Brevet FR2885447A1 — publié le 20061110

La présente invention concerne un procédé de fabrication de 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 erg 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 Liés résisiaini a ici 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 notablement 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 réflexivité 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 les applications techniques stratégique 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 de 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. Il 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 les 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 84Kr et le fluor 19F ainsi que réalisable avec un faible apport en énergétique de l'ordre de 4 104 keV donc à l'aide d'un cyclotron compact. En effet, même si le métal rhodium obtenu pourrait être obtenu grâce à des procédés de fission ou d'autre fusion, on conçoit aisément que la sélection d'une réaction de fusion nucléaire mettant en oeuvre des ions de krypton et de fluor permettrait d'obtenir des résultats avantageux en termes 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: 15 - on met en oeuvre la réaction suivante: Kr (84, 36) + F (19, 9) + 4, 104 MeV --3 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 l'impact sur la cible d'ions de fluor soit au moins égale à l'énergie nécessaire aux énergies de liaison concernés et 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 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 krypton ( 84, 36) et des ions de fluor (19, 9) (où le premier chiffre 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 84Kr sont générés par la 5 source ECR (1) (pour électron cyclotron résonance). Le faisceau d'ions lourds est transmis au cyclotron au cyclotron compact (3) pour être accéléré par les pôles (4) en forme de D par le biais d'une tension alternative V1 (repère 5) et V2 (repère 6) assuré par un générateur (7) de tension sinusoïdale. La trajectoire des ions de krypton 84Kr accélérée dans ce cyclotron compact (3) suivent une spirale (8) dont le rayon de giration augmente au fier 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 de krypton 84Kr continuent suivant une trajectoire rectiligne d'un faisceau (9) d'ions lourds sous forme de plasma pour atteindre la cible de fluor 19F. La projection des ions de krypton 84Kr sur la cible de fluor 19F réalise par collision la fusion nucléaire fournissant le rhodium 103Rh 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 confiné d'ions lourds de krypton stable 84Kr vers une cible de fluor stable 19F avec une énergie cinétique de 4 104 keV permettant, après avoir établi une nouvelle valeur des forces de liaison et donc de fusion nucléaire, de fournir des atomes de rhodium stables. On donne ci-après une étude numérique du procédé de synthèse de rhodium ainsi décrit avec un système comprenant une source ECR de krypton 84kr et un cyclotron compact 25 (3) pouvant délivrer des énergies nécessaires pour des masses inférieures à 40. L'énergie cinétique nécessaire à la fusion peut se calculer de la façon suivante: Apport énergétique nécéssaire ( DEL) DEL = AELrh - (AELkr + AMI) Et où AELrh est l'énergie de liaison des ions Rh ( 103, 45) AELkr est l'énergie de liaison des ions Kr ( 84, 36) 5 AELf est l'énergie de liaison des ions F (19, 8) 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 Na = 6,022 E23 (Nbre d'Avogadro) En l'espèce: AELrh = - 88 022,274 keV AELkr = - 82 431,033 keV AELf = - 1 487,405 keV AEL = AELrh - ( AELkr + AELf) AEL = 4 104 keV Champ électrique Eo Est donné par la formule E0 = EL Es = 114 000 Volts Nbre d'électrons Champ magnétique Bo Est donné par la formule B02 =2mkT/ (e2. rg2) Avec m = 83,9115 E-3 / 6,022 E23 K = 1,38 E-23 Erg / Kelvin T = 4 104 * 1,16 E7 Kelvin e = 36 * 1,6E-19 Coulomb rg = 76 E-3 mètre ( Rayon de giration) Soit BpO.9774 Tesla L'Energie maximale dans le cyclotron est de l'ordre: 30 E(MeV/A)=K(Q/A)2 Avec K = 30 A = 84 36 = 48 Emax = 53,33 MeV Q=36 L'Énergie d'injection est de l'ordre Einjection = Eéjection ( Rinjection)2 / (Rejection)2 Avec Eejection = 4,104 MeV / A Rinjection = 76 E-3 m Réfection = 0,48 m E iection = 102.885 keV La fréquence de révolution est de l'ordre Frévoiution = v = q Bo 2tR 2it'ym Avec v = 1 E8 m/s R = 0,48 m Révolution = 33.157 Mhz H=3 La fréquence Fj du système RF est de l'ordre FRf = FRévolution * H Avec FRévolution = 33,157 Mhz Fg f = 99.471 Mhz H =3 Le champ local B(r) radial est de l'ordre B(r) = 2 i. Fuf. M 7(t) 20 H. Q Avec 7 (t) = 1 = [ 1 (2 7c. RRev. r) 21 w_' J 1 (v2/c1) 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 = 36 y(t= 1.0606 B ( r) = 6.515 Teslas On note que compte tenu de la valeur du champ magnétique Bo à fournir ainsi que de la valeur du champ électrique E0 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 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, le Krypton 84Kr et le Fluor 19F, sont des éléments stables comme le Rhodium 103Rh ainsi obtenu. 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 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) + 4,104meV -) Rh(10345). 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.