Brevet FR2653261A1 — publié le 19910419

"Procédé de production d'une réaction nucléaire ou d'une réaction de fusion nucléaire en utilisant l'ef- fet tunnel, ainsi qu'un dispositif correspondant." L'invention concerne un procédé de produc- tion d'une réaction nucléaire ou d'une réaction de fu- sion nucléaire en utilisant l'effet tunnel, ainsi qu'un dispositif correspondant. Depuis des dizaines d'années l'utilisation économique de la fusion nucléaire représente dans le monde entier le but de nombreuses équipes de recher- che. On doit ainsi induire les procédés physiques qui se déroulent automatiquement depuis des milliards d'années dans le soleil, c'est-à-dire ceux qui par fu- sion chaude fondent les noyaux d'hydrogène en hélium au-dessus de plusieurs centaines de millions de degrés et qui libèrent ainsi une énergie inimaginable. On ré- alise la technique de telle façon qu'on maintient en suspension à des centaines de millions de degrés Cel- sius des myriades de noyaux d'hydrogène, retenus dans des cages magnétiques invisibles grâce à leurs champs magnétiques et ainsi on protège les parois d'acier des fours de fusion de la destruction par fusion, et ainsi on les fusionne en noyaux d'hélium. Mais jusqu'à pré- sent, ces machines de fusion consomment nettement plus d'énergie que la fusion des noyaux atomiques n'en li- bère à l'intérieur. Une alternative est la fusion froide, c'est- à-dire la fusion d'atomes d'hydrogène en atomes d'hé- lium dans un bécher à température ambiante grace au courant d'une batterie. Ici il faut citer avant tout les essais des physiciens Pons et Fleischmann qui se- raient parvenus avec des moyens simples à réaliser une expérience de laboratoire allant dans le sens de la fusion nucléaire. Les critères suivants sont à la base du dis- positif d'essai et du procédé de Pons et Fleischmann: dans un récipient on a placé deux électrodes, l'une, la cathode est en palladium et l'autre, l'anode est en platine. On a rempli le récipient d'eau lourde: den- térium (D20). Ensuite on a branché une batterie élec- trique. Si on maintient les deux électrodes dans l'eau et les met sous tension, il se produit une électroly- se: la tension électrique entre l'anode et la cathode coupe la molécule d'eau lourde en ses composants char- gés électriquement. Ils sont ensuite attirés par le pôle plus et le pôle moins respectivement. L'oxygène se rassemble sur l'électrode de platine, le deutérium est attiré par l'électrode de palladium. Attiré élec- triquement, le deutérium se loge dans le réseau atomi- que du palladium et s'accumule dans le métal précieux. Toujours plus de noyaux atomiques s'entassent, c'est comme s'ils étaient comprimés sous des pressions as- tronomiques. Ici on pourrait surmonter le potentiel de leurs forces naturelles de répulsion. Des noyaux de deutérium seraient fusionnés ainsi en noyaux d'hélium ou en noyaux d'hydrogène super lourd (tritium) tout en libérant des énergies énormes. On libérerait aussi dans ce procédé du rayonnement nocif. On connaît un autre procédé de réalisation de fusion froide depuis plusieurs années, il s'agit d'une fusion nucléaire de muons. Ici il s'agit d'ato- mes électriquement chargés dans un accélérateur de particules tirés sur du carbone à une vitesse proche de celle de la lumière. Dans ce cas, il se forme un rayon de muons, que les chercheurs dirigent à nouveau en mélange densifié composé d'isotopes d'hydrogène, deutérium et tritium, qui se trouvent dans un réci- pient sous pression, les muons traversant sans problè- me, les parois du récipient. Les atomes du mélange capturent les muons qui prennent la place de l'élec- tron originel et gravitent autour du noyau de l'atome d'hydrogène. On a ainsi considérablement modifié la situation physico-chimique: un muon est 207 fois plus lourd qu'un électron. La conséquence: les muons se déplacent sur une orbite beaucoup plus serrée. La nou- velle structure s'appelle un mesonatome. Si maintenant un mesonatome de tritium percute un atome normal de deutérium, le muon gravite alors autour des deux noyaux et les lie ensemble. Le résultat de cette union forcée est une fusion nucléaire. Dès que le processus est terminé, le muon s'élimine pour réunir, en tant que catalyseur, une nouvelle paire. Mais le muon fuga- ce ne crée pas assez de liaisons efficaces pour éta- blir une réaction en chaîne; il se détruit trop vite. Finalement, on n'obtient pas autant d'énergie que d'é- nergie électrique nécessaire fournie à l'accélérateur de particule qui doit produire des muons en nombre suffisant. Ainsi, la fusion nucléaire froide de Pons et Fleischmann, quel que soit le processus qui ait bien pu s'y dérouler, n'a pas encore de perspective écono- mique. Elle a l'inconvénient de ne fournir des puis- sances utilisables que pendant un temps très court, ou de ne fournir que des puissances très faibles. A cause de conditions mal définies, il était aussi souvent im- possible de reproduire les essais. En outre, il faut mentionner le risque provoqué par des produits ra- dioactifs. Le palladium qui constitue le composant le plus important de la réalisation d'une fusion nucléai- re selon Pons et Fleischmann est un métal précieux rare et aussi très cher. L'invention a donc pour but de réaliser la fusion froide en continu avec un excès d'énergie éco- nomique en excluant la formation de produits radioac- tifs, l'énergie étant fournie au moins directement sous forme d'énergie électrique. On réalise cela en ce que le milieu de fu- sion est constitué d'un polymère non cristallin compo- sé de deutérium, on le conditionne pendant une période prolongée par des ondes électromagnétiques rayonnées, en choisissant comme fréquences d'excitation les fré- quences propres d'effet tunnel du matériau non condi- tionné. On peut utiliser comme milieu de fusion, un silicone contenant du deutérium ou des polyaminoacides contenant du deutérium. Le milieu de fusion doit com- prendre une grande teneur en ponts hydrogène avec des minimum de potentiel doubles et multiples et on doit régler le taux de polymérisation (longueur de chaîne) de telle manière à ce qu'on obtienne la turbulence maximale de phonons pour une polarisation de spin nu- cléaire finement ajustée, afin d'obtenir un effet tun- nel large. Suivant un autre avantage de l'invention, le milieu de fusion est un gel constitué de dentérium et des aminoacides suivants: 7.12.1990 CH3CH - COOH Alamine (Ala) = 1 NH2 NH2-COCH2CH-COOH Asparagine (Asn) = NH2 HS-CH2-CH-COOH Cystéine (Cys) = NH2 CH3CH2CH(CH3) CH COOH Isoleucine (Ile) = I NH2 COOH Proline (Pro = N H CH2-CH-COOH I I NH2 Tryptophane (Trp)= - N H La séquence des aminaoacides étant: (Ile - Ala - Trp - Pro - Asp - Cys - Pro - Ala -Asn - Pro)n. Suivant un autre avantage de l'invention, le milieu de fusion est un gel constitué de deutérium et des aminoacides suivants: CH2-COOH Glycine (Gly) = I NH3 26532612.1990 Asparagine (Asn) Cystéine (Cys) Isoleucine (Ile) Proline (Pro) HO Hydroxyproline = COOH H avec la séquence d'aminoacides: (Gly - Ala - Hyp - Pro - Asp - Cys - Pro - Hyp - Asn - Pro)n. Suivant un autre avantage de l'invention, la fréquence d'excitation est comprise entre 35 et 40 MHZ ou 70 et 75 MHz. Suivant un autre avantage de l'invention, la fréquence d'excitation est de 36,5 MHz. Suivant un autre avantage de l'invention, le polymère qui n'est pas conditionné est modifié par des modérateurs. Suivant un autre avantage de l'invention, on utilise comme modérateurs des sels de nickel comme le Ni(CH3COU); NISo4. Suivant un autre avantage de l'invention, la concentration des modérateurs s'élève de 0,1 jusqu'à 1,5 en pourcentage en poids du polymère total. Suivant un autre avantage de l'invention, le seuil de perturbation est inférieur à 10 Hz. Suivant un-autre avantage de l'invention, la phase d'excitation reste constante. Suivant un autre avantage de l'invention, la longueur d'onde des phonons vaut environ 53 mm. Suivant un autre avantage de l'invention, une batterie de fusion, constituée d'un récipient mé- tallique et d'une électrode du même métal passant coaxialement au milieu, entre lesquels on a placé le milieu de fusion, un générateur HF qui est relié aux électrodes et un utilisateur de courant placé à l'ex- térieur entre le récipient et l'électrode. Suivant un autre avantage de l'invention, le diamètre interne de la batterie de fusion est défini par la longueur d'onde des phonons à taux de turbulen- ce élevée ou ses multiples d'entiers et la longueur par: 2n + 1 (dans laquelle n = O, 1, 2...) de la longueur d'onde du rayonnement électromagnétique dans le milieu de fu- sion. Suivant un autre avantage de l'invention, le récipient et l'électrode sont en aluminium ou hydrona- lium. Suivant un autre avantage de l'invention, le récipient et l'électrode sont constitués d'un com- posé de manganèse/fer. On sélectionne le matériau de fusion en fonction de calculs appropriés, de sorte qu'on obtient un entassement à haute densité d'atomes de deutérium dans un réseau cristallin et que la condition pour fu- sionner les atomes de deutérium en atomes d'hélium soit optimale. Le deuxième critère est le choix de la fréquence propre tunnel du milieu comme fréquence d'irradiation des ondes électromagnétiques. De cette façon, on diminue les forces de répulsion des protons dans les atomes de deutérium afin de faciliter la fu- sion en un atome de deutérium. L'invention repose sur les réactions suivantes: D + D > 4He +vr (1) D + H > 3He + (2) Ces réactions, outre leur efficacité, ont encore l'avantage que leurs produits ne sont pas ra- dioactifs. Le but de l'invention était de ne pas faire usage de tritium radioactif avec les réactions D + 3H > 4He + n Li +3H - > 6Li + D On empêche les réactions secondaire à (1) D + D >3He + n D + D >3H + n avec leurs produits radioactifs n et 3H, car les pro- duits radioactifs finissent par détruire le milieu à long terme, dans lequel se produit l'effet tunnel ré- sonnant. Les difficultés qui jalonnent le long chemin vers la fusion nucléaire froide ont été pour l'essen- tiel: - le maquettage et le calcul de grands agglomérats de molécules, l'influence du matériau de bord sur la polarisation de spin nucléaire, le calcul des sections efficaces de fusion maximales en fonction de l'énergie moyenne de collision, - la polarisation de spin nucléaire et le taux d'ac- tion tunnel, - la maximisation du taux d'action tunnel, - la détermination du milieu approprié, dans lequel a lieu la fusion nucléaire. L'invention sera expliqué à l'aide de la description qui va suivre et des dessins dans les- quels: - la figure 1 montre le dispositif utilisé selon l'invention; - la figure 2 montre la répartition énergé- tique de maxwell avec une deuxième courbe de réparti- tion pour des énergies nettement supérieures; - la figure 3 montre la relation entre le taux de fusion pour un milieu de fusion déterminé (po- lyominoacide) et la longueur de chaîne du milieu et la polarisation du spin nucléaire; - les figures 4 à 10 représentent les poten- tiels pour deux protons ou deuterons entrant en colli- sion perpendiculairement. Le dispositif (figure 1) du procédé selon l'invention est constitué d'un agencement coaxial et centré d'un récipient 1 et d'une électrode 2. Entre les deux, on a disposé le milieu 3. Ce milieu est l'endroit o on peut induire les réactions de fusion. Pour injecter les ondes électro-magnétiques dans le milieu de fusion 3, on a prévu un générateur HF 4. Le produit de fusion est directement émis sous forme d'é- nergie électrique par l'intermédiaire d'un circuit électrique 5 branché entre le récipient 1 et l'élec- trode 2. La batterie à fusion proprement dite se trou- ve dans le rectangle en trait interrompu. Les points importants, lors de la conception de la batterie de fusion sont: les dimensions, le matériau de la paroi externe et de l'électrode ainsi que le milieu. On obtient des taux de transmission élevés (nombre de collisions élevé et ainsi taux de fusion élevé), quand on exploite ce qu'on appelle l'effet de fuite. Par effet de fuite, on entend un état thermody- namique dans lequel, outre la répartition énergétique de Maxwell, il y a une deuxième courbe de répartition pour des énergies nettement supérieures (voir figure 2). Pour obtenir une répartition statistique si- gnificative dans les milieux liquides et solides, il faut placer les phonons à l'état turbulent. Le procédé choisi d'obtenir des turbulences élevées de phonons repose sur la transformation de l'énergie électromagnétique en turbulence de phonon par la réaction hv nr L'énergie de l'onde électromagnétique hv se transforme dans le milieu en n-phonons. Afin que ces phonons soient soumis à haute turbulence et qu'à leur tour les autres phonons optiques déjà présents soient également soumis en partie à un niveau élevé de turbu- lence, il faut que les ondes électromagnétiques possè- dent les propriétés suivantes: - il faut que la fréquence de l'onde soit comprise en- tre 35 et 40 MHz ou entre 70 et 75 MHz (selon le mi- lieu de fusion), - il faut que le seuil de perturbation soit inférieur à 10 Hz. La phase d'irradiation d'onde doit rester constante le plus longtemps possible. La longueur d'onde des phonons avec le taux de turbulence le plus élevé se situe à environ 53 mm et détermine ainsi le diamètre de la batterie de fu- sion. La longueur de la batterie est définie par: 2n + 1 (dans laquelle n = 0, 1, 2...) en fonction de la lon- gueur d'onde du rayonnement électromagnétique dans le milieu de fusion. Grâce à la corrélation de portée en- tre les protons et les deutériums dans les ponts hy- drogène du milieu de fusion, on obtient une influence réciproque du spin nucléaire. Comme la corrélation atteint la paroi du ré- cipient, le matériau du récipient joue un rôle impor- tant. L'arrangement de spin électronique du matériau de récipient ainsi que les fluctuations de densité de charge déterminent l'orientation de spin nucléaire (polarisation de spin nucléaire) du milieu. Comme la polarisation de spin nucléaire influence proportion- nellement les sections efficaces de capture des réac- tions de fusion, le taux de fusion est défini aussi par le matériau du récipient. La figure 3 représente la relation entre le taux de fusion pour un milieu de fusion déterminé (po- lyaminoacide) et la longueur de chaîne du milieu et la polarisation de spin nucléaire. On voit nettement que pour des valeurs déterminées de polarisation de spin nucléaire, il y a un grand domaine possible pour la longueur de chaîne. Un grand domaine pour la longueur de chaîne signifie que pour la réalisation du milieu de fusion optimal, on peut réduire considérablement le coût de réalisation du milieu de fusion optimal. En outre, on réduit fortement aussi la sensibilité de la batterie de fusion vis-à-vis des parasites. A partir des valeurs souhaitées de polarisation de spin nu- cléaire, on peut déterminer le matériau approprié pour le récipient et l'électrode, en décrivant l'influence de la surface de la paroi sur la polarisation de spin nucléaire par l'intermédiaire de la dimension fractale de la surface de même sens de spin électronique. Comme à son tour, la dimension fractale de la surface de même sens de spin électrique est en relation avec le matériau, il est possible de déterminer de manière op- timale, les matériaux de récipient. A partir de ces calculs, on a déterminé jusqu'ici des composés de man- ganèse/fer. Afin d'induire les réactions de fusion de manière appropriée, il faut remplir la batterie de fu- sion d'un milieu qui possède les propriétés suivantes: - tendance à une forte turbulence de phonons, - taux d'action tunnel très élevé à travers la paroi coulombienne lors de réactions nucléaires, - possibilité de réglage à une polarisation de spin nucléaire souhaitée, - compatibilité avec le matériau de la paroi du réci- pient, - trajectoire libre pour les protons de fuite et les deutérons. Ont une tendance à une forte turbulence de phonons surtout les substances dans lesquelles les po- tentiels pour les mouvements nucléaires sont fortement non linéaires, parce que les mouvements nucléaires sont responsables du spectre de phonons. Présentent des potentiels non linéaires de vibrations nucléaires par exemple des systèmes à pont hydrogène, surtout ceux à potentiels minimum double et multiple. Selon les études réalisées jusqu'à présent, les systèmes de pont hydrogène conviennent pour obtenir la turbulence de phonon souhaitée. Les systèmes de pont hydrogène présentent un deuxième avantage et certes, on peut ré- gler le taux d'action tunnel par des dispositions me- surées sur un large domaine (plusieurs décades). Afin que les protons de fuite ou les deuté- rons puissent entrer en collision avec une énergie suffisamment élevée, il faut qu'ils puissent traverser efficacement par effet tunnel, la paroi coulombienne, et il faut qu'ils parviennent aussi sans freinage jusqu'à la zone d'action tunnel. Pour cela, il faut que la trajectoire de fuite soit exempte sur une dis- tance suffisamment longue de murs énergétiques. Les figures 4 à 10 représentent les potentiels pour deux protons ou deutérons entrant en collision perpendicu- lairement. Plus la tranchée de potentiel 0 est large et plus est probable une collision efficace de fusion. Comme on le voit sur les figures 4 à 10, c'est la fré- quence d'irradiation appropriée qui permet la colli- sion des noyaux de fuite le plus possible sans poten- tiel. On mesure ainsi les caractéristiques souhai- tées d'un milieu de fusion: - teneur élevée en ponts hydrogène avec potentiels mi- nimum doubles et multiples, - taux de polymérisation (longueur de chaîne) adapté, de façon à ce que la turbulence de phonons atteigne un maximum, - accordage fin de la polarisation de spin nucléaire, - trouées les plus larges possibles, selon les figures 4 à 10. REVENDICATIONS 1.- Procédé de réalisation d'une réaction nucléaire ou d'une réaction de fusion nucléaire en utilisant l'effet tunnel, caractérisé en ce que le mi- lieu de fusion (9) est constitué d'un polymère non cristallin composé de deutérium, on le conditionne par des ondes électromagnétiques rayonnées, en choisissant comme fréquences d'excitation les fréquences propres d'effet tunnel du matériau non conditionné. 2.- Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce qu'on utilise comme milieu de fusion du silicone contenant du deutérium ou des polyaminoacides contenant du deutérium. 3.- Procédé selon l'une quelconque des re- vendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le milieu de fusion (3) présente une proportion élevée de ponts hydrogène, à potentiels minimum doubles et multiples et on ajuste le degré de polymérisation (longueur de chaîne) de sorte que la turbulence de phonons atteigne un maximum pour une polarisation de spin nucléaire fi- nement accordée. 4.- Procédé selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 3, caractérisé en ce que le milieu de fusion est un gel constitué de dentérium et des aminoacides suivants: CH3CH - COOH Alamine (Ala) = l NH2 NH2-COCH2CH-COOH Asparagine (Asn)= I NH2 HS-CH2-CH-COOH Cystéine (Cys) = NH2 CH3CH2CH(CH3)CH COOH Isoleucine (Ile) = I NH2 i L.10 X COOH Proline (Pro = N I H CHW-CH-COOH I I NH2 Tryptophane (Trp) = O ' H La séquence des aminaoacides étant: (Ile - Ala - Trp - Pro - Asp - Cys - Pro - Ala - Asn - Pro)n. 5.- Procédé selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 3, caractérisé en ce que le milieu de fusion est un gel constitué de deutérium et des aminoacides suivants: CH2-COOH Glycine (Gly) = I NH3 Asparagine (Asn) Cystéine (Cys) Isoleucine (Ile) Proline (Pro) H0 Hydroxyproline = COOH H avec la séquence d'aminoacides: (Gly - Ala - Hyp - Pro - Asp - Cys - Pro - Hyp - Asn - Pro)n. 6.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la fré- quence d'excitation est comprise entre 35 et 40 MHz ou et 75 MHz. 7.- Procédé selon la revendication 6, carac- térisé en ce que la fréquence d'excitation est de 36,5 MHz. 8.- Procédé selon l'une ou plusieurs reven- dications 1 à 7, caractérisé en ce que le olymère qui n'est pas conditionné est modifié par des modérateurs. 9.- Procédé selon la revendication 8, carac- térisé en ce qu'on utilise comme modérateurs des sels de nickel comme le Ni(CH3COU); NISo4. 10.- Procédé selon les revendications 8 et 9, caractérisé en ce que la concentration des modé- rateurs s'élève de 0,1 jusqu'à 1,5 en pourcentage en poids du polymère total. 11.- Procédé selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 10, caractérisé en ce que le seuil de perturbation est inférieur à 10 Hz. 12.- Procédé selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 11, caractérisé en ce que la phase d'excitation reste constante. 13.- Procédé selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 12, caractérisé en ce que la longueur d'onde des phonons vaut environ 53 mm. 14.- Dispositif pour le procédé de la reven- dication 1, caractérisé par une batterie de fusion, constituée d'un récipient (1) métallique et d'une électrode (2) du même métal passant coaxialement au milieu, entre lesquels on a placé le milieu de fusion, un générateur HF (4) qui est relié aux électrodes et un utilisateur de courant placé à l'extérieur entre le récipient (1) et l'électrode (2). 15.- Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que le diamètre interne de la batte- rie de fusion est défini par la longueur d'onde des phonons à taux de turbulence élevée ou ses multiples d'entiers et la longueur par: 2n + 1 (dans laquelle n = 0, 1, 2...) de la longueur d'onde du rayonnement électromagnétique dans le milieu de fu- sion. 16.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 14 ou 15, caractérisé en ce que le ré- cipient (1) et l'électrode (2) sont en aluminium ou hydronalium. 17.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 14 ou 15, caractérisé en ce que le ré- cipient (1) et l'électrode (2) sont constitués d'un composé de manganèse/fer.