WO2014111469A1 - Dispositif de production et de manipulation de plasma à partir d'un fluide à structure résonante micro-ondes et actionneur à plasma par champ électrique - Google Patents

Dispositif de production et de manipulation de plasma à partir d'un fluide à structure résonante micro-ondes et actionneur à plasma par champ électrique Download PDF

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resonant
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Thiéry Luc Frédéric PIERRE
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Centre National De La Recherche Scientifique (C.N.R.S)
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Definitions

  • the present invention relates to a device for producing and manipulating a plasma from a fluid comprising a microwave source, a microwave resonant structure comprising a resonant element, in particular a wired element, of the quarter-wave antenna type. and a plasma generator defining a plasma generating space, and means for transmitting microwaves from the microwave source to the microwave resonant structure.
  • Such a device is known from EP 2 374 753 A1. This known device is suitable for the production of chemical species such as ozone.
  • An object of the invention is therefore to modify this known device so as to allow better manipulation of the generated plasma. It is in particular to propose a new device for controlled propulsion of the generated plasma.
  • a device of the aforementioned type characterized by a plasma actuator arranged at the level of the plasma generation space and adapted to apply an electric potential difference to the generated plasma, and an electrical insulator. adapted to electrically isolate the plasma generator from the plasma actuator.
  • the plasma actuator By providing a plasma actuator by applying an electrical potential difference isolated from the plasma generator, it becomes possible to drive the plasma.
  • the plasma is driven in a desired direction and thereby directed flow is achieved.
  • the device comprises one or more of the following characteristics, taken in isolation or in any technically possible combination:
  • the plasma actuator is an electric high voltage actuator
  • the plasma actuator is adapted to propel the plasma in a defined direction
  • the plasma actuator comprises two manipulation electrodes, at least one of the two manipulation electrodes being in the form of a loop, plate or tip;
  • a handling electrode in particular positive, in the form of a tip, and a handling electrode, in particular negative, in the form of a loop;
  • the handling electrodes are located substantially opposite one another;
  • the resonant element of the quarter-wave antenna type comprises a main section defining a longitudinal axis of the resonant structure, at least one of the two manipulation electrodes being oriented substantially perpendicular to the longitudinal axis;
  • the electrical isolator borders the plasma generation space
  • the electrical insulator is a folded sheet, preferably made of mica;
  • the plasma generator comprises two generating electrodes forming between them a strictly non-zero opening angle, and preferably substantially equal to 45 degrees.
  • FIG. 1 is a perspective schematic diagram of a first embodiment of the device according to the invention.
  • FIG. 2 is a perspective schematic diagram of a second embodiment of the device according to the invention.
  • Figure 1 shows a device 100 for producing and manipulating a plasma from a fluid.
  • This device is subsequently called "Electro-Hydro-Dynamic actuator” or “EHD actuator”. Indeed, it is designed for the propulsion of fluid by electrical action.
  • the EHD actuator 100 comprises a microwave source 102, a microwave resonant structure 104, microwave transmission means 106, a plasma actuator 108, and an electrical insulator 110.
  • the microwave source 102 is a separate unit.
  • the microwave source 102 is able to generate microwaves with a frequency of 500 to 900 MHz, preferably 600 to 800 MHz, and particularly preferably about 630 MHz.
  • the choice of such a frequency band is advantageous in that it makes it possible to produce the source of microwaves 102 using low-cost amplifiers developed for telecommunications.
  • the power delivered by the microwave source 102 is of the order of 2 to 5 Watts.
  • the microwave transmission means 106 connect the microwave source 102 to the resonant microwave structure 104.
  • the resonant microwave structure 104 has a resonant element of the quarter-wave antenna type 1 12, a ground surface 1 14, and a plasma generator 1 15.
  • the mass surface 1 14 is particularly a plan of mass.
  • a dielectric is located between the quarter wave antenna resonant element 1 12 and the ground surface 1 14.
  • the resonant frequency of the resonant structure 104 is a function of the dielectric used.
  • the dielectric is in particular air.
  • the resonant element of the quarter-wave antenna type 1 12 comprises a main section 1 16 and a first 1 18 and second end 120 connected to the main section and substantially perpendicular to it.
  • the main section 1 16 defines a longitudinal axis XX of the resonant structure 104.
  • the first and second end 1 18 and 120 are normal to the ground plane 1 14, while the main section 1 16 is substantially parallel to the ground plane 1 14
  • the first end 18 of the resonant element of the quarter-wave antenna type 104 is connected to the ground plane 1 14.
  • the second end 120 is free and protrudes towards the ground plane 1 14 from the main section 1 16
  • the distance D between the main section 1 16 and the ground plane 1 14 is preferably of the order of 6 to 8 millimeters.
  • the ground surface 1 14 and the resonant element of the quarter-wave antenna type 1 12 are made of metal, the quarter-wave antenna resonator element 1 12 preferably made of stainless steel, tantalum or aluminum. platinum, and the mass surface 1 14 preferably copper. The choice of copper for the surface of mass 1 14 ensures a good electrical surface conductivity involving a high coefficient of overvoltage of the resonant structure 104.
  • the resonant element of the quarter-wave antenna type 1 12 has an ultra-high-frequency connection point 121 at its main section 1 16.
  • the exact location of the connection point 121 on the main section 1 16 is chosen so that the impedance of the quarter-wave antenna resonant element 12, seen from the microwave source 102, is of the order of 50 ohms.
  • the connection point 121 is connected to the central conductor of the ultra-high frequency coaxial cable 106.
  • the shield of the coaxial cable 106 is connected to the ground surface 1 14.
  • the plasma generator 1 comprises two generating electrodes defining between them a space E of plasma generation and able to generate a Cg generation electric field in said space E.
  • the first generating electrode is an antenna electrode 122 substantially parallel to the ground plane 1 14.
  • the antenna electrode 122 is fixed at the end of the second end 120 of the resonant element 1 12.
  • the electrode Antenna 122 is flush with the ground plane 1 14.
  • the antenna electrode 122 can be present in the form of a wafer whose dimensions are advantageously of the order of 8 x 4 mm and therefore the surface of the order of 32 mm 2 .
  • This plate 122 is in particular a rectangle whose length is substantially perpendicular to the longitudinal axis XX.
  • the second generator electrode is a ground electrode 124 facing the antenna electrode 122.
  • the ground electrode 124 is formed in particular by an edge of the ground plane 1 14.
  • the antenna electrode 122 and the ground electrode 124 are spaced a few millimeters apart. In a particularly preferred manner, the distance between the two generating electrodes is approximately 3 millimeters. In the example shown in FIG. 1, the two generating electrodes are substantially parallel to one another. Nevertheless, the two generating electrodes may also form between them a strictly non-zero opening angle, and preferably substantially equal to 45 degrees. In this case, the antenna electrode 122 is inclined relative to the ground plane 1 14.
  • the characteristic length L of the resonant microwave structure 104 is of the order of 100 millimeters.
  • the characteristic length L is measured by going from the extreme edge of the antenna electrode 122 to the junction zone between the main section 1 16 and the first end 1 18.
  • the presence of the ground plane 1 14 changes the phase velocity c and the resonant structure 104 resonates at a lower frequency, in this case about 630 MHz. This frequency can be calculated with digital tools for simulating known electromagnetic structures.
  • the plasma actuator 108 is an electric high voltage actuator, and in particular a dielectric barrier discharge (Dielectric Barrier Discharge, DBD) actuator.
  • the dielectric prevents the migration of electric charges, the possible accumulation of charges being avoided by the use of high polarity voltages reversing periodically.
  • High voltage means here a voltage ranging from 1 to 10 kilovolts.
  • the plasma actuator 108 comprises a high-voltage power supply 126 and two manipulation electrodes 128, 130. Each handling electrode is electrically connected to one of the two terminals of the power supply 126.
  • the two electrodes manipulation 128, 130 define between them a zone Z of plasma drive.
  • the two manipulation electrodes 128, 130 are oriented substantially perpendicularly to the longitudinal axis XX.
  • the two manipulation electrodes are distinguished by an acceleration electrode 128, preferably in the form of a wire or tip, and an extraction electrode 130, preferably in the form of a loop.
  • the extraction electrode 130 defines therein a passage 132 of accelerated plasma output.
  • the power supply 126 provides an alternating voltage. Nevertheless, it can also provide a DC voltage.
  • the acceleration electrode 128 may serve as anode or positive electrode, and the cathode extraction electrode 130 or negative electrode.
  • the electrical insulator 1 10 borders the space E of plasma generation. It electrically isolates the plasma generator 1 15 from the plasma actuator 108.
  • the electrical insulator 1 10 can be made in the form of a U-folded sheet.
  • the acceleration electrode 128 is then at the bottom of the U, the extraction electrode 130 is located opposite the upper ends of the U, and the generating electrodes 122, 124 are at the level of the branches of the U.
  • the orientation of the U is preferably such that its branches are substantially parallel. to the longitudinal axis XX.
  • a preferred material for the electrical insulator 1 is mica whose strong dielectric strength (1 18 kV / mm) allows the application of voltages up to 10 kV for a sheet of thickness 0.1 mm. Such a mica sheet can be obtained by cleavage under a binocular loupe.
  • the application of the EHD actuator 100 according to FIG. 1 will now be described to the manipulation of a boundary layer with a view to reducing the drag of a vehicle moving in a fluid.
  • the EHD actuator 100 is disposed on the wing of an airplane in flight.
  • the surface of the wing is in the plane perpendicular to the ground surface January 14, several EHD actuators are preferably arranged in discontinuous lines flush with the surface of the wing of the aircraft.
  • the arrow F in Figure 1 indicates the direction of flow of air around the wing of the aircraft.
  • a boundary layer is present close to the surface of the wing.
  • the microwave source 102 is turned on with a frequency of approximately 630 MHz and a power of a few watts. It also turns on the power supply 126 which delivers an alternating voltage of approximately 2 kilovolts to the manipulation electrodes 128, 130.
  • the microwaves generated by the source 102 are conveyed to the resonant microwave structure 104 via the cable 106.
  • the microwaves are injected into the resonant element of the 1 2 12 wave antenna type and the structure resonant microwave 104 goes into resonance.
  • a dissipation of energy occurs in the dielectric situated between the resonant element of the quarter-wave antenna type 1 12 and the ground plane 1 14.
  • the high frequency electric field Cg preferably of a few hundred volts per meter, established between the antenna electrode 122 and the ground electrode 124, creates a local plasma Q in the parallelepiped space E of plasma generation.
  • the antenna electrode 122 is inclined with respect to the ground electrode 124, the initiation of the plasma Q is easier, by discharge at the most tight point between the generating electrodes and the expansion of the plasma Q in the generation gap E.
  • the potential differences applied by the manipulating electrodes 128, 130 to the plasma Q cause a separation between ions and electrons which form a static double layer.
  • a flow of ions is obtained which transfers their pulses to the neutral atoms of the air.
  • the result is a flow of gas directed by the outlet passage 132 of the extraction electrode 130, indicated by the arrow G, injecting gas into the boundary layer.
  • the flow G which may be periodic, modifies the thickness and the dynamics of the boundary layer on the wing of the aircraft and thus reduces the drag of the latter.
  • FIG. 2 shows a neutron source 200 constructed from two EHD actuators 100 according to FIG.
  • the two actuators EHD 100 are arranged in opposition. They define between them a reaction chamber R.
  • the two plasma generators 1 15 of the two actuators EHD 100 are located opposite each other so that each passage 132 of the plasma outlet is directed towards the chamber R reaction.
  • the neutron source 200 further comprises reaction fluid introduction elements 202 in each plasma generator 1 15.
  • the introduction elements 202 may in particular be tubes, preferably of alumina.
  • the two EHD actuators 100 are connected together to a common microwave source 102 by two coaxial cables 106.
  • the two plasma actuators 108 share a high voltage power supply 126.
  • the two extraction electrodes 130 are connected to the same terminal of the power supply 126. It is the same for the two acceleration electrodes 128.
  • the operation of the neutron source 200 will now be described.
  • the source of the microwaves 102 is turned on with a frequency of about 630 MHz and a power of a few watts.
  • the power supply 126 which delivers an alternating voltage of approximately 2 to 5 kilovolts to the manipulation electrodes 128, 130, is also turned on.
  • the reaction chamber R is evacuated using a control system. pumping not shown. Then, deuterium gas is injected into each plasma generator 1 with the aid of the tubes 202 until a pressure of the order of 1 mbar is established. The pumping can then be stopped and there is essentially a static vacuum in the reaction chamber R.
  • the microwaves generated by the microwave source 102 are conveyed to the microwave resonant structures 104 via the cables 106.
  • the microwaves are injected into the quarter-wave antenna resonant elements 12 and the resonant microwave structures 104 resonate.
  • a dissipation of energy occurs in the dielectric located between each resonant element of the quarter-wave antenna type 1 12 and each ground plane 1 14.
  • the high frequency electric field preferably of a few hundred volts per meter, established between each antenna electrode and each ground electrode, creates a local plasma Q in each parallelepiped space of plasma generation.
  • the potential differences applied by the manipulating electrodes 128, 130 to the Q plasmas cause a separation between deuterium ions and free electrons which form a static double layer.
  • the neutron source 200 can be used for neutron activation analysis (NAA) and for the production of short-lived radioelements (for example nitrogen 13), especially used in medical imaging.
  • NAA neutron activation analysis
  • short-lived radioelements for example nitrogen 13
  • the device 200 according to FIG. 2 can also be used for generating other reaction products than neutrons and protons.

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Abstract

Dispositif de production et de manipulation de plasma à partir d'un fluide à structure résonante micro-ondes et actionneur à plasma par champ électrique Un dispositif (100) de production/manipulation d'un plasma (Q) à partir d'un fluide (F) comprenant une source de micro-ondes (102), une structure résonante micro-ondes (104) comportant un élément résonant de type antenne quart d'onde (112) et un générateur 15) de plasma (Q) définissant un espace de génération de plasma (E), et des moyens (106) de transmission des micro-ondes de la source micro-ondes vers la structure résonante micro-ondes. Le dispositif est caractérisé par un actionneur à plasma (108) agencé au niveau de l'espace de génération de plasma (E) et adapté à appliquer une différence de potentiel électrique au plasma généré et par un isolateur électrique (110) adapté à isoler électriquement le générateur de plasma de l'actionneur à plasma. Application à la réduction de la traînée de frottement aérodynamique de mobiles en atmosphère normale ou réduite par manipulation de la couche limite et à la production de neutrons/radioéléments.

Description

Dispositif de production et de manipulation de plasma à partir d'un fluide à structure résonante micro-ondes et actionneur à plasma par champ électrique
La présente invention concerne un dispositif de production et de manipulation d'un plasma à partir d'un fluide comprenant une source de micro-ondes, une structure résonante micro-ondes comportant un élément résonant, notamment filaire, de type antenne quart d'onde et un générateur de plasma définissant un espace de génération de plasma, et des moyens de transmission des micro-ondes de la source de micro-ondes vers la structure résonante micro-ondes.
On connaît un tel dispositif du document EP 2 374 753 A1 . Ce dispositif connu est adapté à la production d'espèces chimiques telles que l'ozone.
Néanmoins, avec ce dispositif, la manipulation du plasma généré reste difficile.
Un but de l'invention est donc de modifier ce dispositif connu de manière à permettre une meilleure manipulation du plasma généré. Il s'agit notamment de proposer un nouveau dispositif permettant une propulsion contrôlée du plasma généré.
Selon l'invention, ces buts sont atteints par un dispositif du type précité, caractérisé par un actionneur à plasma agencé au niveau de l'espace de génération de plasma et adapté à appliquer une différence de potentiel électrique au plasma généré, et un isolateur électrique adapté à isoler électriquement le générateur de plasma de l'actionneur à plasma.
En prévoyant un actionneur à plasma par application d'une différence de potentiel électrique isolé du générateur de plasma, il devient possible d'entraîner le plasma. De préférence, le plasma est entraîné dans une direction voulue et on réalise ainsi un écoulement dirigé.
Selon d'autres modes de réalisation, le dispositif comporte une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- l'actionneur à plasma est un actionneur à haute tension électrique ;
- l'actionneur à plasma est adapté à propulser le plasma dans une direction définie ;
- l'actionneur à plasma comporte deux électrodes de manipulation, au moins une des deux électrodes de manipulation étant en forme de boucle, de plaque ou de pointe ;
- une électrode de manipulation, notamment positive, en forme de pointe, et une électrode de manipulation, notamment négative, en forme de boucle ;
- les électrodes de manipulation sont situées sensiblement l'une en face de l'autre ; - l'élément résonant de type antenne quart d'onde comprend un tronçon principal définissant un axe longitudinal de la structure résonante, au moins une des deux électrodes de manipulation étant orientée sensiblement perpendiculairement à l'axe longitudinal ;
- l'isolateur électrique borde l'espace de génération de plasma ;
- l'isolateur électrique est une feuille pliée, réalisée de préférence en mica ;
- le générateur de plasma comporte deux électrodes génératrices formant entre elles un angle d'ouverture strictement non nul, et de préférence sensiblement égal à 45 degrés.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins annexés parmi lesquels :
- la figure 1 est un schéma de principe en perspective d'un premier mode de réalisation du dispositif selon l'invention ; et
- la figure 2 est un schéma de principe en perspective d'un deuxième mode de réalisation du dispositif selon l'invention.
La figure 1 montre un dispositif 100 de production et de manipulation d'un plasma à partir d'un fluide. Ce dispositif est par la suite dénommé « actionneur Electro-Hydro- Dynamique » ou « actionneur EHD ». En effet, il est conçu pour la propulsion de fluide par action électrique.
L'actionneur EHD 100 comprend une source de micro-ondes 102, une structure résonante micro-ondes 104, des moyens de transmission de micro-ondes 106, un actionneur à plasma 108, et un isolateur électrique 1 10.
Dans l'exemple montré à la figure 1 , la source de micro-ondes 102 est une unité séparée. De préférence, la source de micro-ondes 102 est apte à générer des microondes d'une fréquence de 500 à 900 MHz, de préférence de 600 à 800 MHz, et de manière particulièrement préférée d'environ 630 MHz. Le choix d'une telle bande de fréquences est avantageux en ce qu'il permet de réaliser la source de micro-ondes 102 à l'aide d'amplificateurs à bas coûts développés pour les télécommunications. De préférence, la puissance délivrée par la source de micro-ondes 102 est de l'ordre de 2 à 5 Watts.
Les moyens 106 de transmission de micro-ondes, notamment un câble coaxial ultra haute-fréquence, relient la source de micro-ondes 102 à la structure résonante micro-ondes 104. La structure résonante micro-ondes 104 dispose d'un élément résonant de type antenne quart d'onde 1 12, d'une surface de masse 1 14, et d'un générateur de plasma 1 15. La surface de masse 1 14 est notamment un plan de masse.
Un diélectrique est situé entre l'élément résonant de type antenne quart d'onde 1 12 et la surface de masse 1 14. La fréquence de résonance de la structure résonante 104 est fonction du diélectrique utilisé. Le diélectrique est notamment de l'air.
L'élément résonant de type antenne quart d'onde 1 12 comprend un tronçon principal 1 16 ainsi qu'une première 1 18 et deuxième 120 extrémité reliées au tronçon principal et sensiblement perpendiculaires à celui-ci. Le tronçon principal 1 16 définit un axe longitudinal X-X de la structure résonante 104. La première et deuxième extrémité 1 18 et 120 sont normales au plan de masse 1 14, tandis que le tronçon principal 1 16 est sensiblement parallèle au plan de masse 1 14. La première extrémité 1 18 de l'élément résonant de type antenne quart d'onde 104 est reliée au plan de masse 1 14. La seconde extrémité 120 est libre et saillante vers le plan de masse 1 14 à partir du tronçon principal 1 16. La distance D entre le tronçon principal 1 16 et le plan de masse 1 14 est de préférence de l'ordre de 6 à 8 millimètres.
De préférence, la surface de masse 1 14 et l'élément résonant de type antenne quart d'onde 1 12 sont réalisées en métal, l'élément résonant de type antenne quart d'onde 1 12 de préférence en inox, en tantale ou en platine, et la surface de masse 1 14 de préférence en cuivre. Le choix du cuivre pour la surface de masse 1 14 assure une bonne conductivité électrique surfacique impliquant un fort coefficient de surtension de la structure résonante 104.
L'élément résonant de type antenne quart d'onde 1 12 dispose d'un point de connexion ultra haute-fréquence 121 au niveau de son tronçon principal 1 16. L'emplacement exact du point de connexion 121 sur le tronçon principal 1 16 est choisi de façon à ce que l'impédance de l'élément résonant de type antenne quart d'onde 1 12, vue de la source de micro-ondes 102, soit de l'ordre de 50 Ohms. Le point de connexion 121 est relié au conducteur central du câble coaxial ultra haute-fréquence 106. Le blindage du câble coaxial 106 est relié à la surface de masse 1 14.
Le générateur de plasma 1 15 comporte deux électrodes génératrices définissant entre elles un espace E de génération de plasma et aptes à générer un champ électrique de génération Cg dans ledit espace E.
La première électrode génératrice est une électrode d'antenne 122 sensiblement parallèle au plan de masse 1 14. L'électrode d'antenne 122 est fixée au bout de la seconde extrémité 120 de l'élément résonant 1 12. De préférence, l'électrode d'antenne 122 affleure le plan de masse 1 14. En particulier, l'électrode d'antenne 122 peut se présenter sous la forme d'une plaquette dont les dimensions sont avantageusement de l'ordre de 8 x 4 mm et donc la surface de l'ordre de 32 mm2. Cette plaquette 122 est notamment un rectangle, dont la longueur est sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal X-X.
La deuxième électrode génératrice est une électrode de masse 124 en regard de l'électrode d'antenne 122. L'électrode de masse 124 est notamment constituée d'un bord du plan de masse 1 14.
De préférence, l'électrode d'antenne 122 et l'électrode de masse 124 sont espacées de quelques millimètres. De manière particulièrement préférée, la distance entre les deux électrodes génératrices est d'environ 3 millimètres. Dans l'exemple représenté à la figure 1 , les deux électrodes génératrices sont sensiblement parallèles l'une à l'autre. Néanmoins, les deux électrodes génératrices peuvent aussi former entre elles un angle d'ouverture strictement non nul, et de préférence sensiblement égal à 45 degrés. Dans ce cas de figure, l'électrode d'antenne 122 est inclinée par rapport au plan de masse 1 14.
De préférence, la longueur caractéristique L de la structure résonante micro-ondes 104 est de l'ordre de 100 millimètres. La longueur caractéristique L est mesurée en allant du bord extrême de l'électrode d'antenne 122 à la zone de jonction entre le tronçon principal 1 16 et la première extrémité 1 18. La longueur caractéristique L correspondant au quart de la longueur d'onde λ des micro-ondes, on a alors une longueur d'onde de travail de 100 X 4 = 400 millimètres ce qui correspondrait en rayonnement en espace libre (où la vitesse de phase c des ondes électromagnétiques est de l'ordre de 3 x 108 m/s) à une fréquence de résonance f = c / λ d'environ 750 MHz. En pratique, la présence du plan de masse 1 14 change la vitesse de phase c et la structure résonante 104 résonne à une fréquence inférieure, en l'occurrence d'environ 630 MHz. Cette fréquence peut être calculée avec des outils numériques de simulation des structures électromagnétiques connus.
L'actionneur à plasma 108 est un actionneur à haute tension électrique, et notamment un actionneur à décharge à barrière diélectrique (« Dielectric Barrier Discharge, DBD »). Le diélectrique empêche la migration des charges électriques, l'accumulation éventuelle de charges étant évitée par l'emploi de hautes tensions de polarité s'inversant périodiquement. On entend ici par haute tension électrique une tension allant de 1 à 10 kilovolts. A cet effet, l'actionneur à plasma 108 comprend une alimentation électrique haute tension 126 et deux électrodes de manipulation 128, 130. Chaque électrode de manipulation est reliée électriquement à l'une des deux bornes de l'alimentation électrique 126. Les deux électrodes de manipulation 128, 130 définissent entre elles une zone Z d'entraînement de plasma. Elles sont agencées au niveau de l'espace E de génération de plasma, l'une en face de l'autre, de façon à ce qu'elles soient aptes à générer un champ électrique de manipulation Cm sensiblement perpendiculaire au champ électrique de génération Cg. De préférence, les deux électrodes de manipulation 128, 130 sont orientées sensiblement perpendiculairement à l'axe longitudinal X-X.
En outre, les deux électrodes de manipulation se distinguent en une électrode d'accélération 128, de préférence en forme de fil ou de pointe, et une électrode d'extraction 130, de préférence en forme de boucle. L'électrode d'extraction 130 définit en son sein un passage 132 de sortie de plasma accéléré.
De préférence, l'alimentation électrique 126 fournit une tension alternative. Néanmoins, elle peut aussi fournir une tension continue. Dans ce dernier cas, l'électrode d'accélération 128 pourra servir d'anode ou électrode positive, et l'électrode d'extraction 130 de cathode ou électrode négative.
L'isolateur électrique 1 10 borde l'espace E de génération de plasma. Il isole électriquement le générateur de plasma 1 15 de l'actionneur à plasma 108. L'isolateur électrique 1 10 peut être réalisé sous la forme d'une feuille pliée en U. L'électrode d'accélération 128 se situe alors au fond du U, l'électrode d'extraction 130 se situe en face des extrémités supérieures du U, et les électrodes génératrices 122, 124 se situent au niveau des branches du U. L'orientation du U est de préférence telle que ses branches soient sensiblement parallèles à l'axe longitudinal X-X. Un matériau préféré pour l'isolateur électrique 1 10 est le mica dont la rigidité diélectrique forte (1 18 kV/mm) permet l'application de tensions jusqu'à 10 kV pour une feuille d'une épaisseur de 0,1 mm. Une telle feuille de mica peut être obtenue par clivage sous loupe binoculaire.
On va maintenant décrire l'application de l'actionneur EHD 100 selon la figure 1 à la manipulation d'une couche limite en vue de la réduction de la traînée d'un véhicule se déplaçant dans un fluide.
On suppose par la suite que l'actionneur EHD 100 est disposé sur l'aile d'un avion en vol. La surface de l'aile est dans le plan perpendiculaire à la surface de masse 1 14, plusieurs actionneurs EHD étant de préférence disposés en lignes discontinues affleurant à la surface de l'aile de l'aéronef. La flèche F à la figure 1 indique la direction d'écoulement de l'air autour de l'aile de l'avion. Lors de l'écoulement, une couche limite est présente proche de la surface de l'aile. Afin de mettre en mouvement cette couche limite, on allume la source de micro-ondes 102 avec une fréquence d'environ 630 MHz et une puissance de quelques watts. On allume également l'alimentation électrique 126 qui délivre une tension alternative d'environ 2 kilovolts aux électrodes de manipulation 128, 130.
Les micro-ondes générées par la source 102 sont acheminées vers la structure résonante micro-ondes 104 par l'intermédiaire du câble 106. Les micro-ondes sont injectées dans l'élément résonant de type antenne quart d'onde 1 12 et la structure résonante micro-ondes 104 entre en résonance. Une dissipation d'énergie intervient dans le diélectrique situé entre l'élément résonant de type antenne quart d'onde 1 12 et le plan de masse 1 14. Le champ électrique Cg de haute fréquence, de préférence de quelques centaines de volts par mètre, établi entre l'électrode d'antenne 122 et l'électrode de masse 124, crée un plasma local Q dans l'espace parallélépipédique E de génération de plasma. Lorsque l'électrode d'antenne 122 est inclinée par rapport à l'électrode de masse 124, l'amorçage du plasma Q est plus aisé, par décharge au point le plus reserré entre les électrodes génératrices et l'expansion du plasma Q dans l'espace de génération E.
Les différences de potentiel appliquées par les électrodes de manipulation 128, 130 au plasma Q provoquent une séparation entre ions et électrons qui forment une double couche statique. On obtient un flux d'ions qui transfèrent leurs impulsions aux atomes neutres de l'air. Le résultat est un écoulement de gaz dirigé par le passage de sortie 132 de l'électrode d'extraction 130, indiqué par la flèche G, injectant du gaz dans la couche limite. L'écoulement G, qui peut être périodique, modifie l'épaisseur et la dynamique de la couche limite sur l'aile de l'aéronef et permet ainsi de réduire la traînée de celui-ci.
En référence à la figure 2, on va maintenant décrire un deuxième mode de réalisation du dispositif selon l'invention.
La figure 2 montre une source de neutrons 200 construite à partir de deux actionneurs EHD 100 selon la figure 1 . Les deux actionneurs EHD 100 sont agencés en opposition. Ils définissent entre eux une chambre de réaction R. Les deux générateurs de plasma 1 15 des deux actionneurs EHD 100 se situent l'un en face de l'autre de manière à ce que chaque passage 132 de sortie du plasma soit orienté vers la chambre de réaction R.
La source de neutrons 200 comprend en outre des éléments 202 d'introduction de fluide de réaction dans chaque générateur de plasma 1 15. Les éléments d'introduction 202 peuvent notamment être des tubes, de préférence en alumine.
Les deux actionneurs EHD 100 sont reliés ensemble à une source de micro-ondes commune 102 par deux câbles coaxiaux 106. Les deux actionneurs à plasma 108 se partagent une alimentation électrique haute tension 126. Les deux électrodes d'extraction 130 sont reliées à la même borne de l'alimentation 126. Il en est de même pour les deux électrodes d'accélération 128.
On va maintenant décrire le fonctionnement de la source de neutrons 200. On allume la source de micro-ondes 102 avec une fréquence d'environ 630 MHz et une puissance de quelques watts. On allume également l'alimentation électrique 126 qui délivre une tension alternative d'environ 2 à 5 kilovolts aux électrodes de manipulation 128, 130. En outre, on fait le vide dans la chambre de réaction R à l'aide d'un système de pompage non représenté. Puis, on injecte du gaz de deutérium dans chaque générateur de plasma 1 15 à l'aide des tubes 202 jusqu'à établir une pression de l'ordre de 1 mbar. Le pompage peut être alors arrêté et on a essentiellement un vide statique dans la chambre de réaction R.
Les micro-ondes générées par la source de micro-ondes 102 sont acheminées vers les structures résonantes micro-ondes 104 par l'intermédiaire des câbles 106. Les micro-ondes sont injectées dans les éléments résonants de type antenne quart d'onde 1 12 et les structures résonantes micro-ondes 104 entrent en résonance. Une dissipation d'énergie intervient dans le diélectrique situé entre chaque élément résonant de type antenne quart d'onde 1 12 et chaque plan de masse 1 14. Le champ électrique de haute fréquence, de préférence de quelques centaines de volts par mètre, établi entre chaque électrode d'antenne et chaque électrode de masse, crée un plasma local Q dans chaque espace parallélépipédique de génération de plasma.
Les différences de potentiel appliquées par les électrodes de manipulation 128, 130 aux plasmas Q provoquent une séparation entre ions de deutérium et électrons libres qui forment une double couche statique. On obtient deux flux de plasma dirigés à travers les passages de sortie 132 des électrodes d'extraction 130 vers la chambre de réaction R, indiqués par les flèches G.
Les deux flux de plasma G entrent alors en collision frontale au sein de la chambre de réaction R. On provoque ainsi une réaction de fusion nucléaire dégageant entre autres des neutrons libres N et des protons selon les réactions :
Drapide + Dlent→ He + Π
Drapide + Diem→ + p+ pour lesquelles la moitié des réactions produit un neutron d'énergie 2.45 MeV et un noyau d'hélium 3, l'autre moitié produisant un proton et un triton. Le maximum de la section efficace de fusion D-D est de 10"29 m2, obtenu pour un deutéron d'énergie voisine de 2 MeV. A plus basse énergie, la section efficace est beaucoup plus faible, mais le taux de fusion attendu, compte tenu de la densité du gaz de deutérium et de la densité du plasma obtenu, permet d'obtenir une production de neutrons de l'ordre de 103 /s à 105 /s.
La source de neutrons 200 peut être utilisée pour l'analyse par activation neutronique (NAA) et pour la production de radioéléments à vie courte (par exemple l'azote 13) notamment utilisés dans l'imagerie médicale.
On notera que le dispositif 200 selon la figure 2 peut aussi servir à la génération d'autres produits de réaction que les neutrons et les protons.

Claims

REVENDICATIONS
Dispositif (100) de production et de manipulation d'un plasma (Q) à partir d'un fluide (F) comprenant :
- une source de micro-ondes (102) ;
- une structure résonante micro-ondes (104) comportant un élément résonant, notamment filaire, de type antenne quart d'onde (1 12) et un générateur (1 15) de plasma (Q) définissant un espace de génération de plasma (E) ; et
-des moyens (106) de transmission des micro-ondes de la source de micro-ondes vers la structure résonante micro-ondes ;
caractérisé par :
- un actionneur à plasma (108) agencé au niveau de l'espace de génération de plasma (E) et adapté à appliquer une différence de potentiel électrique au plasma généré ; et
- un isolateur électrique (1 10) adapté à isoler électriquement le générateur de plasma (1 15) de l'actionneur à plasma (108).
Dispositif selon la revendication 1 , dans lequel l'actionneur à plasma (108) est un actionneur à haute tension électrique.
Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'actionneur à plasma (108) est adapté à propulser le plasma dans une direction définie (G).
Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'actionneur à plasma (108) comporte deux électrodes de manipulation (128, 130), au moins une des deux électrodes de manipulation étant en forme de boucle, de plaque ou de pointe.
Dispositif selon la revendication 4, avec une électrode de manipulation (128), notamment positive, en forme de pointe, et une électrode de manipulation (130), notamment négative, en forme de boucle.
Dispositif selon la revendication 4 ou 5, dans lequel les électrodes de manipulation (128, 130) sont situées sensiblement l'une en face de l'autre.
7. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, dans lequel l'élément résonant de type antenne quart d'onde (1 12) comprend un tronçon principal (1 16) définissant un axe longitudinal (X-X) de la structure résonante, et dans lequel au moins une des deux électrodes de manipulation (128, 130) est orientée sensiblement perpendiculairement à l'axe longitudinal.
8. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'isolateur électrique (1 10) borde l'espace de génération de plasma.
9. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'isolateur électrique (1 10) est une feuille pliée, réalisée de préférence en mica.
10. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le générateur de plasma (1 15) comporte deux électrodes génératrices (122, 124) formant entre elles un angle d'ouverture strictement non nul, et de préférence sensiblement égal à 45 degrés.
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