Brevet FR2647943A1 — publié le 19901207

REACTEVR POUR FUSION NUCLEAIRE ELECTROLYTIQUE La présente invention concerne les générateurs d'énergie thermique par fusion nucléaire qui utilisent un procédé électrolytique. Dans les dispositifs connus de ce genre la réaction de fusion est produite dans l'électrode négative qui est un alliage de l'élément à fusionner par exemple le deutérium avec un métal tel que le palladium ou le nickel. L'électrolyte est une solution à base d'eau lourde. La réaction de fusion est produite par le passage du courant électrique. Dans ces dispositifs les niveaux d'énergie ne sont pas bien définis en raison de la nature métallique et de l'instabilité chimique de l'électrode et de l'état liquide de l'électrolyte. De ce fait les performances sont aléatoires. Un dispositif selon l'invention ne présente pas ces inconvénients. Sa structure est adaptée à l'élément à fusionner. Les diverses fonctions de transport, accélération, neutralisation, alimentation en élément fusionable et évacuation des produits de fusion sontsbien localisées. Dans un réacteur selon l'invention, tout d'abord, le milieu ou s' effectue la fusion n'est pas l'électrode négative mais l'électrolyte. Pour que les niveaux d'énergie soient bien définis l'électrolyte est un solide ionique. Pour qu'il soit accepteur d'éléments fusionables, par exemple de deutérium D l'électrolyte a des lacunes ioniques non compensées engendrant des centres V. Pour que par application d'une tension électrique, il puisse accélérer avec efficacité les ions positifs à fusioner tels que D; ilja up comportement de semi-conducteur et une zone de type intrinsèque à haute résistivité. Pour qu'il neutralise les ions fusionables après accélération, il est d'une part, accepteur d'ions positifs interstitiels et d'autre part il engendre des centres F. L'évacuation des produits de fusion se fait par l'électrode négative. On rencontre de telles structures d'électrolyte dans de nombreux verres et films cristallins électrolytiques ou CVD. Mais l'invention se comprendra mieux à la lecture de la description suivante et du fonctionnement d'un réacteur ayant un électrolyte cristallin qui présente les caractéristiques citées ci-dessous. L'électrolyte considéré est un aluminate de terre rare de formule Al3+ T3+x 023 avec x Dans les produits de ce genre la compensation électrostatique des l-x lacunes des ions T3+ est effectuée par l'apparition de 3(1-x) centres V qui sont des entités positives liées aux lacunes, décelables par spectroscopie, décrite dans la publication F. FORRAT, C. DAUGE, P. TREVOUX, G. DANNER, H. CHRISTEN Electrolyte solide à base de Al La 03. Application aux piles à combustible CR. Acad. Sciences. PARIS 1964 59 p. 2813. Le processus qui conduit à la fusion est le suivant : tout d'abord on charge l'électrolyte en éléments fusionables par exemple en deutérium D en le chauffant dans du deutérium. Les ions D+ se fixent dans les lacunes et l'électron compense les centres V selon le schéma annexé Fig. 1 ou l'électrolyte 1 est représenté avec son électrode positive 2 et son électrode négative 3. L'électrolyte qui était coloré par les centres V se décolore. Si on applique une tension entre les électrodes les ions D+ migrent vers l'électrode négative et les centres V réapparaissent du côté de l'électrode positive selon le schéma Fig. 2.Si l'électrode négative est imperméabie aux ions D+ il y a accumulation d'ions D+ interstitiels au voisinage de l'électrode négative dans les parties non lacunaires, intrinsèques et simultanément création de centres F, qui sont des entités négatives décelables par spectroscopie, pour rétablir l'équilibre électrostatique du réseau cristallin. Les couples D+F sont neutres. Ils véhiculent la quantité de mouvement prise par les ions sur le front de progression des centres F dans cette zone d'interface intrinsèque ou la chute de tension est élevée. Pour que le processus soit continu, il faut éliminer les produits de fusion par diffusion thermique. C'est le rôle de l'électrode négative qui doit être un métal accepteur par exemple du nickel. Le contrôle de la réaction de fusion est effectué en équilibrant les flux de tritium dans l'électrode négative et de deutérium dans l'électrolyte par un pilotage de la tension d'électrolyse en fonction de la température et des vitesses de diffusion des 2 éléments dans leur milieu respectif. Un réacteur selon l'invention comprend un électrolyte solide de forme géométrique équipé d'un système de chauffage pour l'amorçage et de deux électrodes sur 2 faces opposées reliées à un générateur de courant électrique. L'ensemble est gainé par une paroi étanche. L'électrolyte est chargé en deuté- rium par diffusion à partir de deutérium ou de produits en contenant soit avant, soit après le gainage si le gainage est alimenté en deutérium. Lorsqu'on applique la tension les ions deutérium migrent vers l'électrode négative à la surface de laquelle se produit la réaction de fusion. La récupération d'énergie est faite par un fluide caloporteur adapté à l'utilisation du réacteur. Dans un mode de réalisation de principe illustré à titre d'exemple par la figure 3 l'électrolyte 4 est une plaque mince gainée dans l'électrode négative 5. L'électrode positive 6 disposée sur la face opposée est solidaire de l'obturateur 7. Dans un mode de réalisation destiné à l'alimentation d'un moteur thermique illustré à titre d'exemple par la figure 4 l'électrolyte 8 de forme cylindrique est équipé aux deux extrémités de 2 électrodes acceptant les éléments résultant de la fusion et comprenant chacun un circuit de récupération de chaleur. Le gainage est effectué par le corps isolant 11. Dans ce mode de réalisat5on, on peut appliquer une tension alternative aux électrodes. L'alimentation en deutérium est effectuée en continu par l'orifice 12. Dans un mode de réalisation destiné à des explosifs illustré à titre d'exemple par la figure 5, le réacteur est un empilage de réacteurs unitaires 13 réalisés en couche mince, séparés par des isolants 14, il est chargé en deutérium avant le montage. Les réacteurs unitaires sont alimentés en courant en série. Les réacteurs selon l'invent on peuvent être utilisés dans de nombreuses techniques pour produire une énergie thermique importante, à haute température, en continu ou en explosion. Un électrolyte de 1 dm3 peut stocker sans recharge 5 g de deutérium fusionable et engendrer un équivalent énergétique de plusieurs TEP. Ils peuvent être utilisés également pour la production d'isotopes par fusion nucléaire. REVENDICATIONS 1. Réacteur pour fusion nucléaire électrolytique utilisant un électrolyte solide. 2. Revendication selon 1 dans laquelle la fusion nucléaire se fait dans l'électrolyte. 3. Revendication selon l dans laquelle l'électrolyte est un verre. 4. Revendication selon 1 dans laquelle l'électrolyte est un produit cristallin lacunaire : cristal ou céramique ou film électrolytique ou CVD. 5. Revendication selon l dans laquelle la tension électrique est alternative. 6. Revendication selon 1 dans laquelle la récupération de chaleur est effectuée par un fluide. 7. Revendication selon 1 dans laquelle il n'y a pas de récupération d'énergie en vue d'un fontionnement en explosif. 8. Revendication selon 1 destiné à la production d'isotopes.