FR3019936A1 - PHOTO-THERMO-VOLTAIC CELL WITH PLASMA GENERATOR BY MICROONDE RESONANCE - Google Patents

PHOTO-THERMO-VOLTAIC CELL WITH PLASMA GENERATOR BY MICROONDE RESONANCE Download PDF

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Abstract

Une cellule (100) de génération d'un courant électrique par conversion d'énergies thermique et photonique en énergie électrique, ladite cellule (100) comprenant un convertisseur photo-thermo-voltaïque (108), ledit convertisseur comportant une cathode émettrice (122) à semi-conducteur adaptée à être illuminée par des ondes électromagnétiques (R) afin d'émettre des électrons, et une anode collectrice (124) adaptée à collecter les électrons émis par la cathode émettrice (122), dans laquelle la cathode émettrice (122) et l'anode collectrice (124) définissent entre elles un espace de transfert d'électrons (129). La cellule (100) est caractérisé en ce que le convertisseur photo-thermo-voltaïque (108) comprend un générateur de plasma (120) par résonance de micro-ondes adapté à générer un plasma dans l'espace de transfert d'électrons (129). Application préférée à la conversion d'énergie solaire en énergie électrique.A cell (100) for generating an electric current by converting thermal and photonic energies into electrical energy, said cell (100) comprising a photo-thermo-voltaic converter (108), said converter comprising an emitting cathode (122) semiconductor device adapted to be illuminated by electromagnetic waves (R) to emit electrons, and a collector anode (124) adapted to collect the electrons emitted by the emitting cathode (122), wherein the emitting cathode (122) ) and the collecting anode (124) define between them an electron transfer space (129). The cell (100) is characterized in that the photo-thermo-voltaic converter (108) comprises a microwave resonance plasma generator (120) adapted to generate a plasma in the electron transfer space (129). ). Preferred application for converting solar energy into electrical energy.

Description

Cellule photo-thermo-voltaïque à générateur de plasma par résonance microonde La présente invention concerne une cellule de génération d'un courant électrique par conversion d'énergies thermique et photonique en énergie électrique, ladite cellule comprenant un convertisseur photo-thermo-voltaïque, ledit convertisseur comportant une cathode émettrice à semi-conducteur adaptée à être illuminée par des ondes électromagnétiques afin d'émettre des électrons et une anode collectrice adaptée à collecter les électrons émis par la cathode émettrice, dans laquelle la cathode émettrice et l'anode collectrice définissent entre elles un espace de transfert d'électrons. Une telle cellule est représentée à la figure 6a du document US 2010/0139771 A1, appelé par la suite « document Schwede ». Cette cellule de génération de courant électrique connue est basée sur le principe de l'émission thermo-électronique à stimulation photonique, aussi appelé, par abus de langage, « émission thermoïonique à stimulation photonique » (en anglais, « Photon Enhanced Thermionic Emission » ou PETE).The present invention relates to a cell for generating an electric current by converting thermal and photonic energies into electrical energy, said cell comprising a photo-thermo-voltaic converter, the said cell being converter comprising a semiconductor emitter cathode adapted to be illuminated by electromagnetic waves to emit electrons and a collector anode adapted to collect the electrons emitted by the emitting cathode, in which the emitting cathode and the collector anode define between they have an electron transfer space. Such a cell is shown in FIG. 6a of US 2010/0139771 A1, hereinafter referred to as "Schwede document". This known electrical current generation cell is based on the principle of thermoelectronic emission with photonic stimulation, also called, by misuse of language, "photon-enhanced thermionic emission" (Photon Enhanced Thermionic Emission). PETE).

Cette cellule PETE connue transforme directement en courant électrique à la fois la partie visible et la partie infrarouge du rayonnement solaire. Ce type de cellule souffre d'effets de charge d'espace limitant sa performance. En effet, l'accumulation des électrons émis par la cathode de la cellule et se déplaçant vers l'anode créent un champ électrique et ainsi une barrière de potentiel s'opposant au passage d'électrons supplémentaires de la cathode vers l'anode. Le document US 5,994,638 décrit deux façons d'empêcher la formation de la barrière de potentiel. La première solution consiste à rapprocher la cathode et l'anode le plus possible. La seconde solution consiste à introduire un plasma de césium entre la cathode et l'anode. Le césium est choisi en raison de son potentiel d'ionisation particulièrement faible qui permet l'ionisation par simple contact thermique avec la cathode à très haute température. Le césium abaisse d'autre part le travail de sortie de l'anode et augmente la tension anode-cathode du dispositif. La première solution a le désavantage de limiter la différence de température atteignable entre les deux électrodes et donc le rendement de la cellule.This known PETE cell directly transforms both the visible part and the infrared part of the solar radiation into electrical current. This type of cell suffers from space charge effects limiting its performance. Indeed, the accumulation of electrons emitted by the cathode of the cell and moving towards the anode create an electric field and thus a potential barrier opposing the passage of additional electrons from the cathode to the anode. US 5,994,638 describes two ways to prevent the formation of the potential barrier. The first solution is to bring the cathode and the anode as close as possible. The second solution is to introduce a cesium plasma between the cathode and the anode. Cesium is chosen because of its particularly low ionization potential which allows ionization by simple thermal contact with the cathode at very high temperature. Cesium also lowers the output work of the anode and increases the anode-cathode voltage of the device. The first solution has the disadvantage of limiting the temperature difference achievable between the two electrodes and therefore the efficiency of the cell.

La seconde solution est peu viable à cause de l'agressivité du plasma de césium qui réduit considérablement la durée de vie de la cellule. Un but de la présente invention est donc de proposer une cellule du type défini ci- dessus ayant un bon rendement notamment en supprimant les problèmes d'effets de charge d'espace de façon innovante. Il s'agit notamment d'obtenir une ionisation efficace et à faible coût énergétique du gaz interélectrode lorsqu'une cathode à relativement basse température est employée.The second solution is not very viable because of the aggressiveness of the cesium plasma, which considerably reduces the life of the cell. An object of the present invention is therefore to propose a cell of the type defined above having a good efficiency, in particular by eliminating space charge effect problems in an innovative way. These include efficient and low energy energy ionization of the interelectrode gas when a relatively low temperature cathode is employed.

Ce but est atteint en ce que le convertisseur photo-thermo-voltaïque comprend un générateur de plasma par résonance de micro-ondes adapté à générer un plasma dans l'espace de transfert d'électrons. En prévoyant un générateur de plasma par résonance de micro-ondes dans la cellule, il devient possible de créer un plasma entre les électrodes avec un gaz essentiellement inerte. Le plasma créé neutralise la charge d'espace et ne dégrade pas les électrodes. Ainsi, lors du fonctionnement de la cellule, l'anode peut collecter un plus grand nombre d'électrons émis par la cathode, et la durée de vie de la cellule est nettement augmentée comparé à l'utilisation connue d'un plasma de césium.This object is achieved in that the photo-thermo-voltaic converter comprises a microwave resonance plasma generator adapted to generate a plasma in the electron transfer space. By providing a microwave resonance plasma generator in the cell, it becomes possible to create a plasma between the electrodes with a substantially inert gas. The created plasma neutralizes the space charge and does not degrade the electrodes. Thus, during the operation of the cell, the anode can collect a larger number of electrons emitted by the cathode, and the life of the cell is significantly increased compared to the known use of a cesium plasma.

De préférence, le générateur de plasma intégré dans la cellule selon l'invention est basé sur la structure résonante micro-ondes décrite dans la demande de brevet FR 2 958 187 Al déposée par la demanderesse. L'inventeur de la présente invention a découvert de manière surprenante que la structure résonante micro-ondes de FR 2 958 187 Al développée pour la production d'espèces chimiques peut être appliquée de façon adaptée aux cellules PETE. Selon des modes de réalisation préférés, la cellule selon l'invention comprend l'une, plusieurs ou toutes les caractéristiques suivantes, selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - le générateur de plasma comporte un élément résonant micro-ondes de type antenne quart d'onde et une surface de masse en vis-à-vis de l'élément résonant; - l'élément résonant se termine par une électrode à haute fréquence, de préférence au moins partiellement transparente au rayonnement solaire; - l'électrode à haute fréquence a la forme d'un peigne ou d'une grille; - l'électrode à haute fréquence et l'anode collectrice sont confondues; - la cathode émettrice est disposée sur ou au sein de la surface de masse; - la cathode émettrice est séparée de la surface de masse par un isolant thermique; - le convertisseur photo-thermo-voltaïque comprend en outre une électrode auxiliaire, de préférence en forme d'anneau, de contrôle du potentiel électrique dans l'espace de transfert d'électrons; - le convertisseur photo-thermo-voltaïque comprend en outre un aimant de guidage des électrons traversant l'espace de transfert d'électrons vers l'anode collectrice; - l'aimant est agencé du côté de la cathode émettrice éloigné de l'espace de transfert d'électrons; - la cathode émettrice comprend un substrat semi-conducteur recouvert d'une couche semi-conductrice apte à émettre des électrons par excitation thermique et photonique, notamment d'une couche de nitrure de gallium, et une couche d'absorption de radiation infrarouge; - la cellule définit une enceinte accueillant le convertisseur photo-thermo-voltaïque, ladite enceinte étant remplie d'un gaz inerte ou essentiellement inerte à une pression entre 0,1 et 10 kPa. L'invention couvre également un générateur d'électricité comprenant une cellule telle que définie ci-dessus et un concentrateur de radiation solaire, notamment une lentille de Fresnel ou un miroir parabolique, dans lequel la cellule est munie d'une fenêtre d'illumination de la cathode émettrice, et dans lequel la cellule est agencée par rapport au concentrateur de telle manière à ce que le concentrateur puisse illuminer la cathode émettrice à son point focal à travers ladite fenêtre d'illumination. L'invention concerne aussi un procédé de génération d'un courant électrique par insolation d'une cellule telle que définie ci-dessus, comprenant les étapes consistant à : a) établir une pression de travail entre 0,1 et 10 kPa dans la cellule; b) introduire un gaz inerte ou essentiellement inerte dans l'espace de transfert d'électrons; c) lancer le générateur de plasma, ionisant ainsi ledit gaz dans l'espace de transfert d'électrons; et d) exposer la cathode émettrice à un rayonnement ultraviolet-visible-infrarouge. Selon des modes de réalisation préférés, le procédé selon l'invention comprend l'une, plusieurs ou toutes les caractéristiques suivantes, selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - l'étape consistant à éteindre le générateur de plasma lorsque la cellule a atteint un régime d'ionisation du gaz par courant électrique; - le gaz contient des traces de césium vaporisé. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés parmi lesquels : La figure 1 est une vue d'ensemble et de côté d'une cellule de génération d'un courant électrique selon l'invention reliée électriquement à une charge ; La figure 2 montre un exemple de réalisation de l'électrode à haute fréquence selon l'invention ; La figure 3 montre un exemple de la structure de la cathode de la cellule selon l'invention ; La figure 4 est une vue agrandie du détail A de la figure 1 selon une première variante de l'invention ; La figure 5 est une vue similaire à la figure 4, montrant une seconde variante de l'invention ; et La figure 6 est une vue d'un réseau de cellules avec des concentrateurs de radiation solaire formant un générateur électrique selon l'invention. La figure 1 montre une cellule 100 de génération d'un courant électrique par conversion d'énergies thermique et photonique en énergie électrique selon un mode de réalisation de l'invention.Preferably, the plasma generator integrated in the cell according to the invention is based on the microwave resonant structure described in the patent application FR 2 958 187 A1 filed by the applicant. The inventor of the present invention has surprisingly discovered that the microwave resonant structure of FR 2 958 187 A1 developed for the production of chemical species can be suitably applied to PETE cells. According to preferred embodiments, the cell according to the invention comprises one, several or all of the following characteristics, according to all technically possible combinations: the plasma generator comprises a microwave resonant element of the quarter-antenna type; wave and a ground surface vis-à-vis the resonant element; the resonant element terminates in a high-frequency electrode, preferably at least partially transparent to solar radiation; the high frequency electrode is in the form of a comb or a grid; the high frequency electrode and the collector anode are combined; the emitting cathode is disposed on or within the ground surface; the emitting cathode is separated from the ground surface by a thermal insulator; the photo-thermo-voltaic converter further comprises an auxiliary electrode, preferably in the form of a ring, for controlling the electric potential in the electron transfer space; the photo-thermo-voltaic converter further comprises an electron-guiding magnet passing through the electron transfer space towards the collecting anode; the magnet is arranged on the side of the emitting cathode remote from the electron transfer space; the emitting cathode comprises a semiconductor substrate covered with a semiconductor layer capable of emitting electrons by thermal and photonic excitation, in particular a layer of gallium nitride, and an infrared radiation absorption layer; - The cell defines a chamber accommodating the photo-thermo-voltaic converter, said chamber being filled with an inert gas or substantially inert at a pressure between 0.1 and 10 kPa. The invention also covers an electricity generator comprising a cell as defined above and a solar radiation concentrator, in particular a Fresnel lens or a parabolic mirror, in which the cell is provided with an illumination window of the transmitter cathode, and wherein the cell is arranged with respect to the concentrator so that the concentrator can illuminate the emitter cathode at its focal point through said illumination window. The invention also relates to a method for generating an electric current by insolation of a cell as defined above, comprising the steps of: a) establishing a working pressure between 0.1 and 10 kPa in the cell ; b) introducing an inert or substantially inert gas into the electron transfer space; c) starting the plasma generator, thereby ionizing said gas in the electron transfer space; and d) exposing the emitting cathode to ultraviolet-visible-infrared radiation. According to preferred embodiments, the method according to the invention comprises one, several or all of the following characteristics, according to all the technically possible combinations: the step of extinguishing the plasma generator when the cell has reached a regime ionization of gas by electric current; the gas contains traces of vaporized cesium. The invention will be better understood on reading the description which follows, given solely by way of example and with reference to the appended drawings in which: FIG. 1 is an overall and side view of a cell generating an electric current according to the invention electrically connected to a load; FIG. 2 shows an exemplary embodiment of the high frequency electrode according to the invention; Figure 3 shows an example of the structure of the cathode of the cell according to the invention; Figure 4 is an enlarged view of detail A of Figure 1 according to a first embodiment of the invention; Figure 5 is a view similar to Figure 4, showing a second variant of the invention; and Fig. 6 is a view of an array of cells with solar radiation concentrators forming an electrical generator according to the invention. FIG. 1 shows a cell 100 for generating an electric current by converting thermal and photonic energies into electrical energy according to one embodiment of the invention.

La cellule 100 créé un courant électrique sur la base du principe d'émission thermo-électronique améliorée par photons. Ce principe est expliqué en détail dans le document Schwede. Une cathode émet des électrons par échauffement et par absorption de photons qui sont collectés par une anode. Ainsi, un courant électrique circule entre la cathode et l'anode. La cellule 100 peut donc être qualifiée de cellule photo-thermo- voltaïque car elle créé une tension à ses bornes par excitation thermique et photonique d'électrons. Par contraste, la tension aux bornes d'une cellule photovoltaïque classique est uniquement due à l'excitation photonique des électrons. La cellule 100 se différencie également des simples cellules thermo-électroniques connues, telles que décrites par exemple dans le document US 4,667,126. En effet, dans la cellule 100, le courant électrique est non seulement obtenu par échauffement mais également par excitation photonique des électrons dans la cathode. En référence à la figure 1, la cellule 100 est munie d'une borne positive 102 et d'une borne négative 104. Une charge L est reliée aux bornes 102, 104. La cellule 100 comporte une enceinte 106 accueillant un convertisseur photo- thermo-voltaïque 108. L'enceinte 106 a une forme généralement cylindrique. De préférence, l'enceinte 106 est en métal. Le fond de l'enceinte 106 porte la référence 110, et son orifice d'admission de gaz la référence 112. Le fond 106 et l'orifice d'admission 112 se situent à des extrémités opposées de l'enceinte 106. L'orifice d'admission 112 est pourvu d'une valve d'arrêt 114 permettant de fermer et d'ouvrir l'orifice d'admission 112. En variante, l'orifice d'admission 112 est scellé une fois que la cellule 100 est opérationnelle. L'enceinte 106 dispose d'une fenêtre 116 agencée dans l'une de ses parois. La fenêtre 116 est transparente au rayonnement ultraviolet, visible et infrarouge, et notamment au rayonnement solaire, tel qu'illustré par la flèche R. La fenêtre 116 peut par exemple être réalisée à partir de fluorure de magnésium ou de fluorure de calcium.The cell 100 creates an electric current based on the photon enhanced thermoelectronic emission principle. This principle is explained in detail in the Schwede document. A cathode emits electrons by heating and by absorption of photons that are collected by an anode. Thus, an electric current flows between the cathode and the anode. The cell 100 can therefore be called photo-thermo-voltaic cell because it creates a voltage at its terminals by thermal and photonic excitation of electrons. In contrast, the voltage across a conventional photovoltaic cell is solely due to the photon excitation of the electrons. Cell 100 also differs from simple known thermo-electronic cells, as described for example in US 4,667,126. Indeed, in the cell 100, the electric current is not only obtained by heating but also by photon excitation of the electrons in the cathode. With reference to FIG. 1, the cell 100 is provided with a positive terminal 102 and a negative terminal 104. A load L is connected to the terminals 102, 104. The cell 100 comprises an enclosure 106 accommodating a photothermal converter 108. The enclosure 106 has a generally cylindrical shape. Preferably, the enclosure 106 is made of metal. The bottom of the enclosure 106 is designated 110, and its gas inlet 112. The bottom 106 and the inlet 112 are at opposite ends of the enclosure 106. The orifice intake 112 is provided with a stop valve 114 for closing and opening the inlet port 112. Alternatively, the inlet port 112 is sealed once the cell 100 is operational. The enclosure 106 has a window 116 arranged in one of its walls. The window 116 is transparent to ultraviolet radiation, visible and infrared, and in particular to solar radiation, as shown by the arrow R. The window 116 may for example be made from magnesium fluoride or calcium fluoride.

L'enceinte 106 définit une chambre 118 dans laquelle se situe le convertisseur photo-thermo-voltaïque 108. La chambre 118 est remplie d'un gaz inerte ou essentiellement inerte G. De préférence, on choisit comme gaz G un gaz, emi s'ionise facilement, c'est-à-dire qu'on peut transformer en plasma avec un apport d'énergie limité, et qui ne s'attaque pas aux composants du convertisseur photo-thermo-voltaïque 108, et en particulier à ses électrodes. Ainsi, le potentiel d'ionisation du gaz G est de préférence inférieur ou égal à 15 eV. L'argon, l'hélium, le xénon, l'hydrogène ou un mélange de ces gaz sont utilisés de préférence comme gaz G. Le gaz G peut éventuellement comprendre des traces de césium ou de mercure vaporisé pour amorcer l'ionisation par micro-ondes.The chamber 106 defines a chamber 118 in which the photo-thermo-voltaic converter 108 is located. The chamber 118 is filled with an inert or substantially inert gas G. Preferably, a gas G is selected as the gas. ionizes easily, that is to say that can be transformed into plasma with a limited energy input, and that does not attack the components of the photo-thermo-voltaic converter 108, and in particular to its electrodes. Thus, the ionization potential of the gas G is preferably less than or equal to 15 eV. Argon, helium, xenon, hydrogen or a mixture of these gases are preferably used as gases G. The gas G can optionally include traces of cesium or vaporized mercury to initiate ionization by microwaves. waves.

La pression P dans la chambre 118 est de préférence inférieure à la pression atmosphérique. P peut notamment se situer entre 0,1 et 10 kPa. Le convertisseur photo-thermo-voltaïque 108 comprend un générateur de plasma 120, une cathode émettrice d'électrons 122 et une anode collectrice d'électrons 124. Le générateur de plasma 120 correspond essentiellement à la structure résonante micro-ondes décrite dans le document FR 2 958 187 Al déposé par la demanderesse, et notamment représentée à la figure 3 de ce document. Pour une description détaillée des éléments du générateur de plasma 120 il est donc fait référence à ce document. Ainsi, le générateur de plasma 120 comporte un élément résonant micro-ondes de type antenne quart d'onde 126 et une surface de masse 128 en vis-à-vis de l'élément résonant 126. L'antenne quart d'onde 126 et la surface de masse 128 sont de préférence en cuivre. Avantageusement, l'antenne quart d'onde 126 en cuivre est recouverte d'une couche d'or afin d'augmenter la conductivité surfacique et donc son facteur de qualité Q, minimisant ainsi l'énergie à injecter pour créer le plasma.The pressure P in the chamber 118 is preferably lower than the atmospheric pressure. P may especially be between 0.1 and 10 kPa. The photo-thermo-voltaic converter 108 comprises a plasma generator 120, an electron-emitting cathode 122 and an electron-collecting anode 124. The plasma generator 120 essentially corresponds to the resonant microwave structure described in the document FR. 2 958 187 A1 filed by the applicant, and in particular represented in Figure 3 of this document. For a detailed description of the elements of the plasma generator 120, reference is made to this document. Thus, the plasma generator 120 comprises a microwave resonant element of quarter-wave antenna type 126 and a mass surface 128 vis-à-vis the resonant element 126. The quarter wave antenna 126 and the mass surface 128 is preferably of copper. Advantageously, the copper quarter wave antenna 126 is covered with a gold layer in order to increase the surface conductivity and therefore its Q quality factor, thus minimizing the energy to be injected to create the plasma.

L'antenne quart d'onde 126 se termine par une électrode à haute fréquence 124. Dans l'exemple de réalisation décrit ici, l'électrode à haute fréquence est également l'anode collectrice 124. En d'autres termes, l'électrode à haute fréquence et l'anode collectrice sont confondues. Dans une variante non représentée, l'anode collectrice et l'électrode à haute fréquence peuvent être deux éléments distincts. De préférence, le métal de l'anode collectrice est choisi de façon à ce que son travail de sortie soit faible. Cela induit une plus forte force électromotrice de la cellule 100. L'électrode à haute fréquence 124 se situe en dessous de la fenêtre 116, entre cette fenêtre et la cathode émettrice 122. Ainsi, l'électrode à haute fréquence 124 doit être au moins partiellement transparente au rayonnement R provenant de la fenêtre 116 afin qu'au moins une partie de ce rayonnement R atteigne la cathode émettrice 122. A cet effet, l'électrode à haute fréquence 124 peut prendre la forme d'un peigne ou d'une fourchette, tel qu'illustré à la figure 2, avec des interstices 125. En variante, l'électrode à haute fréquence peut être une grille, notamment avec une transparence optique d'environ 80%, cette grille pouvant être portée par un anneau de diamètre comparable à celui de la cathode émettrice 122. Dans une autre variante, l'électrode à haute fréquence est un disque au moins partiellement transparent au rayonnement ultraviolet, visible et infrarouge. On dénote par 129 l'espace de transfert d'électrons séparant la cathode émettrice 122 de l'anode collectrice 124. De préférence, l'étendue de cet espace 129, c'est-à-dire la distance normale entre la cathode émettrice 122 et l'anode collectrice 124, est de l'ordre de quelques millimètres. La cathode émettrice 122 est montrée en détail à la figure 3. Dans cet exemple, la cathode émettrice 122 est fixée sur la surface de masse 128. Néanmoins, la cathode émettrice 122 pourrait aussi être disposée au sein de la surface de masse 128.The quarter wave antenna 126 ends with a high frequency electrode 124. In the embodiment described here, the high frequency electrode is also the collector anode 124. In other words, the electrode high frequency and collector anode are merged. In a variant not shown, the collecting anode and the high frequency electrode may be two distinct elements. Preferably, the metal of the collecting anode is chosen so that its output work is small. This induces a stronger electromotive force of the cell 100. The high frequency electrode 124 is located below the window 116, between this window and the emitting cathode 122. Thus, the high frequency electrode 124 must be at least partially transparent to the radiation R from the window 116 so that at least a portion of this radiation R reaches the emitting cathode 122. For this purpose, the high frequency electrode 124 may take the form of a comb or a fork, as illustrated in Figure 2, with gaps 125. Alternatively, the high frequency electrode may be a grid, especially with an optical transparency of about 80%, this grid can be carried by a ring of comparable to that of the cathode emitter 122. In another variant, the high frequency electrode is a disk at least partially transparent to ultraviolet radiation, visible and infrared. 129 denotes the electron transfer space separating the emitting cathode 122 from the collector anode 124. Preferably, the extent of this space 129, that is to say the normal distance between the emitting cathode 122 and the collector anode 124 is of the order of a few millimeters. The emitting cathode 122 is shown in detail in FIG. 3. In this example, the emitting cathode 122 is fixed on the ground surface 128. Nevertheless, the emitting cathode 122 could also be disposed within the ground surface 128.

La cathode émettrice 122 est séparée de la surface de masse 128 par un isolant thermique 130. Cet isolant thermique 130 est de préférence une plaque en céramique. La cathode émettrice 122 comprend ici trois couches 132, 134 et 136. La première couche 132 repose sur l'isolant thermique 130. Il s'agit d'une couche 132 d'absorption de radiation infrarouge. La couche d'absorption 132 peut être constituée d'une couche d'oxyde métallique ou de nanotubes de carbone à très haut coefficient d'absorption thermique (par exemple 98%). De préférence, la deuxième couche 134 est un substrat semi-conducteur, par exemple du saphir. Le substrat 134 est recouvert de la troisième couche 136. Cette troisième couche 136 est semi-conductrice et apte à émettre des électrons par excitation thermique et photonique. La couche photo-thermo-émissive 136 est par exemple réalisée à partir de nitrure de gallium, d'arséniure de gallium ou de carbure de silicium, éventuellement dopé, ou bien de diamant dopé à l'azote. Avantageusement, la couche photo-thermo-émissive 136 est nanostructurée. Les nanostructures facilitent l'émission d'électrons. Un exemple de nanostructures sont des nano-f ils saillants. Le document Schwede enseigne plusieurs exemples de nanostructures adaptées, cf. les figures 9a à 9c, qui sont incorporés par référence dans la présente description. Les figures 4 et 5 montrent en détail la zone A identifiée par des pointillés à la figure 1. On distingue le plasma I entre la cathode émettrice 122 et l'électrode à haute fréquence 124. Ces deux figures illustrent des variantes où l'électrode à haute fréquence 124 et l'anode collectrice sont deux composants distincts.The emitting cathode 122 is separated from the ground surface 128 by a thermal insulator 130. This thermal insulator 130 is preferably a ceramic plate. The emitting cathode 122 here comprises three layers 132, 134 and 136. The first layer 132 rests on the thermal insulator 130. It is a layer 132 for absorbing infrared radiation. The absorption layer 132 may consist of a layer of metal oxide or carbon nanotubes with a very high thermal absorption coefficient (for example 98%). Preferably, the second layer 134 is a semiconductor substrate, for example sapphire. The substrate 134 is covered with the third layer 136. This third layer 136 is semiconductor and capable of emitting electrons by thermal and photonic excitation. The photo-thermo-emissive layer 136 is for example made from gallium nitride, gallium arsenide or silicon carbide, optionally doped, or nitrogen-doped diamond. Advantageously, the photo-thermo-emissive layer 136 is nanostructured. Nanostructures facilitate the emission of electrons. An example of nanostructures are nano-f salient ones. The Schwede document teaches several examples of adapted nanostructures, cf. Figures 9a to 9c, which are incorporated by reference in the present description. FIGS. 4 and 5 show in detail the zone A identified by dashed lines in FIG. 1. The plasma I can be distinguished between the emitting cathode 122 and the high frequency electrode 124. These two figures illustrate variants in which the electrode High frequency 124 and the collector anode are two separate components.

Dans ces variantes, l'anode collectrice entoure la cathode émettrice 122 et l'électrode à haute fréquence 124. L'anode collectrice n'est pas visible aux figures 4 et 5 car elle se situe devant et derrière le plan représenté par ces figures. L'anode collectrice comprend donc deux surfaces perpendiculaires à la cathode émettrice 122 et à l'électrode à haute fréquence 124. L'anode collectrice borne deux côtés opposés de l'espace de transfert d'électrons 129. La cathode émettrice 122 et l'électrode à haute fréquence 124 bornent deux côtés opposés de l'espace de transfert d'électrons 129 différents de ceux bornés par l'anode collectrice. En outre, les figures 4 et 5 montrent deux dispositifs facultatifs supplémentaires 138, 140 du convertisseur photo-thermo-voltaïque 108 servant à optimiser la génération de courant par la cellule 100. Le premier dispositif est une électrode auxiliaire 138, de préférence en forme d'anneau, de contrôle du potentiel électrique dans l'espace de transfert d'électrons 129. Cette électrode auxiliaire 138 a un diamètre interne essentiellement égal à la taille de la cathode émettrice 122. Elle se situe dans l'espace de transfert d'électrons 129, entre la cathode émettrice 122 et l'électrode à haute fréquence 124, de préférence environ à équidistance entre la cathode émettrice 122 et l'électrode à haute fréquence 124. L'électrode auxiliaire 138 permet de définir le potentiel plasma entre l'anode et la cathode et ainsi de contrôler et d'optimiser le courant de la cellule, jouant un rôle similaire à la grille dans une triode. Le deuxième dispositif 140 est un aimant unique (cf. figure 4) ou un ensemble d'aimants (cf. figure 5) de guidage des électrons traversant l'espace de transfert d'électrons 129. Le ou les aimants 140 crée(nt) un champ magnétique B dans l'espace de transfert d'électrons 129 dont les lignes de champs sont représentées. Grâce au champ magnétique B, les électrons quittant la cathode émettrice 122 sont guidés vers l'anode collectrice. Selon la variante de la figure 4, un aimant permanent unique 140 est agencé du côté de la cathode émettrice 122 éloigné de l'espace de transfert d'électrons 129. Dans la variante de la figure 5, un deuxième aimant permanent est disposé du côté de l'électrode à haute fréquence 124 éloigné de l'espace de transfert d'électrons 129. Ainsi, les deux aimants 140 sont en vis-à-vis. Plus précisément, les deux aimants 140 sont agencés de façon à ce que leurs pôles magnétiques de même polarité soient tournés l'un vers l'autre. Il en résulte un champ magnétique B dans l'espace de transfert d'électrons 129 apte à détourner les électrons vers l'anode collectrice.In these variants, the collector anode surrounds the emitting cathode 122 and the high frequency electrode 124. The collector anode is not visible in FIGS. 4 and 5 because it is located in front of and behind the plane represented by these figures. The collecting anode thus comprises two surfaces perpendicular to the emitting cathode 122 and to the high frequency electrode 124. The collector anode binds two opposite sides of the electron transfer space 129. The emitting cathode 122 and the High frequency electrode 124 bound two opposite sides of the electron transfer space 129 different from those bounded by the collector anode. In addition, FIGS. 4 and 5 show two additional optional devices 138, 140 of the photo-thermo-voltaic converter 108 serving to optimize the current generation by the cell 100. The first device is an auxiliary electrode 138, preferably in the form of a ring, electrical potential control in the electron transfer space 129. This auxiliary electrode 138 has an internal diameter substantially equal to the size of the emitting cathode 122. It is located in the electron transfer space 129, between the emitting cathode 122 and the high frequency electrode 124, preferably about equidistant between the emitting cathode 122 and the high frequency electrode 124. The auxiliary electrode 138 makes it possible to define the plasma potential between the anode and the cathode and thus to control and optimize the current of the cell, playing a role similar to the gate in a triode. The second device 140 is a single magnet (see FIG. 4) or a set of magnets (see FIG. 5) for guiding the electrons passing through the electron transfer space 129. The magnet (s) 140 creates (s) a magnetic field B in the electron transfer space 129 whose field lines are shown. Thanks to the magnetic field B, the electrons leaving the emitting cathode 122 are guided towards the collecting anode. According to the variant of Figure 4, a single permanent magnet 140 is arranged on the side of the emitting cathode 122 remote from the electron transfer space 129. In the variant of Figure 5, a second permanent magnet is disposed on the side of the high frequency electrode 124 remote from the electron transfer space 129. Thus, the two magnets 140 are vis-à-vis. More specifically, the two magnets 140 are arranged so that their magnetic poles of the same polarity are rotated towards each other. This results in a magnetic field B in the electron transfer space 129 capable of diverting the electrons towards the collecting anode.

L'un des deux aimants 140 est percé d'un trou 142 laissant passer le rayonnement R vers la cathode émettrice 122.One of the two magnets 140 is pierced with a hole 142 allowing the radiation R to pass towards the emitting cathode 122.

Grâce aux aimants 140, l'anode collectrice peut être plus éloignée de la cathode émettrice 122. Par conséquent, le gradient de température entres ces deux électrodes peut être augmenté, ce qui augmente le rendement de la cellule 100. Avantageusement, un isolant électrique tel qu'une feuille de mica 144 est disposée à proximité de l'électrode à haute fréquence 124, entre celle-ci et la cathode émettrice 122. La feuille de mica 144 masque l'électrode à haute fréquence 124 et empêche les électrons dans l'espace de transfert d'électrons 129 d'atteindre l'électrode à haute fréquence 124 au lieu de l'anode collectrice latérale. La figure 6 montre un générateur d'électricité 200 relié par ses bornes 201 à une charge L. Le générateur d'électricité 200 comprend un réseau 202 de cellules de génération d'un courant électrique 100 reliées électriquement en série. Par souci de simplicité, les enceintes des cellules 100 ont été omises. Les cellules 100 sont du type où l'électrode à haute fréquence 124 fonctionne en même temps en tant qu'anode collectrice. Le générateur d'électricité 200 comprend en outre des concentrateurs de radiation solaire 204. Chaque concentrateur de radiation solaire 204 est associé à la cathode émettrice 122 d'une cellule 100. Chaque cellule 100 est agencée par rapport à son concentrateur 204 de telle manière à ce que le concentrateur 204 puisse illuminer la cathode émettrice 122 à son point focal F. Dans la figure 6, les concentrateurs 204 sont des lentilles de Fresnel. En variante, les concentrateurs 204 peuvent aussi être des miroirs paraboliques. De préférence, chaque lentille de Fresnel 204 à une surface d'environ 1.000 cm2, par exemple réalisée sous forme d'un carré avec un côté d'une longueur de 30 cm. Dans une variante, une lentille convergente supplémentaire 206, représentée en pointillées à la figure 6, est ajoutée entre les lentilles de Fresnel 204 et les cellules 100.Thanks to the magnets 140, the collecting anode can be further away from the emitting cathode 122. Consequently, the temperature gradient between these two electrodes can be increased, which increases the efficiency of the cell 100. Advantageously, an electrical insulator such as that a mica sheet 144 is disposed near the high frequency electrode 124, between the latter and the emitting cathode 122. The mica sheet 144 masks the high frequency electrode 124 and prevents electrons in the electron transfer space 129 to reach the high frequency electrode 124 instead of the lateral collector anode. FIG. 6 shows an electricity generator 200 connected by its terminals 201 to a load L. The electricity generator 200 comprises a network 202 of electrical current generation cells 100 electrically connected in series. For the sake of simplicity, the speakers of cells 100 have been omitted. The cells 100 are of the type where the high frequency electrode 124 operates at the same time as a collector anode. The electricity generator 200 further comprises solar radiation concentrators 204. Each solar radiation concentrator 204 is associated with the emitting cathode 122 of a cell 100. Each cell 100 is arranged relative to its concentrator 204 in such a way as to that the concentrator 204 can illuminate the emitting cathode 122 at its focal point F. In Fig. 6, the concentrators 204 are Fresnel lenses. Alternatively, concentrators 204 may also be parabolic mirrors. Preferably, each Fresnel lens 204 has a surface area of about 1,000 cm 2, for example made in the form of a square with a side of a length of 30 cm. In a variant, an additional convergent lens 206, shown in dashed lines in FIG. 6, is added between the Fresnel lenses 204 and the cells 100.

Les lentilles 204, 206 sont choisies de manière à obtenir un facteur de concentration du rayonnement d'au moins 300. On va maintenant décrire le fonctionnement du générateur d'électricité 200 selon la figure 6. D'abord, on injecte des microondes à une fréquence de 450 MHz dans les générateurs de plasma 120. Ainsi, les antennes quart d'onde 126 entrent en résonance ce qui ionise le gaz G présent dans chaque chambre 118 au niveau de chaque espace de transfert d'électrons 129. Le plasma I résultant a un volume d'environ 1 cm3. Le plasma I est en équilibre dynamique où des électrons sont constamment arrachés des atomes de gaz pour créer des ions et des électrons libres, et des électrons libres se recombinent constamment avec des ions en atomes de gaz. Le plasma créé est globalement de charge neutre.The lenses 204, 206 are chosen in such a way as to obtain a radiation concentration factor of at least 300. The operation of the electricity generator 200 according to FIG. 6 will now be described. Firstly, microwaves are injected at a minimum. 450 MHz frequency in the plasma generators 120. Thus, the quarter-wave antennas 126 come into resonance which ionizes the gas G present in each chamber 118 at each electron transfer space 129. The resulting plasma I has a volume of about 1 cm3. Plasma I is in dynamic equilibrium where electrons are constantly torn from gas atoms to create free ions and electrons, and free electrons constantly recombine with ions as atoms of gas. The created plasma is generally neutral charge.

De préférence, les microondes injectées sont modulées à la fréquence du courant alternatif distribué par les réseaux électriques, soit 50 Hz en Europe, afin de générer un courant alternatif adapté. Le générateur d'électricité 200 est ensuite placé sous un rayonnement solaire. Les rayons solaires R sont focalisés par les lentilles de Fresnel 204, et éventuellement les lentilles convexes 206, sur les cathodes émettrices 122. Les rayons solaires R traversent alors les électrodes à haute fréquence 124 à travers les interstices 125. Les rayons solaires R incidents sur chaque couche photo-thermo-émissive 136 sont absorbés par celle-ci. Plus précisément, tel qu'illustré à la figure 1 du document Schwede, les photons de la partie visible du rayonnement R excitent les électrons de la couche photo-thermo-émissive 136 de la bande de valence vers la bande de conduction. En même temps, la partie infrarouge du rayonnement R chauffe la cathode émettrice 122 à une température d'environ 800 °C. Grâce à l'échauffement et l'excitation photonique, des électrons quittent la couche photo-thermo-émissive 136 vers l'espace de transfert d'électrons 129. Ces électrons sont happés par l'anode collectrice, c'est-à-dire l'électrode à haute fréquence 124. Grâce au plasma d'ions positifs I, les électrons émis sont empêchés d'engendrer une charge d'espace entre l'anode collectrice 124 et la cathode émettrice 122. Ainsi, les électrons traversent le plasma I qui est pour la cathode un simple milieu conducteur et atteignent sans encombre l'anode collectrice 124. Par conséquent, un courant électrique circule entre les bornes 201 du générateur électrique 200, et donc à travers la charge L. Il s'agit d'un courant alternatif d'une fréquence de 50 Hz, en raison de la modulation des microondes injectées dans les générateurs de plasma 120. Toutefois, en variante, on peut également faire fonctionner le générateur d'électricité 200 de façon à générer un courant électrique continu ou un courant électrique alternatif à une autre fréquence. Une fois que le générateur électrique 200 fonctionne en régime stable, il est éventuellement possible d'éteindre les générateurs de plasma 120. En effet, l'ionisation du gaz G est alors entretenue par le courant électrique qui circule. Les générateurs de plasma 120 peuvent donc être utilisés uniquement comme démarreur du générateur électrique 200, de façon analogue au fonctionnement des cathodes à oxyde dans les tubes fluorescents où la cathode est éteinte après l'amorçage de la décharge électrique dans le tube.Preferably, the injected microwaves are modulated at the frequency of the alternating current distributed by the electrical networks, ie 50 Hz in Europe, in order to generate an adapted alternating current. The electricity generator 200 is then placed under solar radiation. The solar rays R are focused by the Fresnel lenses 204, and possibly the convex lenses 206, on the emitting cathodes 122. The solar rays R then pass through the high frequency electrodes 124 through the interstices 125. The solar rays R incident on each photo-thermo-emissive layer 136 is absorbed by it. More precisely, as illustrated in FIG. 1 of the Schwede document, the photons of the visible part of the radiation R excite the electrons of the photo-thermo-emissive layer 136 of the valence band towards the conduction band. At the same time, the infrared portion of the radiation R heats the emitting cathode 122 at a temperature of about 800 ° C. Thanks to the heating and the photonic excitation, electrons leave the photo-thermo-emissive layer 136 towards the electron transfer space 129. These electrons are caught by the collecting anode, that is to say the high frequency electrode 124. Thanks to the positive ion plasma I, the emitted electrons are prevented from generating a space charge between the collector anode 124 and the emitting cathode 122. Thus, the electrons pass through the plasma I which is for the cathode a simple conductive medium and reach unhindered the collector anode 124. Therefore, an electric current flows between the terminals 201 of the electric generator 200, and therefore through the load L. This is a alternating current of a frequency of 50 Hz, due to the modulation of microwaves injected into the plasma generators 120. However, alternatively, it is also possible to operate the electricity generator 200 so as to generate an electric current. continuous electric current or an alternating electric current at another frequency. Once the electric generator 200 operates in steady state, it is possible to extinguish the plasma generators 120. In fact, the ionization of the gas G is then maintained by the electric current flowing. The plasma generators 120 can therefore be used only as a starter of the electric generator 200, similar to the operation of the oxide cathodes in the fluorescent tubes where the cathode is extinguished after initiation of the electric discharge in the tube.

Claims (16)

REVENDICATIONS1.- Cellule (100) de génération d'un courant électrique par conversion d'énergies thermique et photonique en énergie électrique, ladite cellule (100) comprenant un convertisseur photo-thermo-voltaïque (108), ledit convertisseur comportant : - une cathode émettrice (122) à semi-conducteur adaptée à être illuminée par des ondes électromagnétiques (R) afin d'émettre des électrons ; et - une anode collectrice (124) adaptée à collecter les électrons émis par la cathode émettrice (122) ; dans laquelle la cathode émettrice (122) et l'anode collectrice (124) définissent entre elles un espace de transfert d'électrons (129), la cellule (100) étant caractérisé en ce que le convertisseur photo-thermo- voltaïque (108) comprend un générateur de plasma (120) par résonance de micro-ondes adapté à générer un plasma dans l'espace de transfert d'électrons (129).CLAIMS 1. Cell (100) for generating an electric current by converting thermal and photonic energies into electrical energy, said cell (100) comprising a photo-thermo-voltaic converter (108), said converter comprising: a cathode semiconductor emitter (122) adapted to be illuminated by electromagnetic waves (R) to emit electrons; and a collecting anode (124) adapted to collect the electrons emitted by the emitting cathode (122); wherein the emitting cathode (122) and the collector anode (124) define therebetween an electron transfer space (129), the cell (100) being characterized in that the photothermal converter (108) comprises a microwave resonance plasma generator (120) adapted to generate a plasma in the electron transfer space (129). 2.- Cellule (100) selon la revendication 1, dans laquelle le générateur de plasma (120) comporte un élément résonant micro-ondes de type antenne quart d'onde (126) et une surface de masse (128) en vis-à-vis de l'élément résonant.The cell (100) according to claim 1, wherein the plasma generator (120) comprises a quarter wave antenna type resonant element (126) and a ground surface (128) facing one another. -vis the resonant element. 3.- Cellule (100) selon la revendication 2, dans laquelle l'élément résonant (126) se termine par une électrode à haute fréquence (124), de préférence au moins partiellement transparente au rayonnement solaire.3. Cell (100) according to claim 2, wherein the resonant element (126) terminates in a high frequency electrode (124), preferably at least partially transparent to solar radiation. 4.- Cellule (100) selon la revendication 3, dans laquelle l'électrode à haute fréquence (124) a la forme d'un peigne ou d'une grille.4. Cell (100) according to claim 3, wherein the high frequency electrode (124) has the shape of a comb or a grid. 5.- Cellule (100) selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, dans laquelle l'électrode à haute fréquence (124) et l'anode collectrice sont confondues.5. Cell (100) according to any one of claims 3 or 4, wherein the high frequency electrode (124) and the collector anode are combined. 6.- Cellule (100) selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, dans laquelle la cathode émettrice (122) est disposée sur ou au sein de la surface de masse (128).6. Cell (100) according to any one of claims 2 to 5, wherein the emitting cathode (122) is disposed on or within the ground surface (128). 7.- Cellule (100) selon la revendication 6, dans laquelle la cathode émettrice (122) est séparée de la surface de masse (128) par un isolant thermique (130).The cell (100) of claim 6, wherein the emitting cathode (122) is separated from the ground surface (128) by a thermal insulator (130). 8.- Cellule (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le convertisseur photo-thermo-voltaïque (108) comprend en outre une électrode auxiliaire (138), de préférence en forme d'anneau, de contrôle du potentiel électrique dans l'espace de transfert d'électrons (129).8. The cell (100) according to any one of the preceding claims, wherein the photo-thermo-voltaic converter (108) further comprises an auxiliary electrode (138), preferably ring-shaped, potential control. in the electron transfer space (129). 9.- Cellule (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le convertisseur photo-thermo-voltaïque (108) comprend en outre un aimant (140) de guidage des électrons traversant l'espace de transfert d'électrons (129) vers l'anode collectrice (124).The cell (100) according to any one of the preceding claims, wherein the photo-thermo-voltaic converter (108) further comprises a magnet (140) for guiding electrons through the electron transfer space ( 129) to the collecting anode (124). 10.- Cellule (100) selon la revendication 9, l'aimant (140) étant agencé du côté de la cathode émettrice (122) éloigné de l'espace de transfert d'électrons (129).10. Cell (100) according to claim 9, the magnet (140) being arranged on the side of the emitting cathode (122) remote from the electron transfer space (129). 11.- Cellule (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la cathode émettrice (122) comprend un substrat semi-conducteur (134) recouvert d'une couche semi-conductrice (136) apte à émettre des électrons par excitation thermique et photonique, notamment d'une couche de nitrure de gallium, et une couche d'absorption (132) de radiation infrarouge.11. Cell (100) according to any one of the preceding claims, wherein the emitting cathode (122) comprises a semiconductor substrate (134) covered with a semiconductor layer (136) capable of emitting electrons by thermal and photonic excitation, in particular of a layer of gallium nitride, and an absorption layer (132) of infrared radiation. 12.- Cellule (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, la cellule (100) définissant une enceinte (106) accueillant le convertisseur photo-thermo- voltaïque (108), ladite enceinte (106) étant remplie d'un gaz inerte ou essentiellement inerte (G) à une pression entre 0,1 et 10 kPa.12. Cell (100) according to any one of the preceding claims, the cell (100) defining an enclosure (106) accommodating the photo-thermo-voltaic converter (108), said enclosure (106) being filled with a gas inert or substantially inert (G) at a pressure between 0.1 and 10 kPa. 13.- Générateur d'électricité (200) comprenant une cellule (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes et un concentrateur de radiation solaire (204), notamment une lentille de Fresnel ou un miroir parabolique, dans lequel la cellule (100) est munie d'une fenêtre (116) d'illumination de la cathode émettrice (122), et dans lequel la cellule (100) est agencée par rapport au concentrateur (204) de telle manière à ce que le concentrateur (204) puisse illuminer la cathode émettrice (122) à son point focal (F) à travers ladite fenêtre d'illumination (116).13. An electricity generator (200) comprising a cell (100) according to any one of the preceding claims and a solar radiation concentrator (204), in particular a Fresnel lens or a parabolic mirror, wherein the cell (100) ) is provided with a window (116) for illuminating the emitting cathode (122), and wherein the cell (100) is arranged with respect to the concentrator (204) so that the concentrator (204) can illuminating the emitting cathode (122) at its focal point (F) through said illumination window (116). 14.- Procédé de génération d'un courant électrique par insolation d'une cellule (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant les étapes consistant à : a) établir une pression de travail entre 0,1 et 10 kPa dans la cellule (100) ; b) introduire un gaz inerte ou essentiellement inerte (G) dans l'espace de transfert d'électrons (129) ; c) lancer le générateur de plasma (120), ionisant ainsi ledit gaz (G) dans l'espace de transfert d'électrons (129) ; et d) exposer la cathode émettrice (122) à un rayonnement ultraviolet-visibleinfrarouge (R).14. A method of generating an electric current by insolation of a cell (100) according to any one of the preceding claims, comprising the steps of: a) establishing a working pressure between 0.1 and 10 kPa in the cell (100); b) introducing an inert or substantially inert gas (G) into the electron transfer space (129); c) starting the plasma generator (120), thereby ionizing said gas (G) in the electron transfer space (129); and d) exposing the emitting cathode (122) to ultraviolet-visible infrared (R) radiation. 15.- Procédé selon la revendication 14, comprenant en outre l'étape consistant à éteindre le générateur de plasma (120) lorsque la cellule (100) a atteint un régime d'ionisation du gaz (G) par courant électrique.The method of claim 14, further comprising the step of extinguishing the plasma generator (120) when the cell (100) has reached a gas ionization rate (G) by electric current. 16.- Procédé selon la revendication 14 ou 15, dans lequel le gaz (G) contient des traces de césium vaporisé.16. A process according to claim 14 or 15, wherein the gas (G) contains traces of vaporized cesium.
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