Brevet FR2711278A1 — publié le 19950421

Vers les années 1950, des recherches ont été entreprises pour libérer de façon controlée en fusionnant des éléments légers tels que le Deutérium et le Titrum, DT, mélange qui se prête le mieux à ce type de réaction nucléaire. Ce sont les physiciens du Lawrence Livermore National Laboratory aux Etats-Unis qui en 1972 lors du septième congrès international d'électronique quantique à Montréal, proposèrent de comprimer la matière fusible au moyen du laser lui-même; la périphérie d'une petite sphère de matière fusible est échauffée uniformément par le rayonnement du laser, se détend et, par réaction, comprime la région centrale aux densités souhaitées. Cette région centrale, comprimée et portée à haute température, s'enflamme et brûle pendant le temps très court où elle reste rassemblée par inertie, puis sous l'influence de l'énergie en fusion par confinement inertiel donnée à cette voie. En 1974, le laboratoire K.M.S. à Ann Arbor, dans le Michigan aux Etats-Unis, parvint selon ce procédé a comprimer d'un facteur de 100 un mélange de DT Gazeux contenu dans un microballon en verre (diamètre 100 Clam) implosé par le rayonnement du laser. En 1976 le laboratoire de Livermore prouvait au moyen de diagnostics appropriés, que l'émission neutronique produite par le mélange de Deutérium et de Tritum était d'origine thermonucléaire. L'invention consiste à apporter un gain et une réduction sur une circonférence qui devrait permettre de surmonter les difficultés de nature scientifique, technologique et économique relative à la réalisation d'un réacteur à fusion par Confinement Inertiel (F.C.I.) déterminé par des lasers en général fournissant plusieurs faisceaux filiformes qu'il conviendrait de compléter avec une architecture de cible associée d'une mise en forme de l'impulsion laser avec un réacteur formé par un laser sphérique à initier immédiatement sur une circonférence des lasers fermés formant des tores parallèles sur plusieurs niveaux structurés en enveloppe de Nepper fournissant un rayonnement creux ou en un anneau sur un plan selon deux dispositifs planche 5 bien distincts. Demande de brevet 90 03 084 du 12.03.90 Journal Officiel 2659503 le 13.09.91/37. - Un laser sphérique a une région tropicale tournante fournissant un rayonnement conique creux caractérisé en ce que l'on va pouvoir disposer de grands diamètres d'anneaux sur un plan. - Un laser sphérique a 2 régions tropicales opposées tournantes fournissant un rayonnement cylindrique creux caractérisé en ce que l'on va pouvoir disposer de plus petits diamètres d'anneaux sur un plan. Dispositifs décrits dans la demande de brevet d'invention 9211994 du 09.10.92 publié au journal officiel n02697689 le 06.05.94/18 et nO 9405139 du 28.04.94. En fait, l'invention consiste à stabiliser les problèmes hydrodynamiques de l'enveloppe d'une bille de DT durant son implosion. Des faibles irrégularités dans l'uniformité de l'éclairement ou dans la réalisation, des cibles peuvent se trouver amplifiées au niveau du DT central et détruire la symétrie de sa compression, la symétrie est indispensable pour l'obtention de densités très élevées. La création optimisant un chemin thermodynamique adéquat du couple laser-cible (plusieurs filiformes) vers le centre; associer au couple laser cible (en anneau) vers la périphérie ; ou qu'il reste a comprimer le DT a des denistés de mille à dix mille fois celle de son état liquide, suivant sa masse, tout en chauffant, pour qu'en fin d'implosion les ordres de grandeur de T et de pr indiqués soit réalisés. Cibler vers la zone d'absorption (1) planche 1, le rayonnement en anneau de courte impulsion sur la couronne en détente ou la densité critique est stabilisée, afin déviter en particulier que la poussée ne soit appliquée trop brutalement de sorte que l'ensemble conduisant à une loi de poussée appropriée s'exerce sur le DT, ou dans le cas contraire, elle induit un choc qui préchauffe le DT et rend ensuite sa compression plus difficile, compression qui requiert alors un travail et une énergie Laser plus importante. La planche 1 est le schéma de principe montrant l'attaque de la couronne de plasma produite par le rayonnement, l'absorption du rayonnement dans cette couronne à la densité critique et la compression du coeur (3) résultant de la détente de la couronne vers l'extérieur. Il faudra obtenir du point chaud au centre DT un gain de 100 et libérer de l'énergie, cela posé, les difficultés de préchauffage vont donc apparaître d'autant que le rayonnement présente le plus souvent des variations spatiales d'intensité. I1 est donc mal aisé de parvenir à une bonne uniformité de l'éclairement dont on cherche à réduire les variators par une foscillation appropriée des faisceaux rayonnante sur la cible à l'aide de lentilles à l'intérieur d'une enceinte sous vide et éclaire uniformément une petite cible sphérique de quelques milimètres de diamètre contenant quelques miligrammes de DT. Malgré ces hautes températures et densité provoquant rinflammation du coeur en volume et sa combustion partielle, le gain de la cible reste de l'ordre de la dizaine. D'où la nécessité, pour parvenir à des gains de la centaine, de concevoir une architecture de cible plus élaborée constituée d'enveloppes concentriques: Ablateur en matériau léger absorbant l'énergie laser et jouant le rôle de piston (Notifie dans un dépôt antérieur) : Ecran en matériau lourd évitant le préchauffage du DT par le rayonnement de l'ablateur porté à haute température, préchauffage qui rend plus difficile la compression: mousse imbibée de DT liquide emprisonnant du DT gazeux La coquille formée par ces enveloppes est accélérée par l'impulsion délivrée par le laser jusqu'à des vitesses proches de 108 cms.i puis freinée par le DT qu'elle comprime et chauffe: la combustion du DT n'est que partielle car d'une part, l'épuisement de la matière fusible ralentit les réactions de fusion, et d'autre part, l'énergie de fusion libérée, environ mille fois plus élevée que l'énergie interne fournie au Dt pour l'enflammer, engendre une onde de détente qui la disperse, ces deux facteurs mettant fin à la combustion. Tout d'abord le préchauffage limitant la compression, de la symétrie et la stabilité de l'implosion qu'il faudra surmonter pour réaliser des gains élevés compensant les rendements faibles du laser sphérique et du cycle thermique caractérisé par l'invention en ce que le laser sphérique initie d'autres lasers en tore à la file ou anneaux sphériques, anneaux de stockage de 3 zones d'inversion de population. Induit au travers de 2 miroirs semi transparents dopé ou néodyme opposés et parallèles par un rayonnement en cylindre creux ou conique formant un anneau sur son plan afin de réaliser avec les moyens de l'enveloppe de Neper l'architecture d'un laser ou reacteur de grande puissance en verre ou de métal céramique fournissant un cylindre creux cohérent spatiale et temporelle (vertical ou horizontal). Dans cette recherche, le mode de réalisation est en ce que le laser sphérique est exposant de la puissance à laquelle il faut élever "a" (différent de 1) pour retrouver le nombre considéré à la fusion, ou le logarythme naturel d'un nombre dans un système dont la base est le nombre "e" est généré par le rayonnement en cylindre qu'il initie au dessus et au centre d'une surface de révolution engendrée par un cercle tournant autour d'une droite située dans son plan et ne passant pas par son centre, ou d'un solide de pierre et en métal céramique limité par cette surface formant le volume d'un tore. Le dit tore est un laser fermé cylindrique ou en fait un accélérateur infini de la transition laser amplifié qui initié par le rayonnement du cylindre actif situé au centre et formant enveloppe de Nepper, va augmenter les transferts spontanés ainsi que la quantité d'énergie qu'il est possible de fournir au rayonnement à amplifier quand l'on désire parfois obtenir des impulsions de forte énergie et de durée inférieure à quelques nano-secondes. Les transferts spontanés de population n'ont le temps de se produire que de façon partielle pendant la durée d'une impulsion aussi brève. Un mélange à la pression atmosphérique (torr) de gaz carbonique et un composé gazeux d'iode convenablement excité et suceptible, au départ du processus d'amplification, de fournir un gain de 10 dB par mètre, peut fournir à une impulsion d'une nanoseconde, cette valeur devient 10 joules par litre et pour une impulsion durant 1000 nano-secondes 20 joules par litre. I1 est alors impératif pour les contrôles de fusion que le volume du tore soit proportionnel au volume de la sphère. On doit de plus remarquer que dans certains dispositifs multipassages de l'art antérieur, où l'on dispose des miroirs en regard et parallèle de part et d'autre d'un milieu actif, il existe une auto-oscillation, c'est-à-dire que l'on peut constituer avec ce dispositif de Nepper en milieu actif produite avec la sphère, des oscillations lumineuses par ellemême et seulement amplifier les oscillations produites par le Tore qui lui est extérieur, caractérisant l'invention ainsi que d'autres dispositifs orientés vers plusieurs tores sont disposés à la file et en parallèle. L'ensemble de ces architectures contribuent à des réglages de diamètres plus ou moins grands en plusieurs niveaux, chacun déterminant l'accélération, la pré ou l'amplification des varaiations ou offrant de multiples possibilités de régulations harmonisées à la qualité du rayonnement uniforme. D'une puissance gigantesque ce réacteur à anneaux à lui seul peut exploiter la fusion par confinement inertiel, encore appelée fusion rapide, à l'opposé de la fusion par confinement magnétique ; comme par exemple des densités très élevées, utilisé avec des temps de confinement très bref respectivement de l'ordre de 1026 particules cm-3 et de 10 ps à comparer au 104 particules cm-3 et îs du confinement magnétique. L'ensemble de ces architectures déterminées en deux dispositifs différents producteurs communément sur un plan, un anneau établi par un rayonnement de particules, détermine des réacteurs de grandes puissances ou installations complexes comprenant un grand nombre de composants remplissant différentes méthodes de fonctions à assurer: - la mise en forme spatiale et temporelle de l'impulsion au sortir de roscillateur - réduction en cours de pompage et avant passage de cette impulsion, de l'amplification, de l'émission spontanée ou superradiance, rayonnement parasite susceptible de détruire prématurément la cible sphérique. Ces deux premières fonctions sont remplies en général par des portes optiques devant les secteurs en miroir semi transparents opposés et parallèles, et alignés selon la dimension des tores planche 2 et3. Les tores ou les anneaux sphériques produisent selon leurs volumes, les harmoniques accordées entre eux, la préamplification variable en chaine des nano-secondes sur plusieurs niveaux ou compartiments, déterminent les recherches pour améliorer ses performances. Les caractéristiques qu'on s'efforce d'atteindre sont les suivantes: - son énergie, estimée aujourd'hui à plusieurs MJ pour pouvoir enflammer le DT et le brûler avec un bon rendement - sa longueur d'onde qui conditionne en grande partie son couplage avec la cible et les rendements A et (H - sa puissance de plusieurs centaines de TW et la forme de son impulsion produisant la loi de pression voulue sur le DT - la qualité de son faisceau cylindrique ou sur un plan en anneau durant l'implosion, qui détermine l'efficacité de leur foealisation sur la cible de petites dimensions et l'uniformité de son éclairement, qui doit être respecie à quelques pour cents pour conserver une bonne symétrie de l'implosion - son rendement nL qui joue un rôle important dans le bilan de l'énergie - enfin sa fréquence de tir de plusieurs Hz, caractéristiques qui sera à considérer lorsque l'on sera parvenu au stade du réacteur et qui intervient dans la puissance moyenne de oe dernier. C'est donc un laser très particulier, d'énergie élevée délivrée dans un temps court de plusieurs nanosecondes ou laser de grande puissance, qui demande un développement spécial faisant appel à des techniques de pointes. Trois milieux amplificateurs perlent aujourd'hui de dépasser des énergies et des puissances de l'ordre du Kilojoule et du Terawatt: le verre dopé au néodryme, le gaz carbonique, l'iode sous forme d'un composé gazeux. Ce réacteur fournissant l'énergie de fusion, de l'ordre du millier de mégajoules se retrouve sous forme de neutrons (de 14 MeV environ) de particules alpha de rayonnement x et d'énergie contenue dans les débris de la cible brûlée. Elle est convertie en chaleur dans les parois de la chambre sous vide contenant la cible (parois calculées pour résister à un flux neutronique de plusieurs MWm-2) puis en électricité, au moyen d'un cycle thermique alimentant des turbogénérateurs planche 4, dispositifs de réacteurs lasers filiformescible (1) associés avec un réacteur laser anneaux - cible (2) formant une enveloppe de Neper avec des tores (3) sur une cible (4) convertie au moyen d'un cycle thermique (5) fournissant de l'électricité (E). Le dispositif a 2 régions tropicales ou le petit diamètre est dirigé sur la F.C.I. Ils déterminent un rayonnement de cohérence temporelle et de cohérence spatiale en anneau sur un plan utilisé à la fusion controlée. Le dispositif a 1 région tropicale ou le grand diamètre est dirigé par exemple sur un bain de monochristaux de silicium de petite épaisseur ou tourne doucement sur eux-même des germes de cristal en multiples points sur une roue tournante aux applications de réaliser un double cylindre voltaïques pour le revêtement de l'habitat spatiale, revêtement de satelite ou de grand diamètre de cylindre en silicium formant une cavité de résonance dans l'espace à l'écoute et la recherche des ondes gravitationnelles. Les panneaux solaires fournissant de l'électricité forme par de multiples cylindres de silicium parallèles et tournant. La réalisation de tubes, fil creux de silicium ou autres métaux en petit diamètre. De nombreuses études non décrites doivent se poursuivre, accroissement de l'efficacité du pompage pour attendre des rendements du pour cent - l'utilisation de la technique des multipassages du cylindre laser dans le milieu amplificateur formant un anneau pour en extraire au mieux l'énergie liés avec le refroidissement de ce milieu plus rapidement par augmentation des surfaces et l'accroissement du débit du fluide réfrigérant, est aussi caractérisé par l'invention avec l'interaction du rayonnement large du laser sur la matière, le verre, le métal céramique. L'invention n'est pas limitée dans ses modes de fonctionnement, elle regroupe les lasers en général et les modes d'application ne sont pas limités comme par exemple, l'atomisation d'extraits liquides. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de réacteurs de fusion contrôlée formé par un laser sphérique d'une région tropicale tournante fournissant un rayonnement conique creux, il initie des anneaux sphériques en parallèles déterminant la mise en forme d'une cohérence spatiale et d'une cohérence temporelle et en ce qu'ils sont structuré dans une enveloppe de Neper. 2 - Dispositif de réacteur de fusion controlée formé par un laser sphérique à deux régions tropicales tournantes fournissant un rayonnement cylindrique creux, il initie des anneaux sphériques en parallèles déterminant la mise en forme d'une cohérence spatiale et temporelle et en ce qu'ils sont structurés dans une enveloppe de Nepper. 3 - Dispositif selon qu'un laser sphérique initie un laser ou cavité formant un tore, anneaux sphériques ou anneau de stockage sur 3 zones à inversion de population comprend 2 miroirs semi-transparents opposés et parallèles par lequel est induit un rayonnement de pompage conique ou en cylindre creux formant un anneau sur son plan - que le dit tore initie un pompage à d'autres lasers fermés en tire structurant une architecture. Avec les moyens de l'enveloppe de Neper l'ensemble réalise un laser en verre ou de métal céramique de grande puissance fournissant un rayonnement creux cohérent spatial et temporelle. 4 - Le mode de réalisation est en ce que le laser sphérique est exposant de la puissance et de sa réduction à laquelle il faut élever "a" (différent de 1) pour retrouver le nombre considéré à la fusion, ou le logarythme naturel d'un nombre dans un système dont la base est le nombre "e" est généré par le rayonnement en cylindre immédiat ou sur un plan d'un faisceau en anneau qu'il initie au dessus à la perpendiculaire et au centre d'une surface horizontale de révolution engendrée par un cercle tournant autour d'une droite située dans son plan et ne passant pas par son centre, ou d'un solide de verre et en métal céramique limité par cette surface forme le volume d'un tore à double secteur parallèle et opposé en miroirs semi transparents alignés aux sorties du rayonnement. Le dispositif peut amener une réduction et aussi un gain à plusieurs lasers filiformes afin d'attaquer la couronne de billes au Denterum et Tribun. 5 - L'architecture est caractérisé en ce que la loi de poussée appmpriée s'exerce sur le DT en un chemin thermodynamique adéquat en optimisant le couple lasercible, est de conserver une bonne symétrie de l'implosion avec les moyens d'amener la qualité et l'uniformité de son éclairement. 6 - L'ensemble du dispositif a les moyens de refroidissement plus rapide par augmentation de sa surface et l'accroissement du débit du fluide réfrigérant. 7 - Le réacteur fournissant l'énergie de fusion de l'ordre du millier de mégajoules se retrouve sous forme de neutrons, de particules alpha, de rayonnement x et d'énergie contenue dans les débris de la cible brûlée. 8 - Convertie en chaleur dans les parois de la chambre sous vide contenant la cible. 9 - puis convertie en électricité au moyen d'un cycle thermique 10- est caractérisé en ce que l'électricité alimente des turbogénérateurs 11- L'ensemble des dispositifs est caractérisé selon les revendications de 1 à 7 selon que l'énergie est utilisée à la F.C.I. et à la fusion contrôlée sur les monoehtttaux de silicium.