Brevet FR2030326A1 — publié le 19701113

Un objectif important de la recherche dans le domaine de la fusion consiste à échauffer brusquement un gaz préalablement ionisé, du deutérium par exemple, et de I'enfermer, par exemple dans un état stationnaire, à l'intérieur d'un champ magnétique produit avec une forme géométrique convenable.Les températures les plus élevées obtenues jusqu'à présent avaient été engendrées avec échauffelent par onde de choc et compression adiabatique, ceci étant réalisé essentiellement à l'aide d'un champ magnétique croissant trbs rapidement. Bes dispositifs connus et utilisés jugqu'i présent, k savoir des accumulateurs d'énergie capacitifs et des bobines à conductivité normale, permettent effectivement d'obtenir une croissance très rapide du champ 'magnétique, mais non de maintenir ce champ, avec des moyens économiquement acceptablet, pendant un temps prolongé (supérieur à quelques millisecon den). Le. calculs de rentabilité effectués par un réacteur à fusion de forme toroTde ont montré d'autre part que, selon toute vraisemblance, il ne peut être question que dtun fonctionnement en régime stationnaire. On a donc besoin, là aussi, d'un champ magnétique qui croisse ibs rapidement et qui, pendant un temps de longue durée, puisse être maintenu au moins approximativement constant. Jusqu'd présent, on ne connait pas encore de solution pratique pour ce problème, car, d'une part, la commutation du courant , engendrant le champ magnétique, d'un accumulateur. d'mener gie "de croissance", susceptible d'une décharge rapide et assurant la croissance trbs rapide du courant, sur une source de courant de grande puissance et fonctionnant en régime continu pose des problèmes qu'il ne parait guère possible de résoudre, et, d'autre part, la puissance nécessaire pour engendrer des champs magnétiques continus de l'ordre de quelque 200 kG, avec des bobines à conductivité normale, excède toute limite économiquement envisageable, même pour des champs magnétiques de volume modeste. La présente invention concerne la génération d'un champ magnétique de forte intensité, très rapidement croissant et pouvant persister pendant un temps quelconque, en évitant les diffivultés exposées ci-dessus, et avec des moyens relativement réduits, économiquement acceptables. Selon la présente invention, ce problème est résolu avec une source de courant impulsionnelle, reliée par l'intermédiaire d'un premier interrupteur à une bobine de conductivité normale, une bobine supraconductrice étroitement couplée avec la bobine à conductivité normale, et dont les bornes peuvent entre court-circuitées par un deuxième interrupteur supraconducteur, un troisième interrupteur pour le court-circuitage de la bobine à conductivité normale, et un dispositif de commande qui ferme d'abord lepPemier interrupteur, puis le troisième interrupteur et, peu après celui-ci le deuxième interrupteur. La source de courant impulsionnelle peut comporter, selon les techniques connues, un accumulateur d'énergie capaçitif rapidement déchargeable. Pour influencer lentement -le champ magnétique1 après la croissance rapide, on peut prévoir en complément, dans le circuit de la bobine supraconductrice eourt-circuitée, un dispositif dit pompe de flux". Les pompes de flux sont connues par le travail de Wimpf et Rosner "Progrès dans l'application de pompes de flux à interrupteur électrique", publié dans les IEEE Transactions on Magnetics septembre 1968, vol. 4, nO 5 ,page 493. L'invention sera expliquée plus en détail à l'aide du dessin, qui montre un exemple de réalisation de ltinvention. L'exemple de réalisation de l'invention, schématiquement représenté sur le dessin, comprend un accumulateur d'énergie "rapide" C, constitué par une batterie de condensateurs (c'est-à-dire une batterie de condensateur qu'il est possible de décharger très rapidement); que l'on peut , les interrupteurs de court-circuitage 52 et S3 étant ouverts, enclencher à l'aide de l'interrupteur SA sur une bobine à conductivité normale X, qui peut éventuellement être refroidie à une très basse température, pour en réduire la résistance.Le circuit de décharge et la batterie de condensateurs ont une inductance tellement faible , que l'on est assuré d'une croissance très sapide du courant, par exemple en quelques microsecondes. Lg dispositif décrit jusqu'ici est connu (journal "Atomwirtschaft" 1963, pages 323, 324). Selon la présente invention, une deuxième bobine supraconductrice, est étroitement couplée avec la bobine L composée habituellement d'une spire unique ; cette deuxième bobine peut avantageusement ne comportsr elle aussi qu'une seule spire, et elle est équipée d'un interrupteur supraconducteur S3, réalisé avec une inductance faible, (par exemple un dispositif dit "Kryo- tron"), qui permet de court-circuiter les bornes de la bobine. Bn fonctionnement, à l'aide d'un dispositif de commande qui n'a pas été représenté, les interrupteurs S2 et S3 étant ouverts, on ferme d'abord l'interrupteur St. Durant la croissance rapide du courant qui en résulte dans le circuit à conductivité normale, qui comprend la bobine L, le circuit supraconducteur avec la bobine Le n'est pas influencé, en faisant abstraction du fait que dans la bobine Ls est induite une tension correspondant à la tension appliquée à l'enroulement de la bobine L.A peu près à l'instant du premier maximum du courant fourni par le condensateur C, on ferme l'interrupteur de court-circuitage à faible résistance S2 (par exemple un interrupteur à feuille métallique), après quoi le courant vers la bobine L passe par le circuit comprenant l'interrupteur S2. A partir de la valeur maximale atteinte, le courant commence à décroître selon une loi déterminée par le rapport de l'énergie magnétique à la valeur des pertes. Alors, pour maintenir malgré cela à une valeur constante le champ magnétique à l'intérieur de l'espace embrassé par les deux bobines, peut après la fermeture de l'interrupteur S2, on ferme aussi l'interrupteur S3, de court-circuitage de la bobine supraconductrice L5, et on fixe ainsi la valeur du champ magnétique.Du fait de la chute de tension dans le circuit primaire, déterminée maintenant par l'énergie magnétique du champ de fuites et par la valeur des pertes dans la maille court-circuitée de la bobine primaire, le courant croit dans la bobine supraconductrice court-circuitée Ls > jusqu'à ce qu'il ait atteint après extinction du courant primaire, sa valeur correspondant au champ magnétique embrassé. En tirant parti du temps de diffusion du champ magnétique dans la bobine primaire L., le temps de croissance du courant et du champ magnétique dans la bobine supraconductrice peut être réduit à un ordre de grandeur denquelque 1 à noms, selon que la bobine primaire L travaille à la température ambiante ou, par exemple à 200 K, de sorte qu'il est possible d'utiliser les matériaux dits "supraconducteurs durs", nécessaires en raison de l'intensité du champ magnétique. Les interruieurs S1 et S2 sont constitués habituellement par des éclateurs commandés et des interrupteurs commandés à feuilles métalliques, qui sont enclenchés par un système de commande à programme propre, réalisé de la manière habituelle. L'interrupteur S3 est, par exemple, un kryotron réalisé avec une inductance faible, constitué par exemple par un supraconducteur disposé en un enroulement bifilaire, qui, par exemple pendant le temps de croissance du courant primaire est fait en état de conductivité normale, c'est-à-dire de forte résistance, par une impulsion de champ magnétique, et qui redevient supraconducteur peu après la fermeture de l'interrupteur S2, par suite du déclen- chement du champ magnétique dont il subit l'influence. REVENDICAtIONS 10) Dispositif pour engendrer un champ magnétique intense, avec un court temps de croissance et une durée de persistance quelconque, caractérisé par une source de courant impulsionnelle (C), qui est reliée à une bobine (L) de conductivité normale par l'intermédiaire d'un premier interrupteur (S1) ; par une bobine supraconductrice (lys) étroitement couplée avec la bobine de conductivité normale et dont les bornes peuvent être court-circuitées par un deuxième interrupteur, supraconducteur (S3) ; pal; un troisième interrupteur (S2) pour le court-circuitage de la bobine de conductivité normale (L) ; et par un dispositif de commande qui ferme d'abord le premier interrupteur (S1), puis le troisième interrupteur (S2) et, peu après celui-ci, le deuxième interrupteur (S3). 20) Dispositif selon la revendication I caractérisé en ce que la source de courant impulsionnelle comprend un accumulateur d'énergie capactXif (C) susceptible d'être déchargé rapidement. 30) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que, pour un aceroissement ultérieur du champ magnétique, après sa croissance rapide, le circuit de la bobine supraconductrice comprend une pompe de flux.