Procédé pour ioniser le courant gazeux traversant un générateur magnétohydrodynamique et dispositif pour la mise en #uvre de ce procédé L'invention est relative à un procédé et à un dis positif pour ioniser le courant gazeux traversant un générateur du type magnétohydrodynamique, dans lequel il engendre du courant électrique utilisable.
L'invention a pour objet un procédé pour ioniser le courant gazeux traversant un générateur magnéto hydrodynamique, caractérisé par le fait que l'on pro voque une succession de décharges luminescentes ou d'arcs, de durée relativement brève, en plusieurs zones localisées dudit courant gazeux.
Elle a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé susvisé, afin de réaliser ou augmenter l'ionisation d'un courant gazeux se déplaçant dans un conduit de générateur magnéto hydrodynamique, caractérisé par le fait qu'il com prend, dans le conduit dudit générateur, une série de paires d'électrodes d'ionisation portées par les parois latérales dudit conduit et disposées avec les extrémités de décharge de chaque paire vis-à-vis l'une de l'autre à l'intérieur dudit conduit en contact avec ledit courant gazeux,
et des moyens pour appliquer entre les extrémités d'alimentation de chaque paire, qui sont disposées à l'extérieur dudit conduit, des impulsions de tension, d'amplitude suffisante pour provoquer l'amorçage de décharges ou d'arcs entre les extrémités de décharge correspondantes.
Les dessins ci-annexés représentent, à titre d'exemple, deux formes d'exécution du dispositif selon l'invention.
Les fig. 1 et 2, de ces dessins, illustrent, d'une manière schématique et en perspective cavalière, deux modes de réalisation d'un conduit, faisant partie d'un générateur magnétohydrodynamique, dans lequel cir cule un courant gazeux et agencé de manière à réali ser ou à augmenter l'ionisation dudit courant gazeux. La fig. 3, enfin, illustre des moyens pour appli quer des impulsions de tension.
Soit en particulier (fig. 1 et 2) un courant gazeux F, de préférence chaud, se déplaçant à grande vitesse dans un conduit 1 (par exemple de section carrée ou rectangulaire) réalisé en une matière isolante (par exemple en verre comme illustré) ;
ce conduit fait partie d'un générateur magnétohydrodynamique et, dans ce cas, il est placé -dans un champ magnétique sensiblement uniforme H (par exemple .perpendicu- laire aux parois latérales 2 du conduit 1) et il com porte une série de paires d'électrodes 3, 4 collectrices des charges électriques positives et négatives dispo- sées, comme représenté, avec leurs faces parallèle ment au champ magnétique H et à la direction du courant gazeux F,
par exemple le long des parois latérales 5 du circuit 1. La tension électrique ainsi engendrée est utilisable dans une charge, représentée par des résistances 10 sur la fig. 1 et non reproduites sur la fig. 2 afin de simplifier celle-ci.
On réalise ou on augmente l'ionisation du cou rant gazeux F (dans le conduit 1) en provoquant une succession de décharges luminescentes ou arcs, de durée relativement brève, en plusieurs zones locali sées dudit courant gazeux (c'est-à-dire à l'intérieur du conduit 1).
Les décharges ou arcs produisent l'ionisation du courant gazeux à l'intérieur du conduit 1 en engen drant, d'une part, des électrons négatifs et, d'autre part, des ions positifs. Ces électrons et ions diffusent à travers le courant fluide et tendent à se répartir sensiblement uniformément dans celui-ci si lesdites zones localisées sont suffisamment rapprochées les unes des autres.
Au bout de quelques millisecondes environ, les électrons négatifs et les ions positifs se recombinent, mais si les décharges ou arcs sont suf fisamment fréquents, par exemple si la fréquence de répétition est supérieure à 1000 hertz, on peut obte nir sensiblement un équilibre statistique, le nombre de paires ion-électron étant sensiblement constant au cours du temps dans un volume déterminé.
En outre, si le flux gazeux contient une substance facilement ionisable, en particulier un métal alcalin, tel que le césium, à l'état pulvérulent ou de vapeur par exemple, les décharges ou arcs ionisent non seu lement le gaz du courant gazeux, mais également ladite substance facilement ionisable, ce qui permet de réaliser ou d'augmenter l'ionisation de l'ensemble du courant gazeux avec un rendement satisfaisant.
Le procédé décrit peut être mis en couvre par un dispositif comportant une série de paires d'électrodes d'ionisation 6, 7 ou 8, 9 (distinctes des électrodes collectrices 3, 4) portées par les parois latérales (5 dans le mode de réalisation de la fig. 1, ou 2 dans le mode de réalisation de la fig. 2) dudit conduit 1 et disposées avec les extrémités de décharge <I>6a, 7a</I> ou 8a, 9a de chaque paire vis-à-vis l'une de l'autre à l'intérieur dudit conduit 1 dans le courant gazeux,
et des moyens (non représentés sur les fig. 1 et 2) pour appliquer entre les extrémités d'alimen tation 6b, 7b ou 8b, 9b de chaque paire, qui sont disposées à l'extérieur dudit conduit 1, des impul sions de tension, d'amplitude suffisante pour provo quer l'amorçage de décharges ou arcs entre les extré mités de décharge correspondantes <I>6a, 7a</I> ou <I>8a, 9a.</I>
L'écartement entre les deux électrodes d'ionisa tion de chaque paire est avantageusement sensible ment égal à la distance entre les parois du conduit 1 portant les électrodes, de manière à éviter que ces électrodes fassent fortement saillie à l'intérieur dudit conduit 1 ; elles risqueraient en effet, si elles faisaient saillie, d'être érodées par le gaz, généralement chaud, en mouvement.
La fréquence de répétition est choisie en tenant compte de la vitesse de recombinaison ions-électrons ; elle peut, par exemple, être de l'ordre de 1000 hertz.
De préférence, comme illustré sur la fig. 2, les électrodes d'ionisation, à savoir 8 et 9, sont dispo sées de manière que les droites qui réunissent les extrémités de décharge 8a, 9a de chaque paire soient sensiblement parallèles à la direction du champ magnétique H, ce qui permet de réaliser, avec une même dépense d'énergie d'ionisation, une ionisation plus intense que lorsque ces droites font un angle notable avec ladite direction, car le passage des impulsions électriques ionisantes est plus aisé dans une direction parallèle au champ magnétique que transversalement à cette direction.
Quant aux moyens pour appliquer les impulsions de tension, ils peuvent être constitués par des ensem bles analogues à ceux qui servent à engendrer des ondes de choc. Des unités électroniques, par exemple à thyratrons, peuvent être mises en couvre pour appliquer les impulsions de tension, engendrées par lesdits ensembles, sur les différentes électrodes d'ioni sation soit simultanément, soit successivement.
On peut également mettre en couvre, pour chaque paire d'électrodes d'ionisation, le dispositif de production d'ondes de choc, de type connu en soi, illustré sur la fig. 3. Un tel dispositif comprend - un premier circuit, de charge, constitué par un générateur haute tension 11 (commun en prin cipe à l'ensemble des circuits pour les différentes paires d'électrodes d'ionisation), un condensateur 12 et une résistance 13, le condensateur 12 étant progressivement chargé par le générateur 11 à travers la résistance 13, dans une première phase de fonctionnement ;
- un second circuit, de décharge, comprenant, outre ledit condensateur 12, un éclateur 14 et servant à alimenter les extrémités<I>6b, 7b</I> ou<I>8b, 9b</I> d'une paire d'électrodes d'ionisation 6, 7 ou 8, 9, le courant gazeux ionisé qui s'écoule entre les extrémités de décharge<I>6a, 7a</I> ou<I>8a, 9a</I> des électrodes fermant le circuit électrique entre ces extrémités de décharge:
lorsque le condensateur 12 est chargé, à la fin de la première phase de fonctionnement, à une différence de potentiel suffisante, une étincelle éclate entre les extrémi tés opposées de l'éclateur 14 et une décharge se produit entre les extrémités<I>6a, 7a</I> ou<I>8a, 9a ;</I> c'est la deuxième phase de fonctionnement qui constitue avec la première phase un cycle opé ratoire du dispositif.
Un nouveau cycle (charge du condensateur 12 par le premier circuit et décharge du condensateur 12 par le second circuit avec production de décharges en 6a, 7a ou 8a, 9a) recommence alors et ainsi de suite, la valeur C de la capacité du condensateur 12 déterminant la durée des décharges dans le courant gazeux entre les électrodes d'ionisation, tandis que le produit CR (R étant la valeur ohmique de la résistance 13) détermine la cadence de répétition des décharges.
Dans le cas où l'on désire obtenir une ionisation sensiblement uniforme dans l'espace et dans le temps à l'intérieur du conduit 1, les paires d'électrodes d'ionisation successives seront suffisamment rappro chées les unes des autres et les impulsions de tension produites avec une fréquence de répétition suffisam ment grande pour que la répartition statistique des électrons et des ions soit sensiblement homogène à l'intérieur du conduit.
On peut ainsi porter la conductivité électrique d'un courant gazeux destiné à fournir du courant électrique dans une machine magnétohydrodynami que (constitué par exemple par de l'argon avec 0,1 % de potassium, sous la pression atmosphéri que et à 20000K) à une valeur comprise entre envi ron 10 et plusieurs centaines de siemens/mètre, par exemple à environ 50 siemens/mètre. Les domaines d'application du procédé et du dis positif décrits sont très variés, car ils permettent de réaliser ou d'augmenter l'ionisation d'un courant gazeux dans un générateur magnétohydrodynamique.
On peut également appliquer l'invention pour faire varier la conductivité moyenne du courant gazeux: pour obtenir une telle variation, il suffit de faire varier la fréquence de répétition des décharges ou arcs, c'est-à-dire la fréquence de répétition des impulsions de tension appliquées aux extrémités d'alimentation 6b, 7b ou 8b, 9b, des électrodes d'ionisation 6, 7 ou 8, 9.
Il est même possible de moduler la conductivité moyenne d'un courant gazeux en modulant la fré quence de répétition des décharges ou arcs.
Le procédé et le dispositif décrits pour réaliser ou augmenter l'ionisation d'un courant gazeux dans un générateur magnétohydrodynamique présentent, par rapport aux procédés et aux dispositifs antérieurs, de nombreux avantages, notamment les suivants Tout d'abord, ils permettent de réaliser, d'une manière simple et efficace, l'ionisation d'un courant gazeux.
Ils permettent, lorsqu'on le désire, de faire varier, au cours du temps, le degré d'ionisation, donc la conductivité, d'un courant gazeux.
Ils trouvent leur application dans différents domaines de la technique et de la physique, relatifs aux machines magnétohydrodynamiques.
Le procédé et le dispositif décrits se distinguent donc nettement du procédé et du dispositif antérieurs selon lesquels on crée, à l'aide d'un arc unique, un conducteur unique et localisé à un instant donné, que l'on déplace le long d'un conduit. Au contraire, dans le procédé et le dispositif décrits, on réalise une ionisation répartie dans tout le volume de gaz, c'est-à-dire dans tout le conduit 1 d'un générateur magnétohydrodynamique.
En fait, selon ces procédé et dispositif antérieurs, les forces électrodynamiques sont exercées sur une tranche de gaz de faible épaisseur, tandis que, dans le procédé et le dispositif décrits, les forces électro dynamiques sont réparties dans tout le volume gazeux, en particulier dans tout le conduit 1. De ce fait, pour un écoulement donné, et pour une même extraction de puissance, la longueur d'un générateur magnétohydrodynamique doté du dispositif décrit pourra être plus courte que celle d'un générateur muni d'un dispositif antérieur. La réduction de lon gueur du conduit et les autres avantages d'une ioni sation répartie sensiblement uniformément dans tout le volume sont très importants au point de vue technique.
En particulier, les pertes de chaleur sur les parois sont réduites lorsque la longueur du conduit est plus courte.