FR3067619A1 - Buse d'ejection configuree pour projeter un fluide sous la forme d'un jet convergent - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une buse d'éjection configurée pour projeter un fluide sous la forme d'un jet convergent. Pour cela, l'invention propose une buse d'éjection (100) comprenant un corps de buse (110) délimitant un passage (112) entre une extrémité amont (114) et une extrémité aval (116) de la buse. Le passage (112) délimite plusieurs chambres alignées selon un axe longitudinal (118), dont une chambre d'entrée (120), une première chambre intermédiaire (150) s'élargissant en direction de l'extrémité aval (116), et une chambre de sortie (160) de forme cylindrique dans laquelle débouche la première chambre intermédiaire (150). La chambre de sortie (160) prolonge la forme délimitant la plus grande section transversale de la première chambre intermédiaire (150) et la longueur de la chambre de sortie (160) est inférieure à 1 mm.

Description

Domaine technique [01] La présente invention concerne une buse d'éjection d'un fluide et plus particulièrement d'un gaz. Dans une application préférée, mais non exclusive, l'invention se rapporte à un dispositif d'éjection comprenant une telle buse pour éjecter un gaz dans une enceinte. Dans un mode de réalisation particulier, l'invention concerne une source de particules à forte énergie comprenant ledit dispositif d'éjection.

État de la technique [02] Une voie prometteuse pour la réalisation de sources de particules à forte énergie, notamment à usage thérapeutique, consiste à faire interagir un faisceau laser de forte puissance avec de la matière afin de générer des particules à forte énergie cinétique, de type rayons X ou rayons gamma.

[03] Pour optimiser le rendement de la source de particules, la matière doit être placée dans la zone de focalisation du faisceau laser. On opte généralement pour l'utilisation d'une cible solide qui offre l'avantage de permettre de contrôler précisément la position de la matière par rapport au faisceau laser. Les réglages de focalisation du faisceau laser sur la matière s'en trouvent alors facilité.

[04] Toutefois, l'utilisation d'une cible solide nécessite l'utilisation d'une quantité de matière conséquente pour obtenir une cible de densité suffisante. D'autre part, la focalisation du faisceau laser sur la cible entraîne localement une consommation rapide de matière et donc une usure irrégulière de la cible. Il s'avère alors nécessaire de déplacer fréquemment la cible afin d'uniformiser son usure. Cela implique des manipulations fastidieuses qui sont susceptibles de modifier la position de la cible par rapport au point de focalisation du faisceau laser et donc la puissance de la source de particules. De plus, le temps de déplacement ou de repositionnement de la cible solide induit un certain temps de cycle.

[05] Au vu de ces diverses contraintes, une alternative consiste à faire interagir le faisceau laser avec de la matière sous forme gazeuse. Cette alternative est nettement plus économique en raison de la quantité bien moindre de matière nécessaire. Elle offre également l'avantage de pouvoir utiliser, à température ambiante, une plus grande variété d'éléments chimiques. Néanmoins, la densité d'interaction entre un faisceau laser et une cible gazeuse est nettement moindre qu'avec une cible solide. C'est pourquoi l'utilisation d'une cible solide est de nos jours privilégiée pour réaliser des sources de particules de forte puissance, en dépit des inconvénients mentionnés ci-dessus.

[06] Les inventeurs souhaitent donc proposer une buse d'éjection d'un fluide, permettant d'augmenter localement la densité du fluide projeté par la buse d'éjection, de manière à optimiser les interactions entre le fluide et un faisceau laser.

Description de l'invention [07] Pour cela, l'invention propose une buse d'éjection d'un fluide comprenant un corps de buse, traversé entre une extrémité amont et une extrémité aval par un passage, délimitant plusieurs chambres alignées selon un axe longitudinal. Par les termes « amont » et « aval », on entend un sens privilégié d'écoulement d'un fluide à travers la buse d'éjection. Le passage délimite une chambre d'entrée, une première chambre intermédiaire s'élargissant en direction de l'extrémité aval du corps de buse, et une chambre de sortie de forme cylindrique dans laquelle débouche la première chambre intermédiaire. La chambre d'entrée délimite en amont la section d'entrée de la buse tandis que la chambre de sortie délimite en aval la section de sortie de la buse.

[08] L'invention se caractérise en ce que la chambre de sortie prolonge la forme délimitant la plus grande section transversale de la première chambre intermédiaire, et en ce que la longueur de la chambre de sortie est inférieure à 1 mm. Par le terme « longueur », on entend une dimension mesurée selon l'axe longitudinal.

[09] Les inventeurs ont constaté que cet agencement particulier de la première chambre intermédiaire avec la chambre de sortie permet avantageusement d'éjecter un fluide de la chambre de sortie selon un écoulement de forme convergente. Plus précisément, le fait que la chambre de sortie prolonge la forme délimitant l'extrémité de la première chambre intermédiaire permet à un fluide s'écoulant de façon divergente à la sortie de la première chambre intermédiaire de « ricocher » ou de se « réfléchir » sur la paroi interne de la chambre de sortie. Ce phénomène de ricochet favorise la convergence du fluide, ce qui permet de concentrer progressivement et de façon contrôlée le fluide le long de sa direction d'écoulement, à l'extérieur de la chambre de sortie, jusqu'à une zone extrême dans laquelle la densité du fluide est maximale. Dans cette zone extrême, la densité de fluide peut être de l'ordre de 10²¹ atomes par cm³.

[10] Autrement dit, une buse d'éjection selon l'invention permet de confiner précisément un fluide ou un gaz, dans un volume nettement plus petit que la chambre de sortie et situé à distance de l'extrémité aval de la buse. Pour un même débit de fluide s'écoulant de la buse d'éjection, la position de cette zone extrême ne varie pas ou bien très légèrement au cours du temps, de sorte que la buse d'éjection selon l'invention facilite les réglages de focalisation d'un faisceau laser sur le fluide éjecté, de préférence au niveau de la zone extrême.

[11] De façon avantageuse, une buse d'éjection selon l'invention permet de former une zone extrême qui forme une cible gazeuse nettement plus dense et présentant des gradients (densité de gaz le long de sa propagation) plus raides par rapport à l'état de la technique, favorisant ainsi un couplage plus efficace (conversion d'énergie quasi totale) avec un faisceau laser de forte puissance. Afin que cette zone extrême se situe en dehors de la buse d'éjection, la chambre de sortie à une longueur inférieure à 1 mm. Il est à noter que le phénomène de convergence du fluide ou gaz de matière décrit ci-dessus n'est plus significatif lorsque la longueur de la chambre de sortie est supérieure à 250300pm. Dans ces cas en effet, la zone de recompression du fluide se trouve trop proche de la sortie de la buse, si bien que le laser peut lécher la buse et ablater sa surface.

[12] Les inventeurs ont pu observer qu'il est préférable que la chambre de sortie ait une longueur minimale pour permettre à ce phénomène de « ricochet » d'être suffisamment significatif pour faire converger le jet de fluide ou de gaz, à l'extérieur de la buse d'éjection. De préférence, la longueur minimale de la chambre de sortie est égale ou supérieure à 100 pm.

[13] D'autre part, afin de limiter une usure précoce de l'extrémité aval de la buse d'éjection, par exemple par l'énergie émise due à l'interaction du jet de gaz avec un faisceau laser de forte puissance, il est préférable que la chambre de sortie soit la plus courte possible de sorte à éloigner cette zone d'interaction ou plasma de l'extrémité aval de la buse d'éjection. Afin de satisfaire ces deux conditions mentionnées ci-dessus, les inventeurs proposent que la longueur de la chambre de sortie soit comprise entre 100 pm et 200 pm, de préférence de l'ordre de 150 pm. Bien entendu, ces longueurs indicatives peuvent être adaptées en fonction des autres dimensions de la buse d'éjection, de la nature du fluide s'écoulant à travers la buse, de son débit et de la puissance du faisceau laser.

[14] Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la section transversale de la chambre de sortie est sensiblement identique à la plus grande section transversale de la première chambre intermédiaire. En d'autres termes, la jonction entre la première chambre intermédiaire et la chambre de sortie ne comporte pas de bord susceptible de dévier l'écoulement d'un fluide de la première chambre intermédiaire dans la chambre de sortie. De préférence, la section transversale de la chambre de sortie est identique à la plus grande section de la première chambre intermédiaire afin d'amplifier le phénomène de « ricochet » du fluide sur la paroi interne de la chambre de sortie et, ainsi, obtenir un jet de gaz convergent plus étroit à l'extérieur de la buse d'éjection.

[15] Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la première chambre intermédiaire s'élargit selon au moins une direction transversale à l'axe longitudinal. En d'autres termes, la forme délimitée par une section transversale de la première chambre intermédiaire dont la hauteur et la largeur peuvent être différentes. La forme délimitée par une section transversale de la première chambre intermédiaire peut alors être rectangulaire ou elliptique.

[16] Selon une variante de réalisation préférée de l'invention, la section de passage augmente le long de l'axe longitudinal. La forme délimitée par une section transversale de la première chambre intermédiaire peut alors être circulaire.

[17] Selon une alternative préférée, la première chambre intermédiaire forme un cône tronqué dont la génératrice délimite avec l'axe longitudinal, un angle dont la valeur est comprise entre 5° et 50°. La plus grande base du cône tronqué débouche directement dans la chambre de sortie. Les inventeurs ont pu constater que la valeur de cet angle influence sur la concentration du fluide le long de son écoulement à l'extérieur de la buse d'éjection. En effet, une valeur d'angle tendant vers 5° favorise une densité plus faible de matière en sortie de la buse, la densité de matière le long de son écoulement et une direction radiale au jet de matière décroît nettement plus rapidement jusqu'à la zone extrême. À l'inverse, une valeur d'angle tendant vers 45° favorise une zone extrême moins dense en matière, mais la densité de matière le long de l'écoulement du jet de matière et une direction radiale au jet décroît nettement moins rapidement jusqu'à la zone extrême. Ainsi, en fonction de la valeur de l'angle choisie, une buse d'éjection selon l'invention permet de contrôler précisément la densité de matière dans la zone extrême ainsi que l'angle de convergence du jet de matière jusqu'à la zone extrême.

[18] Une valeur d'angle de l'ordre de 45° est toutefois privilégiée par les inventeurs, afin de permettre la réalisation à l'aide de techniques d'usinage connues et à faible coût, d'une première chambre intermédiaire de faibles dimensions comportant peu ou pas d'aspérité au niveau de sa paroi interne. L'absence d'aspérité sur la paroi interne de la première chambre intermédiaire favorise un jet de matière mieux contrôlé à l'extérieur de la buse d'éjection et donc une convergence plus précise dudit jet.

[19] Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la valeur du rapport entre la plus petite largeur de la chambre de sortie et la longueur du passage, délimité par la première chambre intermédiaire et la chambre de sortie, est égale ou supérieure à 1, de préférence égale ou supérieure à 1,2. La valeur de ce rapport permet à la première chambre intermédiaire d'avoir une longueur suffisante pour former un jet de matière divergent relativement stable à la sortie de ladite chambre. De préférence, afin de réduire l'encombrement de la buse d'éjection tout en préservant ses qualités de convergence d'un jet de matière à l'extérieur de ladite buse, la valeur de ce rapport est comprise entre 1,5 et 5.

[20] Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, la plus petite dimension de la section transversale de la chambre de sortie est égale ou inférieure à 500 pm, de préférence de l'ordre de 400 pm. Les inventeurs ont constaté que cela permet aux phénomènes de ricochet du fluide sur la paroi interne de la chambre de sortie d'être suffisamment significatifs pour assurer la convergence du jet de matière à l'extérieur de la buse d'éjection. Il est à noter que le phénomène de convergence du jet de gaz décrit cidessus n'est plus significatif lorsque la largeur de la chambre de sortie est supérieure à 900pm. Dans ce cas, si une recompression peut être observée, le gradient transverse du jet à la hauteur de la recompression n'est pas assez élevé pour assurer un couplage laserplasma efficace en énergie au niveau du choc. L'intérêt de l'invention est donc fortement réduit dans ce cas particulier.

[21] Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le passage délimite une deuxième chambre intermédiaire dans laquelle débouche la chambre d'entrée et dont la section de passage rétrécit en direction de l'extrémité aval du corps de buse. Le rétrécissement de la deuxième chambre intermédiaire permet avantageusement d'augmenter la pression du fluide avant son passage dans la première chambre intermédiaire.

[22] Selon une variante de réalisation de l'invention, le passage délimite également une troisième chambre intermédiaire, reliant la deuxième chambre intermédiaire à la première chambre intermédiaire et dont la forme est cylindrique. De préférence, afin d'être de longueur suffisante pour permettre une homogénéisation du flux de gaz préalablement à sa détente dans la première chambre intermédiaire, tout en limitant l'encombrement de la buse d'éjection, la longueur de la troisième chambre intermédiaire est comprise entre 100 pm et 500 pm, de préférence elle est de l'ordre de 250 pm.

[23] Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, toutes les sections transversales des chambres délimitant le passage sont de forme identique, de préférence circulaire, ovale ou rectangulaire.

[24] Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la distance entre l'extrémité amont et l'extrémité aval de la buse est comprise entre 5 mm et 30 mm, de préférence de l'ordre de 15 mm.

[25] Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation mentionnées ci-dessus peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.

[26] L'invention porte également sur un dispositif d'éjection d'un fluide comprenant une buse d'éjection telle que décrite ci-dessus, l'extrémité amont de la buse d'éjection est connectée fluidiquement à une chambre d'alimentation en fluide, de manière à permettre l'éjection d'un fluide présent dans la chambre d'alimentation par la chambre de sortie.

[27] Selon une variante de réalisation, le dispositif d'éjection comporte également un moyen de contrôle du débit du fluide s'écoulant à travers la buse d'éjection, comme une électrovanne.

[28] Selon une autre variante de réalisation, le dispositif d'éjection comprend un moyen de mise en pression du fluide dans la chambre d'alimentation. De préférence, le moyen de mise en pression est configuré pour permettre qu'un fluide présent dans la chambre d'alimentation à température ambiante, puisse être pressurisé entre 100 et 1000 bars, de préférence de l'ordre de 300 bars de pression.

[29] Selon une alternative, la chambre d'alimentation comprend des moyens de refroidissement permettant de refroidir la température du fluide présent dans la chambre d'alimentation. Les moyens de refroidissement permettent de contrôler précisément la température d'un fluide éjecté de la buse d'éjection. De préférence, les moyens de refroidissement comprennent au moins un échangeur thermique configuré pour refroidir l'intérieur de la chambre d'alimentation à l'aide d'un fluide frigorifique de type azote liquide. Les moyens de refroidissement permettent d'abaisser l'énergie thermique de la matière contenue dans le fluide afin de produire une plus grande densité et un meilleur couplage en énergie avec un faisceau laser focalisé sur le fluide éjecté par la buse d'éjection.

[30] L'invention porte aussi sur une source de particules à forte énergie comprenant un dispositif d'éjection tel que décrit ci-dessus, une source laser et des moyens de focalisation d'un faisceau laser émis par la source laser, de manière à focaliser le faisceau laser dans une zone extrême dans laquelle la densité de fluide éjecté par la buse d'éjection est maximale. De préférence, la source laser est une source laser de forte puissance, c'est-à-dire de puissance crête de quelques térawatts à plusieurs pétawatts. Ainsi, l'invention propose une source de particules à forte énergie, focalisant un faisceau laser sur un gaz projeté par la buse d'éjection, dont la puissance et le rendement sont bien meilleurs à ce qu'ils ne seraient pour un simple jet de gaz non structuré.

Description des figures [31] Par ailleurs, diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent de la description ci-dessous, effectuée en référence aux dessins qui illustrent une forme non limitative de réalisation d'une buse d'éjection conforme à l'invention :

- la figure 1 représente une vue en perspective d'une buse d'éjection selon l'invention ;

- la figure 2 représente une coupe transversale de la buse d'éjection illustrée à la figure 1 ;

- la figure 3 représente une zone agrandie A d'une buse d'éjection illustrée à la figure 2 ;

- les figures 4A à 4C représentent des mesures de densité d'un flux d'azote projeté par une buse d'éjection illustrée à la figure 1 ;

- les figures 5A à 5C représentent des mesures de densité d'un flux d'azote projeté par un autre exemple de buse d'éjection selon l'invention ;

- la figure 6 représente une source de particules à forte énergie comprenant une buse d'éjection illustrée aux figures 1 à 3.

Description détaillée de l'invention [32] Pour rappel, l'invention vise à offrir une buse d'éjection d'un fluide, permettant d'augmenter localement la densité du fluide projeté par la buse d'éjection, de manière à optimiser les interactions entre le fluide et un faisceau laser. L'invention vise également à proposer une source de particules à forte énergie, focalisant un faisceau laser sur un gaz projeté par la buse d'éjection, qui soit de plus forte puissance et de meilleur rendement.

[33] Comme illustré à la figure 1, une buse d'éjection 100 selon l'invention comprend un corps de buse 110 délimitant un passage 112 s'étendant entre une extrémité amont 114 et une extrémité aval 116 de la buse. Plus précisément, les extrémités amont et aval sont délimitées par deux faces opposées de la buse d'éjection. Pour rappel, par les termes « amont » et « aval », on entend le sens d'écoulement d'un fluide à travers la buse d'éjection 100.

[34] Comme illustré aux figures 2 et 3, le passage 112 est délimité par plusieurs chambres alignées selon un axe longitudinal 118. Les différentes chambres composant le passage 112 sont présentées dans leur ordre d'agencement de l'extrémité amont 114 à l'extrémité aval 116. Le passage 112 est délimité par une chambre d'entrée 120 dont la paroi interne 122 délimite un cylindre droit s'étendant entre une ouverture 124 débouchant au niveau de l'extrémité amont 114 de la buse d'éjection 100, et une ouverture 134 débouchant dans une deuxième chambre intermédiaire 130.

[35] Comme illustré à la figure 3, la deuxième chambre intermédiaire 130 est délimitée par une paroi interne 132 définissant un tronc de cône circulaire droit s'étendant entre l'ouverture 124 formant sa plus grande base, et une ouverture 134 définissant sa petite base. L'ouverture 134 présente une section de passage de forme circulaire dont le diamètre est compris entre 30pm et 500pm. Selon le présent exemple, la valeur de ce diamètre est égale à 200 pm. La génératrice définissant la paroi interne 132 forme avec l'axe longitudinal 118 un angle a compris entre 10° et 60°. Selon le présent exemple, la valeur de cet angle est de 59°.

[36] L'ouverture 134 est commune à une troisième chambre intermédiaire 140 dont la paroi interne 142 définit un cylindre droit s'étendant jusqu'à une ouverture 144 de forme circulaire et dont le diamètre est identique à l'ouverture 134. La longueur de la troisième chambre intermédiaire 140 est comprise entre 0 pm et 500 pm. Par le terme «longueur», on entend une dimension colinéaire à l'axe longitudinal 118. Selon le présent exemple, la longueur de la troisième chambre intermédiaire 150 est égale à 240 pm.

[37] L'ouverture 144 débouche dans une première chambre intermédiaire 150 dont la paroi interne 152 délimite un tronc de cône circulaire droit dont la petite base est délimitée par l'ouverture 144. La plus grande base de la première chambre intermédiaire 150 forme une ouverture 154 débouchant dans une chambre de sortie 160. Les ouvertures 144 et 154 sont séparées d'une distance comprise entre 300 pm et 1 mm. Selon le présent exemple, cette distance est égale à 570 pm. La génératrice définissant la paroi interne 152 forme avec l'axe longitudinal 118 un angle β compris entre 5° et 45°. Selon le présent exemple, la valeur de cet angle est de 10°.

[38] La chambre de sortie 160 est délimitée par une paroi interne 162 définissant un cylindre droit s'étendant entre l'ouverture 154 et une ouverture 164 débouchant sur l'extrémité aval 116 de la buse d'éjection. La paroi 162 forme un angle droit avec une face extérieure 117 délimitant l'extrémité aval 116 de la buse d'éjection 100. Les ouvertures 154 et 164 présentent des sections circulaires dont le diamètre est compris entre 100 pm et 900 pm. Selon le présent exemple, le diamètre de ces ouvertures est égal à 400 pm. La longueur de la chambre de sortie 160 délimitée par lesdites ouvertures est comprise entre 100 pmet 250 pm. Selon le présent exemple, cette distance est égale à 150 pm.

[39] Les chambres décrites ci-dessus sont alignées avec l'axe longitudinal 118 de manière à former un passage rectiligne dont la section varie le long dudit passage 112. Le corps de buse 110, délimitant le passage 112, est réalisé à partir d'un alliage métallique comme de l'acier inoxydable ou composite.

[40] Les figures 4A à 4C illustrent à présent des mesures de densité d'un flux d'azote s'écoulant de la buse d'éjection 100 à une pression de 400 bars. Les mesures figurant sur les figures 4A à 4C ont été réalisées à l'aide d'un capteur commercialisé sous la référence « SID4-Density » par la société « Phasics », couplé à un dispositif de traitement « SL-GT10 » commercialisé par le demandeur dont les caractéristiques sont décrites plus précisément au lien suivant : http://www.sourcelab-plasma.com/sourcelab-products/gastargetry/. L'axe des abscisses présent entre les figures 4A et 4B indique l'écartement de la cible par rapport à l'axe longitudinal 118 et l'axe des ordonnées présent sur les figures 4A et 4C indique la distance parcourue par le jet de matière depuis la face extérieure 117 de la buse d'éjection 100. Ces mesures démontrent que la buse d'éjection 100 décrite cidessus permet avantageusement de contrôler précisément à l'extérieur de la buse d'éjection, la densité de matière le long de l'écoulement du fluide (voir figure 4C) et selon une direction transverse à cet écoulement (voir figure 4B), ainsi que l'angle de convergence de cet écoulement jusqu' à une zone extrême 119.

[41] Les figures 5A à 5C illustrent des mesures de densité d'un flux d'azote réalisées dans les mêmes conditions que pour les figures 4A à 4C, à la sortie d'une buse d'éjection se distinguant de l'exemple précédent en ce que la valeur de l'angle β est égale à 45°. Ces mesures montrent la possibilité de modifier la densité de matière le long de l'écoulement du fluide (voir figure 5C) et selon une direction transverse à cet écoulement (voir figure 5B), ainsi que l'angle de convergence de cet écoulement jusqu' à une zone extrême 119 en faisant notamment varier la valeur de l'angle β. Plus précisément, en augmentant la valeur de l'angle β par rapport à l'exemple décrit ci-dessus, on favorise un angle de convergence plus faible du jet de matière en direction de la zone extrême 119 ce qui permet également d'éloigner cette zone extrême 119 à une plus grande distance de la buse d'éjection afin de prévenir d'une usure prématurée de la buse par le faisceau laser et/ou le plasma généré par ledit faisceau au niveau de la zone extrême.

[42] Il est à noter que l'exemple décrit ci-dessus n'est pas limitatif de sorte qu'il est envisageable de réaliser d'autres modes de réalisation non décrits, dans lesquels la deuxième et/ou la troisième chambre intermédiaire ne sont pas présentes. Autrement dit, la chambre d'entrée 120 peut déboucher directement dans la première chambre intermédiaire 150 ou dans la troisième chambre intermédiaire 140, sans que cela modifie de façon significative les résultats décrits ci-dessus.

[43] L'invention porte également sur une source de particules 200 à forte énergie illustrée à la figure 6. La source de particules 200 comprend un dispositif d'éjection 210 comportant une chambre d'alimentation 212 en gaz. La chambre d'alimentation peut être mise sous pression ou bien connectée fluidiquement à un compresseur (non représenté sur les figures) pour maintenir une pression constante dans ladite chambre. Une extrémité 214 de la chambre d'alimentation est connectée fluidiquement avec l'ouverture 124 d'une buse d'éjection 100 décrite ci-dessus, de manière à permettre l'écoulement d'un gaz 216 contenu dans la chambre d'alimentation à travers le passage 112 formé par la buse d'éjection 100. La chambre d'alimentation 212 comprend des moyens de refroidissement 218 permettant de refroidir la température du gaz 216 présent dans la chambre d'alimentation 212. Selon le présent exemple, les moyens de refroidissement 218 désignent un échangeur thermique dans lequel circule un fluide frigorifique 219 de type azote liquide.

[44] La source de particules 200 comprend également une source laser 220 et des moyens de focalisation 222 d'un faisceau laser 224 émis par la source laser 220, de manière à focaliser le faisceau laser 224 dans une zone extrême 226 dans laquelle se concentre le gaz 216 éjecté par la buse d'éjection 100 à une densité de l'ordre de 10²¹ atomes par cm³. Selon le présent exemple, le gaz 216 contenu dans la chambre d'alimentation 212 est de l'hélium ou de l'hydrogène typiquement. Le gaz 216 est maintenu à une pression de l'ordre de 300 bars avant de s'écouler à travers la buse d'éjection 100. La source laser 220 est de puissance crête de de quelque térawatt à plusieurs pétawatts. Les moyens de focalisation sont configurés pour focaliser le faisceau laser 224 émis par la source laser 220 dans la zone 226 extrême où la densité de gaz 216 est la plus importante devant l'extrémité aval 116 de la buse d'éjection 100 (voir également figures 4A à 4C). Ainsi, la source de particules 200 est apte à émettre des particules 228 de forte énergie de quelques centaines de keV à plusieurs dizaines de MeV. [45] L'invention propose ainsi un nouveau type de buse d'éjection d'un fluide, plus précisément d'un gaz, permettant de concentrer le gaz dans une zone confinée et fixe au cours du temps, afin d'augmenter la puissance ainsi que le rendement d'une source de particules à forte énergie, focalisant un laser de forte puissance sur une cible de matière sous forme gazeuse.

Claims (15)

1. Buse d'éjection (100) d'un fluide comprenant un corps de buse (110), traversé entre une extrémité amont (114) et une extrémité aval (116) par un passage (112) délimitant plusieurs chambres alignées selon un axe longitudinal (118), dont une chambre d'entrée (120), une première chambre intermédiaire (150) s'élargissant en direction de l'extrémité aval (116), et une chambre de sortie (160) de forme cylindrique dans laquelle débouche la première chambre intermédiaire (150), caractérisée en ce que la chambre de sortie (160) prolonge la forme délimitant la plus grande section transversale de la première chambre intermédiaire (150), et en ce que la longueur de la chambre de sortie (160) est inférieure à 1 mm.

2. Buse d'éjection (100) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la section transversale de la chambre de sortie (160) est identique ou supérieure à la plus grande section transversale de la première chambre intermédiaire (150).

3. Buse d'éjection (100) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la première chambre intermédiaire (150) s'élargit selon au moins une direction transversale à l'axe longitudinal (118).

4. Buse d'éjection (100) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la section de passage de la première chambre intermédiaire (150) s'élargit le long de l'axe longitudinal (118).

5. Buse d'éjection (100) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la première chambre intermédiaire (150) forme un cône tronqué dont la génératrice délimite avec l'axe longitudinal (118), un angle (β) dont la valeur est comprise entre 5° et 50°.

6. Buse d'éjection (100) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la valeur du rapport entre la plus petite largeur de la chambre de sortie (160) et la longueur du passage (112), délimité par la première chambre intermédiaire (150) et la chambre de sortie (160), est égale ou inférieure à 1,1.

7. Buse d'éjection selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la plus petite dimension d'une section transversale de la chambre de sortie (160) est égale ou inférieure à 500 pm

8. Buse d'éjection (100) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le passage (112) délimite une deuxième chambre intermédiaire (130) dans laquelle débouche la chambre d'entrée (120) et dont la section de passage rétrécit en direction de l'extrémité aval (116) du corps de buse (110).

9. Buse d'éjection (100) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le passage (112) délimite une troisième chambre intermédiaire (140), reliant la deuxième chambre intermédiaire (130) à la première chambre intermédiaire (150) et dont la forme est cylindrique.

10. Buse d'éjection (100) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la longueur de la troisième chambre intermédiaire (140) est comprise entre 100 pm et 500 pm.

11. Buse d'éjection (100) selon la revendication 9 ou 10, caractérisée en ce que toutes les sections transversales des chambres délimitant le passage (112) sont de forme identique, de préférence circulaire, ovale ou rectangulaire.

12. Buse d'éjection (100) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la distance entre l'extrémité amont (114) et l'extrémité aval (116) de la buse d'éjection (100) est comprise entre 5 mm et 30 mm, de préférence de l'ordre de 15 mm.

13. Dispositif d'éjection (210) d'un fluide comprenant une buse d'éjection (100) selon l'une des revendications précédentes, l'extrémité amont (114) de la buse d'éjection est connectée fluidiquement à une chambre d'alimentation (212) en fluide, de manière à permettre l'éjection d'un fluide (216) présent dans la chambre d'alimentation (212) par la chambre de sortie (160).

14. Dispositif d'éjection (210) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le dispositif d'éjection comporte un moyen de contrôle du débit du fluide s'écoulant à travers la buse d'éjection.

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15. Source de particules (200) à forte énergie comprenant un dispositif d'éjection (210) selon la revendication 13 ou 14, et une source laser (220) et des moyens de focalisation (222) d'un faisceau laser (224) émis par la source laser (220) de manière à focaliser le faisceau laser (224) dans une zone extrême (226) dans laquelle la densité de fluide éjecté par la buse d'éjection (100) est maximale.