Brevet FR2756659A1 — publié le 19980605

EXPLOSIF A FUSION ATOMIQUE POUR PROJECTILES. La présente invention concerne les explosifs à fusion atomique d'atomes légers dite " fusion froide et plus particulièrement ceux qui sont destinés à la charge de projectiles balistiques ou autopropulsés explosant à l'impact. Les explosifs à fusion atomique connus (Brevet FR.8907703) peuvent libérer à 100% de rendement une énergie volumique 10.+4 fois - plus grande que celle que produisent les explosifs chimiques. Mais dans ces dispositifs la commande est électrique et l'énergie de commande nécessaire est au mieux 10.-4 fois l'énergie libérée (GOP=10.+4). Cette consommation est faible: 1Wh pour 1Kg équivalent TNT. Mais la puissance requise est élevée, de l'ordre de 10.+5 W. Cette valeur qui n'est pas dissuasive et même sécurisante pour les utilisations statiques n'est pas acceptable pour les charges explosant à l'impact. L'explosif selon l'invention ne présente pas cet inconvénient de necessiter une puissance élevée pour lé déclenchement de l'explosion. Dans celui-ci en effet l'explsion est déclenchée par la force d'inertie des ions fusionables qui les libère à l'impact et les fait diffuser dans l'explosif. On obtient ce résultat en utilisant comme explosif un électrolyte solide dans lequel les entités fusionables sont labiles. L'électrolyte appelé aussi semi-conducteur ionique a 2 fonctions: -dissociation des éléments fusionables en ions et transport de ces ions. Pour la fonction transport sa mobilité électronique et ionique est élevée et d'autre part elle a un facteur de température élevé pour que, à force d'inertie égale la fusion soit déclenchée par l'élévation de température à l'impact et non au tir. La dissociation des éléments fusionables dans l'électrolyte est faiblement énergétique pour que l'énergie d'activation des ions soit faible. A cette fin. la charge de l'électrolyte en éléments fusionables est effectuée par une réaction de nature cristallochimique parce-que les réactions chimiques sont trop énergétiques. Les ordres de grandeur des paramètres cités, pour une vitesse de projectile typique. améliorés selon les règles de l'art en utilisant les artifices connus sont de 10.-3 à 10.-2 eV pour l'énergie cinétique des entités fusionables et de 250J/cm3 pour l'énergie cinétique du projectile. L'élévation du facteur de température de la mobilité des entités fusionables est de l'ordre de 10,/OC. La pression est de l'ordre de 1KBar au déclenchement. Pour une bonne compréhention du fonctionnement de cet explosif il faut rappeler aussi que le mécanisme de fusion n' est pas une réaction en chaine mais que néanmoins , la réaction de fusion s'accélère par le fait que la production cumulative d'énergie conduit à un accroissement exponentiel de la mobilité des entités qui fusionnent. Un explosif selon l'invention est un électrolyte dérivé de ceux qui sont décrits dans le brevet cité, chargé en atomes legers. I1 fonctionne selon le principe exposé dans ce brevet. Pour obtenir un COP élevé il faut un taux de lacunes élevé. On utilise pour cela, en particulier, à titr d'exemple des céramiques dont la structure cristalline est de type "framework" pérovskite ou pyrochiore. Le procédé de charge de ces céramiques en éléments légers fusionables est une réaction cristallochimique effectuée à basse température. Plusieurs moyens pewent être mis en oeuvre pour réaliser cette charge: - utilisation d'un précurseur qui conduit à un gel qu'on décompose thermiquement à une température inférieure à 2500 C. - irradiation aux neutrons de la céramique sous pression des éléments fusionables - implantation des éléments fusionables dans l'électrolyte par électrolyse ou bombardement. Les entités fusionables sont des éléments légers, essentiellement les isotopes adéquats de l'hydrogène et du lithium. Selon une variante de l'invention donnée à titre d'exemple non limitatif l'électrolyte est une céramique de formule chimique W(Li,D)x03 avec x procédés évoqués. Les atomes de O et de Li compensent les lacunes dodécaédriques ordonnées de la structure de W03. On la surcharge par électrolyse en W(D,Li)(x+y)03 avec xEy > 1. Selon une autre variante de l'invention l'électrolyte est une céramique de formule chimique Sb2-x(Li,D)yPb2-zO7 avecy 5x+2z. Le procédé de préparation de la formule lacunaire consiste à gélifier avec un précurseur tel que l'urée une solution aqueuse de nitrates de Pb et Sb à 1300C et à la décomposer par une pyrolyse flash, goutte à goutte à 2500C. Pour obtenir la résistance aux chocs souhaitée on choisit le produit adéquat dans une liste importante de formules chimiques minérales. Pour cela on consulte les catalogues des minéraux naturels. On sélectionne ceux qui ont une structure "framework". Parmi ceux-ci on retient ceux qui structuralement parlant, ne contiennent que des ions à configuration de gaz rare. Parmi ceux-ci on choisit ceux qui sont décrits comme étant lacunaires et parmi ceux-ci ceux qui sont colorés. Tous leurs isomorphes artificiels peuvent présenter un intérêt pour le but visé. Les plus intéressants sont ceux qui sont instables chimiquement. Un compromis doit être recherché entre stabilité et vieillissement en fonction de leur destination. Les explosifs objet de l'invention peuvent être avantageusement utilisés dans tous les cas civils et militaires ou on souhaite un projectile puissant sous faible poids et volume. A titre d'exemple l'équivalent énergétique d'une cartouche calibre 12 chargée avec cet explosif sera de quelques Kilogrammes de TNT. REVENDICATIONS 1- Explosifs à fusion atomique d'éléments légers fusibles destinés à la charge de projectiles explosant à l'impact, caractérisés en ce que l'énergie de liaison cristalline des ions de ces atomes fusibles est inférieure à leur énergie cinétique qui les libère à l'impact et provoque la réaction de fusion. 2- Explosifs selon la revendication 1 caractérisés par le fait qu'ils résultent de la charge d'une céramique lacunaire en isotopes adéquats de l'hydrogène et du lithium. 3- Explosifs selon la revendication 2 dans lesquels la structure des cristaux de la céramique est du type "framework", lacunaire, isomorphe de minéraux lacunaires colorés. 4- Explosifs selon la revendication 3 perfectionnés en vue d'une optimisation de leur sensibilité au choc et au vieillissement par une substitution isomorphe, selon les règles de l'art, d'ions en moyenne isoélectroniques et chimiquement compatibles. 5- Procédé de charge de l'explosif en éléments fusionables comprenant une étape de mise en solution homogène des constituants dans un précurseur et une étape de synthèse cristallochimique de l'explosif par élimination du solvant à température modérée. 6- Procédé de charge selon la revendication 5 complété par une phase de surcharge par électrolyse, bombardement ionique ou irradiation neutrnique sous pression gazeuse d'éléments fusionables. 7- Explosifs selon la revendication 1 conditionnés selon les règles de l'art pour la charge de projectiles balistiques ou autopropulsés.