INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Dispositif d’homogénéisation d’un champ radiofréquence pour l’imagerie par résonance magnétique La présente demande concerne un système d’émission d’un champ radiofréquence pour des techniques d’imagerie par résonance magnétique.
Les appareils d’imagerie par résonance magnétique (IRM) génèrent un champ magnétique principal statique au moyen d’aimants intenses et un champ radiofréquence (RF) d’excitation au moyen d’une ou plusieurs antennes d’émission. Le champ RF d’excitation pénètre dans un objet à imager (par exemple un corps humain ou une partie du corps humain) et interagit avec des noyaux atomiques (par exemple des protons) présents dans l’objet à imager afin de les exciter. Pour que cette interaction soit optimale, le champ RF d’excitation doit être résonant avec les noyaux atomiques ; pour se faire, le champ RF d’excitation est émis à une fréquence particulière appelée fréquence de Larmor du noyau atomique sollicité.
La fréquence de Larmor est une fonction croissante du champ magnétique principal ; ainsi, pour un proton (i.e. un noyau d’hydrogène), elle est d’environ 64 MHz dans un champ magnétique principal de 1,5 T tandis que pour un champ de 7 T elle est d’environ 300 MHz. En retournant à leur état d’équilibre, les noyaux atomiques émettent un signal RF qui est mesuré par l’appareil IRM et fournit les données nécessaires à la reconstitution d’une image de l’objet, appelée l’image IRM.
On distingue notamment parmi les appareils IRM, les appareils « bas-champ » et « haut-champ » dont le champ magnétique principal est environ entre 1,5 T et 3 T et les appareils « ultra-haut champ » dont le champ magnétique principal peut atteindre environ 7 T et plus. L’utilisation de champs magnétiques très intenses permet une hausse importante du rapport signal sur bruit (RSB) de la mesure du signal RF permettant de fournir les images IRM mais elle s’accompagne d’une augmentation de la fréquence de Larmor, et donc d’une diminution de la longueur d’onde requise pour le champ RF d’excitation.
Les appareils cliniques bas-champ et haut-champ sont équipés d’une antenne dite antenne-corps pour transmettre le champ RF d’excitation aux noyaux atomiques que l’on souhaite étudier de façon assez homogène dans tout le corps.
L’utilisation d’une antenne-corps n’est plus possible dans le cas d’appareils IRM ultra-haut champ qui nécessitent des champs RF d’excitation dont la longueur d’onde est trop faible (11 cm dans le corps humain à 300 MHz) pour pouvoir être transmise de façon homogène dans tout le corps par une seule antenne.
La stratégie peut alors consister à utiliser des antennes dédiées à certaines parties du corps (que l’on dénommera antennes volumiques dans la présente description), comme par exemple la tête pour laquelle on utilisera des antennes volumiques de type « cage à oiseaux » (ou « birdcage » en anglais).
Les antennes volumiques utilisées assurent alors la transmission du champ RF d’excitation nécessaire à la mesure dans des zones aux dimensions réduites mais, malgré la réduction de la zone à imager, les problèmes d’inhomogénéité expliqués précédemment peuvent subsister. De tels problèmes peuvent également survenir dans le cas d’IRM haut champ appliqué au niveau du tronc (thorax, abdomen ou pelvis).
Dans le but d’améliorer l’homogénéité du champ RF d’excitation (et donc la qualité de l’image obtenue grâce à l’excitation induite par le champ RF), il est connu d’utiliser des coussins (ou « pads » en anglais) diélectriques insérés entre l’antenne volumique et la partie du corps à imager afin de distribuer le champ RF d’excitation de façon homogène dans ladite partie du corps humain.
En variante de l’un ou l’autre des exemples de procédé décrits précédemment, et en particulier d’une étape telle que présentée en lien avec la , on peut prévoir, comme sur la , de réaliser une ouverture 517 d’accueil de la grille arrière ayant une forme évasée.
Les dimensions d’une telle ouverture 517 augmentent ainsi du fond 17a situé au niveau de la couche isolante 11 du substrat jusqu’à son embouchure 517e de l’ouverture 517 et qui peut être située au niveau de la face inférieure 10B de la couche de support 10. L’ouverture est dans l’exemple illustré pourvue de parois latérales 517b de inclinées par rapport à une normale n à un plan principal de ladite couche 10 de support (i.e. un plan passant par la couche de support et parallèle au plan [O ;x ;y ;z] donné sur la .
Une telle forme d’ouverture peut permettre de favoriser la réalisation de l’électrode de grille arrière en ce qu’elle rend le dépôt conforme de la couche conductrice 119 plus aisé. Pour former une telle ouverture 517, une gravure de la couche de support 10 selon un procédé de type « tapered via ») peut être réalisé. En particulier, on utilise par exemple une gravure de type DRIE-ICP (« Deep Reactive Ion Etching » - « Inductively coupled plasma », i.e. gravure ionique réactive profonde utilisant un plasma à couplage inductif. Une telle forme permet également de rendre plus aisée la réalisation par gravure de l’ouverture et peut également d’éviter une éventuelle étape préalable d’amincissement de la couche de support 10 du substrat ou d’en diminuer l’épaisseur de substrat 10 à retirer.
Un agencement de grille arrière 520 formée dans une telle ouverture 517 d’accueil est illustrée sur la . La grille arrière 520 est formée de la couche conductrice 119 tapissant le fond ainsi que les parois latérales 517b inclinées sans toutefois remplir l’ouverture 517. Une telle forme d’ouverture 517 permet également de limiter la contrainte mécanique au niveau de la couche isolante 11 du support 10 et d’obtenir ainsi une meilleure tenue de la couche conductrice 119 au fond de l’ouverture.
Un dispositif quantique à ilot ou boites quantique tel que décrit précédemment peut être amené à être intégré par exemple dans un circuit logique adapté pour mettre en œuvre un traitement quantique de l’information ou un circuit de spintronique, voir même à un circuit utilisé dans un ordinateur quantique. Un tel circuit peut être également associé ou comprendre un ou plusieurs transistors, notamment des transistors réalisés en technologie CMOS, plus particulièrement des transistors réalisés sur film mince.
Dispositif convertisseur d’énergie La présente invention concerne un dispositif convertisseur d’énergie apte à fournir de l’énergie électrique.
Actuellement, pour faire fonctionner le moteur électrique d’un véhicule à propulsion électrique, la source d’énergie doit être stockée dans des batteries d’accumulateurs électrochimiques ou plus généralement des réservoirs, à embarquer dans ledit véhicule.
Ces dispositifs de stockage sont coûteux et encombrants.
L’invention vise notamment à mettre à disposition une énergie électrique utilisable, notamment pour la mobilité électrique, qui ne nécessite ni d’avoir à stocker toute ou quasiment toute la source d’énergie électrique utile lors du fonctionnement du véhicule, ni d’avoir à reconstituer tout ou partie de ce stock, notamment par recharge.
L’invention vise également à approcher le plus, voire atteindre, la neutralité carbone, à la fois pour le transport de personnes ou de marchandises, et pour la production d’énergie électrique associée.
L’invention a ainsi pour objet un dispositif convertisseur d’énergie apte à fournir de l’énergie électrique, notamment agencé pour être embarqué sur un véhicule, notamment un véhicule terrestre, aérien, maritime ou spatial, ce dispositif comportant : une cellule comportant un premier matériau rendu à comportement supraconducteur granulaire à ses interfaces, avec présence de couplages par jonctions Josephson à ces interfaces entre régions supraconductrices, ce comportement supraconducteur et de couplage par jonctions Josephson entre régions supraconductrices se manifestant pour au moins une plage de température prédéterminée, notamment cette plage de température incluant une température de 20° Celsius, cette cellule contenant en outre un deuxième matériau semiconducteur mélangé au premier matériau, notamment ce deuxième matériau semiconducteur étant des grains de silicium ou de carbure de silicium, deux électrodes, par exemple en cuivre, placées en contact électrique avec la cellule, de manière à assurer un passage de courant électrique à travers la cellule, notamment à travers toute la cellule, lorsque le dispositif est mis en fonctionnement, dispositif convertisseur d’énergie dans lequel : les jonctions Josephson du premier matériau forment des chaînes de jonctions Josephson connectées en série de sorte que le courant électrique soit sujet à une amplification paramétrique lorsqu’il passe dans ces chaînes de jonctions Josephson connectées en série, ce courant étant délivré sous forme impulsionnelle ayant, au début de chaque impulsion, une pente montante choisie suffisamment grande pour atteindre par exemple au moins 100 ampères par microseconde au début de l’impulsion apportée à la cellule, des paires de jonctions Josephson, chaque paire étant formée de deux jonctions Josephson connectées en parallèle formant une boucle appelée boucle JJP, dont au moins l’une des jonctions Josephson, ou les deux jonctions, appartient à une terminaison d’une chaîne de jonctions Josephson connectées en série, ces boucles étant capables de produire une excitation paramétrique du niveau énergétique fondamental du champ correspondant au vide au sens de l’électrodynamique quantique, de manière à générer des photons de ces excitations, le deuxième matériau semiconducteur est capable de convertir, par effet photoélectrique interne, l’énergie des photons générés par les boucles JJP terminales, en une source de courant électrique supplémentaire par extraction d’électrons dans la bande de conduction du semiconducteur, qui apporte un excédent de charges électriques libres s’ajoutant au courant électrique qui traverse la cellule, ce courant supplémentaire étant à son tour sujet à amplification paramétrique lorsqu’il passe dans les chaînes de jonctions Josephson connectées en série.
D’un point de vue électrique, chaque chaîne de jonctions Josephson connectées en série, présentes de fait dans le matériau granulaire, peut être assimilée à une succession de schémas électriques LC (inductance et capacitance) avec L (inductance) variable.
Une jonction Josephson est habituellement assimilée à une inductance non-linéaire, et la connexion en série de telles jonctions étant considérée comme formant une ligne de transmission non-linéaire (encore appelée NLTL désignant en anglais « Non-Linear Transmission Line ») apte à amplifier de manière paramétrique le courant électrique qui la traverse. Ainsi, le long de trajets entre les électrodes, se forment des lignes de transmission non-linéaires NLTL à telles jonctions Josephson fonctionnant en amplificateurs paramétriques de courant à onde progressive (encore appelés TWPA désignant en anglais « Traveling wave parametric amplifier »). On peut se référer, à ce sujet, à l’article « Traveling-wave parametric amplifier based on three-wave mixing in a Josephson metamaterial » par A. Zorin (IEEE, 2017, 16th International Superconductive Electronics Conference, ISEC).
Comme on peut s’en apercevoir en se référant à l’article « Soliton production with nonlinear homogeneous lines, with ability to amplify voltage » par J. Elizondo (IEEE Transactions on Plasma Science, 2015), où en amplification de tension électrique, cette fois avec capacitances non-linéaires, il peut être obtenu avec 24 motifs périodiques en série une amplification d’un facteur 10 environ, de 7 à 75 kV, il est remarquable qu’une amplification de 22 décibels en courant a été ainsi mesurée par A. Zorin avec 300 motifs périodiques LC en série avec inductances non-linéaires représentant habituellement des jonctions Josephson.
Pour chaque paire de jonctions Josephson qui se trouvent être connectées électriquement en parallèle plutôt qu’en série dans le matériau constitué, il est formé un agencement en SQUID, désignant en anglais un « Superconducting Device Quantum Interference Device».
Alors que ces agencements de jonctions Josephson (c’est-à-dire à effet tunnel entre régions supraconductrices), en boucles dites « SQUID » sont le plus souvent considérés comme des instruments de mesure -- notamment des interféromètres -- extrêmement sensibles pour le champ magnétique, on s’intéresse ici à une tout autre de leurs propriétés dynamiques remarquables, qui est de générer des photons par extraction depuis le niveau énergétique fondamental du champ correspondant au vide au sens de l’électrodynamique quantique, ce dernier étant en moyenne de niveau nul comme pour le vide au sens de la physique classique, mais présentant des fluctuations de caractère exclusivement quantique, dont il est alors possible d’obtenir un effet à partir d’une excitation paramétrique, en l’occurrence à partir d’un dispositif de type SQUID fonctionnant en régime micro-ondes en terminaison de ligne de transmission. Il s’agit de l’effet Casimir dynamique (ou effet DCE), comme cela est expliqué en référence soit à l’article « Observation of the Dynamical Casimir Effect in a superconducting circuit » par C. Wilson et P. Delsing (Nature, 2011), soit à l’article « Dynamical Casimir Effect in a Josephson metamaterial » par P. Lähteenmäki et P. Hakonen (PNAS, Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, 2012), soit à l’article « Stimulating uncertainty: Amplifying the quantum vacuum with superconducting circuits » par P. Nation et F. Nori (American Physical Society, Reviews of Modern Physics, 2012). Il est important de noter que ces trois articles font état de résultats expérimentaux en validation de théories émises plusieurs décennies auparavant, et que dans ce cadre le mode opératoire par boucle de jonctions Josephson en terminaison de ligne pour générer des photons est évalué plus efficace de plusieurs ordres de grandeur, comparativement à la disposition initiale de principe à miroir mobile, pour l’effet DCE dont il est question.
Une batterie électrique 2 est constituée d’une série de plusieurs cellules 3 Li-ion qui sont parfaitement alignées en étant au contact les unes contre les autres. Cette batterie électrique 2 comprend une première plaque d’extrémité 4 et une deuxième plaque d’extrémité 5 enserrant les cellules 3 de ladite batterie électrique 2. Schématiquement, ces deux plaques d’extrémité 4, 5 ont sensiblement les mêmes dimensions que celles des cellules 3, lesdites cellules 3 étant insérées entre ces deux plaques d’extrémité 4, 5 en étant parallèles auxdites plaques d’extrémité 4,5.
Un système 1 d’application d’une pression variable selon l’invention, est apte à appliquer une pression sur la première plaque d’extrémité 4 et sur la deuxième plaque d’extrémité 5, et comprend : -un bâti 6, -un premier ensemble 7 comprenant une première paroi d’actionnement 8, plusieurs cames 9, plusieurs premiers ressorts 10, une biellette 11, un actionneur 12 apte à déplacer ladite biellette 11 et un calculateur 13 destiné à piloter ledit actionneur 12 en fonction de la phase dans laquelle se trouve la batterie 2, à savoir phase de charge ou de décharge, et début de vie jusqu’ à fin de vie de la batterie -un deuxième ensemble 40 comprenant une deuxième paroi d’actionnement 14 et plusieurs deuxièmes ressorts 15.
La biellette 11 est représentée par une tige rectiligne allongée, et l’actionneur 12, en fonction de la consigne qu’il reçoit du calculateur 13, est apte à déplacer en translation ladite biellette 11 le long d’un axe longitudinal de ladite biellette 11, dans un sens ou dans l’autre.
Chaque came 9 comporte une première extrémité 16 qui est montée articulée sur la biellette 11, et une deuxième extrémité 17 comprenant un segment allongé, ladite première extrémité 16 et ladite deuxième extrémité 17 étant reliées par une tige de liaison 18. La deuxième extrémité 17 est reliée à la tige de liaison 18 de façon fixe, de sorte que le segment allongé soit incliné par rapport à ladite tige de liaison 18. Le segment allongé de la deuxième extrémité 17 de chaque came 9 passe autour d’un axe de liaison qui est solidarisé à une première paroi 19 du bâti 6, qui est parallèle à la première paroi d’actionnement 8 et à la première plaque d’extrémité 4 de la batterie électrique 2.
La première paroi d’actionnement 8 est plane et est disposée parallèlement à la première plaque d’extrémité 4 de la batterie 2 et en regard de celle-ci. Une série de plusieurs premiers ressorts 10 est insérée entre la première plaque d’extrémité 4 de la batterie électrique 2 et la première paroi d’actionnement 8, lesdits premiers ressorts 10 pouvant par exemple être au nombre de douze. Ces premiers ressorts 10 sont alignés le long de la première paroi d’actionnement 8 et le long de la première plaque d’extrémité 4 de la batterie 2. La biellette 11 s’étend parallèlement à la première paroi d’actionnement 8 et à la première plaque d’extrémité 8 de la batterie électrique 2, de sorte que ladite première paroi d’actionnement 8 soit placée entre ladite biellette 11 et ladite première plaque d’extrémité 4.
La deuxième paroi d’actionnement 14 est plane et est disposée parallèlement à la deuxième plaque d’extrémité 5 de la batterie électrique 2 et en regard de celle-ci. Une série de plusieurs deuxième ressorts 15 est insérée entre la deuxième plaque d’extrémité 5 de la batterie 2 et la deuxième paroi d’actionnement 14, lesdits deuxièmes ressorts 15 pouvant par exemple être au nombre de douze. Ces deuxième ressorts 10 sont alignés le long de la deuxième paroi d’actionnement 14 et le long de la deuxième plaque d’extrémité 5 de la batterie électrique 2. Sous l’effet des deuxièmes ressorts 15 la deuxième paroi d’actionnement 14 est plaquée contre une deuxième paroi 20 du bâti 6 qui est parallèle à la première paroi 19 du bâti 6 sur laquelle sont fixés les axes de rotation des cames 9. Cette deuxième paroi 20 du bâti 6 est parallèle à la deuxième paroi d’actionnement 14 et à la deuxième plaque d’extrémité 5 de la batterie 2. Autrement dit, la deuxième paroi d’actionnement 14 est insérée entre la deuxième paroi 20 du bâti 6 et la deuxième plaque d’extrémité 5 de la batterie 2.
Les premiers ressorts 10 et les deuxièmes ressorts 15 peuvent par exemple être constitués par des rondelles Belleville. Les premiers ressorts 10 exercent des efforts dans une direction qui est perpendiculaire aux plans de la première paroi d’actionnement 8 et de la première plaque d’extrémité 4, et les deuxièmes ressorts 15 exercent des efforts dans une direction qui est perpendiculaire aux plans de la deuxième paroi d’actionnement 14 et de la deuxième plaque d’extrémité 5.
Les cames 9 sont montées dans un système 1 selon l’invention, de sorte que leurs deuxièmes extrémités 17 comprenant le segment allongé soient en appui contre la première paroi d’actionnement 8.
Le principe de fonctionnement d’un tel système est qu’un calculateur 13 auquel est connecté l’actionneur 12, va envoyer à cet actionneur 12 des consignes sous forme de signaux, pour déplacer dans un sens ou dans l’autre la biellette 11. La biellette 11 est alors translatée le long de son axe longitudinal dans un sens donné et avec l’amplitude souhaitée, provoquant alors un pivotement des cames 9. La mise en rotation de la tige de liaison 18 de chaque came 9 entraine un pivotement de la deuxième extrémité 17 de ladite came qui est fixée à ladite tige 18 en raison de la présence de l’axe de rotation solidarisé à la première paroi 19 du bâti 6, le pivotement de cette deuxième extrémité 17 rapprochant ou éloignant la première paroi d’actionnement 8 de la première plaque d’extrémité 4 de la batterie électrique 2. Les premiers ressorts 10 vont alors, soit se comprimer ou se détendre, pour appliquer une pression plus ou moins importante sur ladite première plaque d’extrémité 4. Le deuxième ensemble 40 va alors réagir de la même manière que la première composante 7, c’est-à-dire que si les premiers ressorts 10 se compriment sous l’effet du pivotement des cames 9, les deuxièmes ressorts 15 vont également se comprimer et s’ils se détendent lesdits deuxièmes ressorts 15 vont également se détendre. Le deuxième ensemble 40 joue un rôle de relai pour équilibrer la pression exercée sur la batterie 2 par le premier ensemble 7.
En se référant aux figures 1 à 6, lorsque les cellules de la batterie 2 ne sont pas vieillies, un procédé d’utilisation d’un système 1 selon l’invention lors d’un cycle complet comprenant une phase de charge suivie d’une phase de décharge de ladite batterie 2, comprend les étapes suivantes : -En se référant aux figures 1 et 2a, une étape de départ pour laquelle les cellules sont à la cote x1 et le système 1 exerce une force F1, - En se référant aux figures 2a, 2b et 3, une étape de charge de la batterie 2 pour laquelle la force exercée par le système 1 croit jusqu’à une valeur F2 qui est supérieure à F1, car les cellules de la batterie 2 se sont dilatées au cours de la phase de charge et sont maintenant à une cote x2 qui est supérieure à x1. Cette force F2 est la force résultante exercée par le système 1 en fin de charge, -En se référant aux figures 2a et 4, une étape de commencement d’une décharge de la batterie électrique 2 comprenant une étape d’activation préalable du système 1 pilotée par le calculateur 13 pour laquelle la biellette 11 est translatée vers le haut provoquant une rotation des cames 9 dans un sens qui va rapprocher la première paroi d’actionnement 8 de la première plaque d’extrémité 4. Lors de cette étape d’activation préalable, le système 1 exerce alors instantanément une force résultante F3 sur la batterie 2, qui est supérieure à la force F2, -En se référant aux figures 2a, 2b et 5 une étape de fin de décharge pour laquelle les cellules ont retrouvé une côte x1, et le système applique une force résultante F4 sur la batterie 2 qui est inférieure à la force F3, cette force F4 appliquée en fin de décharge étant due aux cellules qui ont perdu du volume lors de cette phase de décharge, -En se référant aux figures 2a et 6, une étape d’activation du système 1 pilotée par le calculateur 13 pour laquelle la biellette 11 est translatée vers le bas provoquant une rotation des cames 9 dans un sens qui va éloigner la première paroi d’actionnement 8 de la première plaque d’extrémité 4. Le système 1 exerce alors instantanément une force F1 sur la batterie 2, qui est inférieure à la force F4. Nous sommes alors en position prête pour la charge