Brevet FR3133102A1 — publié le 20230901

L'invention concerne un procédé pour générer de l'hélium par fusion-fission contrôlée et déclenchée par lasers. Procédé de production d’hélium par fusion-fission contrôlée et déclenchée par lasers. Etat de l’art : L’hélium est une ressource rare utilisée dans de nombreuses applications, telles que l’imagerie par résonance magnétique (IRM), la fibre optique, la fabrication de semi-conducteurs, l’industrie spatiale. C’est un gaz de très grande valeur. L'hélium est aujourd'hui principalement extrait du gaz naturel et donc importé. Le brevet WO03042615A1 présente une invention relative à un procédé de production d'hélium à partir d'un mélange gazeux d'alimentation contenant de l'hélium et d'autres composants. Cette invention s’applique à la récupération d’hélium à partir d’un gaz résiduaire de liquéfacteur de gaz naturel. Le brevet WO2010047942A2 présente une approche similaire. Le procédé se rapporte en effet à un processus de récupération à la fois d’un produit d’hélium gazeux et d’un produit d’hydrogène gazeux de pureté élevée. Dans le cas d’une production d’hélium par un procédé de fusion-fission proton-bore, le confinement magnétique sera favorable, le bilan énergétique sera favorable et, l'absence d'effets secondaires radioactifs sera favorable. A cet effet, il faut préciser que la fusion proton-bore exige que l'énergie ou la température des ions soit au moins dix fois supérieure à ce qu’elle serait pour la fusion D-T. D + T → He (3,52 MeV) → n (14,1 MeV), (1) p + 11B → 3He (8,68 MeV), (2) Pour les deux réactions citées, l'énergie cinétique associée à chaque produit est indiquée entre parenthèses, n est un neutron, p est un proton. La réactivité du couple hydrogène-bore atteint son maximum aux environs de 600 keV (plus de 6 milliards de kelvins), alors pour le couple D-T le pic est aux environs de 66 keV (730 millions de kelvins). Pour la réaction proton-bore, l’énergie de freinage sera toujours plus élevée que l’énergie de fusion, quelles que soient les proportions relatives des éléments. Cependant, une partie de l’énergie récupérée pourra être convertie directement en électricité par diverses techniques de conversion basées sur des technologies matures dérivées d’autres domaines, tels que les micro-ondes ou l’effet photoélectrique. L'invention proposée est nouvelle et inventive et concerne un procédé pour générer de l'hélium par fusion-fission contrôlée et déclenchée par lasers afin de s’affranchir de l’utilisation du gaz naturel ou du recyclage de l’hélium existant sur terre en quantité limitée et donc de maîtriser les coûts de production. L'invention concerne un procédé pour générer de l'hélium par fusion-fission contrôlée et déclenchée par lasers. L'énergie d'une impulsion suffisamment intense de lumière provenant d'un laser est concentrée à la surface d’une cible. Ceci provoque la création d’un plasma et une grande quantité de rayons X, de rayonnements d'ions et de neutrons suivant le type de réaction. Le rayonnement peut être utilisé pour produire une énergie utile par chauffer un fluide caloporteur et il peut également produire des transformations nucléaires dans des assemblages combustibles situés dans l’invention. Par ailleurs, bien que les neutrons ne soient pas rechercher dans la présente invention, ceux-ci peuvent créer une énergie supplémentaire en provoquant des réactions de fusion dans des assemblages combustibles proches. Il n'est donc pas nécessaire que l’invention soit capable d'une production nette d'énergie, pour être utile dans les transformations nucléaires, en particulier dans les transformations de matières nucléaires de substance fertile en substance fissile. Par ailleurs, malgré l’avantage évident de l'irradiation uniforme, des considérations de construction permettent d'imaginer qu'il est préférable que l’invention soit de forme cylindrique. La présente invention consiste principalement en une enceinte blindée dans laquelle est produite la réaction de fusion-fission de protons et de bore; et un moyen pour créer une irradiation du mélange protons bore à l'intérieur de la dite enceinte blindée. Ce moyen d'irradiation comprenant un moyen de modification de position pour faire varier le point d'impact du rayonnement pour la création du résultat attendu. En effet, il existe une possibilité que des distances focales inégales des sources de faisceaux lasers aient pour effet une dissymétrie de l'intensité d'éclairement et, par conséquent, une impulsion différente sur la cible. Si cela crée des difficultés, il est possible de prévoir une compensation de cette dissymétrie en introduisant des aberrations optiques dans le comportement des dispositifs optiques, afin d'assurer une intensité d'éclairement symétrique. Ces aberrations ont pour effet de modifier légèrement la distance focale des sources des faisceaux lasers, afin de régler la symétrie de l'intensité d'éclairement. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications. La présente invention sera mieux comprise à partir de la description de figures : La est une vue schématique du procédé selon un mode de réalisation de l'invention. La est une vue schématique en coupe du procédé selon un mode de réalisation de l'invention. Description de l’invention : Selon une configuration de l’invention (1000), le bore (1130) nécessaire à la réaction de fusion-fission est introduit dans l’enceinte blindée (1143) au moment du chargement de celle-ci. Ce bore est confectionné en usine par exemple sous forme de barre. Selon une configuration de l’invention (1000), une pompe à vide (non décrite) est utilisée après introduction du bore pour enlever les impuretés non indispensable à la réaction de fusion-fission et qui se trouveraient à l’intérieur de l’enceinte blindée (1143). Selon une configuration de l’invention (1000), l’hydrogène gazeux nécessaire à la réaction de fusion-fission est introduit, après introduction du bore et après avoir enlever les impuretés, à l’aide de raccords en acier à travers l’un des trous confectionnés dans l’enceinte blindée (1143). Cet hydrogène élaboré par exemple par électrolyse de l’eau peut être stocké dans des réservoirs à proximité de l’invention (1000). Selon une configuration de l'invention (1000), la production d’un faisceau de protons est générée par lasers en impulsion courte. Les lasers éclairent l’hydrogène et le ionise pour former un plasma. Les ions notamment les protons générés sont ensuite contenus par un système de génération de champ magnétique (1141) et dirigés vers le bore (1130). Les lasers éclairent les protons et le bore pour créer la réaction de fusion-fission. Selon une configuration de l’invention (1000), la densité de plasma, c’est à dire le nombre de particules par unité de volume, est de l’ordre de 10 20 par mètre cube (m³), donc inférieur à la densité de l’air. Selon une configuration de l’invention (1000), l’introduction d’atomes de carbone dans le plasma peut favoriser la création de muons lors des réactions de fusion-fission. Ces muons peuvent notablement favoriser les réactions de fusion-fission protons-bore dans l’enceinte blindée (1143). Selon une configuration de l'invention (1000), le système de génération de champ magnétique (1141) est réalisé par des aimants permanents ou par des systèmes de bobines de cuivre ou par des systèmes de bobines d'aimants supraconducteurs ou par plusieurs systèmes de bobines disposés en ligne droite les uns derrière les autres ou par plusieurs systèmes de bobines disposés avec un décalage angulaire de 360 / N degrés ou par plusieurs systèmes de bobines disposés dans une structure fermée. Selon une configuration de l’invention (1000), le système de génération du champ magnétique (1141) est constitué de bobines qui entourent l’enceinte blindée et ont une puissance de fonctionnement comprise entre 1 et 5 MW avec des courants compris entre 10 A et 300 A et alimentées par des dispositifs à thyristors. Selon une configuration de l'invention (1000), le champ magnétique peut être modulé en fréquences pour améliorer le rendement du dispositif. Selon une configuration de l’invention (1000), un système additionnel (non décrit) peut créer des composantes de champ électrique perpendiculaires aux lignes de champ magnétique. Dans ce cas de figure, les ions gagnent de l'énergie de rotation autour des lignes de champ électromagnétique. La compression du plasma augmente proportionnellement à l'énergie de rotation des ions. Selon une configuration de l’invention (1000), le plasma est enfermé dans une enceinte blindée (1143). Selon une configuration de l'invention (1000), les plaques de fermeture de l’enceinte blindée (1143) dont l’épaisseur est comprise entre 5 et 20 cm peuvent être pourvues de trous de récupération de la chaleur produite à l’intérieur de celle-ci. Cette chaleur peut servir par exemple à la production d’électricité par un processus classique utilisé dans une centrale conventionnelle. Selon une configuration de l’invention (1000), l’enceinte blindée (1143) est un cylindre de 50 cm à 1 m de long et de 50 cm à 2 m de diamètre. La paroi de l’enceinte blindée est par exemple constituée d’acier de 5 à 20 cm d’épaisseur et est entourée de béton armé (afin de protéger le personnel et les instruments des rayonnements) ou d’une double coque en béton armé remplie d’une ceinture d’eau. L’enceinte blindée est percée d’ouvertures permettant de positionner les faisceaux lasers. Les ouvertures sont fermées par de matériaux permettant de laisser passer la lumière des lasers par exemple des plaques de verre de 5 à 10 cm d’épaisseur. Selon une configuration de l’invention (1000), l’invention est équipée de nombreux instruments de contrôle. Selon une configuration de l’invention (1000), les lasers (1100) utilisent la technique qui consiste à étirer, amplifier, et compresser les impulsions. Les facteurs d’étirement peuvent être de l’ordre de 10 5. Selon une configuration de l’invention (1000), la longueur d’onde de fonctionnement des lasers (1100) est de l’ordre de 350 nm. Les impulsions lasers durent environ 20 ns (avec un maximum de puissance pendant 4 ns) avec une précision de synchronisation d’environ 10 ps. La puissance des lasers est telle que l’énergie déposée est a minima de 20 kJ. Selon une configuration de l’invention (1000), des lasers (1100) de puissance Pétawatt (10 15 W/cm² ) à impulsion ultra courte (quelques ps) peuvent être utilisés pour doper la réaction de fusion-fission. Selon une configuration de l’invention (1000), l’énergie récupérée par la réaction de fusion-fission sous forme de ions He ou de photons (Gamma, X, UV) peut être exploitée par des systèmes micro-ondes ou photo-électriques. Selon une configuration de l’invention (1000), l’énergie récupérée par la réaction de fusion-fission sous forme de ions He peut être exploitée sous forme de chaleur pour convertir cette énergie en électricité. Selon une configuration de l’invention (1000), les ions He sont filtrés à l’aide d’un système de filtrage situé à l’extérieur de l’enceinte blindée (1143). , Procédé selon lequel la production d'un faisceau de protons est générée par lasers en impulsions courtes. Les lasers (1100) éclairent l’hydrogène et le ionise pour former un plasma. Les ions, notamment les protons générés sont ensuite contenus par un système de génération de champ magnétique (1141) et dirigés vers le bore (1130). Les lasers éclairent les protons et le bore pour créer la réaction de fusion-fission. Le système de génération du champ magnétique est issue de bobines (1141) qui entourent l’enceinte blindée (1143). Le plasma est enfermé dans une enceinte blindée (1143). L’énergie récupérée par la réaction de fusion-fission sous forme de ions He ou de photons (Gamma, X, UV) peut être exploitée par des systèmes micro-ondes ou photo-électriques ou sous forme de chaleur pour convertir cette énergie en électricité.