Brevet FR2292311A1 — publié le 19760618

La présente invention concerne des boulettes de combus- tible pour fusion thermonucléaire déclenchée par un laser, et plus précisément une boulette ayant une enveloppe cohérente qui peut être remplie d'un combustible gazeux au cours d'un procédé d'imprégnation et de diffusion. On a déjà proposé la réalisation de boulettes pour fusion thermonucléaire par sélection de sphères @r@@@e@@@@ verre de petit diamètre compris entre 10 et 300 microns, et remplissage de ces sphères par un mélange deutérium-tritium sous forme gazeuse, par traitement des sphères par l'atmosphère gazeuse dans des conditions d'application de chaleur et de pression. En un@temps pres@rit qu'on peut facilement déterminer, le gaz diffuse p travers les parois des sphères de verre. La sphère remplie peut alors être refroidie à température ambiante et retirée afin qu'elle soit conservée dans des conditions ambiantes dans lesquelles elle a une durée relativement grande. Ultérieurement, la boulette peut être le cas échéant soumise à des températures cryogéniques et le gaz se condense sur les parois internes et forme une couche sphérique de deutérium et de tritium à l'intérieur de la. sphère de verre. L'invention concerne une enveloppe sphérique relative- ment mince qui et cohérente et a une couche externe perméable au. combustible,. l'enveloppe sphérique composite étant remplie d'un combustible de fusion sous forme gazeuse par diffusion vers l'intérieur. Après refroidissement à température ambiante, la diffusion vers l'extérieur est réduite d'environ dix mille fois si bien que la durée de conservation est très importante. L'invention concerne aussi une boulette de combustible thermonucléaire qui a une résistance mécanique convenable et dont le stockage et la manipulation sont commodes. D'autres avantages de la sphère composite scnt un numéro atomique moyen réduit, une conductibilité thermique acrrue et un pouvoir réflecteur accru vers @'extérieur par rapport aux paramètres correspondants du verre. En outre, la faible conductibilité thermique de l'enveloppe de carbone permet la réalisation d'une boulette qui, lorsqu'elle est soumise des conditions cryogéniques, a tire duroe raisonnablement longue de transport après congélation du combustible sous forme d'une couche uniforme sur la paroi interne. Un autre avantage est que les isotopes de l'hydrogène qui s'infiltrent rapidement à travers la couche externe ont aussi une solubilité extrêmement élevée dans le palladium si bien que la quantité d'isotopes combustibles de l'hydrogène dans le palladium lui-même est relativement élevée. Cette caractéristique ne s'applique pas lors de l'utilisation du verre à la place du palladium. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 est une coupe d'une boulette non cryogénique ; et la figure 2 est une coupe d'une boulette qui a été soumise à des températures cryogéniques. La figure 1 représente un exemple d'enveloppe sphérique mince 10 en carbone pur formant un substrat. Cette enveloppe peut avoir un diamètre externe compris entre 10 et 300 microns. On prépare l'enveloppe de carbone par le procédé suivant. Certaines résines époxydes, lorsqu'on les chauffe rapidement à des températures extrêmes, supérieures à 4000C, se ramollissent mais ne perdent pas immédiatement leur intégrité physique. La résine époxyde se décompose alors en carbone et en gaz. Lorsqu'on utilise des petites particules de résine époxyde, les gaz formés lors de la décomposition de la résine constituent des agents gonflants piégés qui ont tendance à dilater les particules de résine sous forme de sphères creuses avant oxydation totale de celles-ci. Lorsque des enveloppes de carbone se sont formées par oxydation des enveloppes plastiques, elles sont recouvertes d'une substance 1 L'enveloppe de carbone pur décrite précédemment doit avoir une épaisseur de paroi comprise entre 0,3 et 1,5 micron lorsqu'elle doit être utilisée sous forme d'une boulette de combustible thermonucléaire. L'épaisseur de la couche externe doit être comprise entre 100 et 1000 nm. Lorsque l'enveloppe composite a été formée, elle peut être remplie de combustible thermonucléaire tel que les isotopes de l'hydrogène, par exemple un mélange deutériumtritium, par diffusion vers l'intérieur. Les enveloppes sont alors placées dans un récipient dans lequel la température peut entre portée à 7000C environ. La pression à l'intérieur du récipient est d'environ 105 bars. Dans ces conditions, 99 % de la pression du gaz présent dans le récipient ont été atteints à 1' intérieur de la sphère par diffusion à travers les parois en 100 h environ. La température du récipient peut alors être réduite à la température ambiante et la pression peut être supprimée si bien que les enveloppes composites remplies peuvent être retirées.Les boulettes composites de combustiblé- thermo- nucléaire ainsi formées présentent l'avantage de posséder une enveloppe interne de faible numéro atomique moyen qui rend minimales les perturbations de l'implosion. Il faut noter qu'une matière de faible numéro atomique désigne une matière dont le numéro atomique est compris entre 2 et 10, et d'autres matières qui conviennent sont l'hydrure de lithium (2), le polyéthylène (3), le lithium (3), le "Pary- lène" (3), le béryllium (4), le bore (5), le carbure de bore (5), l'oxyde de béryllium (6), le nitrure de bore (6), le fluorure de lithium (6), le borure de silicium (6), le fluorure de béryllium (7), l'oxyde de bore (7), le carbure d'aluminium (9); le nitrure d'aluminium (10), l'alumine (10), la chiolite (10), la cryolite (10), l'aluminate de magnésium (10), le fluorure de magnésium (10), l'oxyde de magnésium (10), la silice (10), le nitrure de silicium (10) et le-fluorure de sodium (10). Ensuite, l'enveloppe externe de numéro atomique plus élevé absorbe plus efficacement l'énergie incidente du laser. L'expression "numéro atomique élevé" désigne une matière métallique dont le numéro atomique est compris entre 10 et 103. L'enveloppe externe est suffisamment épaisse afin qu'elle ne se rompe pas lorsque la pression appliquée à l'intérieur de l'en veloppe composite est de l'ordre de 100 bars et la pression externe est la pression ambiante qui est sensiblement la pression atmosphérique. D'autres avantages de l'enveloppe composite sont que, lorsqu'elle constitue une boulette cryogénique, c'est-à-dire dont la température est réduite à 14 E environ, l'enveloppe externe de palladium a un pouvoir réflecteur élevé (par rapport à celui du verre) qui réduit l'absorption d'énergie incidente pour les radiations de longueur d'onde comprise entre 10 et 50 microns-. L'utilisation d'un métal ayant un numéro atomique élevé facilite l'absorption à k = 1 ,06 micron qui est la longueur d'onde du laser utilisé pour le processus de fusion thermonucléaire. En outre, la faible conductibilité thermique de l'enveloppe interne de carbone par rapport à celle de la couche métallique externe, rend possible le transport de- l'enveloppe refroidie dont le mélange deutériumtritium 14 est condensé et congelé sur la paroi interne de l'enveloppe de carbone, sur une distance considérable sans changement de phase du combustible congelé à l'état liquide ou gazeux. Ainsi, les enveloppes peuvent être retiréesde l'atmosphère cryogénique et mises en position d'exposition à un faisceau laser sans que le combustible change de phase. Comme indiqué précédemment, les isotopes de l'hydrogène ont une solubilité extrêmement élevée dans le palladium si bien que la quantité de combustible présente dans la couche externe de palladium elle-même peut atteindre 700 volumes pour cent. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre, qui est défini dans les revendications annexées. REVENDICBTI ONS 1. Enveloppe composite destinée à constituer un récipient d'un combustible de fusion thermonucléaire, ladite enveloppe étant caractérisée en ce qu'elle comprend une enveloppe interne en matière perméable auxgaz et ayant un numéro atomique compris entre 2 et 10, et un revetement formé sur l'enveloppe inter-ne par une matière perméable aux gaz et dont le numéro atomique est compris entre 10 et 105. 2. Enveloppe selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'enveloppe interne a une épaisseur comprise entre 0,3 et 1,5 micron et le revêtement métallique externe a une épaisseur comprise entre 100 et.1000 nm. 3. Enveloppe selon la. revendication 1, caractérisée en ce que l'enveloppe interne est formée de carbone et l'enveloppe externe est en une matière choisie parmi le palladium, le platine, le nickel, le cuivre et la silice. 4. Boulette destinée à constituer un combustible de fusion thermonucléaire qui doit être éclairé par un faisceau laser, ladite boulette étant caractérisée en ce qu'elle comprend une sphère creuse comprenant une couche interne de carbone et une couche externe d'un métal, et une charge d'un ou plusieurs isotopes de lthydrogène, disposée dans la sphère. 5. Boulette destinée å constituer un combustible nucléaire qui doit être irradié par un faisceau laser, caractérisée en ce qu'elle comprend une enveloppe composite selon la revendication 1, et une charge d'un ou plusieurs isotopes de l'hydrogène, placée dans la sphère.