Brevet FR2667802A1 — publié le 19920417

- La présente invention concerne un dispositif pour absorber les gaz d'échappement d'un laser chimique et, plus particulièrement, un dispositif pour absorber les gaz d'échappement d'un laser chimique à hydracide et un procédé de réalisation de ce dispositif. On sait que les lasers chimiques à hydracide sont alimentés par un fluide combustible tel que le deutérium ou l'hydrogène et un fluide comburant halogène tel que le fluor, le chlore, le brome, l'iode ou un de leurs composés Les fluides réactifs, généralement dilués dans un gaz neutre comme l'azote, brûlent dans une chambre de combustion pour engendrer des atomes libres d'halogène qui sont admis dans la cavité optique du laser On injecte alors dans cette cavité de l'hydrogène ou du deutérium qui se combinent avec les atomes libres d'halogène pour former des molécules d'halogénure dans un état vibrationnel excité En descendant à un niveau vibrationnel inférieur, ces molécules excitées engendrent un faisceau laser Ces lasers fonctionnent à basse pression (au dessous de 50 torrs): il est donc nécessaire de pomper les gaz sortant de la cavité. Ces gaz tels que N 2, D 2, HF et DF sont très toxiques et pour des raisons de sécurité, ne peuvent être rejetés directement dans l'atmosphère, notamment si le laser chimique est utilisé comme équipement à bord d'un avion par exemple. Un dispositif pour absorber les gaz d'échappement d'un laser chimique à hydracide est décrit dans le brevet français N O 2 298 205 déposé par le société TRW INC et publié le 13 Août 1976 Ce dispositif comporte un récipient métallique cylindrique étanche contenant sous vide du calcium revêtu extérieurement d'un matériau absorbant thermique tel que le chlorure de sodium D'autres matériaux absorbants thermiques peuvent être utilisés, par exemple l'hydrure de lithium Le dispositif comporte aussi des moyens adéquats permettant de préchauffer le calcium jusqu'à 4000 C environ avant de déclencher le fonctionnement du laser, de façon à rendre le calcium capable d'absorber les gaz d'échappement du laser Un tel préchauffage peut être réalisé électriquement ou à l'aide d'une charge pyrotechnique La paroi du corps métallique étanche comporte un disque perforable entouré par un joint d'étanchéité permettant de raccorder le récipient à la sortie du laser de manière étanche au vide Après raccordement, la perforation du disque permet d'introduire les gaz d'échappement dans le récipient. 2 - Le dispositif connu décrit ci-dessus présente l'inconvénient d'avoir un rendement d'absorption de gaz relativement faible En effet, seulement 30 % environ de la masse de calcium introduite est utilisée. La présente invention a pour but de pallier cet inconvénient et de réaliser un dispositif d'absorption de gaz d'échappement d'un laser chimique, permettant l'utilisation d'une proportion plus élevée de la masse de calcium, ce dispositif constituant avec le laser chimique un système léger et compact pouvant être facilement monté à bord d'un avion. La présente invention a pour objet un dispositif pour absorber les gaz d'échappement d'un laser chimique à hydracide, ces gaz d'échap- pement comprenant des gaz réactifs et un gaz inerte constitué par de l'azote, dispositif comportant un récipient étanche contenant sous vide du calcium, un matériau absorbant thermique et des moyens de chauffage du calcium, le récipient étant muni d'une valve à travers laquelle il peut être raccordé à la sortie de gaz du laser de manière étanche au vide et des moyens commandables d'ouverture de la valve afin d'introduire les gaz d'échappement dans le récipient, caractérisé en ce que le récipient contient au moins une pièce d'un matériau poreux homogène constitué au moins dudit calcium et dudit matériau absorbant thermique. La présente invention a aussi pour objet un procédé de réalisation de ce dispositif, caractérisé en ce qu'il consiste à comprimer sous gaz neutre dans une matrice un mélange homogène de poudres dudit calcium et dudit matériau absorbant thermique afin de former ladite pièce, et à disposer la pièce dans le récipient. Selon une disposition particulière du dispositif selon l'invention, le matériau absorbant thermique est choisi dans le groupe constitué par le fluorure de lithium et l'hydrure de lithium. Selon une autre disposition particulière du dispositif selon l'invention, le matériau poreux homogène comporte du lanthane ou du cérium. Une forme particulière d'exécution de l'objet de la présente invention est décrite ci-dessous, à titre d'exemple, en regard du dessin annexé dans lequel la figure unique représente un mode de réalisation du dispositif selon l'invention. 3 - Sur cette figure, un récipient 1 métallique cylindrique dans lequel le vide à été effectué est raccordé d'un côté à la sortie des gaz d'un laser chimique 2 par l'intermédiaire d'une valve 3, de manière étanche au vide A l'intérieur du récipient 1, représenté en coupe longitudinale, sont disposées des pièces telles que des plaques 4 Les plaques sont fixées sur la paroi interne du récipient 1 à l'aide de supports non représentés Elles sont régulièrement espacées entre elles et parallèles au sens 5 d'écoulement dans le récipient 1 des gaz d'échappement du laser 2 lorsque la valve 3 est ouverte. Le laser 2 est par exemple un laser à acide fluorhydrique deutéré DF alimenté par de l'hydrogène et du fluor dilués dans un gaz neutre qui, dans tous les cas, est de l'azote La combustion du fluor et de l'hydrogène dans la chambre de combustion du laser délivre des atomes libres de fluor qui pénètrent dans la cavité optique du laser. Ces atomes se combinent à des molécules de deutérium injectées dans la cavité pour former des molécules DF excitées Les gaz d'échappement de ce laser comprennent de l'azote, du deutérium, de l'acide fluorhydrique et de l'acide fluorhydrique deutéré. La valve 3 comporte par exemple un disque perforable constituant une partie de la paroi du récipient 1 et des moyens de perforation de ce disque, agissant dès que le laser est mis en fonctionnement. Les gaz d'échappement du laser sont alors admis à pénétrer à l'intérieur du récipient 1 à travers le disque perforé, parallèlement à la direction 5. Les pièces disposées dans le récipient 1 peuvent être non seulement des plaques comme représenté, mais aussi par exemple des billes ou des pastilles Elles sont formées d'un matériau poreux homogène comportant du calcium et un matériau absorbant thermique La porosité du matériau est ouverte et de préférence supérieure à 75 %. Ce matériau poreux est réalisé de la manière suivante. On dissout dans de l'ammoniac liquide anhydre du calcium, en granulés par exemple, et on évapore l'ammoniac sous vide On observe d'abord la précipitation du calcium-ammonium Ca (NH 3)6, puis du calcium métallique finement divisé, dont la surface spécifique est de l'ordre de 15 m 2/g Cette poudre s'enflamme spontanément dans l'air et doit donc être manipulée et stockée dans une boîte à gants sous atmosphère neutre, par exemple sous atmosphère d'argon. On mélange à la poudre de calcium ainsi obtenue un matériau absorbant thermique qui peut être le fluorure de lithium ou l'hydrure 4 - de lithium Le matériau absorbant thermique présente une chaleur spécifique et une chaleur de fusion élevées et doit être sous la forme d'une poudre fine afin de pouvoir être mélangé intimement à la poudre de calcium De préférence la proportion en poids du matériau absorbant thermique est égale à celle du calcium. Toujours sous atmosphère neutre, on comprime le mélange homogène de poudres dans une matrice pour lui donner la forme désirée: plaque, bille ou pastille La compression est réalisée à environ 500 kg/cm 2 de façon que le matériau obtenu ait une rigidité suffisante et que son taux de porosité soit supérieur à 75 %. Comme le calcium ne réagit pas à la température ambiante sur les gaz d'échappement du laser, il est nécessaire d'adjoindre aux pièces poreuses disposées dans le récipient 1 un système de préchauffage tel qu'une charge pyrotechnique ou un moyen de chauffage électrique déclenchés un peu avant le fonctionnement du laser, de manière à atteindre une température de 350 à 4000 C. A cette température le calcium absorbe les gaz d'échappement du laser en formant des hydrures et des deutériures avec les produits hydrogénés et des nitrures avec l'azote La réaction est très exothermique, et le matériau absorbant thermique a pour effet de maintenir la température dans le récipient à une valeur inférieure à 7000 C On évite ainsi la décomposition des hydrures et deutériures formés qui limitent la réaction d'absorption des gaz. A titre indicatif, un dispositif selon l'invention muni de pièces poreuses constituées de 1 kg de fluorure de lithium permet d'assurer le fonctionnement d'un laser HF/DF ayant un débit gazeux de 5,8 g/s pendant 30 secondes. On constate que le dispositif selon l'invention décrit ci-dessus permet d'obtenir un excellent rendement d'absorption Si on utilise du fluorure de lithium comme matériau absorbant thermique, 60 % du calcium introduit dans le récipient est utilisé dans la réaction d'absorption; l'utilisation d'hydrure de lithium permet d'atteindre un taux de 70 %, alors qu'il n'est que de 30 % environ dans le dispositif selon l'art antérieur. Le taux élevé d'utilisation du calcium dans le dispositif selon l'invention semble résulter du fait que les gaz d'échappement du laser peuvent pénétrer au coeur des pièces poreuses disposées dans le récipient et que le mélange intime du calcium et du matériau absorbant - thermique dans la pièce poreuse permet de maintenir l'accès des gaz au coeur des pièces poreuses En effet dans le dispositif selon l'art antérieur, le calcium se contracte superficiellement par frittage au début du processus d'absorption de gaz ce qui empêche l'accès ultérieur des gaz au coeur du calcium. Bien qu'il soit possible, comme il est indiqué plus haut, d'utiliser un système de préchauffage classique, électrique ou une charge pyrotechnique, on ajoute avantageusement au mélange de poudre de calcium et du matériau absorbant thermique, avant compression dans la matrice, une petite quantité de poudre de lanthane ou de cérium finement divisée Ces substances réagissent sur les produits hydrogénés dès la température ambiante et la réaction dégage généralement assez de chaleur pour atteindre la température de préchauffage. Dans certains cas, il peut être nécessaire d'adjoindre au dispositif une bouteille 6 renfermant une petite réserve de fluor, reliée à l'intérieur du récipient 1 par une canalisation par l'inter- médiaire d'une vanne commandable 7 On introduit le fluor dans le récipient 1 avant le déclenchement de l'émission laser La réaction du fluor sur le calcium dégage une quantité de chaleur suffisante pour atteindre rapidement la température de préchauffage. La présente invention peut être appliquée aux lasers chimiques à hydracide utilisés comme équipement à bord d'un avion. -6 - REVENDICATIONS 1/ Dispositif pour absorber les gaz d'échappement d'un laser chimique à hydracide, ces gaz d'échappement comprenant des gaz réactifs et un gaz inerte constitué par de l'azote, dispositif comportant un récipient étanche contenant sous vide du calcium, un matériau absorbant thermique et des moyens de chauffage du calcium, le récipient étant muni d'une valve à travers laquelle il peut être raccordé à la sortie de gaz du laser de manière étanche au vide et des moyens commandables d'ouverture de la valve afin d'introduire les gaz d'échappement dans le récipient, caractérisé en ce que le récipient contient au moins une pièce d'un matériau poreux homogène constitué au moins dudit calcium et dudit matériau absorbant thermique. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit matériau absorbant thermique et choisi dans le groupe constitué par le fluorure de lithium et l'hydrure de lithium. 3/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la porosité de ladite pièce est ouverte et supérieure à 75 %. 4/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la proportion en poids du matériau absorbant thermique dans le matériau homogène est sensiblement égale à celle du calcium. / Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le récipient contient plusieurs desdites pièces, ayant la forme de plaques, ces plaques étant régulièrement espacées entre elles et disposées parallèlement au sens de l'écoulement des gaz d'échappement dans le récipient. 6/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le matériau poreux homogène comporte en outre du lanthane. 7/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le matériau poreux homogène comporte en outre du cérium. 8/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 6 et 7, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens commandables pour introduire du fluor dans le récipient. 9/ Procédé de réalisation du dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à comprimer sous atmosphère neutre dans une matrice un mélange homogène de poudres dudit calcium et dudit matériau absorbant thermique afin de former ladite pièce, et à disposer la pièce dans le récipient. 7 - / Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit mélange homogène de poudres contient en outre de la poudre d'un matériau choisi dans le groupe constitué par le lanthane et le cérium.