<Desc/Clms Page number 1>
"Procédé de déclenchement de réactions de fusion nucléaire contrôlées".
Le déclenchement de réactions de fusion nucléaire contrô- lées est un problème technique qui est resté jusqu'à présent inso- luble, principalement en raison du fait qu'il a été impossible d'obtenir la stabilisation temporelle et spatiale ou la modifica- tion commandée d'une zone de densité d'énergie suffisamment élevée pour fournir l'énergie d'activation nécessaire au déclenchement de la réaction.
L'invention est basée sur le fait que, dans un milieu gazeux, à l'état excité, ionisé ou partiellement ionisé, qui con- tient les atomes prévus pour les réactions de fusion nucléaire, par la production d'une émission d'ondes électromagnétiques auto-
<Desc/Clms Page number 2>
induites au moyen de deux zones réflectrices, dove la distance rem-' plit la "condition de criticalité" définie plus toin, on peut s'at- tendre à voir apparaître un vecteur d'intensité le champ électri- que de l'onde auto-induite suffisamment grand pour que l'énergie des particules, qui est égale au produit de la Longueur d'onde li- bre, de la charge de la particule accélérée, ou ionisée et accélé- rée, dans le champ électrique, et du vecteur d'intensité de champ électrique de l'onde auto-induite,
atteigne la valeur nécessaire pour le déclenchement d'une fusion nucléaire. Une condition supplé- mentaire est, à cet égard, la présence d'une densité de charge d' espace des particules réactives suffisamment grande, densité par ajustement de laquelle il est en outre possible de contrôler et de commander la réaction de fusion nucléaire, de la manière la plus simple. Une autre possibilité de commande est obtenue par l'addi- tion de substances étrangères qui modèrent l'émission d'ondes auto- induites. Cette modération repose, principalement, sur l'établisse- ment d'un niveau d'énergie extérieure, pour laquelle, avec une dis- tance donnée entre les zones réflectrices, la condition de critica- lité n'est plus remplie.
La condition de criticalité nécessaire pour la production d'une émission d'ondes électromagnétiques auto-induites est identi- que à la condition de criticalité nécessaire pour la création d'une , onde stationnaire, et selon laquelle la distance entre les zones pair @ réflectrices doit être égale à un multiple/de la demi-longueur d'onde. Dans le cas de la présente invention, la condition de cri- ticalité est donc remplie lorsque la distance entre les zones ré- flectrices est égale à un multiple pair de la demi-longueur d'onde d'un rayonnement électromagnétique caractéristique du milieu ga- zeux utilisé.
En conséquence, l'invention a, notamment, pour objet un procédé de déclenchement de réactions de fusion nucléaire contrô- lées et elle réside en ce qu'on introduit un mi' eu gazeux l'é-
<Desc/Clms Page number 3>
tat excité, ionisé ou partiellement ionisé, qui contient les at - ' mes prévus pour les réactions de fusion nucléaires, dans un espase situé entre des zones réflectrices, la distance entre ces zones étant choisie telle qu'elle soit égale à un multiple pair de la demi-longueur d'onde d'un rayonnement électromagnétique caractéri tique du milieu gazeux utilisé, de façon que;
par le déclenchemen' d'une émission d'ondes électromagnétiques auto-induites, l'énerg@ des particules soit amplifiée, dans l'espace compris entre les zo- nes réflectrices, dans une mesure suffisamment grande pour qu'ell< dépasse la valeur de seuil de l'énergie nécessaire pour la fusion aire désirée et déclenche la réaction voulue en créant une densit de charge d'espace des particules réactives largement suf- fisante.
La limitation du milieu gazeux par les zones réflectri- ces s'etend, seulement dans le cas limite, en ce sens que ces zu délimitent directement l'espace rempli de gaz. En effet, ces zones peuvent, dans la mesure où leur distance remplit la condition de criticalité précitée, être également formées à l'intérieur du mi- lieu gazeux, ou à l'extérieur de l'espace rempli de ce milieu ga- zeux.
Comme zones réflectrices, on peut aussi bien envisager des miroirs matériels que des couches de porteurs de charge ou les fronts de nuages de porteurs de charge, dans lesquels les porteurs de charge de même signe, de préférence les électrons, sont en excès, Une combinaison de zones réflectrices matérielles et de zones ré- flectrices immatérielles constituées par des porteurs de charge peut également être utilisée dans le cadre de l'invention.
Toute- fois, à cet égard, sont explicitement exclus les "miroirs fields" c'est-à-dire les champs magnétiques réflecteurs sur lesquels, on le sait, seules des particules porteuses de charge mais non pas - comme dans le cas de l'invention - principalement des zones élec- tromagnétiques et, seulement en second lieu, éventuellement des
<Desc/Clms Page number 4>
porteurs de charge, peuvent être réfléchies. L'ionisation ou l'ex- citation du milieu gazeux peuvent s'effectuer avant, pendant ou après son admission dans l'espace situé entre les zones réflectri- ces.
La formation des couches ou des nuages de porteurs de charge réflecteurs peut être assurée par les moyens les plus di- vers et, par exemple, par introduction locale délibérée de porteurs de charge de même signe, et de préférence d'électrons. D'une maniè- re particulièrement simple, de telles couches peuvent toutefois être formées par ségrégation d'un nuage de porteurs de charge par utilisation des vitesses de diffusion différentes des particules constituantes telles que, par exemple, les porteurs de charge posi- tifs et négatifs , au sein d'un milieu gazeux entièrement ou partiel- lement ionisé, la différence entre les vitesses de diffusion des particules étant produite ou augmentée par la mise en oeuvre des forces les plus diverses, et de préférence, par création de champs électriques ou application d'un tel champ électrique,
ou encore par l'utilisation de gradients de température.
L'exactitude des remarques ci-dessus a pu être confirmée par un essai de laboratoire simple.
A cet effet, on a disposé, devant l'orifice d'un brûleur à plasma de type nouveau, sans bec, qui sera décrit plus loin, à pression de gaz réglable, une électrode en graphite alésée, conve- nablement isolée, dont l'alésage était sensiblement de même diamè- tre cue l'orifice du générateur de plasma. L'électrode en graphite alésée a deux sortes d'effet : d'abord, elle assure une homo- généisation considérable de la répartition des porteurs de charge positifs et négatifs dans le faisceau de plasma, dans les plans normaux à la direction de propagation de ce faisceau, pendant son passage à travers l'alésage et, en second lieu, elle assure la génération du champ électrique nécessaire à l'amplification de la différence entre les vitesses de diffusion da por,eurs de charge
<Desc/Clms Page number 5>
dans le sens de la propagation.
Cette homogénéisation du plasran- térieuneà la ségrégation est nécessaire car, immédiatement api s avoir quitté le brûleur., les ions positifs sont prépondérante ,ne l'ame du faisceau de plasma tandis que les électrons sont prép@ dé- rants dans ses zones marginales. Cette distribution de la charg conduirait, après une ségrégation, dans la direction de la pro@ tion, à la formation d'un front arrière du nuage d'électrons avo@ - cé ne convenant pas pour la réflexion. Dans ce cas particulier, seconde zone réflectrice est constituée par la zone de densité délectrons renforcée située devant la cathode incandescente.
L'hon g @éisation progressive du faisceau de plasma dans des plans per- pendiculaires à la direction de propagation du plasma est nette - ment visible sur les figures 1 et 2. Ces diagrammes indiquent la distribution radiale de la charge d'espace du faisceau de plasn à différentes distances de l'orifice du brûleur. Alors qu'au voi- sinage de cet orifice, grâce à la diffusion séparée favorisée d'é- lectrons par suite de leur présence prépondérante dans les zones marginales, on peut observer une forte prépondérance de charge d'espace positive (figure 1), on peut voir que la charge d'espace immédiatement après l'entrée du faisceau de plasma dans l'alésage de l'électrode en graphite, s'est déjà uniformisée dans une large mesure, dans un plan perpendiculaire à l'axe.
On reconnatt cet état de choses en observant que le plasma contient, dans cette zone, sensiblement autant d'ions positifs que d'électrons (figure 2). Sur la figure 3, la formation de la région réflectrice à une distance c@core plus grande'de l'orifice du brûleur., est nettement identifiée par la forte prépondérance de la charge d'espade néga- tive. Les courbes représentent le courant d'uniformisation entre les maxima d'activité d'une sonde W-Th bipolaire, à l'équilibre, pour 11 mégohms/20 V, pour des fluctuations entre + et - 45 , par rapport à l'axe du faisceau. La figure 4 reproduit la distribution axiale de la densité de charge d'espace à partir de l'orifice du
<Desc/Clms Page number 6>
brûleur. Ici également, la région réflectrice apparaît nettement dans la partie e- .
Une uniformisation des défauts d'homogénéité de charge susceptible d'influer défavorablement sur la formation des zones réflectrices doit être effectuée avant ou pendant le ségrégation décrite ci-dessus. On peut y parvenir, d'une manière simple, en laissant à un milieu gazeux entièrement ou partiellement ionisé le temps de compenser ses défauts d'homogénéité, avant ou pendant la ségrégation, par ses propres champs internes, de préférence en le faisant passer, dans des conditions qui conduisent à l'établisse- ment d'un courant laminaire, aussi exempt de turbulence que possi- ble, à travers un espace limité par des moyens matériels ou imma- tériels et de'préférence exempt de champs. Pour la limitation de cet espace on peut également envisager, par exemple, l'utilisation de champs magnétiques.
L'essentiel est de créer un espace aussi exempt de turbu- lence que possible avec une distribution de charge aussi uniforme que possible, dans laquelle une ou plusieurs zones réflectrices offrant le profil désiré se forment sous l'action de forces appro- priées, par une ségrégation répétée.
Pour éviter une turbulence indésirable, le diamètre de l'alésage de l'électrode en graphite ne doit pas non plus être choisi trop grand. Toutefois, si le diamètre est trop petit, le graphite se consume, de sorte que le diamètre le plus favorable qui correspond sensiblement à celui du faisceau, s'impose de lui- même dans ce cas.
Pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, on peut utiliser un brûleur tubulaire 3 cylindrique, fermé à l'une de ses extrémités par un corps isolant, comme représenté sur la figure 11, brûleur dans lequel est disposée une électrode l en for- me de barre, en tungstène thorié s'étendant sensiblement axiale- ment. Cette électron' ''averse un corps isola. 2 qui obture le
<Desc/Clms Page number 7>
brûleur tubulaire 1 l'une de ses extrémités.A l'autre extrén té du tube 3 du brûleur est pratiqué un évidement cylindrique s'ét n- dant sur toute la périphérie intérieure du tube et dans lequel @ insérée une électrode tubu laire 5.
La surface intérieure de l'@ ec- trode 5 qui est également en tungstène thorié, affleure la para= interne du tube 3 du brûleur. Sur le tube 3 du brûleur est fixé(- latéralement une tubulure d'admission de gaz 4. Devant l'orifi du brûleur à une distance de 3 mm, est disposée une électrode on graphite 7 présentant un alésage 8. L'électrode 5 est connectée:. par l'intermédiaire d'une résistance, à la même source du potent l'électrode en graphite 7(non représentée sur la figure 11).
L'interposition de la résistance a pour effet de permettre l'éta- blissement d'une différence de potentiel entre l'électrode en graphite 7 et l'électrode 5. La distance entre l'électrode 5 et l'électrode en graphite doit être choisie telle que l'introduu-- de gaz étrangers soit aussi réduite que possible. Elle ne doit ce- pendant pas être trop petite, car elle soit assurer l'isolement nécessaire. L'interposition d'une bague isolante entra l'électrode en graphite et l'électrode 5 peut également être avantageuse. L'é paisseur de l'électrode en graphite doit être choisie au moins égale au rayon de l'alésage.
Avec le dispositif décrit, on a pu engendrer un plasma en argon techniquement pur, contenant, comme substance destinée à la fusion nucléaire, de l'hydrogène et ses isotopes, dans un ordre de grandeur analogue à celui de la conta- mination normale par la vapeur d'eau. La vitesse de sortie du fais- ceau de plasma atteignait au maximum 10 mètres par seconde. L'in- tensité du courant nécessaire à la génération de l'arc atteignait 120 K, et la tension de ce courant, 30 à 60 V. L'essai a été effec- tué avec du courant alternatif. La pression d'admission de l'argon au brûleur était de 1,1 à 2,5 kgp/cm .
Dans le faisceau de plasma ainsi engendré l'évolution ou variation dans le temps de la densi- té de charge d'espace était déterminée par des sondes comportant
<Desc/Clms Page number 8>
deux bagues coaxiales. Dès le début, on a observé l'apparition @e fortes erruptions de charge, avec une périodicité régulière de 13 à 16 sec. (figure 5). D'après le sens du courant d'uniformisatil il s'agissait d'ions positifs, e ou i désignent ici la densité @ charge d'espace des électrodes,ou des ions positifs. Des arrachi- ments d'ions sont en reftion apparente avec l'aspect de la colo'ne de plasma.
Pour exclure l'influence d'une erreur systématique que¯- conque dans la conduite des essais, erreur qui pourrait être attr.- buable à l'alimentation en courant, à la technique de mesure em- ployée, ou à l'installation fournissant le gaz, on a tracé les cour- bes suivantes:
1) Evolution de la tension du réseau à pleine charge
2) Evolution de la tension du brûleur à pleine charge
3) Ecart en fonction du temps de la puissance de l'inten- sité lumineuse par rapport à une valeur moyenne M,
4) Evolution de la densité de charge d'espace dans le plasma.
Le dispositif fournissant le gaz à pu être exclus comme source d'erreur possible, car la période des "arrachements", dans une gamme de pression de 1,3 à 2,5 kgp/cm , reste constante.
Comme il ressort des figures 6 à 8, il n'y a pas non plus de relation entre la tension du réseau, la tension du brûleur, l'intensité lumineuse, dans le spectre visible et les éclats de cha@ge d'espace. La figure 6 représente l'évolution de la tension du réseau UN à pleine charge, la figure 7, l'évolution de la ten- sioh du brûleur U B à pleine charge et la figure 8, l'écart en fane- tion du temps de l'intensité lumineuse par rapport à une valeur moyenne M de celle-ci, dans le spectre visible (1) comparativement à l'apparition des éruptions (2). Pour exclure une influence de l'appareil d'enregistrement utilisé, les mesures ont été renouve- lées également au moyen d'un oscillographe.
La '-ériode et l'ampli-
<Desc/Clms Page number 9>
tude des éruptions sont restées inchangées.
En ajoutant de petites quantités d'azote à l'argon, or fait cesser les éruptions (figure 9), ce qui est conforme à ce q bn pouvait attendre dans l'hypothèse du déclenchement d'une émission d'ondes électromagnétiques auto-induites dans le plasma. La réfé- rence 1 désigne l'amplitude des maxima de charge d'espace sans addition d'azote, la référence 2, avec addition d'environ 2% d'e zote au gaz du plasma et la référence 3, avec l'addition d'envire 3% d"azote à ce gaz.
La périodicité à long terme des éruptions fait conclure à une réaction nucléaire cyclique pulsatoire. En conséquence, on a effectué des mesures de rayonnement à 3 mètres de distance. au moyen d'un tube compteur à cloche. Il s'est alors avéré que la période de pulsation de la densité de charge d'espace est égal celle des émissions de rayonnement (figure 10). Avec une addition d'azote les émissions de rayonnement cessent, ainsi que les érup- tions d'ions. L'intensité des émissions de rayonhement, à son maxi--' mum, atteint, à trois mètres de distance, environ 105impulsions par minute et, après correction, d'angle d'espace, ,on obtient une valeur de 1010 impulsions par minute.
La valeur du rayonnements au repos, dans le laboratoire, 24 heures après l'arrêt des essais atteint 55 à 60 impulsions par ' minute, contre une valeur normale d'environ 20 impulsions par mi- nute.
La périodicité des éruptions d'ions peut s'expliquer de la manière suivante : le rayon d'un espace sphérique rempli de plasma est, on le sait, déterminé par deux grandeurs: une force de contraction (électrique) une force de dilatation (thermique). A l'équilibre, on obtient un rayon stable de l'espace rempli de plan- ma, dans lequel, par la ségrégation suivant l'invention des porteurs de charge, les zones réflectrices se forment.
Lorsqu'on atteint une distance entre zones pour laquelle la condition de criticalité
<Desc/Clms Page number 10>
est remplieune réaction nucléaire est déclenchée et, co'jointe- ment à celle-ci, une brusque montée de température par suite de laquelle le rayon de l'espace rempli de plasma et égaleme't la distance entre les zones réflectrices sont augmentées dani une me- sure telle que la condition de criticalité n'est plus remplie. Il en résulte une interruption de la réaction ainsi qu'un refroidisse- ment et une contraction du plasma, et un rapprochement entre la zone réflectrice, jusqu'à ce que la condition de criticalité soit à nouveau remplie.
La largeur des impulsions peut s'expliquer, non seulement par le grand nombre de longueurs d'onde caractéristi- ques inhérentes à chaque milieu, mais encore par effet Stark qui, dans un gaz sous pression conduit à un élargissement des raies du spectre. Il en résulte également l'établissement d'une certaine tolérance en ce qui concerne la condition de criticalité pour chaque longueur d'onde caractéristique individuelle. Par suite, l'émission d'ondes électromagnétiques auto-induites ne peut se pro- duire que si la distance entre les zones réflectrices varient dans une certaine mesure calculable d'après l'élargissement des raies du spectre et qu'ainsi, une bande pratiquement continue de lon- gueurs d'onde caractéristiquespeut être obtenue.
L'effet indiqué fournit donc une possibilité, par exemple à l'aide d'une pression de gaz déterminée, d'obtenir une largeur de raies déterminée et, en relation avec celle-ci, une certaine tolérance en ce qui concer- ne la condition de criticalité . Egalement, dans un cas particu- lier, par augmentation de la pression de gaz ou par d'autres influ- ences conduisant à un élargissement des raies, on peut obtenir une plus longue durée des impulsions. La distance entre les zones ré- flectrices dans un milieu gazeux est également réglable par ajuste- ment de la pression du gaz.
Une fréquence plus élevée des impulsions peut être obte- nue par l'établissement d'une densité de charge d'espace plus grande des atomes prévus pour la réaction de fu&on nucléaire et,
EMI10.1
par ex-<<s.e, dan., un cis ' ' t.il<. c, par jmentation de la teneur en isotopes de l'hydrogène.