Brevet FR2555829A1 — publié le 19850531

Emission conjuguée de lumière cohérente et de particules chargées en énergie, et dispositif pour la mise en oeuvre d'une telle émission. I1 est bien connu que le laser est un système irradié, ouvert à l'énergie électromagnétique, (photons: hv), mais reste fermé à la matière car il n'y a pas de transfert de particules absorbantes, A, ou activées, AO: A+hv-cAO, de la cavité résonnante vers l'extérieur, figure 1. On sait que le mot "laser" signifie: amplification de lumière par émission stimulée des radiations, et que ce mot est un acronyme des mots anglais: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Sans entrer dans les détails techniques bien connus d'une cavité résonnante, nous allons rappeler ici seulement que cette cavité résonnante est une enceinte irradiée de l'extérieur, et comporte deux parois parallèles, l'une AC un miroir, et l'autre BD un miroir semi-transparent. Si la puissance de l'irradiation est faible, un tel sys terme se comporte comme une simple lampe. Par contre, si la puissance de l'énergie électromagnétique injectée, et les atomes qui absorbent ces photons injectés: A+hv tA , sont judicieusement choisis, l'enceinte irradiée oblige l'énergie électromagnétique, (les photons), à s'accumuler à l'intérieur de la cavité, et après inversion de population, la cavité émet un faisceau de lumière cohérente: hv, (lumiere monochromatique), dont l'énergie dépend de l'énergie électromagnétique injectée, et des atomes qui absorbent cette énergie. I1 est possible de réaliser un systeme irradié en per manence, lequel à l'encontre du laser reste parfaitement ouvert aux particules matérielles A absorbantes, mais piège l'énergie électromagnétique injectée, figure 2. (G. Lucas: Transfer Theory For Trapped Electromagnetic Energy. Second revised edition. John Wiley & Sons). On a appelé ce système le "Frag", (générateur de radicaux libres), acronyme des mots anglais: Free RAdical Generator, et ce mot sera utilisé dans ce texte pour désigner le dispositif de la figure 2. Pour construire ce système irradié, il suffit de remplacer le miroir semi-transparent BD de la cavité résonnante par une grille réfléchissante de très faible transparence optique, inférieure à 1%. Le volume ACBD, fermé par la grille sera continuellement irradié de l'extérieur, et alimenté en permanence en particules matérielles A, lesquelles, en fonction de leur taux d'alimentation absorberont les photons, c'est-à-dire, énergie électromagnétique injectée. Par suite de la très faible transparence optique de la grille, le nombre des photons qui s'échappera du volume irradié ACBD, restera négligeable. Ce système irradié, (le frag), -bien que parfaitement ouvert à l'entrée et à la sortie des particules xatérielles-, oblige lui aussi, comme le laser, l'énergie électromagnétique à s'accumuler, cependant, en raison de la très faible transparence optique de la grille se comporte comme un piège à photons. Par conséquent, la seule voie de sortie disponible a l'énergie électromagnétique piégée sera, après absorption, via particules matérielles à travers les pores de la grille. Avec une irradiation permanente, si la puissance de la source extérieure est judicieusement choisie par rapport au volume irradié et, par rapport aux particules absorbantes, la densité de l'énergie électromagnétique continuera à s'accroître dans le volume ACBD. (Figure 2). Comme cette augmentation de la densité de l'énergie électromagnétique ne pourra pas continuer indéfiniment, à un moment donné un seuil de saturation (U), sera atteint et, à partir de cet instant le système irradié, (le frag), éjectera par les pores de la grille des particules matérielles chargées en énergie absorbée (AO), en quantités parfaitement déterminées. On a appelé "substrat" cette densité d'énergie électromagnétique requise pour saturer le volume ACBD irradié. (Figure 2). Pour conserver son état stationnaire: dU/dt=O, le systeme est obligé à utiliser pendant son irradiation, l'unique voie de sortie,8 savoir, l'éjection des particules activées à travers les pores de la grille, pour se débarrasser de toute énergie qui devient excédentaire par rapport à la quantité de l'énergie électromagnétique requise pour la saturation. Si la distance d. (figure 2), est graduellement réduite jusqu'à d,, c'est-a-dire, si le volume irradié se contracte de V. 1, jusqu'a sa limite VO, alors de moins en moins de photons seront nécessaires pour atteindre le seuil de saturation dans les volumes: Vi > V > V > . > V0. Ainsi, avec la diminution du nombre des photons requis pour saturer des volumes de plus en plus faibles, l'énergie excédentaire, c'est-à-dire, l'énergie devenue disponible au transfert, augmentera elle aussi avec la contraction. De ce fait, pour maintenir l'état stationnaire, le taux d'alimentation en particules absorbantes A, doit également augmenter pour débarrasser, après absorption, le système irradié des quantités croissantes d'énergie excédentaire. L'énergie excédentaire atteint son maximum, lorsque le volume irradié arrive à la limite de sa contraction. Cette étape correspond aussi à la capacité maximale de travail du frag, parce que le nombre des particules activées et transférées par unité de temps, atteint lui aussi son niveau le plus élevé. ruelle peut être l'utilité de ces particules chargées, (AO), ou surchargées, (A )*, en énergie, et éjectées par le.frag? On a montré, (G. Lucas: Informations Chimie, p., 87-94, 126 1973), que ces particules pouvaient être utilisées pour déclencher après transfert, des réactions photochimiques. Pour arriver à ce résultat, il suffisait à adapter au frag un simple récipient contenant des molécules: B+C.., (en phase gazeuse ou liquide), dont une des molécules, par exemple, la molécule B, pouvait réagir avec la particule activée AO éjectée, figure 3. Ici, la cible des particules chargées et trånsférées de l'enceinte irradiée (I), vers le compartiment (II), était la mo lécule B, dans le but de déclencher dans le compartiment (11) une étape: A +B.. -- > Produit. Cette étape est une réaction tsonbre", parce que elle su fait en absence de toute irradiations alors que la première étape: A+hv-- > A , réaction "claire" nécessite l'irradiation. Faisant abstraction du rendement de la réaction "sombre", dû aux quelques photons arrivant à travers les pores de la grille dans le compartiment (II), et aux particules A qui pourraient ' trouver, toute progression du rendement de la réaction '+B.., dans le compartiment (-II) sera fonction du transfert des particules activées de la zone irradiée (I), vers le compartiment (II). Ces réactions de transfert de radicaux libres se déroulent à la pression atmosphérique suivant un mécanisme scindé, parce que l'étape "sombre" à lieu dans le récipient (II), alors que l'étape "claire": A+hv-- > A , ne peut se faire que dans la zone irradiée. La progression de la réaction "sombre" prouve que des particules matérielles à l'état activé, et en nombre croissant, peuvent être transférées de l'enceinte irradiée (I), jusqu'à l'interface I/II, où elles réagissent ensuite avec les solécules B. Or, cette réactivité à la pression atmosphérique pouvait surprendre, à juste titre, étant donné les durées de vie cataloguées des atomes libres, (radicaux libres), impliqués dans ces réactions de transfert: ~10-2 à 10-4sec., à 0,1 - 0,5 au Hg. Cette réactivité inattendue s'explique par le fait, que les particules activées formées en un point quelconque à l'intérieur du frag conservent l'énergie des photons absorbés jusqu'a l'interface I/II, dès lors qu'elles sont en mesure de complter leurs trajectoires dans un espace irradié, -quelle qu'en soit sa géométrie-, et dans lequel la densité de l'énergie électromagnétique nonabsorbée maintient sa valeur constante fl, (substrat3, pendant l'évolution du système dans le temps et dans l'espace, (contraction). C'est-à-dire, si l'énergie des photons (h#), contenus dans le substrat correspond à l'énergie de transition nl--n2 des atomes A, un allongement de la durée de vie en résultera. I1 y a donc, une complémentarité entre le substrat et les particules activées: substrat (hv)~-particules activées (hv). L'analyse théorique du système a montré, et l'expéri- ence l'a confirmé, qu'à chaque étape de contraction devait correspondre une seule et unique quantité d'énergie électromagnétique transférable. Elle seule permettra au système irradié de maintenir sa capacité maximale de travail. De ce fait, le transfert de l'énergie électromagnétique ne peut se faire que par quantités discontinues, et cette quantité d'énergie qui devient disponible au transfert, augmente exponentiellement pendant la contraction progressive du volume. La probabilité de transition Pn2nl d'un atome, d'un niveau supérieur n2 vers le niveau initial nl est fonction d'une densité d'énergie électromagnétique p(v), énergie absorbable, présente dans le milieu irradié. Dans le cas du frag, l'émission stimulée reste entravée et l'émission de lumière cohérente est interdite. Par conséquent, la voie de sortie pour l'énergie électromagnétique piégée doit obligatoirement passer par un niveau excité, c'est-à-dire, A+hv-AO. Si au cours de la contraction du volume irradié, l'état stationnaire du système est conservé, et ceci en dépit d'une augmentation exponentielle de énergie excédentaire, cela signifie alors, que la population des atomes a2 sur le niveau n2 augmente elle aussi exponentiellement. Une telle augmentation de la population des atomes excités a2 sur le niveau n2 doit entrainer, ipso facto, sur le même niveau, un accroissement exponentiel de la densité de l'énergie électromagnétique absorbée: pe(v). Par conséquent, Pe(v)"f(a2) Nous soulignons qu'il s'agit ici, d'une densité d'énergie liée à la particule matérielle, contrairement à la densité p(v) constituée par des photons "libres". La probabilité de transfert de l'énergie électromagné tique, à travers les pores de la grille,: ss 2-nl sera une fonction directe de cette densité absorbée: Sn2-nl=Gp (v), (G étant une constante caractéristique de la grille). Par conséquent, la probabilité de transfert de l'énergie électromagnétique piégée, et la probabilité de transition n2- n doivent être inversement proportionnelles: gn2-nl=l/Ph2nl. Une nouvelle utilisation des particules matérielles chargées (AO), ou surchargées (AO)* en énergie et éjectées du frag à des vitesses variables, sera l'objet de la présente invention. I1 s'agit de conjuguer l'émission du frag et l'mission d'un laser, les deux émissions restant superposées, figure 4. Si la lumière émise par le laser correspond exactement à hv, c'està-dire, à la différence de l'énergie entre l'état final n2 et l'état initial nl des particules absorbantes éjectées, celles-ci, pendant leurs parcours jusqu'a la cible choisie, guidées par le faisceau de la lumière cohérente, -donc, en suivant la géométrie directionnelle de la source des photons-, se maintiennent en état activé. La lumière cohérente émise par le laser, joue dans ce cas le role du substrat, ce qui permet aux particules activées éjectées, d'évoluer dans le même environnement qu'a' l'intérieur du frag. Nous retrouvons ici, la même complémentarité que précédemment: émission laser p(v)=hv émission frag'p (v)=hv. Depuis de nombreuses années, l'utilisation du laser s'est répandue dans de multiples domaines. Par ailleurs, nous connaissons l'application des isotopes dans divers secteurs, de meme que l'effet thérapeutique de telle ou telle molécule. Cependant, l'application simultanée et synergique d'une émission conjuguée de lumière cohérente et de particules matérielles chargées en énergie sur un tissu organique, est à ce jour inconnue. L'invention a par conséquent, pour objet l'émission conjuguée Laser-Frag, et son application dans différents domaines, notamment dans les domaines de la Médecine et de la Biologie. Ainsi, la cible choisie, par exemple un tissu cellu laire recevra simultanément le faisceau de la lumière cohérente et, un jet continu de particules matérielles chargées en énergie, associées éventireliement à des isotopes. L'invention a pour objet encore, un dispositif appliquant l'effet conjugué et synergique Laser-Frag à la diagnostique des maladies du corps humain, n'excluant pas d'autres applications médicales et biologiques. L'invention a encore pour objet un dispositif, obtenu en remplaçant le miroir semi-transparent du laser par une grille réfléchissante de très faible transparence optique, en teflon, ou en métal à surface teflonisée. Une autre variante de l'invention est un dispositif oU la paroi BD de la figure 2 est remplacée par une plaque rigide parfaitement opaque et réfléchissante, comportant une ouverture ne dépassant pas 10% de sa surface totale, laquelle ouverture est couverte par une grille réfléchissante de très faible transparence optique. Le dispositif faisant l'objet de la présente invention, est muni d'un mécanisme à 7is sans fin, ce qui permet de réduire la distance d. qui sépare les parois AC et BD, figure 2. De ce fait le volume irradié ACBD peut se contracter à volonté. L'éjection des particules matérielles de ce dispositif, est obtenue dès que la pression à l'intérieur du volume irradié ACBD, alimenté en particules absorbantes, dépasse la pression ambiante qui règne à l'extérieur. De ce fait, la vitesse acquise par les particules éjectées dépend elle aussi, de la différence entre la pression existante à l'intérieur du frag, et la pression extérieure ambiante. Le dispositif de la présente invention est caractérisé en ce que le volume irradié ACBD peut subir une contraction progressive. De ce fait, et par suite de l'augmentation du nombre des photons devenus disponibles au transfert pendant cette contraction, les particules matérielles qui absorbent, emportent vers l'exté- rieur La travers les pores de la grille, des quantités croissantes de l'énergie électromagnétique piégée. REVENDICATIONS 1) Dispositif irradié en permanence, obtenu en rempla çant le miroir semi-transparent de la cavité résonnante, par une grille réfléchissante de très faible transparence optique. 2) Dispositif selon la revendication 1, obtenu en rer- plaçant le miroir semi-transparent de la cavité résonnante par une plaque rigide parfaitement opaque réfléchissante, et comportant une ouverture ne dépassant pas 10% de sa surface totale, laquelle ouverture est couverte par une grille réfléchissante de très faible transparence optique. 3) Dispositif selon les revendications 1 et 2, muni d'une grille réfléchissante d'une transparence optique inférieure à 1%, de ce fait le dispositif se comporte comme un piège à photons, et permet l'accumulation de l'énergie électromagnétique injectée en permanence. 4) Dispositif selon les revendications 1, 2 et 3, alimenté en continu en particules absorbantes. 5) Dispositif selon les revendications précédentes, muni d'un mécanisme à vis sans fin, permettant par la réduction de la distance qui sépare le miroir, de la grille, une contraction progressive du volume irradié. 6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, permettant par suite de la pression existante à l'in- térieur de l'enceinte irradiée, l'éjection à travers les pores de la grille, de particules activées qui emportent vers l'extérieur 1 'énergie électromagnétique piégée. 7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par une contraction progressive du volume irradié, et de ce fait les particules matérielles emportent des quantités croissantes d'énergie électromagnétique piégée. 8) Dispositif selon les revendications précédentes, nuni d'une grille réfléchissante d'une transparence optique inférieure à 1%, le diamètre des pores restant inférieur à 100 microns, et de préférence entre 10 et 50 microns. 9) Dispositif selon les revendications précédentes, muni d'une grille d'une transparence optique inférieure à 1%, et dont la surface est inerte par rapport aux particules activées. 10) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportdnt une grille inerte formée d'une plaque de teflon parfaitement opaque, d'une épaisseur inférieur à 1 mm, de préférence entre 0,5 et 1 mm. 11) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, muni d'une grille métallique inerte, par exemple, à surface teflonisée, d'une épaisseur inférieure à 1 mm. 12j Dispositif selon les revendications précédentes, muni d'une grille réfléchissante inerte, d'une épaisseur inférieure à 1 mm, et dont le nombre des pores par unité de surface est très élevé. 13) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, associé au laser. 14) Dispositif selon la revendication précédente, permettant l'émission conjuguée d'un faisceau de lumière cohérente, et d'un jet de particules matérielles chargées en énergie. 15) Dispositif selon les revendications précédentes, réalisé de telle manière que le jet des particules activées éjectées à travers les pores de la grille, reste contenu, pendant le parcours des particules activées jusqu'a la cible choisie, dans le faisceau de la lumière cohérente émise par le laser.