FR2904465A1 - Generateur de puissance electrique utilisant la fusion du deuterium en helium - Google Patents

Abstract

1. Générateur de puissance électrique à partir de la fusion du deuterium en hélium obtenue en focalisant dans une chambre à deuterium selon le mode quadripolaire tournant, l'énergie d'un puissant laser, caractérisé par le fait que la partie centrale de la chambre à deuterium où s'amorce la réaction est située dans la cavité laser entre deux organes ayant la forme de lames à faces parallèles appelés « déphaseurs azimutaux ».Le mode de propagation est imposé par un sélectionneur de mode placé à l'extérieur de l'espace limité par les déphaseurs azimutaux et à l'intérieur de l'espace limité par les miroirs.

Description

1 Dans une série de brevets dont le dernier est le brevet 0202343 déposé

le 28 février 2002, j'ai montré comment, en focalisant dans une chambre à deuterium, l'énergie d'un puissant laser se propageant selon le mode quadripolaire tournant, on obtient de l'énergie électrique en provoquant la fusion du deuterium en hélium.

Je décris ici un nouveau système plus performant fondé sur les mêmes principes. Le champ électrique de l'onde laser accélère les électrons jusqu'à former un courant magnétiquement pincé qui est perçu par les noyaux comme une contraction brutale du nuage électronique, formant un puits de potentiel dans lequel ils se précipitent. Je montre comment lorsque deux noyaux sont assez proches pour entrer en interaction nucléaire ils captent un électron qui entre dans la réaction de fusion, la facilite et la quitte en emportant l'énergie de fusion. Cela donne naissance à des aiguilles . J'ai appelé ainsi les paquets d'électrons relativistes lancés par des réactions de fusion qui se succèdent en chaîne. Dans les aiguilles les électrons relativistes se suivent à la queue leu leu, pendant que les noyaux d'hélium issus de la fusion sont lancés en sens contraire.

Le problème est de prélever l'énergie des aiguilles et de l'utiliser industriellement. Dans le brevet 0202343 les aiguilles étaient lancées dans le plan focal, dans des directions radiales à partir du foyer. La figure 1 représente les sections par un plan perpendiculaire aux trajectoires de trois aiguilles lancées côte à côte dans le même plan focal. Les champs d'induction magnétiques qui maintiennent les électrons à la queue leu leu sont représentés par des flèches noires. Entre deux aiguilles ces champs s'annulent mais dans un plan très voisin du plan des aiguilles ces champs se prolongent d'une aiguille à l'autre. Leur brusque apparition déclenche des contre-courants dont les sections sont indiquées par des pointillés. Ces contre-courants constituent des écrans magnétiques qui empêchent d'exploiter correctement l'énergie des aiguilles. Cette énergie se dissipe en chaleur dans des tourbillons.Il s'agit en fait du phénomène de pincement magnétique étendu au plan : courant et contre-courant sont trop écrasés l'un contre l'autre pour qu'on puissse construire un circuit capable de les démêler. La présente invention concerne un système où les aiguilles sont lancées, non plus dans un plan mais dans une série de plans parallèles distants d'une demi-longueur d'onde laser. Le calcul montre qu'alors les aiguilles se rapprochent les unes des autres et se multiplient. Dans une section perpendiculaire aux trajectoires la répartition des aiguilles apparaît comme localement homogène La discontinuité de la densité de courant qui était la cause du mal a disparu. L'ensemble des aiguilles apparaît comme un courant électrique épais et homogène.

2904465 2 L'invention est essentiellement caractérisée par le fait que la zone centrale de la chambre à deuterium où a lieu l'interaction laser matière qui provoque la fusion nucléaire du deuterium est placée à l'intérieur de la cavité laser, La fenêtre d'entrée de la chambre à deuterium transforme le mode de propagation de 5 l'onde laser en mode quadripolaire tournant et la fenêtre de sortie fait la transformation inverse et redonne à l'onde laser son mode de propagation initial. Et de même dans l'autre sens. Ainsi peuvent s'organiser les réflexions multiples et en réglant la distance entre les miroirs on obtient la résonance nécessaire à l'effet laser.

10 Deux lentilles convergentes identiques formant un système afocal, sont apposées contre les fenêtres d'entrée et de sortie, elles réduisent la section du faisceau dans la zone focale pour augmenter l'intensité du champ électrique qui provoque la fusion. Nous sommes ici en onde stationnaire, la fusion est provoquée là où le champ électrique est maximum, dans des plans espacés d'une demi-longueur d'onde laser, cela assure une bonne répartition des 15 aiguilles. Dans le brevet 0202343 l'onde laser qui provoquait la fusion était progressive, elle n'était utilisée qu'à un seul passage puis était perdue. Alors qu'ici elle subit des réflexions multiples dans une cavité. Une grave perte d'énergie est évitée. L'invention sera mieux comprise par les explications qui vont être données en 20 corrélation avec la description des figures parmi lesquelles : La figure 1 a permis d'expliquer l'effet de contre-courant indésirable. La figure 2 illustre, en coupe par un plan méridien, un générateur de puissance électrique, il est de révolution autour de l'axe z. La cavité laser est encadrée par les miroirs M et M'. La partie centrale de la chambre à deuterium est encadrée par les déphaseurs 25 azimutaux D et D'. Un déphaseur azimutal, déjà décrit dans le brevet 0202343 est constitué par un ensemble de lames à faces parallèles disposées en adhésion moléculaire sur six secteurs d'u support transparent de forme circulaire, le tout est poli sur les deux faces pour avoir une épaisseur constante.

30 La figure 3 représente les déphaseurs azimutaux D et D' vus à plat et rapportés au système d'axe xFy. Sur la figure 2, ils sont symétriques par rapport à l'axe Fy. Dans les secteurs I le verre n'est pas dopé. Dans les secteurs II et III il est dopé de telle sorte que le déphasage provoqué augmente de 2n/3 pour le secteur II et de 4n/3 pour les secteurs III ; Dans la nomenclature des guides d'ondes circulaires, le mode de propagation désigné par TEo, c'est-à-dire transverse électrique de périodicité nulle, est caractérisée par le fait que 2904465 3 le champ électrique est partout ortho radial ; il est nul sur l'axe, croit proportionnellement à la distance à l'axe, passe par un maximum situé à environ un quart d'onde de l'axe et décroît ensuite. Les lignes de champs électriques sont des cercles centrés sur l'axe. Le mode quadripolaire tournant que j'utilise pour provoquer la fusion comporte deux 5 périodes azimutales. Selon une première variante, il est produit à partir du mode 'l'Eo par un déphasage égal à deux fois l'azimut. On se contente de trois déphasages en six secteurs comme illustré figure 3, pour les déphaseurs azimutaux D et D'. Les lignes de champ électrique sont alors deux familles d'hyperboles équilatères orthogonales dans l'espace et en quadrature de phase.

10 Dans le brevet 0202343 l'onde Ibo est produite à partir de l'onde à polarisation rectiligne du laser classique : six lames cristallines demi ondes sont utilisées dans six secteurs pour donner au champ électrique une direction ortho radiale ; on produit ainsi une onde TEo avec une approximation convenable. Dans le présent brevet on pourrait faire de même mais on a préféré faire résonner la 15 cavité laser selon le mode 'l'Eo. Pour cela, on utilise un sélectionneur de mode agissant par anisotropie de conduction dans un miroir réflecteur ou par anisotropie de transmission dans une lame à faces parallèles. Voyons l'anisotropie de conduction : une grille métallique dont les barreaux sont espacés de moins d'une demi longueur d'onde, réfléchit les ondes dont le champ électrique est 20 parallèle aux barreaux et laisse passer les ondes dont le champ électrique est perpendiculaire aux barreaux. Pour que le miroir M joue le rôle de sélectionneur de mode, il faut qu'il soit constitué en matériau peu conducteur, recouvert d'anneaux conducteurs. Les anneaux peuvent être remplacés par une spirale conductrice du genre microsillon. Pour réaliser avec la précision 25 nécessaire un miroir utilisé à a. = 10um.on peut provoquer par photogravure à la lumière visible ? < 0,5um Voyons maintenant comment utiliser l'anisotropie de transmission, c'est-à-dire en fait les propriétés des lames quart d'onde : Une lame quart d'onde est une lame à faces parallèles taillée dans un cristal.

30 Lorsqu'elle reçoit une onde plane en incidence normale elle présente deux indices de réfractions différents selon que le champ électrique est parallèle à un axe dit axe rapide, l'indice a pour valeur ni ou parallèle à un axe lent, l'indice a pour valeur n2. L'épaisseur e de la lame doit être telle que e(n2 - ni) = 2 /4. Pour réaliser un sélectionneur de mode TEo on assemble bord à bord un ensemble de 35 secteurs taillés dans des lames quart d'onde et disposés de telle sorte que la direction d'axe 2904465 4 rapide (ou lent) coïncide partout avec la direction orthoradiale. Une onde se propageant selon le mode 'l'Eo dont le champ est électrique est partout ortho radial, voit le sélectionneur de mode comme un milieu homogène d'indice n, et l'on peut accorder la cavité en réglant la position du miroir Ml une onde ayant des composantes autre que la composante ortho radiale 5 de l'onde TEo est brisée par la biréfringence. La partie centrale de la chambre à deuterium où démarre la fusion nucléaire est désignée par 1 figure 2, elle est limitée par les déphaseurs azimutaux D et D'. La chambre à dioxyde d carbone désignée par 2 est limitée par le déphaseur azimutal D et le sélectionneur de mode TEo désigné par S. Ces organes servent donc de cloisons, 10 Le déphaseur azimutal D est encastré et scellé dans le matériau qui constitue la paroi 3 de la chambre 2. Le sélectionneur de mode S est encastré dans une pièce en métal repoussé qui se raccorde à la paroi 3 comme un couvercle. Le dioxyde de carbone est excité par deux électrodes dont l'une désignée par 5 est 15 représenté de façon incomplète et schématique, elle est alimentée par la borne 6 qui traverse la cloison 3. Le faisceau laser limité par des flèches 7 traverse les déphaseurs D' D et le sélectionneur de mode S, il est réfléchi par les miroirs M et M'. La position du miroir M est réglée par trois vis micrométriques dont l'une désignée par 8 apparaît sur la coupe. Des 20 ressorts solidaires de la pièce 4 s'opposent à la poussée de ces vis, l'un a été représenté en 9. Selon une variante de l'invention non représentée ici, on utilise une seconde chambre à dioxyde de carbone symétrique de la première par rapport au plan xFy, elle est encadrée par le déphaseur azimutal D' et le miroir M' qui prend une place symétrique de M. La résonance se fait toujours entre M et M'. La position du miroir M' n'a pas besoin d'être réglée et il ne 25 doit y avoir qu'un seul sélectionneur de mode TEo dans l'ensemble du résonateur constitué par les deux chambres à dioxyde de carbone. On peut sans sortir de l'invention faire résonner la chambre (ou les chambres) à dioxyde de carbone selon le mode quadripolaire tournant : il suffit de déplacer les déphaseurs azimutaux D et D' et de les disposer dans le voisinage des miroirs. Le sélectionneur de mode 30 doit toujours être à l'extérieur de l'espace DD' Il a été conçu pour sélectionner en tout point une direction de champ électrique ortho radiale. Un mode de propagation peut toujours être considéré comme une somme d'ondes planes rectilignement polarisées. Le mode quadripolaire tournant a la particularité de pouvoir être considéré comme une somme d'ondes circulairement polarisées et déphasées 35 proportionnellement à l'azimut, elles se propagent dans des directions faisant toutes le même 2904465 5 angle avec Fz. Donc, selon une variante de l'invention on se passe du sélectionneur S et on sélectionne le sens de rotation des ondes à polarisation circulaire en appliquant un champ magnétique continu parallèle à Fz. L' indice optique est différent selon le sens de rotation de la polarisation (effet Zeeman) en ajustant la position du miroir M pour provoquer la résonance 5 on choisit le sens de rotation de la polarisation. Les déphaseurs azimutaux placés contre les miroirs M et M' donnent aux ondes les phases qui conviennent dans les différents secteurs. Cet ensemble correctement excité lance, à partir de la zone focale F un jet d'aiguilles 10. Ce jet d'aiguilles étant de révolution autour de Fz et symétrique par rapport au plan xFy, le circuit secondaire qui prélève son énergie doit présenter ces mêmes éléments de symétrie.

10 C'est pourquoi sur la figure 2 nous n'avons représenté que la partie située à droite de l'axe de révolution Fz. L'énergie des électrons issus de la fusion est de l'ordre de 15 MeV. Ces électrons groupés en aiguilles lancées dans le deutérium à une vitesse voisine de la vitesse de la lumière provoquent une ionisation massive du gaz. Les électrons libérés forment un courant où leur 15 énergie est d'une dizaine de KeV. Les anneaux 11 et Il' entre lesquels passent les aiguilles 10 sont réunis entre eux par trois tiges métalliques dont l'une 13 est vue sur la fig.2, ils sont maintenus en place par des tiges métalliques fichées dans la paroi isolante 14. L'une de ces tiges 15 passe à travers la paroi isolante 14 et établit le contact avec le circuit extérieur 17 symbolisé par une self 20 inductance et une capacité. Cette paire d'anneaux 11 et 11' agit sur le courant comme une grille dans un tube électronique dont l'anode serait la paroi métallique 12 qui entoure et ferme la chambre à deuterium. Cette paroi 12 est réunie à la paroi isolante 14 par un ensemble ,de vis dont l'une 16 assure le contact avec l'autre extrémité du circuit oscillant 17. Le laser à dioxyde de 25 carbone fonctionne en impulsion et le circuit 17 est accordé sur la cadence de ces impulsions. L'énergie des électrons transmise aux circuits correspond au travail de ces électrons contre le champ électrique de freinage. Sur la figure 2 ce champ est localisé entre l'anode 12 et la grille 11 et 11'. Ce champ est extrêmement élevé, pour représenter correctement cet ensemble il faudrait déplacer l'anode 12, la repousser loin en dehors du cadre imposé par ce 30 brevet, et disposer entre cette anode et la paire d'anneaux 11 et 11' une série de paire d'anneaux régulièrement espacés, chaque paire d'anneaux étant reliée au point de la self-inductance correspondant à son potentiel. Ainsi les électrons seront freinés progressivement et leur énergie correctement utilisée.

2904465 6 L'approvisionnement et le contrôle du dioxyde de carbone et du deuterium font à travers des trous percés dans les parois des chambres qui contiennent ces gaz. Cela est indifférent au regard de l'invention.

Claims (8)

REVENDICATIONS

1. Générateur de puissance électrique à partir de la fusion du deuterium en hélium obtenue en focalisant dans une chambre à deuterium selon le mode quadripolaire tournant, l'énergie d'un puissant laser, caractérisé par le fait que la partie centrale de la chambre à deuterium où s'amorce la réaction est située dans la cavité laser entre deux organes ayant la forme de lames à faces parallèles appelés déphaseurs azimutaux . Le mode de propagation est imposé par un sélectionneur de mode placé à l'extérieur de l'espace limité par les déphaseurs azimutaux et à l'intérieur de l'espace limité par les miroirs.

2. Dispositif selon revendication 1 dans lequel le sélectionneur de mode fonctionne par anisotropie de conduction sur un miroir.

3. Dispositif selon revendication 1 dans lequel le sélectionneur de mode fonctionne par anisotropie de l'indice optique.

4. Dispositif selon revendication 1 dans lequel le laser est un laser à dioxyde de carbone, contenu dans une seule chambre.

5. Dispositif selon revendication 1 dans lequel le laser est un laser à dioxyde de carbone contenu dans deux chambres situées de part et d'autre de la partie centrale de la chambre à deuterium.

6. Dispositif selon revendications précédentes dans lequel les déphaseurs azimutaux sont écartés et encadrent l'ensemble formé par la partie centrale de la chambre à deuterium et la (ou les) chambres à dioxyde de carbone. Le sélectionneur de mode reste toujours en dehors de l'espace encadré par les déphaseurs azimutaux.

7. Dispositif selon revendications précédentes dans lequel la sélection de mode est imposée par un champ magnétique parallèle à l'axe du système.

8. Dispositif selon revendications précédentes dans lequel l'énergie produite est prélevée de façon étagée par une série de paires d'anneaux régulièrement espacés et reliés à des points de la self-inductance dont le potentiel est de plus en plus élevé.