WO2013098432A1 - Nuclear fusion reactor - Google Patents

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José Luis GONZÁLEZ DÍEZ
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Abstract

Nuclear fusion reactor, with a vessel (20) that has a fusion chamber (21) where fusion takes place, and a plurality of chambers (2, 4, 6) through which a fluid flows, which chambers are separated from one another by shielding walls (3, 5). The reactor also has a containment wall (10) surrounding the vessel (20), fluid-pumping equipment, equipment for treating the fluids circulating via the vessel (20), equipment for controlling the pressure in the fusion chamber (21), a dispenser that provides fuel to the inside of the fusion chamber (21), and a plurality of laser equipment (17) for impacting the fusion products within the fusion chamber. The nuclear reactor is used for fusion of deuterium-tritium, deuterium-deuterium, hydrogen-hydrogen, and for the total conversion of material to energy.

Description

REACTOR NUCLEAR DE FUSIÓN  NUCLEAR FUSION REACTOR
CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
La presente invención pertenece al campo técnico de la energía nuclear, y más concretamente a la producción de energía nuclear de fusión. En particular, la presente invención se refiere a un reactor nuclear de fusión "limpio", de mínima contaminación, de deuterio-tritio, de deuterio-deuterio, de hidrógeno-hidrógeno, y de conversión total de materia en energía. The present invention belongs to the technical field of nuclear energy, and more specifically to the production of nuclear fusion energy. In particular, the present invention relates to a "clean" nuclear fusion reactor of minimal contamination, deuterium-tritium, deuterium-deuterium, hydrogen-hydrogen, and total conversion of matter into energy.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN BACKGROUND OF THE INVENTION
Los desafíos de la energía y del cambio climático imponen una profunda transformación de nuestras sociedades. Será preciso modificar nuestros modos de vida altamente consumidores de energía para satisfacer las necesidades de nueve mil millones de habitantes, población prevista en el año 2050; cambiar nuestros hábitos de producción; y nuestras costumbres de consumo. Prepararse a largo plazo supone explorar las posibilidades de numerosas tecnologías que están aún en los laboratorios. Se confirma lo que se ha dicho con frecuencia, que el riesgo cero no existe, y una parte considerable de la población interpreta que los reactores nucleares son máquinas peligrosas. Por ello, se estima que deben realizarse estudios con nuevos escenarios. The challenges of energy and climate change impose a profound transformation of our societies. It will be necessary to modify our livelihoods that are highly energy consuming to meet the needs of nine billion inhabitants, a population expected in 2050; change our production habits; and our customs of consumption. Preparing for the long term means exploring the possibilities of numerous technologies that are still in the laboratories. It is confirmed what has been said frequently, that zero risk does not exist, and a considerable part of the population interprets that nuclear reactors are dangerous machines. Therefore, it is estimated that studies with new scenarios should be carried out.
Tenemos que aceptar que en la naturaleza existen fuerzas que están fuera de nuestro control, que pueden arruinar nuestras economías, y que muestran un carácter destructivo posiblemente mayor que ciertos accidentes nucleares. Evidentemente, no se deberían construir reactores nucleares en zonas sísmicas, aunque estén diseñados para aguantar terremotos de unas características determinadas. La IAEA ha informado que en la fecha del accidente nuclear de Fukushima había 88 plantas nucleares situadas en zonas sísmicas activas, de un total de 442 centrales existentes en el mundo.  We have to accept that in nature there are forces that are beyond our control, that can ruin our economies, and that show a destructive character possibly greater than certain nuclear accidents. Obviously, nuclear reactors should not be built in seismic zones, even if they are designed to withstand earthquakes of certain characteristics. The IAEA has reported that at the date of the Fukushima nuclear accident there were 88 nuclear plants located in active seismic zones, out of a total of 442 existing plants in the world.
Asimismo, desde el Centro de Seguridad Sísmica Internacional de IAEA se informa que las agencias de regulación nuclear deberán examinar los riesgos de tsunamis en plantas nucleares en la zona del Pacífico y posiblemente en otros océanos. Aunque las compañías eléctricas realizan estimaciones de terremotos y tsunamis en base a estudios geológicos de la zona, siempre existe la posibilidad de que cualquier experiencia del pasado pueda ser superada en el futuro. Likewise, the IAEA International Seismic Security Center reports that nuclear regulatory agencies should examine the risks of tsunamis in nuclear plants in the Pacific area and possibly in other oceans. Although power companies make estimates of earthquakes and tsunamis based on Geological studies of the area, there is always the possibility that any past experience can be overcome in the future.
Así pues, el accidente de Japón ha puesto en duda la opción nuclear. Tanto más cuanto que este accidente se ha producido, como en el caso del accidente de TMI, en 1979, en un país tecnológico con muchos ingenieros. Existe la opinión bastante generalizada de que no se puede aceptar la repetición de este tipo de accidentes por más tiempo, por lo que algunos países han decidido modificar su política energética radicalmente.  Thus, the accident in Japan has questioned the nuclear option. All the more so since this accident has occurred, as in the case of the TMI accident, in 1979, in a technological country with many engineers. There is a fairly widespread opinion that the repetition of these types of accidents cannot be accepted for a longer period of time, which is why some countries have decided to radically modify their energy policy.
Dos retos para el futuro, aumentar las fuentes de energía y reducir hasta donde sea prácticamente posible la contaminación ambiental; en nuestro caso, con reactores nucleares avanzados y con tecnologías limpias.  Two challenges for the future, increase energy sources and reduce environmental pollution to the extent possible; in our case, with advanced nuclear reactors and clean technologies.
En cuanto a energía nuclear de fisión, en el momento actual, el elemento más importante para la producción de energía nuclear de fisión es el uranio que se presenta en la naturaleza, generalmente, con números másicos 234, 235 y 238. La composición porcentual es como sigue: uranio 238, 99.274; uranio 235, 0.720; uranio 234, 0.0055. De estos isótopos, el uranio 235 es el más utilizado en la generación de este tipo de energía. Otros nucleidos fisionables son el uranio 233 y el plutonio 239 que se obtienen a partir del torio 232 y del uranio 238, respectivamente.  As for nuclear fission energy, at the present time, the most important element for the production of nuclear fission energy is uranium that occurs in nature, usually with mass numbers 234, 235 and 238. The percentage composition is as follows: uranium 238, 99,274; uranium 235, 0.720; Uranium 234, 0.0055. Of these isotopes, uranium 235 is the most used in the generation of this type of energy. Other fissile nuclides are uranium 233 and plutonium 239, which are obtained from thorium 232 and uranium 238, respectively.
En la fisión de un núcleo de uranio 235 se produce una liberación de energía de aproximadamente 200 MeV, es decir, 32 pJ. Así pues, la energía liberada en el proceso de fisión de una masa determinada de uranio 235 equivale aproximadamente a tres millones de veces la energía producida por la combustión de la misma masa de carbón. La fisión de 1.08 kg de material fisil produce aproximadamente una energía térmica de 1 ,000 MW.d. In the fission of a nucleus of uranium 235 there is an energy release of approximately 200 MeV, that is, 32 pJ. Thus, the energy released in the fission process of a given mass of uranium 235 equals approximately three million times the energy produced by the combustion of the same mass of coal. The fission of 1.08 kg of fissile material produces approximately a thermal energy of 1, 000 MW.d.
Los tipos de reactores nucleares de fisión más utilizados son los siguientes: PWR, BWR, GCR, HWMR y FBR, entre otros. The types of nuclear fission reactors most used are the following: PWR, BWR, GCR, HWMR and FBR, among others.
La fisión nuclear sufre las consecuencias de ser considerada como una fuente de energía sucia, peligrosa y limitada. En efecto, esta energía genera desechos radiactivos que no se sabe que hacer con ellos; los reactores que producen esta energía pueden sufrir serios accidentes; y el uranio y plutonio que se utilizan como combustibles, no son ¡limitados, y se pueden emplear en la producción de bombas nucleares.  Nuclear fission suffers the consequences of being considered a dirty, dangerous and limited source of energy. In effect, this energy generates radioactive waste that is not known to do with them; the reactors that produce this energy can suffer serious accidents; and the uranium and plutonium that are used as fuels, are not limited, and can be used in the production of nuclear bombs.
No existe al presente mecanismo alguno que pueda llevar un reactor nuclear de fisión a una explosión atómica. El uranio que se utiliza generalmente en los reactores nucleares térmicos y epitérmicos puede ser natural o enriquecido en uranio 235. Cuando el combustible nuclear se empieza a calentar en el proceso de fisión, la sección eficaz de absorción del uranio 238 aumenta y por ello disminuye la multiplicación neutrónica, lo que constituye un efecto autolimitador. Las bombas nucleares se fabrican con material altamente enriquecido de uranio 235 para evitar el citado efecto Doppler. En las etapas de diseño ya se han tomado las debidas precauciones para que no se produzcan configuraciones de masas supercríticas. En realidad no es fácil hacer una bomba nuclear. There is currently no mechanism that can take a nuclear fission reactor to an atomic explosion. The uranium that is generally used in the thermal and epidermal nuclear reactors can be natural or enriched in uranium 235. When nuclear fuel begins to heat up in the fission process, the effective absorption section of uranium 238 increases and therefore the neutron multiplication decreases, which constitutes a self-limiting effect. Nuclear bombs are manufactured with highly enriched material of uranium 235 to avoid the aforementioned Doppler effect. In the design stages, proper precautions have already been taken so that supercritical mass configurations do not occur. It is not really easy to make a nuclear bomb.
La liberación de medios radiactivos producidos durante un accidente nuclear es el primer problema que debe tratarse. Estos productos pueden producir daños por exposición a la radiación, por inmersión en la nube o corriente de agua radiactivas movidas por el viento o el mar. Los efectos de esta radiación, según su intensidad y tiempo exposición, podrían dar lugar a enfermedades e incluso muertes. Por ello, se utilizan barreras para evitar la salida de los productos radiactivos al exterior.  The release of radioactive media produced during a nuclear accident is the first problem that must be addressed. These products can cause damage due to radiation exposure, immersion in the cloud or radioactive water current moved by wind or sea. The effects of this radiation, depending on its intensity and exposure time, could lead to illness and even death. Therefore, barriers are used to prevent the release of radioactive products abroad.
Cuando el sistema de refrigeración del reactor sufre una rotura lo suficiente grande de tal forma que el contenido del refrigerante no puede mantenerse por el sistema de alimentación normal, se tiene un LOCA. Para disminuir los efectos de este accidente las centrales nucleares están dotadas de sistemas de seguridad apropiados. Si estos sistemas funcionan adecuadamente en un LOCA, no debe esperarse un daño no previsto al público. When the reactor cooling system suffers a sufficiently large rupture such that the content of the refrigerant cannot be maintained by the normal feeding system, there is a LOCA. To reduce the effects of this accident, nuclear power plants are equipped with appropriate security systems. If these systems work properly in a LOCA, no damage expected to the public should be expected.
Una opinión general es que una posible fusión de núcleo podría traer graves consecuencias al público. Por esta razón una de las mayores preocupaciones es el tratar de evitar este tipo de accidentes. Se cree que una posible fusión parcial del núcleo podría llevar a la fusión total del mismo con liberación de los productos radiactivos a tierra o al mar. También puede originarse fallo por sobrepresión de la contención por los gases no condensables liberados en la contención en la fusión del núcleo. En este proceso pueden darse condiciones adecuadas para que en un momento dado se produzca una explosión de vapor. A general opinion is that a possible core merger could bring serious consequences to the public. For this reason, one of the biggest concerns is trying to avoid such accidents. It is believed that a possible partial fusion of the nucleus could lead to total fusion of the nucleus with the release of radioactive products to land or sea. Failure due to overpressure of the containment can also be caused by non-condensable gases released in the containment in the fusion of the core. In this process, suitable conditions can be given so that at a given moment an explosion of steam occurs.
Después del núcleo del reactor, la piscina de almacenamiento de combustible gastado, se identifica como la zona con inventario mayor de radiactividad. La falta de refrigeración de la misma por rotura de su estructura por seísmos , tsunamis u otros accidentes; los fallos de los equipos que tienen encomendada función de refrigeración; y la caída de algún elemento pesado en la piscina, son los caminos más probables para que se pueda producir un accidente en la piscina.  After the reactor core, the spent fuel storage pool, it is identified as the area with the largest radioactivity inventory. The lack of cooling of the same by breakage of its structure by earthquakes, tsunamis or other accidents; the failures of the equipment that have entrusted cooling function; and the fall of some heavy element in the pool, are the most likely ways for an accident to occur in the pool.
El gran problema de la energía nuclear de fisión es que los daños al público pueden afectar a varias generaciones en caso de accidente, y en condiciones normales los almacenamientos de sustancias radiactivas suponen una herencia no deseada. Además, los períodos de los radionucleidos solo explican una parte de la historia, pues su actividad se prolonga indefinidamente. The big problem with fission nuclear energy is that damage to the public can affect several generations in the event of an accident, and under normal conditions the Storages of radioactive substances represent an unwanted inheritance. In addition, the periods of radionuclides only explain a part of the story, as their activity continues indefinitely.
En cuanto a la energía nuclear de fusión, actualmente no existe en funcionamiento ningún reactor de fusión para producción de energía eléctrica de alta potencia. Muchos científicos e ingenieros vienen investigando desde hace varias décadas la aplicación de la energía de fusión en el diseño de reactores nucleares como alternativa a las fuentes energéticas para disminuir la dependencia de otras opciones más onerosas, sin embargo, no se han obtenido aún resultados satisfactorios en este sentido. En el entorno científico se estima que un reactor de fusión no necesita diseñarse necesariamente para la generación neta de energía pues existen otras muchas aplicaciones en las que puede representar un medio útil.  As for nuclear fusion energy, no fusion reactor is currently in operation for the production of high power electrical energy. Many scientists and engineers have been investigating for several decades the application of fusion energy in the design of nuclear reactors as an alternative to energy sources to reduce dependence on other more expensive options, however, satisfactory results have not yet been obtained. this sense. In the scientific environment it is estimated that a fusion reactor does not necessarily need to be designed for net power generation as there are many other applications in which it can represent a useful means.
En las reacciones de fusión se forman núcleos más pesados por combinación de núcleos ligeros de determinadas características. La posibilidad de combinación de núcleos ligeros de hidrógeno consigo mismo o con sus isótopos más pesados es baja para su contención a "temperaturas razonables". El deuterio D (1 ,2), sin embargo, tiene mayor probabilidad para reaccionar con él mismo, así como con tritio T (1 ,3) y con helio ligero He (2,3).  In the fusion reactions heavier nuclei are formed by combining light nuclei of certain characteristics. The possibility of combining light hydrogen nuclei with itself or with its heavier isotopes is low for containment at "reasonable temperatures." Deuterium D (1, 2), however, is more likely to react with itself, as well as with tritium T (1, 3) and with light helium He (2,3).
D (1 ,2) + D (1 ,2) > He (2,3) + n(0,1) + 3.27 MeV  D (1, 2) + D (1, 2)> He (2,3) + n (0,1) + 3.27 MeV
D (1 ,2) + D (1 ,2) > T (1 ,3) + p(1 ,1) + 4.03 MeV  D (1, 2) + D (1, 2)> T (1, 3) + p (1, 1) + 4.03 MeV
D (1 ,2) + He (2,3) > He (2,4) + p (1 ,1) + 18.3 MeV  D (1, 2) + He (2,3)> He (2,4) + p (1, 1) + 18.3 MeV
El tritio reacciona fácilmente y rápidamente con el deuterio y aunque existen algunas reacciones del deuterio que generan mayor energía, tienen una probabilidad baja de que se produzcan, como la última reacción citada.  Tritium reacts easily and rapidly with deuterium and although there are some reactions of deuterium that generate more energy, they have a low probability that they occur, such as the last reaction cited.
T (1 ,3) + D (1 ,2) > He (2,4) + n (0,1) + 17.6 MeV  T (1, 3) + D (1, 2)> He (2,4) + n (0,1) + 17.6 MeV
En esta reacción la energía impartida al neutrón es de, aproximadamente, 14 MeV, suficiente para hacer relativista el neutrón.  In this reaction the energy imparted to the neutron is approximately 14 MeV, enough to make the neutron relativistic.
Cuando los neutrones producidos entran en contacto con un moderador que contiene Li (3,6), entonces éste reacciona con los neutrones y produce tritio que puede separarse fácilmente  When the produced neutrons come into contact with a moderator that contains Li (3.6), then it reacts with the neutrons and produces tritium that can be easily separated
Li (3,6) + n (0,1) > Li (3,7) > T (1 ,3) + He (2,4)  Li (3.6) + n (0.1)> Li (3.7)> T (1, 3) + He (2.4)
Para que pueda producirse la fusión se necesitan temperaturas muy altas. Dos núcleos que colisionan deben tener suficiente energía para vencer las fuerzas electrostáticas de repulsión por sus cargas. La temperatura a la que la reacción se convierte en autosostenida se llama temperatura de ignición. A esta temperatura el plasma caliente se mantiene en contacto físico con las paredes de la contención mediante un campo magnético. Esta técnica se denomina fusión por confinamiento magnético, y la energía producida energía de fusión magnética (MFE). Para que se produzca energía debe cumplirse el criterio de Lawson. In order for fusion to occur, very high temperatures are needed. Two colliding cores must have enough energy to overcome electrostatic repulsion forces by their charges. The temperature at which the reaction becomes self-sustaining is called the ignition temperature. At this temperature the Hot plasma is kept in physical contact with the containment walls by a magnetic field. This technique is called magnetic confinement fusion, and the energy produced magnetic fusion energy (MFE). For energy to be produced, Lawson's criteria must be met.
EL proyecto más avanzado de reactor de fusión por confinamiento magnético es el Iter (International termonuclear experimental reactor), situado en Cadarache, Bouches - du-Rhone, Francia, actualmente en construcción, y destinado a reproducir sobre la Tierra la energía del Sol. El coste de este reactor se ha elevado de 5 a 15 mil millones de euros, lo que retrasaría la puesta en marcha, inicialmente prevista para 2016, hasta 2019. The most advanced magnetic confinement fusion reactor project is the Iter (International Thermonuclear Experimental Reactor), located in Cadarache, Bouches-du-Rhone, France, currently under construction, and intended to reproduce the Earth's energy on Earth. The cost of this reactor has risen from 5 to 15 billion euros, which would delay the start-up, initially planned for 2016, until 2019.
Una técnica totalmente diferente para controlar la fusión consiste en crear un plasma reaccionante mucho más denso, confinado en un tiempo mucho más corto que en MFE. Este es el procedimiento de fusión por confinamiento inercial, y la energía obtenida se denomina energía de fusión inercial (IFE). En esta alternativa las condiciones de fusión se obtienen calentando y comprimiendo pequeñas cantidades de combustible, en cápsulas, hasta conseguir la ignición por medio de haces de fotones o partículas cargadas. Se tienen tiempos medios de confinamiento del orden de 10 (-10) segundos y densidades de varios cientos o miles de veces mayores que los cuerpos sólidos normales. La explosión se produce en una cámara de ignición donde se colocan las cápsulas que actúan de blancos, produciéndose el equivalente a una explosión termonuclear de condiciones reducidas. Aunque las condiciones de las ecuaciones de fusión aplicables en la fusión MFE e IFE son equivalentes, así como la posibilidad de disponer de tritio para completar el proceso; sin embargo, los conocimientos y los medios necesarios para llevar a término la producción de energía difieren apreciablemente en ambas tecnologías. En la fusión IFE es necesario alimentar los equipos que envían energía al combustible de los blancos con energía de la red, cuyo consumo puede ser muy elevado, por ello es muy importante conocer la relación entre la energía producida y la energía suministrada. La energía se suministra al combustible por varios medios, como los láseres de estado sólido, láseres KrF, aceleradores de iones ligeros y aceleradores de iones pesados, entre otros.  A totally different technique for controlling fusion is to create a much denser reactive plasma, confined in a much shorter time than in MFE. This is the fusion process by inertial confinement, and the energy obtained is called inertial fusion energy (IFE). In this alternative the melting conditions are obtained by heating and compressing small amounts of fuel, in capsules, until ignition is achieved by means of photon beams or charged particles. There are average confinement times of the order of 10 (-10) seconds and densities several hundred or thousands of times greater than normal solid bodies. The explosion occurs in an ignition chamber where the capsules acting as targets are placed, producing the equivalent of a thermonuclear explosion of reduced conditions. Although the conditions of the fusion equations applicable in the MFE and IFE fusion are equivalent, as well as the possibility of having tritium to complete the process; However, the knowledge and means necessary to complete energy production differ significantly in both technologies. In the IFE merger, it is necessary to power the equipment that sends energy to the fuel of the targets with grid energy, whose consumption can be very high, so it is very important to know the relationship between the energy produced and the energy supplied. Energy is supplied to the fuel by various means, such as solid-state lasers, KrF lasers, light-ion accelerators and heavy-ion accelerators, among others.
Se han investigado dos técnicas en IFE para estudiar los efectos de los láseres sobre los blancos. En los blancos de acción directa la energía de impacto se absorbe en la cápsula diectamente; sin embargo, en los blancos de acción indirecta, la cápsula se introduce en una cavidad, denominada hohlraum, que tiene unas aberturas por donde atraviesan los rayos láser que inciden sobre el combustible de la cápsula. Las dimensiones de las cápsulas son del orden de 1-3 milímetros de diámetro. Two techniques have been investigated at IFE to study the effects of lasers on targets. In direct action targets impact energy is absorbed in the capsule properly; however, in the indirect action targets, the capsule is inserted into a cavity, called hohlraum, which has openings where they pass through the lasers that affect the fuel in the capsule. The dimensions of the capsules are of the order of 1-3 millimeters in diameter.
Uno de los más fascinantes acontecimientos en la historia del desarrollo del láser desde 1960 es el importante incremento en la potencia disponible en los láseres. Puesto que la potencia se define como la energía entregada por unidad de tiempo, cuando se produce un impulso de luz emitido por un láser y la duración del impulso decrece, la potencia (pico de potencia) durante ese tiempo aumenta. El láser pulsado encuentra muchas aplicaciones, y entre ellas el control de la fusión nuclear. El pico de potencia en un láser ha ido aumentando en un factor de aproximadamente 1,000 cada 10 años durante los últimos cincuenta años. Esto se ha debido a varios avances en la tecnología del láser. One of the most fascinating events in the history of laser development since 1960 is the significant increase in the power available in lasers. Since the power is defined as the energy delivered per unit of time, when a pulse of light emitted by a laser is produced and the duration of the pulse decreases, the power (peak power) during that time increases. The pulsed laser finds many applications, and among them the control of nuclear fusion. The peak power in a laser has been increasing by a factor of approximately 1,000 every 10 years during the last fifty years. This has been due to several advances in laser technology.
El primer láser de Maiman tenía una potencia bastante alta con una fuente de luz continua. La posibilidad de obtener altas potencias es consecuencia de la física en que se apoya la operación de un láser. La producción de altas potencias con estos equipos está de acuerdo con la mecánica cuántica en este tipo de aplicación. Según su definición, láser significa: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, lo que implica bombeo de energía en los electrones de los átomos de ciertas sustancias, llamado gain material. Estos átomos pueden estar agrupados en diferentes formas y medios para que los láseres puedan desarrollarse. Cuando se excitan electrones de átomos en un medio, los electrones pueden adquirir energías discretas. Si estos electrones son llevados a niveles cuánticos más elevados pueden retener la energía durante un período de tiempo. Cuando la luz con una determinada longitud de onda pasa cerca de estos, se extrae la energía almacenada por los electrones. Así el electrón cede su energía al paso de los fotones de luz y amplifica el haz.  Maiman's first laser had quite high power with a continuous light source. The possibility of obtaining high powers is a consequence of the physics on which the operation of a laser is based. The production of high powers with this equipment is in accordance with quantum mechanics in this type of application. According to its definition, laser means: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, which involves pumping energy into the electrons of atoms of certain substances, called material gain. These atoms can be grouped in different ways and means so that lasers can develop. When electrons of atoms are excited in a medium, electrons can acquire discrete energies. If these electrons are brought to higher quantum levels they can retain energy for a period of time. When the light with a certain wavelength passes near these, the energy stored by the electrons is extracted. Thus the electron yields its energy to the passage of light photons and amplifies the beam.
En el proceso del Q-switching láser, en lugar de extraer la energía de la luz durante el período de tiempo de bombeo, la energía se extrae en el tiempo que tardan los fotones en circular adelante y atrás varias veces en el recorrido no obstruido entre dos espejos. El proceso se describe en función de un Q-factor, en el lenguaje de energía eléctrica. In the process of laser Q-switching, instead of extracting energy from light during the period of pumping time, energy is extracted in the time it takes for photons to circulate back and forth several times in the unobstructed path between two mirrors The process is described in terms of a Q-factor, in the language of electrical energy.
El primer Q-switched láser fue mostrado en 1961. Este láser entrega impulsos de 100 nanosegundos de duración, con un pico de potencia de aproximadamente 1 MW, un salto en potencia de un factor de 1 ,000 sobre el dispositivo original de Maiman. Desde entonces se han introducido implementaciones en Q-switching en muchos tipos de láseres, particularmente en los que usan cristales de neodimio insertado (Nd:YAG), así como (Nd:glass). Un equipo moderno de este tipo puede entregar impulsos de energía de hasta un julio con una duración de 1 a 10 nanosegundos, con pico de potencia de un gigawatt. Un láser más avanzado es el MOPA, con impulsos de láser de varios julios. The first Q-switched laser was shown in 1961. This laser delivers pulses of 100 nanoseconds in duration, with a peak power of approximately 1 MW, a potential jump of a factor of 1,000 over the original Maiman device. Since then, Q-switching implementations have been introduced in many types of lasers, particularly those that use neodymium crystals inserted (Nd: YAG), as well as (Nd: glass). Modern equipment of this type can deliver energy impulses of up to a July with a duration of 1 to 10 nanoseconds, with a gigawatt peak power. A more advanced laser is MOPA, with laser pulses of several joules.
En 1970, el Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), en California, ha comenzado a desarrollar una serie de láseres cada vez más potentes utilizando la arquitectura MOPA. Este desarrollo viene motivado por la posibilidad de utilizar láseres de alta potencia, de varios cientos de kilojulios, para implosionar cápsulas en instalaciones de fusión de laboratorio, según la técnica conocida como fusión por confinamiento inercial (ICF).  In 1970, the Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), in California, has begun to develop a series of increasingly powerful lasers using the MOPA architecture. This development is motivated by the possibility of using high power lasers, several hundred kilojoules, to implode capsules in laboratory fusion facilities, according to the technique known as inertial confinement fusion (ICF).
El desarrollo láser ICF en LLNL ha durado más de 40 años y ha culminado con la demostración en 2008 de la National Ignition Facility (NIF), de un láser que imparte impulsos de nanosegundos con la energía combinada de 192 haces que producen 4 millones de julios, un billón de veces más energético y potente que el primer Q- switched láser. También han sido desarrollados Gas láseres según una arquitectura MOPA para aplicaciones de alta energía. The ICF laser development in LLNL has lasted more than 40 years and culminated in the 2008 demonstration of the National Ignition Facility (NIF), of a laser that imparts impulses of nanoseconds with the combined energy of 192 beams that produce 4 million joules , a billion times more energetic and powerful than the first Q-switched laser. Gas lasers have also been developed according to a MOPA architecture for high energy applications.
El segundo mayor acontecimiento en el desarrollo de láseres high-peak-power se llevó a cabo en paralelo con la invención del Q-switching. Este desarrollo se conoce con el nombre de mode locking, y los láseres que trabajan con este sistema producen impulsos de una duración más corta de un picosegundo hasta solo unos pocos femtosegundos en algunos casos. Esta técnica ha permitido desarrollar un campo en la óptica dedicado a la utilización de impulsos ultrarrápidos para realizar estudios de física y química. La generación de impulsos ultrarrápidos en mode locking ha desempeñado un papel importante en el desarrollo de láseres de alta potencia. Otro avance significativo en la tecnología mode locked se produjo en 1982 con la invención de Peter Moulton del láser de titanio insertado (Ti:sapphire), cuyas importantes propiedades hacen de él hoy en día, el medio de elección más idóneo para láseres ultrarrápidos.  The second largest event in the development of high-peak-power lasers was carried out in parallel with the invention of Q-switching. This development is known as mode locking, and the lasers that work with this system produce pulses of a shorter duration of a PS up to only a few femtoseconds in some cases. This technique has allowed the development of a field in optics dedicated to the use of ultrafast impulses for physics and chemistry studies. The generation of ultrafast impulses in mode locking has played an important role in the development of high power lasers. Another significant advance in mode locked technology came in 1982 with Peter Moulton's invention of the inserted titanium laser (Ti: sapphire), whose important properties make it today, the most suitable means of choice for ultrafast lasers.
Strickland y Mourou, utilizando la técnica Chirped-Pulse Amplification, o CPA, han mostrado un sistema láser que genera impulsos de picosegundos con una amplificación de potencia de 100 gigawatts, y se han presentado equipos avanzados con potencias que superan un terawatt, para su utilización en el control de la fusión nuclear, lo que ha supuesto un revolución en high-peak-power láseres ultrarrápidos. La pasada década ha visto el desarrollo de la tecnología CPA Ti:sapphire en petawatt-class láseres con impulsos de 20 a 50 femtosegundos en los laboratorios del Japanese Atomic Energy Research Institute, cerca de Kyoto, en Japón; en el Laboratoire d'Optique Appliquée, en Francia; así como en LLNL. Estos sistemas petawatt láser se han utilizado en aceleración de protones y en producción de haces de electrones con energías próximas a los aceleradores de partículas de gran escala. No obstante, los láseres Nd:glass permanecen como el material más idóneo para crear láseres de las más altas potencias. Strickland and Mourou, using the Chirped-Pulse Amplification technique, or CPA, have shown a laser system that generates picosecond pulses with a power amplification of 100 gigawatts, and advanced equipment with powers exceeding a terawatt has been presented, for use in the control of nuclear fusion, which has led to a revolution in high-peak-power ultrafast lasers. The past decade has seen the development of the CPA Ti: sapphire technology in petawatt-class lasers with pulses of 20 to 50 femtoseconds in the laboratories of the Japanese Atomic Energy Research Institute, near Kyoto, in Japan; at Laboratoire d'Optique Appliquée, in France; as well as in LLNL. These petawatt laser systems have been used in proton acceleration and in electron beam production with energies close to large-scale particle accelerators. However, Nd: glass lasers remain the most suitable material to create lasers of the highest powers.
Recientemente, LLNL en unión con varios socios de U.S., han desarrollado un diseño de una planta de energía IFE, conocida como LIFE (Láser Inertial Fusión Energy), para incorporar todas las tecnologías y materiales disponibles.  Recently, LLNL, in conjunction with several U.S. partners, has developed a design of an IFE power plant, known as LIFE (Inertial Laser Fusion Energy), to incorporate all available technologies and materials.
La fusión puede llevarse a efecto según el concepto convencional descrito (Conventional ICF), o bien, mediante el concepto más avanzado de ignición rápida (Fast Ignitor ICF), cuyo proceso esta aún en fase de investigación en el OMEGA EP petawatt y OMEGA láseres en la Universidad de Rochester y en GEKKO XII láser en el Instituto de Ingeniería Láser en Osaka, Japón.  The fusion can be carried out according to the conventional concept described (Conventional ICF), or, by means of the most advanced concept of fast ignition (Fast Ignitor ICF), whose process is still under investigation in the OMEGA EP petawatt and OMEGA lasers in the University of Rochester and GEKKO XII laser at the Institute of Laser Engineering in Osaka, Japan.
Existen dos métodos para producir fusión por impacto de haces de partículas: el blanco estacionario y el blanco no estacionario. La fusión por impacto en blanco estacionario se produce bombardeando un blanco de este tipo o material fusible con partículas rápidas, como por ejemplo, utilizando una corriente de deuterones sobre una pastilla de deuterio. La fusión por impacto sobre blanco no estacionario se lleva a término bombardeando blancos de esta clase de material fusible con partículas rápidas, como por ejemplo, colisionando un haz de de partículas rápidas con otro haz de las mismas características. Estos procedimientos han presentado problemas por la dispersión de las partículas que interaccionan debido a la repulsión de Coulomb. El interés generalizado en reducir los problemas asociados a la emisión de neutrones en instalaciones nucleares de fusión, tales como el daño por radiaciones ionizantes, activación neutrónica, requerimientos de blindajes biológicos, mantenimiento en plantas, y seguridad, ha generado una serie de trabajos de investigación para estudiar las reacciones de fusión que no producen neutrones. Algunos centros, como el Fusión Technology Institute de la Wisconsin-Madison University han considerado varias etapas en el proceso de implantación de combustibles avanzados para la fusión: el ciclo D-T o D-D (primera generación); el ciclo D-He(2,3) (segunda generación) ; y el ciclo He(2,3)-He(2,3) (tercera generación).  There are two methods to produce impact fusion of particle beams: the stationary target and the non-stationary target. Impact fusion in stationary target is produced by bombarding such a blank or fusible material with rapid particles, such as using a deuteron current on a deuterium pill. Impact fusion on non-stationary target is completed by bombarding targets of this kind of fusible material with fast particles, such as colliding a beam of fast particles with another beam of the same characteristics. These procedures have presented problems due to the dispersion of the interacting particles due to the repulsion of Coulomb. The widespread interest in reducing the problems associated with the emission of neutrons in nuclear fusion facilities, such as damage from ionizing radiation, neutron activation, biological shielding requirements, plant maintenance, and safety, has generated a series of research papers to study fusion reactions that do not produce neutrons. Some centers, such as the Fusion Technology Institute of the Wisconsin-Madison University, have considered several stages in the process of implementing advanced fuels for fusion: the D-T or D-D (first generation) cycle; the D-He cycle (2,3) (second generation); and the He (2,3) -He (2,3) cycle (third generation).
Se pueden citar aquí las investigaciones del Lawrence Plasma Physics, con el programa  The investigations of Lawrence Plasma Physics can be cited here, with the program
Dense Plasma Focus (DPF), soportado inicialmente por el Jet Propulsión Laboratory de la NASA, y en otras investigaciones por el Air Forcé Research Laboratory; la fusión Pollywell, con financiación de US Navy; y la máquina Z en el Sandia National Laboratory. Dense Plasma Focus (DPF), initially supported by NASA's Jet Propulsion Laboratory, and in other research by the Air Forcé Research Laboratory; the fusion Pollywell, with US Navy funding; and the Z machine at the Sandia National Laboratory.
Desde otro punto de vista, la fusión nuclear surge a partir de núcleos atómicos ligeros que se unen para formar un átomo más pesado; un proceso que parece presentar ventajas tales como:  From another point of view, nuclear fusion arises from light atomic nuclei that join together to form a heavier atom; a process that seems to have advantages such as:
Cuando se produce la parada del reactor, desaparece el término fuente.  When the reactor stops, the term source disappears.
No existe la posibilidad de fusión del núcleo. There is no possibility of core fusion.
No se necesita un sistema de enfriamiento en caso de parada rápida. A cooling system is not required in case of rapid stop.
El almacenamiento de combustible gastado no es necesario. Storage of spent fuel is not necessary.
No se genera "casi" ningún residuo peligroso, ni de riesgo de proliferación. No "almost" hazardous waste or risk of proliferation is generated.
Se utilizan átomos ligeros, como los isótopos de hidrógeno, que en algunos casos se pueden encontrar fácilmente.  Light atoms are used, such as hydrogen isotopes, which in some cases can be easily found.
No es posible un embalamiento del reactor.  A reactor packing is not possible.
En caso de accidente, se puede detener fácilmente el reactor y no existen problemas de impacto ambiental, o son mínimos.  In the event of an accident, the reactor can be easily stopped and there are no environmental impact problems, or they are minimal.
Seguridad en el suministro de energía, pues no depende de la importación de otros combustibles.  Security in the supply of energy, as it does not depend on the importation of other fuels.
No se necesitan plantas de enriquecimiento, ni reprocesamiento.  No enrichment plants or reprocessing are needed.
No se producen gases contaminantes como en el caso del carbón. No polluting gases are produced as in the case of coal.
Proporciona mucha más energía para un peso dado de combustible que cualquier otra tecnología en uso. It provides much more energy for a given weight of fuel than any other technology in use.
Potencialmente, puede suministrar energía por millones de años.  Potentially, it can supply energy for millions of years.
El coste de producción no sufre por problemas de economía de escala. The cost of production does not suffer from problems of economy of scale.
El coste de la energía del agua y del viento se incrementa después de agotar las zonas óptimas. The cost of water and wind energy increases after exhausting the optimal areas.
Existe una intensa colaboración internacional.  There is intense international collaboration.
Así pues, se puede calificar la energía de fusión, como una energía limpia, segura, pacífica y sin límite. Con un gramo de deuterio contenido en 30 litros de agua de mar, la fusión puede generar tanta energía como 60 barriles de petróleo de 58 litros cada uno.  Thus, fusion energy can be described as clean, safe, peaceful and unlimited energy. With a gram of deuterium contained in 30 liters of seawater, the fusion can generate as much energy as 60 barrels of oil of 58 liters each.
Desde que en 1920 el astrofísico A. Eddington emitise la hipótesis de que la energía del Sol podría venir de la fusión de átomos de hidrógeno, una serie de acontecimientos culminarían con los acuerdos de 1985, en los que Gorbatchev y Reagan dejarían sentadas las bases del proyecto internacional Iter, para producir energía por confinamiento magnético, considerado como uno de los proyectos científicos internacionales más caros, más complejo, más ambicioso y más largo jamás concebido en la historia, pero también el que aporta grandes esperanzas para que la humanidad pueda un día próximo aprovechar las fantásticas promesas de la energía nuclear. Un proyecto que vería su terminación en el año 2027. Since in 1920 the astrophysicist A. Eddington issued the hypothesis that the energy of the Sun could come from the fusion of hydrogen atoms, a series of events would culminate with the 1985 agreements, in which Gorbatchev and Reagan would lay the foundations of the Iter international project, to produce energy by magnetic confinement, considered one of the projects The most expensive, most complex, most ambitious and longest international scientists ever conceived in history, but also the one that brings high hopes for humanity to one day take advantage of the fantastic promises of nuclear energy. A project that would see its completion in 2027.
Técnicamente, en el proyecto Iter, se trata de engendrar campos magnéticos potentes en el entorno de átomos de deuterio y tritio, para conseguir la fusión de los mismos. Al aumentar la presión y la temperatura se forma un plasma inestable semejante al que se tiene en el Sol. En este estado se producen reacciones nucleares con formación de neutrones y altas energías que se utilizan para estabilizar el plasma y generar calor que se convertirá en energía eléctrica mediante los equipos y máquinas térmicas correspondientes. Technically, in the Iter project, it is about generating powerful magnetic fields in the environment of atoms of deuterium and tritium, to achieve their fusion. When the pressure and temperature increase, an unstable plasma similar to the one in the Sun is formed. In this state there are nuclear reactions with neutron formation and high energies that are used to stabilize the plasma and generate heat that will be converted into energy electrical through the corresponding thermal equipment and machines.
Antes de convertirse en una realidad el proyecto Iter, deben resolverse ciertos retos que aún no tienen una solución definitiva, incluyendo el coste actualizado de la construcción de la planta. El primer desafío que debe resolverse es testar la estabilidad del plasma, aunque algunos investigadores opinan que la cuestión más urgente consiste en solucionar los problemas de resistencia de materiales del recinto; si no se resuelven estos problemas el proyecto no habrá servido para nada Además, aunque los átomos de deuterio se encuentran en forma abundante en el agua de mar, los átomos de tritio casi no existen en estado natural. El control del reactor de fusión parece más comprometido que en los reactores de fisión actuales.  Before the Iter project becomes a reality, certain challenges must be resolved that do not yet have a definitive solution, including the updated cost of plant construction. The first challenge that must be solved is to test the stability of the plasma, although some researchers believe that the most urgent question is to solve the problems of resistance of materials of the enclosure; if these problems are not resolved, the project will not have been useful at all. In addition, although the deuterium atoms are abundantly found in seawater, the tritium atoms almost do not exist in their natural state. Fusion reactor control seems more compromised than in current fission reactors.
El plasma se forma como consecuencia del calentamiento de los componentes del material de fusión hasta lograr las condiciones adecuadas para que se produzca dicha reacción. Se trata de un estado muy particular de la materia - ni sólida, ni líquida, ni gaseosa - que se manifiesta a muy altas temperaturas bajo forma de una sopa de electrones y de núcleos atómicos. Son muchas las inestabilidades susceptibles de desestabilizar el plasma y se producen a todas las escalas, desde el plasma entero hasta la escala de partículas. En un plasma se puede observar el equivalente de todas las inestabilidades que se manifiestan en la superficie del Sol. El comportamiento de las partículas alfa es el punto principal de interrogación en cuanto a la estabilidad del plasma. Si la estabilidad no marcha, no se podrá continuar con el proyecto Iter.  Plasma is formed as a result of heating the components of the fusion material until the appropriate conditions for said reaction to occur. It is a very particular state of matter - neither solid, nor liquid, nor gaseous - that manifests itself at very high temperatures in the form of a soup of electrons and atomic nuclei. There are many instabilities that can destabilize the plasma and occur at all scales, from the whole plasma to the particle scale. In a plasma you can see the equivalent of all instabilities that manifest on the surface of the Sun. The behavior of alpha particles is the main point of interrogation in terms of plasma stability. If stability does not work, the Iter project cannot be continued.
La cuestión de los materiales es una de las claves de la fusión controlada. En primer lugar se consideran los materiales que recubren la cara interna de la cámara del plasma. Estas paredes se pueden recubrir con placas de carbono, átomo ligero resistente a los choques térmicos. Pero el carbono tiene dos inconvenientes mayores: se combina fácilmente con el tritio y pierde su conductividad térmica con el tiempo. Por ello, en la reparación del recubrimiento interior del tokamak JET (Joint European Torus) situado en Culham, cerca de Oxford (Gran Bretaña), que ha permanecido un año en parada completa, hasta el mes de agosto de 2011 , las piezas de carbono se han reemplazado por dos materiales: el tungsteno, muy resistente a elevados flujos de potencia, para cubrir el divertor (la parte de abajo de la cámara de fusión), y el berilio, ligero y resistente, para recubrir el resto de la cámara. Su instalación, que constituye una primicia mundial, tendrá que efectuarse con brazos manipuladores para limitar la exposición a las radiaciones. Esta configuración permitirá ensayar la eficacia de de estos materiales para su utilización en otros reactores de fusión. El óxido de berilio es tóxico, por ello las placas deben manipularse bajo atmósfera controlada. Además, este metal alcalinotérreo sufre un ligero fenómeno de erosión por efecto del plasma. The matter of materials is one of the keys to controlled fusion. First, the materials that cover the inner face of the plasma chamber are considered. These walls can be coated with carbon plates, light atom resistant to thermal shocks. But carbon has two major drawbacks: it easily combines with tritium and loses its thermal conductivity over time. Therefore, in the repair of the inner lining of the JET (Joint European Torus) tokamak located in Culham, near Oxford (Great Britain), which has remained a year in full stop, until August 2011, the carbon parts they have been replaced by two materials: tungsten, very resistant to high power flows, to cover the diverter (the bottom of the fusion chamber), and beryllium, light and resistant, to cover the rest of the chamber. Its installation, which constitutes a world first, will have to be carried out with manipulative arms to limit radiation exposure. This configuration will allow testing the effectiveness of these materials for use in other fusion reactors. Beryllium oxide is toxic, so the plates must be handled under a controlled atmosphere. In addition, this alkaline earth metal suffers a slight phenomenon of erosion due to plasma effect.
Los materiales de la estructura también presentan otros problemas por efecto de los neutrones de alta energía, del orden de 14 MeV, frente al espectro de neutrones instantáneos en una reacción de fisión con una mayoría entre 1 y 2 MeV, pero también con neutrones de más de 10 MeV. En estos niveles de energía, los neutrones no solo ocasionan desplazamientos atómicos en los materiales de la estructura, sino que también son fuente de reacciones que producen helio en el seno de estos materiales con formación de microburbujas que pueden dañar los mismos. Actualmente son desconocidos los efectos del bombardeo neutrónico, por ello se ha puesto en marcha el programa IFMIF (International Fusión Materials Irradiation Facility), para ensayar desde el año 2011 hasta el 2018, con un acelerador de partículas, el comportamiento de los materiales frente a neutrones de 14 MeV. The materials of the structure also present other problems due to the effect of high-energy neutrons, of the order of 14 MeV, against the spectrum of instantaneous neutrons in a fission reaction with a majority between 1 and 2 MeV, but also with neutrons of more of 10 MeV. At these energy levels, the neutrons not only cause atomic shifts in the materials of the structure, but are also a source of reactions that produce helium within these materials with microbubble formation that can damage them. The effects of neutron bombardment are currently unknown, so the IFMIF (International Fusion Materials Irradiation Facility) program has been launched, to test from 2011 to 2018, with a particle accelerator, the behavior of materials against 14 MeV neutrons.
Se dice que un litro de agua puede proporcionar tanta energía como una tonelada de carbón. No deja de ser una afirmación sin mucho sentido. En efecto, la reacción de fusión implica la interacción de dos átomos de unas características determinadas y en unas condiciones muy especiales para producir energía. Ahora bien, si se utilizase en el proceso de fusión un átomo de deuterio, que se puede extraer fácilmente del agua del mar, cuya reserva en el planeta es abundante, y otro átomo de deuterio, el problema del combustible quedaría resuelto. Sin embargo, esta reacción no se reproduce con facilidad, aunque se sigue investigando tal posibilidad para obtener una posible solución en el futuro. Por ello, los físicos han optado por la combinación del deuterio y el tritio, ya que estos dos átomos fusionan fácilmente, aunque el tritio es radiactivo, con un período de 12.3 años; y contrariamente al deuterio, el tritio es rarísimo. Se estima que pueden existir solamente 3 o 4 kg de tritio sobre la Tierra y también se encuentra en la alta atmósfera en forma de gas. Los reactores canadienses de tipo CANDU producen tritio como desecho, pero la cantidad disponible, actualmente, por año, no sería superior a 20 kg. Puesto que un reactor de potencia reducida puede requerir anualmente, más de 100 kg de tritio, es evidente que el propio reactor tiene que generar el tritio que necesita para poder funcionar. Este isótopo se formaría a partir de las reacciones de neutrones con litio, material que se debe incorporar en el reactor. Será necesario producir un poco de tritio más que el consumido para poder mantener el funcionamiento del reactor. It is said that a liter of water can provide as much energy as a ton of coal. It is still an affirmation without much meaning. In fact, the fusion reaction involves the interaction of two atoms of certain characteristics and in very special conditions to produce energy. However, if a deuterium atom was used in the fusion process, which can be easily extracted from seawater, whose reserve on the planet is abundant, and another deuterium atom, the fuel problem would be solved. However, this reaction does not reproduce easily, although this possibility is still being investigated to obtain a possible solution in the future. Therefore, physicists have opted for the combination of deuterium and tritium, since these two atoms merge easily, although the tritium is radioactive, with a period of 12.3 years; and contrary to deuterium, tritium is very rare. It is estimated that there may be only 3 or 4 kg of tritium on Earth and it is also found in the high atmosphere in the form of gas. Canadian CANDU-type reactors produce tritium as waste, but the amount available, currently, per year, would not exceed 20 kg. Since a reduced power reactor may require more than 100 kg of tritium annually, it is clear that the reactor itself has to generate the tritium it needs to be able to operate. This isotope would be formed from the reactions of neutrons with lithium, material that must be incorporated into the reactor. It will be necessary to produce a little more tritium than the one consumed in order to maintain the reactor's operation.
Algunos ingenieros del proyecto Iter piensan que así como han surgido dificultades imprevistas en el desarrollo de dicho proyecto, también pueden aparecer buenas sorpresas. Existen científicos y técnicos cualificados que no creen que este tipo de fusión pueda convertirse en una fuente industrial de energía eléctrica en el curso de este siglo. Some engineers of the Iter project think that just as unforeseen difficulties have arisen in the development of said project, good surprises can also appear. There are qualified scientists and technicians who do not believe that this type of fusion can become an industrial source of electrical energy in the course of this century.
Desde 1951 algunos países como Rusia, China y, sobre todo Estados Unidos, han venido considerando el interés de un reactor de fusión-fisión en el que no se pediría a la fusión ser una fuente de energía eficaz, sino una simple fuente de suministro de neutrones que irían a bombardear y excitar el combustible nuclear para producir su fisión, multiplicando la energía generada en un factor de 5 a 10. Since 1951 some countries such as Russia, China and, especially the United States, have been considering the interest of a fusion-fission reactor in which fusion would not be asked to be an effective source of energy, but a simple source of supply of Neutrons that would bomb and excite nuclear fuel to produce their fission, multiplying the energy generated by a factor of 5 to 10.
Existen otras alternativas actuales a los sistemas de fusión por confinamiento magnético (tokamak, stellarator); entre otros, el Láser Megajoule y el proyecto de la Máquina Z, en donde una corriente de 20 millones de amperios circula a través de una red de filamentos metálicos; las densidades y las temperaturas alcanzadas en el plasma formado al fundirse los filamentos crean unas condiciones propicias para la fusión. There are other current alternatives to fusion systems by magnetic confinement (tokamak, stellarator); among others, the Megajoule Laser and the Machine Z project, where a current of 20 million amps circulates through a network of metallic filaments; The densities and temperatures reached in the plasma formed when the filaments melt create conditions conducive to fusion.
Así pues, después de analizar los problemas generados por la energía nuclear de fisión, y las ventajas que ofrece la energía de fusión frente a aquella opción, hemos decidido considerar solamente esta última alternativa. Ahora bien, dentro del campo de la fusión nuclear, también se han expuesto algunos de los grandes retos que tiene planteados el proyecto Iter, de un reactor de fusión que se puede considerar como el proyecto más avanzado en fusión por confinamiento magnético. Por todo ello, hemos estimado oportuno dirigir nuestra invención a la investigación y desarrollo de reactores de fusión por confinamiento inercial con sistemas D-T, D-D, H-H y conversión total. DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Thus, after analyzing the problems generated by fission nuclear energy, and the advantages offered by fusion energy over that option, we have decided to consider only the latter alternative. However, within the field of nuclear fusion, some of the great challenges posed by the Iter project, of a fusion reactor that can be considered as the most advanced fusion fusion project, have also been exposed. Therefore, we have considered it appropriate to direct our invention to the research and development of fusion reactors by inertial confinement with DT, DD, HH and total conversion systems. DESCRIPTION OF THE INVENTION
En el diseño de una planta nuclear deben tomarse las precauciones convenientes para evitar dosis de radiación indebidas al personal y, asimismo, para la protección de los materiales y equipos de las radiaciones. Para solucionar estos problemas se utiliza la atenuación con la distancia y la introducción de blindajes. Existen dos tipos de blindajes en reactores nucleares: el blindaje biológico, que sirve para reducir las exposiciones a la radiación en la proximidad de las fuentes radiactivas; y el blindaje térmico, que se emplea para evitar un calentamiento excesivo de la vasija del reactor. Para poder diseñar un blindaje correcto es preciso conocer las fuentes de radiación. En el caso de reactores nucleares las fuentes de neutrones y de radiación gamma son las más importantes aunque también pueden formarse neutrinos y partículas cargadas, entre otras. La existencia e importancia de cada una de estas fuentes varía según el tipo de reactor. In the design of a nuclear plant, appropriate precautions must be taken to avoid undue radiation doses to personnel and also for the protection of radiation materials and equipment. To solve these problems, attenuation with distance and the introduction of shields are used. There are two types of shielding in nuclear reactors: biological shielding, which serves to reduce radiation exposures in the vicinity of radioactive sources; and thermal shielding, which is used to prevent excessive heating of the reactor vessel. To be able to design a correct shield it is necessary to know the radiation sources. In the case of nuclear reactors, the sources of neutrons and gamma radiation are the most important although neutrinos and charged particles can also be formed, among others. The existence and importance of each of these sources varies according to the type of reactor.
Fuentes de neutrones en los reactores nucleares pueden ser neutrones instantáneos, neutrones diferidos de fisión, neutrones de activación, fotoneutrones, y neutrones procedentes de reacciones. Sources of neutrons in nuclear reactors can be instantaneous neutrons, deferred fission neutrons, activation neutrons, photoneutrons, and neutrons from reactions.
En determinados casos, la desintegración de algunos nucleidos radioactivos puede efectuarse por emisión de un neutrón. Esto ocurre cuando la energía de excitación del núcleo padre excede de la energía de ligadura de los neutrones dentro del núcleo. De hecho, cuando existe este exceso de energía, la emisión de neutrones es la forma más normal de desexcitación.  In certain cases, the decay of some radioactive nuclides can be effected by the emission of a neutron. This occurs when the excitation energy of the parent nucleus exceeds the ligation energy of the neutrons within the nucleus. In fact, when this excess energy exists, neutron emission is the most normal form of de-excitation.
Los fotoneutrones son los neutrones producidos como resultado de las reacciones (γ,η). Este tipo de reacciones tiene una alta energía umbral, superior a 7 eV en la mayoría de los casos. Normalmente, los fotoneutrones, debido a su baja probabilidad de producción no presentan problemas en blindaje de reactores. Los nucleidos que pueden emitir fotoneutrones, y que se pueden presentar en algún estudio más detallado de blindajes, son: D 2, Be 9, C 13 y Li 6. Las energías umbrales para estos isótopos son respectivamente: 2.23, 1.67, 4.9, y 5.3 MeV.  Photoneutrons are the neutrons produced as a result of the reactions (γ, η). This type of reaction has a high threshold energy, greater than 7 eV in most cases. Normally, photoneutrons, due to their low probability of production do not present problems in reactor shielding. The nuclides that can emit photoneutrons, and that can be presented in some more detailed study of shielding, are: D 2, Be 9, C 13 and Li 6. The threshold energies for these isotopes are respectively: 2.23, 1.67, 4.9, and 5.3 MeV.
Se producen neutrones como consecuencia de reacciones de partículas alfa con núcleos de litio, berilio, oxígeno, boro y flúor. Estos elementos se hallan presentes en algunas fuentes de neutrones para uso en experimentación y en el arranque de reactores de fisión. Es preciso tener en cuenta en el blindaje estos neutrones que pueden llegar a energías de 10 MeV. Se pueden considerar las siguientes fuentes de radiación gamma en reactores nucleares: radiación gamma instantánea, radiación gamma diferida de fisión, radiación gamma de captura, radiación gamma de activación, radiación gamma de reacciones, radiación gamma de dispersión inelástica, radiación gamma de aniquilación, y bremsstrahlung. Neutrons are produced as a result of reactions of alpha particles with lithium, beryllium, oxygen, boron and fluorine nuclei. These elements are present in some sources of neutrons for use in experimentation and in the starting of fission reactors. It is necessary to take into account in the armor these neutrons that can reach energies of 10 MeV. The following sources of gamma radiation in nuclear reactors may be considered: instantaneous gamma radiation, deferred gamma fission radiation, capture gamma radiation, activation gamma radiation, reaction gamma radiation, inelastic dispersion gamma radiation, annihilation gamma radiation, and bremsstrahlung.
La captura radiativa de neutrones por núcleos a energías térmicas y epitérmicas produce radiación gamma secundaria, comúnmente llamada radiación gamma de captura. Los rayos gamma procedentes de captura radiativa y los de dispersión inelástica de neutrones se emiten simultáneamente con el proceso de interacción. El núcleo se puede activar también en una interacción neutrónica con un período que puede durar años, emitiendo fotones y otros tipos de radiación. Hay que tomar en consideración la activación de refrigerantes y moderadores además de los materiales estructurales y el propio blindaje, por lo cual hay que estudiar por separado cada uno de los materiales utilizados.  Radiation capture of neutrons by nuclei at thermal and epidermal energies produces secondary gamma radiation, commonly called gamma capture radiation. Gamma rays from radiative capture and inelastic neutron scattering are emitted simultaneously with the interaction process. The nucleus can also be activated in a neutron interaction with a period that can last for years, emitting photons and other types of radiation. It is necessary to take into account the activation of refrigerants and moderators in addition to the structural materials and the shielding itself, so it is necessary to study each of the materials used separately.
En ciertas reacciones de neutrones con núcleos se emite una partícula distinta de un neutrón, acompañada de una emisión de radiación gamma. Así sucede, por ejemplo, en la reacción B 10 (η,α) Li 7. El boro actúa en este caso como un supresor de fotones, ya que se produce radiación gamma de baja energía que desaparece rápidamente, propiedad que también gozan el Li 6 y N 14. In certain reactions of neutrons with nuclei a particle other than a neutron is emitted, accompanied by an emission of gamma radiation. This is the case, for example, in reaction B 10 (η, α) Li 7. Boron acts in this case as a photon suppressor, since low-energy gamma radiation that disappears rapidly occurs, a property that Li also enjoys. 6 and N 14.
Los rayos gamma de dispersión inelástica proceden de la desexcitación del núcleo después de la emisión inelástica del neutrón. Pueden ser importantes en el blindaje y en el núcleo, sobre todo cuando la energía de los neutrones es elevada. Inelastic scattering gamma rays come from dexcitation of the nucleus after inelastic neutron emission. They can be important in the shielding and in the nucleus, especially when the energy of the neutrons is high.
La radiación gamma de aniquilación y bremsstrahlung son de menor importancia que las anteriores, pero la última debe tomarse en consideración cuando se emiten partículas beta de alta energía, como en el caso de absorción de neutrones por el Li 7 que pasa a Li 8 y después se desintegra a Be 8 con emisión de partículas beta de hasta 13 MeV. The gamma radiation of annihilation and bremsstrahlung are of less importance than the previous ones, but the latter must be taken into account when high-energy beta particles are emitted, as in the case of neutron absorption by Li 7 which passes to Li 8 and then It decays to Be 8 with emission of beta particles of up to 13 MeV.
Aparentemente cualquier material podría utilizarse para blindaje, aún los gases tienen cualidades para ello, sin embargo, la baja densidad de estos últimos no parece indicar que sean elementos apropiados. El aire, a pesar de su baja densidad, se emplea con frecuencia como medio de blindaje.  Apparently any material could be used for shielding, even the gases have qualities for it, however, the low density of the latter does not seem to indicate that they are appropriate elements. Air, despite its low density, is often used as a shielding medium.
El agua es un mal atenuador de la radiación gamma pero tiene propiedades excelentes de atenuación frente a los neutrones de energía moderada por su elevado contenido de hidrógeno. Como el oxígeno no tiene capturas de neutrones térmicos y la sección de captura del hidrógeno para neutrones térmicos es baja, con emisión de rayos gamma de 2.2 MeV, la producción de rayos gamma secundarios por el agua es relativamente baja. Water is a poor gamma radiation attenuator but it has excellent attenuation properties against energy-neutral neutrons due to its high hydrogen content. As oxygen has no thermal neutron captures and the hydrogen capture section for thermal neutrons is low, with emission of 2.2 MeV gamma rays, the production of secondary gamma rays by water is relatively low.
El agua no es el medio ideal para el blindaje frente a neutrones rápidos, pero afortunadamente el hierro del acero es bastante efectivo contra este tipo de neutrones y además blinda contra gammas también, aunque no es el medio ideal para esta última clase de blindaje. Así pues, los tanques de acero conteniendo agua pueden realizar un buen blindaje. La pared del tanque más próxima al núcleo de un reactor de fisión eliminará los neutrones rápidos, el agua interior del tanque termalizará los neutrones y capturará algunos de ellos. La pared más alejada del núcleo anulará los rayos gamma de captura.  Water is not the ideal medium for shielding against fast neutrons, but fortunately the iron of steel is quite effective against this type of neutron and also armor against gammas too, although it is not the ideal medium for this last kind of armor. Thus, steel tanks containing water can make a good shield. The tank wall closest to the core of a fission reactor will eliminate fast neutrons, the inside water of the tank will thermalize the neutrons and capture some of them. The wall farthest from the nucleus will nullify the capture gamma rays.
Uno de los mejores materiales para blindaje gamma es el plomo. También podría blindarse esta radiación con uranio pero este elemento es más útil como combustible nuclear que como material de blindaje. El tungsteno es un buen atenuador de la radiación gamma, mejor que el plomo, pero su coste es elevado. El plomo puede utilizarse en zonas de difícil blindaje por otros medios, pero no es un material estructural y por ello debe diseñarse la estructura soporte previamente, salvo en los casos que se extienda sobre el suelo o paredes. Sus propiedades se debilitan a temperaturas por encima de 60 grados centígrados, aproximadamente. Así pues, el plomo debe unirse al acero. El plomo tiene propiedades relativamente pobres frente a los neutrones y produce rayos gamma de 7.4 MeV por captura de neutrones térmicos. Las impurezas del plomo pueden causar importantes problemas de activación.  One of the best materials for gamma shielding is lead. This radiation could also be shielded with uranium but this element is more useful as a nuclear fuel than as a shielding material. Tungsten is a good gamma radiation attenuator, better than lead, but its cost is high. Lead can be used in areas of difficult shielding by other means, but it is not a structural material and therefore the support structure must be designed beforehand, except in cases that extend over the floor or walls. Its properties are weakened at temperatures above 60 degrees Celsius, approximately. Thus, lead must bind steel. Lead has relatively poor properties against neutrons and produces gamma rays of 7.4 MeV per capture of thermal neutrons. Lead impurities can cause significant activation problems.
Por sus propiedades de moderación y como reflector, el grafito se ha utilizado ampliamente en el diseño de reactores. Cuando se emplea en forma pura no muestra apenas rayos gamma secundarios. Due to its moderation properties and as a reflector, graphite has been widely used in reactor design. When used in pure form it does not show only secondary gamma rays.
El hierro se encuentra en los reactores formando parte de las estructuras de acero. Este es un buen material de blindaje por su alta densidad pero presenta ciertos inconvenientes frente a la atenuación neutrónica. El hierro produce rayos gamma secundarios de hasta 10 MeV, la mayor parte de 7.6 MeV. Sus propiedades de blindaje se encuentran entre las del agua y el plomo. La activación del Fe 58 produce Fe 59 con un período de 59 días, con emisión de radiación gamma de 1.5 MeV. Este fenómeno puede originar problemas de acceso al reactor. Los aceros pueden sufrir fragilizacion después de estar sometidos a altos flujos neutrónicos integrados. El hierro presenta una sección eficaz total mínima de 0.15 barn para neutrones de aproximadamente 25 MeV. Esto puede facilitar el paso de este tipo de neutrones en un blindaje, lo que no sucede si se añade algún material como el agua u hormigón, ya que en este caso después de ser moderados los neutrones, son finalmente absorbidos. Iron is found in reactors as part of steel structures. This is a good shielding material due to its high density but it has certain disadvantages in the face of neutron attenuation. Iron produces secondary gamma rays of up to 10 MeV, most of 7.6 MeV. Its shielding properties are between those of water and lead. Activation of Fe 58 produces Fe 59 with a period of 59 days, with gamma radiation emission of 1.5 MeV. This phenomenon can cause problems with access to the reactor. Steels may suffer embrittlement after being subjected to high integrated neutron fluxes. The iron has a minimum total effective section of 0.15 barn for neutrons of approximately 25 MeV. This can facilitate the passage of this type of neutrons in a shield, which does not happen if some material such as water or concrete is added, since that in this case after the neutrons are moderated, they are finally absorbed.
Por la gran sección de absorción del boro 10 para los neutrones térmicos, con liberación de partículas alfa de fácil absorción y radiación gamma de 0.5 MeV que se atenúa con facilidad, se utiliza este material solo o combinado con otros elementos. El agua borada representa una mejora sobre el agua ordinaria.  Due to the large absorption section of boron 10 for thermal neutrons, with release of easily absorbed alpha particles and 0.5 MeV gamma radiation that is easily attenuated, this material is used alone or in combination with other elements. Borated water represents an improvement over ordinary water.
El litio 6 y el nitrógeno 14 también actúan como el boro 10 en la supresión de fotones de captura ya que se emiten partículas alfa en las absorciones de neutrones.  Lithium 6 and nitrogen 14 also act as boron 10 in the suppression of capture photons since alpha particles are emitted in neutron absorptions.
El polvo de tungsteno mezclado con níquel, cobre y hierro ha sido utilizado en aleaciones de alta densidad (18 gr/cm3). Este material tiene mejores propiedades estructurales que el plomo pero puede requerirse el empleo de acero par soportar el tamaño limitado de las piezas de tungsteno. Aunque es mejor que el plomo por unidad de espesor para la atenuación de neutrones, es peor para las producciones secundarias, teniendo el tungsteno un coeficiente de atenuación másico inferior al plomo para la radiación gamma.  Tungsten powder mixed with nickel, copper and iron has been used in high density alloys (18 gr / cm3). This material has better structural properties than lead but the use of steel may be required to support the limited size of tungsten parts. Although it is better than lead per unit thickness for neutron attenuation, it is worse for secondary productions, with tungsten having a mass attenuation coefficient lower than lead for gamma radiation.
El mejor atenuador de neutrones conocido es el hidruro de litio que contiene 12,6 % de peso en hidrógeno, una densidad de 0.78 gr/cm3 y un punto de fusión de 683.5 grados centígrados. Se combina activamente con agua y es de difícil fabricación. Otros materiales de blindaje lo constituyen el uranio 238, que es uno de los mejores atenuadores de los rayos gamma; el polietileno, que por su baja densidad se utiliza en reactores móviles; los vidrios de alta densidad conteniendo plomo, que presentan buenas propiedades ópticas; el hormigón, que es un buen medio de blindaje para todo tipo de radiaciones, como por ejemplo para la absorción de radiación gamma y la atenuación de neutrones; y el suelo ordinario.  The best known neutron attenuator is lithium hydride that contains 12.6% weight in hydrogen, a density of 0.78 gr / cm3 and a melting point of 683.5 degrees Celsius. It is actively combined with water and is difficult to manufacture. Other shielding materials are uranium 238, which is one of the best gamma ray attenuators; polyethylene, which due to its low density is used in mobile reactors; high density glasses containing lead, which have good optical properties; concrete, which is a good shielding medium for all types of radiation, such as gamma radiation absorption and neutron attenuation; and ordinary soil.
Por tanto, para producir una reacción de fusión eficiente y segura con respecto a posibles radiaciones, la presente invención se refiere a un reactor nuclear de fusión, que tiene al menos una vasija de acero en la que se produce la fusión de unas pastillas de combustible, que son las que producirán la fusión. La vasija del reactor está formada por una cámara de fusión en la que se produce la fusión, que está delimitada por una pared interna, por una pluralidad de cámaras por cuyo interior circula fluido, separadas entre sí por respectivas paredes de blindaje, y por una pared externa, que comprende a su vez un recubrimiento de grafito. Las paredes interna y externa, así como las paredes de blindaje presentan aberturas por donde se introducen canalizaciones que permiten la comunicación de la vasija con el exterior para la introducción del combustible, fluidos, y todos los elementos necesarios para que se produzcan las reacciones. Therefore, to produce an efficient and safe fusion reaction with respect to possible radiation, the present invention relates to a nuclear fusion reactor, which has at least one steel vessel in which the fusion of fuel pellets occurs , which are the ones that will produce the fusion. The reactor vessel is formed by a fusion chamber in which fusion occurs, which is delimited by an internal wall, by a plurality of chambers through which fluid circulates inside, separated from each other by respective shielding walls, and by a external wall, which in turn comprises a graphite coating. The internal and external walls, as well as the armor walls have openings where pipes are introduced that allow the vessel to communicate with the outside for the introduction of fuel, fluids, and all the necessary elements for the reactions to occur.
El reactor presenta también al menos una pared de contención la cual rodea la vasija, existiendo entre dicha pared de contención y la pared externa de la vasija un espacio de separación.  The reactor also has at least one retaining wall which surrounds the vessel, there being a separation space between said retaining wall and the outer wall of the vessel.
De forma preferente, la pared de contención está realizada mediante una matriz de resina de epoxi y refuerzo de grafito, o equivalentemente en acero.  Preferably, the retaining wall is made by an epoxy resin matrix and graphite reinforcement, or equivalently in steel.
Adicionalmente, el reactor objeto de la presente invención tiene un equipo de bombeo, para el bombeo de fluidos a la vasija y la circulación de dichos fluidos por ésta, un equipo de tratamiento de fluidos para el tratamiento de los fluidos que circulan por la vasija, un equipo de control de la presión de la cámara de fusión, un dispensador de combustible que proporciona pastillas de combustible al interior de la cámara de fusión, y una pluralidad de equipos láser que inciden en la cámara de fusión sobre las pastillas de combustible. Additionally, the reactor object of the present invention has a pumping equipment, for the pumping of fluids to the vessel and the circulation of said fluids through it, a fluid treatment equipment for the treatment of the fluids circulating in the vessel, a pressure control equipment of the fusion chamber, a fuel dispenser that provides fuel pellets inside the fusion chamber, and a plurality of laser equipment that affect the fusion chamber on the fuel pellets.
De acuerdo con una realización particular de la invención, la pared interna de la vasija puede presentar un recubrimiento sólido, pudiendo ser dicho recubrimiento litio sólido poroso. According to a particular embodiment of the invention, the inner wall of the vessel may have a solid coating, said porous solid lithium coating being able to be.
Alternativamente, la protección adicional de la pared interna de la vasija puede consistir en un recubrimiento líquido.  Alternatively, the additional protection of the inner wall of the vessel may consist of a liquid coating.
Preferentemente, las paredes interna y externa, y las paredes de blindaje de la vasija tienen forma cilindrica en su parte central y forma de casquete esférico en su parte superior e inferior. Preferably, the inner and outer walls, and the shielding walls of the vessel have a cylindrical shape in its central part and a spherical cap shape in its upper and lower part.
En cuanto a los equipos láser que inciden sobre las pastillas de combustible, de forma particular, éstos están dispuestos en la zona superior e inferior de la vasija, y producen incidencia en el interior de una zona cónica de vértice un punto interior de la cámara de fusión, donde se realiza la fusión, y su zona cónica simétrica respecto de dicho punto interior, dirigiendo de esta forma los productos de fusión de las pastillas de combustible a la zona central de la vasija y evitando así el impacto sobre los propios equipos láser.  As for the laser equipment that affects the fuel pellets, in particular, these are arranged in the upper and lower area of the vessel, and produce an interior point of the chamber of the interior of a conical zone of vertex. fusion, where the fusion is carried out, and its symmetrical conical area with respect to said interior point, thus directing the fusion products of the fuel pellets to the central area of the vessel and thus avoiding the impact on the laser equipment itself.
Las reacciones que se pueden llevar a cabo en el presente reactor nuclear de fusión son las siguientes: reacción deuterio-tritio, en la que las pastillas de combustible son de deuterio y de tritio; reacción deuterio-deuterio, en la que las pastillas de combustible son de deuterio, reacción hidrógeno-hidrógeno, en la que las pastillas de combustible son de hidrógeno; y de conversión total de hidrógeno, u otro elemento, u otro compuesto. De acuerdo con aplicaciones particulares de la invención, el reactor nuclear puede tener estructura modular, presentando una pluralidad de vasijas conectadas en línea. The reactions that can be carried out in the present nuclear fusion reactor are the following: deuterium-tritium reaction, in which the fuel pellets are deuterium and tritium; deuterium-deuterium reaction, in which the fuel tablets are deuterium, hydrogen-hydrogen reaction, in which the fuel tablets are hydrogen; and of total conversion of hydrogen, or another element, or another compound. According to particular applications of the invention, the nuclear reactor may have a modular structure, presenting a plurality of vessels connected in line.
DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS DESCRIPTION OF THE FIGURES
A continuación, para facilitar la comprensión de la invención, a modo ilustrativo pero no limitativo se describirá una realización de la invención que hace referencia a una serie de figuras. Next, to facilitate the understanding of the invention, an illustrative but non-limiting way will describe an embodiment of the invention that refers to a series of figures.
La figura 1 es una sección esquemática de una realización de la vasija y pared de contención de un reactor de fusión objeto de la presente invención, que muestra los componentes esenciales.  Figure 1 is a schematic section of an embodiment of the vessel and retaining wall of a fusion reactor object of the present invention, showing the essential components.
La figura 2 representa la sección de una realización particular de la vasija y pared de contención de un reactor de fusión que presenta un recubrimiento sólido en la superficie que recibe el impacto de los productos procedentes de la fusión.  Figure 2 represents the section of a particular embodiment of the vessel and retaining wall of a fusion reactor having a solid coating on the surface that receives the impact of the products from the fusion.
La figura 3 muestra un detalle de la sección del recinto de contención, con indicación de las paredes y zonas de circulación de fluidos. Figure 3 shows a detail of the section of the containment enclosure, indicating the walls and fluid circulation areas.
La figura 4 ilustra el mismo esquema que la figura 3, pero sin revestimientos.  Figure 4 illustrates the same scheme as Figure 3, but without coatings.
La figura 5 corresponde a un reactor con un recubrimiento líquido en la superficie que recibe el impacto de los productos procedentes de la fusión, que además muestra entradas y salidas de tuberías. Figure 5 corresponds to a reactor with a liquid coating on the surface that receives the impact of the products from the fusion, which also shows pipe inlets and outlets.
La figura 6 muestra un detalle de las conexiones de las tuberías y las zonas por donde circulan los fluidos dentro de la vasija.  Figure 6 shows a detail of the connections of the pipes and the areas through which the fluids circulate inside the vessel.
La figura 7 representa la deformación de la pastilla de combustible durante la fusión, y su evolución, como consecuencia del impacto de los rayos láser en un diseño especial del proceso de ignición.  Figure 7 represents the deformation of the fuel pellet during fusion, and its evolution, as a consequence of the impact of the laser beams on a special design of the ignition process.
La figura 8 ilustra la disposición general de una Planta Nuclear con dos reactores de fusión.  Figure 8 illustrates the general layout of a Nuclear Plant with two fusion reactors.
La figura 9 representa esquemáticamente la sección transversal de un reactor de fusión en posición vertical montado sobre la bancada de un barco.  Figure 9 schematically represents the cross section of a fusion reactor in an upright position mounted on the bench of a ship.
La figura 10 muestra la sección de un reactor de fusión en posición horizontal sobre una bancada. Figure 10 shows the section of a fusion reactor in a horizontal position on a bench.
La figura 11 representa el esquema de un reactor de fusión modular formado por cinco vasijas en línea.  Figure 11 represents the scheme of a modular fusion reactor formed by five vessels in line.
La figura 12 ilustra el diseño de una vasija con varias secciones, de un reactor nuclear de fusión. En estas figuras se hace referencia a un conjunto de elementos que son: Figure 12 illustrates the design of a vessel with several sections, of a nuclear fusion reactor. In these figures reference is made to a set of elements that are:
1. pared interna de la vasija del reactor  1. internal wall of the reactor vessel
2. primera cámara de circulación de fluido de la vasija  2. first vessel fluid circulation chamber
3. primera pared de blindaje de la vasija  3. first vessel shield wall
4. segunda cámara de circulación de fluido de la vasija  4. second vessel fluid circulation chamber
5. segunda pared de blindaje de la vasija  5. second vessel shield wall
6. tercera cámara de circulación de fluido de la vasija  6. third vessel fluid circulation chamber
7. recubrimiento de grafito  7. graphite coating
8. pared externa de la vasija del reactor  8. outer wall of the reactor vessel
9. espacio de separación entre la vasija y la contención  9. separation space between vessel and containment
10. pared contención de la vasija  10. vessel containment wall
11. entrada de helio y combustible  11. helium and fuel input
12. salida de helio  12. helium outlet
13. espacio de refrigeración de la zona superior  13. upper zone cooling space
14. espacio de refrigeración de la zona inferior  14. lower zone cooling space
15. primeras bridas de la pared contención  15. first wall containment flanges
16. segundas bridas de la vasija  16. second vessel flanges
17. láseres  17. lasers
18. distribuidor  18. distributor
19. recubrimiento sólido de la vasija  19. solid vessel coating
20. vasija  20. vessel
21. cámara de fusión de la vasija  21. vessel fusion chamber
22. recubrimiento líquido de la vasija  22. liquid coating of the vessel
23. pastillas de combustible  23. fuel pads
P punto interior de la cámara de fusión donde se realiza la fusión  P interior point of the fusion chamber where fusion is performed
DESCRIPCIÓN DE REALIZACIONES PREFERENTES DE LA INVENCIÓN DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS OF THE INVENTION
El objeto de la presente invención es un reactor nuclear de fusión. The object of the present invention is a nuclear fusion reactor.
Tal y como se puede apreciar en las figuras, el reactor nuclear de fusión está formado por al menos una vasija 20 de acero en la que se produce la fusión de unas pastillas de combustible 23, y por al menos una pared de contención 10 que rodea la vasija 20, existiendo entre dicha pared de contención 10 y la pared externa 8 de la vasija 20 un espacio de separación 9. De forma preferente, esta pared de contención 10 está realizada en una matriz de resina de epoxi y refuerzo de grafito. A su vez, la vasija 20 presenta una cámara de fusión 21 en la que se produce la fusión, delimitada por una pared interna 1 , una pluralidad de cámaras 2,4,6 por cuyo interior circula fluido, que están separadas entre sí por respectivas paredes de blindaje 3,5, y una pared externa 8, que comprende a su vez un recubrimiento de grafito 7. Las paredes interna 1 y externa 8, así como las paredes de blindaje 3,5 de la vasija 20 tienen aberturas para la introducción de canalizaciones, las cuales permiten la introducción de las pastillas de combustible 23 y los fluidos necesarios. As can be seen in the figures, the nuclear fusion reactor is formed by at least one steel vessel 20 in which the fusion of fuel pellets 23 occurs, and by at least one retaining wall 10 surrounding the vessel 20, existing between said retaining wall 10 and the outer wall 8 of the vessel 20 a separation space 9. Preferably, this retaining wall 10 is made of an epoxy resin matrix and graphite reinforcement. In turn, the vessel 20 has a fusion chamber 21 in which the fusion occurs, delimited by an internal wall 1, a plurality of chambers 2,4,6 through which fluid circulates inside, which are separated from each other by respective shielding walls 3.5, and an external wall 8, which in turn comprises a graphite coating 7. The internal 1 and external walls 8, as well as the shielding walls 3.5 of the vessel 20 have openings for introduction of pipes, which allow the introduction of fuel pads 23 and the necessary fluids.
Adicionalmente, el reactor objeto de la presente invención tiene un equipo de bombeo, para el bombeo de fluidos a la vasija 20 y la circulación de dichos fluidos por ésta, un equipo de tratamiento de fluidos para el tratamiento de los fluidos que circulan por la vasija 20, un equipo de control de la presión de la cámara de fusión 21 , un dispensador de combustible que proporciona pastillas de combustible 23 al interior de la cámara de fusión 21 a través de la entrada 11 , y una pluralidad de equipos láser 17, los cuales inciden en la cámara de fusión sobre las pastillas de combustible 23. Additionally, the reactor object of the present invention has a pumping equipment, for the pumping of fluids to the vessel 20 and the circulation of said fluids through it, a fluid treatment equipment for the treatment of the fluids circulating in the vessel 20, a pressure control equipment of the fusion chamber 21, a fuel dispenser that provides fuel pellets 23 inside the fusion chamber 21 through the inlet 11, and a plurality of laser equipment 17, the which affect the fusion chamber on the fuel pads 23.
De acuerdo con diferentes realizaciones de la invención, la pared interna 1 de la vasija 20 tiene un recubrimiento para aumentar la protección. Las figuras 2 y 3 muestran una realización del reactor en la que la pared interna 1 de la vasija 20 tiene un recubrimiento sólido 19, que preferentemente estará realizado en litio sólido poroso. Alternativamente, la figura 5 muestra una realización del reactor en la que la pared interna 1 de la vasija 20 tiene un recubrimiento líquido 22. According to different embodiments of the invention, the inner wall 1 of the vessel 20 has a coating to increase protection. Figures 2 and 3 show an embodiment of the reactor in which the inner wall 1 of the vessel 20 has a solid coating 19, which will preferably be made of porous solid lithium. Alternatively, Figure 5 shows an embodiment of the reactor in which the inner wall 1 of the vessel 20 has a liquid coating 22.
Tal y como se puede observar en las figuras, de acuerdo con una realización preferente de la invención, las paredes interna 1 y externa 8, y las paredes de blindaje 3,5 de la vasija 20 tienen forma cilindrica en su parte central, y forma de casquete esférico en su parte superior e inferior.  As can be seen in the figures, according to a preferred embodiment of the invention, the inner and outer walls 1, and the shield walls 3.5 of the vessel 20 have a cylindrical shape in its central part, and shape of spherical cap in its upper and lower part.
De acuerdo con realizaciones particulares de la invención, la pared de contención 10 se une a una estructura soporte mediante primeras bridas 15, mientras que las diferentes cámaras 2,4,6 de la vasija 20 están unidas entre sí mediante segundas bridas 16. According to particular embodiments of the invention, the retaining wall 10 is attached to a support structure by first flanges 15, while the different chambers 2,4,6 of the vessel 20 are joined together by second flanges 16.
Con referencia a los equipos láser, para producir la fusión, preferentemente éstos están dispuestos en la zona superior e inferior de la vasija 20, y además producen su incidencia en el interior de una zona cónica de vértice un punto interior P de la cámara de fusión 21 donde se realiza la fusión, y su zona cónica simétrica respecto de dicho punto interior P, dirigiendo los productos de fusión de las pastillas de combustible 23 a la zona central de la vasija 20. De acuerdo con diferentes aplicaciones del presente reactor, en éste se llevan a cabo las siguientes reacciones de fusión. With reference to the laser equipment, to produce the fusion, preferably these are arranged in the upper and lower zone of the vessel 20, and also produce an interior point P of the fusion chamber inside a conical vertex zone. 21 where the fusion is carried out, and its symmetrical conical area with respect to said internal point P, directing the fusion products of the fuel pads 23 to the central area of the vessel 20. According to different applications of the present reactor, the following fusion reactions are carried out therein.
Reacción de fusión deuterio-tritio, en la que las pastillas de combustible 23 son deuterio y tritio, confinados inercialmente. Deuterium-tritium fusion reaction, in which the fuel pads 23 are deuterium and tritium, inertially confined.
Para dicha reacción el reactor tiene una pared de contención 10, y dentro de la contención 10 se aloja una vasija 20 que tiene en su interior varias cámaras 2,4,6 de forma cilindrica en la zona central y de casquete esférico en la parte superior e inferior. Esta vasija 20 tiene forma modular para facilitar el mantenimiento y en su parte más interior se aloja la cámara de fusión 21 , que incorpora las capas de revestimiento. También incluye otras cámaras y los espacios para los refrigerantes, moderadores y blindajes.  For said reaction the reactor has a retaining wall 10, and within the containment 10 a vessel 20 is housed which has several chambers 2,4,6 of cylindrical shape in the central area and spherical cap in the upper part and lower. This vessel 20 is modular in shape to facilitate maintenance and the fusion chamber 21, which incorporates the coating layers, is housed in its innermost part. It also includes other cameras and spaces for refrigerants, moderators and shields.
La planta se proyecta para producir 1 ,000 megawatts de potencia eléctrica con un rendimiento de conversión termoeléctrica estimado de 33 por ciento, para poder realizar estudios comparativos con otros tipos de centrales nucleares de fisión. De acuerdo con el cálculo efectuado se ha determinado un diámetro de 15 metros de la circunferencia interior de la primera pared de impacto de los neutrones procedentes del centro de la cámara 21 en donde se produce la ignición del combustible (Fig. ). Las dimensiones interiores de la cámara de fusión 21 dependen de la potencia del reactor, del sistema de fusión, de los materiales empleados, de la clase de revestimientos utilizados, del período de vida estimado del reactor y del tipo de aplicación, entre otros factores.  The plant is projected to produce 1,000 megawatts of electrical power with an estimated thermoelectric conversion efficiency of 33 percent, to be able to conduct comparative studies with other types of fission nuclear power plants. According to the calculation made, a diameter of 15 meters of the inner circumference of the first impact wall of the neutrons from the center of the chamber 21 where the ignition of the fuel occurs (Fig.) Has been determined. The internal dimensions of the fusion chamber 21 depend on the power of the reactor, the fusion system, the materials used, the class of coatings used, the estimated life of the reactor and the type of application, among other factors.
El reactor de potencia utiliza cápsulas esféricas de combustible que son suministradas automáticamente por un inyector situado en la parte superior de la cámara, con una secuencia que puede variar de 10 a 15 por segundo, es decir, de 864,000 a 1.29 millones por día, a través de la entrada 11 ; y van dirigidas hacia el centro de la cámara de fusión 21 donde son implosionadas; o mediante un prolongador que contiene un peine con cápsulas situadas en el centro de la cámara 21, o por otro procedimiento equivalente. Estas cápsulas contienen deuterio y tritio, tienen un espesor de 1-3 milímetros y se mantienen a temperaturas suficientemente bajas para que estos elementos se encuentren en estado líquido. Para efectuar la fusión de las cápsulas se utilizan haces de rayos láser procedentes de equipos láser 17 situados en las zonas de los casquetes, u otros procedimientos equivalentes. Estas cápsulas se colocan, generalmente, en el centro de la cámara de fusión, pero puede variarse su posición modificando la dirección de los rayos láser 17 mediante un equipo automático que permite desplazar el punto de impacto, o con otros procedimientos. The power reactor uses spherical fuel capsules that are automatically supplied by an injector located at the top of the chamber, with a sequence that can vary from 10 to 15 per second, that is, from 864,000 to 1.29 million per day, to through entry 11; and they are directed towards the center of the fusion chamber 21 where they are imploded; or by means of a protractor containing a comb with capsules located in the center of the chamber 21, or by another equivalent procedure. These capsules contain deuterium and tritium, have a thickness of 1-3 millimeters and are kept at temperatures low enough for these elements to be in a liquid state. To effect the fusion of the capsules, laser beams are used from laser equipment 17 located in the areas of the caps, or other equivalent procedures. These capsules are generally placed in the center of the fusion chamber, but their position can be varied. modifying the direction of the laser beams 17 by means of an automatic device that allows to move the point of impact, or with other procedures.
El sistema para energizar el combustible está basado en láser-diodos, que permiten emitir haces de rayos de 10 a 15 veces por segundo, indefinidamente. El equipo consta de 400 líneas que pueden producir hasta 4 megajulios. Se considera que tiene un rendimiento del 15% y una ganancia en la fusión de las cápsulas de 60. The system to energize the fuel is based on laser diodes, which allow beams of rays to be emitted 10 to 15 times per second, indefinitely. The equipment consists of 400 lines that can produce up to 4 megajoules. It is considered to have a yield of 15% and a gain in the fusion of the capsules of 60.
Aunque se ha observado en pruebas de implosión de cápsulas muy pequeñas, realizadas aisladamente, que no se producían daños importantes en la primera pared, esta situación varía cuando las cápsulas son grandes y las implosiones muy repetidas, como en el caso de la producción de potencia útil en sistemas de fusión por confinamiento inercial, y, por ello, deben desarrollarse medios para la protección de la cámara de fusión, de los productos de fusión de las cápsulas. Aproximadamente, el 75% de la energía de fusión se produce por neutrones de alta energía, procediendo el resto de la radiación primaria y residuos de los blancos. Así pues, se necesita un medio moderador para convertir la energía cinética del neutrón en energía térmica. Se han utilizado varios materiales para efectuar esta función. En el caso del litio se tienen las siguientes reacciones: Although it has been observed in implosion tests of very small capsules, carried out in isolation, that no major damage occurred in the first wall, this situation varies when the capsules are large and the implosions very repeated, as in the case of power production useful in inertial confinement fusion systems, and, therefore, means for the protection of the fusion chamber of capsule fusion products must be developed. Approximately 75% of the fusion energy is produced by high-energy neutrons, with the rest of the primary radiation and white residues. Thus, a moderating means is needed to convert the kinetic energy of the neutron into thermal energy. Several materials have been used to perform this function. In the case of lithium you have the following reactions:
Li(3,6) + n(0,1) > He(2,4) + T(1 ,3) Li (3.6) + n (0.1)> He (2.4) + T (1, 3)
Li(3,7) + n(0,1) > He(2,4) + T(1 ,3) + n(0,1) Li (3.7) + n (0.1)> He (2.4) + T (1, 3) + n (0.1)
Como se puede observar, el Li(3,7) permite evitar la pérdida de neutrones, produciendo, además, tritio. Esta última reacción tiene una energía umbral de 4 MeV y una sección eficaz más baja que la reacción del Li(3,6). En caso de moderación de los neutrones antes de alcanzar el litio fértil, no tiene lugar la reacción del Li(3,7) y entonces la relación de enriquecimiento se hace inferior a la unidad, siendo necesario incorporar en el manto un multiplicador de neutrones. Como consecuencia del enriquecimiento de neutrones producido por estas reacciones se produce un factor de multiplicación de 1.2. As can be seen, Li (3,7) prevents the loss of neutrons, producing, in addition, tritium. This last reaction has a threshold energy of 4 MeV and a lower effective section than the Li reaction (3.6). In case of moderation of the neutrons before reaching the fertile lithium, the reaction of the Li (3,7) does not take place and then the enrichment ratio becomes inferior to the unit, being necessary to incorporate in the mantle a neutron multiplier. As a consequence of the neutron enrichment produced by these reactions, a multiplication factor of 1.2 occurs.
Para evitar los daños producidos por los neutrones de 14 MeV y los residuos de las microexplosiones, y asimismo conseguir el tritio necesario para poder mantener la reacción de fusión, es preciso colocar capas de litio, sólidas o líquidas, u otro material equivalente, recubriendo las paredes del interior de la primera cámara. Existen varias soluciones: Una de ellas son los recubrimientos sólidos 19, (Fig.2), en los que se dan varias posibilidades: To avoid damage caused by 14 MeV neutrons and microexplosion residues, and also achieve the necessary tritium to maintain the fusion reaction, it is necessary to place layers of lithium, solid or liquid, or other equivalent material, covering the Interior walls of the first chamber. There are several solutions: One of them are solid coatings 19, (Fig. 2), in which there are several possibilities:
O bien, recubriendo la pared interna 1 , de acero, con una capa de litio en forma sólida porosa de 50 centímetros de espesor por el interior, y la parte exterior, con una capa de litio en forma sólida porosa de 100 centímetros de espesor (Fig.3).  Or, by coating the inner wall 1, of steel, with a layer of lithium in solid porous form 50 centimeters thick on the inside, and the outside, with a layer of lithium in solid porous form 100 centimeters thick ( Fig. 3).
O bien, recubriendo la pared interna 1 , de acero, con una capa de litio en forma sólida porosa de 100 centímetros de espesor por el interior.  Or, by coating the inner wall 1, of steel, with a layer of lithium in porous solid form 100 centimeters thick on the inside.
Alternativamente, la pared interna 1 es de una aleación de tungsteno y cromo, y tiene por el exterior un revestimiento de 50-100 centímetros de espesor de litio en forma sólida porosa, o sin revestimiento (Fig.4).  Alternatively, the inner wall 1 is made of a tungsten and chrome alloy, and it has a 50-100 cm thick lithium coating in porous solid form, or without coating (Fig. 4).
Puede utilizarse directamente como primera pared interna de impacto "nanosteel". La "sonda atómica" va a permitir investigar nuevos materiales cuyo análisis con microscopio electrónico resultaba extremadamente difícil. Así se podrán estudiar aceros destinados a reactores de fusión para resistir el impacto de los neutrones en la primera pared.  It can be used directly as the first internal impact wall "nanosteel". The "atomic probe" will allow to investigate new materials whose analysis with an electron microscope was extremely difficult. Thus, steels destined for fusion reactors can be studied to resist the impact of neutrons on the first wall.
Alternativamente se pueden utilizar los recubrimientos líquidos 22 (Fig.5), los cuales también presentan diferentes opciones:  Alternatively, liquid coatings 22 (Fig. 5) can be used, which also have different options:
O bien, recubriendo la pared interna 1con una capa líquida de litio por el interior de un espesor de 50 centímetros, y una capa líquida de litio por el exterior de 100 centímetros.  Or, by coating the inner wall 1 with a liquid layer of lithium on the inside of a thickness of 50 centimeters, and a liquid layer of lithium on the outside of 100 centimeters.
O bien, recubriendo la pared interna 1 con una capa líquida de litio de 100 centímetros por el interior.  Or, by coating the inner wall 1 with a liquid layer of 100 cm lithium on the inside.
Los casquetes de la cámara 21 requieren un tratamiento especial por su posición en la misma y por la proximidad de los equipos de láser 17.  The caps of the chamber 21 require special treatment because of their position therein and because of the proximity of the laser equipment 17.
En el caso de recubrimientos sólidos 19, una corriente de helio atraviesa la cámara 21 introduciéndose por un orificio situado en la parte superior y saliendo por otro orificio posicionado en la parte inferior. El espacio posterior de la pared interna 1 se refrigera también por helio. El calor acumulado por el helio a su paso por la cámara 21 se cede en los intercambiadores a los fluidos que accionan las turbinas. El tritio se separa para introducirlo en cápsulas. En los revestimientos con líquidos 22 se utilizan refrigerantes líquidos. Existen múltiples alternativas para la disposición de los refrigerantes y moderadores lo que supone unas condiciones de diseño especiales en cada caso (Fig.6). In the case of solid coatings 19, a stream of helium passes through the chamber 21 by entering through a hole located at the top and exiting through another hole positioned at the bottom. The rear space of the inner wall 1 is also cooled by helium. The heat accumulated by helium as it passes through chamber 21 is transferred in the exchangers to the fluids that drive the turbines. The tritium separates to introduce it in capsules. In liquid coatings 22 liquid refrigerants are used. There are multiple alternatives for the arrangement of refrigerants and moderators, which implies special design conditions in each case (Fig. 6).
Por consideraciones de corrosión, en caso de utilización de acero inoxidable, la temperatura del litio debe ser inferior a quinientos grados centígrados, lo que determina una presión de vapor en el interior de la cámara 21 , que debe ser adecuada para que pueda producirse la fusión por láser de las cápsulas de combustible en la cámara 21. Por ello, deben efectuarse experimentos para fijar la presión de vacío requerida en la cámara 21 antes de la implosión y durante la evolución de ésta, con la instalación de un equipo de control de presión. Due to corrosion considerations, in the case of using stainless steel, the temperature of the lithium must be less than five hundred degrees Celsius, which determines a vapor pressure inside the chamber 21, which must be adequate so that the laser melting of the fuel capsules in the chamber 21 can occur. Therefore, experiments must be carried out to set the required vacuum pressure in the chamber. chamber 21 before implosion and during its evolution, with the installation of a pressure control equipment.
A pesar de las ventajas que supone la exposición del interior de la cámara 21 a un flujo de radiación uniforme, como consecuencia del proceso de fusión de las cápsulas, el diseño de la cámara de fusión 21 en forma esférica presenta problemas de ingeniería; por ello, se ha preferido la geometría cilindrica. Además, con esta disposición quedan más protegidos los equipos láser 17, al estar más alejados del centro de la cámara 21. Esta situación se mejora con la invención que se aporta del proceso de ignición secuenciada por colisión de haces de láser exawatts sobre la cápsula, o medios equivalentes, que deforman convenientemente la misma, proyectando los productos de fusión fundamentalmente sobre la zona cilindrica de la cámara, evitando los casquetes.  Despite the advantages of exposing the inside of the chamber 21 to a uniform radiation flow, as a consequence of the capsule fusion process, the design of the spherical chamber 21 in spherical shape presents engineering problems; therefore, cylindrical geometry has been preferred. In addition, with this arrangement, the laser equipment 17 is protected, being further away from the center of the chamber 21. This situation is improved with the invention that is provided by the process of sequential ignition by collision of laser beams exawatts on the capsule, or equivalent means, which conveniently deform the same, projecting the fusion products mainly on the cylindrical zone of the chamber, avoiding the caps.
Este reactor incorpora, además, en la cámara 21 , un equipo de impulsión de haces de partículas de materiales ligeros para producir energía de fusión. Se ha dispuesto una configuración geométrica cúbica en donde los haces que se introducen por los vértices siguen la dirección de las diagonales interiores, impactando en el centro del cubo, lo que constituye una solución de mayor rendimiento. También se han preparado configuraciones en forma de icosaedro y de dodecaedro regulares. En el momento actual las posibilidades de producción de energía de alta potencia por este procedimiento son reducidas debido a las limitaciones que impone el número máximo de partículas que pueden llevar estos haces. Se ha previsto su utilización para realizar investigación observando la luminosidad.  This reactor also incorporates in the chamber 21, a device for driving light beam particles of particles to produce fusion energy. A cubic geometric configuration has been arranged where the beams that are introduced by the vertices follow the direction of the internal diagonals, impacting on the center of the cube, which constitutes a solution of greater performance. Configurations in the form of regular icosahedron and dodecahedron have also been prepared. At the present time the possibilities of high power energy production by this procedure are reduced due to the limitations imposed by the maximum number of particles that these beams can carry. Its use is planned to carry out research observing the luminosity.
Considerando los valores de los rendimientos de las diferentes etapas del proceso de generación de energía, el cálculo muestra que se puede obtener una ganancia total de 3.56 en la planta de fusión de deuterio- tritio propuesta. Reacción de fusión deuterio-deuterio, en la que las pastillas de combustible 23 son deuterio.  Considering the values of the yields of the different stages of the power generation process, the calculation shows that a total gain of 3.56 can be obtained in the proposed deuterium tritium fusion plant. Deuterium-deuterium fusion reaction, in which the fuel pads 23 are deuterium.
Como desventajas en la generación de energía de fusión mediante el sistema deuterio-tritio, comentado anteriormente, se pueden citar:  As disadvantages in the generation of fusion energy by means of the deuterium-tritium system, mentioned above, one can cite:
La radioactividad que se produce en la estructura interior del reactor como consecuencia de los neutrones que se originan en la fusión. Depende de la posibilidad de disponer de litio para la producción del tritio necesario para la reacción deuterio-tritio. The radioactivity that occurs in the internal structure of the reactor as a result of the neutrons that originate in the fusion. It depends on the possibility of having lithium for the production of the tritium necessary for the deuterium-tritium reaction.
Requiere el manejo del radioisótopo tritio. Requires handling of the tritium radioisotope.
La mayor parte de la energía es debida a los neutrones generados en la fusión, lo que limita su utilización en un proceso de conversión directa de energía.  Most of the energy is due to the neutrons generated in the fusion, which limits its use in a process of direct energy conversion.
Por tanto, para intentar solventar estas objeciones se puede tratar de producir la reacción deuterio-deuterio.  Therefore, to try to solve these objections one can try to produce the deuterium-deuterium reaction.
Si bien es más difícil de producir la reacción deuterio-deuterio que la deuterio-tritio, también puede llevarse a término. Aunque en los sistemas deuterio-deuterio se cuenta con la presencia de tritio, sin embargo, no es preciso su enriquecimiento y gran parte del tritio producido se quema en el reactor, lo que implica la producción de neutrones y algunos de alta energía. Los neutrones procedentes de la reacción de fusión en los sistemas deuterio-deuterio tienen una energía de 2.45 MeV, mientras que en una reacción deuterio-tritio los neutrones llevan una energía de 14.1 MeV. Además, no existe el problema que puede imponer la limitación de los recursos de litio y el espectro neutrónico es de más baja energía. Asimismo, como sucede en una de las reacciones aneutrónicas más investigadas, la del boro (5,11) con hidrógeno (1 ,1), el confinamiento energético es mayor que en el proceso deuterio-tritio y la energía producida mucho menor.  While it is more difficult to produce the deuterium-deuterium reaction than deuterium-tritium, it can also be terminated. Although in the deuterium-deuterium systems there is the presence of tritium, however, its enrichment is not necessary and much of the tritium produced is burned in the reactor, which implies the production of neutrons and some of high energy. Neutrons from the fusion reaction in deuterium-deuterium systems have an energy of 2.45 MeV, while in a deuterium-tritium reaction the neutrons carry an energy of 14.1 MeV. In addition, there is no problem that the limitation of lithium resources can impose and the neutron spectrum is of lower energy. Likewise, as in one of the most investigated aneutronic reactions, that of boron (5.11) with hydrogen (1, 1), the energy confinement is greater than in the deuterium-tritium process and the energy produced much less.
Así pues, en los reactores de fusión de sistemas deuterio-deuterio se puede simplificar el equipamiento de la cámara de fusión 21 y las instalaciones anexas puesto que ya no es necesaria la producción de tritio para el mantenimiento de la reacción. Las especificaciones para estos sistemas deuterio se deducen fácilmente de la exposición realizada para los sistemas deuterio-tritio. Thus, in the fusion reactors of deuterium-deuterium systems, the equipment of the fusion chamber 21 and the attached facilities can be simplified since the production of tritium for the maintenance of the reaction is no longer necessary. The specifications for these deuterium systems are easily deduced from the exposure made for deuterium-tritium systems.
Reacción de fusión hidrógeno-hidrógeno, en la que las pastillas de combustible 23 son hidrógeno. Hydrogen-hydrogen fusion reaction, in which the fuel pads 23 are hydrogen.
Ahora se propone el análisis de la fusión del hidrógeno ligero consigo mismo, en base a las reacciones termonucleares. La probabilidad de que se produzca este tipo de reacciones y las combinaciones de este elemento con sus isótopos más pesados es muy pequeña para la contención a temperaturas razonables; sin embargo, ahora disponemos de equipos de rayos láser 17 de alta potencia que aplicados secuencialmente pueden lograr la fusión hidrógeno-hidrógeno.  Now the analysis of the fusion of light hydrogen with itself is proposed, based on thermonuclear reactions. The likelihood of such reactions and combinations of this element with its heavier isotopes is very small for containment at reasonable temperatures; However, we now have 17 high-power laser equipment that, sequentially applied, can achieve hydrogen-hydrogen fusion.
El desarrollo de la tecnología CPA con Ti:sapphire y Nd:glass, que permite la amplificación de impulsos de alta energía con una duración por debajo de 100 E 2012/000305 The development of CPA technology with Ti: sapphire and Nd: glass, which allows the amplification of high energy pulses with a duration below 100 E 2012/000305
-26- femtosegundos, hace pensar en equipos con muy elevadas potencias de pico. Actualmente existen planes en algunos países para desarrollar láseres exawatts (1 ,000 petawatts), y se están investigando arquitecturas con impulsos de 50 femtosegundos. La potencialidad que ofrecen estos equipos para explorar la ciencia es todavía desconocida. Procede investigar las secuencias más idóneas de láseres exawatts, o equivalentes, para lograr la ignición de las pastillas de combustible hidrógeno-hidrógeno, en un proceso que denominamos ignición secuenciada con ultra energía (ISUE) -26- femtoseconds, suggests teams with very high peak powers. There are currently plans in some countries to develop exawatts lasers (1, 000 petawatts), and architectures with impulses of 50 femtoseconds are being investigated. The potential offered by these teams to explore science is still unknown. It is appropriate to investigate the most suitable sequences of exawatts lasers, or equivalent, to achieve the ignition of hydrogen-hydrogen fuel pads, in a process that we call ultra-energy sequenced ignition (ISUE)
Entre las ventajas que ofrecen los reactores de fusión hidrógeno-hidrógeno pueden citarse las siguientes:  Among the advantages offered by hydrogen-hydrogen fusion reactors, the following can be mentioned:
Con formulaciones adecuadas no es necesario incorporar en el reactor el radioisótopo tritio ni el litio.  With suitable formulations it is not necessary to incorporate the tritium radioisotope or lithium into the reactor.
Generan más energía por kilogramo de combustible que los reactores de fisión y los de los ciclos deuterio-deuterio y deuterio-tritio.  They generate more energy per kilogram of fuel than fission reactors and those in the deuterium-deuterium and deuterium-tritium cycles.
No se generan neutrones y por consiguiente existe la posibilidad de conversión directa de la energía. No neutrons are generated and therefore there is the possibility of direct energy conversion.
Los reactores se pueden clasificar como limpios.  Reactors can be classified as clean.
No es necesario disponer en el interior del reactor de mantos de protección ni de enriquecimiento especiales.  It is not necessary to have special protection or enrichment layers inside the reactor.
Las dimensiones de la cámara pueden reducirse. The dimensions of the camera can be reduced.
Anteriormente se han analizado las características de los reactores de fusión con sistemas deuterio-tritio, deuterio-deuterio e hidrógeno-hidrógeno. Los reactores de fusión de ciclo hidrógeno-hidrógeno suponen una novedad puesto que hasta el momento su estudio ha sido obviado por las dificultades que presenta el conseguir que la reacción correspondiente se pueda llevar a efecto en la práctica en las condiciones habituales. Es objetivo de nuestra invención, en este apartado, la propuesta de un prototipo de reactor de potencia, para generación de energía por conversión total de la materia (proceso m-e), máximo nivel energético y de carácter limpio, utilizando un combustible barato, abundante y fácilmente asequible, como el hidrógeno (agua), lo que puede constituir una solución sin precedentes para conseguir el suministro de energía a la población mundial durante millones de años. Con los conocimientos actuales y los equipos disponibles, esta idea puede convertirse en una realidad. Previously, the characteristics of fusion reactors with deuterium-tritium, deuterium-deuterium and hydrogen-hydrogen systems have been analyzed. The hydrogen-hydrogen cycle fusion reactors are a novelty since, so far, their study has been obviated by the difficulties of getting the corresponding reaction to be carried out in practice under the usual conditions. It is the objective of our invention, in this section, the proposal of a power reactor prototype, for energy generation by total conversion of matter (process me), maximum energy level and clean character, using a cheap, abundant fuel and easily accessible, such as hydrogen (water), which can be an unprecedented solution to achieve the world's population's energy supply for millions of years. With current knowledge and available equipment, this idea can become a reality.
Los estudios sobre el neutrón se han venido realizando desde 1920 por muchos investigadores, entre ellos, Ernest Rutherford. En 1932 James Chadwick pensó que había descubierto el sistema de unión del protón-electrón, el neutrón. Pero en 1935, con motivo de la lectura del premio Nobel, Chadwick reveló que la teoría de la combinación del protón-electrón había muerto. Studies on the neutron have been carried out since 1920 by many researchers, including Ernest Rutherford. In 1932 James Chadwick thought that He had discovered the proton-electron junction system, the neutron. But in 1935, on the occasion of the Nobel Prize reading, Chadwick revealed that the proton-electron combination theory had died.
En 1935, el físico Hideki Yukawa trabajando en la Universidad de Osaka, en Japón, descubre las causas de la unión de los nucleones entre sí. La fuerza nuclear es diferente de la fuerza gravitacional o de la fuerza electromagnética, pues tiene un alcance muy corto del orden de uno o dos fermis. Yukawa propone una nueva clase de partículas, los mesones, que pueden viajar una distancia muy corta entre nucleones y unirlos efectivamente. El primer tipo de mesón, el pión, no sería observado hasta doce años después. En 1950, se acepta generalmente que existe una nube de piones rodeando los nucleones. Los piones son creados y absorbidos en la superficie de los protones y de los neutrones constantemente.  In 1935, the physicist Hideki Yukawa working at the University of Osaka, in Japan, discovered the causes of the union of the nucleons with each other. The nuclear force is different from the gravitational force or the electromagnetic force, since it has a very short range of the order of one or two fermis. Yukawa proposes a new class of particles, the mesons, that can travel a very short distance between nucleons and effectively unite them. The first type of inn, the pion, would not be observed until twelve years later. In 1950, it is generally accepted that there is a cloud of pions surrounding the nucleons. Pions are created and absorbed on the surface of protons and neutrons constantly.
En 1964, cambió radicalmente la idea de lo que sucede en el interior del protón, el neutrón y pión, cuando Murray Gell-Mann en el Instituto de Tecnología de California, y George Zweig en el CERN, en Suiza, independientemente propusieron el modelo quark.  In 1964, the idea of what happens inside the proton, the neutron and pion, changed radically when Murray Gell-Mann at the California Institute of Technology, and George Zweig at CERN, in Switzerland, independently proposed the quark model .
De acuerdo con sus teorías, los protones, los neutrones, y otras partículas exóticas pertenecen a un grupo denominado bariones, que están constituidos por tres quarks. Los mesones están formados por un quark-antiquark. Los antiquark son antimateria y tienen propiedades de la misma magnitud pero de carga opuesta a los quarks. Las partículas ligeras como electrones se denominan leptones. Estas son partículas fundamentales y por ello no se componen de quarks. Existen seis tipos de quarks, también llamados flavors, y muchas partículas están formadas por dos quarks de los tipos más ligeros: los up-quarks y los down-quarks. El modelo quark es una parte importante en la teoría de la cromodinámica cuántica.  According to their theories, protons, neutrons, and other exotic particles belong to a group called barions, which are made up of three quarks. The inns are formed by a quark-antiquark. The antiquark are antimatter and have properties of the same magnitude but of opposite charge to the quarks. Light particles like electrons are called leptons. These are fundamental particles and therefore do not consist of quarks. There are six types of quarks, also called flavors, and many particles are made up of two quarks of the lighter types: the up-quarks and the down-quarks. The quark model is an important part in the theory of quantum chromodynamics.
Un protón está formado por dos up-quarks y un down-quark, que se escribe (uud); el neutrón está formado por dos down quarks y un up-quark, (udd). Estos grupos se denominan quarks de valencia y proporcionan a la partícula sus propiedades, que se pueden apreciar desde el exterior, como el tipo de partícula y su carga. También existen los gluones que van y vienen entre los quarks y los unen, como los piones hacen con los nucleones. En el interior del nucleón existe también el quark-sea, un suministro sin fin de pares quark-antiquark que nacen y permanecen en existencia por unos momentos y después se desvanecen. El cuadro completo de quantum- chromodynamic de lo que está sucediendo en el interior de un neutrón es complejo, importante y difícil de calcular, por ello se describen los nucleones en términos del constituent quark model (CQM). A proton is formed by two up-quarks and a down-quark, which is written (uud); The neutron is made up of two down quarks and an up-quark, (udd). These groups are called Valencia quarks and provide the particle with its properties, which can be seen from the outside, such as the type of particle and its charge. There are also the gluons that come and go between the quarks and join them, as the pions do with the nucleons. Inside the nucleon there is also the quark-sea, an endless supply of quark-antiquark pairs that are born and remain in existence for a few moments and then fade away. The complete quantum-chromodynamic picture of what is happening inside a neutron is complex, important and difficult to calculate, therefore the nucleons are described in terms of the constituent quark model (CQM).
En el modelo quark que incluye spin, existe una repulsión entre quarks con spins paralelos, por ello los quarks tienen órbitas ligeramente distosionadas. En el protón el efecto de la carga en el radio no es casi notorio. Sin embargo, en el neutrón se produce una superficie ligeramente negativa y un centro ligeramente positivo. Esta diferencia en la distribución de una densidad de carga cero, convierte al neutrón en una partícula especialmente curiosa. Así pues, el neutrón no es una partícula muerta, ya que muestra una dinámica especial, absorbiendo y expulsando mesones. La superficie está dominada por up-quarks negativos, el interior tiene una zona donde se encuentra el up-quark positivo y el centro es una región de fuertes efectos relativistas. Posiblemente, con nuevas investigaciones quizás tengamos que modificar algunos de los conceptos que actualmente tenemos de los protones y neutrones.  In the quark model that includes spin, there is a repulsion between quarks with parallel spins, so the quarks have slightly differentiated orbits. In the proton the effect of the charge on the radio is almost not noticeable. However, a slightly negative surface and a slightly positive center are produced in the neutron. This difference in the distribution of a zero charge density makes the neutron a particularly curious particle. Thus, the neutron is not a dead particle, since it shows a special dynamic, absorbing and expelling mesons. The surface is dominated by negative up-quarks, the interior has an area where the positive up-quark is located and the center is a region of strong relativistic effects. Possibly, with new research we may have to modify some of the concepts we currently have of protons and neutrons.
En el proceso de creación de nuevas partículas existen determinadas leyes, como la de conservación de la energía, el momento, la carga y las reglas cuánticas, que nos imponen ciertos comportamientos. Así por ejemplo, al colisionar un protón con otro protón se genera un neutrón, un pión positivo y otro protón. Este es un proceso de creación usual gobernado por la interacción fuerte. Otra clase de creación se tiene cuando se produce una colisión de la materia y la antimateria, como por ejemplo en el caso de un protón y un antiprotón, en lo que se conoce como proceso de aniquilación, transformándose toda la materia en energía. In the process of creating new particles there are certain laws, such as conservation of energy, momentum, charge and quantum rules, which impose certain behaviors on us. Thus, for example, colliding a proton with another proton generates a neutron, a positive pion and another proton. This is a usual creation process governed by strong interaction. Another kind of creation is when there is a collision of matter and antimatter, such as in the case of a proton and an antiproton, in what is known as the annihilation process, transforming all matter into energy.
Si el número bariónico se conserva de forma estricta, el protón libre no podrá desintegrarse nunca, ya que todos los posibles aspirantes como productos de la posible reacción tienen un número bariónico cero. La colisión de un protón y un antiprotón tiene un número bariónico cero, y por ello, la reacción debe ser consecuente con este resultado. Asimismo, el neutrón, que se desintegra en un protón, un electrón y un antineutrino, conserva el número bariónico, y también el protón dentro del núcleo, al desintegrarse en un neutrón, un positrón y un neutrino. No obstante, nuevas teorías de campo unificadas predijeron que el número bariónico no se conserva estrictamente. Las teorías de gran unificación (GUT) predicen la existencia de partículas de una gran masa, muy superior a la que tienen los protones, y podrían justificar la desintegración de los protones. Así pues, si se pudiera convertir el núcleo de hidrógeno en radiación pura se obtendría por unidad de masa una energía muy superior a la obtenida por fisión o fusión. Las condiciones iniciales obligan a calentar el agua hasta temperaturas de GUT. 2012/000305 If the barionic number is conserved strictly, the free proton can never disintegrate, since all possible aspirants as products of the possible reaction have a zero barionic number. The collision of a proton and an antiproton has a zero baryonic number, and therefore, the reaction must be consistent with this result. Likewise, the neutron, which disintegrates into a proton, an electron and an antineutrino, retains the barionic number, and also the proton within the nucleus, by disintegrating into a neutron, a positron and a neutrino. However, new unified field theories predicted that the barionic number is not strictly conserved. Theories of great unification (GUT) predict the existence of particles of a large mass, much higher than that of protons, and could justify the decay of protons. Thus, if the hydrogen nucleus could be converted into pure radiation, an energy much greater than that obtained by fission or fusion would be obtained per unit mass. The initial conditions force the water to heat up to GUT temperatures. 2012/000305
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Una idea nueva, es que el espacio contiene un campo que se extiende por todo él y que genera toda la masa en reposo, es el campo escalar H, una sola partícula H o varias familias de partículas H, puesto que los cuantos de un campo son un conjunto de partículas. La cantidad de masa que toman las partículas de este campo varía en cada caso según los diferentes tipos de partículas. En esta teoría, son las partículas de nuestro modelo estándar las que se acoplan a este campo con diferentes intensidades, determinando las masas de las mismas. Se considera que la masa puede ser un atributo fundamental de las partículas que se adquiere por su relación con el entorno. Asimismo, se cuestiona el proceso real del Incremento de la masa con el movimiento. A new idea is that space contains a field that extends throughout it and that generates all the rest mass, is the scalar field H, a single particle H or several families of H particles, since the quanta of a field They are a set of particles. The amount of mass that the particles in this field take varies in each case according to the different types of particles. In this theory, it is the particles of our standard model that are coupled to this field with different intensities, determining their masses. It is considered that the mass can be a fundamental attribute of the particles that is acquired by its relation with the environment. Likewise, the real process of increasing mass with movement is questioned.
Se estima que será necesario invertir grandes cantidades de energía para descerrajar el protón o el neutrón. Al desintegrarse el protón, las estructuras interiores recogen la energía que se ha invertido, que puede mostrarse una parte en forma de altas velocidades y otra parte en forma de grandes masas. Así, los tres quarks que tenían dentro del protón una masa total de 0.02 GeV/c2, muy Inferior a la masa del protón (0.938 GeV/c2); ahora, con las altas energías aportadas, puede convertirse cada uno de ellos en una partícula con más masa que el propio protón continente. Los quarks liberados pueden tener una gran tendencia a unirse, por las propiedades de un campo cuya naturaleza se desconoce. La nueva agrupación de los quarks haría que se produjera una reducción de la masa. El proceso de agrupación se realizaría con una reducción de la masa de los quarks que en conjunto quedarían con una masa inferior a la de un protón. Actualmente se está investigando la evolución del proceso de ignición del hidrógeno por láser, pero aún se desconoce el comportamiento real.  It is estimated that it will be necessary to invest large amounts of energy to unravel the proton or the neutron. When the proton disintegrates, the interior structures collect the energy that has been invested, which can be shown in the form of high velocities and another in the form of large masses. Thus, the three quarks that had a total mass of 0.02 GeV / c2 within the proton, much lower than the proton mass (0.938 GeV / c2); Now, with the high energies provided, each of them can become a particle with more mass than the continent proton itself. The released quarks may have a great tendency to unite, due to the properties of a field whose nature is unknown. The new grouping of quarks would cause a reduction in mass. The grouping process would be carried out with a reduction in the mass of the quarks that together would have a mass lower than that of a proton. The evolution of the hydrogen ignition process by laser is currently being investigated, but the actual behavior is still unknown.
A continuación se hace un análisis comparativo de la energía obtenida con diferentes sistemas de generación para poder determinar la eficacia de cada uno de ellos, en cuanto a energía producida por unidad de masa de combustible. A comparative analysis of the energy obtained with different generation systems is then made in order to determine the effectiveness of each of them, in terms of energy produced per unit mass of fuel.
En los reactores de fisión que utilizan uranio como combustible solo una pequeña parte del material físil (U 235) se convierte en energía, liberándose 0.8 χ 10(14) J en la fisión de un kilogramo de este material; equivalente a la producción de 1 ,000 MW.d de energía térmica, y a un gramo de m-e. In fission reactors that use uranium as fuel, only a small part of the physical material (U 235) is converted into energy, releasing 0.8 χ 10 (14) J in the fission of one kilogram of this material; equivalent to the production of 1, 000 MW.d of thermal energy, and one gram of me.
Cuando se produce la fusión de un kilogramo de combustible en un ciclo deuterio-tritio, la energía que se genera es de 3.31 * 10(14) J ; equivalente a 4.13 gramos de m-e. Para producir 1 ,000 MW . d, se necesitan 242 gramos de combustible. En un ciclo deuterio-deuterio, la fusión de un kilogramo de combustible produce 3.38 χ 10(14) J ; equivalente a 4.23 gramos de m-e. Para generar 1 ,000 MW . d, son necesarios 236 gramos de combustible. When the fusion of one kilogram of fuel in a deuterium-tritium cycle occurs, the energy generated is 3.31 * 10 (14) J; equivalent to 4.13 grams of me. To produce 1, 000 MW. d, 242 grams of fuel are needed. In a deuterium-deuterium cycle, the fusion of one kilogram of fuel produces 3.38 χ 10 (14) J; equivalent to 4.23 grams of me. To generate 1, 000 MW. d, 236 grams of fuel are necessary.
La fusión de un kilogramo de combustible en un proceso hidrógeno-hidrógeno genera 6.15 x 10(14) J, equivalente a 7.69 gramos de m-e. Así pues, se necesitan 130 gramos de combustible para generar 1 ,000 MW . d.  The fusion of one kilogram of fuel in a hydrogen-hydrogen process generates 6.15 x 10 (14) J, equivalent to 7.69 grams of m-e. Thus, 130 grams of fuel are needed to generate 1, 000 MW. d.
En un proceso de generación de energía por conversión total de la materia de un kilogramo de hidrógeno combustible se obtienen 0.8 χ 10(17) J, y equivalen, evidentemente, a 1 ,000 gramos de m-e. En este sistema la energía de 1 ,000 MW . d se puede proporcionar con un gramo de combustible. In a process of generating energy by total conversion of the matter of one kilogram of hydrogen fuel, 0.8 χ 10 (17) J are obtained, and obviously equivalent to 1 000 grams of me. In this system the energy of 1, 000 MW. d can be provided with a gram of fuel.
Por comparación, en la reacción de un kilogramo de materia con un kilogramo de antimateria se produciría 1.6 χ 10(17) J de energía. Se estima que en este proceso, con las tecnologías actuales, no sería aprovechable toda la energía producida.  By comparison, the reaction of one kilogram of matter with one kilogram of antimatter would produce 1.6 χ 10 (17) J of energy. It is estimated that in this process, with current technologies, all the energy produced would not be usable.
Esta invención se ha realizado en base a un sistema de conversión total de materia en energía aplicado a un combustible de hidrógeno, por entender que es el combustible más simple para obtener grandes energías con cantidades mínimas de masa, al descerrajar los átomos de hidrógeno con el método de ignición secuenciada utilizando equipos láser exawatts (ISUE), o con otros procedimientos equivalentes que puedan mostrar el mismo efecto. En los cálculos arriba realizados para determinar la energía generada por los combustibles analizados en los diversos sistemas de fusión estudiados no se ha tomado en consideración la energía exterior suministrada para iniciar y mantener el proceso de fusión, actualmente en fase de investigación, y, por ello, esta aportación debe valorarse debidamente para determinar el balance energético final. La invención es aplicable también a otros elementos y compuestos siguiendo la misma metodología. This invention has been made based on a system of total conversion of matter into energy applied to a hydrogen fuel, as it is the simplest fuel to obtain large energies with minimum amounts of mass, by undoing the hydrogen atoms with the sequenced ignition method using exawatts laser equipment (ISUE), or with other equivalent procedures that can show the same effect. In the calculations made above to determine the energy generated by the fuels analyzed in the various fusion systems studied, the external energy supplied to start and maintain the fusion process, currently under investigation, has not been taken into account, and therefore , this contribution must be properly assessed to determine the final energy balance. The invention is also applicable to other elements and compounds following the same methodology.
Como características más significativas del reactor objeto de la presente invención, se pueden citar:  As more significant characteristics of the reactor object of the present invention, there may be mentioned:
El combustible hidrógeno es el elemento químico más abundante en el universo y en la Tierra se puede encontrar en condiciones ordinarias como gas diatómico.  Hydrogen fuel is the most abundant chemical element in the universe and on Earth it can be found in ordinary conditions as a diatomic gas.
La producción de hidrógeno se puede realizar de varias formas diferentes siendo el proceso más económico la extracción a partir hidrocarburos. Hydrogen production can be carried out in several different ways, the most economical process being extraction from hydrocarbons.
En este reactor no se forman neutrones y por consiguiente es un reactor limpio.  Neutrons do not form in this reactor and therefore it is a clean reactor.
Es posible diseñar un proceso para conversión directa de energía a la red.  It is possible to design a process for direct conversion of energy to the grid.
Este reactor nuclear, con un consumo estimado de 4,320 gramos de hidrógeno, puede entregar durante un año la energía de 3,000 MWt (1 ,000 MWe), equivalente a la 2012/000305 This nuclear reactor, with an estimated consumption of 4,320 grams of hydrogen, can deliver for one year the energy of 3,000 MWt (1, 000 MWe), equivalent to the 2012/000305
-31- energía que suministran muchos de los reactores nucleares de fisión actuales, con un consumo aproximado de 1 ,080 kilogramos de uranio 235, y mayores cantidades de uranio en el reactor. -31- energy supplied by many of the current nuclear fission reactors, with an approximate consumption of 1,080 kilograms of uranium 235, and higher amounts of uranium in the reactor.
En la Fig.8 se representa un esquema de la disposición general de una planta nuclear con dos reactores de fusión.  A schematic of the general layout of a nuclear plant with two fusion reactors is shown in Fig. 8.
De forma particular, se trata de determinar las características generales de dos reactores navales de fusión, de 100 MWe cada uno, para la propulsión nuclear de un portaviones de última generación. Aunque en esta aplicación se ha supuesto que la energía eléctrica necesaria para otros servicios del buque, incluyendo el consumo de los equipos láser y de la maquinaria auxiliar necesaria para el funcionamiento de los reactores, se suministra por medios convencionales, también puede generarse esta energía por los propios reactores con un nuevo diseño que tenga en cuenta la potencia total requerida desde el momento inicial del proyecto.  In particular, it is about determining the general characteristics of two naval fusion reactors, of 100 MWe each, for the nuclear propulsion of a state-of-the-art aircraft carrier. Although in this application it has been assumed that the electrical energy necessary for other ship services, including the consumption of the laser equipment and the auxiliary machinery necessary for the operation of the reactors, is supplied by conventional means, this energy can also be generated by the reactors themselves with a new design that takes into account the total power required from the initial moment of the project.
En la exposición realizada anteriormente en esta invención se han indicado las dimensiones de la cámara de fusión 21 de un reactor de 1 ,000 MWe, que han sido calculadas de acuerdo con el flujo neutrónico incidente sobre la pared interna 1 del interior de la vasija 20. El radio interior de esta pared varía de acuerdo con los factores indicados. En un reactor de fusión de 100 MWe funcionado con un sistema deuterio- tritio, el valor de este radio sería de 100 centímetros, que podría reducirse utilizando otros sistemas de fusión. El diseño de la cámara de fusión 21 en buques de propulsión nuclear puede realizarse de acuerdo con los modelos propuestos. Por la naturaleza del servicio, no serían de aplicación en buques de propulsión nuclear las cámaras de fusión 21 con recubrimiento líquido 22en forma de cascada. Las vasijas 20 pueden colocarse en posición vertical (Fig.9) u horizontal (Fig.10), situación ésta más comprometida, como en el caso de submarinos nucleares. The dimensions of the fusion chamber 21 of a 1,000 MWe reactor, which have been calculated according to the neutron flow incident on the inner wall 1 of the interior of the vessel 20, have been indicated in the exposition made earlier in this invention. The interior radius of this wall varies according to the indicated factors. In a 100 MWe fusion reactor operated with a deuterium tritium system, the value of this radius would be 100 centimeters, which could be reduced using other fusion systems. The design of the fusion chamber 21 in nuclear-powered ships can be carried out in accordance with the proposed models. Due to the nature of the service, melting chambers 21 with cascading liquid 22 would not be applicable to nuclear-powered vessels. The vessels 20 can be placed vertically (Fig. 9) or horizontal (Fig. 10), a situation that is more compromised, as in the case of nuclear submarines.
Además, de acuerdo con una realización preferente de la invención, el reactor nuclear de fusión tiene estructura modular, y puede estar formado por una pluralidad de vasijas 20 conectadas en línea, u otra disposición modular.  Furthermore, according to a preferred embodiment of the invention, the nuclear fusion reactor has a modular structure, and can be formed by a plurality of vessels 20 connected in line, or another modular arrangement.
En la Fig.11 se representa un esquema del diseño de una estructura modular de un reactor de fusión de 100 MWe que tiene acopladas en línea en una misma unidad, en posición vertical, cinco vasijas 20 iguales (Fig.12), con un radio interior de la cámara de fusión 21 de 20 centímetros. Estas disposiciones permiten una mayor versatilidad. Así por ejemplo, se puede variar la energía generada en las vasijas 20 modificando la cadencia de disparo del láser de ignición y/o el peso de las cápsulas. 2012/000305 In Fig. 11 a scheme of the design of a modular structure of a 100 MWe fusion reactor is shown, which has in line in a single unit, in vertical position, five equal vessels 20 (Fig. 12), with a radius interior of the fusion chamber 21 of 20 centimeters. These provisions allow greater versatility. Thus, for example, the energy generated in the vessels 20 can be varied by modifying the firing rate of the ignition laser and / or the weight of the capsules. 2012/000305
-32- -32-
El equipo de láser 17 y el almacenamiento de pastillas de combustible son dos aspectos muy importantes del diseño de una planta de fusión. Actualmente, se han reducido considerablemente las dimensiones de las unidades de láser 17 para su incorporación en instalaciones móviles. Los equipos generales y accesorios necesarios para el funcionamiento de los reactores de fusión en buques de propulsión nuclear tienen que disponerse en zonas continuas a la sala de reactores y su conocimiento, generalmente, está en el estado del arte. The laser equipment 17 and the storage of fuel pellets are two very important aspects of the design of a fusion plant. Currently, the dimensions of the laser units 17 have been considerably reduced for incorporation into mobile installations. The general equipment and accessories necessary for the operation of fusion reactors on nuclear-powered ships must be placed in continuous areas in the reactor room and their knowledge is generally in the state of the art.

Claims

REIVIND1CACIONES
1. Reactor nuclear de fusión, caracterizado por que comprende 1. Nuclear fusion reactor, characterized in that it comprises
al menos una vasija (20) de acero en la que se produce la fusión de unas pastillas de combustible (23), que comprende a su vez  at least one steel vessel (20) in which the melting of fuel pellets (23) occurs, which in turn comprises
una cámara de fusión (21) en la que se produce la fusión, delimitada por una pared interna (1),  a fusion chamber (21) in which the fusion occurs, delimited by an internal wall (1),
una pluralidad de cámaras (2,4,6) por cuyo interior circula fluido, separadas entre sí por respectivas  a plurality of chambers (2,4,6) through which fluid circulates, separated from each other by respective
- paredes de blindaje (3,5),  - shielding walls (3,5),
y una pared externa (8), que comprende a su vez un recubrimiento de grafito (7),  and an external wall (8), which in turn comprises a graphite coating (7),
teniendo las paredes interna (1) y externa (8), y las paredes de blindaje (3,5) aberturas para la introducción de canalizaciones que permiten la introducción de las pastillas de combustible (23) y los fluidos necesarios,  having internal (1) and external walls (8), and shielding walls (3,5) openings for the introduction of pipes that allow the introduction of fuel pads (23) and the necessary fluids,
al menos una pared de contención (10) que rodea la vasija (20), existiendo entre dicha pared de contención (10) y la pared externa (8) de la vasija (20) un espacio de separación (9),  at least one retaining wall (10) surrounding the vessel (20), there being between said retaining wall (10) and the outer wall (8) of the vessel (20) a separation space (9),
un equipo de bombeo, para el bombeo de fluidos a la vasija (20) y circulación de dichos fluidos por ésta,  a pumping equipment, for pumping fluids to the vessel (20) and circulation of said fluids through it,
un equipo de tratamiento de fluidos para el tratamiento de los fluidos que circulan por la vasija (20),  a fluid treatment equipment for the treatment of fluids circulating in the vessel (20),
un equipo de control de la presión de la cámara de fusión (21 ),  a pressure control unit of the fusion chamber (21),
un dispensador de combustible que proporciona pastillas de combustible (23) al interior de la cámara de fusión (21) a través de la entrada (11)  a fuel dispenser that provides fuel pellets (23) inside the fusion chamber (21) through the inlet (11)
una pluralidad de equipos láser (17) que inciden en la cámara de fusión sobre las pastillas de combustible (23), y que producen incidencia en el interior de una zona cónica de vértice un punto interior (P) de la cámara de fusión (21) donde se realiza la fusión mediante ignición secuenciada de ultra-energía, y otro proceso equivalente, y su zona cónica simétrica respecto de dicho punto interior (P), dirigiendo los productos de fusión de las pastillas de combustible (23) a la zona central de la vasija (20) y evitando el impacto sobre los equipos láser (17).  a plurality of laser equipment (17) that affect the fusion chamber on the fuel pellets (23), and that produce an interior point (P) of the fusion chamber (21) inside a conical vertex zone ) where the fusion is carried out by sequential ultra-energy ignition, and another equivalent process, and its symmetrical conical zone with respect to said interior point (P), directing the fusion products of the fuel pellets (23) to the central zone of the vessel (20) and avoiding the impact on the laser equipment (17).
2. Reactor nuclear de fusión, según la reivindicación 1 , caracterizado por que la pared interna (1) de la vasija (20) comprende un recubrimiento sólido (19). 2. Nuclear fusion reactor according to claim 1, characterized in that the inner wall (1) of the vessel (20) comprises a solid coating (19).
3. Reactor nuclear de fusión, según la reivindicación anterior, caracterizado por que el recubrimiento sólido (19) está realizado en litio sólido poroso. 3. Nuclear fusion reactor according to the preceding claim, characterized in that the solid coating (19) is made of porous solid lithium.
4. Reactor nuclear de fusión, según la reivindicación 1 , caracterizado por que la pared interna (1) de la vasija (20) comprende un recubrimiento líquido (22). 4. Nuclear fusion reactor according to claim 1, characterized in that the inner wall (1) of the vessel (20) comprises a liquid coating (22).
5. Reactor nuclear de fusión, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que las paredes interna (1) y externa (8), y las paredes de blindaje (3,5) de la vasija (20) tienen forma cilindrica en su parte central y forma de casquete esférico en su parte superior e inferior. 5. Nuclear fusion reactor, according to any of the preceding claims, characterized in that the inner (1) and outer (8) walls, and the shielding walls (3,5) of the vessel (20) are cylindrical in shape. central part and spherical cap shape in its upper and lower part.
6. Reactor nuclear de fusión, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que 6. Nuclear fusion reactor according to any of the preceding claims, characterized in that
- la pared de contención 10 está unida a una estructura de soporte por medio de primeras bridas (15), - the retaining wall 10 is connected to a support structure by means of first flanges (15),
y por que las diferentes cámaras (2,4,6) de la vasija (20) están unidas entre sí mediante segundas bridas (16).  and why the different chambers (2,4,6) of the vessel (20) are joined together by second flanges (16).
7. Reactor nuclear de fusión, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la pared de contención (10) está realizada en una matriz de resina de epoxi y refuerzo de grafito. 7. Nuclear fusion reactor, according to any of the preceding claims, characterized in that the retaining wall (10) is made of an epoxy resin matrix and graphite reinforcement.
8. Reactor nuclear de fusión, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los equipos láser (17) están dispuestos en la zona superior e inferior de la vasija (20). 8. Nuclear fusion reactor according to any of the preceding claims, characterized in that the laser equipment (17) is arranged in the upper and lower area of the vessel (20).
9. Reactor nuclear de fusión, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que pastillas de combustible (23) son deuterio y tritio. 9. Nuclear fusion reactor according to any of the preceding claims, characterized in that the fuel pellets (23) are deuterium and tritium.
10. Reactor nuclear de fusión, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que pastillas de combustible (23) son deuterio y deuterio. 10. Nuclear fusion reactor according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the fuel pellets (23) are deuterium and deuterium.
11. Reactor nuclear de fusión, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que pastillas de combustible (23) son hidrógeno e hidrógeno. 11. Nuclear fusion reactor according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the fuel pellets (23) are hydrogen and hydrogen.
12. Reactor nuclear de fusión, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que es de conversión total, y las pastillas de combustible (23) están seleccionadas entre hidrógeno y otro elemento, y están sometidas a un proceso especial seleccionado entre secuenciado de ultra-energía de rayos láser, y otro proceso equivalente. 12. Nuclear fusion reactor according to any one of claims 1 to 8, characterized in that it is of total conversion, and the fuel pellets (23) are selected from hydrogen and another element, and are subjected to a special process selected from sequencing Ultra-energy laser, and other equivalent process.
13. Reactor nuclear de fusión, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que realiza la propulsión de buques nucleares. 13. Nuclear fusion reactor, according to any of the preceding claims, characterized in that it carries out the propulsion of nuclear ships.
14. Reactor nuclear de fusión, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que 14. Nuclear fusion reactor according to any of the preceding claims, characterized in that
tiene estructura modular,  It has modular structure,
y por que comprende una pluralidad de vasijas (20) cuya disposición está seleccionada entre conexión en línea y cualquier otra disposición modular.  and because it comprises a plurality of vessels (20) whose arrangement is selected between in-line connection and any other modular arrangement.
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