Brevet FR2762131A1 — publié le 19981016

considérations générales Le procédé envisagé s'applique à toute élaboration de synthèse d'éléments par fusion nucléaire à partir d'ions accé- lérés sur une cible conférant, à la collision, une énergie cinétique telle que le noyau projectile fusionne avec le noyau cible en lui apportant une énergie de fusion suffisante et égale à la différence des energies de liaison des noyaux considérés. Afiln d'être fortement accélérés dans un champ électro- magnétique, les noyaux projectiles devront être dans un état de charge 6élevé, c'est à dire que le cortège électronique aura été épluché" après paassage dans un cyclotron. La suite du procédé est exposée dans une description conforme au schéma page 9 montrant une chambre sous vide de diamètre 2. rg, de longueur 1, entouré d'un bobinage de n spires aux bornes d'un champ U produisant un champ BO. Les noyaux accélérés sont présents à l'état de plasma à une densité ni' La suite concerne l'exposé correspondant à la synthèse d'aluminium ainsi que les calculs concernant la synthèse de platine par le même procédé dans les pages suivantes résumant les valeurs estimées. ( Page 10) Synthèse d'aluminium Equation de base e' C(12.6) + N(15,7) + AE ---> Al(27,13) Considérations préliminaires. L'isotope d'azote N(15,7) est présent à 0,27 % dans l'atmosphère et peutêtre obtenu par fractionnement d'air liquefié. Il y a possibilité d'isoler l'isotope d'azote N(15.7) et de relacher les produits dans l'atmosphère sans polluer. L'ion C(12,6) est obtenu à partir de charbon naturel présent en abondance également. iS Ces deux ions lourds seront obtenus après passage dans un cyclotron et une fine feuilled'aluminium afin d'obtenir un état de charge élevé. Placés à partir d'une source, les ions d'azote N(15,7) sont présent à l'état de plasma de densité ni dans le système d'accélération considéré ( Page 9) Les ions de carbone C(12,6) constituent une cible sur laquelle sont projetés les ions d'azote. Avec une énergie suffisante, la fusion des noyaux doit avoir lieu pour donner un atome d'aluminium Al(27,13), suivant l'équation: C(12.6) + N(15, 7) * 27,8530 MeV ---> A1(27,13) Après expérimentation en laboratoire et évaluation plus précise des valeurs physiques, le procédé pourrait être développé à l'échelon industriel pour une fabrication d'alumlnium de synthèse en grande quantité. Synthèse d'aluminium Equation de base e' C(12.6) + N(15,7) + 27,8530 MeV ---- A1(27,13) Etude des ions lourds I Il Etude de C(12,6) Masse atomique 12,011 g Nombre de masse: 6 protons 12 - 6 - 6 protons Pas d'électrons. Mc (6 Mn ' 6 Mp). 1000. NA Mc - (6. 1.6747 E-27 + 6. 1,6726 E-27). 1000. 6,022 E23 M 12, 094bg I1 2/ Enerqic de liaison C12 AE - (Mm - MA) k / NA AE - (12.0946 - 12,011).5,610 E26 / 6,022 E23 AE 77,9503 MeV II 1l Etude de N(15,7) Masse atomique 15,000108 g Nombre de masse 7 protons - 7 = 8 neutrons Pas d'électrons. MN (8 Mn 7 M). 1000. NA MN - (8. 1,6747 E-27 + 7. 1,6726 E-27). 1000. 6,022 E23 MN - 15,1189 a II_2/ Enerqie de liaison N15 AE (Mm - MA) k / N mA A AE (15,1189 - 15, 000108). 5,610 E26 / 6,022 E23 AE - 110,7258 MeV liLI/ Etude de AL(27,13.. Masse atomique ? 26.9815 g Nombre de masse 13 protons 27 - 13 - 14 neutrons Pas d'électrons MAl ' (14 Mn + 13 Mp). 1000. NA MAi -(I4. 1, 6747 E-27 + 13. 1,6726 E-27. 1000 6,022 E23 LA_ - 27.2136 a III 2/ Energie de liaison A127 AE - ( MM - MA) k / NA AE * (27,213641 -26,9815). 5,610 E26 / 6,022 E23 AE - 2216.2589 MeV IV 1/ Enerqie cinétique de N15 T ' EA1 - ( EN + Eoc) T - 216.2589 E6 - (110.7256 E6 + 77.9503 E6) T - 27.853_ cMV IV 2/ Tension accélératrice U - 27.853 E6 / 7 ( Nbre protons N15) U - 3 940 428 volts IV 3/ Champ magnétique BO Soit rg le rayon de giration des noyaux de N 15 ( en mêtre) B0O 2. M. k. T / (e2. rg 2) B (2. 15 E-3 / 6,022 E23). 1,38 E-23. 1,16 E7. 27 853 Bo (7.. 1,6 E-19)2. (0,15)2 B0' = 7,8700 B 2,8054 Teslas o IV 41 Densité plasmatique ni Tenant compte d'une induction résiduelle, on pose B = 0,1 ni B0' 2. p0.k T) nI - 0,1. 7,87 /( 2. 4. w. 1E-7. 1,38 E-23. 1,16 E7. 27 853 n - 7.0230 8I6 m' IV 5s/ Intensité du courant d'induction B À 4. w. 1E-7. N. I / 1 I - B0.1 / 4 w. 1E-7. N I - 2,8054. 0,5 /(4. w.1 E-7. 25 000) I - 44. 6493 Ampères V 1/ Enerqie totale du Drojectile N15 0 - 0. c ' 8, 15 E-3. 9 E16 EO- 6.022 E23. 1,6 E-19 E0 14.011 GeV T 27.8530 MeV (Cf IV 1/ page 4) V 2! Vitesse relativiste du Droiectile N15 T - (E - Eo) = ( T - 1) Eo T T " T *1 Eo 27,853 E6 14,011 E9 - 1.0019879 T - / I 1.- (- / 2 = /! - (i/r)' Q__ 6,2960 E-2 Vitesse relativiste v -c. B v - 3 E8. 6,2960 E-2 V - 18 888 000 m Is V 31 Consommation d'énerqie électrique. Section: s - (0,15)'. W s = 0.070685 m2 Vltesso: v - 18 888 000 m / s enpsité' n = 7,0230 E16 m' débit: d = s. v d = 0.0706685. 18 888 000 d = 1 335 098,28 m3 / s Débit: D = d.ni MA / NA D = 1 335 098, 28. 7,023 E16. 27 / 6,022 E23 D - 4.2039 q / s VI 1/ Puissance électrique: P = U. I P - 3 940 428. 44,6493 E 175 937 351,9 / (1000 3600) E - 48, 8714 kWh VI 2/ Rendement r - E / ( D. 3,6) r - 48, 8714 / (4, 2039. 3,6) r - 3,2292 kW / kg Synthèse de Platine Equations de base A Fabrication des Aluminiums e2 N(15,7) + C(17,6) + AE ---> Al(32,13) e3 N(15,7) + C(18,6) + AE ---> Al(33,13) B Fabrication du Fer e4 A1(32,13) + Al(33,13) + AE ---> Fe(65,26) C Fabrication du Tellure es Fe(65,26) + Fe(65,26) + AE ---> Te(130,52) D Fabrication du Platine es Te(130,52) + Fe(65,26) + AE ---> Pt(195,78) E Mode d'élaboration Procédé technologique à réaliser par étapes à partir d'expérimentation d'ions projectiles sur une cible au sein d'un système d'accélération identique à celui utilisé précède- ment pour la synthèse d'aluminium mais avec d'autres valeurs physiques. Mis à part le tellure, il faut envisager d'élaborer les isotopes indiqués ci-dessus après accord des autorités et la valeur de leurs masse atomique ne pourra être estimée que de façon théorique avant la possibilité de mesures préçises. Dans ces conditions, le platine produit sera de caractéristiques similaires à celle du platine naturel et devra pouvoir être utilisé pour la fabrication d'éléments catalyseurs sous forme d'éponge de platine afin de traiter l'émission de CO2 conséquente à la combustion d'essence en général. Résumé des valeurs Pour la réaction A127 C(12.6) À N(15.7) + 27,8530 ---> A1(27.13) Energie des noyaux: 27,8530 MeV Tension sur bobines: 3 940 428 volts Champ magnétique: 2,8054 Teslas Densité plasmatique: 7,0230 E16 m'3 Courant induit: 44,6493 Ampères Vitesse des noyaux: 18 888 000 m / s Débit massique: 4,2039 g / s Puissance électrique: 48,8714 kWh Rendement: 3,2292 kW / kg Résumé des valeurs Pour la réaction AI32 t(15,7) + C(li6) * 32.200 MeV ---- Al(32,13) Energie des noyaux: 32,200339 MeV Tension sur bobines 4 600 048 volts Champ magnétique: 3,016336 Teslas Densité plasmatique: 6,811 462 m-3 Courant induit: 48,0065 Ampères Vitesse des noyaux: 20 304 127 m / s Débit massique: 5,1947 g / s Puissance électrique: 61,34227 kWh Rendement: 3. 2801 kW / kg {o Résumé des valeurs Pour la réaction A1(33) N(15.7) + C(18.6) + 33.5307 MeV ---- Al(33,13) Energie des noyaux: 33,5307 MeV Tension sur bobines: 4 491 285 volts Champ magnétique: 3,0780 Teslas Densité plasmatique: 7,02299 E16 m' Courant induit: 48,988 Ampères Vitesse des noyaux: 20 717 851 m / s Débit massique: 5.635 95 g / s Puissance électrique: 65,20 kWh Rendement: 3,213 kW / kg 6 I Mx 89L89'1: zuabpuad t[MN 860T'SE: enbTJzaeTg DuessTnd s I 6 TLSLL'S: enblssew l qW s / m 000 OZL:O xneAou sep esseza1 soegduy 9ZZú66'8t: znpuT jueJnoD m 9T13TSZ'L: enbTiewseld gvTsuae seTseL Pú8L0'ú: anbTigu6ew dwm4D sZTOA 6Z8 6LS Z: sauTqoq Jns uoTsuea. AW LLES'úú:E xneAou sep aJlaeua (9Z'S99 ---- Aw LLúES'úE + (Eú'EE)TV * (úT'ZE)TY S99 aUOTze9 eT anod sfnaleA sep ans?9a Résumé des valeurs Pour la réaction Tel30 Fe(65.26) À Fe(65.26} + 38.0587 MeV ---- Te(130.52) Energie des noyaux: 38,0587 MeV Tension sur bobines: I 463 796 volts Champ magnétique: 1.8378 Teslas Densité plasmatique: 2,2059 E16 m'3 Courant induit: 29,250045 Ampères Vitesse des noyaux: 22 067 101 m/s Débit massique: 3,7139 g / s Puissance électrique: 11,8933 kWh Rendement: 0,88955 kW / kg X I MM 8TT8'0: Uaeoepua qM( 9ú09'8: anbTYoaTg azuessTnd s / 5 6út6'Z: anbTssew lTqua s/Mu 9'TT0 I t LT: xneAou sap essoQTA saQdWm S9ZL'úEú: TnpuT lueinoi c.m 91S 6SO'Z e: anbTaewseTdiTsuau3 SUTS& LSSI'T: enbT3lubuw dmuvD SZTOA 69'LSE 816: sauTqoq ans uoTsue.L AW úELL8'EZ: xneAou sap e0J0ou3 (8L'S61)Zd ---- AGI ELLS'úZ + (ZSOET)eL + (9Z'S9)}d S6I d UOTDe9J eP inod sonates sop Amnses ú 8;S T1 Proc4d de synthèse de métaux par fusion nucléaire ---- U - 3 940 428 volts ---------- ----------- n - 25 000 spires ---------- Source 0 Cible 0,3 m Bo 2,8N B3,, 2.8 T, N15 C12 --------------- e = 0,5 m -------------- Schema du svstê.me d'acceleration. Application pour synthèse de Al (27,13) Revendications 1/ Procédé d'élaboration d'aluminium par fusion nucléaire caractérisé en ce qu'il utilise des isotopes de carbone et d'azote sous forme d'ions positifs réalisant à la suite d'une réaction de fusion nucléaire des éléments d'aluminium synthétique identique pour sa formule nucléaire à des éléments d'aluminium existant naturellement. 2/ Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il est particulièrement adapté pour la réalisation d'aluminium lo doe synthèse suivant le processus suivant: e' C(12.6) * N(15,7) + 27,8530 MeV ---Al(27,13) 3/ Procédé d'élaboration de platine par fusion nucléaire selon la revendication 1 mais caractérisé en ce qu'il utilise des isotopes de carbone et d'azote sous forme d'ions positifs réalisant,a la suite d'une réaction de fusion nucléaire, des élments d'aluminium, de fer, de tellure puis finalement de platine synthétique identique pour se formule nucléaire à un él6ment de platine naturel. 4/ Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce qu'il est particulièrement adapté à la réalisation de platine de synthèse suivant les équations suivantes: e25 C(17,6) + N(15,7) + 32,2003 MeV ---Al(32,13) e' C(18,6) + N(15,7) + 33,5307 MeV---ô AI(33,13) e' Al(32, 13) + A1(33,13) * 33,5377 MeV ---- Fe(65,26) et Fe(65,26) + Fe(65,26) * 38,0587 MeV --- Te(130,52) es Fe(65,26) + Te(130,52) + 23,8773 MeV ---- Pt(195,78) / Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 3 caractérisé en ce que l'ion projectile est présent à partir d'une source sous forme de plasma de densité ni confiné par un champ B0. 6/ Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 3 caractérisé en ce que la réaction se situe à la sortie d'un accélérateur d'ions lourds de type cyclotron. 7/ Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 3 caractérisé en ce que les noyaux sous forme plasmatique sont accélérés vers une cible par un champ électromagnétique E a fin qu'au moment de l'impact, l'énergie cinétique soit égalé à l'énergie nécessaire pour la fusion des noyaux.