Brevet FR2885259A1 — publié le 20061103

La présente invention concerne un procédé de fabrication de palladium. Le palladium est un métal précieux de la famille des platinoïdes de symbole Pd, de masse atomique 46 et de masse molaire 103. 904 g/mol. Actuellement, la production de palladium émane de l'exploitation de mine. Il faut rappeler que le palladium fut découvert en 1803 en même temps que le rhodium dans un minerai de platine. La production mondiale actuelle est de l'ordre de 260 tonnes par an. Le palladium présente des caractéristiques avantageuses pour certaines applications techniques. En particulier, il est malléable et ductile. C'est le plus réactif de tous les plati- noïdes. Il est particulièrement utilisé dans la réalisation d'échelles graduées d'appareils de physique car inaltérables à l'air. Egalement excellent catalyseur d'hydrogénation, il est utilisé pour la purification de l'hydrogène. Il est principalement utilisé sous forme d'alliages dans l'horlogerie, la petite mécanique et l'art dentaire. Il est utilisé notamment dans les téléphones mobiles, les ordinateurs portables ( connexions) et les catalyseurs antipollution. Compte tenu de la faible productivité de l'exploitation minière concernant le palladium 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 qui ne produit en palladium que 0,3 % de la masse de platine obtenue. En particulier un procédé purement chimique de fabrication de palladium dans 20 laquelle le palladium est obtenu par dissolution de métaux et la formation de complexes aminés du palladium. Ce procédé est purement chimique et ne donne pas entière satisfaction. Il existe donc un besoin actuel de trouver une alternative à la production de palladium. La présente invention s'inscrit dans ce cadre et propose pour ce faire un nouveau procédé de fabrication de palladium caractérisé par le fait qu'on effectue une fusion nucléaire d'ions de rhodium et d'hydrogène apte à fournir des atomes de palladium. Une telle réaction a l'avantage d'être réalisable à partir d'éléments comme le rhodium 103Rh et d'hydrogène 1H ainsi que réalisable avec un faible apport énergétique de l'ordre de 142,5 keV donc à l'aide d'un cyclotron compact. En effet un avantage du procédé selon l'invention est qu'il peut être mis en oeuvre par l'intermédiaire de systèmes accélérateurs de type cyclotron. Suivant des variantes préférées, le procédé de l'invention est tel que: on met en oeuvre la réaction suivante: Rh ( 103, 45) + H (1, 1) ---i Pd ( 104, 46) + 5,921 MeV - on accélère les ions d'hydrogène 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 rhodium. on utilise un cyclotron pour accélérer les ions d'hydrogène. - on règle la valeur du champ électrique Eo de sorte à ce que l'énergie cinétique du plasma d'hydrogène immédiatement avant impact sur la cible d'ions de rhodium 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. II 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 l'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 rhodium (103,45) et des ions d'hydrogène (1,1) ( 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 d'hydrogène 1H sont générés par la source ECR (1) ( pour électron cyclotron résonance). Le faisceau d'ions 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 V1 (5) et V2 (6) assurée par un générateur (7) de tension sinusoïdale. La trajectoire des ions d'hydrogène 1H accélérés dans ce cyclotron compact (3) suivent une spirale (8) dont le rayon de giration augmente au fur et à mesure que les tensions V1 (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 d'hydrogène 1H continuent selon une trajectoire rectiligne d'un faisceau (9) ions sous forme de plasma pour atteindre la cible de rhodium 103Rh. La projection des ions d'hydrogène 1H sur la cible (10) de rhodium réalise par collision la fusion nucléaire fournissant le palladium 104Pd escompté. Ainsi la mise en oeuvre est la suivante: Rh ( 103, 45) + H (1, 1) --) Pd ( 104, 46) + 5,921 MeV Ainsi il suffira d'utiliser un cyclotron compact (3) apte à accélérer le plasma d'ions d'hydrogène 1H vers une cible de rhodium 103Rh avec une énergie cinétique de 142,5 keV permettant, après fusion nucléaire, de fournir des atomes de palladium stables et une énergie de 5,921 MeV. Le procédé peut également employé comme combustible de centrale nucléaire énergétique: Il présente les avantages suivants: - un rendement énergétique satisfaisant de 5,921 MeV. pas de réaction en chaîne apportant un contrôle de combustion facile en dosant les éléments en présence. Des éléments de réaction entre atomes stables donc non radioactifs, éliminant les problèmes de manipulation et de stockage. - Il ne nécessite pas non plus de circuit de refroidissement multiple à cause de la radioactivité . On donne ci-après une étude numérique du procédé de synthèse du palladium ainsi décrit avec une système comprenant une source ECR d'hydrogène 1H et cyclotron compact (3) pouvant délivrer des énergies de 22 à 40 MeV/Nucléon pour des masses inférieures à 40. 4 2885259 Apport énergétique nécéssaire ( AEL) AEL = AELpd -(AELkr + AELh) Et où ALEpd est l'énergie de liaison des ions Pd ( 104, 46) AELrh est l'énergie de liaison des ions Rh ( 103, 45) AELh est l'énergie de liaison des ions H (1, 1) Et où l'énergie de liaison des ions s'exprime dans chaque cas par la formule: (Mm Ma)*k/Na avec Mm = masse du noyau Mm Ma est la perte de masse K = 5,610 E26 Erg / Kelvin Na = 6, 022 E23 (Nbre d'Avogadro) En l'espèce: AELpd = - 89 390 keV AELrh = - 88 022,274 keV AELh = - 7289,9705 keV AEL = AELpd - ( AELrh + AELh) AEL = 5921 keV Champ électrique Ea Est donné par la formule E0 = EL Eo = 5 921 000 Volts Nbre de Masse Champ magnétique B4 Est donné par la formule Bot = 2 m k T / (e2. rg 2) Avec m = 1,0078 E-3 / 6,022 E23 K = 1,38 E23 Erg / Kelvin T = 5921 * 1,16 E7 'Kelvin e = 1 * 1,6 E-19 Coulomb rg = 76 E-3 mètre ( Rayon de giration) Soit Bo = 4 631 Tesla 2885259 L'Energie d'injection est de l'ordre Einjection Eéjection * (Rinjection)2 / (Rejection)2 Avec Eéjection = 5,921 MeV / A Rinjection = 76 E-3 m Réjection = 0,48 m L njection = 142 5 keV La fréquence de révolution est de l'ordre Frévolution = v = BO 2itR 2itym Avec v = 1 E8 m/s R = 0,48 m évolution = 33.157 Mhz H=3 LaLa fréquence Fi du système RF est de l'ordre FRf = FRévolutjon * H Avec FRévolutjon = 33,157 Mhz Fgt = 99.471 Mhz H =3 Le champ local B(r) radial est de l'ordre B(r) = 2 7t. FRf. M y(t) H. Q Avec y (t) = 1 = [ 1 (2 n. RRév. r) 2 t"o.s (v2/c) c 2 Avec v = 1 E8 m/s FRéV = 33,157 Mhz FRf = 99,471 Mhz M = 63,94087 E-3 / 6,022 E23 H=3 Q = 1 r = 0,48 m y(t)= 1.0606 B ( r) = 8.512 Teslas 6 2885259 On note que compte tenu de la valeur du champ magnétique Bo à fournir ainsi que de la valeur du champ électrique Eo, 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 palladium à partir d'éléments de base abondants et ce sans être dépendant des ressources minières existantes à l'état naturel. On note également que la section efficace de la réaction de synthèse du rhodium est de l'ordre de a = 150 barns. Egalement que les éléments employés dans cette réaction, 1' hydrogène 1H et le Rhodium 103 Rh, sont des éléments stables. 7 REFERENCES 1. Source ECR 2. Ligne d'injection 3. Cyclotron compact 4. Pôle 5. Tension alternative V1 6. Tension alternative V2 7. Générateur 8. Spirale 9. Faisceau 15 10. Cible 8 REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de Palladium caractérisé par le fait qu'on effectue une fusion nucléaire d'ions d'hydrogène et de rhodium apte à fournir des atomes de palladium. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait qu'on met en oeuvre la réaction suivante: Rh ( 103,45) + H (1,1) - Pd ( 104, 4b) + 5, 921 MeV 3. Procédé selon la revendication 2 caractérisé par le fait que la réaction mise en oeuvre peut être utilisée pour servir de combustible de centrale nucléaire énergétique utilisant des éléments stables. 4. Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé par le fait qu'on accélère les ions d'hydrogène 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 rhodium. 5. Procédé selon la revendication 4 caractérisé par le fait qu'on utilise un cyclotron pour accélérer les ions d'hydrogène. 6. Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé par le fait qu'on règle la valeur du champ électrique Eo de sorte que l'énergie cinétique du plasma d'hydrogène immédiatement avant l'impact sur la cible d'ions de rhodium soit au moins égale à l'énergie nécessaire à la fusion nucléaire.