WO2017021174A1 - Dispositif et procede de production de neutrons - Google Patents

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WO2017021174A1
WO2017021174A1 PCT/EP2016/067510 EP2016067510W WO2017021174A1 WO 2017021174 A1 WO2017021174 A1 WO 2017021174A1 EP 2016067510 W EP2016067510 W EP 2016067510W WO 2017021174 A1 WO2017021174 A1 WO 2017021174A1
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WO
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target
nuclei
magnetic field
magnetic
electrons
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PCT/EP2016/067510
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Arash Mofakhami
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Neusca Sas
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    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21G—CONVERSION OF CHEMICAL ELEMENTS; RADIOACTIVE SOURCES
    • G21G7/00—Conversion of chemical elements not provided for in other groups of this subclass
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21B—FUSION REACTORS
    • G21B1/00—Thermonuclear fusion reactors
    • G21B1/11—Details
    • G21B1/19—Targets for producing thermonuclear fusion reactions, e.g. pellets for irradiation by laser or charged particle beams
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H3/00—Production or acceleration of neutral particle beams, e.g. molecular or atomic beams
    • H05H3/06—Generating neutron beams
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H6/00—Targets for producing nuclear reactions
    • H05H6/005—Polarised targets
    • 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 present invention particularly relates to devices and methods for producing and / or capturing neutrons.
  • This technology has the disadvantage of requiring a very important framework with regard to the risks of the nuclear fission reaction and a significant consumption of energy.
  • Another technology used for the production of neutrons is spallation, ie the interaction of energetic photons, energetic particles or strongly accelerated light nuclei (of the order of MeV to GeV) with heavy nuclei and / or or rich in neutrons.
  • the impact of the incident energy beam (proton, electron, or photon) on these nuclei releases neutrons by fissioning the nuclei or pulling out excess neutrons in a directional cone.
  • This technology requires, as for the nuclear reaction, a heavy device and considerable investments to be able to reach important productions, of the order of 10 15 neutrons / cm 2 .s for example.
  • the radioactive danger is lower, but so are the efficiencies, with a high cost for the achievement of targets that have a relatively short life span (generally less than 2000 hours), and a high energy consumed by the incident particle beam, in general protons, which explains why this technology is very expensive.
  • the international application WO 2009/052330 describes a neutron generation process comprising a step of collision of an ion and nucleus beam.
  • the nuclei have the same spin state as the ions.
  • EP 2 360 997 discloses a method for generating neutrons, in which a beam of nuclei and an electron beam are collided. It is therefore necessary to first produce beams of electrons and nuclei.
  • the device used can therefore be relatively complex, cumbersome and expensive.
  • the efficiency may be insufficient insofar as the neutrons produced must be used outside the device, which can generate significant losses.
  • the patent application US 2014/0326711 relates to a heat production process, in which nickel and hydrogen are reacted in a sealed chamber.
  • the invention thus relates to a method for producing and / or capturing neutrons, comprising the following steps:
  • nuclei selected from protons (hydrogen nuclei), deuterons (deuterium nuclei) and / or tritons (tritium nuclei) to an electric field to extract said nuclei and direct the thus extracted nuclei to a target containing free electrons
  • the magnetic moments of electrons and nuclei can be aligned in the same direction. They can be parallel to the direction of movement of the nuclei towards the target, being in the same direction or in the opposite direction. They can thus be collinear with the axis of the core beam extracted in step b). To obtain such an alignment, the magnetic fields used may be axial, having their axis coincident with the axis of the core beam.
  • the neutrons thus produced can then be captured by the nuclei constituting the target, which induces the transmutation of these same nuclei by neutron capture.
  • free electrons we mean the electrons of the conduction layers of the target, which are weakly bound to the atoms of the target and which can participate, therefore, in the flow of electricity.
  • the layer that contains these free electrons can cover the target to a thickness of a few nanometers to a few microns at least on the side of the core beam.
  • magnetic moment is meant the intrinsic magnetic moment of the particle, namely the nucleus or the electron. These particles have magnetic charges and moments.
  • the electrons which have been oriented by the magnetic field (s), external magnetic field or magnetic fields generated by the super paramagnetic materials of the target itself, can come from the atoms constituting the target. that is, for example, atoms to be transmuted by themselves, or alternatively, specific atoms added for this purpose on the target or in the target, for example electron donors. These electron donors can also act as a magnetic field amplifier locally. Indeed, some target materials, preferably heated beyond their Curie temperatures, can participate in increasing the gradient of the magnetic field locally under the combined effect of their own magnetism and imposed external magnetic field. Thus the magnetic moments of the electrons can be at least locally aligned, under the effect of the gradients of the magnetic fields combined, with the magnetic moments of the incident nuclei, which then allows the generation of neutrons by electronic capture.
  • the target can have super paramagnetic properties.
  • superparamagnetic properties it is meant that the target comprises one or more superparamagnetic materials.
  • Superparamagnetism is a behavior of ferromagnetic or ferrimagnetic materials that occurs when they are in the form of small grains or nanoparticles. In grains of sufficiently small size, the magnetization can be reversed spontaneously under the influence of temperature. The average time between two reversals is called Néel's relaxation time. In the absence of applied magnetic field, if the time used to measure the magnetization of these grains is much larger than the Néel relaxation time, their magnetization appears null: they are said to be in a superparamagnetic state. In this state, an external field can magnetize the grains, as in a paramagnetic material. Nevertheless, the magnetic susceptibility of superparamagnetic grains is much greater than that of paramagnetic materials.
  • the target can be subjected to a temperature sufficient to trigger its super properties. paramagnetism.
  • the heating of the target makes it possible to activate its superparamagnetic properties.
  • the target can be further subjected to a second magnetic field so as to give a predefined orientation to the magnetic moments of the free electrons of the target.
  • a second magnetic field can provide a preferred direction to the orientation of the magnetized nanoparticles.
  • This preferred direction may for example be the direction of the incident proton beam or the reverse direction of the proton beam.
  • the neutrons thus produced then interact with the target, which may be metallic or non-metallic and covered by a metallic or conductive layer, preferably ferromagnetic or superparamagnetic.
  • a metallic or conductive layer preferably ferromagnetic or superparamagnetic.
  • the presence of the metallic or conductive layer provides the necessary electrons as well as an increase in the gradient of the local magnetic field if this layer is ferromagnetic, or even superparamagnetic, to orient the moments more efficiently. magnetic bound electrons.
  • the electronic capture by the incident nuclei is induced by the orientation of the magnetic moments of the interacting particles. This then makes it possible to generate cold, thermal, slow or fast neutrons according to the intensity of the potential applied to extract and accelerate the incident nuclei.
  • An advantage of the invention is therefore that the production of neutrons can take place in situ in the target, without a large part of the neutrons being lost as is the case with ex-situ neutron sources.
  • Another advantage is the production of these neutrons with a low energy cost thanks to the method of alignment of the magnetic moments of the particles, in particular parallel to the axis of the nucleus beam.
  • the energy of the incident nuclei can be variable. It can be adjustable, especially in the range between 1 ⁇ and 25 MeV, better between 0.025 eV and 10 keV, or even better between 0.01 eV and 0.4 eV.
  • the expression “give a predefined orientation to the magnetic moments”, also called “polarization”, means that the gradient of the magnetic field orients the intrinsic magnetic moments of the particles (nuclei and electrons, preferably electrons) in the direction of variation of the field and of the core beam. This orientation may concern at least 0.01%, or even at least 1%, or even at least 10%, or even at least 50%, or even substantially all of the particles interacting under the magnetic field or fields.
  • the magnetic moments of the nuclei and electrons can be oriented in the direction of the gradient of the first magnetic field.
  • the gradient of the first magnetic field may itself be oriented along the axis of the core beam.
  • the energy of the neutrons produced can be between 1 ⁇ and 25 MeV, preferably between 0.025 eV and 10 keV and better still between 0.01 eV and 0.4 eV. This energy may depend on the pulse imparted to the incident cores, and in particular on the electric potential applied to extract the cores involved in the electronic capture reaction.
  • the subject of the invention is also a method for producing and / or capturing neutrons, comprising the following steps:
  • nuclei selected from protons (hydrogen nuclei), deuterons (deuterium nuclei) and / or tritons (tritium nuclei) to an electric field to extract said nuclei and direct the thus extracted nuclei to a target containing free electrons
  • the heating of the target makes it possible to activate its superparamagnetic properties.
  • the target can be further subjected to a second magnetic field so as to give a predefined orientation to the magnetic moments of the free electrons of the target.
  • a second magnetic field can provide a preferred direction to the orientation of the magnetized nanoparticles. This preferred direction may for example be the direction of the incident proton beam or the reverse direction of the proton beam.
  • the nuclei can be obtained by creating a plasma of hydrogen and / or deuterium and / or tritium by application of radio frequencies, which will be described later, or high voltage.
  • radio frequencies which will be described later, or high voltage.
  • the presence of an intense magnetic field in the presence of radio frequencies leads to a magnetron-type electron cyclotron resonance (ECR) plasma excitation process, which can substantially improve the confinement and maintenance of the plasma.
  • ECR electron cyclotron resonance
  • a neutral gas of hydrogen, and / or deuterium and / or tritium is introduced into an enclosure maintained under a controlled pressure.
  • This enclosure can be maintained under a high vacuum, especially under vacuum, by a vacuum pump.
  • the pressure in the chamber is for example between 10 "9 mbar and 100 mbar, preferably between 10" 7 mbar and 10 "3 mbar.
  • the plasma can be obtained by means of an electric discharge.
  • the nuclei of hydrogen and / or deuterium and / or tritium can be obtained by high-voltage gas application.
  • the nuclei may be obtained by means of a source of nuclei or proton source, which may for example be commercially available, for example under the trade names Monogan-M100, ECR source ion or source Proton.
  • the hydrogen gas and / or deuterium and / or tritium gas are subjected to a radio frequency field, which can range from 10 MHz to 400 MHz, in particular under the influence of a field magnetic with or without gradient, so as to generate a plasma of this (s) gas.
  • a radio frequency field which can range from 10 MHz to 400 MHz, in particular under the influence of a field magnetic with or without gradient, so as to generate a plasma of this (s) gas.
  • the method according to the invention may comprise, before step a), a step of generating the core beam.
  • nuclei As a source of nuclei that can be used in the context of the present invention, mention may be made of the source taught in the publication "Ion Gun Injection In Support Of Fusion Ship II Research And Development” by MILEY et al. or "Modified source geometry in a radio-frequency ion source” by Kiss et al.
  • the sources of nuclei may comprise within them any type of core accelerator that can be used, such as linear or linear accelerators, circular accelerators such as cyclotrons or synchrotrons.
  • the core bundle may have, at the time of its generation, a diameter of between 10 "8 and 10 " 1 m, for example between 10 "6 and 10 " 1 m, for example between 5.10 4 and 5.10 2 m.
  • beam diameter is meant the largest dimension of said beam in cross-section.
  • the core beam may have a flux of between 10 9 and 10 23 nuclei / sec. At least 50%, for example at least 75%, for example substantially all the nuclei constituting the core bundle, may have an energy of between 1 ⁇ and 25 MeV, for example between 0.025 eV and 10 keV, for example between 0 , 01 eV and 100 eV.
  • the nucleus beam can be emitted continuously.
  • the nucleus beam can be pulsed.
  • pulsed beam it should be understood that the beam is emitted in the form of pulses of duration for example less than or equal to one second, or even 1 ms, for example 1 ⁇ , for example 1 ns, for example less than or equal to 10 ps or even less than 1 ps.
  • the pulses have for example a duration of between 1 ps and 1 ms.
  • the duration separating two successive pulses is, for example, less than or equal to 1 ms, for example ⁇ , for example less than or equal to lps.
  • the pulsed extraction may in particular make it possible to limit the disturbing interactions between the excess particles having reformed atoms and / or molecules in the vacuum chamber with the cores of the beam.
  • the number of neutrons generated per pulse can for example be between 1 and 10 19 neutron / cm 2 per pulse, or even between 10 6 and 10 17 neutron / cm 2 per pulse, better still 10 12 and 10 15 neutrons / cm 2 per pulse.
  • the production of neutrons can be carried out continuously or in pulsed form.
  • the target contains ferromagnetic and / or superparamagnetic materials
  • the target can be subjected to a magnetic field so as to give a predefined orientation to the magnetic moments of the free electrons of the target.
  • These nuclei may be radio frequency-labeled to provide a predefined orientation to the magnetic moments of the nuclei.
  • the application of these radio frequencies can in particular make it possible to give an orientation to the magnetic moments of the cores misdirected in the desired direction.
  • These radio frequencies can for example be of the order of 40 MHz.
  • the target can be subjected to radio frequencies so as to give a predefined orientation to the magnetic moments of the free electrons of the target.
  • the application of these radio frequencies can in particular allow to give an orientation to the magnetic moments of the free electrons of the target misdirected in the desired direction.
  • These radio frequencies can for example be of the order of 25 GHz.
  • the frequency of radio frequencies is particularly dependent on the intensity of the magnetic fields involved as well as the type of beam (electron, proton, deuteron or triton).
  • the radio frequencies can be applied using a radio frequency generator at a frequency between 10 kHz and 50 GHz, better between 50 kHz and 50 GHz.
  • the radio frequencies produced can be between 10 MHz and 25 GHz, or even between 100 MHz and 2.5 GHz, being for example of the order of 45 MHz.
  • the radio frequencies can be applied by means of an antenna of a radio frequency generator surrounding the enclosure or an antenna which is placed inside the enclosure for each nucleus beam and / or electrons.
  • the radiofrequency emission direction may be perpendicular or parallel to the core beam axis.
  • the radio frequencies used to produce the plasma can be between 1 MHz and 10 GHz, or even between 10 MHz and 1 GHz, better still between 100 MHz and 700 MHz, being for example of the order of 200 MHz.
  • 0.005 Tesla and 25 Tesla or even an intensity between 0.1 Tesla and 1 Tesla, and a spatial gradient between 0.001 Tesla / meter and 1000 Tesla / meter, or even between 0.01 Tesla / meter and 100 Tesla / meter, on the volume of an enclosure containing said cores, with for example a variation of the order of 10 Tesla / meter on the volume of the enclosure.
  • the first magnetic field is variable in time, by the frequency and / or the shape of the signal.
  • the maximum intensity of the first magnetic field produced may be between 0.005 Tesla and 25 Tesla.
  • the gradient is for example between 0.1 T / m and 1000 T / m.
  • the orientation of the magnetic moments of the particles depend on the gradient of the magnetic field over the entire target
  • the shape of the gradient of the magnetic field can be modified according to the size and shape of the targets.
  • the first magnetic field produced can be by means of one or more permanent magnets or one or more electromagnets.
  • the first magnetic field may for example be generated by a variable current having the sinusoidal shape or a peak shape.
  • the electrical generator associated with the electromagnet can for example produce a DC voltage and / or a variable voltage at frequencies between 1 Hz and 25 MHz. The application of this first magnetic field allows the orientation of the magnetic moments of the nuclei.
  • the free electrons of the target may be subjected to a spatial and / or temporal gradient of the second magnetic field.
  • the second magnetic field may have a spatial and / or temporal gradient.
  • this second magnetic field may be constant temporally and / or spatially.
  • the second magnetic field may have a spatial gradient of between 0.01 T / m and 1000 T / m in the volume of the target containing said electrons, being for example of the order of 10 T / m in the volume of the target.
  • the second magnetic field is variable in time, by the frequency and / or the shape of the signal.
  • the intensity of the second magnetic field produced may be between 0.005 Tesla and 25 Tesla.
  • the second magnetic field produced can be by means of one or more permanent magnets or one or more electromagnets, or a radio frequency generator, or a combination thereof.
  • the second magnetic field may for example be generated by a variable current having the sinusoidal shape or a peak shape.
  • the electric generator associated with the electromagnet can for example produce a DC voltage and / or a variable voltage at frequencies between 1 Hz and 25 MHz. The application of this second magnetic field allows the orientation of the magnetic moments of the electrons.
  • the first and / or the second magnetic field can be produced by electromagnets with a power supply controlled by a signal generator.
  • the signals may be square, sinusoidal, rectified signals, for example generated by thyristors, for example with a Graetz bridge.
  • thyristors for example with a Graetz bridge.
  • the outgoing voltages and currents of the Graetz bridge can be used, with the thyristor delay angle equal to 20 °, as shown on the internet page https://en.wikipedia.org/wiki/Thyristor. Currents of this type can generate temporal variations of magnetic field.
  • the electromagnet (s) may be with or without a ferromagnetic core, for example an electromagnet with a nucleus and another without a nucleus, which may make it possible to promote obtaining a spatial gradient of the magnetic field.
  • the electromagnet core can be drilled to feed the plasma with gas.
  • the gas inlet can be through the wall of the enclosure.
  • the first and / or second magnetic field may be accompanied by a generation of frequencies, for example between 1Hz to 25MHz.
  • the radio frequency application (s) can provide a complementary assistance to the orientation of the magnetic moments of the electrons and nuclei and thus allow an increase in the efficiency of the method of the invention.
  • the radio frequencies can be between 1 MHz and 50 GHz, for example 42 MHz for cores and 25 GHz for electrons under a magnetic field of about 1 Tesla. The frequencies depend on the applied magnetic field.
  • a single coil can generate a magnetic field that replaces the two magnetic fields. This coil may be a coil with or without core.
  • the applied electric field in particular on the plasma, can be obtained by one or more electrodes (s), in particular anode / mass or mass / cathode electrode pair, in order to subject the cores to an electric potential difference.
  • electrodes in particular anode / mass or mass / cathode electrode pair
  • the pair of electrodes can be carried by an electrode holder.
  • the electrode and the mass may be of identical shape, with their polarity close.
  • the electrode holder may have a crown shape, having two housings for the electrode and the ground, which can be of identical shape.
  • the electrode holder may be pierced with radial orifices, two in number for example, and which may be diametrically opposed. These radial orifices can be used for fixing the electrode holder in the device.
  • the electrode holder may also include transverse orifices.
  • Transverse orifices may be used to pass electrical connections on the sides of the enclosure, being furthest from the central axis of the enclosure. These transverse holes may also be smaller in diameter. They can be six in number, being arranged symmetrically around the central axis of the enclosure.
  • Transverse orifices may also be used for the passage of spacers, which allow the maintenance of the electrodes and the support of the target.
  • These spacers may be used for the circulation of one or more coolant (s) and extraction of heat produced in the device. They can be four in number, as well as the spacers, and can be arranged symmetrically around the central axis of the enclosure.
  • transverse orifices can be kept free, which can thus serve to balance the pressures in the device and the flow of gases. They can be six in number, which can be arranged symmetrically around the central axis of the enclosure.
  • This pair of electrodes may be disposed at a predefined distance from the plasma, preferably in close proximity thereto, and / or at a predefined distance from the target.
  • the distance with the target may be between 1 mm and 1 m, being for example of the order of 60 mm.
  • the anode electrode of the plasma can be brought to a potential of between 0 V and 10 000 V, being for example of the order of 6 kV.
  • the electric field can be between 100 V / m and 10 MV / m, being for example of the order of 1 MV / m.
  • Several pairs of electrodes can be used to increase the pulse of the nuclei on the target.
  • cathode As a variant, it is possible to use a cathode and the mass for the plasma.
  • the cathode can then be brought to a potential between 0 V and -10 000 V, being for example of the order of -6 kV.
  • the anode or cathode voltage makes it possible to give the cores the desired pulse according to the applications envisaged.
  • the applied electric field in particular on the target, can be obtained by one or more electrodes, in particular a pair of mass / cathode electrodes, or anode / mass, in order to subject the electrons of the target to a potential difference. electric.
  • At least one of the electrodes may be carried by an electrode holder, which may be as described above.
  • the other electrode may be of generally frustoconical shape.
  • This pair of electrodes may be disposed at a predefined distance from the target, preferably in close proximity thereto.
  • the target may itself be connected to ground.
  • the target can be connected to a cathode.
  • the cathode can then be brought to a potential between 0 V and -10 000 V, better between -5 V and -500 V, being for example of the order of -300 V.
  • the aforementioned electrode-holder wear the mass.
  • the target or its enclosure may include at least one electrical connection to its surface.
  • the target may be metallic, or even entirely metallic, which may especially be the case when the process is used for the purpose of producing energy.
  • the target may be non-metallic, which may especially be the case when the method is used for transmutation purposes for example.
  • it may comprise a ferromagnetic or superparamagnetic metallic envelope. It may for example comprise at least one of: Fe, Ni, Mo, Co, FeOFe 2 O 3 , MnBi, Ni, MnSb, MnOFe 2 O 3 , CrO 2, MnAs, Gd, Dy, EuO, U, W, this list is not limiting.
  • the target or its metal envelope can be connected to the cathode or to the ground, as explained above.
  • the target can be solid, liquid or gaseous. It may for example comprise at least nanoparticles, especially in the case of superparamagnetic materials, powder, foam, porous materials, composite materials, and / or materials in the form of sol-gel. It may also contain metallic materials and or electrical conductors subjected to the magnetic field with or without gradient, this list not being limiting.
  • the fluid can be circulating or contained in a circulating solvent.
  • the device may comprise means for circulating the fluid of the target. These means may for example comprise a pump, a mixer or a worm.
  • the fluid and / or solvent may be chosen from the following list, which is not limiting: Mercury, sodium Na, water.
  • the optional solvent may, for example, make it possible to transport powder, for example Ni or Mo powder.
  • the target may be a metal enclosure containing water.
  • the target can be heated to a temperature that can be between
  • an electrical resistance or other heat source may be used to heat the target. Such heating may make it possible to improve the orientation of the magnetic moments, in particular in the case where the target contains ferromagnetic and / or superparamagnetic materials, conduction electrons of the metallic part of the target or of its metallic envelope.
  • the heating of the target can allow the free electrons of the target to be less under the influence of the material medium and therefore more under the influence of the external fields.
  • To increase the number of oriented electrons it is preferable to increase the temperature of the target so that the "free" electrons of the Bloch layer are less interacting together and are more influenced by the external field.
  • the method according to the invention can have a production yield of neutrons greater than 10 ⁇ 7 .
  • "Neutron production efficiency" is defined as: [number of transmutations / number of electrons extracted from the cathode connected to the target].
  • the quantity of neutrons released may be greater than that of the neutrons created by the electron capture induced by the simple fact of the release of existing neutrons.
  • the number of neutrons produced may be greater than 10 3 neutrons / cm 2 .s for example, even greater than 10 13 neutrons / cm 2 .s, better still greater than 10 19 neutrons / cm 2 .s.
  • the method according to the invention can allow the generation of a neutron beam.
  • beam we must understand a set of particles, animated by a speed, produced by a source in one or more spatial directions (s). In this case, the target is replaced by an electron beam.
  • the invention also relates, independently or in combination with the foregoing, to a method of controlling the pulse of the neutrons produced, in which the intensity of the electric potential applied to extract the nuclei is controlled.
  • the intensity of the electric field of extraction gives a more or less important impulse to the nuclei and thus to the neutrons produced. In this way, it is possible to modulate the pulse of the neutrons produced in order to adapt it to the optimal neutron capture cross sections of the target materials.
  • the magnetic field gradient can be created locally by the combination of the magnetic field generating device and the magnetic behavior of the nanoscale, atomic, and nuclear target materials.
  • the invention further relates, independently or in combination with the above, to a device for implementing the method as defined above.
  • the subject of the invention is also a device for producing and / or capturing neutrons, for example for carrying out a method as described above, comprising:
  • nuclei chosen from protons (hydrogen nuclei), deuterons (deuterium nuclei) and / or newts (nuclei of tritium), for example by introducing a neutral gas of hydrogen or deuterium and / or tritium under a controlled pressure, for example by a vacuum pump,
  • the device may further include means for heating the target containing the electrons to activate the superparamagnetic properties of the target, in the case where the target has superparamagnetic properties.
  • the magnetic moments of the nuclei and the magnetic moments of the free electrons can be aligned in the same direction. , especially in the direction of displacement of the cores in the enclosure. These magnetic moments of the nuclei and free electrons can be parallel to the direction of displacement of the nuclei in the chamber, being in the same direction or in the opposite direction. They can thus be collinear with the axis of the core beam extracted in step c).
  • the magnetic moments of electrons and nuclei can then be aligned in the same direction, which can help promote the capture of electrons during their collision.
  • the second magnetic field may have a spatial and / or temporal gradient. As a variant, this second magnetic field may be constant temporally and / or spatially.
  • the device may comprise means for generating nuclei from gas, for example by generating a plasma and by extracting the nuclei from this plasma by means for applying an electric field, and therefore a potential difference. electric.
  • the device may in particular comprise a radio frequency generator surrounding the enclosure or integrated in the enclosure, for creating a plasma of hydrogen or deuterium and / or tritium in the enclosure, as explained above.
  • the means for applying the electric field may comprise one or more electrodes and one or more masses, as explained above. These means for applying the electric field may in particular comprise, in a first exemplary embodiment, an anode on the side of the enclosure from which the cores arrive and a connection to ground on the opposite side, that is to say on the side of the target containing the electrons.
  • these means for applying the electric field may comprise a connection to the ground on the side of the enclosure from which the cores arrive and / or where the plasma is produced and a connection to a cathode on the side. opposite, that is to say on the side of the target that contains the electrons.
  • the device may notably comprise one or more pairs of anode / mass or mass / cathode electrodes, each electrode or pair of electrodes being carried by an electrode holder.
  • the electrode holder may have a crown shape, having two housings for the electrode and the ground, which can be of identical shape.
  • the electrode holder may comprise transverse orifices for at least one of the passage of electrical connections, the passage of spacers, and / or the equilibrium of the pressures in the device and the flow of gases.
  • the device may also comprise an insulating electrode holder, as described above, carrying an extraction electrode, as well as a focusing electrode, which may not be carried by the aforementioned electrode holder.
  • the focusing electrode may have a generally frustoconical shape. It can be carried by another electrode holder. It can be pierced with orifices for the balance of pressures in the device and the flow of gases.
  • the device may comprise radio frequency antennas.
  • the aforementioned electrodes can also serve as a radio frequency antenna.
  • the device may include an electron source for producing an electron beam. It may be for example an electrode, for example a cathode, and a ground electrode for extracting electrons from a target.
  • the electrode can be the target itself. It can be brought to a temperature for example included between 100 ° C and 4000 ° C, more preferably between 200 ° C and 1700 ° C.
  • the cathode may be a field effect cathode.
  • the application of the second magnetic field allows the orientation of the magnetic moments of the electrons.
  • the beam of nuclei and the electron beam are interacting, the particles of the two beams having their magnetic moments aligned, in the confined space between the two double electrodes in a magnetic field with or without a spatial and / or temporal gradient of the magnetic field.
  • the extraction electrode or electrodes may be made in the form of a metal grid, for example in one or more of the materials of the following list, which is not limiting: tungsten, titanium, tantalum, gold, platinum, nickel, iron.
  • the electrode may have a contour of ceramic or plastic material, allowing the isolation of the connections from each other. In one embodiment, these plastic or ceramic contours can be drilled to promote the flow of gas in the chamber of the device to the vacuum pump.
  • the device may include a target containing conduction electrons for receiving the nuclei.
  • the magnetic moments of the electrons and the nuclei can then be aligned in the same direction as the direction of the speed of the incident nuclei, which can make it possible to favor the capture of the electrons thus oriented by the nuclei of the beam during their collision at the level of the target, especially on the surface of the metallic part of the target, where are the free electrons of the electronic sea of the metal, in other words the electrons of the conduction layer.
  • the target may contain ferromagnetic and / or superparamagnetic materials.
  • the target may be composed in whole or in part of ferromagnetic and / or superparamagnetic materials which, when combined with magnetic fields, can improve the orientation and maintenance of the magnetic moments of the electrons and nuclei at the time of their collision.
  • the elements to be transmuted from the target may be elements of the metal part itself or other elements contained immediately behind the metal part.
  • This metal part may be thin, being for example of a thickness of the order of 1 ⁇ to a few meters (10 m for example), depending on the desired applications.
  • the applications can be: production of radioelements, transmutation of actinides and radioactive materials, production of thermal energy by neutron capture.
  • the metal part of the target can also be connected to a ground electrode or cathode.
  • the device may further comprise means for heating the target containing the electrons, as explained above.
  • the device may further comprise means for extracting heat from the target, as explained above.
  • the enclosure may have an internal volume which may be between 1 mm 3 and
  • the enclosure can be small or large depending on the desired applications and the number of neutrons to produce.
  • the chamber may be brought to a pressure, for example less than or equal to 1 Pa, for example less than 10 -5 Pa (10 ⁇ 7 mbar) .
  • a pressure for example less than or equal to 1 Pa, for example less than 10 -5 Pa (10 ⁇ 7 mbar) .
  • Such pressures may, for example, be obtained by the use of ionic vacuum pumps or by any other means that may be suitable for the invention.
  • the method according to the invention can take place in an enclosure having substantially no material other than the particles intended to collide.
  • the thickness and the nature of the material constituting the wall of the enclosure may be chosen so as to contain the radiation and particles produced after the electronic capture and / or collision step, as well as the possible beams intended to be used. collision.
  • At least one material for the enclosure can be chosen from the following list, which is not limiting: quartz, stainless steel, titanium, zircon. Output diaphragm
  • the device according to the invention may comprise an output diaphragm.
  • the output diaphragm may be a disc made of materials that interact little with the neutrons so as to let the neutron beam pass.
  • the output diaphragm may for example consist of one or more material (s) weakly absorbing neutrons.
  • the exit diaphragm may comprise, for example carbon, magnesium, lead, silica, zirconium or aluminum.
  • the output diaphragm may be of any shape, for example circular, oval, elliptical, polygonal.
  • the device may comprise cooling means and / or energy recovery means for the production of energy, more particularly primary thermal energy, in particular by a heat exchanger. This primary thermal energy can then be converted into mechanical or electrical energy according to needs and applications.
  • the heat exchanger may comprise a closed circuit of one or more coolant (s). It may comprise means for recovering these heat transfer fluid (s).
  • the heat transfer fluid may for example be chosen from the following list, which is not limiting: air, water, oils, and any other heat transfer fluid suitable for the intended application.
  • the fluid used for energy recovery may change state, for example, from the liquid state to the gaseous state.
  • it can change state under a constant pressure or chosen according to the method of technical development or change state at ambient pressure by changing volume. It can therefore change pressure and volume according to the most appropriate embodiment for example to rotate a turbine, a piston engine or for example be used as a means of propulsion.
  • This energy can be used or transformed in the form of thermal energy and / or mechanical energy through turbines, pistons, sterling motors or any other suitable systems or by converting it into electrical energy by adding from known devices, such as alternators, to the aforementioned mechanical energy transformation systems.
  • the heat transfer fluids used in the recovery and heat exchange circuits may be chosen from: water, oils, molten salts or any type of material that becomes fluid at high temperatures, such as, for example, sodium, lead or salts. Each circuit may have a different fluid, if any.
  • the first and second magnetic fields may be oriented in the axis of the device or perpendicular thereto.
  • the first and second magnetic fields are parallel to the axis of the bundles of cores and / or electrons.
  • magnetic field gradient is meant a non-homogeneous magnetic field strength in space or time.
  • the spatial or temporal variation can be for example between 1 ⁇ and 100 Tesla, better between 1 mT and 50 Tesla, or even between 1 Tesla and 10 Tesla.
  • the size of the space where the magnetic field is applied can be between 1 nm 3 and 100 m 3 , better between 1 ⁇ 3 and 1 m 3 , or even between 1 mm 3 and 1 dm 3 .
  • the magnetic field may be variable in time, it may vary slowly or abruptly, over long or short periods of time, for example over a period of between 1 ps and 10 s, better still between 1 ns and 1 s, or even between 1 and 10 ms, even between 10 ⁇ and 1 ms.
  • the means for applying the gradient of the first magnetic field may comprise a first electromagnet for producing the first magnetic field, as explained above.
  • these means may comprise a radio frequency generator.
  • the means for applying the second magnetic field to said electrons may comprise a second electromagnet to produce the second field magnetic, as explained above.
  • these means may comprise a radio frequency generator.
  • the radio frequencies can be between 1 MHz and 1000 GHz, better between 5 MHz and 100 GHz.
  • the application of this second magnetic field allows the orientation of the magnetic moments of the electrons.
  • the radio frequencies may be 25 GHz for a second magnetic field at 11 Tla.
  • the interactions between the nuclei and bound or free electrons to generate the electronic captures can take place within the field of the second electromagnet.
  • the means making it possible to generate one or more magnetic field (s) implemented in the method or the device according to the invention can be chosen from superconducting coils, resistive coils or "hybrid" coils comprising a resistive coil. and a superconducting coil. It is also possible to use resonant circuits, for example of the RLC type, comprising at least one resonance coil.
  • the method according to the invention may comprise at least one step of applying at least:
  • a first magnetic field configured to put the magnetic moments of the nuclei in a defined state, having a static component in the intensity time of between 1 ⁇ and 100 T and / or a non-zero gradient only on the axis of the collision , and
  • a second magnetic field configured to put the magnetic moments of the electrons in a defined state, having a static component in the intensity time between 1 ⁇ and 100 T and / or a non-zero gradient only on the axis of the collision .
  • the first and second magnetic fields may be the same or different.
  • the first and second magnetic fields may be generated by the same source or by separate sources.
  • At least one, for example each, of the first and second magnetic fields may be static.
  • at least one, for example each, of the first and second magnetic fields may comprise a static component and a non-zero variable component.
  • i? (x, y, z, t) B S M (x, y, z) + i? t (x, y, z, t)
  • B S M (x, y, z) is a quantity independent of time
  • B t (x, y, z, t) is a quantity with no invariant term as a function of time.
  • the frequency spectrum of? (x, y, z, t) has no peak centered on the zero frequency.
  • the characteristics relating to the static components described below are also valid for static magnetic fields having a zero variable component.
  • the static component of the first magnetic field may for example have an intensity of between 1 ⁇ and 100 Tesla.
  • the static component of the second magnetic field may for example have an intensity of between 1 ⁇ and 100 Tesla.
  • Static components suitable for the invention may be generated by superconducting coils, resistive coils or "hybrid" coils having a resistive coil and a superconducting coil.
  • the first and second magnetic fields may have different variable components.
  • the variable components of the first and / or second magnetic field (s) may for example be applied in the form of at least one photon beam.
  • the application of a variable component may allow, for the particles involved, to increase the proportion of magnetic moments oriented in the direction of the static component in order to increase the probability of generation of neutrons or nuclei during the collision.
  • the quantum theory provides that the application of at least one variable component having, for example, a frequency spectrum comprising at least one peak centered on a frequency equal to the resonance frequency of the magnetic moments may, for example, make it possible to induce transitions between different energy levels.
  • This resonant frequency corresponds to the frequency of precession of the magnetic moments around the static component of the applied field, called Larmor precession. It then becomes possible for magnetic moments, for example oriented, before application of the variable component, in the opposite direction of the direction of application of the static component absorbing at least a portion of the energy of the applied variable component and passing to an oriented state where said magnetic moments are aligned in the same direction as the static component.
  • variable component can be applied at the same time as the static component.
  • Measuring the quantity of neutrons produced, deviated protons or the electrical potential created by the non-collision protons may, for example, allow an operator to have indicators on the need to apply the variable component.
  • the field lines of the variable component can be collinear with the particle beams. Alternatively, they may be non-collinear with the field lines of the static component. They may, for example, form with them an angle greater than 10 °, for example greater than 45 °. In particular, the field lines of the variable component can form an angle between 85 ° and 95 ° with the field lines of the static component.
  • variable component of the first magnetic field can be applied continuously.
  • variable component of the first magnetic field may be applied in the form of pulses which the person skilled in the art will be able to determine the duration.
  • the duration of the pulses may for example be between 0.01 and 1 s, for example between 1 and 20 ms.
  • variable component of the second magnetic field can be applied continuously.
  • variable component of the second magnetic field may be applied in the form of pulses which one skilled in the art can determine the duration.
  • duration of the pulses may for example be between 0.01 and 1 s, for example between 1 and 20 ms.
  • variable component of the first magnetic field may have a frequency spectrum comprising at least one peak centered on a frequency, for example between 1 Hz and 50 MHz, for example between 50 Hz and 50 kHz, for example between 100 Hz and 1 kHz.
  • variable component of the second magnetic field may have a frequency spectrum comprising at least one centered peak on a frequency for example between 1 Hz and 50 MHz, for example between 50 Hz and 50 kHz, for example between 100 Hz and 1 kHz
  • variable components of the first and second magnetic fields may be generated by resonant circuits, for example of the RLC type, comprising at least one resonance coil.
  • the first and / or second magnetic field (s) may have a non-zero gradient on the axis of the collision.
  • Quantum theory predicts that the application of a magnetic field with a non-zero gradient can make it possible to put magnetic moments in a defined state and to align them collinearly with the field. It is also important that the angle between the speed of the particles, the axis of the collision and the magnetic moments be small, for example less than 10 °, or less than 5 °, preferably close to 0 °.
  • the direction of the gradient can form a substantially zero angle with the axis of the collision.
  • the first and / or second magnetic field (s) each comprise, in addition, a static component and a non-zero variable component.
  • Said static and variable components may be as described above.
  • first and / or second magnetic field (s) can (have) present, on the axis of the collision, a non-zero intensity gradient and for example less than 1000 T / m.
  • the first and / or second magnetic field (s), having a non-zero gradient on the axis of the collision, can be applied continuously.
  • the first and / or second magnetic field (s), having a non-zero gradient on the collision axis, may be applied in the form of pulses.
  • Magnetic field gradients suitable for the invention may for example be produced by two airgaps similar to those used in the experiment. of Stern and Gerlach or by a plurality of coils having different numbers of loops and / or diameters and / or different currents.
  • the capture and / or collision step can generate a release of energy, for example in the form of heat.
  • the heat produced, during this step may for example be recovered by a heat exchanger, as explained above, in which circulates one or more fluid (s) heat transfer (s).
  • the invention relates to a method of producing energy by means of one of the methods and / or devices as described above, in which the energy produced is recovered.
  • the invention relates to the use of neutrons generated by the methods and / or devices as described above to produce energy. Being slow and efficient, the neutrons produced can be used to produce energy by neutron capture. Indeed, it is established that the transmutation of atomic nuclei by neutron capture is energy generating. This energy source can achieve an exceptional economic return and gradually replace other sources of energy. The efficiency of such systems can be greater than 200%, or even 1000% (a production of 10 times the energy consumed), or more.
  • Neutrons can be useful in many applications, particularly in the fields of imaging, radioisotope production for the medical industry and the nuclear energy sector for which neutrons are a source of energy optimization of nuclear reactions, safety of the operation of power plants and the treatment of radioactive waste such as minor actinides.
  • the invention relates to a medical installation, for example for the destruction of human or animal cancer cells, comprising at least:
  • the neutrons generated according to the invention can thus for example be used for hadrontherapy or for example for nuclear medicine.
  • the invention makes it possible to produce radioisotopes.
  • radioisotopes In the medical field there are two major uses of radioisotopes: injection imaging of radio-pharmaceuticals (tracers) to collect accurate images of physiological metabolism, or to perform certain medical procedures and sterilization of medical equipment by gamma radiation.
  • the neutrons produced can make it possible to create gamma rays used in the sterilization of surgical utensils for example.
  • the invention relates to the use of neutrons generated by the processes and / or devices as described above for nuclear transmutation or more generally obtaining nuclei in experimental physics, the production of radioisotopes by neutron capture.
  • the invention relates to the use of neutrons generated by the processes and / or devices as described above for the treatment of nuclear waste by transmutation.
  • the produced neutrons which can be fast, can be sent on the waste of the nuclear reactions in order to obtain radioactive elements lighter and with shorter lifespan and thus less dangerous.
  • the invention relates to the use of neutrons generated by the methods and / or devices as described above for imaging and neutron analysis.
  • the device for producing a neutron beam is used more particularly.
  • the neutrons produced can be used to photograph, through the elements, the structure of any object. This process allows a fine analysis of industrial parts. In the same way the neutrons produced can allow soil analyzes and geological surveys, for example some exploratory drilling.
  • neutron analysis is used for military and defense purposes, since under the same conditions as for other uses, a neutron source can detect explosives of any kind.
  • the invention relates to the use of neutrons generated by the processes and / or devices as described above for the creation of defects in physicochemical systems.
  • the device for producing a neutron beam is used more particularly.
  • the neutrons produced can be used to test the resistance to radiation of embedded devices and instruments under nuclear stress.
  • the invention relates to the use of neutrons generated by the processes and / or the devices as described above in a nuclear power plant.
  • the neutrons produced can provide a low cost to design subcritical fission nuclear power plants, eliminating the risk of nuclear runaway and the need for uranium enrichment. Nuclear risk can be significantly reduced with lower energy production costs. This also limits the consumption of fossil fuels.
  • FIG. 1 is a diagrammatic and partial perspective view of an example of a device for producing and / or capturing neutrons according to the invention
  • FIG. 2 is a view along the arrow II
  • FIG. 3 is a view in longitudinal section on III-III of the device of FIGS. 1 and 2,
  • FIG. 4 is a diagrammatic and partial perspective view of a detail of the device of FIGS. 1 to 3,
  • FIG. 5 is a view along the arrow V
  • FIG. 6 is a view in longitudinal section on VI-VI of the device of FIGS. 4 and 5,
  • FIG. 7 is a diagrammatic and partial perspective view of an electrode holder assembly and its electrodes
  • FIG. 7a is a schematic and partial perspective view of the assembly of FIG. 7,
  • FIG. 7b is a schematic and partial perspective view of the electrode holder of FIGS. 7 and 7a;
  • FIGS. 7c to 7e are respectively views along the arrows C, D and E of the electrode holder of FIGS. 7, 7a and 7b,
  • FIG. 8 is a schematic and partial perspective view of the target surrounded by the associated electrode
  • FIGS. 8a and 8b are respectively views along the arrows A and B of the cathode of FIG. 8, and
  • FIGS. 1 to 3 diagrammatically illustrate a device 1 according to the invention, comprising an enclosure 2 in which cores can be arranged under a pressure controlled by a vacuum gauge 5.
  • the enclosure 2 has a general cylinder shape and has towards its outlet end 2c two lateral branches 2a and 2b, one 2a allowing the passage of the electrical connections 7, and the other 2b the evacuation of gases to the vacuum pump not shown.
  • the output end 2c can serve as an output for the neutrons produced and / or input and output for a heat transfer fluid for cooling and / or energy recovery in the heat exchanger or heat exchangers.
  • the nuclei can be chosen from protons (hydrogen nuclei), deuterons (deuterium nuclei) and / or tritons (tritium nuclei) and are obtained for example by introducing into the chamber a neutral gas of hydrogen or deuterium. and / or tritium by a gas inlet 6.
  • the gas can be converted into plasma by means of a radio frequency generator 8 comprising an antenna 9 surrounding the enclosure 2.
  • the device 1 further comprises means for applying a gradient of a first spatial and / or temporal magnetic field, so as to give a predefined orientation to the magnetic moments of the nuclei present in the enclosure 2.
  • a gradient of a first spatial and / or temporal magnetic field so as to give a predefined orientation to the magnetic moments of the nuclei present in the enclosure 2.
  • the device 1 also comprises means for applying an electric field to extract said nuclei and direct the nuclei thus extracted to electrons.
  • this is an electrode 12, which is an anode in the example described, associated with a mass 13 disposed on the other side of an insulating electrode holder 24, as illustrated in more detail. in Figures 7 and 7a to 7e.
  • the electrode 12 and the mass 13 are identical, to their polarity, and the electrode holder 24 is in the form of a ring, comprising two housings 40 for the electrode 12 and the mass 13 , which are of identical shape.
  • the electrode holder 24 is pierced with radial orifices 41, two in number in the example described, which are diametrically opposed. These radial holes 41 can be used for fixing the electrode holder in the device.
  • the electrode holder 24 also has transverse orifices 42, 43 and 44.
  • the orifices 42 can be used for the passage of the electrical connections 7, on the sides of the enclosure 2, being furthest removed from the central axis of the enclosure .
  • These orifices 42 are also smaller in diameter. They are in the example described in the number of six, being arranged symmetrically about the central axis of the enclosure.
  • the transverse orifices 43 may be used for the passage of spacers 30, which allow the maintenance of the electrodes and the support of the target. These spacers may be used for the circulation of one or more coolant (s) and extraction of heat produced in the device. There are four in this example, as well as the spacers 30, and are arranged symmetrically about the central axis of the enclosure.
  • transverse orifices 44 can be kept free, which can thus be used to balance the pressures in the device and the circulation of the gases.
  • the other transverse orifices 44 can be kept free, which can thus be used to balance the pressures in the device and the circulation of the gases.
  • the above-mentioned electrons are, in the example described, derived from an electron beam extracted from a target 20 held by an insulating electrode holder 23, at the rear of an extraction electrode 25 and an electrode 21.
  • Focusing electrode 21 has a generally frustoconical shape, as illustrated in FIGS. 8a and 8b.
  • the extraction electrode 25 is held on an electrode holder 26, identical to the electrode holder 24 previously described in detail, and the target and the focusing electrode 21 are held on the electrode holder 23, also identical to the door -electrodes 24 and 26.
  • the radial orifices 41 may also serve to fix the target 20 in the electrode holder 23 as illustrated in FIGS. 8, 9 and 10.
  • the focusing electrode 21 may be a cathode, for example at a potential of -300V, the extraction electrode 25 being a mass.
  • the focusing electrode 21 being carried to ground and the extraction electrode 25 being an anode, for example brought to a potential of about + 300 V. extraction electrode 25 can thus be brought to different potentials according to the mode of use: mass, or positive.
  • the focusing electrode 21, shown in more detail in FIG. 8, is a cathode or a mass.
  • the electrons from the target 20 are extracted from the target by the action of the extraction electrode 25 which is connected to the ground or brought to a positive potential, and focused towards the cores by means of the focusing 21, which is a cathode in this example, or a mass.
  • the device could comprise only one electrode among the extraction electrode and the focusing electrode, without departing from the scope of the present invention.
  • Each of the electrodes may be made in the form of a metal grid, and is carried by a corresponding electrode holder with a contour of ceramic or plastic material, allowing the isolation of the connections from each other.
  • the collision takes place in the intermediate space 28 between the electrodes 13 and 25 both connected to the ground, in the case where the electrons are emitted in the form of a beam.
  • the device comprises, following the electromagnet with core 10 and electrodes 12 and 13, means for applying a second magnetic field to said electrons so as to give a predefined orientation to the magnetic moments of the electrons.
  • it is a coreless electromagnet 14.
  • At the heart of this electromagnet 14 are disposed the electrode 13 (ground), the electrode 25 (ground), the electrode 21 (cathode) and the target 20 on its support 23, as illustrated.
  • the electrons are subjected to the second magnetic field before colliding with the nuclei from the plasma.
  • a neutron beam is then output, which can be recovered at the end 2c of the enclosure 2.
  • the device may comprise a specific radio frequency antenna 50 for modulating the second magnetic field, such that the electrons are subjected to the combination of the second magnetic field of the electromagnet 14 and the the radiofrequency emitted by the antenna 50.
  • This antenna 50 is disposed inside the magnet 14, around the enclosure 2.
  • the production of a neutron beam is obtained by capturing the electrons that have been extracted from the target 20 by the nuclei of the beam.
  • the electrons can alternatively be contained in the target, which is in this case intended to receive the nuclei.
  • the electron / nucleus collision can take place directly on or in the target 20 to generate neutrons by virtue of the alignment of the magnetic moments of the latter, and it is possible to obtain a transmutation of the atoms (nuclei) of the target by the capture of the neutrons produced.
  • the electrodes and / or mass 12, 13, and 25 can serve as radiofrequency antennas, in order to improve the rate of alignment of the magnetic moments of the nuclei and / or electrons of the target, and thus increase the number of neutrons produced.
  • they can in the variant illustrated in Figure 10 be connected to a suitable radio frequency generator.
  • FIG. 10 there is illustrated in FIG. 10 a device which differs from those previously described by the presence of a target 20 without electrode 21, and which is connected to ground.
  • the electrode 25 serves only for the production of radio frequencies and is not subject to a fixed voltage. In an embodiment variant not shown, this electrode 25 could even be deleted.
  • the target 20 may have an elongate shape, especially towards the outlet 2c, so as to facilitate transmutation of the largest possible number of atoms.
  • the target 20 may be solid, or fluid, being liquid or comprising a powder.
  • bearing (s) must be understood as "containing at least one”.

Abstract

Procédé de production et/ou de capture de neutrons, comportant les étapes suivantes : a) Soumettre des noyaux choisis parmi les protons, deutérons et/ou tritons à un champ électrique afin d'extraire lesdits noyaux et diriger les noyaux ainsi extraits vers une cible (20) contenant des électrons libres, b) Par exemple Soumettre lesdits noyaux à un gradient spatial et/ou temporel d'un premier champ magnétique de manière à donner une orientation prédéfinie aux moments magnétiques des noyaux, c) Soit Soumettre la cible à un deuxième champ magnétique de manière à donner une orientation prédéfinie aux moments magnétiques des électrons libres de la cible. d) Soit utiliser un matériau superparamagnétique donneur d'électron de sorte que les électrons des couches libres de ce matériaux soit orienté selon des directions privilégiées générées par l'orientation du moment magnétique résultant du matériau super paramagnétique. e) Par exemple, dans le cas d'utilisation d'un matériau super paramagnétique, ne pas soumettre le faisceau du proton ou / et la cible aux champs magnétiques extérieurs. Pour activer les propriétés super paramagnétiques du matériau, un dispositif de chauffe et / ou un dispositif de génération de champs magnétique peut être nécessaire.

Description

DISPOSITIF ET PROCEDE DE PRODUCTION DE NEUTRONS
La présente invention concerne notamment les dispositifs et procédés pour produire et/ou capturer des neutrons.
Arrière-plan
II est connu de produire des neutrons par une réaction de fission nucléaire.
Cette technologie a comme inconvénient de nécessiter un encadrement très important au regard des risques que représente la réaction de fission nucléaire ainsi qu'une consommation importante d'énergie.
Une autre technologie utilisée pour la production de neutrons est la spallation, c'est-à-dire l'interaction de photons énergétiques, particules énergétiques ou noyaux légers fortement accélérés (de l'ordre du MeV au GeV) avec des noyaux lourds et/ou riches en neutrons. L'impact du faisceau énergétique incident (proton, électron ou photons) sur ces noyaux libère les neutrons en fissionnant les noyaux ou en arrachant les neutrons excédentaires dans un cône directionnel. Cette technologie nécessite comme pour la réaction nucléaire un dispositif lourd et des investissements considérables pour pouvoir atteindre des productions importantes, de l'ordre de 1015 neutrons/cm2.s par exemple. Le danger radioactif est plus faible mais les rendements le sont aussi, avec un coût élevé pour la réalisation des cibles qui ont une durée de vie relativement faible (moins de 2000 heures généralement), et une énergie importante consommée par le faisceau de particules incidentes, en général des protons, ce qui explique que cette technologie soit très coûteuse.
La demande internationale WO 2009/052330 décrit un procédé de génération de neutrons comportant une étape de collision d'un faisceau d'ions et de noyaux. Les noyaux ont le même état de spin que les ions.
La demande internationale WO 99/05683 décrit un procédé électrochimique de capture électronique par des protons afin de former des neutrons.
La demande EP 2 360 997 divulgue un procédé pour générer des neutrons, dans lequel on fait entrer en collision un faisceau de noyaux et un faisceau d'électrons. Il est donc nécessaire de produire dans un premier temps des faisceaux d'électrons et de noyaux. Le dispositif utilisé peut donc être relativement complexe, encombrant et coûteux. En outre, le rendement peut être insuffisant dans la mesure où les neutrons produits doivent être utilisés en dehors du dispositif, ce qui peut générer d'importantes pertes. La demande de brevet US 2014/0326711 porte sur un procédé de production de chaleur, dans lequel on fait réagir dans une enceinte étanche du nickel et de l'hydrogène.
Il existe un besoin pour diminuer le coût économique et énergétique et faciliter la production et la capture de neutrons.
Procédé
Selon un premier de ses aspects, l'invention a ainsi pour objet un procédé de production et/ou de capture de neutrons, comportant les étapes suivantes :
a) Soumettre des noyaux choisis parmi les protons (noyaux d'hydrogène), deutérons (noyaux de deutérium) et/ou tritons (noyaux de tritium) à un champ électrique afin d'extraire lesdits noyaux et diriger les noyaux ainsi extraits vers une cible contenant des électrons libres,
b) Soumettre lesdits noyaux à un gradient spatial et/ou temporel d'un premier champ magnétique de manière à donner une orientation prédéfinie aux moments magnétiques des noyaux, notamment durant leur accélération vers la cible,
c) Soumettre la cible à un deuxième champ magnétique de manière à donner une orientation prédéfinie aux moments magnétiques des électrons libres de la cible.
Les moments magnétiques des électrons et des noyaux peuvent être alignés dans le même sens. Ils peuvent être parallèles au sens de déplacement des noyaux vers la cible, étant dans le même sens ou dans le sens opposé. Ils peuvent être ainsi colinéaires avec l'axe du faisceau de noyaux extraits à l'étape b). Pour obtenir un tel alignement, les champs magnétiques utilisés peuvent être axiaux, ayant leur axe confondu avec l'axe du faisceau de noyaux.
On peut provoquer ainsi la génération de neutrons par collision. Les neutrons ainsi produits peuvent alors être capturés par les noyaux constitutifs de la cible, ce qui induit la transmutation de ces mêmes noyaux par capture neutronique.
Par « électrons libres », on entend les électrons des couches de conduction de la cible, qui sont faiblement liés aux atomes de la cible et qui peuvent participer, de ce fait, à la circulation de l'électricité. La couche qui contient ces électrons libres peut couvrir la cible sur une épaisseur de quelques nanomètre à quelques micromètre au moins du côté du faisceau de noyaux. Par « moment magnétique », on entend le moment magnétique intrinsèque de la particule, à savoir le noyau ou l'électron. Ces particules sont dotées de charges et de moments magnétiques.
Les électrons qui ont été orientés par le(s) champ(s) magnétique(s), champ magnétique extérieur ou champs magnétiques engendrés par les matériaux super paramagnétiques de la cible elle-même, peuvent provenir des atomes constitutifs de la cible, c'est-à-dire par exemple des atomes à transmuter eux-mêmes, ou bien en variante, d'atomes spécifiques ajoutés à cet effet sur la cible ou dans la cible, par exemple des donneurs d'électrons. Ces donneurs d'électrons peuvent également jouer le rôle d'amplificateur de champ magnétique localement. En effet, certains matériaux cibles, préférentiellement chauffés au-delà de leurs températures de Curie, peuvent participer à accentuer le gradient du champ magnétique localement sous l'effet combiné de leur magnétisme propre et du champ magnétique externe imposé. Ainsi les moments magnétiques des électrons peuvent être au moins localement alignés, sous l'effet des gradients des champs magnétiques combinés, avec les moments magnétique des noyaux incidents, ce qui permet alors la génération des neutrons par capture électronique.
La cible peut avoir des propriétés super paramagnétiques.
Par « propriétés super paramagnétiques », on entend que la cible comporte un ou plusieurs matériaux superparamagnétiques. Le superparamagnétisme est un comportement des matériaux ferromagnétiques ou ferrimagnétiques qui apparaît lorsqu'ils sont sous la forme de petits grains ou nanoparticules. Dans des grains de taille suffisamment petite, l'aimantation peut se renverser spontanément sous l'influence de la température. Le temps moyen entre deux renversements est appelé temps de relaxation de Néel. En l'absence de champ magnétique appliqué, si le temps utilisé pour mesurer l'aimantation de ces grains est beaucoup plus grand que le temps de relaxation de Néel, leur aimantation apparaît nulle : on dit qu'ils sont dans un état superparamagnétique. Dans cet état, un champ extérieur peut aimanter les grains, comme dans un matériau paramagnétique. Néanmoins, la susceptibilité magnétique de grains superparamagnétiques est beaucoup plus grande que celle des matériaux paramagnétiques.
Dans le cas où la cible a des propriétés superparamagnétiques, on peut soumettre la cible à une température suffisante pour enclencher ses propriétés de super paramagnétisme. Quand la cible ayant des propriétés superparamagnétiques, le chauffage de la cible permet d'enclencher ses propriétés de superparamagnétiques.
Dans le cas où la cible a des propriétés superparamagnétiques, on peut encore soumettre la cible à un deuxième champ magnétique de manière à donner une orientation prédéfinie aux moments magnétiques des électrons libres de la cible. Une telle exposition à un deuxième champ magnétique peut permettre de donner une direction privilégiée à l'orientation des nanoparticules magnétisées. Cette direction privilégiée peut par exemple être la direction du faisceau de protons incidents ou la direction inverse du faisceau de protons.
Les neutrons ainsi produits entrent ensuite en interaction avec la cible, laquelle peut être métallique ou non métallique et recouverte par une couche métallique ou conductrice, de préférence ferromagnétique, voir superparamagnétique. Dans le cas d'une cible non métallique, la présence de la couche métallique ou conductrice apporte les électrons nécessaires ainsi qu'une augmentation du gradient du champ magnétique local si cette couche est ferromagnétique, voir superparamagnétique, pour orienter de manière plus efficace les moments magnétiques des électrons liés.
La capture électronique par les noyaux incidents est induite par l'orientation des moments magnétiques des particules en interaction. Ceci permet alors de générer des neutrons froids, thermiques, lents ou rapides selon l'intensité du potentiel appliqué pour extraire et accélérer les noyaux incidents.
On peut ainsi obtenir dans le procédé selon l'invention une production de neutrons dans la cible par capture électronique induite d'un électron par le noyau incident, suivie immédiatement de la capture des neutrons produits par les noyaux de la cible elle- même. Ce procédé peut être utilisé pour produire de l'énergie, pour produire des isotopes, ou pour transmuter des déchets nucléaires.
Un avantage de l'invention est donc que la production de neutrons peut avoir lieu in-situ dans la cible, sans qu'une partie importante des neutrons soit perdue comme c'est le cas avec des sources de neutrons ex-situ. Un autre avantage est la production de ces neutrons avec un coût énergétique faible grâce au procédé d'alignement des moments magnétiques des particules, notamment parallèlement à l'axe du faisceau des noyaux. Par ailleurs, l'énergie des noyaux incidents peut être variable. Elle peut être réglable, notamment dans l'intervalle compris entre 1 μεν et 25 MeV, mieux entre 0,025 eV et 10 keV, voire mieux entre 0,01 eV et 0,4 eV.
L'expression « donner une orientation prédéfinie aux moments magnétiques », également nommée « polarisation », signifie que le gradient du champ magnétique oriente les moments magnétiques intrinsèques des particules (noyaux et électrons, préférentiellement les électrons) dans la direction de variation du champ et du faisceau de noyaux. Cette orientation peut concerner au moins 0,01%, voire au moins 1%, voire au moins 10%, voire au moins 50%, ou même sensiblement la totalité, des particules entrant en interaction sous le ou les champs magnétiques.
Les moments magnétiques des noyaux et des électrons peuvent être orientés dans la direction du gradient du premier champ magnétique. Le gradient du premier champ magnétique peut être lui-même orienté selon l'axe du faisceau de noyaux.
L'énergie des neutrons produits peut être comprise entre 1 μεν et 25 MeV, de préférence entre 0,025 eV et 10 keV et mieux encore entre 0,01 eV et 0,4 eV. Cette énergie peut dépendre de l'impulsion communiquée aux noyaux incidents, et en particulier du potentiel électrique appliqué pour extraire les noyaux mis enjeu dans la réaction de capture électronique.
Selon un autre de ses aspects, l'invention a également pour objet un procédé de production et/ou de capture de neutrons, comportant les étapes suivantes :
a) Soumettre des noyaux choisis parmi les protons (noyaux d'hydrogène), deutérons (noyaux de deutérium) et/ou tritons (noyaux de tritium) à un champ électrique afin d'extraire lesdits noyaux et diriger les noyaux ainsi extraits vers une cible contenant des électrons libres,
b) Soumettre lesdits noyaux à un gradient spatial et/ou temporel d'un premier champ magnétique de manière à donner une orientation prédéfinie aux moments magnétiques des noyaux, notamment durant leur accélération vers la cible,
c) Soumettre la cible à une température suffisante pour enclencher ses propriétés de super paramagnétisme, la cible ayant des propriétés superparamagnétiques.
Dans le cas où la cible a des propriétés superparamagnétiques, le chauffage de la cible permet d'enclencher ses propriétés de superparamagnétiques. Dans le cas où la cible a des propriétés superparamagnétiques, on peut encore soumettre la cible à un deuxième champ magnétique de manière à donner une orientation prédéfinie aux moments magnétiques des électrons libres de la cible. Une telle exposition à un deuxième champ magnétique peut permettre de donner une direction privilégiée à l'orientation des nanoparticules magnétisées. Cette direction privilégiée peut par exemple être la direction du faisceau de protons incidents ou la direction inverse du faisceau de protons.
Noyaux incidents
Les noyaux peuvent être obtenus en créant un plasma d'hydrogène et/ou de deutérium et/ou de tritium par application de radio fréquences, lesquelles seront décrites plus loin, ou de haute tension. La présence d'un champ magnétique intense en présence de radio fréquences conduit à un processus d'excitation du plasma à la résonance cyclotronique électronique (ECR) de type magnétron, ce qui peut permettre d'améliorer sensiblement le confinement et le maintien du plasma.
Par « plasma » il faut comprendre un ensemble d'anions et d'électrons qui sont confinés dans une région de l'espace. De préférence, on introduit un gaz neutre d'hydrogène, et/ou de deutérium et/ou de tritium dans une enceinte maintenue sous une pression contrôlée. Cette enceinte peut être maintenue sous une dépression poussée, notamment sous vide, par une pompe à vide. La pression dans l'enceinte est par exemple comprise entre 10"9 mbar et 100 mbar, mieux entre 10"7 mbar et 10"3 mbar.
En variante, le plasma peut être obtenu au moyen d'une décharge électrique. Les noyaux d'hydrogène et/ou de deutérium et/ou de tritium peuvent être obtenus par application haute tension au gaz.
En variante encore, les noyaux peuvent être obtenus au moyen d'une source de noyaux ou source de protons, qui peut par exemple être disponible dans le commerce, par exemple sous les noms commerciaux Monogan-M100, ECR ion source ou Proton source.
Dans un exemple de réalisation, on soumet le gaz d'hydrogène et/ou de deutérium et/ou de tritium à un champ de radio fréquence, lesquelles peuvent être comprises entre 10 MHz à 400 MHz, notamment sous l'influence d'un champ magnétique avec ou sans gradient, de manière à générer un plasma de ce(s) gaz. Nature des sources de noyaux
Le procédé selon l'invention peut comporter, avant l'étape a), une étape de génération du faisceau de noyaux.
Comme source de noyaux utilisable dans le cadre de la présente invention, on peut citer la source enseignée dans la publication « Ion Gun Injection In Support Of Fusion Ship II Research And Development » de MILEY et al. ou « Modifïed extraction geometry in a radio-frequency ion source » de Kiss et al.
Les sources de noyaux peuvent comporter en leur sein tout type d'accélérateur de noyaux utilisable comme les accélérateurs rectilignes ou linéaires, les accélérateurs circulaires comme les cyclotrons ou synchrotrons.
Caractéristiques du faisceau de noyaux
Le faisceau de noyaux peut avoir, au moment de sa génération, un diamètre compris entre 10"8 et 10"1 m, par exemple entre 10"6 et 10"1 m, par exemple entre 5.10 4 et 5.10 2 m. Par « diamètre d'un faisceau », il faut comprendre la plus grande dimension dudit faisceau en section transversale.
Le faisceau de noyaux peut avoir un flux compris entre 109 et 1023 noyaux/s. Au moins 50 %, par exemple au moins 75 %, par exemple sensiblement la totalité des noyaux constituant le faisceau de noyaux, peuvent avoir une énergie comprise entre 1 μεν et 25 MeV, par exemple entre 0,025 eV et 10 keV, par exemple entre 0,01 eV et 100 eV.
Le faisceau de noyaux peut être émis de manière continue. En variante, le faisceau de noyaux peut être puisé. Par « faisceau puisé », il faut comprendre que le faisceau est émis sous la forme d'impulsions de durée par exemple inférieure ou égale à une seconde, voire à 1 ms , par exemple à 1 μβ, par exemple à 1 ns, par exemple inférieure ou égale à 10 ps voire même inférieure à 1 ps. Les impulsions ont par exemple une durée comprise entre 1 ps et 1 ms. La durée séparant deux impulsions successives est par exemple inférieure ou égale à 1ms, par exemple à Ιμβ, par exemple inférieure ou égale à lps.
L'extraction puisée peut notamment permettre de limiter les interactions perturbatrices entre les particules excédentaires ayant reformées des atomes et/ou des molécules dans l'enceinte sous vide avec les noyaux du faisceau. Lorsque le faisceau de noyaux est puisé, le nombre de neutrons générés par impulsion peut par exemple être compris entre 1 et 1019 neutron/cm2 par impulsion, voire entre 106 et 1017 neutron/cm2 par impulsion, mieux entre 1012 et 1015 neutron/cm2 par impulsion.
La production de neutrons peut être effectuée sous forme continue ou sous forme puisée.
Dans le cas où la cible contient des matériaux ferromagnétiques et/ou superparamagnétique, on peut soumettre la cible à un champ magnétique de manière à donner une orientation prédéfinie aux moments magnétique des électrons libres de la cible.
Radio fréquences
On peut soumettre lesdits noyaux à des radio fréquences de manière à donner une orientation prédéfinie aux moments magnétiques des noyaux. L'application de ces radiofréquences peut permettre notamment de donner une orientation aux moments magnétique des noyaux mal orientés dans la direction souhaitée. Ces radiofréquences peuvent par exemple être de l'ordre de 40 MHz.
On peut soumettre la cible à des radiofréquences de manière à donner une orientation prédéfinie aux moments magnétiques des électrons libres de la cible. L'application de ces radiofréquences peut permettre notamment de donner une orientation aux moments magnétique des électrons libres de la cible mal orientés dans la direction souhaitée. Ces radiofréquences peuvent par exemple être de l'ordre de 25 GHz.
L'expression « soumettre à des radiofréquences » doit se comprendre comme signifiant « soumettre à un rayonnement radiofréquence ».
La fréquence des radiofréquences est particulièrement dépendante de l'intensité des champs magnétiques en jeu ainsi que du type de faisceau (électron, proton, deuton ou triton). On peut appliquer les radiofréquences à l'aide d'un générateur de radiofréquences, à une fréquence comprise entre 10 kHz et 50 GHz, mieux entre 50 kHz et 50 GHz. Les radiofréquences produites peuvent être comprise entre 10 MHz et 25 GHz, voire entre 100 MHz et 2,5 GHz, étant par exemple de l'ordre de 45 MHz. Les radiofréquences peuvent être appliquées au moyen d'une antenne d'un générateur de radiofréquences entourant l'enceinte ou d'une antenne qui est placée à l'intérieur de l'enceinte pour chaque faisceau de noyaux et/ou d'électrons. L'orientation d'émission des radiofréquences peut être perpendiculaire ou parallèle à l'axe du faisceau de noyaux. Les radio fréquences utilisées pour produire le plasma peuvent être comprises entre 1 MHz et 10 GHz, voire entre 10 MHz et 1 GHz, mieux entre 100 MHz et 700 MHz, étant par exemple de l'ordre de 200 MHz.
Champs magnétiques
Le premier champ magnétique appliqué peut avoir une intensité comprise entre
0,005 Tesla et 25 Tesla, voire une intensité comprise entre 0,1 Tesla et 1 Tesla, et un gradient spatial compris entre 0,001 Tesla/mètre et 1000 Tesla/mètre, voire entre 0,01 Tesla/mètre et 100 Tesla/mètre, sur le volume d'une enceinte contenant lesdits noyaux, avec par exemple une variation de l'ordre de 10 Tesla/mètre sur le volume de l'enceinte.
En variante, le premier champ magnétique est variable dans le temps, par la fréquence et/ou la forme du signal. L'intensité maximum du premier champ magnétique produit peut être comprise entre 0,005 Tesla et 25 Tesla. Au sein de l'enceinte, le gradient est par exemple compris entre 0,1 T/m et 1000 T/m.
Dans la mesure où l'orientation des moments magnétiques des particules dépendent du gradient du champ magnétique sur la totalité de la cible, pour maîtriser ce gradient sur toute la cible il est peut être utile de disposer de bobines complémentaires le cas échéant pour corriger le gradient qui peut être obtenu par une seule ou deux bobine(s) disposées sur le même axe. Ainsi la forme du gradient du champ magnétique pourra être modifiée selon la taille et la forme des cibles.
Le premier champ magnétique produit peut l'être au moyen de un ou plusieurs aimants permanents ou de un ou plusieurs électroaimants. Le premier champ magnétique peut par exemple être généré par un courant variable ayant la forme sinusoïdale ou une forme en crête. Le générateur électrique associé à l'électro-aimant peut par exemple produire une tension continue et/ou une tension variable à des fréquences comprises entre 1 Hz et 25 MHz. L'application de ce premier champ magnétique permet l'orientation des moments magnétique des noyaux.
Les électrons libres de la cible peuvent être soumis à un gradient spatial et/ou temporel du deuxième champ magnétique Ainsi, le deuxième champ magnétique peut avoir un gradient spatial et/ou temporel. En variante, ce deuxième champ magnétique peut être constant temporellement et/ou spatialement. Le deuxième champ magnétique peut avoir un gradient spatial compris entre 0,01 T/m et 1000 T/m dans le volume de la cible contenant lesdits électrons, étant par exemple de l'ordre de 10 T/m dans le volume de la cible. En variante, le deuxième champ magnétique est variable dans le temps, par la fréquence et/ou la forme du signal. L'intensité du deuxième champ magnétique produit peut être comprise entre 0,005 Tesla et 25 Tesla.
Le deuxième champ magnétique produit peut l'être au moyen de un ou plusieurs aimants permanents ou de un ou plusieurs électroaimants, ou encore d'un générateur de radio fréquence, ou encore une combinaison de ceux-ci. Le deuxième champ magnétique peut par exemple être généré par un courant variable ayant la forme sinusoïdale ou une forme en crête. Le générateur électrique associé à Γ électro-aimant peut par exemple produire une tension continue et/ou une tension variable à des fréquences comprises entre 1 Hz et 25 MHz. L'application de ce deuxième champ magnétique permet l'orientation des moments magnétiques des électrons.
Le premier et/ou le deuxième champ magnétique peuvent être produits par des électro-aimants avec une alimentation pilotée par un générateur de signaux. Les signaux peuvent être des signaux carrés, sinusoïdaux, redressés, par exemple générés par des thyristors, par exemple avec un pont de Graetz. On peut par exemple utiliser les tensions et courants sortants du pont de Graetz, avec l'angle de retard des thyristors égal à 20°, comme illustré sur la page internet https://fr.wikipedia.org/wiki/Thyristor. Les courants de ce type peuvent générer des variations temporelles de champ magnétique.
Le ou les électro-aimants peuvent être avec ou sans noyau ferromagnétique, par exemple un électroaimant avec noyau et un autre sans noyau, ce qui peut permettre de favoriser l'obtention d'un gradient spatial du champ magnétique.
Dans un autre mode de réalisation, le noyau de Γ électroaimant peut être percé pour alimenter le plasma en gaz. Dans un autre mode de réalisation, l'arrivée de gaz peut se faire à travers la paroi de l'enceinte.
Le premier et/ou le deuxième champ magnétique peuvent être accompagnés d'une génération de fréquences, par exemple comprises entre 1Hz à 25MHz. La ou les applications de radio fréquences peuvent apporter une aide complémentaire à l'orientation des moments magnétiques des électrons et des noyaux et permettre ainsi une augmentation du rendement du procédé de l'invention. Les radio fréquences peuvent être comprises entre 1 MHz et 50 GHz, par exemple à 42 MHz pour les noyaux et à 25 GHz pour les électrons sous un champ magnétique de 1 Tesla environ. Les fréquences dépendent du champ magnétique appliqué. Selon une autre variante de réalisation de l'invention, une seule bobine peut générer un champ magnétique qui remplace les deux champs magnétiques. Cette bobine peut être une bobine avec ou sans noyau.
Champ électrique et différence de potentiel
Le champ électrique appliqué, notamment sur le plasma, peut être obtenue par une ou plusieurs électrode(s), notamment un couple d'électrodes anode/masse ou masse/cathode, afin de soumettre les noyaux à une différence de potentiel électrique.
Le couple d'électrodes peut être porté par un porte-électrode. L'électrode et la masse peuvent être de forme identique, à leur polarité près. Le porte-électrode peut avoir une forme de couronne, comportant deux logements pour l'électrode et la masse, qui peuvent être de forme identique.
En outre, le porte-électrode peut être percé d'orifices radiaux, au nombre de deux par exemple, et qui peuvent être diamétralement opposés. Ces orifices radiaux peuvent servir à la fixation du porte-électrode dans le dispositif.
Le porte-électrode peut comporter également des orifices transversaux. Des orifices transversaux peuvent servir au passage de connexions électriques, sur les côtés de l'enceinte, étant les plus éloignés de l'axe central de l'enceinte. Ces orifices transversaux peuvent également être de plus petit diamètre. Ils peuvent être au nombre de six, étant disposés symétriquement autour de l'axe central de l'enceinte.
Des orifices transversaux peuvent également servir au passage d' entretoises, lesquelles permettent le maintien des électrodes et du support de la cible. Ces entretoises peuvent être utilisées pour la circulation d'un ou plusieurs fluide(s) caloporteur(s) et l'extraction de la chaleur produite dans le dispositif. Ils peuvent être au nombre de quatre, de même que les entretoises, et peuvent être disposés symétriquement autour de l'axe central de l'enceinte.
Enfin, d'autres orifices transversaux peuvent être maintenus libres, pouvant servir ainsi à l'équilibre des pressions dans le dispositif et à la circulation des gaz. Ils peuvent être au nombre de six, pouvant être disposés symétriquement autour de l'axe central de l'enceinte.
Ce couple d'électrodes peut être disposé à une distance prédéfinie du plasma, de préférence à proximité immédiate de celui-ci, et/ou à une distance prédéfinie de la cible. La distance avec la cible peut être comprise entre 1 mm et 1 m, étant par exemple de l'ordre de 60 mm.
L'électrode anode du plasma peut être portée à un potentiel compris entre 0 V et 10 000 V, étant par exemple de l'ordre de 6 kV. Le champ électrique peut être compris entre 100 V/m et 10 MV/m, étant par exemple de l'ordre de 1 MV/m. Plusieurs couple d'électrodes peuvent être utilisées afin d'augmenter l'impulsion des noyaux sur la cible.
En variante, on peut utiliser pour le plasma une cathode et la masse. La cathode peut alors être portée à un potentiel compris entre 0 V et -10 000 V, étant par exemple de l'ordre de -6 kV.
La tension anodique ou cathodique permet d'attribuer aux noyaux l'impulsion souhaitée selon les applications envisagées.
Le champ électrique appliqué, notamment sur la cible, peut être obtenu par une ou plusieurs électrode(s), notamment un couple d'électrodes masse/cathode, ou anode/masse, afin de soumettre les électrons de la cible à une différence de potentiel électrique.
Au moins l'une des électrodes peut être portée par un porte-électrode, qui peut être tel que décrit ci-dessus. L'autre électrode peut être de forme générale tronconique.
Ce couple d'électrodes peut être disposé à une distance prédéfinie de la cible, de préférence à proximité immédiate de celle-ci.
Dans une variante de réalisation, la cible peut être elle-même connectée à la masse.
En variante, on peut connecter la cible à une cathode. La cathode peut alors être portée à un potentiel compris entre 0 V et -10 000 V, mieux entre -5 V et -500 V, étant par exemple de l'ordre de -300 V. Dans ce cas, le porte-électrode précité porte la masse.
La cible ou son enceinte peut comporter au moins une connexion électrique à sa surface.
Cible
La cible peut être métallique, voire entièrement métallique, ce qui peut notamment être le cas lorsque le procédé est utilisé dans un objectif de production d'énergie.
En variante, la cible peut être non métallique, ce qui peut notamment être le cas lorsque le procédé est utilisé dans un objectif de transmutation par exemple. Dans ce cas elle peut comporter une enveloppe métallique ferromagnétique ou superparamagnétique. Elle peut par exemple comporter l'un au moins de : Fe, Ni, Mo, Co, FeOFe203, MnBi, Ni, MnSb, MnOFe203, Cr02, MnAs, Gd, Dy, EuO, U, W, cette liste n'étant pas limitative. Dans ce cas, la cible ou son enveloppe métallique peut être reliée à la cathode ou à la masse, comme expliqué plus haut.
La cible peut être solide, liquide ou gazeuse. Elle peut par exemple comprendre au moins des nano particules, notamment dans le cas des matériaux superparamagnétiques, de la poudre, de la mousse, des matériaux poreux, des matériaux composites, et/ou des matériaux sous forme de sol-gel. Elle peut aussi contenir des matériaux métalliques et ou conducteurs électriques soumis au champ magnétique avec ou sans gradient, cette liste n'étant pas limitative.
Lorsque la cible est fluide, le fluide peut être circulant ou contenu dans un solvant circulant. Le dispositif peut comporter des moyens de mise en circulation du fluide de la cible. Ces moyens peuvent par exemple comporter une pompe, un mélangeur ou une vis sans fin. Le fluide et/ou solvant peut être choisi dans la liste suivante, qui n'est pas limitative : Mercure, Sodium Na, eau. Le solvant éventuel peut par exemple permettre de transporter de la poudre, par exemple de la poudre de Ni ou de Mo.
Dans une variante de réalisation, notamment pour la production d'énergie, la cible peut être une enceinte métallique contenant de l'eau.
La cible peut être chauffée à une température qui peut être comprise entre
100°C et 4000°C, voire entre 200°C et 2000°C, mieux entre 200°C et 1700°C, voire entre 300°C et 1500°C. On peut par exemple utiliser une résistance électrique ou une autre source de chaleur pour chauffer la cible. Un tel chauffage peut permettre d'améliorer l'orientation des moments magnétiques, notamment dans le cas où la cible contient des matériaux ferromagnétiques et/ou superparamagnétiques, des électrons de conduction de la partie métallique de la cible ou de son enveloppe métallique.
Le chauffage de la cible peut permettre aux électrons libres de celle-ci d'être moins sous l'influence du milieu matériel et donc davantage sous l'influence des champs externes. Pour augmenter le nombre d'électrons orientés, il est préférable d'augmenter la température de la cible de sorte que les électrons « libre » de la couche de Bloch soit moins en interaction ensemble et subissent d'avantage l'influence du champ externe. Le procédé selon l'invention peut avoir un rendement de production de neutrons supérieur à 10~7. Le « rendement de production de neutrons » est défini comme : [nombre de transmutations / nombre d'électrons extraits de la cathode reliée à la cible].
Si la capture électronique induite est effectuée par des noyaux possédant eux- mêmes des neutrons, la quantité de neutrons libérés peut être plus importante que celle des neutrons créés par la capture électronique induite, par le simple fait de la libération des neutrons existants.
Le nombre de neutrons produits peut être supérieur à 103 neutrons/cm2.s par exemple, voire supérieur à 1013 neutrons/cm2.s, mieux encore supérieur à 1019 neutrons/cm2.s.
Le procédé selon l'invention peut permettre la génération d'un faisceau de neutrons. Par « faisceau », il faut comprendre un ensemble de particules, animées d'une vitesse, produit par une source dans une ou plusieurs directions spatiales donnée(s). Dans ce cas, on remplace la cible par un faisceau d'électrons.
L'invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un procédé de contrôle de l'impulsion des neutrons produits, dans lequel on contrôle l'intensité du potentiel électrique appliqué pour extraire les noyaux. En effet, l'intensité du champ électrique d'extraction donne une impulsion plus ou moins importante aux noyaux et donc aux neutrons produits. De cette façon, il est possible de moduler l'impulsion des neutrons produits pour l'adapter aux sections efficaces optimales de capture neutronique des matériaux cibles.
Le gradient de champ magnétique peut être créé localement par la combinaison du dispositif de génération de champ magnétique et le comportement magnétique des matériaux de la cible à l'échelle nanométrique, atomique et nucléaire.
Dispositif
L'invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un dispositif pour la mise en œuvre du procédé tel que définit plus haut.
Selon un autre de ses aspects, l'invention a également pour objet un dispositif de production et/ou de capture de neutrons, par exemple pour la mise en œuvre d'un procédé tel que décrit ci-dessus, comportant :
a) une enceinte dans laquelle on peut disposer de noyaux choisis parmi les protons (noyaux d'hydrogène), deutérons (noyaux de deutérium) et/ou tritons (noyaux de tritium), par exemple en y introduisant un gaz neutre d'hydrogène ou de deutérium et/ou de tritium sous une pression contrôlée, par exemple par une pompe à vide,
b) des moyens d'application d'un gradient d'un premier champ magnétique spatial et/ou temporel, de manière à donner une orientation prédéfinie aux moments magnétiques des noyaux présents dans l'enceinte,
c) des moyens pour appliquer un champ électrique afin d'extraire lesdits noyaux et diriger les noyaux ainsi extraits vers des électrons, ces électrons pouvant être libres ou appartenir à une la cible,
d) des moyens pour appliquer un deuxième champ magnétique auxdits électrons de manière à donner une orientation prédéfinie aux moments magnétiques des électrons.
Le dispositif peut encore comporter des moyens de chauffer la cible contenant les électrons pour activer les propriétés superparamagnétiques de la cible, dans le cas où la cible a des propriétés superparamagnétiques.
Les moments magnétiques des noyaux et les moments magnétiques des électrons libres peuvent être alignés dans le même sens. , notamment dans le sens de déplacement des noyaux dans l'enceinte. Ces moments magnétiques des noyaux et des électrons libres peuvent être parallèles au sens de déplacement des noyaux dans l'enceinte, étant dans le même sens ou dans le sens opposé. Ils peuvent être ainsi colinéaires avec l'axe du faisceau de noyaux extraits à l'étape c).
Les moments magnétiques des électrons et des noyaux peuvent alors être alignés dans le même sens, ce qui peut permettre de favoriser la capture des électrons lors de leur collision. Le deuxième champ magnétique peut avoir un gradient spatial et/ou temporel. En variante, ce deuxième champ magnétique peut être constant temporellement et/ou spatialement.
Le dispositif peut comporter des moyens de générer des noyaux à partir de gaz, par exemple par la génération d'un plasma et par l'extraction des noyaux de ce plasma grâce à des moyens pour appliquer un champ électrique, et donc une différence de potentiel électrique. Le dispositif peut notamment comporter un générateur de radio fréquences entourant l'enceinte ou intégré dans l'enceinte, permettant de créer un plasma d'hydrogène ou de deutérium et/ou de tritium dans l'enceinte, comme explicité plus haut. Les moyens pour appliquer le champ électrique peuvent comporter une ou plusieurs électrode(s) et une ou plusieurs masse(s), comme explicité plus haut. Ces moyens pour appliquer le champ électrique peuvent notamment comporter dans un premier exemple de réalisation une anode du côté de l'enceinte d'où les noyaux arrivent et une connexion à la masse du côté opposé, c'est-à-dire du côté de la cible contenant les électrons. Dans un deuxième exemple de réalisation, ces moyens pour appliquer le champ électrique peuvent comporter une connexion à la masse du côté de l'enceinte d'où les noyaux arrivent et/ou là où le plasma est produit et une connexion à une cathode du côté opposé, c'est-à-dire du côté de la cible qui contient les électrons.
Le dispositif peut notamment comporter un ou plusieurs couples d'électrodes anode/masse ou masse/cathode, chaque électrode ou couple d'électrodes étant porté par un porte-électrode.
Le porte-électrode peut avoir une forme de couronne, comportant deux logements pour l'électrode et la masse, qui peuvent être de forme identique. Le porte- électrode peut comporter des orifices transversaux, pour l'un au moins du passage de connexions électriques, du passage d' entretoises, et/ou à l'équilibre des pressions dans le dispositif et à la circulation des gaz.
Le dispositif peut encore comporter un porte-électrode isolant, tel que décrit plus haut, portant une électrode d'extraction, ainsi qu'une électrode de focalisation, qui peut ne pas être portée par le porte-électrode précité. L'électrode de focalisation peut avoir une forme générale tronconique. Elle peut être portée par un autre porte-électrode. Elle peut être percée d'orifices pour l'équilibre des pressions dans le dispositif et à la circulation des gaz.
Entre les électrodes d'extraction des électrons et les électrodes d'accélération des noyaux et la cible, le dispositif peut comporter des antennes de radiofréquences. Les électrodes précédemment citées peuvent également servir d'antenne radio fréquence.
Faisceau
Le dispositif peut comporter une source d'électrons permettant de produire un faisceau d'électrons. Il peut s'agir par exemple d'une électrode, par exemple une cathode, et d'une électrode de masse permettant l'extraction des électrons d'une cible. L'électrode peut être la cible elle-même. Elle peut être portée à une température par exemple comprise entre 100°C et 4000°C, mieux entre 200°C et 1700°C. En variante encore, la cathode peut être une cathode à effet de champ.
L'application du deuxième champ magnétique permet l'orientation des moments magnétiques des électrons. Ainsi, on peut permettre à, par exemple, au moins 50%, par exemple au moins 75%, par exemple à sensiblement la totalité des particules constituant ledit faisceau d'avoir des moments magnétiques orientés.
On fait ainsi interagir le faisceau de noyaux et le faisceau d'électrons, les particules des deux faisceaux ayant leurs moments magnétiques alignés, dans l'espace confiné entre les deux doubles électrodes sous un champ magnétique avec ou sans gradient spatial et/ou temporel du champ magnétique.
La ou les électrodes d'extraction peuvent être réalisées en forme de grille métallique, par exemple dans l'un ou plusieurs des matériaux de la liste suivante, qui n'est pas limitative : tungstène, titane, tantale, or, platine, nickel, fer. L'électrode peut avoir un contour en matériau céramique ou plastique, permettant l'isolation des connexions les unes des autres. Dans un mode de réalisation, ces contours plastiques ou céramiques peuvent être percés pour favoriser la circulation des gaz dans l'enceinte du dispositif vers la pompe à vide.
Cible
Le dispositif peut comporter une cible contenant des électrons de conduction, destinée à recevoir les noyaux. Les moments magnétiques des électrons et des noyaux peuvent alors être alignés dans le même sens que la direction de la vitesse des noyaux incidents, ce qui peut permettre de favoriser la capture des électrons ainsi orientés par les noyaux du faisceau lors de leur collision au niveau de la cible, notamment à la surface de la partie métallique de la cible, là où se trouve les électrons libres de la mer électronique du métal, autrement dit les électrons de la couche de conduction.
la cible peut contenir des matériaux ferromagnétiques et/ou superparamagnétiques. La cible peut être composée en partie ou intégralement de matériaux ferromagnétiques et/ou superparamagnétiques qui, combinés aux champs magnétiques, peuvent améliorer l'orientation et le maintien des moments magnétiques des électrons et des noyaux au moment de leur collision. Les éléments à transmuter de la cible peuvent être des éléments de la partie métallique elle-même ou d'autres éléments contenus immédiatement derrière la partie métallique.
Cette partie métallique peut être fine, étant par exemple d'une épaisseur de l'ordre de 1 μιη à quelques mètres (10 m par exemple), selon les applications souhaitées. Les applications peuvent être : production de radioéléments, transmutation des actinides et matériaux radioactifs, production d'énergie thermique par la capture neutronique.
La partie métallique de la cible peut également être reliée à une électrode de masse ou cathode.
Le dispositif peut encore comporter des moyens pour chauffer la cible contenant les électrons, comme explicité plus haut. Le dispositif peut encore comporter des moyens pour extraire la chaleur de la cible, comme explicité plus haut.
Enceinte
L'enceinte peut avoir un volume interne qui peut être compris entre 1 mm3 et
3 3 3 3 3
100 m , mieux entre 1 cm et 1 m , voire entre 10 cm et 1 dm . L'enceinte peut être aussi bien petite que grande selon les applications recherchées et le nombre de neutrons à produire.
Vide et température
L'enceinte peut être portée à une pression par exemple inférieure ou égale à 1 Pa, par exemple inférieure à 10"5 Pa (10~7 mbar). Une enceinte ayant une pression faible permet de limiter la densité de particules et peut donc permettre de limiter les sources de perturbation potentielles des faisceaux.
De telles pressions peuvent, par exemple, être obtenues par l'utilisation de pompes à vide ioniques ou par tout autre moyen pouvant convenir à l'invention.
Le procédé selon l'invention peut avoir lieu dans une enceinte ne comportant sensiblement pas de matière autre que les particules destinées à entrer en collision.
Paroi de l'enceinte
On pourra choisir l'épaisseur et la nature du matériau constituant la paroi de l'enceinte de manière à contenir les rayonnements et particules produites après l'étape de capture électronique et/ou de collision, ainsi que les faisceaux éventuels destinés à être mis en collision. Au moins un matériau pour l'enceinte peut être choisi dans la liste suivante, qui n'est pas limitative : quartz, inox, titane, zircon. Diaphragme de sortie
Le dispositif selon l'invention, notamment lorsqu'il est destiné à produire des neutrons libres, peut comporter un diaphragme de sortie. Par exemple dans le cas où le dispositif selon l'invention est relié à une autre enceinte sous vide, le diaphragme de sortie peut être un disque réalisé en matériaux interagissant peu avec les neutrons de manière à laisser passer le faisceau de neutrons. Le diaphragme de sortie peut par exemple être constitué, d'un ou plusieurs matériau(x) faiblement absorbeurs de neutrons. Le diaphragme de sortie peut comporter, par exemple du carbone, du magnésium, du plomb, de la silice, du zirconium ou de l'aluminium. Le diaphragme de sortie peut être de forme quelconque, par exemple circulaire, ovale, elliptique, polygonale.
Refroidissement et/ou récupération d'énergie
Le dispositif peut comporter des moyens de refroidissement et/ou des moyens de récupération d'énergie pour la production d'énergie, plus particulièrement d'énergie thermique primaire, notamment par un échangeur thermique. Cette énergie thermique primaire peut ensuite être transformée en énergie mécanique ou électrique selon les besoins et applications.
Dans le cas du refroidissement, Γ échangeur thermique peut comporter un circuit fermé d'un ou plusieurs fluide(s) caloporteur(s). Il peut comporter des moyens de récupération de ces fluide(s) caloporteur(s). Le fluide caloporteur peut par exemple être choisi dans la liste suivante, qui n'est pas limitative : air, eau, huiles, et tout autre fluide caloporteur approprié à l'application envisagée.
Dans le cas de la récupération d'énergie, on peut utiliser un seul circuit ou en variante plusieurs circuits.
Dans le cas de l'utilisation d'un seul circuit, le fluide utilisé pour la récupération d'énergie peut changer d'état, par exemple, passer de l'état liquide à l'état gazeux. Dans ce cas il peut changer d'état sous une pression constante ou choisie selon le mode d'élaboration technique ou encore changer d'état à la pression ambiante en changeant de volume. Il peut donc changer de pression et de volume selon le mode de réalisation le plus approprié pour par exemple faire tourner une turbine, un moteur à piston ou encore par exemple être utiliser comme un moyen de propulsion.
On peut en variante utiliser plusieurs circuits, pour par exemple, éviter que la contamination radioactive d'un premier circuit n'affecte l'environnement immédiat du réacteur à neutron. On peut ainsi utiliser un second circuit, voire même un troisième circuit. Le dernier circuit fonctionne comme décrit ci-dessus dans le cas d'un circuit unique, permettant de récupérer l'énergie thermique produite à travers des échangeurs thermique successifs entre les différents circuits.
On peut utiliser ou transformer cette énergie sous forme d'énergie thermique et/ou sous forme d'énergie mécanique par le biais de turbines, pistons, moteurs de sterling ou tout autres systèmes appropriés ou encore en la transformant en énergie électrique par l'ajout de dispositifs connus, comme des alternateurs, aux systèmes de transformation en énergie mécanique précédemment cités.
Les fluides caloporteurs utilisés dans les circuits de récupération et d'échanges thermique peuvent être choisi parmi : eau, huiles, sels fondus ou tout type de matériau devenant fluide à des températures élevées comme par exemple le Sodium, plomb, sels. Chaque circuit peut comporter un fluide différent, le cas échéant.
Champs magnétiques
Les premier et deuxième champs magnétiques peuvent être orientés dans l'axe du dispositif ou perpendiculairement à ce dernier. De préférence, les premier et deuxième champs magnétiques sont parallèles à l'axe des faisceaux de noyaux et/ou d'électrons.
Par « gradient de champ magnétique », il faut comprendre une intensité de champ magnétique non homogène dans l'espace ou dans le temps. La variation spatiale ou temporelle peut être par exemple comprise entre 1 μΤ et 100 Teslas, mieux entre 1 mT et 50 Teslas, voire entre 1 Tesla et 10 Teslas. La taille de l'espace où le champ magnétique est appliqué peut être comprise entre 1 nm3 et 100 m3, mieux entre 1 μιη3 et 1 m3, voire entre 1 mm3 et 1 dm3. Le champ magnétique peut être variable dans le temps, il peut varier lentement ou brusquement, sur des durées de temps longues ou courtes, par exemple sur une durée comprise entre 1 ps et 10 s, mieux entre 1 ns et 1 s, voire entre 1 et 10 ms, voire entre 10 μβ et 1 ms.
Les moyens d'application du gradient du premier champ magnétique peuvent comporter un premier électroaimant pour produire le premier champ magnétique, comme explicité plus haut. En variante ou additionnellement, ces moyens peuvent comporter un générateur de radiofréquences.
Les moyens pour appliquer le deuxième champ magnétique auxdits électrons peuvent comporter un deuxième électroaimant pour produire le deuxième champ magnétique, comme explicité plus haut. En variante ou additionnellement, ces moyens peuvent comporter un générateur de radiofréquence. Les radio fréquences peuvent être comprises entre 1 MHz et 1000 GHz, mieux entre 5 MHz et 100 GHz. L'application de ce deuxième champ magnétique permet l'orientation des moments magnétique des électrons. Dans un exemple de réalisation, les radio fréquences peuvent être de 25 GHz pour un deuxième champ magnétique à lTesla.
Les interactions entre les noyaux et les électrons liés ou libres pour générer les captures électroniques peuvent avoir lieu au sein du champ du deuxième électroaimant.
Les moyens permettant de générer un ou plusieurs champ(s) magnétique(s) mis en œuvre dans le procédé ou le dispositif selon l'invention peuvent être choisi parmi les bobines supraconductrices, les bobines résistives ou les bobines « hybrides » comportant une bobine résistive et une bobine supraconductrice. Il est aussi possible d'utiliser des circuits résonants, par exemple de type RLC, comportant au moins une bobine de résonance.
Champs magnétiques utilisés pour donner une orientation prédéfinie aux moments magnétiques
Le procédé selon l'invention peut comporter au moins une étape d'application d'au moins :
i. un premier champ magnétique, configuré pour mettre les moments magnétique des noyaux dans un état défini, ayant une composante statique dans le temps d'intensité comprise entre 1 μΤ et 100 T et/ou un gradient non nul seulement sur l'axe de la collision, et
ii. un second champ magnétique, configuré pour mettre les moments magnétique des électrons dans un état défini, ayant une composante statique dans le temps d'intensité comprise entre 1 μΤ et 100 T et/ou un gradient non nul seulement sur l'axe de la collision.
Les premier et second champs magnétiques peuvent être identiques ou distincts. Les premier et second champs magnétiques peuvent être générés par la même source ou par des sources distinctes.
Au moins l'un, par exemple chacun, des premier et second champs magnétiques peuvent être statiques. En variante, au moins l'un, par exemple chacun, des premier et second champs magnétiques peuvent comporter une composante statique et une composante variable non nulle.
Dans la suite, pour un champ magnétique donné i?(x,y,z,t), on définit sa composante statique BSM (x,y,z) et sa composante variable B (x,y,z,t) comme vérifiant :
→ → → →
i?(x,y,z,t) = BSM (x,y,z) + i? t(x,y,z,t) où BSM (x,y,z) est une grandeur indépendante du temps et B t(x,y,z,t) est une grandeur ne comportant aucun terme invariant en fonction du temps. En d'autres termes, le spectre fréquentiel de ? (x,y,z,t) ne comporte pas de pic centré sur la fréquence nulle.
Composantes statiques
Les caractéristiques relatives aux composantes statiques décrites ci-dessous sont aussi valables pour les champs magnétiques statiques ayant une composante variable nulle. La composante statique du premier champ magnétique peut par exemple avoir une intensité comprise entre 1 μΤ et 100 Tesla. La composante statique du second champ magnétique peut par exemple avoir une intensité comprise entre 1 μΤ et 100 Tesla. Des composantes statiques convenant à l'invention peuvent être générées par des bobines supraconductrices, des bobines résistives ou des bobines « hybrides » comportant une bobine résistive et une bobine supraconductrice.
Les premier et second champs magnétiques peuvent avoir des composantes variables différentes. Les composantes variables des premier et/ou second champ(s) magnétique(s) peuvent par exemple être appliquées sous la forme d'au moins un faisceau de photons. L'application d'une composante variable peut permettre, pour les particules mises en jeu, d'augmenter la proportion de moments magnétiques orientés dans le sens de la composante statique afin d'augmenter la probabilité de génération de neutrons ou de noyaux lors de la collision.
En effet, la théorie quantique prévoit que l'application d'au moins une composante variable ayant par exemple un spectre fréquentiel comportant au moins un pic centré sur une fréquence égale à la fréquence de résonance des moments magnétique peut par exemple permettre d'induire des transitions entre différents niveaux énergétiques. Cette fréquence de résonance correspond à la fréquence de précession des moments magnétique autour de la composante statique du champ appliqué, dite précession de Larmor. Il devient alors possible pour des moments magnétiques par exemple orientés, avant application de la composante variable, dans le sens inverse du sens d'application de la composante statique d'absorber au moins une partie de l'énergie de la composante variable appliquée et de transiter vers un état orienté où lesdits moments magnétiques sont alignés dans le même sens que la composante statique.
On peut par exemple appliquer la composante variable en même temps que la composante statique.
La mesure de la quantité de neutrons produits, de protons déviés ou du potentiel électrique créé par les protons n'ayant pas subi de collision peut, par exemple, permettre à un opérateur de disposer d'indicateurs sur la nécessité d'appliquer la composante variable des premier et/ou second champ(s) magnétique(s).
Les lignes de champs de la composante variable peuvent être colinéaires avec les faisceaux de particules. En variante, elles peuvent être non colinéaires aux lignes de champs de la composante statique. Elles peuvent, par exemple, former avec celles-ci un angle supérieur à 10°, par exemple supérieur à 45°. En particulier, les lignes de champ de la composante variable peuvent former un angle compris entre 85° et 95° avec les lignes de champ de la composante statique.
La composante variable du premier champ magnétique peut être appliquée de manière continue. En variante, la composante variable du premier champ magnétique peut être appliquée sous la forme d'impulsions dont l'homme du métier saura déterminer la durée. A titre indicatif, la durée des impulsions peut par exemple être comprise entre 0,01 et 1 s, par exemple entre 1 et 20 ms.
La composante variable du second champ magnétique peut être appliquée de manière continue. En variante, la composante variable du second champ magnétique peut être appliquée sous la forme d'impulsions dont l'homme du métier saura déterminer la durée. A titre indicatif, la durée des impulsions peut par exemple être comprise entre 0,01 et 1 s, par exemple entre 1 et 20 ms.
La composante variable du premier champ magnétique peut présenter un spectre fréquentiel comportant au moins un pic centré sur une fréquence par exemple comprise entre 1 Hz et 50 MHz, par exemple entre 50 Hz et 50 kHz, par exemple entre 100 Hz et 1 kHz.
Dans le cadre du procédé selon l'invention, la composante variable du second champ magnétique peut présenter un spectre fréquentiel comportant au moins un pic centré sur une fréquence par exemple comprise entre 1 Hz et 50 MHz, par exemple entre 50 Hz et 50 kHz, par exemple entre 100 Hz et 1 kHz
Les composantes variables des premier et second champs magnétiques peuvent être générées par des circuits résonants, par exemple de type RLC, comportant au moins une bobine de résonance.
Gradients sur l 'axe de la collision
Comme mentionné plus haut, le premier et/ou second champ(s) magnétique(s) peu(ven)t avoir un gradient non nul sur l'axe de la collision.
La théorie quantique prévoit que l'application d'un champ magnétique ayant un gradient non nul peut permettre de mettre dans un état défini les moments magnétiques ainsi que de les aligner colinéairement avec le champ. Il est également important que l'angle entre la vitesse des particules, l'axe de la collision et les moments magnétiques soit faible, par exemple moins de 10°, voir inférieur à 5°, préférentiellement proche de 0°.
La direction du gradient peut former un angle sensiblement nul avec l'axe de la collision. Dans ce dernier cas, il est possible que le(s) premier et/ou second champ(s) magnétique(s) comporte(nt) chacun, en outre, une composante statique et une composante variable non nulle. Lesdites composantes statiques et variables peuvent être telles que décrites ci-dessus. Dans les deux cas, il est possible de séparer les particules selon la direction de leur moment magnétique. On peut alors obtenir à partir d'un même faisceau de particules soit un faisceau contenant des particules avec des moments magnétique orientés dans le même sens et le sens opposé du gradient appliqué soit une pluralité de faisceaux ayant chacun en leur sein des particules avec des moments magnétiques orientés dans un même sens.
Par ailleurs, les premier et/ou second champ(s) magnétique(s) peu(ven)t présenter, sur l'axe de la collision, un gradient d'intensité non nulle et par exemple inférieure à 1000 T/m. Les premier et/ou second champ(s) magnétique(s), ayant un gradient non nul sur l'axe de la collision, peu(ven)t être appliqué(s) de manière continue.
En variante, les premier et/ou second champ(s) magnétique(s), ayant un gradient non nul sur l'axe de la collision, peu(ven)t être appliqué(s) sous la forme d'impulsions.
Des gradients de champ magnétique convenant à l'invention peuvent par exemple être produits par deux entrefers similaires à ceux mis en œuvre dans l'expérience de Stern et Gerlach ou par une pluralité de bobinages ayant des nombres de boucles différents et/ou des diamètres et/ou des courants différents.
Production et récupération d'énergie
L'étape de capture et/ou de collision peut générer un dégagement d'énergie, par exemple sous forme de chaleur. La chaleur produite, lors de cette étape peut par exemple être récupérée par un échangeur thermique, comme explicité plus haut, dans lequel circule un ou plusieurs fluide(s) caloporteur(s).
Selon un autre de ses aspects, l'invention concerne un procédé de production d'énergie au moyen de l'un des procédés et/ou des dispositifs tels que décrits ci-dessus, dans lequel on récupère l'énergie produite.
Selon encore un autre de ses aspects, l'invention concerne l'utilisation des neutrons générés par les procédés et/ou les dispositifs tels que décrits ci-dessus pour produire de l'énergie. Etant lents et à fort rendement, les neutrons produits peuvent permettre de produire de l'énergie par la capture neutronique. En effet, il est établi que la transmutation des noyaux atomiques par capture neutronique est génératrice d'énergie. Cette source d'énergie peut atteindre un rendement économique exceptionnel et se substituer progressivement aux autres sources d'énergies. Le rendement de tels systèmes peut être supérieur à 200%, voire même à 1000% (une production de 10 fois l'énergie consommée), voire davantage.
On donne ci-dessous quelques exemples de capture neutronique, avec les énergies obtenues, d'après le site internet
http://www.nndc.bnl.gov/capgarn/byn/page001.html . :
n + p -> D + 2223,25±0,00 keV
2n + 58Ni -> 60Ni + 8998,63±0,07 keV + 1332,54±0,05 keV
n + 60Ni -> 61Ni + 7819,56±0,06 keV
n + 61Ni ^ 62Ni + 1172,80±0,10 keV
Utilisations
Les neutrons peuvent être utiles dans de nombreuses applications, notamment dans les domaines de l'imagerie, de la production de radio-isotopes pour l'industrie médicale et la filière énergie nucléaire pour laquelle les neutrons sont une source de production d'énergie, d'optimisation des réactions nucléaire, de la sécurité du fonctionnement des centrales et du traitement des déchets radioactifs comme les actinides mineurs.
Selon l'un de ses aspects, l'invention concerne une installation médicale, par exemple pour la destruction de cellules cancéreuses humaines ou animales, comportant au moins :
- un moyen de positionnement d'un patient à traiter, et
- un dispositif tel que défini plus haut.
Les neutrons générés selon l'invention peuvent ainsi par exemple être utilisés pour l'hadronthérapie ou par exemple pour la médecine nucléaire.
Selon encore un autre de ses aspects, l'invention permet de produire des radio- isotopes. Dans le domaine médical il existe deux utilisations majeures des radio-isotopes : l'imagerie par injection de radio -pharmaceutiques (traceurs) permettant de recueillir des images précises sur le métabolisme physiologique, ou de pratiquer certains actes médicaux et la stérilisation du matériel médical par rayonnement gamma. Les neutrons produits peuvent permettre de créer des rayons gamma utilisés dans la stérilisation des ustensiles chirurgicaux par exemple.
Selon encore un autre de ses aspects, l'invention concerne l'utilisation des neutrons générés par les procédés et/ou les dispositifs tels que décrits ci-dessus pour la transmutation nucléaire ou plus généralement l'obtention de noyaux en physique expérimentale, la production de radio-isotopes par la capture neutronique.
Selon encore un autre de ses aspects, l'invention concerne l'utilisation des neutrons générés par les procédés et/ou les dispositifs tels que décrits ci-dessus pour le traitement des déchets nucléaires par transmutation. Les neutrons produits, qui peuvent être rapides, peuvent être envoyés sur les déchets des réactions nucléaires afin d'obtenir des éléments radioactifs plus légers et à durée de vie plus courte et donc moins dangereux.
Selon encore un autre de ses aspects, l'invention concerne l'utilisation des neutrons générés par les procédés et/ou les dispositifs tels que décrits ci-dessus pour l'imagerie et l'analyse neutronique. On utilise dans ce cas plus particulièrement le dispositif permettant de produire un faisceau de neutrons. Les neutrons produits peuvent permettre de photographier, à travers les éléments, la structure de n'importe quel objet. Ce procédé permet une analyse fine de pièces industrielles. De même les neutrons produits peuvent permettre des analyses des sols et des sondages géologiques, par exemple certains forages exploratoires. Enfin l'analyse neutronique est utilisée à des fins militaires et de défense, puisque dans les mêmes conditions que pour les autres utilisations, une source de neutrons permet de détecter les explosifs, de quelque nature qu'ils soient.
Selon encore un autre de ses aspects, l'invention concerne l'utilisation des neutrons générés par les procédés et/ou les dispositifs tels que décrits ci-dessus pour la création de défaut dans les systèmes physico-chimiques. On utilise dans ce cas plus particulièrement le dispositif permettant de produire un faisceau de neutrons. Les neutrons produits peuvent permettre de tester la tenue à la radiation des appareils embarqués et instruments sous contrainte nucléaire.
Selon encore un autre de ses aspects, l'invention concerne l'utilisation des neutrons générés par les procédés et/ou les dispositifs tels que décrits ci-dessus dans une centrale nucléaire. Les neutrons produits peuvent permettre à faible coût de concevoir des centrales nucléaires de fission à fonctionnement sous-critique, ce qui permet d'éliminer le risque d'emballement nucléaire et le besoin d'enrichissement de l'uranium. Le risque nucléaire peut ainsi être considérablement réduit avec un coût de production de l'énergie plus faible. Ceci permet également de limiter la consommation des énergies fossiles.
Description des figures
L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples non limitatifs de mise en œuvre de celle-ci, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel :
- la figure 1 est une vue en perspective schématique et partielle d'un exemple de dispositif de production et/ou de capture de neutrons selon l'invention,
- la figure 2 en est une vue selon la flèche II,
- la figure 3 est une vue en coupe longitudinale selon III-III du dispositif des figures 1 et 2,
- la figure 4 est une vue en perspective schématique et partielle d'un détail du dispositif des figures 1 à 3,
- la figure 5 en est une vue selon la flèche V,
- la figure 6 est une vue en coupe longitudinale selon VI-VI du dispositif des figures 4 et 5,
- la figure 7 est une vue en perspective schématique et partielle d'un ensemble porte-électrode et ses électrodes, - la figure 7a est une vue en perspective, schématique et partielle, de l'ensemble de la figure 7,
- la figure 7b est une vue en perspective, schématique et partielle, du porte- électrode des figures 7 et 7a,
- les figures 7c à 7e sont des vues respectivement selon les flèches C, D et E du porte-électrode des figures 7, 7a et 7b,
- la figure 8 est une vue en perspective schématique et partielle de la cible entourée de l'électrode associée,
- les figures 8a et 8b sont des vues respectivement selon les flèches A et B de la cathode de la figure 8, et
- les figures 9 et 10 sont des vues analogues à la figure 3 de variantes de réalisation.
On a illustré schématiquement aux figures 1 à 3 un dispositif 1 conforme à l'invention, comportant une enceinte 2 dans laquelle on peut disposer de noyaux sous une pression contrôlée par une jauge de vide 5. L'enceinte 2 a une forme générale de cylindre, et comporte vers son extrémité de sortie 2c deux embranchements latéraux 2a et 2b, l'un 2a permettant le passage des connexions électriques 7, et l'autre 2b l'évacuation des gaz vers la pompe à vide non représentée. L'extrémité de sortie 2c peut servir de sortie pour les neutrons produits et/ou d'entrée et de sortie pour un fluide caloporteur servant au refroidissement et/ou à la récupération d'énergie dans le ou les échangeurs thermiques.
Les noyaux peuvent être choisis parmi les protons (noyaux d'hydrogène), deutérons (noyaux de deutérium) et/ou tritons (noyaux de tritium) et sont obtenus par exemple en introduisant dans l'enceinte un gaz neutre d'hydrogène ou de deutérium et/ou de tritium par une entrée de gaz 6. Le gaz peut être transformé en plasma au moyen d'un générateur de radio fréquences 8 comportant une antenne 9 entourant l'enceinte 2.
Le dispositif 1 comporte en outre des moyens d'application d'un gradient d'un premier champ magnétique spatial et/ou temporel, de manière à donner une orientation prédéfinie aux moments magnétiques des noyaux présents dans l'enceinte 2. Il s'agit dans l'exemple décrit d'un électroaimant 10 avec noyau 10a. Le noyau 10a comporte un canal 10b permettant l'entrée du gaz.
Le dispositif 1 comporte également des moyens pour appliquer un champ électrique afin d'extraire lesdits noyaux et diriger les noyaux ainsi extraits vers des électrons. Il s'agit dans l'exemple décrit d'une électrode 12, qui est une anode dans l'exemple décrit, associé à une masse 13 disposée de l'autre côté d'un porte-électrode 24 isolant, comme illustré plus en détails aux figures 7 et 7a à 7e.
Comme on peut le voir sur ces figures, l'électrode 12 et la masse 13 sont identiques, à leur polarité près, et le porte-électrode 24 a une forme de couronne, comportant deux logements 40 pour l'électrode 12 et la masse 13, qui sont de forme identique.
En outre, le porte-électrode 24 est percé d'orifices radiaux 41, au nombre de deux dans l'exemple décrit, et qui sont diamétralement opposés. Ces orifices radiaux 41 peuvent servir à la fixation du porte-électrode dans le dispositif.
Le porte-électrode 24 comporte également des orifices transversaux 42, 43 et 44. Les orifices 42 peuvent servir au passage des connexions électriques 7, sur les côtés de l'enceinte 2, étant les plus éloignés de l'axe central de l'enceinte. Ces orifices 42 sont également de plus petit diamètre. Ils sont dans l'exemple décrit au nombre de six, étant disposés symétriquement autour de l'axe central de l'enceinte.
Les orifices transversaux 43 peuvent servir au passage d'entretoises 30, lesquelles permettent le maintien des électrodes et du support de la cible. Ces entretoises peuvent être utilisées pour la circulation d'un ou plusieurs fluide(s) caloporteur(s) et l'extraction de la chaleur produite dans le dispositif. Ils sont au nombre de quatre dans cet exemple, de même que les entretoises 30, et sont disposés symétriquement autour de l'axe central de l'enceinte.
Enfin, les autres orifices transversaux 44 peuvent être maintenus libres, pouvant servir ainsi à l'équilibre des pressions dans le dispositif et à la circulation des gaz. Ils sont au nombre de six dans l'exemple décrit, étant disposés symétriquement autour de l'axe central de l'enceinte.
Les électrons susmentionnés sont dans l'exemple décrit issus d'un faisceau d'électrons extrait d'une cible 20 maintenue par un porte-électrode 23 isolant, à l'arrière d'une électrode d'extraction 25 et d'une électrode de focalisation 21. L'électrode de focalisation 21 a une forme générale tronconique, comme illustré sur les figures 8a et 8b. L'électrode d'extraction 25 est maintenue sur un porte-électrode 26, identique au porte- électrode 24 précédemment décrit en détails, et la cible et l'électrode de focalisation 21 sont maintenue sur le porte-électrode 23, également identique aux porte-électrodes 24 et 26. Les orifices radiaux 41 peuvent également servir pour fixer la cible 20 dans le porte- électrode 23 comme illustré sur les figures 8, 9 et 10.
L'électrode de focalisation 21 peut être dans l'exemple décrit une cathode, portée par exemple à un potentiel de - 300V, l'électrode d'extraction 25 étant alors une masse. Dans une variante, il pourrait bien entendu en être autrement, l'électrode de focalisation 21 étant portée à la masse et l'électrode d'extraction 25 étant une anode, par exemple portée à un potentiel d'environ + 300 V. L'électrode d'extraction 25 peut ainsi être portée à différents potentiels selon la mode d'utilisation : masse, ou positive. L'électrode de focalisation 21, illustrée plus en détails à la figure 8, est une cathode ou une masse.
Les électrons issus de la cible 20 sont extraits de la cible par l'action de l'électrode d'extraction 25 qui est reliée à la masse ou portée à un potentiel positif, et focalisés en direction des noyaux au moyen de l'électrode de focalisation 21, qui est une cathode dans cet exemple, ou une masse.
Le dispositif pourrait ne comporter qu'une électrode parmi l'électrode d'extraction et l'électrode de focalisation, sans que l'on sorte du cadre de la présente invention.
Chacune des électrodes peuvent être réalisées en forme de grille métallique, et est portée par un porte-électrode correspondant avec un contour en matériau céramique ou plastique, permettant l'isolation des connexions les unes des autres.
La collision a lieu dans l'espace intermédiaire 28 entre les électrodes 13 et 25 toutes deux reliées à la masse, dans le cas où les électrons sont émis sous forme de faisceau.
Le dispositif comporte, à la suite de l'électro-aimant avec noyau 10 et des électrodes 12 et 13, des moyens pour appliquer un deuxième champ magnétique auxdits électrons de manière à donner une orientation prédéfinie aux moments magnétiques des électrons. Il s'agit dans l'exemple décrit d'un électroaimant sans noyau 14. Au cœur de cet électroaimant 14 sont disposées l'électrode 13 (masse), l'électrode 25 (masse), l'électrode 21 (cathode) et la cible 20 sur son support 23, comme illustré. Ainsi, les électrons sont soumis au deuxième champ magnétique avant leur collision avec les noyaux provenant du plasma. On obtient alors en sortie un faisceau de neutrons, que l'on peut récupérer à l'extrémité 2c de l'enceinte 2.
Dans la variante de réalisation illustrée à la figure 9, le dispositif peut comporter une antenne de radio fréquences 50 spécifique pour moduler le deuxième champ magnétique, de telle sorte que les électrons sont soumis à la combinaison du deuxième champ magnétique de Γ électroaimant 14 et de la radiofréquence émise par l'antenne 50. Cette antenne 50 est disposée à l'intérieur de l'aimant 14, autour de l'enceinte 2.
Dans les exemples qui viennent d'être décrits, on obtient la production d'un faisceau de neutrons, par la capture des électrons ayant été extraits de la cible 20 par les noyaux du faisceau.
Les électrons peuvent en variante être contenus dans la cible, laquelle est dans ce cas destinée à recevoir les noyaux. Dans ce cas, la collision électron / noyaux peut avoir lieu directement sur ou dans la cible 20 pour générer des neutrons grâce à l'alignement des moments magnétiques de ces derniers, et on peut obtenir une transmutation des atomes (noyaux) de la cible par la capture des neutrons produits. Dans cet exemple de réalisation de production et de capture neutronique directement dans la cible, les électrodes et/ou masse 12, 13, et 25 peuvent servir d'antennes radiofréquence, afin d'améliorer le taux d'alignement des moments magnétiques des noyaux et/ou des électrons de la cible, et ainsi augmenter le nombre de neutrons produits. A cet effet, elles peuvent dans la variante illustrée à la figure 10 être connectées à un générateur de radio fréquences adéquat.
A titre d'exemple, on a illustré à la figure 10 un dispositif qui diffère de ceux précédemment décrits par la présence d'une cible 20 dépourvu d'électrode 21, et qui est connectée à la masse. En outre, l'électrode 25 ne sert qu'à la production de radio fréquences et n'est pas soumise à un voltage fixe. Dans une variante de réalisation non illustrée, cette électrode 25 pourrait même être supprimée.
La cible 20 peut avoir une forme allongée, notamment en direction de la sortie 2c, de manière à faciliter la transmutation du plus grand nombre d'atomes possible. La cible 20 peut être solide, ou fluide, étant liquide ou comportant une poudre.
L'expression « comportant un(e) » doit être comprise comme « comportant au moins un(e) ».

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de production et/ou de capture de neutrons, comportant les étapes suivantes :
a) Soumettre des noyaux choisis parmi les protons, deutérons et/ou tritons à un champ électrique afin d'extraire lesdits noyaux et diriger les noyaux ainsi extraits vers une cible (20) contenant des électrons libres,
b) Soumettre lesdits noyaux à un gradient spatial et/ou temporel d'un premier champ magnétique de manière à donner une orientation prédéfinie aux moments magnétiques des noyaux, et
c) Soumettre la cible à un deuxième champ magnétique de manière à donner une orientation prédéfinie aux moments magnétiques des électrons libres de la cible.
2. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel les moments magnétiques des noyaux et les moments magnétiques des électrons libres sont alignés dans le même sens.
3. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel les moments magnétiques des noyaux et les moments magnétiques des électrons libres sont parallèles au sens de déplacement des noyaux vers la cible, étant dans le même sens ou dans le sens opposé.
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les noyaux sont obtenus en créant un plasma d'hydrogène et/ou de deutérium et/ou de tritium par application de radio fréquences ou d'une décharge électrique.
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on soumet lesdits noyaux à des radio fréquences de manière à donner une orientation prédéfinie aux moments magnétiques des noyaux.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la cible contient des matériaux ferromagnétiques et/ou superparamagnétique et on soumet la cible à un champ magnétique de manière à donner une orientation prédéfinie aux moments magnétique des électrons libres de la cible.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on soumet la cible à des radio fréquences de manière à donner une orientation prédéfinie aux moments magnétique des électrons libres de la cible.
8. Procédé selon l'une des trois revendications immédiatement précédentes, dans lequel on applique les radio fréquences à l'aide d'un générateur de radio fréquences (8), à une fréquence comprise entre 10 kHz et 50 GHz.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le champ électrique appliqué est obtenue par une ou plusieurs électrode(s), notamment un couple d'électrodes anode/masse (12, 13), le couple d'électrodes étant porté par un porte-électrode (24).
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier champ magnétique appliqué a un gradient spatial compris entre 0,001 Tesla/mètre et 1000 Tesla/mètre sur le volume d'une enceinte (2) contenant lesdits noyaux.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les électrons libres de la cible sont soumis à un gradient spatial et/ou temporel du deuxième champ magnétique.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la cible (20) est métallique.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la cible (20) est chauffée à une température qui est comprise entre 100°C et 4000°C, mieux entre 200°C et 1700°C.
14. Dispositif de production et/ou de capture de neutrons, comportant :
a) une enceinte (2) dans laquelle on peut disposer de noyaux choisis parmi les protons, deutérons et/ou tritons,
b) des moyens d'application d'un gradient d'un premier champ magnétique spatial et/ou temporel, de manière à donner une orientation prédéfinie aux moments magnétiques des noyaux présents dans l'enceinte,
c) des moyens pour appliquer un champ électrique afin d'extraire lesdits noyaux et diriger les noyaux ainsi extraits vers des électrons, et
d) des moyens pour appliquer un deuxième champ magnétique auxdits électrons de manière à donner une orientation prédéfinie aux moments magnétiques des électrons.
15. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel les moments magnétiques des noyaux et les moments magnétiques des électrons libres sont alignés dans le même sens.
16. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel les moments magnétiques des noyaux et les moments magnétiques des électrons libres sont parallèles au sens de déplacement des noyaux dans l'enceinte, étant dans le même sens ou dans le sens opposé.
17. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 14 à 16, comportant un générateur de radiofréquences entourant l'enceinte, permettant de créer un plasma d'hydrogène ou de deutérium et/ou de tritium dans l'enceinte.
18. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 14 à 17, les moyens d'application du gradient du premier champ magnétique comportant un premier électroaimant (10) pour produire le premier champ magnétique.
19. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 14 à 18, la cible contenant des matériaux ferromagnétiques et/ou superparamagnétiques.
20. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 14 à 19, les moyens pour appliquer le champ électrique comportant une ou plusieurs électrode(s) et une ou plusieurs masse(s), notamment un ou plusieurs couples d'électrodes anode/masse (12, 13, 21, 25), chaque électrode ou couple d'électrodes étant porté par un porte-électrode (24, 23, 26).
21. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel le porte-électrode (24, 23, 26) a une forme de couronne, comportant deux logements pour l'électrode et la masse, qui peuvent être de forme identique.
22. Dispositif selon l'une des deux revendications précédentes, dans lequel le porte-électrode (24, 23, 26) comporte des orifices transversaux, pour l'un au moins du passage de connexions électriques, du passage d' entretoises, et/ou à l'équilibre des pressions dans le dispositif et à la circulation des gaz.
23. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 14 à 22, les moyens pour appliquer le deuxième champ magnétique auxdits électrons comportant un deuxième électroaimant (14) pour produire le deuxième champ magnétique.
24. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 14 à 23, comportant une source d'électrons permettant de produire un faisceau d'électrons.
25. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 14 à 24, comportant une cible (20) contenant des électrons, destinée à recevoir les noyaux.
26. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 14 à 25, comportant des moyens de refroidissement et/ou des moyens de récupération d'énergie pour la production d'énergie, notamment par un échangeur thermique.
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