Brevet FR2663775A1 — publié le 19911227

REACTEUR ELECTROLYTIQUE POUR FUSION NUCLEAIRE La présente invention concerne les réacteurs électrolytiques pour fusion nucléaire qui utilisent un électrolyte solide. Dans les dispositifs connus de ce genre,décrits dans le brevet francais NO 8907703,la récupération thermique de l'énergie est faite par des moyens fonctionnant par conduction ou par convection. Dans ces dispositifs les agents de conduction ou de convection tels que gaz,liquides ou solides sont en contact avec les éléments qui participent à la réaction nucléaire tels que combustibles,électrolytes,électrodes et produits de fusion. Du fait de ce contact: -les moyens de récupération de l'énergie peuvent être soumis a une pollution radioactive; -l'adaptation d'impédance thermique entre le générateur et le récepteur est difficile. Une surveillance et une maintenance sont nécessaires. La présente invention a pour objet un réacteur qui remédie à ces inconvénients en isolant les moyens de récupération de l'énergie thermique du milieu réactiflpar une cloison étanche,transparente. De ce fait: -les produits radioactifs sont confinés; -la récupération de l'énergie thermique utilise une phase de transmission par rsyonnement qui réalise une adaptation d'impédance thermique,automatique,entre le générateur et le récepteur. -la géométrie du réacteur est nouvelle. Un réacteur selon l'invention comprend essentiellement un électrolyte solide,une enceinte tranparente aux radiations lumineuses,un récepteur équipé de moyens de conversion thermique ou électrique de l'énergie et des dispositifs annexes de démarrage et de pilotage. Mais l'invention se comprendra mieux à la lecture de la description suivante d'un réacteur électrolytique pour fusion nucléaire qui utilise un transfert d'énergie radiatiflconfDrme à l'invention. Dans un mode de réalisation de principe,illustré a titre d'exemple par la figure 1 planche l,un réacteur selon l'invention est une structure concentrique qui comprend, de l'intérieur vers l'extérieur: -une électrode 2 équipée d'un système de préchauffage automatique comprenant par exemple un starter 6 et un relais thermique 7. -un tore réalisé en électrolyte solide 1. -une électrode extérieure 3. - ane enceinte 4 transparente pour un spectre lumineux de longueur d'onde comprise entre 1 et 2 microns,équipée de passages étanches 9. -un récepteur 5 destiné à la récupération thermique de l'énergie par un fluide caloporteur ou de sa conversion en énergie électrique par des convertisseurs thermoélectriques ,thermoioniques ou magnétohydrodynamiques. We récepteur peut être aussi équipé de cellules photovoltaiques spécialement étudiées pour la conversion à froid du rayonnement de l'électrolyte en électricité. Le courant de préchauffage est fournit par le générateur électrique 10. Le courant d'électrolyse est fournit par le générateur électrique 8 ;il peut être continu,pulsé ou alternatiflsi la nature de l'électrode impose une dépolarisation. L'enceinte 4 doit être étanche si l'électrolyte est préalablement chargé en combustible;elle peut être équipée de tubes d'admission si le combustible est injecté en permanence par des moyens extérieurs connus. De même,les produits qui résultent de la fusion nucléaire peuvent être stokés dans l'électrolyte ou récupérés en continu. La mise en oevre du réacteur consiste,au préalable, à chauffer l'électrolyte par conduction a partir de l'électrode 2. Lorsque la température de fonctionnement de l'électrolyte est atteinte le starter coupe le chauffage. L'application de la tension d'électrolyse produit la difw fusion des ions D+ dans l'électrolyte et leur fusion nucléaire. Dans une forme préférée de l'invention, le combustible est du deutérium,l'électrolyte est un tube en céramique d'aluminate de lanthane lacunaire de formule chimi que Al La O ,densifiée par fiuage,de dimensions: 0,98 3 int = 10 mm, ext = 30 mm, L = 300 mm. Ce tube peut être réalisé en segments de longueur plus faible montés bout a bout. Li'électrode 2 est en carbure de bore. L'électrode 3 est en nikel. L'enceinte tranparente,étanche,est un tube de quartz de int =35 mm, ext =40 mm, L =350 mm, équipé de passages de courant et de dispositifs de centrage. Les composants électriques de démarrage et de pilotage comprennent un starter pour réaliser le chauffage initial et un ballast électrique ou électronique pour réguler le courant d'électrolyse. La température de fDnctionnement de la céramique est inférieure a 12Q00C. Elle est régulée en fDnction de la température de l'enveloppe 5. La tension d'électrolyse est de l'ordre de 100 V. La puissance d'électrolyse est de l'ordre de 1 Kw. On peut bien entendu utiliser d'autres composants optimisés pour les températures d'utilisation souhaitées. Pour les hautes températures,l'enceinte transparente peut être réalisée en alumine. Pour les basses températures l'enceinte transparente est réalisée en produits vitreux sélectionnés pour leur bonne transmission infra-rouge. L'électrolyte est un produit ionique. C'est donc un composé qui résulte d'une réaction chimique entre un métalloide tel que oxyde ou sulfure et un métal;ou un composé qui renferme déja des ions fusionnables tels que LiD. Sa structure peut être cristalline ou amorphe. I1 peut être réalisé sous forme massive ou sous forme de film. Les électrodes doivent être adaptées à l'électrolyte; c'est à dire être compatibles chimiquement et thermiquement. Le générateur de chauffage de démarrage doit être adapté a l'électrode. L'électrode peut être de nature métallique mais aussi semi-conductrice,réalisée par exemple en carbure de silicium La puissance thermique unitaire de tels générateurs est de quelques kilowatts. Ils peuvent être montés en batterie pour fournir la puissance souhaitée. L'énergie productible par un générateur unitaire,fermé, stokeur de deutériumuest de plusieurs T.E.P. REVENDICATIONS 1)- Réacteur électrolytique pour fusion nucléaire utilisant un électrolyte solide caractérisé en ce qu'il comprend une enceinte de confinement transparente aux radiations lumineuses qui assurentelbreransfert d'énergie entre l'électrolyte et un récepteur équipé de convertisseurs thermiques ou électriques 2)- Réacteur selon la revendication 1 dans lequel l'enceinte transparente est équipée de passages électro ques pour les courants d'électrolyse et de chauffage de l'électrode de démarrage. 3)- Réacteur selon la revendication 1 dans laquelle l'enceinte est étanche et l'électrolyte préalablement chargé en produits à fusionner. 4)- Réacteur selon la revendication 1 dans lequel l'enceinte est équipée de tubulures d'admission des produits à fusionner et de dispositifs permettant l'élimi- nation des produits résultant de la fusion nucléaire. 5)- Réacteur selon la revendication 1 dans lequel le récepteur est la source chaude d'un convertisseur thermique; 6)- Réacteur selon la revendication 1 dans lequel le récepteur effectue la conversion directe de l'énergie thermique en électricité par l'intermédiaire de convertisseurs photovoltaiques,thermoélectriques,thermoioni- ques ou magnétohydrodynamiques. 7)- Réacteur selon la revendication 1 équipé de dispositifs annexes de chauffage d'une électrode pour le démarrage et d'un régulateur de la température de l'électrolyte.