FR2647943A1

FR2647943A1 - Reactor for electrolytic nuclear fusion

Info

Publication number: FR2647943A1
Application number: FR8907703A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-06-06
Filing date: 1989-06-06
Publication date: 1990-12-07
Anticipated expiration: 2009-06-06
Also published as: FR2647943B1

Abstract

Method of electrolytic nuclear fusion using a solid electrolyte and reactors employing this method. The method consists in carrying out the fusion reaction in a solid electrolyte containing positive ion vacancies which generate centres V and accepting interstitial ions which generate centres F. The reactors are driven by the electrolysis voltage. They can be designed with a bulk electrolyte fed with deuterium, combined with a palladium electrode or with a stack of thin-film (thin-layer) reactors separated by an insulator. The first are intended for the continuous production of heat energy. The second are intended for use as an explosive.

Description

REACTEVR POUR FUSION NUCLEAIRE ELECTROLYTIQUE
La présente invention concerne les générateurs d'énergie thermique par fusion nucléaire qui utilisent un procédé électrolytique.REACTEVR FOR ELECTROLYTIC NUCLEAR FUSION
The present invention relates to nuclear fusion thermal energy generators that utilize an electrolytic process.

Dans les dispositifs connus de ce genre la réaction de fusion est produite dans l'électrode négative qui est un alliage de l'élément à fusionner par exemple le deutérium avec un métal tel que le palladium ou le nickel. L'électrolyte est une solution à base d'eau lourde. La réaction de fusion est produite par le passage du courant électrique. In known devices of this kind the fusion reaction is produced in the negative electrode which is an alloy of the element to be fused eg deuterium with a metal such as palladium or nickel. The electrolyte is a solution based on heavy water. The fusion reaction is produced by the passage of the electric current.

Dans ces dispositifs les niveaux d'énergie ne sont pas bien définis en raison de la nature métallique et de l'instabilité chimique de l'électrode et de l'état liquide de l'électrolyte. De ce fait les performances sont aléatoires. In these devices the energy levels are not well defined due to the metallic nature and the chemical instability of the electrode and the liquid state of the electrolyte. As a result, the performances are random.

Un dispositif selon l'invention ne présente pas ces inconvénients. Sa structure est adaptée à l'élément à fusionner. Les diverses fonctions de transport, accélération, neutralisation, alimentation en élément fusionable et évacuation des produits de fusion sontsbien localisées. A device according to the invention does not have these disadvantages. Its structure is adapted to the element to be fused. The various functions of transport, acceleration, neutralization, supply of fusible element and evacuation of localized stsbian fusion products.

Dans un réacteur selon l'invention, tout d'abord, le milieu ou s' effectue la fusion n'est pas l'électrode négative mais l'électrolyte. Pour que les niveaux d'énergie soient bien définis l'électrolyte est un solide ionique. Pour qu'il soit accepteur d'éléments fusionables, par exemple de deutérium D l'électrolyte a des lacunes ioniques non compensées engendrant des centres V. Pour que par application d'une tension électrique, il puisse accélérer avec efficacité les ions positifs à fusioner tels que D; ilja up comportement de semi-conducteur et une zone de type intrinsèque à haute résistivité. Pour qu'il neutralise les ions fusionables après accélération, il est d'une part, accepteur d'ions positifs interstitiels et d'autre part il engendre des centres F. L'évacuation des produits de fusion se fait par l'électrode négative. In a reactor according to the invention, first of all, the medium or the fusion is not the negative electrode but the electrolyte. For the energy levels to be well defined, the electrolyte is an ionic solid. For it to be acceptor of fusionable elements, for example of deuterium D, the electrolyte has uncompensated ionic gaps generating V-centers. In order for the application of an electrical voltage, it can effectively accelerate the positive ions to be fused. such as D; ilja up semiconductor behavior and an intrinsic type area with high resistivity. To neutralize the fusionable ions after acceleration, it is on the one hand, accepting interstitial positive ions and on the other hand it generates centers F. The evacuation of the fusion products is done by the negative electrode.

On rencontre de telles structures d'électrolyte dans de nombreux verres et films cristallins électrolytiques ou
CVD. Mais l'invention se comprendra mieux à la lecture de la description suivante et du fonctionnement d'un réacteur ayant un électrolyte cristallin qui présente les caractéristiques citées ci-dessous. L'électrolyte considéré est un aluminate de terre rare de formule Al3+ T3+x 023 avec x < l et T symbolisant un élément terre rare. Nous l'avons choisi en raison de sa stabilité physique et chimique et de la stabilité de son réseau d'oxygène cubique face centré.Such electrolyte structures are encountered in many electrolytic crystalline glasses and films or
CVD. But the invention will be better understood on reading the following description and the operation of a reactor having a crystalline electrolyte which has the characteristics mentioned below. The electrolyte considered is a rare earth aluminate of formula Al3 + T3 + x 023 with x <1 and T symbolizing a rare earth element. We chose it because of its physical and chemical stability and the stability of its face-centered cubic oxygen network.

Dans les produits de ce genre la compensation électrostatique des l-x lacunes des ions T3+ est effectuée par l'apparition de 3(1-x) centres V qui sont des entités positives liées aux lacunes, décelables par spectroscopie, décrite dans la publication
F. FORRAT, C. DAUGE, P. TREVOUX, G. DANNER, H. CHRISTEN
Electrolyte solide à base de Al La 03. Application aux piles à combustible CR. Acad. Sciences. PARIS 1964 59 p. 2813.In products of this kind the electrostatic compensation of the x-vacancies of the T3 + ions is effected by the appearance of 3 (1-x) V-centers, which are spectrophotometric detectable gap-related entities described in the publication.
F. FORRAT, C. DAUGE, P. TREVOUX, G. DANNER, H. CHRISTEN
Solid electrolyte based on Al La 03. Application to CR fuel cells. Acad. Science. PARIS 1964 59 p. 2813.

Le processus qui conduit à la fusion est le suivant : tout d'abord on charge l'électrolyte en éléments fusionables par exemple en deutérium D en le chauffant dans du deutérium. Les ions D+ se fixent dans les lacunes et l'électron compense les centres V selon le schéma annexé Fig. 1 ou l'électrolyte 1 est représenté avec son électrode positive 2 et son électrode négative 3. L'électrolyte qui était coloré par les centres V se décolore. Si on applique une tension entre les électrodes les ions D+ migrent vers l'électrode négative et les centres V réapparaissent du côté de l'électrode positive selon le schéma Fig. 2.Si l'électrode négative est imperméabie aux ions
D+ il y a accumulation d'ions D+ interstitiels au voisinage de l'électrode négative dans les parties non lacunaires, intrinsèques et simultanément création de centres F, qui sont des entités négatives décelables par spectroscopie, pour rétablir l'équilibre électrostatique du réseau cristallin. Les couples D+F sont neutres. Ils véhiculent la quantité de mouvement prise par les ions sur le front de progression des centres F dans cette zone d'interface intrinsèque ou la chute de tension est élevée. The process leading to the fusion is as follows: first of all the electrolyte is charged with fusionable elements, for example deuterium D, by heating it in deuterium. The D + ions are fixed in the vacancies and the electron compensates for the V centers according to the attached scheme. 1 or the electrolyte 1 is shown with its positive electrode 2 and its negative electrode 3. The electrolyte which was colored by the V centers becomes discolored. If a voltage is applied between the electrodes, the D + ions migrate towards the negative electrode and the V centers reappear on the positive electrode side according to FIG. 2.If the negative electrode is ion-proof
D + there is accumulation of interstitial D + ions in the neighborhood of the negative electrode in the non-lacunary, intrinsic parts and simultaneously creation of F centers, which are negative entities detectable by spectroscopy, to restore the electrostatic equilibrium of the crystal lattice. D + F couples are neutral. They convey the amount of motion taken by the ions on the front of progression of the centers F in this intrinsic interface zone where the voltage drop is high.

Pour que le processus soit continu, il faut éliminer les produits de fusion par diffusion thermique. C'est le rôle de l'électrode négative qui doit être un métal accepteur par exemple du nickel.For the process to be continuous, the fusion products must be removed by thermal diffusion. It is the role of the negative electrode which must be an accepting metal, for example nickel.

Le contrôle de la réaction de fusion est effectué en équilibrant les flux de tritium dans l'électrode négative et de deutérium dans l'électrolyte par un pilotage de la tension d'électrolyse en fonction de la température et des vitesses de diffusion des 2 éléments dans leur milieu respectif.The control of the fusion reaction is carried out by balancing the tritium flows in the negative electrode and deuterium in the electrolyte by controlling the electrolysis voltage as a function of the temperature and the diffusion rates of the two elements in the electrolyte. their respective environment.

Un réacteur selon l'invention comprend un électrolyte solide de forme géométrique équipé d'un système de chauffage pour l'amorçage et de deux électrodes sur 2 faces opposées reliées à un générateur de courant électrique. L'ensemble est gainé par une paroi étanche. L'électrolyte est chargé en deuté- rium par diffusion à partir de deutérium ou de produits en contenant soit avant, soit après le gainage si le gainage est alimenté en deutérium. Lorsqu'on applique la tension les ions deutérium migrent vers l'électrode négative à la surface de laquelle se produit la réaction de fusion. La récupération d'énergie est faite par un fluide caloporteur adapté à l'utilisation du réacteur. A reactor according to the invention comprises a geometrical solid electrolyte equipped with a heating system for priming and two electrodes on two opposite faces connected to an electric current generator. The whole is sheathed by a waterproof wall. The electrolyte is charged with deuterium by diffusion from deuterium or products containing either before or after the cladding if the cladding is fed with deuterium. When the voltage is applied, the deuterium ions migrate to the negative electrode on the surface of which the fusion reaction occurs. The energy recovery is made by a heat transfer fluid adapted to the use of the reactor.

Dans un mode de réalisation de principe illustré à titre d'exemple par la figure 3 l'électrolyte 4 est une plaque mince gainée dans l'électrode négative 5. L'électrode positive 6 disposée sur la face opposée est solidaire de l'obturateur 7. In one embodiment of principle illustrated by way of example in FIG. 3, the electrolyte 4 is a thin plate sheathed in the negative electrode 5. The positive electrode 6 disposed on the opposite face is integral with the shutter 7 .

Dans un mode de réalisation destiné à l'alimentation d'un moteur thermique illustré à titre d'exemple par la figure 4 l'électrolyte 8 de forme cylindrique est équipé aux deux extrémités de 2 électrodes acceptant les éléments résultant de la fusion et comprenant chacun un circuit de récupération de chaleur. Le gainage est effectué par le corps isolant 11. Dans ce mode de réalisat5on, on peut appliquer une tension alternative aux électrodes. L'alimentation en deutérium est effectuée en continu par l'orifice 12. In one embodiment for supplying a heat engine illustrated by way of example in FIG. 4, the electrolyte 8 of cylindrical shape is equipped at both ends with 2 electrodes accepting the elements resulting from the melting and comprising each a heat recovery circuit. The sheathing is carried out by the insulating body 11. In this embodiment, an alternating voltage can be applied to the electrodes. The deuterium feed is carried out continuously through the orifice 12.

Dans un mode de réalisation destiné à des explosifs illustré à titre d'exemple par la figure 5, le réacteur est un empilage de réacteurs unitaires 13 réalisés en couche mince, séparés par des isolants 14, il est chargé en deutérium avant le montage. Les réacteurs unitaires sont alimentés en courant en série. In an embodiment for explosives illustrated by way of example in FIG. 5, the reactor is a stack of unitary reactors 13 made in a thin layer, separated by insulators 14, it is loaded with deuterium before assembly. The unit reactors are fed with series current.

Les réacteurs selon l'invent on peuvent être utilisés dans de nombreuses techniques pour produire une énergie thermique importante, à haute température, en continu ou en explosion. The reactors according to the invention can be used in many techniques to produce a high thermal energy, at high temperature, continuously or explosion.

Un électrolyte de 1 dm3 peut stocker sans recharge 5 g de deutérium fusionable et engendrer un équivalent énergétique de plusieurs TEP. An electrolyte of 1 dm3 can store 5 g of fusionable deuterium without recharging and generate an energy equivalent of several PET.

Ils peuvent être utilisés également pour la production d'isotopes par fusion nucléaire. They can also be used for the production of isotopes by nuclear fusion.

Claims

1. Reactor for electrolytic nuclear fusion using a solid electrolyte.

2. Claim according to 1 wherein the nuclear fusion is in the electrolyte.

3. Claim according to 1 wherein the electrolyte is a glass.

4. Claim according to 1 wherein the electrolyte is a lacunary crystalline product: crystal or ceramic or electrolytic film or CVD.

5. Claim according to 1 in which the electrical voltage is alternative.

6. Claim according to 1 wherein the heat recovery is performed by a fluid.

7. Claim according to 1 wherein there is no energy recovery for explosive operation.

8. Claim according to 1 for the production of isotopes.