Brevet FR2379136A1 — publié le 19780825

la présente invention est relative à un dispositif destiné à réaliser la fusion nucléaire contrôlée de particules atomiques telles que des noyaux d'hydrogène (ou de ses isotopes). On a déjà tenté de réaliser une telle fusion contrôlée par effet. thermique,en induisant par exemple un courant électrique intense dans une enceinte annulaire où se trouvait placé du deutérium ionisé, mais ce type de procédé n'a pas permis jusqu'a. présent d'obtenir des résultats satisfaisants,en particulier parce que la concentration des particules à haute énergie est loin d'être suffisante. la présente invention se propose de réaliser un dispositif permettant d'obtenir une très grande densité de noyaux atomiques à haute énergie cinétique,afin de réaliser leur fusion nucléaire,en concentrant ces noyaux en un point de l'espace au lieu d'une ligne fermée comme c'est le cas dans les dispositifs électromagnétiques actuellement expérimentés. La présente invention a pour objet le produit industriel nouveau que constitue un dispositif destiné à réaliser la fusion nucléaire de particules atomiques telles que des noyaux d'hydrogène (de type proton) essentiellement constitué par une enceinte fermée de type sphérique dans laquelle sont placées lesdites particules, cette enceinte contenant en outre une deuxième sphère ayant le même centre que celui de ladite enceinte,ladite deuxième sphère étant de structure alvéolaire sur toute sa surface extérieure pour lui permettre d'être traversée par lesdites particules, chacune de ces deux sphères comportant une structure métallique placée sous tension électrique de façon à créer entre elles un champ électrostatique radial intense (continu ou variable), ledit champ étant destiné à communiquer une grande vitesse auxdites particules. Dans un mode préféré de l'invention l'enceinte comporte sur tout ou une partie de sa surface extérieure des éléments de structure tubulaire (dont la forme peut être par exemple cylindrique) qui sont en communication avec l'intérieur de ladite enceinte, chacun de ces éléments comportant à son extrémité opposée à cette enceinte une électrode métallique reliée au pole positif de la source de tension électrique, ces éléments tubulaires étant dirigés vers le centre commun de ladite enceinte et de la deuxième sphère,afin de pouvoir permettre de rectifier la trajectoire des particules. Selon l'invention la deuxième sphère,de forme alvéolaire,peut être constituée par un ensemble de fils métalliques en forme de treillis ou encore,pour augmenter sa rigidité tout en diminuant sa surface apparente,par un quadrillage constitué par des plaques métalliques minces, lesdites plaques étant placées perpendiculairement à la surface de ladite deuxième sphère et étant donc dirigées vers le centre de cette sphère. Dans un mode particulièrement avantageux de l'invention une source d'électrons à faible énergie est placée à l'intérieur de la deuxième sphère de façon à créer, particulièrement au niveau du centre, un nuage d'électrons,ledit nuage d'électrons étant destiné à éviter que les particules atomiques, chargées positivement,qui se croisent au niveau dudit centre se repoussent par suite de leur répulsion électrostatique. Dans ce mode de réalisation de l'invention ladite source d'électrons peut être créee par un appareil de type thermo-ionique présentant,comme la deuxième sphère,un minimum d'entrave et d'obstacles aux particules atomiques que l'on veut faire fusionner. Toujours selon ce mode de réalisation lesdits électrons peuvent être maintenus à l'intérieur de 13 deuxième sphère et surtout au voisinage du centre grâce å un deuxième champ électrostatique,de moins forte intensité que celui créé entre l'enceinte et la deuxième sphère, le pôle positif de ce deuxième champ étant appliqué au niveau de ladite source d'électrons. lnfin,pour transférer en permanence de l'énergie cinétique aux particules de type proton que 1 'on veut faire fusionner un mode de réalisation de l'invention consiste à superposer une tension alter native à la tension continue qui a été établie au départ entre l'enceinte et la deuxième sphère.la fréquence de cette tension alternative peut être choisie de façon à ce que le plus grand nombre possible de particules se trouve à l'intérieur de la deuxième sphère, et donc en dehors du champ électrique moteur,pendant la période de baisse de ladite tension. Mais,dans un mode préféré de l'invention, on peut prévoir un temps sensiblement plus long pour la montée de potentiel de la tension alternative et un temps très court pour la chute de cette tension alternative,un minimum de particules étant alors ralenti durant cette période de chute de tension,tandis que la plupart des dites particules peuvent être accélérées durant la période de montée de ladite tension. Dans le but de mieux faire comprendre l'invention on va décrire maintenant,à titre d'illustration et sans aucun caractère lisitatif,un mode de réalisation pris comme èxemple et représenté sur le dessin annexésdane8+eque1: - la figure I i vue en coupe,passant par le centre des sphères,du dispositif selon l'invention; - la figure 2 est une vue partielle et perspective de deux types de structure alvéolaire oui peuvent être utilisés pour la construction de la deuxième sphère; - la figure 3 est une vue de détail,en coupe,d'un des élé- ments de structure tubulaire qui sont disposés sur la surface extérieure de l'enceinte,tel qu'il pourrait être réalisé dans une variante de l'invention;; - la figure 4 montresà l'aide d'un diagrazime,l'allure des variations que l'on pourrait faire subir à la tension électrique qui est appliquée entre l'enceinte sphérique et la deuxième sphère. On se réfere tout dTabord à la figuz I. le dispositif selon l'invention comprend une enceinte I,de forme sphériqueséquipée sur toute sa surface extérieure d'éléments tubulaires 2 dont seulement un petit nombre a été représenté pour la clarté et la simplification du dessin, les parties de cette enceinte I sur lesquelles lesdits éléments n'ont pas été représentés étant dési- gelés par un trait pointillé. Les axes de ces éléments tubulaires 2,qui se répartissent sur la surface sphérique de l'enceinte Ripassent tous par le centre O de ladite enceinte et peuvent éventuellement se situer, deux par deux et en opposition,sur un mgme diamètre de ladite sphère. A l'intérieur de cette enceinte I se trouve placée the deuxième sphère 3,représentée en traits pointillés sur la figure I. Cette deuxième sphère a également son centre en O et se trouve donc concentrique avec l'enceinte I. Enfin,à l'intérieur de la sphère 3 et au voisinage du centre O se trouve placé une source d'électrons 4,qui a été représentée sur 1. dessin sous la forme d'un anneau vu de profil.Cette source d'électrons peut avoir en fait une forme quelconque appropriée et être par exemple une source de type thermoionique. L'ensemble de ce dispositif est alimenté par une source d'électricité 5, cette source étant susceptible de créer,dans ledit dispositif des tensions électriques (de type électrostatique) désignés par Vs et V2. La tension électrique Vt,qui est la plus élevée, est appliquée entre les extrémités des éléments 2 (opposées à l'enceinte 1) et la deuxième sphère 3, ladite sphère 3 étant au potentiel qui lui permet d'être chargé négativement tandis oue les charges positives sont acheminées par l'intermédiaire de liaisons électriques quelconques JW qu'à des électrodes 6 placées à chacune des extrémités des élétubulaires 2 opposes à l'enceinte I. La tension électrique V2,dont l'intensité est relativement faible, est placée entre la deuxième sphère 3 et la source d'électrons 4, ladite source d'électrons 4 étant placée à un potentiel tel que lesdits électrons soient retenus dans son voisinage. On se réfère maintenant à la figure 2. Cette figure 2 illustre deux types de structure alvdolaire qui pourraient constituer la deuxième sphère 3.Ces structures,qui sont essentiellement métallique4permettent toutes deux de former une cage de Faraday c'est à dire de réaliser une enveloppe fermée aux influences électrostatiques mais qui laisse le passage aux particules animées d'une certaine vitesse. Ces deux structures qui, sur cette figure 2,sont montrées en vue partielle et perspective présentent sur toute la surface de la sphère 3 la forme d'un nid d'abeilles composé d'alvéoles 7. Sur la vue de gauche de cette figure 2 ltossature est constituée,pour cette structure,par un réseau de fils métalliques 8 tandis que sur la vue de droite on a représenté cette ossature sous la forme de plaques métalliques 9,entrecreisées,qui se trouvent ré- parties sur toute la superficie de la sphère 3, ces plaques étant en outre placées dans des plans passant par le centre de ladite sphère 3. On va décrire à présent le fonctionnement de ce dispositif. On suppose tout d'abord qu'après avoir établi la tension électrostatique V Vides particules ionisées telles que des protons (qui portent donc une charge électrique positive) sont introduites dans l'enceinte I par les extrémités des éléments tubulaires 2 situées au voisinage des électrodes ó.Ces particules sont repoussées par lesdites électrodes 6 (qui sont chargées positivement) et attirées vers la deuxième sphère 3 (qui est chargée négativement). Lorsque lesdites particules parviennent au niveau de cette sphère 3, animées d'une grande vitesse radiale, elles pénètrent pour la plupart à l'intérieur des alvéoles 7 et sortent alors de la zone influencée par le champ électrostatique créé par la tension électrique Yj. lorsqu'elles sont parvenues å l'intérieur de la sphère 3 ces particules,dont le nombre pourrait créer un champ électrostatique répulsif important en raison de l'accumulation des charges positives dont elles sont porteuses,viennent attirer les électrons émis par la source 4 pour se mêler ensuite avec eu.Grâce à la présence de ces électrons oes particules peuvent alors continuer à suivre leur trajectoire rectiligne et radiale (c'est à dire dirigée vers le centre O ou sensiblement vers ce centre) et cela sans se repousser ou se freiner mutuellement,malgré leur charge électrique de même signe. 0n peut donc parvenir à obtenir au centre O des sphères une concentration de particules à haute énergie cinétique, les vitesses de déplacement desdites part-ioules pouvant être comparables à celles que l'on observe pour les agitations des atomes de plasma portés à de très hautes températures (si la tension électrique motrice Vt est fixée à une valeur suffisament élevée). On voit donc que ce dispositif comprend essentiellement un espace de grand volume,compris entre enceinte I et la sphère 3, où les particules peuvent être accélérées sans notable déperdition parasite d'énergie et une zone de concentration desdites particules autour du centre O,particulièrement favorable aux réactions de fusion nucléaires de ces mêmes particules.Dans cette zone autour du centre Onces particules,dont les trajectoires sont ordonnées puisque radiales, baignent dans un nuage d'électrons animés d'une faible vitesse, lesdits électrons pouvant être retenus du niveau de ladite zone grace au champ électrique créé par la tension électrique V2 qui est appliquée entre la deuxième sphère 3 et la source 4 d'électrons. Lorsque ces particules ont franchi la zone centrale autour de O, après avoir éventuellement heurté d'autres particulesyelles continuent à se déplacer le long de leur trajectoire radiale puis elles traversent de nouveau la sphère 3 et se dirigent vers enceinte I en remontant contre le champ électrostatique créé par la tension Vt et en étant freiné par ce champ.Elles progressent ensuite,toujours en remontant ledit champ l'intérieur de l'un quelconque des éléments tubulaires 2 jusqu'au niveau des électrodes 6 d'où elles sont à nouveau repoussées et projetées vers le centre 0 sous l'action de ce même champ électrique. On conçoit qu'ainsi toutes ces particules peuvent éffeotuer un mouvement de va et vient et que l'on puisse de cette façon maintenir en permanencesautour du centre O,une concentration de particules à haute énergie,dont un certain nombre est alors suceptible de se heurter et de fusionner. On remarque également que ces particules en mouvement ne subissent pas,en principe,d'effet d'attraction ou de répulsion éleotromagnétique dûs à leurs déplacements dans l'espace compris à 1 'inté- rieur de l'enceinte I et des éléments 2.En effet,dans cet espace,lesdites particules s'entrecroisent et de ce fait les courants électriques qu'elles engendrent dans un sens sont compensés par ceux qui sont créés en sens inverse. Pour que ce dispositif selon l'invention soit efficace il est nécéssaire que les trajectoires des particules soient le plus radial possible, ceci afin que la concentration desdites particules soit optimum au centre O dudit dispositif.Or il se peut que,par suite de chocs ou d'influences parasites hors de la zone centrale (les chocs dans cette zone ne pouvant créer que des déviations qui restent radiales),lesdites trajectoires ne soient plus parfaitement dirigées vers le centre O et que,de ce fait, les vitesses de déplacement des particules concernées présentent une composante tangentielle à une quelconque sphère de centre 0. les éléments tubulaires 2,placés sum toute la surface exté- rieure de l'enceinte I, sont destinés à permettre de rectifier de telles trajectoires. effet,lorsqu'elles remontent le long de l'un quelconque de ces éléments tubulaires 2, les particules dont la trajectoire n'est pas alignée avec le centre O viennent heurter les parois intérieures de cet élément 2 et,durant ces chocs,ces particules peuvent céder audites parois la plus grande partie de l'énergie cinétique parasite correspondant à la composante de leur vitesse qui se trouve placée dans un plan perpendiculaire à la direction radiale de leur trajectoire (ce plan étant tangentiel à une sphère quelconque de centre O).On comprend alors que,grâce à ces éléments tubulaires 2,on puisse à tout moment ramener vers le centre O les particules qui au- raient pu dévier de leur trajectoire radiale. On se réfère maintenant à la figure 3. Cette figure 3 représente,en coupe,une variante de la disposition que pourrait présenter l'un quelconque des éléments tubulaires 2 associé à la partie électriquement active de la deu xièie sphère 3 qui lui correspond et lui fait face. On voit sur cette figure que ladite partie électriquement active de cette sphère 3 a été représentée par une électrode pointue IO faisant face à l'électrode 6 les axes de ces deux électrodes étant situés sur un même rayon, passant par Odes sphères du dispositif.On conçoit que,dans cette dispositionsle champ électrostatique créé par la tension électrique Ventre ces deux électrodes oblige les particules à suivre le plus possible une trajectoire radiale. On remarque aussi, sur cette figure 3, que la forme proposé. pour l'élément tubulaire 2 est plutt cônique,ceci dans le but de adieux ramener les particules autour de l'électrode 6 avant de les projeter vers le centre G. On remarque enfin qu'il a été prévu,en arrière de ladite électrode 6,un récipient II muni d'un orifice I2.Ce récipient peut être utilisé pour injecter les particules protoniques dans le dis positif.Xais il peut également être utilisé pour récupérer les particules à haute énergie produites par les réactions de fusion nucléaire car l'énergie cinétique de telles particules est suffisante pour leur permettre de remonter contre le champ créé par la tension Vtet pour passer ensuite derrière l'électrode 6.11 serait m*ze possible de faire travailler de telles particules,dans ledit récipient Il, en les freinant par exemple à nouveau dans un autre champ élec trostatique installé dans ce même récipient,avant de les évacuer par l'orifice I2. On peut donc penser quesgrâce au dispositif selon l'inven tion,l'énergie de fusion nucléaire pourrait autre directement conver- tie en énergie électrique. On se réfère à présent à la figure 4,et au problème de la tension électrique motrice V1 qui permet de communiquer de grandes vitesses aux particules. On a supposé jusqu'à présent que énergie cinétique des particules protoniques a été fournie par le champ électrique constant créé par la tension électrique V 8 ces particules étant placées au départ,et lorsque ladite tension a été établie, au niveau des électrodes 6, afin de pouvoir être ensuite accélérées au maximum par ledit champ électrique.On pourrait également,ce qui serait plus siiple, ioniser et placer à l'avance de telles particules dans 1 'enceinte I et établir ensuite la différence de potentiel V1 mais ce procédé ne permettrait pas de communiquer audites particules autant d'énergie que le procédé précédent. De toutes manieres,dans l'un ou l'autre des deux cas, 1 'éner- gie reçue par ces particules est fournie une fois pour toutes et ne peut que diminuer avec le temps en raison des chocs parasites que ces particules' peuvent recevoir lors de leur déplacements à l'intérieur de l'enceinte 1 et des éléments tubulaires 2. Aussi,une solution pour entretenir le mouvement de ces particules consisterait,pour la tension électrique V1 à superposer une tension alternative à la tension électrique constante Yifaisant- ainsi osciller la tension totale Vu d'une valeur minimum Y' à une valeur maximum Y", ladite tension alternative étant destinée àe e. même signe. nir en permanence de l'énergie audites particules,V' et V9 restant d Cepedant,pour que cette tension alternative soit efficace, il faut que les particules soient plus accélérées pendant la montée de la tension vers V" que décolérées pendant la descente de la tension vers V'.Pour parvenir à ce résultat on peut rechercher une fréquence de variation de cette tension qui soit telle que le plus grand nombre possible de particules se trouvent à I 'intérieur de la sphère 3 (donc à l'abri du champ créé par V4) lorsque la tension dé croit jusqu'à V'. ais, comme on peut le voir sur le diagramme de la figure 4, on peut également prévoir une montée lente de la tension jusqu'à sa valeur V" (temps tt du diagramme).A cette valeur,le champ électro- statique très intense créé par V" empeche les particules de penétrer profondément dans l'espace entre la deuxième sphère 3 et l'enceinte I. Si on réalise alors la chute de la tension de V" à V' dans un temps très court t2 on peut ne ralentir que très peu de particules et réaliser de la sorte un bilan positif pour le transfert d'énergie aux particules par l'intermédiaire de ladite tension alternative. I1 est bien entendu que le mode de réalisation qui vient d'être décrit ne présente aucun caractère limitatif et qu'il pourra recevoir toutes modifications désirables sans sortir pour cela du cadre de l'invention. Par exemple on a considéré dans tout ce qui précède que seuls des champs électrostatiques sont utilisés pour communiquer une énergie cinétique suffisante aux particules.En fait,dans une variante de l'invention, on peut également imaginer que l'énergie fournie auxdites particules est produite par le champ électrostatique engendré par la tension Vu associé à d'autres moyens tels qu'une influence électromagnétique,un rayonnement lumineux, etc. Dans un autre ordre d'idées et toujours selon l'invention on peut,dans un but de simplification, remplacer l'ensemble des éléments tubulaires 2 par un système de cloisons minces, par exemple en matière isolante, ces cloisons étant situées à l'intérieur et au voisinage de l'enceinte I, les parois desdites cloisons étant placéesscomme dans le cas de la vue de droite de la figure 2,dans des plans passant par le centre O du dispositif, la profondeur de ce système de cloisons étant plus faible que la distance entre l'enceinte I et la sphère 3. Enfin,en ce qui concerne la tension électrique V2,appliqude entre la sphère 3 et la source d'électrons 4,on peut choisir pour cette tension une valeur telle que des électrons,qui heurteraient une particule (et qui de ce fait seraient animés d'une vitesse similaire à cette particule),se trouveraient néanmoins retenus à l'intérieur de la deuxième sphère 3 par le champ électrostatique produit par ladite tension V2,ce qui empêcherait lesdits électrons dire attirés yers les électrodes 6.D'autre part,toujours au sujet de cette tension éleotrique V2,une telle tension pourrait être établie,si cela était utile, en d'autres emplacements de l'espace compris à l'intérieur de la sphère 3 que entre ladite sphère 3 et la source 4. REVENDICATIONS I. Dispositif destiné à réaliser la fusion nuclésire de particules atomiques telles que des noyaux d'hydrogène (ou de ses isotopes) caractérisé par le fait qu'il est essentiellement constitué par une enceinte de type sphérique dans laquelle sont placées lesdites particules, cette enceinte contenant en outre une deuxième sphère, concentrique avec ladite enceinte, ladite deuxième sphère étant de structure alvéolaire sur toute sa surface pour lui permettre d'être traversée par lesdites particules, chacune des deux sphères sus-mentionées comportant en outre des structures métalliques connectées aux deux pales d'une tension électrique de façon à créer entre lesdites sphères un champ électrostatique, continu ou variable, ledit champ étant destiné à communiquer une grande énergie cinétique auxdites particules. 2. Dispositif selon la revendication I caractérisé par le fait que l'enceinte comporte sur toute ou une partie de sa surface extérieure des éléments de structure tubulaire,dont les axes sont portés par des rayons des deux sphères concentriques,ces éléments tubulaires étant en communication avec l'intérieur de enceinte par l'intemédiaire de l'une de leurs extrémités,l1autre extrémité comportant la structure métallique (par exemple un ensemble d'électrodes) sur laquelle se trouve connecté le pôle de la tension électrique destiné à l'enceinte. 3. Dispositif selon les revendications I et 2 caractérisé par le fait que la deuxième sphère,de forme alvéolaire, est composée d'un treillis de fils métalliques ou bien encore d'un ensemble de plaques métalliques minces entrecroisées,lesdites plaques étant placées dans des plans passant par le centre des deux sphères concentriques,ladite deuxième sphère constituant ainsi une c3ge de Faraday. 4. Dispositif selon les revendications et 3 caractérisé par le fait qu'une source d'électrons est placée à l'intérieur de la deuxième sphère,par exemple au voisinage de son centre. 5. Dispositif selon la revendication 4 caractérisé par le fait qu'une deuxième tension électrique est établie,à l'intérieur de la deuxième sphère, entre cette deuxième sphère et la source d'électrons,cette nouvelle tension électrique étant choisie de manière à permettre au champ électrostatique qui en résulte de retenir lesdits électrons à l'intérieur de ladite deuxième sphère. 6. Dispositif selon les revendications I et 2 caractérisé par le fait que la tension électrique,placée entre l'enceinte et la deuxième sphere,est composée d'une tension électrique constante et continue sur laquelle on superpose une tension alternative, la tension électrique totale qui en résulte ne changeant pas de signe lors des variations de cette tension alternative. 7. Dispositif selon la revendication 6 caractérisé par le fait que les variations de ladite tension sont disymetriques, la montée de cette tension jusqu'à sa valeur maximum étant relativement lente tandis que la chute de cette même tension jusqu'à sa valeur minimum est au contraire très brève.