Brevet FR2181460A1 — publié le 19731207

La présente invention concerne des générateurs supraconducteurs alimentant électriquement en parallèle une pluralité de tubes à décharge permettant de produire un faisceau laser de forte énergie. Il est connu d'alimenter de tels lasers par de l'énergie en provenance de bobines de stockage supraconductrices associées à des commutateurs et aptes à stocker une énergie considérable pendant un temps pratiquement infini et de la restituer en un temps très bref. La durée de cette décharge peut être comprise entre quelques millisecondes et plusieurs secondes.Les lasers moléculaires à gaz utilisés dans lesquels l'excitation électrique provoque une inversion de population, nécessitent une tension relativement élevée, de quelques dizaines de kilovolts. L'intensité consommée par chacun des lasers peut être de 100 milliampères. I1 est habituel de connecter les tubes laser en parallèle de façon que toutes les cathodes soient reliées ensemble à l'une des bornes de la source de tension et que toutes les anodes soient reliées à l'autre borne.Cette mise en parallèle des tubes permet d'obtenir un dispositif de grande puissance. Chacun 'amorce des tubes s'amorce s a une tension d'amorçage et fonctionne par la suite à une tension de palier bien inférieure à la tension d'amorçage. Les différents tubes, - il peut y en avoir un millier - présentent des caractéristiques différentesnotamment des tensions d'amorçage de valeurs diverses. A la mise sous tension, l'un des tubes s'amorcera avant les autres. Un fort courant circulera dans ce tube ce qui provoquera une chute de tension dans la résistance interne de la source donc une diminution du potentiel entre les anodes et les cathodes des tubes. Ce potentiel étant inférieur à la tension d'amorçage des tubes ne pourra provoquer l'amorçage des autres tubes une fois que l'un d'eux sera en fonctionnement.Aussi les tubes utilisés jusqu a présent possèdent chacun une résistance relativement importante disposée en série entre chacune des anodes et l'une des bornes de la source. Quand un premier tube est amorcé il se produit une chute de tension dans cette résistance due au courant qui la traverse et qui est suffisante pour permettre l'amorçage des autres tubes. Tous les tubes fonctionnent dans ce dispositif mais l'inconvénient de ces résistances est qu'elles consomment plus de la moitié de l'énergie et par conséquent diminuent fortement le rendement du dispositif. Le dispositif selon la présente invention remédie à cet inconvénient. Dans celui-ci, en effet, il est possible d'amorcer un plus grand nombre de tubes lasers et de les faire fonctionner en même temps tout en augmentant le rendement du dispositif. La présente invention a pour objet un dispositif d'alimentation électrique d'une pluralité de lasers à gaz à partir d'une bobine de stockage supraconductrice munie d'un interrupteur en série et des moyens de charge, chacun de ces lasers étant alimenté entre une première et une deuxième borne d'alimentation, chacune de ces premières bornes d'alimentation étant reliée à une première borne de sortie d'une source de grande énergie alimentée à partir de ladite bobine, chacune de ces deuxième borne d'alimentation étant reliée par un élément de limitation à une seconde borne de sortie de ladite source caractérisé par le fait que ledit élément de limitation est une bobine présentant un coefficient de self-induction. Selon une autre particularité de l'invention, l'invention a pour objet un dispositif d'alimentation électrique d'une pluralité de lasers à gaz à partir d'une bobine de stockage supraconductrice munie d'un interrupteur en série et des moyens de charge chacun de ces lasers étant alimenté entre une première et une deuxième bornes d'alimentation caractérisé par le fait que lesdites bornes d'alimentation sont les bornes d'une pluralité d'enroulements secondaires égaux en nombre à celui des lasers et disposés en tant qu'enroulements secondaires d'un transformateur dont ladite bobine de stockage est le primaire, toutes lesdites premières bornes d'alimentation étant connectées les uns aux autres. En se référant aux figures schématiques 1 à 3 ci-jointes, on va décrire ci-après un exemple de mise en oeuvre de la présente invention, exemple donné à titre purement illustratif et nullement limitatif. Les mêmes éléments représentés sur plusieurs de ces figures portent sur toutes celles-ci les mêmes références. La figure I représente un schéma de principe d'une alimentation de lasers par un générateur supraconducteur alimentant directement les lasers. La figure 2 représente un schéma de principe d'une alimentation de lasers par un générateur supraconducteur alimentant les lasers par un transformateur. La figure 3 représente un schéma de principe d'une alimentation de lasers par un générateur supraconducteur alimentant les lasers par une pluralité de secondaires du transformateur. Sur la figure 1 on voit une bobine de stockage supraconductrice I aux bornes de laquelle est disposé un commutateur supraconducteur 2. L'ensemble est alimenté par une source continue 3 laquelle est isolée par un interrupteur 4. Le commutateur 2 étant ouvert Cétat normal) la fermeture de l'interrupteur 4 permet de charger la bobine de stockage 1. L'ouverture de l'interrupteur 4 et la fermeture du commutateur 2 (état supraconducteur) permet d'emmagasiner pendant un temps très long une énergie pouvant atteindre plusieurs centaines de mégajoules à l'intérieur de la maille constituée par la bobine de stockage I et le commutateur 2. En ouvrant le commutateur 2 (état normal) l'interrupteur 4 étant toujours ouvert, la bobine de stockage 1 se décharge et va alimenter le circuit extérieur. Ce circuit extérieur est constitué de tubes lasers 5, deux cents par exemple dont toutes les cathodes 6 sont connectées ensemble à une extrémité de la bobine de stockage 1. Toutes les anodes 7 des tubes lasers 5 sont reliées chacune à une première borne d'une bobine 8 dont toutes les secondes bornes sont communes et reliees ensembles à l'autre extrémité de la bobine de stockage 1. Chacune des bobines 8 peut présenter un coefficient de self-induction de quelques henrys. La bobine 8 peut être avantageusement cryogénique. Au moment de la décharge de la bobine de stockage 1 le courant passe d'abord dans le tube qui s'amorce en premier. Du fait de la bobine 8 associée à ce tube le courant qui passe ne peut croître qu'avec une certaine vitesse puisque l'inductance de la bobine introduit un retard.Les tubes lasers autre que le tube amorcé en premier s'illuminent également parce que la bobine évite qu'une chute de tension trop brutale ne se produise à l'intérieur du premier tube amorcé. L'énergie magnétique emmagasinée dans la bobine 8 est restituée dans le circuit. Aussi il n'y a qu'une faible perte d'énergie dans le circuit. Ce dispositif présente l'avantage de ne pas consommer de l'énergie sous forme calorifique. Sur la figure 2, on voit un dispositif semblable à celui de la figure I sauf pour l'alimentation. A la bobine de stockage 1 est associée une bobine secondaire 9 qui peut être supraconductrice et qui constitue un transformateur avec la bobine de stockage I au primaire. L'avantage de cette solution est de créer une restitution d'énergie par transformateur ce qui permet d'isoler la source 3 de l'ensemble du circuit de décharge. Sur la figure 3 on voit une bobine de stockage I avec son commutateur 2. La bobine de stockage 1 constitue le primaire d'un transformateur dont les secondaires sont constitués par des bobines secondaires 10 en nombre égal à celui des tubes lasers 5. Chacune des bobines secondaires 10 possède un nombre de spires suffisant pour produire une tension suffisamment élevée au secondaire. Cette tension doit amorcer le tube laser 5. Chacune des extrémités des bobines secondaires 10 est reliée à l'anode et à la cathode du tube laser 5. Les extrémités des bobines secondaires 10 reliées aux cathodes des tubes lasers 5 sont toutes connectées entre elles. Afin que les tubes lasers s'amorcent en totalité, il faut que le couplage entre les bobines secondaires soit lâche.La condition nécessaire pour l'allumage de tous les tubes est que les bobines secondaires 10 soient faiblement couplées entre elles et faiblement couples avec la bobine de stockage 1. Cela s'explique par le fait qu'on introduit une self de fuite importante en série avec chaque bobine secondaire 10 lorsqu'il y a un couplage lâche. Cette self de fuite introduit un retard dans l'allumage de chaque tube. L'avantage de ce dispositif est de créer des circuits d'alimentation indépendants les uns des autres pour chaque tube laser. I1 n'y a pratiquement pas de pertes calorifiques. Bien que le dispositif qui vient d'être décrit paraisse le plus avantageux, on comprendra que diverses modifications peuvent lui être apportées sans sortir du cadre de l'invention, certains des éléments du dispositif pouvant être remplacés par d'autres susceptibles d'y assurer la même fonction technique. Le dispositif objet de l'invention peut être utilisé dans tous les cas où l'amorçage de lasers doit être assuré pour l'ensemble de tous les tubes et ceci sans créer de pertes calorifiques. Une application particulièrement intéressante concerne le fonctionnement d'un grand nombre de lasers à gaz disposés en parallèle. REVENDICATIONS 1/ Dispositif d'alimentation électrique d'une pluralité de lasers à gaz a partir d'une bobine de stockage supraconductrice munie d'un interrupteur en série et des moyens de charge, chacun de ces lasers étant alimenté entre une première et une deuxième borne d'alimentation, chacune de ces premières bornes d'alimentation étant reliée à une première borne de sortie d'une source de grande énergie alimentée à partir de ladite bobine, chacune de ces deuxièmes bornes d'alimentation étant reliée par un élément de limitation à une seconde borne de sortie de ladite source caractérisé par le fait que ledit élément de limitation est une bobine présentant un coefficient de self-induction. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite source est constituée par une seconde bobine disposée de manière à former le secondaire d'un transformateur dont ladite bobine de stockage supraconductrice forme le primaire. 3/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ladite seconde bobine est supraconductrice. 4/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite bobine présentant un coefficient de self-induction est une bobine supraconductrice. 5/ Dispositif d'alimentation électrique d'une pluralité de lasers à gaz à partir d'une bobine de stockage supraconductrice munie d'un interrupteur en série et des moyens de charge chacun de ces lasers étant alimenté entre une première et une deuxième bornes d'alimentation caractérisé par le fait que lesdites bornes d'alimentation sont les bornes d'une pluralité d'enroulements secondaires égaux en nombre à celui des lasers et disposés en tant qu'enroulements secondaires d'un transformateur dont ladite bobine de stockage est le primaire, toutes lesdites premières bornes d'alimentations étant connectées les unes aux autres.