Brevet FR2272266A1 — publié le 19751219

La présente invention concerne un nouveau moteur thermique à oxygène et hydrogène et à photodissociation de lteau par énergie de fusion thermonucléaire. Dans la demande de brevet français déposée par l'actuel demandeur le 21 mars 1973 sous le NO PV 74 09669, pour "Laser en anneau pour radiations pénétrantes", il a été exposé que certains composés, par exemple l'hydrure de bore 3H5 ou les boranates de lithium ou de potassium BH4Li ou BH4K pouvaient entrer en fusion thermonucléaire sous 11 action de radiations t suffisamment intenses, la fusion thermonucléaire pouvant ensuite continuer d'elle-même sans qu'un agent extérieur soit nécessaire pour son entretien.La réaction chimique correspondante peut entre écrite, par exemple 10 5B10 + 1H1 6C11 + 6,17 MeV le dernier terme de l'expression précédente représentant de lténergie liberée. Dans la demande sus-mentionne'e, on a aussi indiqué que l'une des façons préférées d'utiliser énergie ainsi libérée était de provoquer la photodissociation de 11 eau et de produire les effets mécaniques désirés à l'aide du mélange d'oxygène et d'hydrogène ainsi obtenu. La présente invention a pour objet un moteur thermique utilisant des moyens permettant de contrôler la réaction de fusion et de mettre à profit ltexplosion du mélange hydrogène-oxygène. Ce moteur thermique a la propriété remarquable de ne nécessiter ni carburateur ni échappement. En effet, d'une part le mélange gazeux qui lui est fourni est parfaitement dosé et, d'autre part, il rejette lteau provenant de la combustion dans un réservoir contenant lteau soumise à la photodissociation. Dans ce moteur, l'eau circule donc en circuit fermé et sert ainsi de convertisseur d'énergie. En effet, les rayons &gamma; issus de la fusion thermonucléaire se comportent comme des balles de fusil qui percent tout sans produire de poussée utilisable. La photodissociation distribue l'énergie du quantum 6,17 MeV entre une multitude de quanta correspondant à énergie de dissociation de l'eau (2,46 eV) et l'énergie de ces quanta est convertie en énergie cinétique des molécules doleau lors de l'explosion. On utilise finalement pour produire les effets mécaniques liteau expulsée par cette explosion dans une turbine appropriée. Selon une caractéristique de l1inventien, le moteur est formé d'un stator dans lequel sont taillées des chambres d'explosion dont les axes sont inclinés par rapport à l'axe du moteur, qui constitue un axe de répétition pour ces chambres, dont le nombre est un multiple de trois. Le rotor comporte des déviateurs de jet qui font dévier vers les chambres où doit avoir lieu la compression l'eau violemment expulsée des chambres où l'explosion vient d'avoir lieuw Une partie de l'énergie cinétique du jet est convertie en énergie mécanique communiquée à l'axe du moteur; le rotor tourne et une nouvelle explosion a lieu dans les chambres où vient d'avoir lieu la compression. Les explosions sont provoquées par des bougies alimentées selon un mode bien connu dans la technique des moteurs à explosion et indifférent au regard de l'invention. Les chambres qui ne communiquent pas avec un déviateur de jet connuniquent avec la source de mélange gazeux à travers le rotor. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description ci-après et à l'examen des dessins annexés, dans lesquels - la Fig. 1 représente schématiquement une coupe cylindrique développée du moteur objet de l'invention - la Fig. 2 représente schématiquement une coupe axiale du même moteur ; et - les Figs. 3 et 4 montrent certains détails du dispositif des Figs. 1 et 2.- Sur les diverses figures, on a désigné par 1, 2 et -3 les chambres d'explosion qui sont identiques et, du point de vue de la géométrie, se déduisent les unes des autres par des rotations égales. Les chambres qui, à un instant donné, jouent le meme r81e portent les mêmes numéros de référence. En se référant à la Fig. 1, on a désigné sur celle-ci par 4 les déviateurs de jet; sur la Fig. 2, les numéros de 10 à 15 désignent l'axe et les éléments du rotor. On a désigné par 5 l'anneau d'hydrure de bore ou de boranate de lithium ou de potassium contenu dans 1? enveloppe d'aluminium 6 baignant dans l'eau contenue dans le réservoir 7. Anneau de boranate est mis en état de super-radiance 3 auto-entretenue par l'action d'un puissant laser agissant comme démarreur ainsi qu'il a été expliqué dans la demande de brevet sus-mentionnée. A cet effet, un tube d'aluminium 8 constitue un canal débouclant à l'air libre, dans lequel on peut enfoncer une sonde oùestorganisée l'action du laser et dont les détails apparaissent sur la Fig. 3. Un ensemble de volets mobiles tels que le volet 9, dont le détail apparant sur la Fig. 4, permet de régler lasuper-radiance del'anneau 5. L'enveloppe 6, qui contient l'anneau de boranate 5, est transparente aux rayons . C'est pour obtenir cette transparence qu'on utilise de préférence mais non exclusivement l'aluminium. Par contre, la cuve 7 et le volet 9 doivent être constitués par un métal tel que le plomb qui arrête les rayons Y qui n'ont pas été entièrement absorbés par la photodissociation de I1 eau. Le mélange gazeux résultant de la photodissociation est rassemblé dans le tronc de cane 18 qui l'introduit dans le moteur. La cuve 7 peut avoir un diamètre très supérieur à celui du moteur, et il n'est pas nécessaire qu'ils soient coaxiaux. On peut même placer verticalement le disque formé par la cuve et son contenu. Il suffit pour cela que les échanges de gaz et dteau puissent se faire sans difficulté. Pour cette raison, l'axe 10 du moteur est sensibrement vertical; les chambres telles que 1 2 occupent la partie la plus haute de l'installation. Sur la Fig. 2, ltaxe 10 du moteur sort vers le bas à travers la cuve 7. Cette disposition est commode parce qutil est plus facile de constituer un joint tournant étanche à l'eau qutà l'hydrogene. Les axes des chambres dtexplosion constituent les génératrices d'un hyperbolorde à une nappe. Or? on sait qu'une telle surface n'est pas développable. On peut cependant, pour la facilité des explications, dessiner comme sur la Fig. t un développement cylindrique arbitraire dans lequel les angles avec la direction verticale sont conservés. De mêmeS sur la Fig. 2, on a représenté les chambres d'explosion comme si leurs axes étaient dans le plan méridien de l'appareil. I1 s'soit là encore d'une convention de dessin facilitant les explications. Pour que le rotor soit mécaniquement équilibré, il faut que le moteur comporte plusieurs ensembles à symétrie de répétition autour de taxe, ci-après dits "périodes". Dans le cas de la Fig. 1, le moteur comporte deux "périodes", ctest-à-dire six cavités. Les "déviateurs de jetn sont des poches toujours remplies d'eau dont le profil a été déterminé de telle sorte que l'eau chassée des cavités 3, par exemple, par l'explosion, comnunique une partie de sa quantité de mouvement aux "déviateurs de jet" qui font partie du rotor et poursuive sa trajectoire en comprimant les gaz contenus dans les chambres 2.Sous l'effet de la poussée, le rotor tourne, les chambres 3 sont mises en communication avec la source de mélange gazeux comme Tétaient initialement les chambres 1 de la Fig. 1, et l'explosion se produit dans les chambres 2 où le gaz a été comprimés La nouvelle position du rotor est telle que ltexplosion dans les chambres 2 provoque la compression dans les chambres 1 et ainsi de suite. La Fig. 2 permet de mieux voir comment est constitué le rot or. Sur la Fig. 2, on a désigné par 10 l'axe du moteur. A droite de cet axe, la coupe du rotor est faite par un plan méridien passant par le centre du "déviateur de jet" et dont la trace est repérée par AÀ' sur la Fig. 1. Par contre, à gauche de l'axe 10, le rotor est coupé par un plan méridien passant hors des déviateurs de jet, là où se font les échanges gazeux avec la source; la trace de ce plan est repérée par BB' sur la Fig. 1. Comme on le voit sur la Fig. 2, le rotor est essentiellement constitué par un ensemble de portions de cônes coaxiaux formant un t'diabolo" (11,12) qui porte les déviateurs de jet 4 et se raccorde à l'axe par les bras 15. Dans le tronc de cône 12 se poursuit le rassemblement des gaz amorcé dans le tronc de cône 13 du stator. Le tronc de cône 11 sépare les gaz arrivant dans la chambre 1 de l'eau qui en sort. Les déviateurs de jet 4 sont constitués par des cavités encastrées dans des échancrures du tronc de cône 11, stappuyant sur le tronc de cône 12. Ils sont limités latéralement par des portions de cône 14 dont les bords supérieurs glissent sans contact sur le stator, assurant ainsi la continuité de ltécoulement liquide entre les chambres. Les bras 15, qui réunissent à l'axe l'ensemble que l'on vient de décrire, aboutissent au fond des déviateurs de jet. Dans cette position, leur longueur est minima et ils ne gênent pas l'écoulement de gaz. Le rotor entrain une masse d'eau qui tourne dans l'enveloppe 16 et fait retour au réservoir 7 par le tube 17. Selon un mode de réalisation de l'invention, ce tube 17 peut passer par un radiateur analogue à ceux qui, dans les moteurs classiques, assurent le refroidissement. Selon une autre réalisation, le réservoir 7 peut être en eonmunication avec un régulateur de pression de tout type cornu. Le système d'allumage, couplé à l'axe du moteur et schématisé par 20, alimente à l'instant voulu les bougies 21 il est analogue à ceux des moteurs à explosion classiques L'intensité de la super-radiance auto-entretenue est réglée par des volets tels que le volet 9 (Fig. 2) dont on règle la position en faisant pivoter son axe à l'aide de la manette 91. La Fig. 4 donne une coupe de ce volet 9 par un plan perpendiculaire à son axe. Une cavité aménagée dans 11 anneau de boranate 5 permet au volet 9, constitué en matériau opaque aux rayons }, de couper plus ou moins le flux des rayons Pour le démarrage, on enfonce dans le tube 8 (Fig. 3) solidaire du réservoir 7 et de l'anneau 5, où il permet d'accéder, un tube 80 dans lequel ont été préalablement placés-un miroir parabolique 81 et la pastille de boranate 82. Une forte impulsion lumineuse provenant d'un laser, focalisé par le miroir 81 sur la pastille 82, y provoque la fusion thermonucléaire et l'émission de rayons % pendant les quelques nanosecondes qui suffisent pour que la réaction se propage autour de l'anneau, après quoi on peut retirer le tube 80 et son contenu.On notera que le miroir 81 doit entre, comne les tubes 8 et 80, en métal léger, réfléchissant très bien les ondes lumineuses issues du laser et transparent aux rayons w (ainsi, il n1 est pas nécessaire de le percer en son centre). La surface du miroir 81 est définie comme un elément de paraboloide de révolution dont l'axe est parallèle à la direction de l'onde plane issue du laser, et dont le foyer doit être positionné avec précision par rapport à la surface de la pastille 82. C'est la raison pour laquelle on rayonne sur une pastille de boranate rendue mécaniquement solidaire du miroir après ajustage et non pas dans un élément de boranate placé dans l'anneau 5. Ce positionnement précis n'est à faire que lors des démarrages, c est-à-dire rarement. il est à noter, se référant de nouveau à la Fig. 2, que l'eau qui sort du moteur par le tuyau 17.peut entre ensuite livrée à la consommation, le réservoir 7 étant alors alimenté en eau par une source polluée ou dont on veut extraire des sels. On peut aussi, sans sortir du domaine de l'invention, substi tuer toute source de rayons d connue à celle dont l'utilisation a été supposée dans la description ci-dessus. - R E V E N D I C A T I O N S 10) - Moteur thermique rotatif du type turbine utilisant la photodissociation de l'eau par fusion nucléaire et comprenant un stator dans lequel sont ménagées des chambres d'explosion présentant une symétrie de répétition autour de 1'axe du moteur et munies chacune de dispositifs d'allumage, un rotor comportant des chambres de poussée situées en regard des chambres d'explosion et un réservoir d'eau dont une partie au moins est dissociée, caractérisé en ce que lesdites chambres d'explosion du stator sont alimentées successivement en un mélange gazeux oxygène-hydrogène par les gaz provenant de la photodissociation de l'eau, et en ce queleas chambres de poussée du rotor baignent dans de l'eau qui, lors de la rotation du rotor, est chassée d'une de ces chambres par ltex- plosion du mélange oxygène-hydrogène de la chambre d'explosion qui communique avec elle en sorte que cette eau est introduite dans la chambre d'explosion contigue en exerçant une poussée contre une surface de ladite chambre de poussée inclinée par rapport à ltaxe du moteur et par suite en déplaçant le rotor. 20) - Moteur thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de photodissociation de 11 eau du réservoir comportant un anneau formé d'une matière susceptible d'entrer en fusion thermo nucléaire sous l'action de radiations & auto-entretenues et des moyens pour faire démarrer la réaction de génération de ces radiations g à partir d'une pastille de ladite matière voisine dudit anneau soumise au rayonnement d'un laser à impulsions. 30) - Moteur thermique selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de génération des radiations t sont utilisés seulement dans la phase de démarrage du moteur. 4 ) - Moteur thermique selon les revendications 1 ou Z, caractérisé en ce que ladite matière est un boranate de métal alcalin ou alcalino-terreux, ou un hydrure de bore. - - Moteur thermique selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'action desdites radiations sur ladite matière est réglée par la position de volets tournants faits d'une matière opaque au rayonnement ç Q 60) - Moteur thermique selon la~revendication 1, caractérisé en ce que les axes des chambres d'explosion sont les génératrices dtun hyperboloîde de révolution à une nappe ayant pour axe ltaxe du moteur. 70) - Moteur thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'eau contenue dans le rotor est renvoyée au réservoir par une canalisation en sorte que cette eau circule donc en circuit fermé et constitue un convertisseur énergie. 8 ) - Moteur thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les surfaces de poussée des chambres de poussée du rotor sont inclinées par rapport à l'axe du moteur de façon à constituer des déviateurs du jet d'eau poussé par les gaz d'explosion de la chambre d'explosion correspondante.