Brevet FR2869153A1 — publié le 20051021

b La présente invention concerne un procédé de fabrication du rhodium. Le rhodium est un métal précieux de la famille des platinoïdes de symbole Rh, de masse atomique 45 et de masse molaire atomique 102,90 g/mol. Actuellement, la production de rhodium émane de l'exploitation de mine. Il faut rappeler que le rhodium fut découvert en 1803 dans un minerai de platine. La production mondiale actuelle est de l'ordre de 20 tonnes par an. Le rhodium présente des caractéristiques avantageuses pour certaines applications techniques. En particulier, il est bon conducteur de l'électricité et très résistant à la corrosion. Le rhodium fond par ailleurs à 1966 C. Il est principalement utilisé dans des alliages de platine et de palladium afin de les durcir notamment pour des applications aux thermocouples, aux catalyseurs ou à des contacts électriques. Une fine couche de rhodium obtenue par rhodiage sur une surface possède une réflectivité et une dureté très élevée. Le rhodium est utilisé notamment pour les instruments d'optique, en bijouterie et comme catalyseur chimique. Compte tenu de la faible productivité de l'exploitation minière concernant le rhodium et des applications techniques stratégiques ou de pointe pour lesquelles ce matériau est utilisé, on a déjà pensé à en fabriquer de façon à s'affranchir de l'exploitation minière. En particulier le document GB-A-1.010.427 présente un procédé purement chimique de fabrication du platine ou du rhodium dans lequel le rhodium est obtenu par pyrolyse de chlorure de rhodium chloropentamine. Ce procédé est purement chimique et ne donne pas entière satisfaction. II existe donc un besoin actuel de trouver une alternative à la production de rhodium. La présente invention s'inscrit dans ce cadre et propose pour ce faire un nouveau procédé de fabrication de rhodium caractérisé par le fait qu'on effectue une fusion nucléaire d'ions de krypton et de fluor apte à fournir des atomes de rhodium. Une telle réaction a l'avantage d'être réalisable à partir d'éléments abondants et bon marché comme le krypton 84 Kr et le fluor 19 F ainsi que réalisable avec un faible apport énergétique de l'ordre de 4 104 keV donc à l'aide d'un cyclotron compact de 1 tesla seulement. En effet, même si le métal rhodium pourrait être obtenu grâce à des procédés de fission ou d'autre fusion, on a observé que, de manière surprenante, la sélection d'une réaction de fusion nucléaire mettant en oeuvre des ions de kryton et de fluor permettait d'obtenir des résultats avantageux en terme d'apport énergétique tout en restant dans une gamme d'éléments de base à faible prix de revient. Un autre avantage du procédé selon l'invention est qu'il peut être mis en oeuvre par l'intermédiaire de systèmes accélérateurs du type cyclotron. Suivant des variantes préférées, le procédé de l'invention est tel que: on met en oeuvre la réaction suivante: Kr ( 84, 36) + F( 19, 9) + 4,104 MeV = Rh(103,45). - on accélère les ions de krypton par un champ électrique Eo sous forme de plasma confiné par un champ magnétique Bo et on les projette sur une cible d'ions de fluor - on utilise un cyclotron pour accélérer les ions de krypton. - on règle la valeur du champ électrique Eo de sorte à ce que l'énergie cinétique du plasma immédiatement avant impact sur la cible d'ions de fluor soit au moins égale à l'énergie nécessaire à la fusion nucléaire. Le dessin ci-joint est donné à titre d'exemple et n'est pas limitatif de l'invention. Il représente seulement un mode de réalisation de l'invention et permettra de la comprendre aisément. La figure 1 présente un exemple de matériel utilisable pour la mise en oeuvre du procédé de!'invention par le biais d'un cyclotron. En se référant à la figure 1, on donne un aperçu du système accélérateur utilisable. On met par ailleurs en jeu des ions de krypton (84,36) et des ions de fluor(19,9) (où le premier des chiffres entre parenthèses correspond au nombre de masse et le deuxième chiffre au numéro atomique). Dans le cas représenté à la figure 1, les ions de krypton 84 Kr sont générés par la source ECR (1) (pour électron cyclotron résonance). Le faisceau d'ions lourds obtenu est transmis au cyclotron compact repéré (3) en utilisant la ligne d'injection (2). Le faisceau considéré est injecté au centre du cyclotron compact (3) pour être accéléré par les pôles (4) en forme de D)} par le biais d'une tension alternative VI (repère 5) et V2 (repère 6) assurée par un générateur (7) de tension sinusoïdale. La trajectoire des ions de krypton 84 Kr accélérée dans ce cyclotron compact (3) suivent une spirale (8) dont le rayon de giration augmente au fur et à mesure que les tensions VI (5) et V2 (6) alternatives et sinusoïdales sont appliquées. Ayant acquis l'énergie cinétique suffisante et le rayon d'injection du cyclotron compact (3), les ions de krypton 84 Kr continuent selon une trajectoire rectiligne d'un faisceau (9) d'ions lourds sous forme de plasma pour atteindre la cible de fluor 19 F. La projection des ions de krypton 84 Kr sur la cible (10) de fluor 19 F réalise par collision la fusion nucléaire fournissant le rhodium 103 Rh escompté. Ainsi, la réaction mise en oeuvre est la suivante: Kr (84,36) + F (19,9) + 4,104 Mev -,- Rh(103,45). Ainsi, il suffira d'utiliser un cyclotron compact (3) apte à accélérer le plasma d'ions lourds de krypton 84 Kr vers une cible de fluor 19 F avec une énergie cinétique de 4 104 KeV permettant, après fusion nucléaire, de fournir des atomes de rhodium stables. On donne ci-après une étude numérique du procédé de synthèse du rhodium ainsi décrit avec un système comprenant une source ECR de krypton 84 Kr et un cyclotron compact (3) pouvant délivrer des énergies de 22 à 40 MeV/nucléon pour des masses inférieures à 40. L'énergie cinétique nécessaire à la fusion peut se calculer de la façon suivante: io Apport énergétiQue nécessaire (f::,. EL) EL = f::,. EL rh (4EL kr + Q EL f) et où L EL rh est l'énergie de liaison des ions Rh (103, 45) ,a EL kr est l'énergie de liaison des ions Kr (84,36) Il EL f est l'énergie de liaison des ions F (19,9) Et où l'énergie de liaison des ions s'exprime dans chaque cas par la formule: (Mm - MA) x k / NA Avec Mm: masse du noyau MA: masse atomique Mm - MA: perte de masse k = 5,610 E26 NA = 6,022 E (Nombre d'Avogadro) En l'espèce EL rh = - 88022,274 keV EL kr = - 82431,033 keV ELf = - 1487,405 keV EL = 4 104 keV Champ électrique EQ Est donné par Eo = . EL Nombre de masse Soit EO = 114 000 Volts Champ magnétiQue B( Est donné par la formule: B02 = 2mkT / (e2.rg2) Avec m = 83,9115 E -3 * 6,022E 23 k = 1,38 E-23 Erg Kelvin T = 4 104 x 1,16E Kelvin e = 36x1,6F19C rg = 76 E-3 mètre (rayon de giration) soit Bo = 0,9354 Tesla L'éneraie maximale dans le cyclotron est de l'ordre: E(MeV/A) = K (Q /A)2 Avec K = 30 A = 84 36 = 48 Emax = 91,875 MeV f A Q=64 L'énerqie d'injection est de l'ordre de: É wAection = Eéjection. (Riniection)2 / (Réjection)2 Avec Eéjection = 4 104 MeV / A Rinjection = 76 E-3 m Einiection = 102,885 MeV Réjection = 0, 48 m La fréquence de révolution Frévolution est de l'ordre de: Frévolution =vi(2.pi.R)=gB1 (2. pi. v.m Avec v = 1 f m/s R = 0,48 m Frévolution = 33,157 Mhz H=3 La fréquence Frf du système RF est de l'ordre de: Frf = Frévolution / H Frf = 11,0524 Mhz Le champ local B(r) radial est de l'ordre de: B(r) = 2. pi. Frf. M. v (r) l (H. Q) 15 20 Avec V = (1 /(1 -(V2IC2))A0.5)-(((1-(2.pi.Frév)ArtC2)2)A-0,5) Avec v= 1 E mis Frév = 33,157 Mhz V = 0,0585 Avec Frf = 11,0524 Mhz M = 63,94087 E-3 kg H=3 B(r) = 0,014 Tesla Q = 64.1,6E 19 Coulomb Y(r) = 0,0585 On notera que compte tenu de la valeur du champ magnétique Bo à fournir ainsi que de la valeur du champ électrique Eo relativement faible, le procédé de l'invention peut être mis en oeuvre avec des moyens de production de fusion nucléaire parfaitement connus actuellement. En outre, le procédé de l'invention permet de produire du rhodium à partir d'éléments de base abondants et ce, sans être dépendant des ressources minières existantes à l'état naturel.' On notera également que la section efficace de la réaction de synthèse de rhodium est de l'ordre de 6e = 150 bams. Egalement que les éléments employés dans cette réaction, le krypton 84 Kr et le fluor 19 F, sont des éléments stables comme le rhodium obtenu ainsi. REFERENCES 1. Source ECR 2. Ligne d'injection 3. Cyclotron compact 4. Pôle to 5. Tension alternative V1 6. Tension alternative V2 7. Générateur 8. Spirale 9. Faisceau 10. Cible REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de Rhodium caractérisé par le fait qu'on effectue une fusion nucléaire d'ions de krypton et de fluor apte à fournir des atomes de Rhodium. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait qu'on met en oeuvre la réaction suivante: Kr (84,36) + F (19,9) + 4,104 Mev = Rh(103, 45). 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé par le fait qu'on accélère les ions de krypton par un champ électrique Eo sous forme de plasma confiné par un champ magnétique Bo et on les projette sur une cible d'ions de fluor. 4. Procédé selon la revendication 3 caractérisé par le fait qu'on utilise un cyclotron pour accélérer les ions de krypton. 5. Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé par le fait qu'on règle la valeur du champ électrique Eo de sorte que l'énergie cinétique du plasma immédiatement avant impact sur la cible d'ions de fluor soit au moins égale à l'énergie nécessaire à la fusion nucléaire.