Reactor nuclear de fusión, con una vasija (20) que tiene una cámara de fusión (21) en la que se produce la fusión,

y una pluralidad de cámaras (2, 4, 6) por cuyo interior circula fluido, separadas entre sí por paredes de blindaje (3, 5). El reactor también tiene una pared de contención (10) que rodea la vasija (20), un equipo para el bombeo de fluidos, un equipo 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 que proporciona combustible al interior de la cámara de fusión (21), y una pluralidad de equipos láser (17) que inciden dentro de la cámara de fusión sobre los productos de fusión. El reactor nuclear se aplica a la fusión de deuterio-tritio, deuterio-deuterio, hidrógeno-hidrógeno, y conversión total de materia en energía.

Reactor nuclear de fusión

CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCiÓN

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.

ANTECEDENTES DE LA INVENCiÓN

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. 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. 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. 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. 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 tecnologias limpias. 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. 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 MWd. Los tipos de reactores nucleares de fisión más utilizados son los siguientes: PWR, BWR, GCR, HWMR y FBR, entre otros. 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 ilimitados, y se pueden emplear en la producción de bombas nucleares. 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. 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. 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. 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. 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 seismos , 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. 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. 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. 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)...

1. Reactor nuclear de fusión, caracterizado por que comprende

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

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,

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) ,

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,

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) , un equipo de bombeo, para el bombeo de fluidos a la vasija (20) y 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)

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) .

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) .

3. Reactor nuclear de fusión, según la reivindicación anterior, caracterizado por que el recubrimiento sólido (19) está realizado en litio sólido poroso.

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) .

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 cilíndrica en su parte central y forma de casquete esférico en su parte superior e inferior.

6. Reactor nuclear de fusión, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la pared de contención 10 está unida a una estructura de soporte por medio de primeras bridas (15) ,

y por que las diferentes cámaras (2, 4, 6) de la vasija (20) están unidas entre sí mediante segundas bridas (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.

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) .

9. Reactor nuclear de fusión, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que pastillas de combustible (23) son deuterio y tritio.

10. Reactor nuclear de fusión, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que pastillas de combustible (23) son deuterio y deuterio.

11. Reactor nuclear de fusión, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que pastillas de combustible (23) son hidrógeno e hidrógeno.

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.

13. Reactor nuclear de fusión, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que realiza la propulsión de buques nucleares.

14. Reactor nuclear de fusión, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por que

tiene estructura modular,

y por que comprende una pluralidad de vasijas (20) cuya disposición está

seleccionada entre conexión en línea y cualquier otra disposición modular.