WO2014019929A1 - Reacteur et procede pour la mise en oeuvre d'une reaction de fusion nucleaire - Google Patents

Reacteur et procede pour la mise en oeuvre d'une reaction de fusion nucleaire Download PDF

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WO2014019929A1
WO2014019929A1 PCT/EP2013/065703 EP2013065703W WO2014019929A1 WO 2014019929 A1 WO2014019929 A1 WO 2014019929A1 EP 2013065703 W EP2013065703 W EP 2013065703W WO 2014019929 A1 WO2014019929 A1 WO 2014019929A1
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WO
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bubble
atomic
heat transfer
transfer liquid
laser pulse
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/065703
Other languages
English (en)
Inventor
François BAYARD
Jean-Eric DUCRET
Original Assignee
Université Lyon 1 Claude Bernard
Centre National De La Recherche Scientifique
Ecole Sup Chimie Phys Electroniq Lyon (Cpe Lyon)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives
Université De Bordeaux 1
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Université Lyon 1 Claude Bernard, Centre National De La Recherche Scientifique, Ecole Sup Chimie Phys Electroniq Lyon (Cpe Lyon), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives, Université De Bordeaux 1 filed Critical Université Lyon 1 Claude Bernard
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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21B—FUSION REACTORS
    • G21B3/00—Low temperature nuclear fusion reactors, e.g. alleged cold fusion reactors
    • G21B3/006—Fusion by impact, e.g. cluster/beam interaction, ion beam collisions, impact on a target
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/10—Nuclear fusion reactors

Definitions

  • the invention relates to a reactor and a method for carrying out a nuclear fusion reaction.
  • Inertial confinement fusion techniques are known in which nuclear fusion reactions are, for example, triggered by laser irradiation and heating of a target of millimeter size comprising a mixture of the first and second atomic elements.
  • Such techniques are the subject of research in dedicated facilities, such as the Laser Megajoule in France or the National Ignition Facility at the Lawrence Livermore National Laboratory (USA). This research aims to reach a phase in which the heat released by the nuclear fusion reactions is sufficient to self-sustain these reactions (Lawson's criterion).
  • a nuclear fusion reaction is typically triggered by applying a femtosecond laser pulse to aggregates, including the first and second atomic elements.
  • This laser pulse makes it possible to drive the electrons away from the atoms of the first and / or second atomic elements of this gaseous medium, so as to form a plasma.
  • the atomic nuclei of these ionized atoms are then mutually subjected to Coulomb repulsion forces. These repulsive forces are high enough to accelerate these atomic nuclei away from each other: this is the Coulomb explosion.
  • a nuclear fusion reaction then occurs, if atomic nuclei of the first and second atomic elements collide with a sufficiently high energy.
  • This technique locates the nuclear reaction at well-defined sites, as do catalysts for chemical reactions. It thus makes it possible to envisage a nuclear fusion reactor of simplified design ("table-top nuclear fusion "in English), intended for laboratory experiments or for the production of energy.
  • the first and second atomic elements are both deuterium, in the form of atomic aggregates in a jet of gas. These aggregates are irradiated by a femtosecond laser pulse, in order to trigger nuclear fusion reactions between atomic nuclei of deuterium. The result of these reactions is a release of energy and the emission of a neutron flux.
  • Such an example of aneutronic reaction is the nuclear reaction p + 11 B ⁇ 3 4 He + 8.7 MeV, known and studied in nuclear physics for a long time and whose implementation in the mechanism of the Coulomb explosion is described by example, in the article by Isidore Last et al., "Aneutronic H + 11B nuclear fusion driven by Coulomb explosion of hydrogen nanodroplets" Physical Review A, vol. 83, p. 043202, April 201 1.
  • a femtosecond laser pulse is applied to a cloud of suspended droplets comprising hydrogen atoms. This laser pulse triggers a Coulomb explosion, which leads to the acceleration of nuclei of hydrogen atoms.
  • the invention aims to solve this drawback.
  • the invention thus relates to a reactor according to claim 1.
  • the first and second atomic elements acting as reagents By placing the first and second atomic elements acting as reagents inside the coolant, it is possible to obtain a higher concentration of reagents than in a gaseous medium. This therefore makes it possible to obtain a density that is sufficient to carry out fusion reactions.
  • the bubble makes it possible to form, inside this liquid, a sparse medium in which a Coulomb explosion can be triggered. It is therefore no longer necessary to use an extremely tight enclosure to confine the first elements.
  • the liquid also makes it possible to simply evacuate, outside the reactor, the heat created.
  • Embodiments of the invention may include one or more of the features of dependent claims 2 to 12.
  • the covalent bonds make it possible to limit the disaggregation of the nanoparticles in the gaseous medium during the formation of the bubble in response to the first irradiation, which makes it possible to maintain in the gaseous medium a concentration of first and second elements that is sufficiently high to then allow the triggering of the Coulomb explosion.
  • the invention also relates to a method according to claim 13.
  • Embodiments of the invention may include the features of dependent claims 14 and 15.
  • FIG. 1 schematically illustrates a reactor for carrying out a nuclear fusion reaction
  • FIG. 2 schematically illustrates a nanoparticle contained in the heat-transfer liquid of FIG. 1;
  • FIG. 3 diagrammatically illustrates a bubble created in the heat transfer liquid by the bubble generator of FIG. 1;
  • FIG. 4 diagrammatically illustrates another embodiment of the reactor of FIG. 1;
  • FIG. 5 diagrammatically illustrates part of another embodiment of the reactor of FIG. 1;
  • FIG. 6 is a flowchart of a method for carrying out a nuclear fusion reaction with the reactor of FIG. 1.
  • FIG. 1 schematically shows a reactor 2 for the implementation of a nuclear fusion reaction.
  • This reactor 2 comprises:
  • a laser source 8 capable of applying a femtosecond laser pulse to the liquid.
  • the liquid 4 contains first 10 and second 12 atomic elements, intended to serve as reagents for the nuclear fusion reaction. These elements 10 and 12 are present in the liquid 4.
  • the elements 10 and 12 are preferably elements allowing the implementation of an aneutronic nuclear fusion reaction.
  • aneutronic is meant for example that the fraction of energy released in the form of neutrons by the melting reaction and by subsequent melting sub-reactions is less than 1% of the total energy released by these reactions.
  • the element 10 is advantageously an isotope of hydrogen.
  • Element 12 is, for example, a member selected from the group consisting of boron isotopes, lithium isotopes and hydrogen isotopes.
  • the elements 10 and 12 are chosen in order to implement the following fusion reaction: H + 11 B ⁇ 3 4 He + 8.7 MeV.
  • the element 10 is hydrogen and the element 12 is the isotope 11 B of boron.
  • the elements 10 and 12 are combined inside nanoparticles 13 present in solution in the liquid 4.
  • nanoparticles are defined as particles that each have:
  • this diameter is here less than 1 ⁇ . Preferably, this diameter is between 8 nm and 500 nm.
  • interatomic bonds interconnecting the atoms forming these nanoparticles are here covalent bonds.
  • at least 60% or 70% or 80% or 90% of these interatomic bonds are covalent bonds.
  • interatomic bond here is meant a chemical bond between two atoms.
  • the nanoparticles 13 have a concentration in the liquid 4 greater than or equal to 10 9 or nanoparticles than 10 15 per liter, preferably greater than 10 18 nanoparticles per liter.
  • the liquid 4 is also able to collect heat released by the melting reaction and the heat transmitted by the laser. This collected heat is, for example, then discharged out of the reactor, so as to maintain the temperature of the liquid 4 under a threshold temperature. This collected heat can also be used to generate electricity.
  • the liquid 4 has a higher specific heat capacity than or equal to 1 Jg 1 .K 1, 2 Jg ".K 1" or 1 to 4 Jg 1 .K 1, at 25 ° C and a pressure of 10 5 Pa.
  • the liquid 4 is an aqueous solution, such as water.
  • the bubble generator 6 is able to create a bubble 14 in the heat transfer liquid, so that the bubble 14 contains a gaseous medium 15 containing at least the element 10.
  • the size of the bubble has been exaggerated to make it visible.
  • the element 10 is not drawn inside the bubble.
  • This bubble 14 is preferably created on the surface of the liquid 4.
  • the bubble 14 here has a shape of ellipsoid or globule.
  • the bubble 14 is here said to be on the surface of the liquid 4 if less than 60%, or less than 50%, or less than 30% of its diameter extends below the surface which separates the liquid 4 from a medium surrounding.
  • the generator 6 comprises a laser source 16.
  • This laser source 16 is adapted to apply, on the liquid 4, a laser pulse 17 to create the bubble 14, by locally evaporating the liquid 4.
  • the source 16 is able to emit a laser pulse 17 having a power greater than 10 8 W.cm -2 and, preferably, greater than 10 9 W.cm -2 .
  • the power of the pulse 17 is generally strictly less than 10 12 W.cm -2 or 10 14 W.cnrr 2 so that the majority of the medium inside the created bubble remains in a non-ionized state
  • This pulse 17 has an energy greater than 50 ⁇ , or preferably 100 ⁇ , typically this energy is less than 1 mJ.
  • the bubble 14 has a diameter typically less than or equal to 1 mm or ⁇ .
  • the source 16 is able to emit a laser beam with a diameter equal to 40 ⁇ , in order to be able to generate a bubble 14 which has a diameter less than or equal to 35 ⁇ , 25 ⁇ or 23 ⁇ .
  • This diameter of the bubble 14 is here adjusted according to focusing parameters of the laser beam emitted by the source 8.
  • the diameter of the bubble 14 is between 0.8 times and 1.4 times the Rayleigh length characteristic of the focusing of the laser beam of the source 8.
  • the diameter of the bubble 14 is between 0.9 times and 1, 1 times this length of Rayleigh.
  • the diameter of the bubble 14 is, for example, defined as the ferret diameter of the bubble 14.
  • the bubble 14 has a lifetime greater than or equal to 1 ⁇ or 2 ⁇ . This lifetime is here significantly less than 1 ms.
  • the laser source 8 is adapted to apply a femtosecond laser pulse 18 on the bubble 14, so as to trigger a Coulomb explosion in the medium 15. This Coulomb explosion accelerates atomic nuclei elements 10 to trigger the nuclear fusion reaction between the nuclei of elements 10 and 12.
  • the source 8 directs this pulse 18 on the bubble 14.
  • the pulse 18 here has a duration of between 10 fs and 100 fs. Preferably, this duration is less than or equal to 50fs.
  • This pulse 18 has here an intensity greater than or equal to 10 14 W.nm -2 , 10 16 W.cnrr 2 and, preferably, greater than or equal to 10 18 W.nm -2 .
  • the triggering of the Coulomb explosion is made possible in particular by the fact that the generator 6 allows the formation, within the liquid 4, of the bubble 14 containing the medium 15, this medium 15 being rarefied into molecules forming the liquid 4 but not in nanoparticles 13. Due to the rarefaction of these molecules in the medium 15, the absorption of the pulse 18 by molecules of the liquid 4 in the medium 15 is reduced, compared to the absorption of the same pulse directly by the liquid 4. This decrease allows this pulse 18 to be absorbed by nanoparticles 13 of the medium 15, to trigger the Coulomb explosion. This allows to handle the elements 10 and 12 in liquid solution, rather than in gaseous form or in the form of a suspension of droplets.
  • the laser source 8 is a titanium-sapphire laser ("Titanium: sapphire" in English).
  • This laser source 8 uses, for example, the so-called pulse-amplification laser amplification technique in order to generate laser pulses. typically having a duration of the order of a few tens of femtoseconds.
  • the laser sources 8 and 16 are configured so that the respective laser pulses 18 and 17 of these sources 8 and 16 are applied exactly to the same area of the liquid 4.
  • the reactor 2 comprises a splitter plate 20.
  • This blade 20 is capable of combining and superimposing the trajectories of the respective two pulses 18 and 17 to apply them at the same location on the surface of the liquid. 4.
  • This blade 20 is here located upstream of devices for amplifying and focusing the beams emitted by the sources 8 and / or 16.
  • FIG. 1 does not represent these devices or any other optical elements. to ensure optimum focusing of the laser beams on the surface of the liquid 4, which could be included in the reactor 2.
  • the reactor 2 comprises a programmable control device.
  • This device 30 is particularly suitable for controlling:
  • the pulse 18 is applied before the end of the life of the bubble 14.
  • the device 30 is programmed to apply a delay less than or equal to 5 is, 3 is or, preferably, 2 s or 1 s between the moment when the generator 6 creates the bubble 14 and the moment when the source 8 applies the pulse 18 to the bubble 14.
  • the pulse 18 can be applied before the end of the duration of life of the bubble 14, and in particular before the nanoparticles 13 have left the bubble 14.
  • the water molecules and the nanoparticles 13 are ejected towards the periphery of the bubble. bubble 14 or even out of the bubble 14.
  • the reactor comprises an enclosure 32 whose walls are sealed to the liquid 4 to contain the liquid 4.
  • This enclosure 32 is shown in cross section in Figure 1.
  • This enclosure 32 here has a volume greater than or equal to 10 cm 3 , 20 cm 3 or 50 cm 3 .
  • the liquid 4 fills the entire enclosure 32.
  • This enclosure 32 is here of parallelepipedal shape.
  • this enclosure 32 is made of metal material.
  • the enclosure 32 has an opening 34, to allow the passage of the pulses 17 and 18 through the walls of the enclosure 32.
  • the dimensions of the opening 34 are chosen in particular according to the diameter of the laser beams from sources 8 and 16.
  • the opening 34 is directly formed in one of the walls of the enclosure 32 and in particular does not include a transparent window.
  • This absence of window makes it possible to avoid an absorption of the energy contained in the pulses 17 and 18 by this window during the passage of these pulses 17 and 18 through this window.
  • a window typically has a non-zero optical absorption rate.
  • the diameter of the opening 34 is also chosen so as to reduce the risk of liquid 4 escaping from the enclosure 32, by capillarity, through the opening 34.
  • the smallest distance between two opposite edges of the opening 34 is here greater than or equal to 40 ⁇ , or 45 ⁇ , or 50 ⁇ .
  • the opening 34 is formed in the upper wall of the enclosure 32, so that the liquid 4 is retained inside the chamber 32 by gravity.
  • This opening 34 is here circular in shape and has a radius greater than or equal to 40 ⁇ , or 45 ⁇ , or 50 ⁇ . This radius is here less than 1 mm or 10 mm.
  • the reactor 2 comprises a shutter 36 placed in front of the opening 34.
  • This shutter 36 is movable between a closed position, in which the opening 34 is completely obstructed, and an open position, in which the opening 34 is free.
  • the shutter 36 allows, in particular, the passage of the pulses 17 and 18 to the liquid 4 through the opening 34.
  • the shutter 36 prevents the passage of pulses 17 and 18 through the opening 34 and prevents any gas or liquid from escaping from the inside or entering the enclosure.
  • this shutter comprises a motor, controllable by the unit 30, able to selectively move the shutter 36 in one or the other of its positions.
  • the opening 34 is obstructed when no pulse is applied to the liquid 4, which reduces the risk of contamination or leakage of the liquid 4.
  • the reactor 2 comprises a cooling circuit 40.
  • This circuit includes here:
  • the circuit 42 is fluidly connected to the enclosure 32.
  • the enclosure 32 has liquid inlet and outlet ports 4. Each of these orifices receives an end of the circuit 42.
  • This circuit 42 is suitable. to ensure the fluid flow of the liquid 4.
  • the circuit comprises a pump 48, capable of driving the liquid
  • the heat exchanger 44 makes it possible to transfer heat from the circuit
  • the circuit 46 extends for example out of the reactor 2, in order to evacuate the heat transferred outside the reactor 2.
  • FIG. 2 shows in greater detail an example of nanoparticle 13, contained in the liquid 4.
  • This nanoparticle 13 includes the elements 10 and 12.
  • each nanoparticle 13 comprises: an atomic aggregate 52, containing the element 12, and
  • the aggregate 52 is a boron aggregate.
  • This aggregate 52 contains the second atomic element with an atomic concentration greater than or equal to 10% or 85% or 90%.
  • This aggregate 52 here has a diameter greater than 30 nm and preferably greater than or equal to 50 nm. This diameter is here less than 100 nm or 90 nm.
  • the aggregates 52 are, for example, the boron particles marketed by the company "Skyspring Nanomaterials, Inc.” under the reference 0410DX.
  • the molecules 54 are, for example, 10-undecylenic acid molecules (of chemical formula C11 H20O2).
  • the quantity of molecules 54 chemically bound to each aggregate 52 is chosen as a function of the diameter of the aggregate 52.
  • this quantity of molecules 54 is greater than or equal to 10,000, or 50,000 and preferably, greater than or equal to 100,000.
  • the nanoparticle 13 has a high concentration of elements 10 and 12, which increases the probability of obtaining the fusion reaction.
  • the nanoparticles 13 are synthesized according to the method described in the article by Z. Gao et al., "Preparation of dopamine-modified boron nanoparticles", Journal of Materials Chemistry, vol. 22, pp. 877-882, 2012.
  • FIG. 3 schematizes a bubble 14 on the surface of the liquid 4 and comprising nanoparticles 13 included in the medium 15.
  • the nanoparticles 13 make it possible to increase the probability of occurrence of the fusion reaction.
  • numerical simulations of molecular dynamics have shown that, during the creation of the bubble 14, a large fraction of the nanoparticles 13 remains in the medium 15, because of the mass of the nanoparticles 13.
  • the molecules of water which, here, constitute the liquid 4 tend to be ejected towards the periphery of the bubble 14.
  • the liquid 4 comprises boric acid (chemical formula H3BO3) in dissolved form, with a concentration of at least 40g. L "1 or 45 g L 1 at a liquid temperature 4 of 20 ° C.
  • this concentration is equal to the maximum limit of solubility of boric acid in water. at 20 ° C, this maximum limit is 47.2g.l_- 1 .
  • the elements 12 are present in solution in the liquid 4, and not only incorporated in the nanoparticles 13.
  • the element 12 may in particular be present in the wall 56 of bubble 14, which improves the probability of triggering the reaction of fusion.
  • the atomic nuclei of the elements 10 accelerated by the Coulomb explosion are typically accelerated in all directions from the zone where the medium 15 is located. The probability that each of these nuclei encounters an atom of the element 12 is therefore increased. if these elements 12 are also present around the middle 15, as is the case for the elements 12 located in the wall 56.
  • the melting reaction can be observed by detecting elements produced by this reaction.
  • each occurrence of the fusion reaction between two elements 10 and 12 produces 8.7 MeV of energy and three helium nuclei 4 He. This reaction can therefore be demonstrated by measuring the energy produced.
  • the reactor 2 comprises a calorimeter 60 ( Figure 1).
  • the calorimeter 60 contains in particular the enclosure 30 and the circuit 40, so as to measure an increase in heat included in the enclosure 30 and the circuit 40.
  • This calorimeter 60 is particularly able to accurately measure the part of this increase in heat that is caused by the fusion reaction.
  • the reactor 2 may have, during its operation, an increase in heat that does not come from the fusion reaction. This increase is, for example, caused by the energy transmitted to the liquid 4 by the pulses 17 and 18, and / or by undesired chemical reactions taking place inside the liquid 4.
  • FIG. 4 represents a reactor 70 suitable for use in place of the reactor 2.
  • This reactor 70 is substantially identical to the reactor 2, except that the laser sources 8 and 16 are replaced by a common laser source 72.
  • source 72 is able to apply successively to the liquid 4:
  • a femtosecond laser pulse 74 capable of triggering the Coulomb explosion which causes the nuclear fusion reaction.
  • pulses 73 and 74 have here, respectively, the same role as the pulses 17 and 18.
  • the source 72 comprises a femtosecond laser source 76 substantially identical to the source 8.
  • This laser source 76 is controlled by a programmable control device 77.
  • This device 77 is, for example, identical to the device 30 and fulfills the same functions as this device 30.
  • the source 72 here also comprises a separating plate 78, able to separate into two distinct components a laser radiation emitted by the source 76. Each of these distinct components is subjected to a selective optical treatment, so as to generate the pulses 73 and 74, from a single laser pulse delivered by the source 76.
  • the source 72 comprises for example a variable delay line 80, controlled by the device 77.
  • the source 72 further comprises a second separating plate 82 able to combine and superimpose the trajectories of the two respective pulses 73 and 74 for applying them at the same location on the surface of the liquid 4.
  • these blades 78 and 82 are situated upstream of devices for amplifying and focusing the beams emitted by the source 76.
  • FIG. 5 represents a reactor 90 that can be used in place of the reactor 2.
  • This reactor 90 comprises a solid material 92 comprising the element 12.
  • the liquid 4 is able to flow along the walls of this reactor. material 92, so that the bubble 14 is created adjacent to one of the walls of the material 92.
  • the material 92 has a parallelepipedal bar shape. This material 92 is here oriented:
  • the probability of occurrence of a melting reaction is increased by increasing the concentration of the element 12 in the immediate vicinity of the bubble 14.
  • the material 92 comprises element 12 with a mass percentage greater than or equal to 50% and, preferably, greater than or equal to 90% or 95%.
  • a step 100 the reactor 2 is supplied with the liquid 4.
  • the device 30 delivers a control signal to the generator 6, so that the generator 6 applies the pulse 17 to the liquid 4.
  • the energy contained in the pulse 17 is transmitted to the liquid 4 and causes a change physical state of a portion of the liquid 4.
  • This change of state results in the vaporization of a portion of the liquid 4, generating the medium 15 and the bubble 14.
  • At the end of this change of state at least 50%, and preferably more than 80% or 90% or 95%, of the elements contained in the bubble 14 are not ionized.
  • this bubble 14 is generated on the surface of the liquid 4, in order to limit the energy absorption of the pulse 18 by the liquid 4.
  • a step 104 the pulse 18 is applied to the liquid 4 to trigger the Coulomb explosion.
  • the device 30 delivers a control signal to the source 8 so that the source 8 delivers the pulse 18.
  • the step 94 is applied to at least 3 is and, preferably, less than 1 s after that the generator 6 has created the bubble 14. This pulse 18 is applied to the medium 15 enclosed in the bubble 14.
  • the pulse 18 ionizes the medium 15 and, in particular, here, the elements 10 contained in this medium 15.
  • This rapid ionization of the elements 10 triggers the Coulomb Explosion:
  • the atomic nuclei of the ionized elements are subjected to Coulomb repulsion forces, which are high enough to accelerate these atomic nuclei away from each other.
  • a nuclear fusion reaction can occur when an atomic nucleus of element 10 collides with an atomic nucleus of element 12.
  • the acceleration of the nucleus of element 10 by the Coulomb explosion increases very significantly the probability of crossing the Coulomb potential of the nucleus of the element 12 by quantum tunneling effect.
  • the increase in this crossing probability is, for the p + 11 B system, greater than or equal to ten orders of magnitude for a kinetic energy of between 10 and 50 keV and greater than or equal to seven orders of magnitude for a kinetic energy of between 50 and 500 keV.
  • the kinetic energy of the p + 11 B system is here defined with respect to the center of mass of the p + 11 B system. At these energies, the probability of crossing the Coulomb barrier is greater than or equal to 0.05% or less. 0.1%.
  • the energy released by the fusion reaction is absorbed locally by the liquid 4 and leads to an increase in the temperature of the liquid 4.
  • the average free path of an alpha particle of 3.5 MeV in FIG. water (at a temperature of 25 ° C. and a pressure of 100 kPa) is less than 20 ⁇ .
  • the device 30 repeatedly controls the creation of a bubble 14 followed by an application of a pulse 18, in order to trigger a succession of fusion reactions succeeding one another in time.
  • the device 30 imposes a delay of at least 5 s, or 10 s before triggering again a pulse 17 following the emission of a pulse 18, to leave the time to bubble 14 previously created to disappear.
  • the liquid 4 can be renewed between two melting reactions. This renewal is also ensured by the pump 48, which circulates the liquid 4 in the circuit 40, which makes it possible to homogenize the concentration of the elements 10 and 12 within the liquid 4, including in the enclosure 32.
  • the generator 6 may not contain a laser source.
  • the generator 6 can create the bubble 14 by cavitation, or by generating vibratory waves in the liquid 4.
  • the generator 6 comprises the device described in the patent application WO2008043122 to create the bubble 14 on the surface of the liquid 4.
  • the molecules 54 may have a different chemical composition.
  • molecules 54 are polyethylene molecules.
  • the elements 10 and 12 are not necessarily incorporated both in the same nanoparticle 13.
  • the elements 10 and 12 can be incorporated respectively into first and second discrete nanoparticles.
  • only one or the other of the elements 10 and 12 is incorporated inside nanoparticles.
  • the other of these elements 10 and 12 is not present inside nanoparticles but is present in the liquid 4.
  • At least 50% or 60% or 70% or 80% or 90% of the interatomic bonds interconnecting the elements 10 and 12 incorporated in each nanoparticle 13 are covalent bonds.
  • interconnected is meant that each of the elements 10 and 12 is connected either indirectly to all the other elements 10 and 12, or directly to an element, respectively, 10 or 12.
  • Boric acid and / or nanoparticles 13 may be replaced by molecules comprising boron dissolved in the liquid 4, such as molecules belonging to the family of boranes (of general chemical formula B x H y ) or borates.
  • the element 10 may be incorporated into the nanoparticles 13 other than in the form of molecules 54 chemically bound to the aggregate 52.
  • the aggregate 52 is replaced by an aggregate containing borax (chemical formula Na2B 4 O 7 * 10H 2 O). In this case, more than 50% of the interatomic bonds are not covalent bonds.
  • the reactor 2 is able to implement other nuclear fusion reactions than described.
  • the reactor 2 is able to implement the following aneutronic nuclear fusion reaction: p + 7 Li ⁇ 2 4 He + 17.2
  • the element 12 is the isotope 7 Li of lithium.
  • the reactor 2 is able to implement the following aneutronic nuclear fusion reaction: D + 6 Li ⁇ 2 4 He + 22.4 MeV.
  • the element 10 is deuterium and the element 12 is the Li 6 isotope of lithium.
  • the concentrations of the first and second elements are different from those indicated for boron 11 B and hydrogen.
  • the stoichiometric proportions of the first and second elements are preferably equal to correspond to the stoichiometry of these fusion reactions.
  • the size of the nanoparticles can be used as a means of controlling and / or maximizing the rates of nuclear fusion reactions.
  • the enclosure 32 may be a cylindrical pipe extending in the extension of the circuit 42.
  • the pulses 73 and 74 are identical, respectively, to the pulses 17 and 18.
  • the line 80 may include a device for conditioning the laser radiation, controlled by the device 77 and able to modify parameters.
  • This device contains, for example, an optical parametric oscillator.
  • the liquid 4 may not contain water.
  • the liquid 4 may, instead, include an organic solvent.
  • parameters of the pulse 17, such as the power and / or the energy of the pulse 17 may be different.
  • the reactor 2 comprises a collection circuit for collecting electrons emitted during the Coulomb explosion.
  • the opening 34 comprises a device for establishing an overpressure between the outside and the inside of the enclosure 32, to prevent the liquid 4 from flowing out of the enclosure 32.
  • the blade 20 may be omitted.
  • the laser sources 8 and 16 can then, for example, be arranged in such a way that their respective beams are directed so as to aim at the opening 34.
  • the angle between these beams, measured on the opening 34 is, for example , less than 10 °, or 5 °.
  • Step 106 can be omitted. In one case, only one of each of the pulses 17 and 18 is applied to the liquid 4. In another variant, pulses 17 and 18 can be applied in rapid succession, which avoids limiting the number of reactions that can occur on a given duration.
  • the walls of the enclosure 32 are made of pyrex glass.
  • the material 92 may have a different shape.
  • the material 92 has a cylindrical shape of circular section.
  • the bubble 14 may have a different shape.
  • the bubble 14 has a non-regular ellipsoid shape or a sphere shape.

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Abstract

L'invention concerne un réacteur (2) pour la mise en œuvre d'une réaction de fusion nucléaire, comportant : -un liquide caloporteur contenant (4) des premier (10) et second (12) éléments atomiques en solution; -un générateur (6) de bulle apte à créer une bulle (14) dans le liquide caloporteur, cette bulle renfermant un milieu gazeux (15) contenant au moins le premier élément atomique; -une source laser (8) apte à appliquer sur le liquide caloporteur une impulsion laser femtoseconde (18), dirigée sur la bulle et présentant une durée inférieure à 100fs et une intensité supérieure à 1014 W.cm-2, pour déclencher une explosion coulombienne dans le milieu gazeux, cette explosion accélérant des noyaux atomiques desdits premiers éléments atomiques pour déclencher une réaction de fusion nucléaire entre des noyaux atomiques des premier et second éléments atomiques.

Description

RÉACTEUR ET PROCÉDÉ POUR LA MISE EN ŒUVRE D'UNE RÉACTION
DE FUSION NUCLÉAIRE
[001 ] L'invention concerne un réacteur et un procédé pour la mise en œuvre d'une réaction de fusion nucléaire.
[002] La mise en œuvre de réactions de fusion nucléaire contrôlées est un objectif scientifique et industriel majeur. De façon connue, il est possible de mettre en œuvre, sous l'effet d'une impulsion laser, une réaction de fusion nucléaire entre des premier et second éléments atomiques.
[003] On connaît des techniques dites de fusion par confinement inertiel, dans lesquelles des réactions de fusion nucléaire sont, par exemple, déclenchées par irradiation laser et chauffage d'une cible de dimension millimétrique comprenant un mélange des premier et second éléments atomiques. De telles techniques font l'objet de recherches dans des installations dédiées, telles que le Laser Mégajoule en France ou le « National Ignition Facility » au « Lawrence Livermore National Laboratory » (USA). Ces recherches visent à atteindre une phase dans laquelle la chaleur dégagée par les réactions de fusion nucléaire est suffisante pour auto- entretenir ces réactions (critère de Lawson).
[004] Des travaux plus récents ont mis en œuvre, à plus petite échelle, des réactions de fusion nucléaire par laser, basées sur une technique différente. Cette technique fait appel à des phénomènes physiques tels que l'explosion coulombienne (« Coulomb explosion » en langue anglaise). Ce phénomène d'explosion coulombienne est étudié depuis une quinzaine d'années et fait l'objet d'une importante bibliographie scientifique. Il est décrit, par exemple, dans l'article de revue de Gérard Mourou et al., « Optics in the relativistic régime », Review of Modem Physics, vol. 78, n°2, p. 309-371 , 2006.
[005] Avec cette technique, une réaction de fusion nucléaire est typiquement déclenchée en appliquant une impulsion laser femtoseconde sur des agrégats, comprenant les premier et second éléments atomiques. Cette impulsion laser permet de chasser les électrons des atomes des premier et/ou second éléments atomiques de ce milieu gazeux, de sorte à former un plasma. Les noyaux atomiques de ces atomes ionisés sont alors mutuellement soumis à des forces de répulsion coulombiennes. Ces forces de répulsion sont suffisamment élevées pour accélérer ces noyaux atomiques en les éloignant les uns des autres : c'est l'explosion coulombienne. Une réaction de fusion nucléaire se produit alors, si des noyaux atomiques des premier et second éléments atomiques entrent en collision avec une énergie suffisamment élevée.
[006] Cette technique situe la réaction nucléaire au niveau de sites bien définis, comme le font les catalyseurs pour les réactions chimiques. Elle permet ainsi d'envisager un réacteur de fusion nucléaire de conception simplifiée (« table-top nuclear fusion » en langue anglaise), destiné à des expériences de laboratoire ou à de la production d'énergie.
[007] Un exemple de cette technique est décrit dans l'article de T. Ditmire et al., « Nuclear fusion from explosions of femtosecond laser-heated deuterium clusters », Nature, vol . 398, p. 489-492, avril 1999. Dans cet exemple, les premier et second éléments atomiques sont tous deux du deutérium, sous forme d'agrégats atomiques dans un jet de gaz. Ces agrégats sont irradiés par une impulsion laser femtoseconde, afin de déclencher des réactions de fusion nucléaire entre noyaux atomiques de deutérium. Le résultat de ces réactions est un dégagement d'énergie et l'émission d'un flux de neutrons.
[008] De l'état de la technique est également connu des documents suivants :
- Isidore Last et al. , « Overrun effects in nuclear fusion within a single Coulomb exploding nanodroplet », European Physical Journal D, vol. 57, p. 327-334, avril 2010 ;
- Kurilova et al., « Peculiarities of femtosecond laser irradiation with liquid métal targets », Proceedings of the SPIE, vol. 6726, p. 67261 L-1 -67261 L-6, 2007 ;
- Zhang et al., « Spatial distribution of high-energy électron émission from water plasmas produced by femtosecond laser puises », Physical Review Letters, vol. 90, p. 165002, avril 2003 ;
- Ter-Avetisyan et al. , « Génération of a quasi-monoenergetic proton beam from laser-irradiated sub-micron droplets », Physics of Plasmas, vol. 19, p. 0731 12, juillet 2012.
[009] D'autres exemples concernent des réactions de fusion nucléaire sans produire de neutrons. En effet, l'émission d'un flux de neutrons peut poser de nombreux problèmes pratiques (risques biologiques encourus par des utilisateurs humains, endommagement de matériaux du réacteur, plus grande difficulté technique à récupérer sous forme de chaleur l'énergie cinétique des neutrons émis dans les réactions). Il peut donc être préférable de travailler avec des réactions de fusion nucléaires dites aneutroniques, dans lesquelles peu, voire pas de neutrons sont produits. Un tel exemple de réaction aneutronique est la réaction nucléaire p + 11B→ 3 4He + 8,7 MeV, connue et étudiée en physique nucléaire depuis longtemps et dont la mise en œuvre dans le mécanisme de l'explosion coulombienne est décrite, par exemple, dans l'article de Isidore Last et al., « Aneutronic H + 11 B nuclear fusion driven by Coulomb explosion of hydrogen nanodroplets », Physical Review A, vol. 83, p. 043202, avril 201 1 . Une impulsion laser femtoseconde est appliquée sur un nuage de gouttelettes en suspension comprenant des atomes d'hydrogène. Cette impulsion laser déclenche une explosion coulombienne, qui conduit à l'accélération de noyaux d'atomes d'hydrogène. Ces noyaux entrent en collision avec des atomes de bore, avec une énergie suffisamment élevée pour déclencher une réaction de fusion nucléaire entre les noyaux de bore et d'hydrogène. [0010] Cependant, cette technique présente de nombreux inconvénients. Notamment, le principe même du réacteur nécessite que la réaction de fusion soit réalisée dans un vide poussé. L'obtention d'un vide poussé nécessite de travailler avec des enceintes extrêmement étanches et requiert l'utilisation de pompes à vide spécifiques, ce qui est contraignant à mettre en œuvre.
[001 1 ] L'invention vise à résoudre cet inconvénient. L'invention porte ainsi sur un réacteur conforme à la revendication 1 .
[0012] En plaçant les premier et second éléments atomiques servant de réactifs à l'intérieur du liquide caloporteur, il est possible d'obtenir une concentration de réactifs plus élevée que dans un milieu gazeux. Cela permet donc d'obtenir une densité suffisante pour mettre en œuvre des réactions de fusion. La bulle permet de former, au sein de ce liquide, un milieu peu dense dans lequel une explosion coulombienne peut être déclenchée. Il n'est donc plus nécessaire d'avoir recours à une enceinte extrêmement étanche pour confiner les premiers éléments. En outre, il est plus facile de collecter, sous forme de chaleur, l'énergie dégagée par la réaction de fusion nucléaire. En effet, le liquide permet également d'évacuer simplement, hors du réacteur, la chaleur créée.
[0013] Les modes de réalisation de l'invention peuvent comporter une ou plusieurs des caractéristiques des revendications dépendantes 2 à 12.
[0014] Ces modes de réalisation présentent en outre les avantages suivants :
-l'utilisation d'une seule et même source laser pour générer la bulle et pour déclencher l'explosion coulombienne permet de simplifier la conception du réacteur ;
-la réaction de fusion entre l'hydrogène et le bore présente une mise en œuvre simplifiée et un rendement accru ;
-l'ajout d'acide borique dans le liquide permet d'accroître le rendement de la réaction de fusion ;
-les liaisons covalentes permettent de limiter la désagrégation des nanoparticules dans le milieu gazeux lors de la formation de la bulle en réponse à la première irradiation, ce qui permet de maintenir dans le milieu gazeux une concentration en premier et second éléments suffisamment élevée pour ensuite permettre le déclenchement de l'explosion coulombienne.
[0015] L'invention porte également sur un procédé conforme à la revendication 13.
[0016] Les modes de réalisation de l'invention peuvent comporter les caractéristiques des revendications dépendantes 14 et 15.
[0017] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
-la figure 1 illustre schématiquement un réacteur pour la mise en œuvre d'une réaction de fusion nucléaire ; -la figure 2 illustre schématiquement une nanoparticule contenue dans le liquide caloporteur de la figure 1 ;
-la figure 3 illustre schématiquement une bulle créée dans le liquide caloporteur par le générateur de bulle de la figure 1 ;
-la figure 4 illustre schématiquement un autre mode de réalisation du réacteur de la figure 1 ;
-la figure 5 illustre schématiquement une partie d'un autre mode de réalisation du réacteur de la figure 1 ;
-la figure 6 est un organigramme d'un procédé pour la mise en œuvre d'une réaction de fusion nucléaire avec le réacteur de la figure 1 .
[0018] Dans ces figures, les mêmes références sont utilisées pour désigner les mêmes éléments.
[0019] Dans la suite de cette description, les caractéristiques et fonctions bien connues de l'homme du métier ne sont pas décrites en détails.
[0020] La figure 1 représente schématiquement un réacteur 2 pour la mise en œuvre d'une réaction de fusion nucléaire. Ce réacteur 2 comprend :
-un liquide caloporteur 4,
-un générateur de bulle 6,
-une source laser 8 apte à appliquer sur le liquide une impulsion laser femtoseconde.
[0021 ] Le liquide 4 contient des premier 10 et second 12 éléments atomiques, destinés à servir de réactifs pour la réaction de fusion nucléaire. Ces éléments 10 et 12 sont présents dans le liquide 4.
[0022] Les éléments 10 et 12 sont préférentiellement des éléments permettant la mise en œuvre d'une réaction de fusion nucléaire aneutronique. Par « aneutronique », on entend par exemple que la fraction d'énergie dégagée sous forme de neutrons par la réaction de fusion et par des sous-réactions de fusion en découlant est inférieure à 1 % de l'énergie totale dégagée par ces réactions.
[0023] A cet effet, l'élément 10 est avantageusement un isotope de l'hydrogène. L'élément 12 est, par exemple, un élément choisi dans le groupe composé des isotopes du bore, des isotopes du lithium et des isotopes de l'hydrogène.
[0024] Dans cet exemple, les éléments 10 et 12 sont choisis afin de mettre en œuvre la réaction de fusion suivante : H + 11 B→ 3 4He + 8,7 MeV. Ainsi, l'élément 10 est l'hydrogène et l'élément 12 est l'isotope 11B du bore.
[0025] Ici, les éléments 10 et 12 sont combinés à l'intérieur de nanoparticules 13 présentes en solution dans le liquide 4.
[0026] Dans cette description, on définit les nanoparticules comme étant des particules qui présentent chacune :
- une masse supérieure à 10e et, de préférence, au moins 107 fois supérieure à la masse d'une molécule d'eau ;
- un diamètre supérieur à 8nm. [0027] Ce diamètre est ici inférieur à 1 μηη. De préférence, ce diamètre est compris entre 8nm et 500nm.
[0028] Au moins 50 % des liaisons interatomiques reliant entre eux les atomes formant ces nanoparticules sont ici des liaisons covalentes. De préférence, au moins 60 % ou 70 % ou 80 % ou 90 % de ces liaisons interatomiques sont des liaisons covalentes. Par liaison interatomique, on désigne ici une liaison chimique entre deux atomes.
[0029] Dans cet exemple, les nanoparticules 13 présentent une concentration dans le liquide 4 supérieure ou égale à 109 ou à 1015 nanoparticules par litre, de préférence, supérieure à 1018 nanoparticules par litre.
[0030] Le liquide 4 est également apte à collecter de la chaleur dégagée par la réaction de fusion ainsi que la chaleur transmise par le laser. Cette chaleur collectée est, par exemple, ensuite évacuée hors du réacteur, de manière à maintenir la température du liquide 4 sous une température seuil . Cette chaleur collectée peut également être utilisée pour générer de l'électricité. Avantageusement, le liquide 4 présente une capacité thermique massique supérieure ou égale à 1 J.g 1.K 1 , à 2 J.g" 1.K"1 ou à 4 J.g 1.K 1, à 25°C et sous une pression égale à 105 Pa.
[0031 ] Dans cet exemple, le liquide 4 est une solution aqueuse, telle que de l'eau.
[0032] Le générateur de bulle 6 est apte à créer une bulle 14 dans le liquide caloporteur, de telle sorte que cette bulle 14 renferme un milieu gazeux 15 contenant au moins l'élément 10. Sur la figure 1 , la taille de la bulle a été exagérée pour la rendre visible. Pour simplifier la figure 1 , l'élément 10 n'est pas dessiné à l'intérieur de la bulle.
[0033] Cette bulle 14 est préférentiellement créée à la surface du liquide 4. La bulle 14 présente ici une forme d'ellipsoïde ou de globule. La bulle 14 est ici dite être en surface du liquide 4 si moins de 60%, ou moins de 50%, ou moins de 30% de son diamètre s'étend en-dessous de la surface qui sépare le liquide 4 d'un milieu environnant.
[0034] Par exemple, le générateur 6 comporte une source laser 16. Cette source laser 16 est apte à appliquer, sur le liquide 4, une impulsion laser 17 pour créer la bulle 14, en évaporant localement le liquide 4. A cet effet, la source 16 est apte à émettre une impulsion laser 17 présentant une puissance supérieure à 108 W.cm"2 et, de préférence, supérieure à 109 W.cm"2. Dans ce mode de réalisation, la puissance de l'impulsion 17 est généralement strictement inférieure à 1012 W.cm"2 ou à 1014 W.cnrr2 pour que la majorité du milieu à l'intérieur de la bulle créée reste dans un état non ionisé. Cette impulsion 17 présente une énergie supérieure à 50μϋ, ou, de préférence, 100μϋ. Typiquement, cette énergie est inférieure à 1 mJ.
[0035] Un exemple d'une source 16 pour générer des bulles microscopiques dans un liquide est décrit dans l'article de Dhirendra Tiwari et al., « Dynamical observation of femtosecond-laser-induced bubbles in water using a single laser source for probing and sensing », Applied Physics Express, vol. 3, p. 127101 , 2010.
[0036] La bulle 14 présente un diamètre typiquement inférieur ou égal à 1 mm ou à δθθμιτι . Ici, la source 16 est apte à émettre un faisceau laser avec un diamètre égal à 40μηη, afin de pouvoir générer une bulle 14 qui présente un diamètre inférieur ou égal à 35μηη, à 25μηη ou 23μηη. Ce diamètre de la bulle 14 est ici ajusté en fonction de paramètres de focalisation du faisceau laser émis par la source 8. En particulier, dans cet exemple, le diamètre de la bulle 14 est compris entre 0,8 fois et 1 ,4 fois la longueur de Rayleigh caractéristique de la focalisation du faisceau laser de la source 8. De préférence, le diamètre de la bulle 14 est compris entre 0,9 fois et 1 ,1 fois cette longueur de Rayleigh. Dans le cas où la bulle 14 ne présente pas une forme sphérique, le diamètre de la bulle 14 est, par exemple, défini comme étant le diamètre de Féret de la bulle 14.
[0037] Ici, la bulle 14 présente une durée de vie supérieure ou égale à 1 με ou 2με. Cette durée de vie est ici nettement inférieure à 1 ms.
[0038] La source laser 8 est apte à appliquer une impulsion laser femtoseconde 18 sur la bulle 14, de manière à déclencher une explosion coulombienne dans le milieu 15. Cette explosion coulombienne accélère des noyaux atomiques des éléments 10 pour déclencher la réaction de fusion nucléaire entre les noyaux des éléments 10 et 12.
[0039] À cet effet, la source 8 dirige cette impulsion 18 sur la bulle 14. L'impulsion 18 présente ici une durée comprise entre 10 fs et 100 fs. De préférence, cette durée est inférieure ou égale à 50fs. Cette impulsion 18 présente ici une intensité supérieure ou égale à 1014 W.crn"2, à 1016 W.cnrr2 et, de préférence, supérieure ou égale à 1018 W.crn-2.
[0040] Le déclenchement de l'explosion coulombienne est notamment rendu possible par le fait que le générateur 6 permet la formation, au sein du liquide 4, de la bulle 14 contenant le milieu 15, ce milieu 15 étant raréfié en molécules formant le liquide 4 mais pas en nanoparticules 13. Du fait de la raréfaction de ces molécules dans le milieu 15, l'absorption de l'impulsion 18 par des molécules du liquide 4 dans par le milieu 15 est réduite, par rapport à l'absorption d'une même impulsion directement par le liquide 4. Cette diminution permet que cette impulsion 18 soit absorbée par des nanoparticules 13 du milieu 15, pour déclencher l'explosion coulombienne. Cela permet ainsi de manipuler les éléments 10 et 12 en solution liquide, plutôt que sous forme gazeuse ou sous forme d'une suspension de gouttelettes.
[0041 ] Par exemple, la source laser 8 est un laser Titane-saphir (« Titanium:sapphire » en langue anglaise). Cette source laser 8 utilise par exemple la technique dite de l'amplification laser par compression d'impulsions (« chirped puise amplification » en langue anglaise), afin de générer des impulsions laser présentant une durée typiquement de l'ordre de quelques dizaines de femtosecondes.
[0042] Ici, les sources laser 8 et 16 sont configurées de façon à ce que les impulsions laser respectives 18 et 17 de ces sources 8 et 16 soient appliquées exactement sur la même zone du liquide 4.
[0043] A cet effet, dans cet exemple, le réacteur 2 comprend une lame séparatrice 20. Cette lame 20 est apte à combiner et superposer les trajectoires des deux impulsions respectives 18 et 17 pour les appliquer à un même endroit de la surface du liquide 4. Cette lame 20 est ici située en amont de dispositifs d'amplification et de focalisation des faisceaux émis par les sources 8 et/ou 16. Pour faciliter la lecture, la figure 1 ne représente pas ces dispositifs ni d'éventuels autres éléments optiques permettant d'assurer une focalisation optimale des faisceaux laser sur la surface du liquide 4, et qui pourraient être inclus dans le réacteur 2.
[0044] Avantageusement, le réacteur 2 comporte un dispositif de commande 30 programmable. Ce dispositif 30 est notamment apte à commander :
-la génération de bulle du générateur 6, et
-la source laser 8.
[0045] Ici, l'impulsion 18 est appliquée avant la fin de la durée de vie de la bulle 14. A cet effet, le dispositif 30 est programmé pour appliquer un délai inférieur ou égal à 5 is, 3 is ou, préférentiellement, 2 s ou 1 s entre l'instant où le générateur 6 créé la bulle 14 et l'instant où la source 8 applique l'impulsion 18 sur la bulle 14. Ainsi, l'impulsion 18 peut être appliquée avant la fin de la durée de vie de la bulle 14, et notamment avant que les nanoparticules 13 n'aient quitté la bulle 14. En effet, lors de la création de la bulle 14, les molécules d'eau et les nanoparticules 13 sont éjectées vers la périphérie de la bulle 14, voire hors de la bulle 14. Les nanoparticules 13 restent cependant dans le milieu 15 beaucoup plus longtemps que les molécules d'eau, notamment du fait de leur masse nettement plus élevée.
[0046] Avantageusement, le réacteur comporte une enceinte 32 dont des parois sont étanches au liquide 4 pour contenir ce liquide 4. Cette enceinte 32 est représentée en coupe transversale sur la figure 1 . Cette enceinte 32 présente ici un volume supérieur ou égal à 10cm3, à 20cm3 ou à 50cm3. Ici, le liquide 4 remplit la totalité de l'enceinte 32. Cette enceinte 32 est ici de forme parallélépipédique. Par exemple, cette enceinte 32 est réalisée en matériau métallique.
[0047] Dans cet exemple, l'enceinte 32 comporte une ouverture 34, pour permettre le passage des impulsions 17 et 18 à travers les parois de l'enceinte 32. Les dimensions de l'ouverture 34 sont notamment choisies en fonction du diamètre des faisceaux laser provenant des sources 8 et 16.
[0048] Ici, l'ouverture 34 est directement ménagée dans une des parois de l'enceinte 32 et ne comprend notamment pas de fenêtre transparente. Cette absence de fenêtre permet d'éviter une absorption de l'énergie contenue dans les impulsions 17 et 18 par cette fenêtre lors du passage de ces impulsions 17 et 18 au travers de cette fenêtre. En effet, une telle fenêtre présente typiquement un taux d'absorption optique non nul . Ainsi, le diamètre de l'ouverture 34 est également choisi de manière à réduire le risque que du liquide 4 ne s'échappe hors de l'enceinte 32, par capillarité, au travers de l'ouverture 34.
[0049] A cet effet, la plus petite distance entre deux bords opposés de l'ouverture 34 est ici supérieure ou égale à 40μηη, ou à 45μηη, ou à 50μηη. Par exemple, l'ouverture 34 est ménagée dans la paroi supérieure de l'enceinte 32, pour que le liquide 4 soit retenu à l'intérieur de l'enceinte 32 par gravité. Cette ouverture 34 est ici de forme circulaire et présente un rayon supérieur ou égal à 40μηη, ou à 45μηη, ou à 50μηη. Ce rayon est ici inférieur à 1 mm ou à 10mm.
[0050] Avantageusement, le réacteur 2 comprend un obturateur 36 placé devant l'ouverture 34. Cet obturateur 36 est déplaçable entre une position fermée, dans laquelle l'ouverture 34 est entièrement obstruée, et une position ouverte, dans laquelle l'ouverture 34 est libre. Dans la position ouverte, l'obturateur 36 permet, notamment, le passage des impulsions 17 et 18 vers le liquide 4 au travers de l'ouverture 34. Au contraire, dans la position fermée, l'obturateur 36 empêche le passage des impulsions 17 et 18 au travers de l'ouverture 34 et empêche tout gaz ou liquide de s'échapper de l'intérieur ou de pénétrer dans l'enceinte. Ainsi, les risques de fuite ou de contamination du liquide 4 sont réduits. Ici, cet obturateur comprend un moteur, commandable par l'unité 30, apte à sélectivement déplacer l'obturateur 36 dans l'une ou l'autre de ses positions. Ainsi, l'ouverture 34 est obstruée lorsqu'aucune impulsion n'est appliquée sur le liquide 4, ce qui réduit le risque de contamination ou de fuite du liquide 4.
[0051 ] Avantageusement, le réacteur 2 comporte un circuit de refroidissement 40.
Ce circuit comprend ici :
-un circuit primaire 42,
-un échangeur thermique 44,
-un circuit secondaire 46.
[0052] Le circuit 42 est relié fluidiquement à l'enceinte 32. Ici, l'enceinte 32 comporte des orifices d'entrée et de sortie du liquide 4. Chacun de ces orifices reçoit une extrémité du circuit 42. Ce circuit 42 est apte à assurer la circulation fluidique du liquide 4. Par exemple, le circuit comprend une pompe 48, apte à entraîner le liquide
4 en circulation dans le circuit 42.
[0053] L'échangeur thermique 44 permet de transférer de la chaleur depuis le circuit
42 vers le circuit 46. Le circuit 46 s'étend par exemple hors du réacteur 2, afin d'évacuer la chaleur transférée en dehors du réacteur 2.
[0054] La figure 2 représente plus en détail un exemple de nanoparticule 13, contenue dans le liquide 4. Cette nanoparticule 13 inclut les éléments 10 et 12.
[0055] Ici, chaque nanoparticule 13 comprend : -un agrégat atomique 52, contenant l'élément 12, et
-une pluralité de molécules 54 hydrogénées, contenant l'élément 10 et étant chimiquement liées à l'agrégat 52.
[0056] Ici, l'agrégat 52 est un agrégat de bore. Cet agrégat 52 contient le second élément atomique avec une concentration atomique supérieure ou égale à 10 % ou à 85 % ou à 90 %. Cet agrégat 52 présente ici un diamètre supérieur à 30nm et, de préférence, supérieur ou égal à 50nm. Ce diamètre est ici inférieur à 100nm, ou à 90nm. Les agrégats 52 sont, par exemple, les particules de bore commercialisées par la société « Skyspring Nanomaterials, Inc. » sous la référence 0410DX.
[0057] Les molécules 54 sont, par exemple, des molécules d'acide 10- undécylénique (de formule chimique C11 H20O2). La quantité de molécules 54 chimiquement liées à chaque agrégat 52 est choisie en fonction du diamètre de l'agrégat 52. Ici, avec un agrégat présentant un diamètre de 70nm, cette quantité de molécules 54 est supérieure ou égale à 10000, ou à 50000 et, de préférence, supérieure ou égale à 100000.
[0058] Ainsi, la nanoparticule 13 présente une concentration élevée en éléments 10 et 12, ce qui augmente la probabilité d'obtenir la réaction de fusion.
[0059] Par exemple, les nanoparticules 13 sont synthétisées selon le procédé décrit dans l'article de Z. Gao et al., « Préparation of dopamine-modified boron nanoparticles », Journal of Materials Chemistry, vol. 22, pp. 877-882, 2012.
[0060] La figure 3 schématise une bulle 14 en surface du liquide 4 et comprenant des nanoparticules 13 incluses dans le milieu 15. Les nanoparticules 13 permettent d'augmenter la probabilité d'occurrence de la réaction de fusion. En effet, des simulations numériques de dynamique moléculaire ont montré que, lors de la création de la bulle 14, une fraction importante des nanoparticules 13 reste dans le milieu 15, du fait de la masse des nanoparticules 13. Au contraire, les molécules d'eau qui, ici, constituent le liquide 4, tendent à être éjectées vers la périphérie de la bulle 14.
[0061 ] Ainsi, il est possible de maintenir dans le milieu 15 une concentration d'éléments 10 et 12 suffisante pour permettre le déclenchement de l'explosion coulombienne.
[0062] Avantageusement, le liquide 4 comprend de l'acide borique (de formule chimique H3BO3) sous forme dissoute, avec une concentration au moins égale à 40g. L"1, ou à 45g. L 1 à une température du liquide 4 de 20°C. De préférence, cette concentration est égale à la limite maximale de solubilité de l'acide borique dans l'eau. Par exemple, à une température de 20°C, cette limite maximale est égale à 47.2g.l_-1.
[0063] En ajoutant de l'acide borique dans le liquide 4, les éléments 12 sont présents en solution dans le liquide 4, et pas seulement incorporés dans les nanoparticules 13. En particulier, l'élément 12 peut notamment être présent dans la paroi 56 de la bulle 14, ce qui améliore la probabilité de déclencher la réaction de fusion. En effet, les noyaux atomiques des éléments 10 accélérés par l'explosion coulombienne sont typiquement accélérés dans toutes les directions depuis la zone où se situe le milieu 15. La probabilité que chacun de ces noyaux rencontre un atome de l'élément 12 est donc accrue si ces éléments 12 sont également présents autour du milieu 15, comme c'est le cas pour les éléments 12 situés dans la paroi 56.
[0064] La réaction de fusion peut être constatée en détectant des éléments produits par cette réaction. Dans cet exemple, chaque occurrence de la réaction de fusion entre deux éléments 10 et 12 produit 8,7 MeV d'énergie et trois noyaux d'hélium 4He. Cette réaction peut donc être mise en évidence en mesurant l'énergie produite.
[0065] Dans ce cas, pour mesurer la chaleur dégagée par la réaction de fusion, le réacteur 2 comprend un calorimètre 60 (figure 1 ). Ici, le calorimètre 60 contient notamment l'enceinte 30 et le circuit 40, de sorte à mesurer une augmentation de chaleur comprise dans l'enceinte 30 et le circuit 40. Ce calorimètre 60 est notamment apte à mesurer précisément la part de cette augmentation de chaleur qui est causée par la réaction de fusion.
[0066] En effet, le réacteur 2 peut présenter, lors de son fonctionnement, une augmentation de chaleur qui ne provient pas de la réaction de fusion. Cette augmentation est, par exemple, causée par l'énergie transmise au liquide 4 par les impulsions 17 et 18, et/ou par des réactions chimiques non désirées se déroulant à l'intérieur du liquide 4.
[0067] La figure 4 représente un réacteur 70 apte à être utilisé en lieu et place du réacteur 2. Ce réacteur 70 est sensiblement identique au réacteur 2, sauf que les sources laser 8 et 16 sont remplacées par une source laser commune 72. Cette source 72 est apte à appliquer, successivement, sur le liquide 4 :
-une impulsion laser 73 pour créer la bulle 4, et
-une impulsion laser femtoseconde 74 apte à déclencher l'explosion coulombienne qui provoque la réaction de fusion nucléaire.
[0068] Ces impulsions 73 et 74 ont ici, respectivement, le même rôle que les impulsions 17 et 18.
[0069] Par exemple, la source 72 comprend une source laser femtoseconde 76 sensiblement identique à la source 8. Cette source laser 76 est commandée par un dispositif de commande 77 programmable. Ce dispositif 77 est, par exemple, identique au dispositif 30 et remplit les mêmes fonctions que ce dispositif 30. Dans cet exemple, la source 72 comprend ici également une lame séparatrice 78, apte à séparer en deux composantes distinctes un rayonnement laser émis par la source 76. Chacune de ces composantes distinctes fait l'objet d'un traitement optique sélectif, de manière à générer les impulsions 73 et 74, à partir d'une impulsion laser unique délivrée par la source 76. A cet effet, la source 72 comprend par exemple une ligne à retard variable 80, commandée par le dispositif 77. La source 72 comprend en outre une seconde lame séparatrice 82 apte à combiner et superposer les trajectoires des deux impulsions respectives 73 et 74 pour les appliquer à un même endroit de la surface du liquide 4. Dans cet exemple, ces lames 78 et 82 sont situées en amont de dispositifs d'amplification et de focalisation des faisceaux émis par la source 76.
[0070] La figure 5 représente un réacteur 90 pouvant être utilisé en lieu et place du réacteur 2. Ce réacteur 90 comprend un matériau 92 solide comprenant l'élément 12. Le liquide 4 est apte à s'écouler le long de parois de ce matériau 92, de manière à ce que la bulle 14 soit créée attenante à l'une des parois du matériau 92.
[0071 ] Dans cet exemple, le matériau 92 présente une forme de barreau parallélépipédique. Ce matériau 92 est ici orienté :
-de telle sorte qu'une de ses parois 94 est perpendiculaire à la direction 96 de propagation des impulsions 17 et 18, et
-suivant une direction verticale, perpendiculaire à la direction 96, pour que le liquide 4 s'écoule le long de la paroi 94 sous l'effet de la gravité.
[0072] Ainsi, la probabilité d'occurrence d'une réaction de fusion est accrue, grâce à l'augmentation de la concentration de l'élément 12 dans le voisinage immédiat de la bulle 14. Dans cet exemple, le matériau 92 comprend l'élément 12 avec un pourcentage massique supérieur ou égal à 50% et, de préférence, supérieur ou égal à 90% ou à 95%.
[0073] Le procédé de mise en œuvre va maintenant être décrit, en référence à l'organigramme de la figure 6 et à l'aide de la figure 1 .
[0074] Lors d'une étape 100, le réacteur 2 est fourni avec le liquide 4.
[0075] Puis, lors d'une étape 102, la bulle 14 est générée dans le liquide 4 par le générateur 6.
[0076] Ici, le dispositif 30 délivre un signal de commande au générateur 6, pour que ce générateur 6 applique l'impulsion 17 sur le liquide 4. L'énergie contenue dans l'impulsion 17 est transmise au liquide 4 et entraîne un changement d'état physique d'une partie du liquide 4. Ce changement d'état se traduit par la vaporisation d'une partie du liquide 4, générant le milieu 15 et la bulle 14. A l'issue de ce changement d'état, au moins 50 %, et de préférence plus de 80 % ou 90 % ou 95 %, des éléments 10 contenus dans la bulle 14 ne sont pas ionisés.
[0077] De préférence, cette bulle 14 est générée en surface du liquide 4, afin de limiter l'absorption d'énergie de l'impulsion 18 par le liquide 4.
[0078] Lors d'une étape 104, l'impulsion 18 est appliquée sur le liquide 4 pour déclencher l'explosion coulombienne.
[0079] Ici, le dispositif 30 délivre un signal de commande à la source 8 pour que la source 8 délivre l'impulsion 18. Avantageusement, l'étape 94 est appliquée au moins de 3 is et, préférentiellement, moins de 1 s après que le générateur 6 ait créé la bulle 14. Cette impulsion 18 est appliquée sur le milieu 15 renfermé dans la bulle 14.
[0080] L'impulsion 18 ionise le milieu 15 et, notamment, ici, les éléments 10 contenus dans ce milieu 15. Cette ionisation rapide des éléments 10 déclenche l'explosion coulombienne : les noyaux atomiques des éléments 10 ionisés sont soumis à des forces de répulsion coulombiennes, qui sont suffisamment élevées pour accélérer ces noyaux atomiques en les éloignant les uns des autres. Une réaction de fusion nucléaire peut se produire lorsqu'un noyau atomique de l'élément 10 entre en collision avec un noyau atomique de l'élément 12. L'accélération du noyau de l'élément 10 par l'explosion coulombienne permet d'accroître très sensiblement la probabilité de franchissement du potentiel coulombien du noyau de l'élément 12 par effet tunnel quantique. Dans cet exemple, l'accroissement de cette probabilité de franchissement, calculée à l'aide de la formule de Sommerfeld, est, pour le système p + 11B, supérieur ou égal à dix ordres de grandeur pour une énergie cinétique comprise entre 10 et 50 keV et supérieur ou égal à sept ordres de grandeur pour une énergie cinétique comprise entre 50 et 500 keV. L'énergie cinétique du système p + 11B est ici définie par rapport au centre de masse du système p + 11 B. À ces énergies, la probabilité de franchissement de la barrière coulombienne est ici supérieure ou égale à 0,05 % ou à 0,1 %.
[0081 ] L'énergie dégagée par la réaction de fusion est absorbée localement par le liquide 4 et conduit à une augmentation de la température du liquide 4. Par exemple, le libre parcours moyen d'une particule alpha de 3,5 MeV dans l'eau (à température de 25°C et une pression de 100 kPa) est inférieur à 20 μιτι.
[0082] Dans cet exemple, le dispositif 30 commande, de manière répétée, la création d'une bulle 14 suivie d'une application d'une impulsion 18, afin de déclencher une succession de réactions de fusion se succédant dans le temps.
[0083] Avantageusement, lors d'une étape 106, le dispositif 30 impose un délai d'au moins 5 s, ou 10 s avant de déclencher à nouveau une impulsion 17 suite à l'émission d'une impulsion 18, pour laisser le temps à la bulle 14 précédemment créée de disparaître.
[0084] Ainsi, le liquide 4 peut être renouvelé entre deux réactions de fusion. Ce renouvellement est aussi assuré par la pompe 48, qui met en circulation le liquide 4 dans le circuit 40, ce qui permet d'homogénéiser la concentration des éléments 10 et 12 au sein du liquide 4, y compris dans l'enceinte 32.
[0085] De nombreux autres modes de réalisation sont possibles.
[0086] Le générateur 6 peut ne pas contenir de source laser. Par exemple, le générateur 6 peut créer la bulle 14 par cavitation, ou en générant des ondes vibratoires dans le liquide 4. Par exemple, le générateur 6 comprend le dispositif décrit dans la demande de brevet WO2008043122 pour créer la bulle 14 en surface du liquide 4.
[0087] Les molécules 54 peuvent présenter une composition chimique différente. Par exemple, les molécules 54 sont des molécules de polyéthylène.
[0088] Les éléments 10 et 12 ne sont pas forcément incorporés tous les deux dans la même nanoparticule 13. Par exemple, les éléments 10 et 12 peuvent être incorporés, respectivement, dans des première et deuxième nanoparticules distinctes.
[0089] En variante, seul l'un ou l'autre des éléments 10 et 12 est incorporé à l'intérieur de nanoparticules. L'autre de ces éléments 10 et 12 n'est pas présent à l'intérieur de nanoparticules mais est présent dans le liquide 4.
[0090] De préférence, au moins 50 % ou 60 % ou 70 % ou 80 % ou 90 % des liaisons interatomiques reliant entre eux les éléments 10 et 12 incorporés dans chaque nanoparticule 13 sont des liaisons covalentes. Par « reliés entre eux », on entend que chacun des éléments 10 et 12 est relié soit indirectement à tous les autres éléments 10 et 12, soit directement à un élément, respectivement, 10 ou 12. En variante, lorsque seul l'un ou l'autre des éléments 10 ou 12 est incorporé dans une nanoparticule, alors, de préférence, au moins 50 % ou 60 % ou 70 % ou 80 % ou 90 % des liaisons interatomiques reliant entre eux, à l'intérieur de chaque nanoparticule, les exemplaires de celui des éléments 10 ou 12 qui est incorporé à l'intérieur cette nanoparticule, sont des liaisons covalentes.
[0091 ] L'acide borique et/ou les nanoparticules 13 peuvent être remplacées par des molécules comportant du bore dissoutes dans le liquide 4, telles que des molécules appartenant à la famille des boranes (de formule chimique générale BxHy) ou des borates.
[0092] L'élément 10 peut être incorporé dans les nanoparticules 13 autrement que sous forme de molécules 54 liées chimiquement à l'agrégat 52.
[0093] En variante, l'agrégat 52 est remplacé par un agrégat contenant du borax (de formule chimique Na2B4O7*10H2O). Dans ce cas, plus de 50 % des liaisons interatomiques ne sont pas des liaisons covalentes.
[0094] En variante, le réacteur 2 est apte à mettre en œuvre d'autres réactions de fusion nucléaire que celle décrite. Par exemple, le réacteur 2 est apte à mettre en œuvre la réaction de fusion nucléaire aneutronique suivante : p + 7Li→ 2 4He + 17,2
MeV. Dans ce cas, l'élément 12 est l'isotope 7Li du lithium.
[0095] Dans un autre exemple, le réacteur 2 est apte à mettre en œuvre la réaction de fusion nucléaire aneutronique suivante : D + 6Li → 2 4He + 22,4 MeV. Dans ce cas, l'élément 10 est le deutérium et l'élément 12 est l'isotope 6Li du lithium.
[0096] Dans chacun de ces deux exemples, les concentrations des premier et second éléments sont différentes de celles indiquées pour le bore 11 B et l'hydrogène.
Les proportions stœchiométriques des premier et second élément sont de préférence égales, pour correspondre à la stœchiométrie de ces réactions de fusion. Pour chacun de ces deux exemples, la taille des nanoparticules peut être utilisée comme moyen de contrôler et/ou maximiser les taux des réactions nucléaires de fusion.
[0097] L'enceinte 32 peut être un tuyau de forme cylindrique s'étendant dans le prolongement du circuit 42. [0098] En variante, les impulsions 73 et 74 sont identiques, respectivement, aux impulsions 17 et 18. Dans ce cas, la ligne 80 peut inclure un dispositif de conditionnement du rayonnement laser, commandé par le dispositif 77 et apte à modifier des paramètres physiques de l'impulsion 73, tels que la longueur d'onde ou la durée de l'impulsion 73. Ce dispositif contient, par exemple, un oscillateur paramétrique optique.
[0099] En variante, le liquide 4 peut ne pas contenir d'eau. Par exemple, le liquide 4 peut, à la place, comprendre un solvant organique. Dans ce cas, des paramètres de l'impulsion 17, tels que la puissance et/ou l'énergie de l'impulsion 17 peuvent être différents.
[00100] Avantageusement, le réacteur 2 comprend un circuit de collecte pour collecter des électrons émis lors de l'explosion coulombienne.
[00101 ] En variante, l'ouverture 34 comporte un dispositif pour établir une surpression entre l'extérieur et l'intérieur de l'enceinte 32, pour éviter que le liquide 4 ne s'écoule hors de l'enceinte 32.
[00102] En variante, la lame 20 peut être omise. Les sources laser 8 et 16 peuvent alors, par exemple, être disposées de telle sorte que leurs faisceaux respectifs soient dirigés de manière à viser l'ouverture 34. L'angle entre ces faisceaux, mesuré sur l'ouverture 34, est, par exemple, inférieur à 10°, ou à 5°.
[00103] L'étape 106 peut être omise. Dans un cas, une seule de chacune des impulsions 17 et 18 est appliquée au liquide 4. Dans une autre variante, des impulsions 17 et 18 peuvent être appliquées en succession rapide, ce qui évite de limiter le nombre de réactions pouvant se produire sur une durée donnée.
[00104] En variante, les parois de l'enceinte 32 sont réalisées en verre pyrex.
[00105] Le matériau 92 peut présenter une forme différente. Par exemple, le matériau 92 présente une forme cylindrique de section circulaire.
[00106] La bulle 14 peut présenter une forme différente. Par exemple, la bulle 14 présente une forme d'ellipsoïde non régulier ou une forme de sphère.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Réacteur (2) pour la mise en œuvre d'une réaction de fusion nucléaire, caractérisé en ce qu'il comporte :
-un liquide caloporteur (4) contenant des premier (10) et second (12) éléments atomiques en solution ;
-un générateur (6) de bulle apte à créer une bulle (14) dans le liquide caloporteur, cette bulle renfermant un milieu gazeux (15) contenant au moins le premier élément atomique ;
-une source laser (8) apte à appliquer sur le liquide caloporteur une impulsion laser femtoseconde (18), cette impulsion laser femtoseconde étant dirigée sur la bulle créée par le générateur de bulle et présentant une durée inférieure à 100fs et une intensité supérieure à 1014 W.cm"2, de manière à déclencher une explosion coulombienne dans le milieu gazeux renfermé à l'intérieur de la bulle, cette explosion accélérant des noyaux atomiques desdits premiers éléments atomiques de sorte à déclencher à son tour une réaction de fusion nucléaire entre des noyaux atomiques des premier et second éléments atomiques.
2. Réacteur selon la revendication 1 , dans lequel le générateur (6) de bulle comporte une source laser (16) apte à appliquer sur le liquide caloporteur une impulsion laser (17) pour créer une bulle dans le liquide caloporteur, cette impulsion laser présentant une intensité supérieure à 107 W.cm"2, et préférentiellement supérieure à 109W.cm"2 et strictement inférieure à 1014W.cm"2.
3. Réacteur selon la revendication 2, dans lequel la source laser du générateur de bulle et la source laser apte à appliquer l'impulsion laser femtoseconde ne sont qu'une seule et même source laser commune (72), cette source laser commune étant apte à appliquer, successivement, sur le liquide caloporteur :
-l'impulsion laser (73) pour créer la bulle, et
-l'impulsion laser femtoseconde (74) apte à déclencher l'explosion coulombienne.
4. Réacteur selon les revendications 2 ou 3, dans lequel l'impulsion laser (17, 73) créant la bulle présente une énergie supérieure à 100μϋ.
5. Réacteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel :
• le premier élément (10) atomique est un isotope de l'hydrogène ;
• le second élément (12) atomique est un élément choisi dans le groupe composé des isotopes du bore, des isotopes du lithium et des isotopes de l'hydrogène.
6. Réacteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins l'un ou l'autre des premier et second éléments est présent à l'intérieur de nanoparticules (13) présentes en solution dans le liquide caloporteur, chaque nanoparticule présentant un diamètre supérieur ou égal à 8nm.
7. Réacteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel des premier et second éléments sont combinés à l'intérieur de nanoparticules (13) présentes en solution dans le liquide caloporteur, chaque nanoparticule présentant un diamètre supérieur ou égal à 8nm.
8. Réacteur selon la revendication 6 ou 7, dans lequel le liquide caloporteur contient les nanoparticules avec une concentration supérieure ou égale à 109 particules par cm3, chaque nanoparticule (13) comportant :
• un agrégat (52) contenant le second élément atomique avec une concentration atomique au moins égale à 10%, ledit agrégat présentant un diamètre compris entre 8nm et 1000nm ;
• une pluralité de molécules hydrogénées (54), ces molécules comportant chacune une pluralité d'atomes du premier élément atomique
9. Réacteur selon la revendication 8, dans lequel le liquide caloporteur (4) comprend en outre de l'acide borique sous forme dissoute, avec une concentration au moins égale à 40g. L 1 à 20°C et, préférentiel lement, avec une concentration égale à la limite maximale de solubilité de l'acide borique dans le liquide caloporteur.
10. Réacteur selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, dans lequel au moins 50 % des liaisons interatomiques reliant entre eux les atomes formant ces nanoparticules (13) sont des liaisons covalentes.
1 1 . Réacteur selon l'une quelconque des revendications dépendantes, dans lequel l'impulsion laser femtoseconde (18, 74) présente une intensité supérieure à 1016
W.crrr2.
12. Réacteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le générateur est configuré pour que au moins 50 % des premiers éléments atomiques (10) contenus dans le milieu gazeux (15) à l'intérieur de la bulle soient dans un état non ionisé avant l'application de l'impulsion laser femtoseconde.
13. Procédé pour la mise en œuvre d'une réaction de fusion nucléaire, caractérisé en ce que ce procédé comprend : -la fourniture (100) d'un réacteur comportant un liquide caloporteur contenant des premier et second éléments atomiques en solution ;
-la génération (102) d'une bulle dans le liquide caloporteur, par un générateur de bulle, cette bulle renfermant un milieu gazeux contenant au moins le premier élément atomique ;
-l'application (104) sur le liquide caloporteur d'une impulsion laser femtoseconde, cette impulsion laser étant dirigée sur la bulle générée et présentant une durée inférieure à 100fs et une intensité supérieure à 1014 W.cm"2, de manière à déclencher une explosion coulombienne dans le milieu gazeux renfermé à l'intérieur de la bulle, cette explosion accélérant des noyaux atomiques desdits premiers éléments atomiques de sorte à déclencher à son tour une réaction de fusion nucléaire entre des noyaux atomiques des premier et second éléments atomiques.
14. Procédé selon la revendication 13, dans lequel le procédé comprend un délai (106) séparant la génération de la bulle de l'impulsion laser, ce délai étant inférieur ou égal à 1 ms.
15. Procédé selon les revendications 13 ou 14, dans lequel au moins 50% des premiers éléments atomiques contenus dans le milieu gazeux renfermé dans la bulle générée sont dans un état non ionisé préalablement à l'application (104) de l'impulsion laser femtoseconde.
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