión controlada, en la que la masa se convierte en energía a través de la famosa ecuación E=MC2. La fusión nuclear generalmente combina núcleos pequeños, ligeros para formar núcleos más pesados, en los que la masa de los productos de la reacción es menor que la masa de los reactivos, convirtiéndose la diferencia de masa en grandes cantidades de energía. Se postula que cuando la temperatura de dichos reactivos, tales como los gases deuterio y tritio, se eleva a varios millones de grados Kelvin, los átomos de gas se pueden desprender de sus electrones y obtener tal energía cinética que sus colisiones dan como resultado la fusión nuclear. Esta premisa se está poniendo en ensayo bajo enfoques tales como confinamiento magnético y confinamiento inercial (láser). En estos enfoques los reactivos se calientan a un estado de plasma y se impide que hagan contacto con las paredes de la cámara de reacción por varios medios tales como confinamiento magnético para mantener la temperatura e impedir daños a la cámara.

Otro enfoque para la fusión nuclear se basa en la aceleración de núcleos individuales a altas velocidades y colisionarlos. Éstos incluyen varios denominados fusores tales como el fusor de Farnsworth-Hirsch, en el que se usan campos eléctricos de alta intensidad generados entre dos rejillas eléctricas esféricas concéntricas para ionizar y acelerar los reactivos. Otro de dichos enfoques implica el uso de generadores de neutrones, en los que se establece un campo eléctrico entre un ánodo y un cátodo, en el que el cátodo es una parte de hidrato metálico usado como un objetivo. Los gases reactivos se ionizan cerca del ánodo y se disparan al objetivo de hidrato metálico rico en deuterio o tritio, dando como resultado la fusión de los reactivos. Todos estos enfoques se ha demostrado que dan como resultado reacciones de fusión, evidenciadas por la producción de productos de fusión tales como neutrones; sin embargo, todos estos padecen de un bajo rendimiento.

Se han puesto en práctica muchos diseños de generadores de neutrones muy innovadores, tales como diseños esféricos y cilindricos. Un caso en este punto es la Patente de Estados Unidos #7,139,349 concedida a Leung, en la que el ánodo tiene la forma de una esfera hueca, disparando iones a un objetivo en el centro del ánodo. Hay también diseños que usan un gas entre el ánodo y el cátodo como objetivo, tal como se describe en la Patente de Estados Unidos #6,922,455 concedida a Jurczyk, et ál. Todos los dichos dispositivos padecen de una temperatura operativa limitada del objetivo dado que pierde los isótopos de hidrógeno atrapados cuando se calienta y se descarga de electrones de los átomos neutros. La temperatura de operación máxima típica para los objetivos de hidruros metálicos se cita típicamente como menor de 200 grados Celsius.

Aunque las reacciones de fusión tienen lugar en dispositivos denominados como generadores de neutrones, no se consideran generalmente como dispositivos generadores de energía debido a su bajo rendimiento. Dispositivos de más elevado rendimiento, tal como se describe en la Patente de Estados Unidos #8,090,071 para DeLuze, desvela un reactor de fusión esférico con un electrodo objetivo central cargado que usa un campo eléctrico de polaridad alterna para acelerar los electrones y los núcleos de deuterio adelante y atrás. DeLuze enseña que los iones obtienen tal velocidad que sus colisiones entre sí dan como resultado la fusión.

Aunque los métodos y dispositivos conocidos para la creación de reacciones de fusión pueden ser útiles para sus finalidades pretendidas, actualmente no hay ningún dispositivo o método para confinamiento capacitivo de alta densidad de iones para su uso en la penetración de la barrera de Coulomb. Seria beneficioso por lo tanto dirigir iones confinados capacitivamente con elevada estabilidad de temperatura y sin electrones para ser disparados sobre otros núcleos cargados con alta densidad de corriente como un medio de efectuar las reacciones de fusión con rendimientos más altos. Seria también ventajoso proporcionar un mecanismo de manipulación capacitivo para el confinamiento de núcleos cargados en altas concentraciones y en muy estrecha proximidad entre si, proporcionando un entorno en el que las fuerzas repulsivas de la barrera de Coulomb entre partículas nucleares se pueden superar por el efecto del confinamiento capacitivo o mediante colisión de partículas similares que se podrían acelerar hacia ellos. Sería beneficioso también utilizar el fenómeno de túnel cuántico conocido en la mecánica cuántica para llevar a cabo una tasa de reacción controlada y medida.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN En consecuencia, la presente invención se refiere en general a un aparato y proceso para confinamiento y concentración de núcleos cargados positivamente (por ejemplo núcleos de deuterón) para su uso en la superación de la barrera de Coulomb y permitir que tenga lugar la fusión de estos núcleos. La invención funciona bajo la teoría de que la fusión de los núcleos de isótopos de hidrógeno se puede llevar a cabo mediante la creación de muy altas capacitancias por unidad de área dentro de poros u orificios de pequeño tamaño sobre la superficie de lo que en el presente documento se denomina capa de confinamiento. En una realización, los núcleos confinados, cargados se pueden usar como objetivos que son disparados por otros núcleos cargados como otro medio de penetración de la barrera de Coulomb. La solicitud de Patente de Estados Unidos publicada #2012/0097541 por el mismo inventor, Azaroghly Yazdanbod, que se incorpora en el presente documento por referencia en su totalidad, enseña específicamente condensadores eléctricos de doble capa, el comportamiento de electrodos capacitivos eléctricos elevados en contenedores confinados, el uso de electrones capacitivos como medio de generación capacitiva de campos eléctricos, y las inversiones de polaridad como medio de evitar las reacciones de los electrodos en los electrodos por sí mismos. La evidencia experimental y los resultados de ensayo establecen la formación y distribución de la tensión de los Condensadores Eléctricos de Doble Capa y se destaca la formación de iones confinados sobre dieléctricos como fundamentos de la presente invención.

Un primer aspecto de la invención proporciona un aparato para la penetración de la barrera de Coulomb, que comprende: (a) un electrodo; (b) una carcasa hueca que encierra un espacio interior alrededor del electrodo; (c) una capa de confinamiento fabricada de un material de elevada rigidez dieléctrica, situada la capa de confinamiento dentro del espacio interior sobre la superficie interior de la carcasa; (d) un combustible reactivo de fusión contenido dentro del espacio interior; (e) una fuente de alimentación eléctrica en corriente continua, polaridad positiva, de alta tensión; y (f) interconexiones eléctricas para la conexión de la fuente de alimentación eléctrica al electrodo y la carcasa a la toma de tierra. Típicamente el electrodo y la carcasa hueca son esféricos, estando centrado el electrodo dentro de la carcasa, y la capa de confinamiento tiene típicamente una pluralidad de pequeños poros u orificios sobre la superficie de la misma.

Un segundo aspecto de la invención proporciona un método de confinamiento de núcleos con la finalidad de penetrar la barrera de Coulomb, comprendiendo el método: (a) proporcionar una capa de confinamiento fabricada de un material de elevada rigidez dieléctrica, revistiendo la capa de confinamiento un espacio interior dentro de una carcasa hueca de múltiples capas; (b) llenado del espacio interior con un combustible reactivo de fusión; y (c) carga de un electrodo asentado dentro de la carcasa, en la que la carcasa encierra tanto el espacio interior como se sitúa alrededor del electrodo y en el que el electrodo se carga con una fuente de alimentación eléctrica en corriente continua, polaridad positiva, de alta tensión, produciendo la carga del electrodo una nube de núcleos cargados positivamente que se forma sobre la cara interior de la capa de confinamiento. Típicamente el electrodo y la carcasa hueca son esféricos, estando centrado el electrodo dentro de la carcasa.

Un tercer aspecto de la invención proporciona un aparato para confinamiento capacitivo de núcleos como un medio de penetración de la barrera de Coulomb, comprendiendo: (a) un electrodo esférico; (b) una carcasa hueca de múltiples capas que encierra un espacio interior coaxialmente centrado alrededor del electrodo esférico, en el que la carcasa esférica incluye un plano esférico interior, un plano esférico medio, y un plano esférico más exterior, y en el que se forma el espacio interior entre el electrodo esférico y el plano esférico interior, se forma una capa interior entre el plano esférico interior y el plano esférico medio, y se forma una capa exterior entre el plano esférico medio y el plano esférico más exterior; (c) un soporte eléctricamente aislado que suspende el electrodo esférico de modo fijo y concéntricamente dentro de la carcasa esférica; (d) una capa de confinamiento fabricada de un material de elevada rigidez dieléctrica que tiene muchos orificios de pequeño diámetro sobre la superficie de la misma, situada la capa de confinamiento dentro del espacio interior sobre la superficie interior del plano esférico interior; (e) un combustible reactivo de fusión contenido dentro del espacio interior; (f) un medio no conductor contenido dentro de la capa interior; (g) un medio aislante contenido dentro de la capa exterior; (h) una fuente de alimentación eléctrica en corriente continua, polaridad positiva, de alta tensión; e (i) interconexiones eléctricas para la conexión de la fuente de alimentación eléctrica al electrodo esférico y la carcasa exterior a la toma de tierra.

La naturaleza y ventajas de la presente invención se apreciarán más completamente a partir de los dibujos, descripción detallada y reivindicaciones a continuación.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Los dibujos adjuntos ilustran realizaciones de la invención y, junto con una descripción general de la invención dada anteriormente, y la descripción detallada dada a continuación, sirven para explicar los principios de la invención.

La FIG. 1 ilustra una vista en perspectiva de una realización de la invención.

La FIG. 2 ilustra la distribución de cargas dentro y fuera de la realización mostrada en la FIG. 1 durante la carga del electrodo 12.

La FIG. 3 ilustra la disposición propuesta de núcleos cargados positivamente dentro de los orificios de pequeño diámetro de la capa de confinamiento, de acuerdo con la invención.

La FIG.4 ilustra los núcleos capacitivamente confinados y en el proceso de fusión, de acuerdo con la invención.

La FIG. 5 es un gráfico que muestra pulsos de alta tensión administrados a lo largo del tiempo para generar y acelerar núcleos hacia la capa de confinamiento, de acuerdo con la invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La presente invención proporciona un aparato y método para confinamiento de núcleos cargados positivamente (por ejemplo núcleos de deuterón) para su uso en la superación de la barrera de Coulomb. La nube de núcleos confinados de ese modo puede ser también un objetivo a ser disparado por otros núcleos generados y acelerados hacia ellos, superando de ese modo la barrera de Coulomb. La barrera de Coulomb es una barrera de energía resultado de la interacción electrostática que deben superar dos núcleos para aproximarse suficientemente próximos para experimentar una fusión nuclear. La barrera de Coulomb se produce por la energía potencial electrostática. En la fusión de elementos ligeros para formar otros más pesados, el núcleo cargado positivamente debe ser forzado a unirse suficientemente próximo para hacer que se fusionen en único núcleo más pesado. La fuerza entre los núcleos es repulsiva hasta que los separa una distancia muy pequeña, y a continuación se convierte rápidamente en muy atractiva. Por lo tanto, para vencer la barrera de Coulomb y llevar a los núcleos a unirse cercanamente donde operan las fuerzas fuertes atractivas, la energía de las partículas debe superar la energía repulsiva de la barrera de Coulomb.

En general, la presente invención desvela la fusión de núcleos cargados positivamente, llevada a cabo mediante la creación de una densidad de carga muy alta resultante de una capacitancia muy alta por unidad de área dentro de orificios y/o poros de pequeño diámetro (es decir dimensiones de milímetros a micrómetros) sobre una superficie aislante. Esta superficie aislante se denomina en el presente documento una capa de confinamiento, o una capa de reacción de fusión. El campo eléctrico se crea por medio de una carga de elevado potencial de un electrodo conductor colocado en el interior de un recipiente conductor externamente puesto a tierra. El recipiente se reviste internamente típicamente con esta capa aislante (confinamiento), teniendo la capa aislante orificios o poros de pequeño diámetro sobre y cerca de su superficie. El confinamiento de núcleos cargados positivamente dentro de estos orificios da como resultado una densidad de carga incrementada dentro de los orificios, hasta el grado necesario para que tengan lugar las reacciones de fusión dado que se supera la barrera de Coulomb entre núcleos.

Adicionalmente, los núcleos confinados pueden ser un objetivo para núcleos similares, que se pueden generar y acelerar desde el electrodo próximo. El espacio entre el electrodo y el recubrimiento interno se puede rellenar hasta el grado necesario con combustible de fusión tal como gas de deuterón o agua pesada.

Como se ha observado anteriormente, para que se fusionen dos núcleos, debe superarse la barrera de Coulomb repulsiva, lo que sucede cuando se llevan a unir suficientemente próximos estos núcleos en donde las "fuerzas nucleares" de corto alcance se convierten en suficientemente fuertes para superar la fuerza de Coulomb y fusionar los núcleos. Esta barrera de energía entre dos cargas positivas sin confinar se puede definir como la energía potencial electrostática: Ucoui = (Ecuación 1) En donde k es la constante de Coulomb = 8.9876><109 N m2 C~2; e0 es la permitividad en el espacio libre; ¾, q¾ son cargas de las partículas que interactúan; r es el radio de interacción. Un valor positivo de U se debe a la fuerza repulsiva, de modo que las partículas que interactúan están a niveles de energía más elevados cuanto más próximas están. Una energía potencial negativa indica un estado ligado (debido a una fuerza atractiva).

La barrera de Coulomb se incrementa con los números atómicos (es decir el número de protones) de los núcleos que colisionan: Ucoul = - -— (Ecuación 2) en la que e es la carga elemental (1.60217653xl019 C) y Z\ y Z2 son los números atómicos correspondientes.

La fuerza entre núcleos es inicialmente repulsiva, debido a la barrera de Coulomb, hasta que los separa una distancia muy pequeña, y a continuación se convierte rápidamente en muy atractiva cuando actúan las fuerzas nucleares fuertes. Por lo tanto, para vencer la barrera de Coulomb, los núcleos deben estar suficientemente próximos para que la interacción atractiva entre ellos supere las fuerzas de repulsión, permitiendo que los núcleos se unan o fusionen juntos. Aunque hay muchos procesos que podrían conducir potencialmente a la fusión de núcleos atómicos, tal como lo que sucede debido a las enormes fuerzas gravitacionales en el sol, esto puede llevarse a cabo también cuando la energía cinética de los núcleos que se aproximan supera la repulsión electrostática de la barrera de Coulomb tal como se observa en dispositivos tales como los generadores de neutrones. En realidad, la situación es ayudada por efectos asociados con la mecánica cuántica. Debido al Principio de Incertidumbre de Heisenberg, incluso si las partículas no tienen energía suficiente para superar la barrera de Coulomb, hay una muy pequeña probabilidad de que unas pocas de las partículas pasen a través de la barrera en cualquier caso. Esto se denomina tunelado de la barrera, y es el medio mediante el que muchas de dichas reacciones tienen lugar en las estrellas. En cualquier caso, debido a que este proceso sucede con una probabilidad muy pequeña, la barrera de Coulomb representa un fuerte impedimento para las reacciones nucleares.

Las expresiones "tunelado de mecánica cuántica", "tunelado cuántico", "penetración de la barrera" o "tunelado de la barrera" tal como se usa en el presente documento se refiere cada una al fenómeno de mecánica cuántica en el que una partícula (por ejemplo un núcleo) se mete o pasa a través de una barrera que clásicamente no podría vencer. Por ejemplo, en física clásica un electrón se ve como una partícula que es repelida por un campo eléctrico siempre que la energía del electrón esté por debajo del nivel de energía del campo eléctrico. Sin embargo, en física cuántica se sabe gue este electrón tiene una probabilidad finita de pasar a través del campo eléctrico. Este fenómeno se usa, por ejemplo, en los diodos túnel resonantes utilizados en muchos dispositivos electrónicos en donde se necesitan diodos de rápida actuación. El tunelado cuántico es una de las características que definen la mecánica cuántica y la dualidad partícula-onda de la materia.

Para explicar la base científica de la presente invención, se ha de destacar también alguna base de la ciencia del condensador. Un condensador eléctrico convencional es un dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica compuesto de dos placas eléctricamente conductoras, o electrodos, separados por un dieléctrico. Tal como se define en el presente documento, el término "dieléctrico" significa un aislante eléctrico que se puede polarizar por un campo eléctrico aplicado. Cuando se coloca un dieléctrico en un campo eléctrico, las cargas eléctricas no fluyen a través del material, como en un conductor, sino que se desplazan sólo ligeramente respecto a su posición media de equilibrio produciendo la polarización eléctrica. Si un dieléctrico está compuesto de moléculas débilmente unidas, esas moléculas no sólo se quedan polarizadas, sino que también se reorientan de modo que sus ejes de simetría se alinean con el del campo.

Los condensadores se usan comúnmente en una variedad de aplicaciones eléctricas. Por ejemplo, los condensadores se usan para sintonizar las frecuencias de receptores de radio y televisión, para eliminar chispas en los sistemas de ignición de los automóviles, como dispositivos de almacenamiento de energía, en unidades de flash electrónicos y como filtros en fuentes de alimentación. El condensador común funciona en base a la retirada de electrones de un primer electrodo, dando como resultado el fenómeno inverso de la colocación de electrones en el otro electrodo. Esta separación de cargas conduce a una diferencia de potencial entre electrodos y al almacenamiento de energía eléctrica por el condensador.

La cantidad de capacitancia de un condensador depende del área superficial de los electrodos, la distancia que separa los electrodos y la permitividad del dieléctrico que separa los electrodos. Un condensador puede tener una cierta variedad de construcciones geométricas. Un condensador de placas paralelas, por ejemplo, es un condensador en el que los electrodos del mismo son placas paralelas separadas por un dieléctrico que tiene tanto un grosor como una permitividad seleccionadas para controlar la cantidad de capacitancia del condensador. Un condensador cilindrico es un condensador en el que uno de sus electrodos es un primer tubo hueco cilindrico y otro de sus electrodos es un segundo tubo (y típicamente, pero no necesariamente, también hueco) concéntrico con el primer tubo hueco cilindrico. Un condensador esférico tiene un electrodo en la forma de una esfera hueca rodeada por otro electrodo en la forma de una esfera sólida o hueca. El volumen entre la esfera hueca y la esfera interior contiene un dieléctrico que tiene un grosor y una permitividad seleccionada para controlar la capacitancia del condensador esférico.

La capacitancia (C) de un condensador en unidades de faradios se define como la relación de la cantidad de carga (Q) en unidades de culombios colocada sobre o retiradas desde cada uno de los electrodos, a la diferencia de potencial (V) en unidades de voltios (julios/culombios) entre electrodos, o: C = Q/V (Ecuación 3) En este caso también se observa que cuando se lleva una carga positiva próxima a una carga negativa, su potencial eléctrico se reduce desde un valor más alto a un valor más bajo. También, cuando una carga negativa se lleva próxima a una carga positiva su potencial se incrementa desde un valor más bajo a un valor más alto. Esto significa que cuando las cargas positivas y negativas se llevan más próximas entre si, la diferencia de potencial entre ellas se reduce. Esta es la definición subyacente de la capacitancia tal como se presenta en la Ecuación 3, que también muestra que para un valor constante de carga Q, cualquier incremento en la capacitancia dará como resultado la reducción de la diferencia de potencial (V) entre placas del condensador.

Este fenómeno se observa fácilmente cuando se carga un condensador hasta una cierta diferencia de potencial entre sus placas, dando como resultado la colocación de una cantidad dada de carga sobre cada placa. Ahora, si la fuente de alimentación de potencial se desconecta y las placas se ponen más próximas entre si, es fácil medir la disminución en la diferencia de potencial entre las dos placas cuando las placas se mueven más próximas entre sí. Así, como se ha observado anteriormente por la Ecuación 3, cuando las cargas opuestas sobre las dos placas se mueven más próximas entre sí reduciendo la distancia de las placas, la diferencia de potencial (V) entre placas para el valor de carga fijo (Q) se reduce, cuando la capacitancia (C) se incrementa.

La capacitancia eléctrica es una función de la geometría del condensador, material de las placas del electrodo y la permitividad del material dieléctrico entre las dos placas del electrodo. La capacitancia se incrementa con tamaños de placa más grandes, distancia más pequeña entre placas, permitividad más alta del material dieléctrico y el uso de materiales de electrodo de área superficial más alta. Por lo tanto, cuando se carga un condensador mediante una diferencia de potencial constante aplicada entre sus dos placas, y si se coloca entonces un dieléctrico entre estas placas o si las dos placas se llevan más próximas entre sí, entonces la capacitancia y la cantidad de carga sobre cada placa se incrementa. Esto significa que a potencial constante (en energía por unidad de carga) la densidad de carga se incrementa cuando la capacitancia se incrementa. Esto es por lo que históricamente los condensadores se denominaron como condensadores de carga.

La rotura del dieléctrico da como resultado el paso de chispas de electricidad desde un electrodo al otro (a través del dieléctrico) cuando se libera la carga almacenada sobre las placas. Antes de la aparición de la rotura del dieléctrico, si el dieléctrico es un sólido, entonces la acción del campo eléctrico generado entre las placas del condensador provoca el desplazamiento de los centros de las cargas positivas y negativas en el dieléctrico eléctricamente neutro. En la presente invención, un dieléctrico que puede usarse es el deuterio. El núcleo de deuterio, denominado un deuterón, contiene un protón y un neutrón, mientras que el isótopo de hidrógeno de lejos más común, el protio, no tiene neutrones en el núcleo. El protio representa más del 99.98% de todo el hidrógeno de origen natural en los océanos de la Tierra. El agua en la que el deuterio ha sido altamente concentrado con respecto al protio se denomina agua pesada.

Si el dieléctrico es una solución de electrólito, los iones cargados opuestamente dentro del dieléctrico electrólito están libres de moverse, de modo que los iones cargados positivamente se mueven hacia y se concentran sobre y adyacentes al electrodo cargado negativamente, y viceversa. La atracción de iones sobre y adyacentes a la placa del condensador (electrodo) forma una distribución espacial de iones, conocida como una doble capa.

De ese modo, los condensadores rellenos de electrólito se denominan típicamente como condensadores de doble capa eléctrica o EDLC (del inglés "Electric Double Layer Capacitors"). Las elevadas capacitancia es de los EDLC son el resultado de una separación extremadamente pequeña entre las placas de condensador cargadas de estos condensadores internos. En los ciclos de carga de estos condensadores, se atraen cantidades iguales de iones cargados positiva y negativamente en la solución de electrólito (por ejemplo agua salina) hacia las placas de los condensadores, formando dobles capas eléctricas. Los EDLC tienen una capacitancia eléctrica incrementada en comparación con los condensadores regulares como resultado de la formación de estas dobles capas de iones. Un EDLC cargado incluye en efecto dos condensadores internos colocados en serie. En base a la ciencia de los EDLC, una placa de condensador de estos condensadores internos dobles es típicamente un electrodo de área superficial elevada, cargada, altamente conductora. Este electrodo se puede realizar de un material tal como un aerogel de carbono o un compuesto de aerogel de carbono. La otra "placa" es una concentración de iones de polaridad opuesta a la de la carga sobre el electrodo de área superficial elevada, situada sobre y adyacente al electrodo cargado en una disposición de capa doble.

Los aerogeles de carbono son materiales porosos únicos que consisten en partículas de tamaño nanométrico (3-30 nm) interconectadas con pequeños poros intersticiales (<50 nm). Está estructura monolítica (continua) conduce a un área superficial muy alta (400-1100 m2/g) y una conductividad eléctrica alta (25-100 S/c ). La composición química, microestructura y propiedades físicas del aerogel se pueden controlar a escala de nanómetros, dando lugar a propiedades ópticas, térmicas, acústicas, mecánicas y eléctricas únicas. Entre sus muchas aplicaciones, los aerogeles de carbono han hallado uso como materiales de electrodo en dispositivos electroquímicos.

La estructura de poros de los aerogeles es difícil de describir en palabras. La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada ha recomendado una clasificación de los materiales porosos en donde los poros de menos de 2 nm de diámetro son denominados "microporos", aquellos con diámetros entre 2 y 50 nm se denominan "mesoporos", y aquellos mayores de 50 nm de diámetro se denominan "macroporos". Los aerogeles de silicio poseen poros de estos tres tamaños. Sin embargo, la mayoría de los poros caen en el régimen de mesoporos, con relativamente pocos microporos.

El aerogel de carbono utilizado es un material de electrodo ideal para un EDLC debido a su elevada conductividad eléctrica, elevada área superficial específica y distribución de tamaño de poros controlable. La capacitancia se incrementa cuando la distancia entre placas de electrodo disminuye y el área superficial de los electrodos se incrementa. Debido a que los aerogeles de carbono tienen áreas superficiales enormes por unidad de masa o volumen como resultado de los diminutos poros, los investigadores han alcanzado capacitancias tan altas como 104 F/g y 77 F/cm3. Otros materiales adecuados para electrodos de EDLC incluyen el carbón activado (también denominado carbón amorfo consolidado (CAC)), carbón vegetal activado, grafeno, nano tubos de carbono y polímeros tales como el poliaceno.

De acuerdo con un aspecto de la invención, el dieléctrico entre las placas del condensador puede ser un gas elemental tal como gas hidrógeno o deuterio, en lugar de una solución de electrolitos. Cuando se usa un gas dieléctrico de ese tipo, la carga de las placas del condensador produce una polarización parcial de los átomos de hidrógeno individuales, de modo que hay una débil alineación de estos átomos en la dirección del campo eléctrico. Sin embargo, debido al movimiento térmico aleatorio de estas partículas de gas, esta alineación no es completa. Con una intensidad de campo eléctrico incrementada, producida por el incremento de la diferencia de potencial entre placas del condensador, la polarización y la consecuente alineación se incrementa. Una vez que se alcanza la rigidez dieléctrica del gas hidrógeno, la unión entre los electrones y los protones en los átomos de hidrógeno se rompe y se observa una chispa. Esta chispa es el movimiento de electrones cargados negativamente desde algunos de los átomos de hidrógeno hacia la placa cargada positivamente y el movimiento de los núcleos de hidrógeno (protones) cargados positivamente hacia la placa cargada negativamente del condensador. Tras el contacto con el electrodo negativo, los protones ganan un electrón y reconstituyen el átomo de hidrógeno y los electrones son absorbidos por la placa cargada positivamente. Este proceso da como resultado un circuito eléctrico resistivo que permite el flujo de electricidad por partículas de gas ionizado entre placas del condensador. Si la diferencia de potencial entre placas del condensador se reduce de modo que el campo eléctrico entre placas ya ioniza el gas, el flujo de electricidad se detiene.

La cantidad de energía almacenada en un condensador es directamente proporcional a la cantidad de carga y a la diferencia de potencial entre placas. Si la energía almacenada en un condensador se designa como (U) en unidades de julios, entonces: U = (0.5)(Q)(V) (Ecuación 4) Los parámetros y unidades se han definido anteriormente. Adicionalmente, se hace notar que cuando dos condensadores con capacitancias "Cl" y "C2" se colocan en serie, la capacitancia equivalente, o "Ceq" de los dos condensadores conectados, se define por: 1/Ceq = 1/C1 + 1/C2 (Ecuación 5) Esta ecuación muestra que cuando se colocan dos condensadores en serie, la capacitancia equivalente se controla de modo efectivo por el condensador que tenga la capacitancia más baja. Adicionalmente, debido a que la cantidad de carga colocada en los dos condensadores en serie (en este caso indicada como "q") es igual, la diferencia de potencial entre las placas de dichos condensadores individuales indicadas como "VI" y "V2", en base a la Ecuación 3 se define como: VI = q/Cl (Ecuación 6) y V2 = q/C2 (Ecuación 7) y por lo tanto: V1/V2 = C2/C1 (Ecuación 8) La diferencia de potencial total a través de los dos condensadores conectados en serie se indica en el presente documento como V y es: V = VI + V2 (Ecuación 9) Las ecuaciones anteriores y particularmente la Ecuación 8, indica claramente que cuando un condensador con una capacitancia muy grande se conecta en serie con otro condensador con capacitancia muy pequeña, la mayor parte de la diferencia de potencial aplicada a través de los dos condensadores tendrá lugar a través del condensador con la capacitancia más pequeña.

Adicionalmente, se hace notar que un único cuerpo conductor podría verse también como un condensador, suponiendo que la segunda placa se sitúe en el infinito. Como un ejemplo, un único conductor esférico en el espacio libre tiene una capacitancia de: C = 4pe0G (Ecuación 10) en la que e0 es la permitividad en el espacio libre, igual a 8.854E-12 faradios por metro, y 'r' es el radio de la esfera en metros. En este caso se hace notar que si el conductor esférico aislado está completamente inmerso en un dieléctrico con una constante dieléctrica de k, entonces el término de la permitividad e0 en la Ecuación 10 se sustituye por K eo indicando un incremento proporcional en la capacitancia.

Se hace notar también que como regla general, las densidades de carga sobre conductores son más altas cerca de los puntos agudos. Este punto se podría deducir del cálculo de la densidad de carga superficial de un conductor esférico aislado usando las Ecuaciones 3 y 10 y el área superficial de la esfera igual a 4nr2 conduciendo a: s = So V/r (Ecuación 11) en la que s es la densidad de carga en culombios por unidad de área. Aquí también, cuando el conductor esférico único aislado está completamente inmerso en un dieléctrico con una constante dieléctrica de k, entonces el término de permitividad e0 en la Ecuación 11 se sustituye por ks0 indicando un incremento proporcional en la densidad de carga superficial.

La Ecuación 11 muestra que a potencial V constante, cuanto más pequeño sea el radio, mayor será la densidad de carga. En base a la Ecuación 11, se puede deducir también que si se coloca una cierta cantidad de carga sobre una lámina conductora que también tenga un punto elevado agudo, aunque el potencial de todos los puntos sobre la placa será el mismo después de alcanzar unas condiciones de estado estable (dado el hecho de que después de alcanzar el estado estable no hay movimiento de cargas), la densidad de carga en el punto agudo será mucho más alta que en el resto de la placa. Aqui es muy importante hacer notar que la densidad de carga incrementada en los puntos agudos y sobre esferas más pequeñas (comparadas con esferas más grandes) es el resultado de un incremento en la capacitancia por unidad de área superficial en los puntos agudos y sobre esferas pequeñas. Usando ventajosamente este fenómeno, se es capaz de empaquetar cargas en una separación más próxima entre sí al mismo potencial (es decir, la misma tensión). De ese modo, se puede apreciar que los núcleos cargados se pueden empaquetar más próximos entre sí mientras están al mismo nivel de energía por unidad de carga, si se sitúan en puntos agudos y/o pequeñas esferas. Considerando esto, se puede apreciar también que el almacenamiento capacitivo de cargas puede usarse para disminuir las fuerzas repulsivas de Coulomb ent-fe cargas individuales, disminuyendo efectivamente la barrera de Coulomb, como resultado de una capacitancia más alta por unidad de área.

Otro fenómeno físico considerado aquí es el "tunelado de la barrera" tal como se ha definido anteriormente. En combinación con el confinamiento capacitivo de iones y núcleos tal como se describe en el presente documento, el tunelado de la barrera y la dualidad onda-partícula de la materia puede hacer que unos pocos núcleos de entre muchos penetren la barrera de Coulomb de otro, incluso aunque el nivel de energía necesarios es menor que la altura de la barrera. En dicha situación, la probabilidad de tunelado de la barrera (es decir las probabilidades de que cualquier núcleo dado cargado positivamente penetre la barrera de Coulomb de otro núcleo cargado positivamente) es función de la masa de la partícula, ancho de la barrera y la diferencia de energía entre el alto de la barrera y la energía de la partícula. Para un protón que esté electrostáticamente forzado hacia otro protón, siendo constantes todos los restantes parámetros, entonces la diferencia entre la energía del protón y la energía necesaria para superar la barrera de Coulomb gobierna la probabilidad de tunelado de la barrera. Por lo tanto, el número de protones que pasan a través de la barrera en un intervalo de tiempo dado se gobernaría por la diferencia de energía entre cada protón y la barrera de Coulomb. En la presente invención, se propone que la probabilidad de penetración de la barrera de Coulomb se incrementa mediante un confinamiento capacitivo y empaquetado muy próximo de núcleos cargados positivamente dentro de un área pequeña, conduciendo a una disminución de, y eventual penetración de, la barrera de Coulomb.

La FIG. 1 ilustra un dispositivo de acuerdo con la presente invención para confinamiento capacitivo de núcleos, tales como núcleos de deuterón. Tal como se muestra, el dispositivo 10 incluye un electrodo esférico 12 centrado dentro de una carcasa esférica hueca 14. La carcasa 14 encierra un espacio interior 16 coaxialmente centrado alrededor del electrodo esférico 12. Un soporte eléctricamente aislado 18 suspende de modo fijo el electrodo esférico 12 dentro de la carcasa esférica 14. Una capa de confinamiento 20, compuesta de un material de elevada rigidez dieléctrica, se sitúa dentro del espacio interior 16 sobre la superficie más interior de la carcasa esférica 14. Se contiene típicamente un combustible reactivo de fusión tal como agua pesada o gas deuterio dentro del espacio interior 16, entre la capa de confinamiento 20 y el electrodo 12.

Tal como se ilustra, la carcasa esférica 14 es típicamente multicapa, e incluye un plano esférico interior 22, un plano esférico medio 24 y un plano esférico más exterior 26. El espacio interior 16 está formado entre el electrodo esférico 12 y el plano esférico interior 22. La capa de confinamiento 20 se sitúa típicamente sobre la superficie interior del plano espacial interior 22. Una capa interior 30, que aloja típicamente un medio eléctricamente conductor tal como nitruro de boro (que también tiene unas altas propiedades de conducción del calor), se inserta entre el plano esférico interior 22 y el plano esférico medio 24. Se forma una capa exterior 32, que típicamente aloja un medio aislante tal como aceite aislante, entre el plano esférico medio 24 y el plano esférico más exterior 26.

El soporte aislado 18 mantiene el electrodo esférico central 12 en su lugar y puede estar hecho de un material aislante tal como alúmina fundida o cualquier otro material aislante capaz de soportar el calor generado. Esta caña de soporte 18 tiene típicamente un cable eléctrico embebido en ella que conecta el electrodo 12 a la fuente de alimentación.

La capa de confinamiento 20 está hecha típicamente de un material conductor con una elevada rigidez dieléctrica y elevada constante dieléctrica (por ejemplo aerogeles de silicio) con tamaños de orificio o poros del orden de milímetros a micrómetros. Hay un cable eléctrico que pasa a través del soporte aislante 18 que conecta el electrodo esférico 12 a una fuente de alimentación eléctrica en corriente continua, polaridad positiva, de alta tensión (no mostrada). El plano esférico más exterior 26 es típicamente metálico, encierra la capa exterior 32 y se conecta a la tierra eléctrica 34 mediante un cable 36, tal como se muestra.·De ese modo, se presentan interconexiones eléctricas entre la fuente de alimentación eléctrica que conduce al soporte aislante 18, el electrodo esférico 12 y la toma de tierra 34. El plano esférico más exterior metálico 26 también actúa como un medio de intercambio de calor entre el dispositivo 10 y el medio ambiente exterior. De ese modo, se concibe que el dispositivo 10 de la invención se pueda colocar en un contenedor o tanque de agua para la generación de vapor que pueda impulsar una turbina. Alternativamente, el alojamiento de los aparatos puede aceptar agua para la generación de vapor para impulsar una turbina.

El plano esférico más exterior 26 está típicamente equipado con pasos de salida y entrada (no mostrados) que se conectan a la entrada y salida de una bomba, respectivamente. Dicha bomba puede usarse para circular los aceites aislantes de la capa exterior 32, y puede ser parte de un sistema de intercambio de calor y desaireación para estos aceites.

La capa interior 30 tiene múltiples funciones. Primero debería ser no conductora y actuar como un dieléctrico, para permitir la acumulación de iones sin descargar iones al entorno exterior. De ese modo, y en combinación con la capa exterior 32, el grosor de la capa interior 30 se debería determinar en base a la rigidez dieléctrica del material usado y la diferencia de potencial aplicada a través de él. Las capas 30 y 32 juntas deberían limitar las fugas eléctricas o flujo de iones. Segundo, la capa interior 30 funciona como una capa de soporte para la capa de confinamiento 20. En esta función tiene preferiblemente una baja expansión térmica y elevada resistencia mecánica, para soportar las cargas térmicas producidas por las reacciones de fusión que tienen lugar sobre y en la capa de confinamiento 20. La capa interior tiene también preferiblemente una elevada conductividad térmica, para transportar el calor generado al entorno exterior. Como un ejemplo no limitativo, se puede usar nitruro de boro (sinterizado o fundido) para la capa interior 30. La capa interior 30 en algunos casos podría tener también una porosidad interconectada fina, para permitir que los productos de fusión (por ejemplo núcleos de helio generados a partir de la fusión de núcleos de deuterón) fluyan a través de ella, y entren en la capa exterior 32. Esta característica se podría usar en casos en los que los materiales usados para la capa de confinamiento 20 tengan una rigidez dieléctrica extremadamente alta en el intervalo de muchos miles de megavoltios por metro.

La capa exterior 32 es la capa aislante principal y puede estar hecha de aceites de elevada rigidez dieléctrica similares a los usados en transformadores de alta tensión. La capa exterior 32 también tiene múltiples funciones. Por ejemplo la capa exterior soporta la carga principal de aislamiento de los potenciales aplicados al electrodo 12. También transporta el calor generado desde la capa interior 30 al plano esférico más exterior 26, que es la cubierta principal del dispositivo. La capa exterior 32 también permite preferiblemente la transferencia de productos de fusión que pasan desde la capa interior 30 al plano esférico más exterior 26, en donde los productos tal como núcleos de helio pueden ganar un electrón y formar gas helio. Finalmente, la capa exterior 32 permite preferiblemente la retirada de los productos de fusión tal como el gas helio por medios tales como desaireación (aplicación de vacio parcial). Por ejemplo, se puede emplear un circuito de bomba de circulación para circulación y desaireación de los aceites de la capa exterior.

La forma esférica es sólo una forma representativa para el aparato de la presente invención. La forma esférica permite óptimamente todas las características (confinamiento y colisión) requeridas para llevar a cabo el método de la invención. Sin embargo, cualquier forma que forme un espacio confinado que permita que un ánodo expuesto se ponga en contacto con el combustible gaseoso o líquido puede funcionar también para características de confinamiento. Como un ejemplo no limitativo, el electrodo y carcasa y planos interiores y capas pueden ser cilindricos, con forma tórica, o cualquier otra forma compatible con la finalidad pretendida de la invención. Los principios explicados en el presente documento son aplicables a muchas formas cerradas que forman un espacio confinado y que permiten que un ánodo expuesto se ponga en contacto con el combustible gaseoso o líquido, incluyendo formas cilindricas o incluso disposiciones de placas paralelas, siempre que una placa del condensador esté aislada mediante una capa no conductora de acuerdo con las enseñanzas de la invención.

En una realización, ilustrada en la FIG. 2, el espacio interior 16 se puede rellenar con agua pesada (D20) como el combustible reactivo de fusión, y el electrodo esférico 12 puede ser un electrodo de área superficial alta, alta capacitancia eléctrica tal como un electrodo de aerogel de carbono. En esta disposición, si el electrodo 12 se energiza a cualquier nivel de tensión, y las capacitancias de aislamiento eléctrico de las capas no conductoras 20, 30 y 32 son suficientemente altas para impedir cualquier intercambio apreciable de carga eléctrica entre el espacio interior 16 y el entorno exterior, entonces habrá un crecimiento del potencial eléctrico dentro del agua pesada en el espacio interior 16. Este potencial eléctrico incrementado en el espacio interior 16 será debido a la recogida de iones de polaridad opuesta a la carga suministrada al electrodo 12. En consecuencia, si el electrodo 12 se carga positivamente tal como se ilustra, entonces los iones positivos se recogerán sobre y en la cercana proximidad a la capa de confinamiento 20. Este fenómeno se debe al desequilibrio de cargas impuesto sobre la solución de electrolito.

Observando aún la FIG.2, cuando el electrodo esférico central 12 se carga positivamente, entonces se atraen iones negativos al electrodo 12 desde el agua pesada. Estos iones cargados negativamente se recogerán sobre y en la cercana proximidad al electrodo 12, tal como se ilustra, formando una doble capa eléctrica. El desequilibrio en la distribución de cargas en la solución de electrolito en el espacio interior 16, provocada por la atracción de sus iones negativos al electrodo 12, dará como resultado la repulsión de los iones positivos (iones D+) del líquido y su recogida en la superficie de la capa de confinamiento 20 próxima al borde exterior de la solución de electrolito en el espacio interior 16. Esto da como resultado la formación de dos condensadores en serie. El primero de estos condensadores, denominado como el condensador interior interno 41 que tiene una capacitancia de "Cl", se forma entre el electrodo 12 y la capa doble de iones recogidos sobre y en la cercana proximidad a él, y el segundo condensador, denominado como el condensador interior externo 42 con capacitancia de "C2", se forma por los iones recogidos sobre y en la cercana proximidad de la capa de confinamiento 20 y las cargas inducidas sobre la superficie interior del plano esférico más exterior 26 metálico. Las capas 20, 30 y 32 sirven como el dieléctrico entre estas dos placas de condensadores. El área superficial disponible del condensador interno interior 41 será alta, y la separación de cargas será extremadamente pequeña, dando como resultado una capacitancia mucho más alta en comparación con el condensador interno exterior 42.

La cantidad de carga movida sobre el electrodo esférico central 12 está gobernada por la capacitancia equivalente de los dos condensadores asi formados. Como resultado, cuando el condensador interno interior 41 y el condensador interno exterior 42 se conectan entre si en serie a través del electrólito en el espacio interior 16 entre ellos, la capacitancia equivalente del sistema, "Ceq", definida por la Ecuación 3 (1/Ceq = 1/C1 + 1/C2), será muy baja y próxima al valor pequeño "C2" del condensador interno exterior 42. Adicionalmente, en base a la Ecuación 6 (V1/V2 = C2/C1) y la Ecuación 7 (V = VI + V2), y también en base a la gran diferencia entre la capacitancia "Cl" del condensador 41 y la capacitancia "C2" del condensador 42, la mayoría de cualquier potencial aplicado al electrodo 12 se asentará a través del condensador interno exterior 42 y solamente una fracción muy pequeña de él se asentará a través del condensador interno interior 41. En consecuencia, habrá una diferencia de potencial muy pequeña entre el electrodo 12 y la solución de electrólito en el espacio 16. Esto significa que tenemos ahora un condensador entre los iones positivos en la capa 20 y los electrones en la superficie interior 26 de la carcasa 14.

Como un ejemplo numérico, si el electrodo 12 está hecho de aerogel de carbono y se coloca en el espacio 16, que se rellena con agua pesada (D20), su capacitancia y por lo tanto la del condensador interno interior 41 se puede suponer que es del orden de 10 faradios. Ahora, si la capacitancia del condensador interno exterior 42 es del orden de 50.0 micro-micro faradios (mmE), la capacitancia equivalente del condensador hidro-electroquimico equivalente en base a la Ecuación 3 seria, para todas los finalidades prácticas = 50 mmE. Por lo tanto, si el potencial aplicado al electrodo 12 es de 10 voltios, en base a la Ecuación 1 (C = Q / V) la carga que se moverla sobre el electrodo 12 seria igual a 500 E-12 culombios. Ahora con referencia a la Ecuación 4 (VI = q/Cl) y la Ecuación 5 (V2 = q/C2), y tomando nota de que la carga en ambos de estos condensadores es igual, se hace evidente que el potencial asentado a través del condensador interno exterior 42 será prácticamente igual a 10 voltios y el potencial asentado a través del condensador interno interior 41 será de 50.0 E-12 voltios, que es extremadamente pequeño y prácticamente despreciable. Por ello, se supone correctamente que no tiene lugar ninguna reacción de electrodo entre el electrodo central 12 y el agua pesada que lo rodea en el espacio interior 16 hasta que la diferencia de potencial entre ellos alcanza alrededor de un voltio, entonces se podría concluir que se podría aplicar un potencial muy grande de hasta 200E+09 voltios al electrodo 12 sin reacciones en el electrodo. Esto significa que hasta que el potencial que se aplica al electrodo 12 alcance 200E+09 voltios, la diferencia de potencial entre el electrodo 12 y el electrolito 16 no se aproximará a la tensión requerida para efectuar reacciones en el electrodo y no se producirá gas oxigeno sobre la superficie del electrodo 12 que interfiera con la operación del dispositivo. Dicha distribución de diferencias de potencial entre un electrodo de alta capacitancia colocado en un electrólito y colocado en un contenedor aislado se ha confirmado experimentalmente como se informa en la solicitud de Patente anteriormente referenciada de Estados Unidos Publicada n° 2012/0097541. Estos ensayos han mostrado un potencial despreciable entre el electrodo de alta capacitancia y el electrólito que lo rodea mientras que todo el potencial aplicado se midió entre el electrolito y la toma de tierra eléctrica.

En otra realización de la invención, el espacio interior 16 se puede rellenar con un gas elemental tal como gas hidrógeno o deuterio, y el electrodo 12 puede ser un electrodo metálico, de baja capacitancia, Con esta realización, las distribuciones de potenciales entre los dos condensadores 41 y 42 estarán mucho más próximas entre si, tal como se puede deducir del mismo razonamiento usado para el caso anterior del electrólito. Esto significa que si suponemos que la capacitancia del electrodo 12 metálico, de baja capacitancia (capacitancia del condensador interno interior) es de 1.0 mmE para un diámetro de aproximadamente 2 centímetros y que la capacitancia del condensador interno exterior sea de 50 ppF, entonces si aplicamos 100 voltios al electrodo 12 (con respecto a tierra), entonces la diferencia de potencial entre el electrodo 12 y el gas que lo rodea será de aproximadamente 98 voltios, y la diferencia de potencial entre el gas y la tierra eléctrica será ligeramente menor de 2 voltios. De ese modo, en este escenario, si el electrodo 12 se carga a un elevado potencial, la diferencia de potencial entre el electrodo 12 y el gas deuterio que lo rodea en el espacio interior 16 tendrá lugar a relaciones mucho más altas del potencial aplicada al electrodo 12. En esta forma, si el potencial aplicado al electrodo 12 es positivo, el potencial requerido para provocar la ionización de parte de los átomos de gas será mucho más bajo. Para el ejemplo anterior, y suponiendo que el diámetro del electrodo 12 sea de dos centímetros, mediante la aplicación de un potencial positivo que supere aproximadamente 21,000 voltios, la diferencia de potencial entre el electrodo 12 y el gas que lo rodea alcanzará por encima de 20,000 voltios dando como resultado una intensidad de campo eléctrico de 2000 voltios/mm que es el potencial necesario para provocar la ionización del gas hidrógeno. Este proceso puede provocar que electrones de los átomos de hidrógeno sean absorbidos por el electrodo central 12, y la repulsión de los núcleos cargados positivamente de los mismos átomos al borde exterior del espacio interior 16 y sobre la capa de confinamiento 20 cuando el potencial aplicado es suficientemente alto para provocar una ionización suficiente del gas en el espacio 16 y la rotura del gas dieléctrico. Bajo esta condición, y con la aplicación de potenciales que superen 21000 voltios, habrá una concentración de iones positivos formados en la capa de confinamiento 20 que forma una primera placa del condensador interno exterior 42, siendo la segunda placa las cargas inducidas sobre la superficie interior del plano esférico más exterior 26, actuando las capas 20, 30 y 32 como el dieléctrico entre estas dos placas de condensadores. Se ha de hacer notar también que la ionización del gas hidrógeno podría tener lugar también a tensiones más bajas, si la superficie del electrodo 12 se recubre con catalizadores tales como platino negro.

Con esta configuración, cuando se aplica al electrodo 12 una diferencia de potencial muchos órdenes de magnitud más allá del potencial de ionización del gas hidrógeno, el condensador interno exterior 42 formado en la capa de confinamiento 20, que tiene una capacitancia aproximada por la Ecuación 10, se cargará a su vez a un potencial que difiere del potencial aplicado al electrodo 12 solamente por el potencial requerido para romper la rigidez dieléctrica del gas en el espacio 16, dado que el electrodo no actuará ya como un condensador y será un elemento resistivo en este circuito. Se hace notar aquí que debido al grosor considerable de las capas interior y exterior 30 y 32, incluso considerando valores típicos de las constantes dieléctricas para los materiales que alojan, la capacitancia de un único condensador esférico de placas en la capa de confinamiento 20 (incluso si está totalmente aislado) será bastante próxima a la capacitancia del condensador esférico 42.

Para ambas realizaciones anteriores, tanto si el espacio interior 16 se llena con un electrólito tal como agua pesada o un gas tal como deuterio, la penetración de los núcleos cargados positivamente congregados en los pasos de poros u orificios de la capa de confinamiento 20, dará como resultado una densidad de carga más alta que los iones que no penetran estos poros u orificios, tal como se indica por la Ecuación 11.

Tal como se ilustra en la FIG. 3, los núcleos cargados positivamente 50 pueden quedar estrechamente empaquetados dentro de los poros y orificios 54 del material 52, tal como calcio-cobre-titanio, que componen la capa de confinamiento. Como un ejemplo, si el potencial aplicado al electrodo 12 en cualquier caso es del orden de 60,000 voltios más alto que la tensión de ruptura del gas en el espacio 16, y el diámetro de los orificios 54 son del orden de 0.5 milímetros, y si el material 52 de la capa de confinamiento 20 tiene una constante dieléctrica de 1250 (titanato de bario con una rigidez dieléctrica que se supone supera los 120 MV/m), la densidad de carga en estos pasos 54 (en base a la Ecuación 11) será tal que la separación entre los núcleos 50 será del orden de 3.47 angstroms que es 6.55 veces el radio de Bohr. Esto es, bajo dichas condiciones la separación entre dos núcleos será casi sólo 6.55 veces la distancia típica entre el electrón y los núcleos del átomo de hidrógeno. Dado que la separación entre núcleos cargados positivamente será más pequeña con niveles de tensión incrementados, se puede apreciar que con potenciales aplicados más altos, la separación entre iones cargados positivamente 50 será menor. Con este sistema, la probabilidad de que un núcleo penetre la barrera de Coulomb de otro será más alta con el potencial aplicado incrementado y con poros de diámetro más pequeño, dando como resultado el incremento de la probabilidad de la fusión nuclear y liberación de energía de fusión.

La FIG.4 ilustra dos núcleos, dentro de las condiciones de empaquetado próximo creadas por el dispositivo y método de la presente invención, en el proceso de fusión. Tal como se indica, el empaquetado próximo de los núcleos cargados positivamente se incrementa mediante un incremento en la tensión y mediante los poros y pasos de la capa de confinamiento, conduciendo a una probabilidad más alta de que se supere la barrera de Coulomb y tengan lugar reacciones de fusión. La fusión de los núcleos crea productos de reacción de la fusión tales como helio y rayos gamma, tal como se ilustra.

La densidad de carga superficial más alta producida por la penetración de núcleos cargados positivamente en los poros/orificios de pequeño diámetro de la capa de confinamiento 20 tiene lugar debido a que cada poro u orificio se convierte en un condensador esférico o semiesférico por sí mismo. En cada poro/orificio, la capacitancia por unidad de área se incrementa con la reducción del tamaño del poro/orificio. De ese modo, con la reducción del tamaño del poro/orificio, la densidad de carga resultante por unidad de área superficial será más alta (C/A = K s0/r para un condensador esférico de placa única aislado inmerso en un material dieléctrico con una constante dieléctrica de K). Como resultado, la densidad de carga con un potencial constante será también más alta con tamaños de poro/orificios más pequeños. Si la Ecuación 11 (s = e0 V/r) se modifica para tener en cuenta el efecto de la constante dieléctrica del material de la capa de confinamiento 20 (s = Keo V/r), entonces la relación V/r es igual a la intensidad de campo eléctrico en la superficie de la capa de confinamiento 20. El valor máximo que la intensidad de campo eléctrico pueda alcanzar (que es la relación V/r) depende de la rigidez dieléctrica del material usado para la capa de confinamiento 20 (rigidez dieléctrica que se define como la intensidad de campo eléctrico máximo que un material dieléctrico puede soportar antes de que rompa y tengan lugar chispas de descarga entre placas del condensador). Adicionalmente, con una intensidad de campo eléctrico (V/r) dada, cuanto más alta sea la constante dieléctrica K del material, más alta será la capacitancia por unidad de área superficial del condensador formado en cada poro/orificio y más alta será la densidad de carga resultante. En el caso de poros pequeños, si la intensidad del campo eléctrico supera la rigidez dieléctrica del material, el material fallará y se desintegrará.

Dicho de otra manera, una placa del condensador interno exterior 42 puede ser la superficie interior de la capa de confinamiento 20, y la segunda placa puede ser la superficie interior 26 de la carcasa 14. Aquí la densidad de carga sobre la capa 20 estará controlada por la Ecuación 11 modificada (s = Ke0 V/r) en la que "K" es la constante dieléctrica equivalente de las capas 20, 30 y 32, "V" es la tensión del condensador 42 y "r" es el radio del espacio interior 16. Sin embargo, como se ha hecho notar anteriormente, el comportamiento eléctrico de los poros/orificios sobre la superficie de la capa de confinamiento 20 se puede considerar como condensadores de placa única esférica o semiesférica que tengan un diámetro muy pequeño, para los que la densidad de carga se puede calcular también usando la Ecuación 11 modificada (s = Ke0 V/r). En el caso de estos poros, "K" es la constante dieléctrica de la capa de confinamiento 20 y la tensión (V) es el mismo que el del condensador 42, pero "r" es el radio del poro u orificio. De ese modo, mientras que los iones dentro de los poros/orificios estarán a la misma tensión que los iones concentrados sobre la superficie de la capa 20, la densidad de carga dentro de los orificios será más alta que en el exterior de ellos. Dado que el diámetro del poro u orificio se reduce bajo potencial constante aplicado, la densidad de carga y la intensidad de campo eléctrico impuesto sobre el material que constituye la parte exterior del condensador iónico dentro del poro/orificio también se incrementa. Si los orificios o poros se hacen demasiado pequeños, el material de la capa 20 puede desintegrarse bajo la influencia del campo eléctrico generado.

En un nivel teórico, el fenómeno del confinamiento capacitivo de iones puede entenderse también que sucede a través de la formación de "cargas superficiales inducidas" en el dieléctrico. Como se ha hecho notar anteriormente, cuando un dieléctrico sólido se coloca entre las placas de un condensador, la acción del campo eléctrico generado entre estas placas conduce a la polarización del dieléctrico y al desplazamiento en el centro de las cargas positivas y negativas en el dieléctrico, incluso aunque el dieléctrico como un conjunto permanezca eléctricamente neutro. El resultado de esta polarización a nivel atómico conduce a la formación de momentos dipolares y al establecimiento de un campo eléctrico dentro del material que se opone al campo eléctrico original. Esto es equivalente a la formación de lo que se denominan cargas superficiales inducidas con polaridad opuesta con respecto a las cargas en la placa del condensador adyacente a ellas. El efecto de la formación de estas cargas superficiales inducidas de polaridad opuesta próximas a las cargas de las placas del condensador original es disminuir el potencial de las cargas sobre la placa del condensador, permitiéndolas empaquetarse más próximamente. Por lo tanto, cada núcleo cargado positivamente estará a un nivel de energía muy inferior. Dado el empaquetado próximo de los iones sobre la superficie y en los orificios de la capa de confinamiento 20, los núcleos cargados positivamente se comportarán como si su carga fuese mucho menor.

En base a lo anterior, se podría concluir que cuanto más alta sea la rigidez dieléctrica, más alta la constante dieléctrica, y más pequeño el tamaño del orificio del material de la capa de confinamiento, entonces más baja será la energía potencial de las cargas individuales, dando como resultado el empaquetado más próximo a una tensión dada. Realmente, esto es equivalente a la reducción de las fuerzas repulsivas de Coulomb entre estos núcleos, dando como resultado que se requiera una energía más baja para superar la barrera de Coulomb. Debido a esta disminución de la altura de la barrera de Coulomb (es decir disminución de la cantidad de energía necesaria para superar la barrera de Coulomb), se incrementa la probabilidad de un tunelado de la barrera con éxito resultante de colisiones producidas por la energía cinética térmica natural de estas cargas.

Aquí se hace notar que para tener un proceso de fusión con éxito, la tasa de reacción habrá de ser controlada. De ese modo, es preferible que la combinación de tamaño de poro en la capa de confinamiento 20 y la tensión aplicada al electrodo 12 sea tal que la tasa de tunelado de la barrera sea suficientemente baja de modo que el calor y las tensiones mecánicas y térmicas generadas sean manejables por la estructura del aparato. Esto es, no sería un buen diseño de ingeniería si el potencial eléctrico para un tamaño de poro dado se incrementa a un nivel en el que el calor generado daña la estructura del dispositivo. También, es preferible que el calor generado se pueda utilizar para la generación de vapor. Una opción para la recuperación del calor generado puede ser la colocación del aparato completo en un contenedor de agua, en el que el agua se calienta a través de la superficie exterior de la carcasa 14.

Adicionalmente, para que este proceso continúe durante periodos extendidos, los productos de la fusión necesitan ser retirados de los poros de la capa de confinamiento 20. Esto se puede llevar a cabo deteniendo la operación y vaciando el dispositivo. En el caso de un material de rigidez dieléctrica extremadamente alta que limite el grosor de la capa de confinamiento 20, el material de la capa interior 30 se puede elegir de modo que tenga poros mucho más grandes en comparación con los poros de la capa de confinamiento 20. En esta forma, los productos de fusión (por ejemplo núcleos de helio) pueden migrar gradualmente, y penetrar en la capa interior 30, y a continuación continuar para moverse al exterior a la capa exterior 32. Tras el contacto con el plano esférico más exterior 26, cada uno de estos núcleos de helio positivamente cargado ganará un electrón y cambiará a gas helio, que se puede retirar cuando los aceites aislantes de la capa exterior 32 se hacen circular mediante la acción del sistema de bombeo y extracción de gas.

Dado lo anterior, y debido a que los condensadores son dispositivos de almacenamiento de energía, se puede postular también que se puede impartir energía cinética a núcleos individuales cargados positivamente, y que entonces se puede "disparar" o impulsar en otro modo estos núcleos hacia núcleos circunscritos sobre la capa de confinamiento. Este disparo de núcleos a la capa de confinamiento puede ser otro medio de derrumbar la barrera de Coulomb. Esto es, cargando pulsos y disparando núcleos cargados positivamente desde el electrodo 12 hacia los núcleos confinados en la capa de confinamiento 20 puede aumentarse la probabilidad de penetración de la barrera de Coulomb. Véase la FIG.5, que es un gráfico que muestra pulsos de alta tensión administrados a lo largo del tiempo para generar y acelerar núcleos hacia la capa de confinamiento. La carga de pulsos del electrodo 12 con tensiones muy altas (solo limitados por la rigidez dieléctrica de las capas aislantes) más allá de las tensiones usadas para formar la distribución de cargas de alta densidad en y sobre la capa 20, se puede usar como un medio para acelerar iones positivos desde la superficie del electrodo central 12 hacia los iones concentrados en los límites exteriores del espacio interior 16. La carga de impulsos proporciona así un medio para penetrar la barrera de Coulomb mediante el uso de energía de impacto entre iones.

Es importante hacer notar que, una vez que el condensador interno exterior 42 está completamente cargado, no habrá campo eléctrico generado hacia el espacio interior 16 por las cargas en la capa de confinamiento 20. Por lo tanto, las cargas sobre la capa de confinamiento no resistirán los núcleos disparados a ellas, de modo que no existirá fuerza repulsiva de Coulomb y por ello no habrá una barrera de Coulomb para superar. Dicho de otra manera, el electrodo 12 y la capa de confinamiento 20 pueden constituir condiciones de potenciales como en un generador electrostático clásico, concebido por Lord Kelvin y utilizado como un acelerador por R. J. Van der Graaff. Como resultado, cuando se coloca sobre el electrodo 12 cierta cantidad de cargas positivas, independientemente de la cantidad de cargas presentes en la capa 20, el potencial de las cargas sobre el electrodo 12 será más alto que sobre la capa 20. De ese modo, si la rigidez dieléctrica del gas en el espacio interior 16 se supone que está en una cantidad dada indicada por "P", cuando el potencial aplicado al electrodo 12 supera el valor de "P", el gas ahora ionizado en el espacio interior 16 permitirá que cualquier carga añadida al electrodo 12 fluya a la capa 20 hasta que el potencial de las cargas en la capa 20 se aproxime al potencial del electrodo 12 menos "P". Una vez que se alcanza esta diferencia de potencial, se detendrá el flujo de cargas desde el electrodo 12 hacia la capa 20.

Como un ejemplo no limitativo, los potenciales mostrados en la FIG.5 pueden ser un potencial base de 10 kV, y una carga de impulsos que puede suministrarse hasta 100 kV. En este momento, si la diferencia de potencial necesaria para iniciar la ionización y el flujo de iones es de 20 kV, las cargas en la capa 20 se mantienen a un potencial mínimo de 30 kV, y el pulso de carga se realiza hasta 80 kV más alta (100 kV), entonces cuando se aplica el pulso de carga durante una cantidad de tiempo suficiente (equivalente a digamos aproximadamente 5 constantes de tiempo), el potencial de las cargas en la capa de confinamiento 20 se incrementará hasta que la diferencia de potencial entre estas cargas y el potencial impuesto al electrodo 12 alcance 20 kV. En este punto, no hay ninguna ionización adicional del gas en el espacio interior 16. Al final de este pulso de carga, el potencial de las cargas en la capa 20 será de 80 kV (100-20). Ahora, si el potencial impuesto al electrodo 12 se hace caer a 10 kV, habrá ahora una diferencia de potencial de 70 kV entre cargas en la superficie 20 y el electrodo 12, provocando el flujo de los núcleos en la capa 20 al electrodo 12. Si se permite un tiempo suficiente, por ejemplo alrededor de 10 constantes de tiempo, para esta descarga, el potencial de las cargas en la capa 20 caerá gradualmente a aproximadamente 30 kV, en cuyo momento el gas en el espacio 16 ya no estará ionizado dado que la diferencia de potencial entre cargas en la capa 20 y el electrodo 12 será de nuevo 20 kV y se detendrá el flujo inverso de cargas. Se podría repetir entonces el ciclo de impulsos de carga seguido por la descarga.

En base a lo anterior, se puede apreciar que los núcleos disparados desde el electrodo 12 están actuando bajo una diferencia de potencial que facilita su movimiento hacia cargas presentes en la capa 20 y no se oponen a ellas. En otras palabras, no habrá ahora repulsión entre estas cargas, es decir la barrera de Coulomb en la dirección desde el electrodo central 12 hacia la capa de confinamiento y fusión 20 efectivamente no existirá.

Para reducir la probabilidad de que sucedan colisiones entre los iones disparados y moléculas de gas no ionizadas aún presentes en el espacio interior 16, se debería limitar el número de moléculas/partículas totales del gas disminuyendo la presión en el espacio interior 16. Esto se puede llevar a cabo creando un vacío en el espacio interior dentro de la carcasa hueca antes de llenarla con una cantidad suficiente de combustible de reacción de fusión para llevar a cabo el proceso, siendo la cantidad necesaria determinada por la tasa de reacción de fusión pretendida. Esto es, para afectar a una tasa dada de reacción de fusión, el número de átomos de gas totales en el espacio interior 16 deberla ser aproximadamente igual al número total de núcleos confinados en, y en los poros de, la capa 20 con el potencial máximo aplicado. Como un ejemplo no limitativo, el combustible reactivo de fusión puede estar a una presión predeterminada que varie desde aproximadamente 0.0001 a aproximadamente 0.1 Torr.

Cuando el potencial aplicado al electrodo 12 se incrementa bruscamente, y en una manera de impulsos (tal como en una forma de onda cuadrada como se muestra en la FIG.5) con una cierta alta tensión más allá de la tensión de corriente continua en estado estable aplicado previamente a él, cada átomo de isótopo de hidrógeno que contacta con el electrodo 12 se energizará y su núcleo obtendrá una energía potencial igual a la carga del núcleo del átomo (igual a 1.60217653xl0-19 culombios) veces la tensión. Los valores de energía potencial alcanzados por cada núcleo podrían alcanzar fácilmente muchos MeVs, superando los valores de energía citados típicamente como requeridos para la penetración de la barrera de Coulomb, como una función de los potenciales aplicados. Los núcleos de isótopos de hidrógeno cargados se acelerarán entonces hacia la capa de confinamiento 20 con casi igual energía cinética dentro del vacío relativo en el espacio 16. Si una de dichas partículas cargadas colisiona con cualquier núcleo sobre y en los poros de la capa de confinamiento 20, su energía de colisión estará muy próxima a la energía potencial obtenida en el electrodo 12. Debido a que los núcleos sobre y en los poros y orificios de la capa 20 estarán fijos y también mostrando una carga equivalente mucho más baja, y debido a que el campo eléctrico generado por estas cargas apuntará hacia el exterior desde el espacio interior 16, dichas colisiones no tendrán que superar las fuerzas repulsivas de Coulomb. Como resultado, la probabilidad de fusión entre estos núcleos será mucho más alta que si se disparasen las partículas una hacia la otra en el espacio libre.

Debido a que la invención desvelada en el presente documento se basa en condensadores, la tasa de flujo de iones es una función de la Constante de Tiempo del circuito. Como la Constante de Tiempo se define como una capacitancia multiplicada por resistencia (RC), la tasa de transferencia de iones será más alta si la Constante de Tiempo es más baja. Adicionalmente, se hace notar que dado que el sistema de disparo de núcleos contemplado es básicamente un circuito resistencia/capacitancia (RC), las corrientes generadas se podrían maximizar incrementando la frecuencia de los pulsos de tensión. Las frecuencias operativas esperadas suben hasta e incluyendo los intervalos de frecuencias de radio.

La presente invención propone que si se confinan capacitivamente en un contenedor aislado núcleos de isótopos de hidrógeno densamente empaquetados, positivamente cargados se repelerán naturalmente entre si y se acumularán sobre la periferia, o capa de confinamiento 20, del volumen interior del contenedor. La combinación de este fenómeno con una capa de confinamiento que tenga la superficie con orificios o poros de diámetro muy pequeño para que los núcleos entren y se confinen en el interior, proporciona un empaquetado extremadamente compacto de núcleos cargados. Además, estos núcleos pueden ser disparados por cargas de pulsos desde el electrodo central, proporcionando una alta probabilidad de fusión nuclear.

La invención puede incluir el proceso de confinamiento capacitivo de iones hidratados de polaridad positiva en una capa dieléctrica, que forman el borde exterior del liquido que contiene iones mediante absorción capacitiva de iones de polaridad opuesta a un electrodo también colocado en la solución que contiene iones, formando asi dos condensadores en serie. Adicionalmente, la invención enseña que la manipulación de la densidad de carga y de la tensión de los iones capacitivamente confinados sobre la capa dieléctrica se puede llevar a cabo controlando la relación de la capacitancia del condensador formado en el electrodo de absorción de iones y del condensador formado por los iones confundidos en la capa dieléctrica, y una segunda placa de los iones confundidos y la capa dieléctrica que está en el exterior del liquido y dieléctrico, y por una tensión aplicado entre dicho electrodo y tierra. El liquido se puede sustituir por un gas, y el electrodo se puede sustituir por un electrodo de baja capacitancia, dando como resultado asi el desprendimiento de electrones desde el gas y la formación de un circuito resistivo para la transferencia de iones a la superficie del dieléctrico que forma el borde exterior del gas. La invención enseña también el proceso de uso de variaciones de tensión de alta frecuencia y las propiedades inherentes de un circuito RC formado entre el electrodo central de baja capacitancia, el gas como un combustible de reacción de fusión y la capacitancia del condensador formado en la capa de aislamiento que forma el borde exterior del contenedor, para incrementar la intensidad de la corriente de iones y los iones disparados a los iones confundidos.

Cálculo de rendimiento - Se presenta a continuación una estimación conservadora y aproximada del rendimiento potencial de un dispositivo de generación de energía de fusión en base a esta invención, y con una vista puesta en las FIGS. 1 y 2. Suposiciones: Diámetros del electrodo 12 = 18 mm; Diámetro de la superficie 20 = 20 mm; Potencial de corriente continua base aplicado = 85 kV; Potencial de impulsos = 100 kV; Voltaje mínimo sobre la capa 20 = 90 kV; Voltaje máximo sobre la capa 20 = 95 kV; Material de la capa 20: titanato de bario con una constante dieléctrica de 1250 y rigidez dieléctrica de 120 MV/m y con orificios sobre la superficie interior que tengan un diámetro de aproximadamente 0.67 mm.

En base a los parámetros anteriores supuestos y la ecuación 11 modificada, la densidad de carga media sobre la capa 20 será de aproximadamente 1.3275 culombios por metro cuadrado, equivalente a 8.3E+18 núcleos individuales de isótopo de hidrógeno positivamente cargados por metro cuadrado con una separación media de 3.47 angstroms. Ahora, si suponemos una corriente generada de 10 amperios y si suponemos que la fusión tendrá lugar por cada impulso directo a un núcleo vibrando térmicamente con un área equivalente de aproximadamente 20E-24 metros cuadrados, se podría esperar que de cada 6135 iones disparados desde el electrodo 12 hacia la superficie 20, habrá una incidencia. Esto da como resultado un promedio de aproximadamente 800E+15 incidencias por segundo, dando como resultado una energía de salida promedio de 2.18 MW dado que se supone que cada incidencia produciría 17 megaelectronvoltios de energía (reacción D-T). La entrada de energía máxima calculada en base al potencial de onda pulsante de 15 kV y una corriente de un amperio es de 15 kW. Esto significa que el rendimiento se podía estimar sobre 145. Se remarca aquí que este cálculo es una estimación indicada con propósitos demostrativos y que el diseño requerido y las condiciones de operación no están optimizados.

Aunque la presente invención se ha ilustrado mediante la descripción de las realizaciones y ejemplos de la misma, no se pretende restringir o limitar en cualquier forma el alcance de las reivindicaciones adjuntas a dichos detalles. Ventajas adicionales y modificaciones serán fácilmente evidentes para los expertos en la téenica. En consecuencia, se pueden realizar separaciones de dichos detalles sin apartarse del alcance de la invención.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (20)

REIVINDICACIONES

1. Un aparato para la penetración de la barrera de Coulomb, que comprende: a) un electrodo; b) una carcasa hueca que encierra un espacio interior alrededor del electrodo; c) una capa de confinamiento fabricada de un material de elevada rigidez dieléctrica, situada la capa de confinamiento dentro del espacio interior sobre la superficie interior de la carcasa; d) un combustible reactivo de fusión contenido dentro del espacio interior; e) una fuente de alimentación eléctrica de corriente continua, polaridad positiva, alta tensión; y f) interconexiones eléctricas para la conexión de la fuente de alimentación eléctrica al electrodo, y para la conexión de la carcasa hueca a la toma de tierra.

2. El aparato según la reivindicación 1, en el que el electrodo y la carcasa hueca son esféricos, estando el electrodo centrado dentro de la carcasa hueca.

3. El aparato según la reivindicación 2, que comprende adicionalmente un soporte aislado eléctricamente que suspende de modo fijo el electrodo esférico dentro de la carcasa esférica, en el que la carcasa esférica es multicapa e incluye un plano esférico interior, un plano esférico medio y un plano esférico más exterior y en el que se forma el espacio interior entre el electrodo esférico y el plano esférico interior, la capa de confinamiento se sitúa sobre la superficie interior del plano esférico interior, se forma una capa interior entre el plano esférico interior y el plano esférico medio y se forma una capa exterior entre el plano esférico medio y el plano esférico más exterior.

4. El aparato según la reivindicación 3, que comprende adicionalmente un medio no conductor contenido dentro de la capa interior; y un medio aislante contenido dentro de la capa exterior.

5. El aparato según la reivindicación 1, en el que la capa de confinamiento tiene una pluralidad de pequeños poros u orificios sobre la superficie de la misma.

6. El aparato según la reivindicación 5, en el que la capa de confinamiento está fabricada de un material no conductor que tiene preferiblemente tamaños de poro u orificio en el intervalo de escala de milímetros a micrómetros.

7. El aparato según la reivindicación 1, en el que el electrodo está hecho de un material que proporciona una elevada área superficial, elevada capacitancia eléctrica y en el que el combustible reactivo de fusión es agua pesada.

8. El aparato según la reivindicación 7, en el que el electrodo está hecho de un material de aerogel de carbono.

9. El aparato según la reivindicación 1, en el que el electrodo se compone de un material de baja capacitancia.

10. El aparato según la reivindicación 1, en el que el combustible reactivo de fusión es cualquier gas adecuado como un combustible de fusión.

11. El aparato según la reivindicación 1, en el que el combustible reactivo de fusión es agua pesada.

12. El aparato según la reivindicación 1, en el que el combustible reactivo de fusión está a una presión predeterminada desde aproximadamente 0.0001 a aproximadamente 0.1 Torr.

13. Un método de confinamiento de núcleos con la finalidad de penetración de la barrera de Coulomb, comprendiendo el método: a) proporcionar una capa de confinamiento fabricada de un material de elevada rigidez dieléctrica, revistiendo la capa de confinamiento un espacio interior dentro de la carcasa hueca; b) rellenar el espacio interior con un combustible reactivo de fusión; y c) cargar el electrodo asentado dentro de la carcasa con una fuente de alimentación eléctrica de corriente continua, polaridad positiva, alta tensión, en el que la carcasa tanto encierra el espacio interior como se centra alrededor del electrodo, produciendo la carga del electrodo el confinamiento y empaquetado de núcleos cargados sobre la capa de confinamiento.

14. El método según la reivindicación 13, en el que la carcasa hueca es multicapa y esférica, incluyendo la carcasa un plano esférico interior, un plano esférico medio, y un plano esférico más exterior, y en el que se forma el espacio interior entre el electrodo esférico y el plano esférico interior, se forma una capa interior entre el plano esférico interior y el plano esférico medio y se forma una capa exterior entre el plano esférico medio y el plano esférico más exterior.

15. El método según la reivindicación 13, que incluye adicionalmente la etapa de carga de pulsos repetidos del electrodo con alta tensión siguiendo la etapa de carga inicial, mediante la que se disparan electrones hacia la capa de confinamiento.

16. Un aparato para confinamiento capacitivo de núcleos como un medio de penetración de la barrera de Coulomb, que comprende: a) un electrodo esférico; b) una carcasa hueca multicapa esférica que encierra un espacio interior coaxialmente centrado alrededor del electrodo esférico, en el que la carcasa esférica incluye un plano esférico interior, un plano esférico medio y un plano esférico más exterior, y en la que se forma el espacio interior entre el electrodo esférico y el plano esférico interior, se forma una capa interior entre el plano esférico interior y el plano esférico medio y se forma la capa exterior entre el plano esférico medio y el plano esférico más exterior; c) soporte eléctricamente aislado que suspende el electrodo esférico de modo fijo y concéntricamente dentro de la carcasa esférica; d) una capa de confinamiento fabricada de un material de elevada área superficial, situada la capa de confinamiento dentro del espacio interior sobre la superficie interior del plano esférico interior; e) un combustible reactivo de fusión contenido dentro del espacio interior; f) un medio no conductor contenido dentro de la capa interior; g) un medio aislante contenido dentro de la capa exterior; h) una fuente de alimentación eléctrica de corriente continua, polaridad positiva, alta tensión; e i) interconexiones eléctricas para la conexión de la fuente de alimentación eléctrica entre el electrodo esférico y la toma de tierra.

17. El aparato según la reivindicación 16, en el que la capa de confinamiento está fabricada de un material no conductor que tiene una pluralidad de pequeños poros u orificios sobre la superficie del mismo, siendo los tamaños de los poros/orificios del orden de milímetros a micrómetros.

18. El aparato según la reivindicación 16, en el que el electrodo esférico está hecho de un material que proporciona una elevada área superficial, elevada capacitancia .eléctrica y en el que el combustible reactivo de fusión es agua pesada.

19. El aparato según la reivindicación 18, en el que el electrodo esférico está hecho de un material de aerogel de carbono.

20. El aparato según la reivindicación 16, en el que el electrodo y la carcasa y planos interiores y capas, en lugar de ser esféricos, tienen cualquier forma que forme un espacio confinado que permita a un ánodo expuesto ponerse en contacto con el combustible gaseoso o líquido, incluyendo formas cilindricas.