Description

Titre : Moteur comportant un dispositif de mise en œuvre de réactions de fusion nucléaire par ions accélérés

Domaine technique

La présente invention concerne un moteur alimenté au moins en partie par la mise en œuvre de réactions de fusion nucléaire. L'invention concerne en particulier un moteur à réaction dans lequel la poussée est réalisée par réchauffement et la dilatation d'un fluide traversant le moteur, l'échauffement étant obtenu par le ralentissement d'un faisceau d'ions accélérés et par le dégagement de chaleur générée par les réactions de fusion nucléaire. Lorsque le fluide traversant le moteur est un alcane, il est également possible de générer de l'hydrogène et du carbone par pyrolyse.

Par « fusion nucléaire », on entend dans le cadre de l'invention un processus par lequel deux noyaux atomiques s'assemblent pour former un noyau plus lourd. Cela diffère en particulier de la spallation, dans laquelle le noyau frappé par une particule incidente se décompose en raison de l'impact.

Technique antérieure

Il est connu de mettre en œuvre une combustion de carburant dans une cavité afin de provoquer la formation d'un gaz ou la dilatation par échauffement d'un gaz. L'éjection du gaz à grande vitesse permet d'obtenir une poussée dans la direction inverse de l'éjection du gaz.

Outre la combustion d'un carburant, il existe d'autres procédés visant à chauffer un gaz dans le but d'obtenir une poussée. Il est connu par exemple d'utiliser de l'énergie électrique pour mettre en œuvre le chauffage du gaz.

Des moteurs ioniques, dans lesquels des ions sont accélérés par un champ électrique afin de générer une poussée, sont connus notamment dans le domaine spatial.

Des réacteurs mettant en œuvre une production de chaleur par fission nucléaire ont également été proposés, notamment dans le domaine spatial.

La demande CN113090387A divulgue un moteur d'aéronef alimenté par un générateur à fission nucléaire. Le moteur divulgué vise à limiter les risques de sécurité en cas de défaillance du moteur. Pour ce faire, une unité de contrôle de refroidissement est prévue, configurée pour fournir un refroidissement d'urgence en cas de défaillance.

La demande CN1269308A divulgue un dispositif d'accélération d'ions utilisés pour accélérer un flot d'air par échauffement et ainsi générer une poussée.

Les solutions existantes de moteurs peuvent toutefois encore être améliorées, notamment en proposant des méthodes alternatives de génération de réactions nucléaires et de poussée.

Par ailleurs, les procédés existants de pyrolyse d'un alcane utilisent pour chauffer l'alcane une combustion d'hydrocarbures, et co-produisent du dioxyde de carbone ou de l'électricité. Ces procédés peuvent être améliorés, notamment en proposant des méthodes alternatives de chauffage de l'alcane. Le but de l'invention est de répondre au moins partiellement à ce besoin.

Exposé de l'invention

Pour ce faire, l'invention a pour objet, selon un de ses aspects, un moteur comportant :

- une chambre comportant une entrée et une sortie d'un fluide ;

- une première enceinte configurée pour contenir un matériau source ;

- un système d'ionisation au moins partielle du matériau source ;

- un accélérateur d'ions configuré pour accélérer le matériau source ionisé vers la chambre de manière à provoquer la fusion de noyaux atomiques du matériau source ionisé avec des noyaux atomiques du fluide.

Ainsi, selon l'invention, on peut accélérer des ions à une vitesse suffisante pour qu'à l'impact avec des noyaux atomiques du fluide, l'énergie cinétique accumulée par les ions accélérés permette aux noyaux des ions accélérés et du fluide de fusionner.

Si les ions sont accélérés à une vitesse suffisante et si une paroi interne de la chambre est suffisamment proche de la sortie de l'accélérateur d'ions, les ions accélérés peuvent percuter la paroi interne et la chauffer, mais aussi réagir par fusion nucléaire avec celle-ci.

Le moteur selon l'invention permet avantageusement de chauffer et de dilater le fluide passant dans le moteur, générant ainsi une poussée. La chaleur est générée par deux mécanismes : d'une part, les réactions de fusion nucléaire sont choisies pour être exothermiques et donc capables de chauffer le fluide ; d'autre part, le ralentissement des ions accélérés dans le fluide échauffe ce dernier par effet Bragg.

Le fluide peut provenir de l'extérieur du moteur, le fluide étant alors de préférence de l'air. Le fluide peut tout aussi bien provenir d'une réserve de fluide, la réserve contenant un gaz ou un liquide. Le fluide peut être directement stocké dans la réserve de fluide, il peut également être produit par la réaction d'un deuxième fluide stocké dans la réserve de fluide avec un autre produit. La réaction peut notamment être une combustion entre un carburant et un comburant.

Avantageusement, le fluide peut être amené dans la chambre sous forme liquide ou solide dans une étape de démarrage du moteur, puis sous forme gazeuse dans une étape de fonctionnement nominal du moteur.

Le fluide, accéléré par le réacteur dans la chambre, peut être avantageusement accéléré une nouvelle fois en sortie de la chambre, par exemple par un moteur à ions. L'électricité consommée par un tel moteur à ions provient par exemple d'un générateur électrique auxiliaire ou/et est produite par des convertisseurs convertissant l'énergie thermique produite par le réacteur en énergie électrique.

Les avantages du moteur selon l'invention incluent : la possibilité d'éviter l'utilisation et la production de matières radioactives telles que générées par les réacteurs de fission nucléaire, l'absence de réactions en chaine et donc d'instabilités, la réactivité presque instantanée de la poussée du réacteur par modulation de la production et de l'accélération des ions ainsi que l'accroissement considérable du rayon d'action des véhicules utilisant un tel moteur par rapport à un moteur à réaction classique, une réaction de fusion nucléaire dégageant plus de dix millions de fois plus d'énergie par unité de masse que la combustion d'un carburant carboné.

Ionisation

Selon un mode de réalisation particulier, le système d'ionisation du matériau source comporte :

- un laser,

- un guide d'onde d'entrée configuré pour guider la lumière émise par le laser vers une entrée optique de la première enceinte, l'entrée optique étant configurée pour permettre l'illumination du matériau source par la lumière émise.

Le laser peut être configuré pour émettre une lumière dont la longueur d'onde et la puissance instantanée sont suffisantes pour permettre l'ionisation du matériau source. Le système d'ionisation peut également comporter un concentrateur d'onde configuré pour superposer une pluralité de cycles de la lumière émise par le laser afin de, à la fois augmenter la puissance instantanée de la lumière émise et produire des ions par paquets plutôt que continûment, le concentrateur d'onde étant de préférence de type Coherent Amplification Network. De plus, le dispositif peut comporter avantageusement un guide d'onde de sortie configuré pour guider une lumière non absorbée par le matériau source à partir d'une sortie optique de l'enceinte vers l'entrée optique de l'enceinte, et l'enceinte peut comporter une pluralité de miroirs configurés pour réfléchir la lumière émise par le laser entre l'entrée optique et la sortie optique de sorte à illuminer plusieurs fois le matériau source.

Alternativement ou en combinaison, la longueur d'onde du laser est divisée par deux par un procédé de mélange à quatre ondes (« four wave-mixing » en anglais).

Alternativement ou en combinaison, le système d'ionisation comporte des diodes LED produisant des UV-C configurées pour ioniser le matériau source.

Selon un mode réalisation alternatif, le système d'ionisation peut comporter une source de rayons X configurée pour irradier le matériau source.

Ainsi, l'ionisation du matériau source est par exemple obtenue par l'irradiation de la source par des rayons X produits par un générateur de rayons X, de préférence un tube à rayons X, placé dans la première enceinte contenant le matériau source. Les rayons X émis par ledit tube ont de préférence une longueur d'onde inférieure à la constante de Planck multipliée par la vitesse de la lumière dans le vide et divisée par l'énergie d'ionisation du matériau source.

L'ionisation à rayons X est de préférence utilisée pour des matériaux sources solides ou liquides. Les rayons X étant très ionisants, le matériau source est ionisé avec une perte de plusieurs électrons, démultipliant l'effet Bragg de la pénétration des ions sources dans le matériau cible mais aussi l'énergie cinétique accumulée lors de leur accélération et donc leur pouvoir chauffant du matériau cible.

Le matériau d'ionisation est de préférence chauffé à une température à laquelle il est à l'état gazeux. Cela est particulièrement avantageux si celui-ci est du soufre, du potassium, du phosphore, du lithium ou du sodium.

Accélération L'accélérateur d'ions est configuré pour accélérer les ions obtenus du matériau source par des champs électriques, soit dans des accélérateurs linéaires pouvant accélérer des flux d'ions continus avec des tensions continues, soit dans des cyclotrons, des synchrotrons ou des synchrocyclotrons qui peuvent accélérer des paquets d'ions tournant sous l'effet d'un champ magnétique entre deux électrodes concaves en forme de dé dont le signe de la différence de potentiel alterne entre positif et négatif de telle sorte que les ions sont accélérés lorsqu'ils traversent la zone séparant les deux volumes délimités par les dés.

Selon un mode de réalisation, l'accélérateur d'ions est linéaire. L'accélérateur d'ions comprend un générateur de haute tension, relié électriquement à une première électrode agencée dans la première enceinte et à une deuxième électrode, la deuxième électrode étant agencée dans la chambre, le générateur et les première et deuxième électrodes étant configurés pour générer un champ électrique permettant d'accélérer le matériau source ionisé vers la chambre de manière à provoquer la fusion des noyaux atomiques du matériau source ionisé avec des noyaux atomiques du fluide.

Alternativement, la seconde électrode peut être située en-dehors de la chambre, par exemple dans une deuxième enceinte séparée de la première enceinte par une paroi perméable aux ions mais imperméable au matériau cible ; les électrons rejoignent les ions accélérés avant d'atteindre la chambre pour former des particules dont la charge électrique est neutre. Lesdites particules sont alors de préférence ionisées de nouveau avant d'entrer dans la chambre par exposition à une lumière ultra-violette ou de rayons X, par exemple de même nature que celle ayant servi à l'ionisation qui a précédé l'accélération. Un champ électrique perpendiculaire à la direction des particules pet alors d'extraire les électrons.

La première électrode est de préférence agencée à proximité d'une région d'ionisation du matériau source, le matériau source étant de préférence ionisé entre les première et deuxième électrodes.

Selon un mode de réalisation alternatif, l'accélérateur d'ions comprend un cyclotron et/ou un synchrotron et/ou un synchrocyclotron configurés pour accélérer le matériau source ionisé vers la chambre de manière à chauffer le fluide et de plus provoquer la fusion des noyaux atomiques du matériau source ionisé avec des noyaux atomiques du fluide.

De préférence, les ions du matériau source ionisé sont envoyés par paquets dans le cyclotron ou le synchrotron. Le champ magnétique d'un cyclotron est fixe alors que le champ magnétique d'un synchrotron est variable.

Les ions peuvent quitter le cyclotron ou le synchrotron pour atteindre le fluide et éventuellement une paroi de la chambre, par exemple par la suppression momentanée du champ magnétique servant à faire tourner les ions entre leurs deux éléments du synchrotron ou du cyclotron ,ou à la périphérie du cyclotron, les ions continuant alors leur trajectoire rectiligne au lieu de tourner dans l'élément suivant.

Les parois internes du cyclotron ou du synchrotron ainsi que les parois des électrodes de maintenance optionnelles décrites par la suite, sont avantageusement recouvertes de couches diélectriques, par exemple en polymères ou en verre ne pouvant être traversés par des électrons malgré la présence de champs électriques résultant de la différence de potentiel appliquée auxdites électrodes. Selon un mode de réalisation alternatif, l'accélérateur d'ions comprend une combinaison d'accélérateurs linéaires et de cyclotrons ou de synchrotrons. Ainsi, les ions issus d'un premier accélérateur linéaire sont par exemple injectés dans un cyclotron proche de son centre pour par exemple être dirigés en sortie vers un second accélérateur linéaire. Si les ions sont injectés dans le cyclotron avec une vitesse dont la composante le long de l'axe du cyclotron est non nulle, on prévoit de préférence un champ électrique de même direction et de sens opposé engendré par des électrodes situées proches du ou entourant le centre du cyclotron, le champ électrique tendant à annuler cette composante de la vitesse le long de l'axe du cyclotron, de préférence au moment de la rentrée des ions dans le cyclotron ou le synchrotron.

L'accélérateur d'ions est de préférence vide de gaz, c'est-à-dire avec une pression inférieure à 10 ^-5 bar. Cela permet d'appliquer une tension d'accélération importante sans craindre le claquage c'est- à-dire l'ionisation du gaz sous l'effet du champ électrique. Cette tension importante permet l'accélérations rapide des ions à l'endroit de leur création. Ainsi, l'accélérateur d'ions est de préférence protégé à l'entrée et à la sortie de chacun de ses composants (accélérateur linéaire, cyclotron, synchrotron) par des membranes perméables aux ions et imperméables aux gaz présents à l'extérieur et équipé d'une ou de plusieurs pompes permettant de créer un vide au sein des composants de l'accélérateur d'ions. L'accélérateur d'ions est alors configuré de préférence de telle sorte que lesdites membranes puissent être remplacées épisodiquement ou en continu, celles-ci pouvant se dégrader lors de réactions nucléaires avec les ions accélérés ou par simple chauffage dû aux ions qui la traversent. La membrane séparatrice, notamment si l'accélérateur est linéaire ou s'il est un cyclotron, peut aussi se situer au sein de l'accélérateur, notamment si la seconde électrode est dans la chambre permettant ainsi de réchauffer le fluide traversant ladite chambre par effet Bragg. Si l'accélérateur est un cyclotron, l'espace situé entre les deux dés est alors scindé en deux par une paroi, la dite paroi étant perméable aux ions à l'endroit où ceux-ci la traversent.

Le moteur selon l'invention peut encore comporter une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes :

- le moteur comporte une ou plusieurs bobines entourant et/ou autour du faisceau d'ions accélérés, agissant en tant que lentilles magnétiques pour concentrer ou maintenir concentré le faisceau d'ions,

- si le matériau source est solide ou liquide, la première enceinte comporte de préférence un support réalisé en un matériau transparent à la lumière et configuré pour supporter ledit matériau source,

- si le matériau source est gazeux, la première enceinte comporte de préférence une entrée de gaz et une sortie de gaz configurées pour permettre la circulation du matériau source sous forme gazeuse entre l'entrée de gaz et la sortie de gaz de sorte que le trajet du matériau source croise le trajet de la lumière d'ionisation,

- la première enceinte comporte une membrane perméable au matériau source ionisé et imperméable au matériau source non ionisé et agencée entre les première et deuxième électrodes, la membrane étant de préférence constituée d'une pluralité, de préférence 6, couches de nitrure de bore hexagonal,

- le moteur comporte de préférence une bobine agencée autour de la première enceinte et centrée sur un axe passant par le croisement du trajet du matériau source et du trajet de la lumière ionisante, la bobine étant configurée pour générer un champ magnétique, par exemple de 1,5 teslas, tendant à maintenir le matériau source ionisé dans l'axe du champ électrique d'accélération,

- la paroi interne de la première enceinte est au moins partiellement recouverte d'un matériau diélectrique,

- le moteur comporte de préférence une électrode intermédiaire agencée entre la première électrode et la cible et reliée à un deuxième générateur connecté à la deuxième électrode, l'électrode intermédiaire étant constituée d'une grille et/ou d'une membrane conductrice, par exemple réalisée en graphène,

- la chambre comporte une pluralité d'ailettes, de préférence réalisées en un matériau conducteur de chaleur tel qu'un métal, notamment le tungstène, le fer ou l'acier inoxydable, les ailettes étant configurées pour absorber un rayonnement gamma émis par la fusion des noyaux du matériau source avec les noyaux du fluide et transmettre leur chaleur au fluide traversant la chambre,

- les parois de la chambre comportent un ou plusieurs premiers matériaux cibles, l'accélérateur d'ions étant configuré pour accélérer le matériau source ionisé vers les premiers matériaux cibles de manière à provoquer la fusion de noyaux du matériau source ionisé avec des noyaux des premiers matériaux cibles, de préférence en formant un isotope stable, lesdits premiers matériaux cibles constituant de préférence un revêtement des parois internes de la chambre,

- la chambre comporte une ou plusieurs électrodes de maintenance configurées pour former un champ électrique accélérant le matériau source ionisé,

- les parois externes de la chambre sont revêtues d'une protection configurée pour réfléchir un rayonnement thermique vers l'intérieur de la chambre,

- le moteur comporte une deuxième enceinte agencée entre la première enceinte et la chambre et comportant un deuxième matériau cible, l'accélérateur d'ions étant configuré pour accélérer le matériau source ionisé vers le deuxième matériau cible de manière à provoquer la fusion de noyaux du matériau source ionisé avec des noyaux du deuxième matériau cible,

- le deuxième matériau cible est un fluide mis en circulation dans un circuit de refroidissement,

- la deuxième chambre comporte un liquide caloporteur, le liquide caloporteur étant mis en circulation dans un circuit de refroidissement,

- la deuxième enceinte comporte un liquide caloporteur, le liquide caloporteur étant mis en circulation dans un circuit de refroidissement du liquide caloporteur,

- le circuit de refroidissement étant configuré pour transmettre la chaleur récupérée à un dispositif de conversion énergétique de la chaleur en électricité,

- la chambre comporte au moins une protection contre le rayonnement gamma configurée pour empêcher l'émission de rayonnement gamma par l'entrée et/ou par la sortie de la chambre, notamment pour le rayonnement gamma produit par les réactions nucléaires,

- le moteur comporte un ou plusieurs capteurs configurés pour mesurer une déformation du moteur et/ou une température du moteur et/ou une accélération de parties du moteur,

- le fluide est un gaz, en particulier de l'air,

- le matériau source est un isotope dont le produit de la fusion avec l'azote 14 et/ou avec l'oxygène 16 est un isotope stable, étant de préférence du lithium 7, du bore 11, du fluor 19, du béryllium 9, du tritium, de l'azote 15 ou du carbone 13,

- le fluide est un alcane, en particulier du méthane, - le matériau source est choisi tel que le produit de la fusion du matériau source avec du carbone 12 et/ou de l'hydrogène est un isotope stable, le matériau source étant de préférence du sodium 23 ou du fluor 19,

- le moteur est utilisé pour chauffer le fluide à une température comprise entre 1200 °C et 2000 °C, le fluide étant un alcane. Cela permet de décomposer l'alcane par pyrolyse en carbone et en hydrogène,

- le moteur comporte un filtre, notamment un filtre à manche, configuré pour séparer carbone et hydrogène, le filtre étant agencé à la sortie de la chambre,

- le moteur comporte une turbine génératrice d'électricité agencée à la sortie de la chambre,

- le moteur comporte un deuxième circuit de refroidissement configuré pour faire circuler un deuxième liquide caloporteur dans les parois de la chambre, la chaleur transportée par le deuxième liquide caloporteur étant de préférence utilisée pour générer de l'électricité,

- le moteur constitue un statoréacteur,

- le moteur comporte un compresseur agencé à l'entrée de la chambre et constitue un turboréacteur,

- le moteur comprend une réserve de fluide connectée fluidiquement à l'entrée de la chambre,

- le fluide est stocké sous forme gazeuse ou liquide dans la réserve de fluide ou le fluide est un gaz produit par réaction chimique d'un liquide stocké dans la réserve de fluide, notamment par une combustion.

Par « matériau conducteur de chaleur », on entend dans le cadre de l'invention un matériau à l'état solide dont la conductivité thermique est supérieure ou égale à 5 W/m/K.

Par « matériau caloporteur », on entend un fluide dont la conductivité thermique est supérieure ou égale à 0,1 W/m/K et dont la capacité calorifique est supérieure ou égale à 0,1 kJ/kg/K.

L'invention concerne également un aéronef comportant un moteur selon l'invention ainsi qu'un véhicule spatial comportant un moteur selon l'invention. Le véhicule spatial comporte de préférence un réservoir configuré pour contenir le fluide et pour injecter le fluide dans l'entrée de la chambre et/ou un matériau configuré pour se sublimer.

Brève description des dessins

[Fig 1] La figure 1 représente de manière schématique un premier mode de réalisation du moteur selon l'invention.

[Fig 2] La figure 2 est une vue de face d'un moteur selon l'invention utilisant une pluralité de dispositifs de mise en oeuvre de réactions de fusion nucléaire.

[Fig 3] La figure 3 illustre un deuxième mode de réalisation du moteur selon l'invention.

[Fig 4] La figure 4 représente un troisième mode de réalisation du moteur selon l'invention.

[Fig 5] La figure 5 représente un accélérateur d'ions d'un quatrième mode de réalisation du moteur selon l'invention.

[Fig 6] La figure 6 est une vue de profil d'un moteur comportant l'accélérateur d'ions décrit à la figure 5. [Fig 7] La figure 7 illustre un accélérateur d'ions d'un cinquième mode de réalisation du moteur selon l'invention.

[Fig 8] La figure 8 représente un système d'ionisation pouvant être mis en oeuvre dans un moteur selon l'invention.

Description détaillée

Dans le mode de réalisation illustré en figure 1, le moteur 80 selon l'invention est un moteur à réaction, pouvant être un turboréacteur ou un statoréacteur.

Le moteur 80 de la figure 1 s'étend le long d'un axe 105 et comporte une protection anti rayons gamma 86 formant une chambre 93.

Un fluide tel que de l'air entre dans le moteur 80 par l'entrée 100 de la chambre 93, éventuellement compressé par un compresseur 84 si le moteur 80 est un turboréacteur. Il est ensuite chauffé dans la chambre 93, notamment par un flux d'ions ralentis par effet Bragg et réagissant nucléairement avec le diazote et le dioxygène de l'air sous pression, le long de la paroi de la cavité.

Un générateur d'ions 85 produit des ions, par exemple des ions de bore. Les ions sont dirigés vers un accélérateur d'ions linéaire 87 configuré pour accélérer les ions. De préférence, la paroi intérieure de l'accélérateur d'ions 87 est revêtue d'un matériau diélectrique empêchant que des électrons n'en soient arrachés.

En sortie de l'accélérateur 87, les ions pénètrent dans une première enceinte 88, avantageusement configurée pour permettre des premières réactions nucléaires avec des matériaux cibles contenus dans l'enceinte 88, par exemple du dihydrogène ou du di-deutérium maintenus à une pression supérieure à leur pression critique, par exemple à 15 atmosphères, ou du lithium 6 ou 7 ou du bore 10 ou 11.

La première enceinte 88 comporte des premières électrodes de maintenance 98 permettant de maintenir la vitesse des ions au sein du matériau qu'ils traversent en compensant la perte d'énergie cinétique. L'enceinte 88 peut avantageusement contenir une pluralité de matériaux différents, notamment s'ils sont séparés par des électrodes de maintenance, permettant ainsi de chauffer ces matériaux cibles à des températures différentes et avec des puissances différentes appropriées aux réactions chimiques utilisées pour la génération d'électricité. Des deuxièmes électrodes de maintenance 89 agencées en sortie de l'enceinte 88 accélèrent les ions dans le fluide compressé à l'intérieur du moteur en direction de la dernière électrode 91, agencée sur la paroi intérieure de la protection 86. Les ions issus de réactions nucléaires avec les molécules du fluide sont neutralisés électriquement par les électrodes 90, agencées sur la paroi intérieure de la protection 86 entre les deuxièmes électrodes de maintenance 89 et la dernière électrode 91.

Les ions produisent ainsi de la chaleur par effet Bragg. Ils produisent éventuellement un rayonnement gamma à l'intérieur d'une section 94 du réacteur 80, le rayonnement étant généré par les réactions de fusion entre les ions et des noyaux du fluide éventuellement compressé au sein du réacteur 80. La section 94 est définie par les électrodes 89, 90, 91. Le rayonnement produit dans la section 94 se propage en partie dans la chambre 93. La géométrie du réacteur 80 est telle que le rayonnement est toutefois arrêté quelle que soit sa direction par des protections anti-rayons gamma 95 et 99 protégeant respectivement la sortie 92 et l'entrée 100 du dispositif. Ainsi, la géométrie du moteur 80 définit un volume 97 au sein du dispositif qui est irradié par le rayonnement gamma produit par les réactions de fusion des ions accélérés avec le fluide.

La protection anti rayons gamma 86 est par exemple réalisée en tungstène, en fer ou en inox et recouverte d'une protection 81 contre les rayonnements infrarouges, ayant éventuellement une faible conductivité thermique. La protection 81 réfléchit le rayonnement et freine de préférence le flux thermique généré par certaines parties du moteur. La paroi interne de la protection contre les rayons gamma est de préférence revêtue d'un revêtement diélectrique 82. Un liquide caloporteur 83, par exemple du plomb à l'état liquide, peut circuler au sein de la protection anti rayons gamma 86 pour récupérer la chaleur produite. L'épaisseur de la protection anti rayons gamma est avantageusement variable (non représenté) en fonction de la position par rapport aux sources d'émission des rayons gamma.

Le liquide caloporteur 83 et/ou les matériaux cibles contenus dans la première enceinte 88 sont avantageusement mis en circulation dans un circuit de refroidissement pour être refroidis et transmettre la chaleur à un dispositif de conversion énergétique de la chaleur en électricité. Cela permet avantageusement de fournir de l'électricité à l'accélérateur d'ions 87 et aux électrodes 89, 90 et 91, et/ou à d'autre appareils électriques compris dans le moteur ou externes à celui-ci. Ce dispositif de conversion, les électrodes 89, 90, 91, le générateur d'ions 85, l'accélérateur d'ions 87, la première enceinte 88, le liquide caloporteur 83 constituent un ensemble formant un dispositif d'échauffement par effet Bragg de l'air et de mise en oeuvre de réactions de fusion nucléaire.

La vitesse des ions à la sortie de l'enceinte 88 est notamment déterminée par l'intensité du champ électrique généré par les électrodes 89, 90 et 91 et la quantité d'ions produits dépend du flux lumineux ionisant et de la concentration en matériau source du générateur d'ions 85 et permettent ainsi de contrôler la puissance de chauffage du fluide du moteur. Une modulation de la pression dans l'enceinte 88, par exemple par vidage partiel, peut aussi permettre de contrôler la part d'énergie destinée à une production électrique par conversion de chaleur.

La figure 2 représente en vue de face un moteur 80 comportant une pluralité de dispositifs 101, 102, 103, 104 d'échauffement par effet Bragg et de mise en oeuvre de réactions de fusion nucléaire, chacun configuré comme le dispositif décrit dans le mode de réalisation de la figure 1. Les dispositifs 101, 102, 103, 104 peuvent être agencés de manière équi-angulaire autour de l'axe 105.

On a illustré en figure 3 un deuxième mode de réalisation d'un moteur 80' selon l'invention.

Le moteur 80' diffère du moteur 80 de la figure 1 notamment en ce que les accélérateurs d'ions 87 sont orientés selon un axe perpendiculaire à l'axe du moteur.

Comme dans le mode de réalisation de la figure 1, le moteur 80' comporte une paroi 86 formant une chambre 93. Un fluide tel que de l'air entre dans le moteur 80 perpendiculairement au plan de la figure par l'entrée 100 de la chambre 93, éventuellement compressé par un compresseur si le moteur 80 est un turboréacteur. Il est ensuite chauffé dans la chambre 93.

Deux générateurs d'ions 85 produisent des ions, par exemple des ions de bore. Les ions sont dirigés vers les accélérateurs d'ions 87 configurés pour accélérer les ions qui circulent et sont ralentis dans la chambre 93 rectilignement dans le volume 88, ou bien circulairement autour de l'axe de révolution des parois si un champ magnétique est appliqué selon cet axe. Il est également envisageable que le moteur 80' ne comporte qu'un seul générateur et un seul accélérateur, ou au contraire en comporte plus que deux. Il est également envisageable que le moteur 80' ne comporte pas d'accélérateur d'ions 87, les ions en provenance des générateurs d'ions 85 étant alors uniquement accélérés par les électrodes 90 agencées sur la face interne de la paroi 86.

Les électrodes 90 peuvent également être utilisées en tant qu'électrodes de maintenance configurées pour maintenir la vitesse des ions accélérés par les accélérateurs 87.

De préférence, les champs électriques générés par les électrodes 90 sont continus si les ions sont générés en un flux continu ou alternatifs si les ions sont envoyés par paquet ;si les ions sont envoyés par paquets, la fréquence des champs électriques est déterminée de sorte que le champ électrique soit orienté dans la direction de propagation des ions lorsque ceux-ci le traversent.

Avantageusement, une bobine 106 est agencée autour de la paroi 86, au niveau des générateurs d'ions 85 selon l'axe du moteur. La bobine 106 est configurée pour générer un champ magnétique tendant à rendre circulaire la trajectoire des ions au sein de la chambre 93.

De préférence, des ailettes 107 sont agencées sur une face intérieure de la paroi 86 pour améliorer les échanges de chaleur avec le fluide. Les ailettes 107 ont avantageusement une longueur réduite de sorte qu'elles ne se trouvent pas sur la trajectoire des ions accélérés dans la chambre. De manière alternative, les ailettes 107 peuvent également servir d'électrodes et être traversées par les ions, auquel cas des réactions de fusion nucléaire avec des noyaux des ailettes pourront avoir lieu.

Avantageusement, la paroi 86 comporte un ou plusieurs dispositifs de captation d'énergie, notamment une circulation d'un fluide caloporteur.

La figure 4 illustre un troisième mode de réalisation d'un moteur 80" selon l'invention. Ce moteur 80" diffère de celui représenté en figure 1 notamment en ce qu'il comporte un cyclotron en tant qu'accélérateur d'ions.

Le moteur 80" comporte une paroi 86 définissant une chambre 93 et pouvant être une protection anti rayons gamma. Le moteur comporte également une entrée 100 de fluide et une sortie 92. Si le moteur est un turboréacteur, il comporte un compresseur 84 agencé à l'entrée 100.

Un dispositif de mise en oeuvre de réactions de fusion nucléaire est agencé dans la chambre 93 et comporte un générateur d'ions 85 ainsi qu'un accélérateur d'ions 87', qui prend la forme d'un cyclotron. Le cyclotron comporte dans cet exemple deux demi-cylindres coaxiaux à l'axe 105 du moteur 80". Les deux demi-cylindres se font face et sont connectés à un ou plusieurs générateurs de courant alternatif.

Le générateur d'ions 85 est configuré pour diriger les ions produits vers une région centrale 87a de l'accélérateur d'ions 87', qui est sous-réactionnelle, c'est-à-dire que la vitesse des ions y est inférieure à un seuil permettant des réactions de fusion nucléaire avec les noyaux du fluide. Une région extérieure 87b de l'accélérateur est réactionnelle, c'est-à-dire que la vitesse des ions accélérés y est suffisante pour permettre des réactions de fusion nucléaire avec les noyaux du fluide. Par conséquent, des rayons gamma sont produits dans la région réactionnelle 87b. On dispose de préférence des protections anti rayons gamma 109 entre l'entrée 100 et l'accélérateur 87' et/ou entre la sortie 92 et l'accélérateur 87'. Cela permet d'éviter l'émission de rayonnement gamma hors du moteur 80".

De préférence, la région sous-réactionnelle 87a est au moins en partie protégée du fluide par une surface de protection agencée autour de l'axe 105 du moteur, la surface de protection étant configurée pour permettre le passage des ions accélérés vers la région réactionnelle 87b. Les ions peuvent alors aussi circuler à une vitesse réactionnelle dans la région 87a.

Avantageusement, des ailettes 108 conductrices de chaleur sont disposées sur une face intérieure de la paroi 86 et/ou des protections 109 de manière à favoriser les échanges thermiques avec le fluide et les éléments absorbant les rayons gamma.

Une turbine 110 peut être agencée à la sortie 92 du moteur 80".

On a représenté en figure 5 un quatrième mode de réalisation d'un moteur 805 selon l'invention. Le moteur 805 utilise un cyclotron 120 pour accélérer les ions, le cyclotron 805 étant traversé en partie par le fluide, le cyclotron servant alors d'électrode de maintenance.

Le fluide circule à travers le cyclotron 120 perpendiculairement au plan de la figure dans des espaces 125 agencés entre les deux dés, ou électrodes accélératrices, 121, 122. Une paroi 123, de préférence de section circulaire, est agencée à l'intérieur du cyclotron 120 de préférence centrée sur un axe central du cyclotron. La paroi 123 est configurée pour être imperméable au fluide, et perméable aux ions au moins dans une section de la paroi 123 prévue pour être traversée par les ions. Avantageusement, la paroi 123 définit un espace 126 vide de fluide, dans lequel les ions peuvent être librement accélérés. L'espace 126 est avantageusement fermé par des parois 127, qui forment un cylindre avec la paroi 123. Ainsi, on empêche le fluide de circuler dans l'espace 126.

Avantageusement, des parois 124 sont agencées sur des faces du premier et/ou du deuxième dés, les parois 124 étant configurées pour être imperméables au fluide et perméables aux ions. Les parois 124 permettent de restreindre la circulation du fluide aux espaces 125 et d'empêcher l'introduction du fluide dans les dés du cyclotron.

La figure 6 est une vue de profil du moteur 805 de la figure 5.

Le moteur 805 s'étend selon un axe de révolution 105 et comporte une entrée 100 vers la chambre 93 ainsi qu'une sortie 92. Un compresseur 134 est agencé entre l'entrée 100 et la chambre 93 et est configuré pour compresser un fluide entrant dans le moteur. Le cyclotron 120 agencé dans la chambre 93 chauffe le fluide. Une section 138 du cyclotron 120, correspondant à l'espace 126 de la figure 5, est avantageusement vide et prévue pour l'accélération des ions.

Les réactions nucléaires entre les ions accélérés et le fluide ont lieu dans l'espace 125 de la chambre 93. Les trajectoires 137, 148 représentent des trajectoires possibles de rayons gamma produits par des réactions de fusion nucléaire entre les ions accélérés et le fluide. De préférence, une protection anti-rayons gamma est agencée dans une paroi 136 du moteur et/ou dans un corps central 149 agencé entre le compresseur 134 et le cyclotron 120 et/ou dans les protections 142, 145 agencées autour de l'entrée 100 et/ou de la sortie 92 de la chambre 93. La surface interne 132 de la paroi 136 permet à la paroi 136 de transférer au fluide une partie de la chaleur générée par la capture des rayons gamma dans ladite paroi 136. Des ailettes de refroidissement (non représentées) peuvent avantageusement revêtir l'intérieur de cette surface 132.

Le fluide chauffé sortant de la chambre 93 est de préférence évacué par une tuyère 142, qui permet l'accélération du fluide.

D'autres géométries du moteur 805 sont possibles. En particulier, la protection anti-rayons gamma disposée dans le corps central 149 peut être disposée dans des parois 144, 145 du moteur.

La figure 7 représente un mode de réalisation alternatif d'un cyclotron 120' du moteur 805 illustré en figure 6.

Le cyclotron 120' comporte quatre dés 121, 122, 123, 124. Avoir plus de deux dés permet avantageusement d'augmenter le nombre d'espaces 125 dans lesquels le fluide peut circuler. Cela répartit de manière plus équilibrée le chauffage et l'augmentation de la pression du fluide autour de l'axe du moteur. Le nombre de dés peut être impair, par exemple égal à 3, chacun des dés étant alors connecté à un pôle différent d'une alimentation triphasée.

Avantageusement, une différence de potentiel électrique est appliquée entre deux dés immédiatement voisins lors du passage d'un paquet d'ions, permettant leur accélération.

Eléments sources

Il est possible d'utiliser pour matériau source une pluralité d'isotopes. Cependant, lorsque le fluide pénétrant dans le moteur est de l'air, on utilise de préférence des isotopes dont le produit de la réaction avec l'azote 14 et l'oxygène 16 sont stables. C'est notamment le cas du lithium 7 qui est abondant et dont les produits de fusion avec l'azote 14 et l'oxygène 16 sont respectivement le néon 21 et le sodium 23 ; du bore 11 qui est abondant et dont les produits de fusion sont respectivement le magnésium 25 et l'aluminium 27 ; du fluor 19 qui est abondant et dont les produits de fusion sont respectivement le soufre 33 et le chlore 35 ; du béryllium 9 qui est abondant et dont les produits de fusion sont respectivement le sodium 23 et le magnésium 25 ; ou encore du tritium, de l'azote 15 ou du carbone 13.

Par « isotope stable », on entend un isotope dont la demi-vie est supérieure à 10 ¹² années.

Parois

L'intérieur du moteur dispose de préférence, de part et d'autre des trajectoires des ions accélérés dans le fluide et dans le sens de l'écoulement du fluide, d'ailettes en matériau absorbant les rayons gamma et conducteur de chaleur. De préférence, on utilise le tungstène, le fer ou l'inox, par exemple avec une épaisseur comprise entre 0,3 cm et 1 cm, de préférence de l'ordre de 0,5 cm. Ces ailettes convertissent avantageusement l'énergie portée par les rayons gamma générés par les réactions de fusion nucléaire en chaleur et transmettent cette chaleur ainsi que la chaleur dégagée par le reste des parois exposées aux rayons gamma, au fluide.

Les sections de l'intérieur de la paroi 86 du réacteur percutées par des ions sont avantageusement constituées ou revêtues d'un ou plusieurs matériaux cibles qui, en réagissant par fusion avec les ions, produisent des isotopes stables. Il peut notamment s'agir de carbone 12, de tungstène 186 ou de molybdène 96 ou 98 avec une épaisseur de 3 cm à 8 cm, par exemple 4 cm. L'épaisseur du matériau cible est choisie en fonction de la vitesse des ions pénétrant le matériau. Cependant le dimensionnement du cyclotron est avantageusement ajusté pour que les ions ne percutent pas d'autres éléments que le fluide. L'épaisseur des parois est alors ajustée pour protéger l'extérieur contre les rayons gamma, comme décrit plus loin.

Maintenance de la vitesse des ions

Les ions sont ralentis lorsqu'ils pénètrent dans le fluide. On peut donc avantageusement s'assurer de la présence d'un champ électrique au sein de la cible s'opposant au ralentissement desdits ions. On dispose à cet effet dans la chambre 93 du moteur une ou plusieurs électrodes de maintenance configurées pour maintenir la vitesse des ions constante malgré les effets qui induisent par ailleurs leur ralentissement. On dispose de préférence un corps diélectrique de part et d'autre de l'électrode de maintenance pour que des électrons n'en soient pas arrachés.

Alternativement ou en combinaison, si les ions du matériau source ionisé sont groupés par paquets, un cyclotron peut être configuré pour maintenir leur vitesse ou pour les accélérer lorsqu'ils passent d'un dé de cyclotron à un autre. Les ions peuvent alors pénétrer dans le cyclotron, de préférence déjà accélérés par un cyclotron d'accélération ou par un accélérateur linéaire, par l'extérieur du cyclotron, la cible assurant sa décélération ou une moindre accélération jusqu'au premier passage entre les deux dés, si ladite cible se trouve, tout ou en partie en dehors de cette zone comprise entre les deux dés. Le dé du cyclotron n'est pas forcément composé de parties cylindriques mais peut avoir une forme différente permettant par ailleurs de diriger le flux du fluide qui y circule et y est chauffé.

Cyclotron et synchrotron de maintenance

Alternativement, les ions sont produits par paquets dans un cyclotron ou un synchrotron ou y sont envoyés, par exemple à l'aide d'un champ électrique, le fluide circulant éventuellement mais pas nécessairement entre les deux électrodes en forme de demi-cylindres (communément appelées « dés ») du cyclotron, ou entre les demi-tores du synchrotron et y étant éventuellement maintenu par des membranes perméables aux ions sources, le ralentissement des ions par le matériau cible étant compensé par le champ électrique entre les dés. Le fluide, s'il circule entre les deux dés, circule de préférence à la périphérie intérieure du cyclotron, la vitesse des ions étant là la plus grande. Des dés peuvent être imbriqués les uns dans les autres, permettant d'appliquer des différences de potentiel différentes entre les dés au sein desquels les ions circulent dans le vide et les dés périphériques dans lesquels le fluide peut aussi circuler, permettant ainsi par exemple de moduler l'intensité du champ électrique servant à maintenir la vitesse des ions en fonction de la pression dudit fluide.

Système d'ionisation des isotopes sources

Un système d'ionisation 87 pouvant être utilisé dans un moteur selon l'invention est détaillé en figure 8.

Dans l'exemple considéré, le système d'ionisation 87 comprend un laser 2. La lumière produite par le laser est guidée par le guide d'onde d'alimentation 20 vers un circuit de réinsertion 31.

Le guide d'onde d'alimentation 20 est par exemple une fibre optique monomode. Le circuit de réinsertion 31 comprend un guide d'onde d'entrée 21 configuré pour guider la lumière circulant dans le circuit de réinsertion 31 vers une entrée optique 32 de l'enceinte 9.

Le guide d'onde d'entrée 21 peut être une fibre optique monomode et comporte une extrémité 22 qui est avantageusement recouverte d'une couche anti-reflet et dont l'extrémité est taillée et polie en forme de lentille.

De préférence, un premier ensemble de lentilles de focalisation 23 recouvertes de couches antireflet est agencé entre l'extrémité 22 du guide d'onde d'entrée et l'entrée optique 32 de l'enceinte 9.

Alternativement à l'utilisation d'une couche anti-reflet, le système peut être configuré de sorte que la lumière en sortie de l'extrémité 22 du guide d'onde d'entrée respecte l'angle de Brewster, évitant ainsi un reflet partiel de la lumière à l'interface de l'extrémité 22 et du milieu ambiant (atmosphère ou vide partiel).

Une fois que la lumière pénètre dans l'enceinte 9 par l'entrée optique 32, une partie de la lumière générée par le laser interagit avec le matériau source 11 dans l'enceinte 9 de manière à ioniser les isotopes du matériau source.

Toutefois, une autre partie de la lumière est susceptible de traverser l'enceinte 9 sans interagir avec des isotopes sources. Afin de récupérer cette lumière non absorbée, l'enceinte 9 peut également comporter une sortie optique 33 configurée pour récupérer la lumière non absorbée dans l'enceinte 9.

La lumière peut optionnellement être réfléchie dans l'enceinte par un ou plusieurs miroirs avant d'atteindre la sortie optique 33.

De préférence, un deuxième ensemble de lentilles de focalisation 25 est agencé entre la sortie optique 33 et l'extrémité 26 d'un guide d'onde de sortie 34 pour faciliter sa réinsertion dans le guide d'onde 34.

Le couplage optique entre la sortie optique 33 et l'extrémité 26 peut être réalisée de la même manière que le couplage optique entre l'entrée optique 32 et l'extrémité 22.

Le guide d'onde de sortie 34 est relié optiquement au guide d'onde d'entrée 21 pour former le circuit de réinsertion 31.

Selon un mode de réalisation particulier, les guides d'onde d'entrée et de sortie peuvent former une unique fibre optique.

Un dispositif de concentration d'onde, tel qu'un dispositif permettant le blocage de mode peut être intégré au laser dans le but de superposer différents cycles d'une onde de lumière cohérente et ainsi de réduire sa durée tout en augmentant sa puissance instantanée.

La durée d'une impulsion en sortie du dispositif de concentration d'onde correspond de manière avantageuse à une longueur de l'impulsion de l'ordre de la longueur d'onde de l'onde cohérente produite par le laser ; l'impulsion est avantageusement répétée à une fréquence choisie de sorte que les ions accélérés ont atteint la cible avant qu'une nouvelle impulsion génère de nouveaux ions. Le dispositif de concentration d'onde utilisé est connu en tant que tel. Il peut être du type Coherent Amplification Network tel que décrit dans la présentation « ICAN and 100 GeV's Ascent », J. Mourou et al., EuroNNAC, Meeting CERN, 3 mai 2012.

Des systèmes d'ionisation utilisant un autre procédé d'ionisation que par laser peuvent également être utilisés dans le cadre de l'invention.

Circuit de réinsertion

Le circuit de réinsertion 31, entre l'extrémité 26 du guide d'onde de sortie et l'extrémité 22 du guide d'onde d'entrée, permet de réutiliser la lumière passant à travers l'enceinte 9 sans interagir avec des isotopes sources.

De préférence, la somme des chemins optiques parcourus par l'onde lumineuse, c'est-à-dire la somme des distances parcourues dans chaque milieu multipliée par les indices de réfraction desdits milieux, dans une boucle optique complète (par exemple une boucle démarrant et finissant à l'extrémité 22 du guide d'onde d'entrée) est un multiple entier de la longueur d'onde dans le vide de la lumière circulant dans le circuit de réinsertion 31.

La longueur de certains éléments dans la boucle est susceptible de varier, par exemple en raison de variations de température. Un élément ayant des propriétés ajustables peut avantageusement être introduit dans la boucle pour contrôler la longueur optique de ladite boucle.

Les propriétés ajustables d'un élément peuvent être par exemple la longueur dudit élément ou encore son indice de réfraction.

Dans le cas où les guides d'onde sont des fibres optiques, il est par exemple envisageable de mettre sous tension un segment de fibre optique par des matériaux piézoélectriques ou de dimensions sensibles à la température, judicieusement choisis.

Alternativement, un segment de guide d'onde peut être composé d'une matière, telle que le niobate de lithium, ayant un indice de réfraction ajustable en fonction de grandeurs physiques comme par exemple un champ électrique externe, de sorte à former une cellule de Pockels.

Ainsi, des électrodes d'ajustement 29 connectées à un générateur électrique peuvent avantageusement être agencées autour d'un segment de guide d'onde d'indice de réfraction ajustable en fonction d'un champ électrique afin d'ajuster l'indice de réfraction du segment et par là d'ajuster la longueur optique du circuit de réinsertion 31.

Il est également avantageux que le guide d'onde d'alimentation 20 comporte un segment ayant un indice de réfraction ajustable, notamment dans le cas où le circuit de réinsertion 31 fait circuler une lumière en paquet d'ondes plutôt qu'une lumière continue. Dans le mode de réalisation illustré en figure 8, les électrodes d'ajustement secondaires 30 permettent d'ajuster l'indice de réfraction d'un segment du guide d'onde d'alimentation 20 pour permettre l'introduction de la lumière en provenance du laser 2 à un moment judicieusement choisi en fonction de la phase de l'onde circulant dans le guide d'onde 20.

Le circuit de réinsertion 31 peut également comporter un amplificateur optique, par exemple par fibre dopée à l'erbium, par effet Raman ou par amplificateur à semi-conducteur. Le guide d'onde d'alimentation 20 est configuré pour injecter la lumière issue du laser 2 dans le circuit de réinsertion 31.

De préférence, un circuit de réinsertion 31 est mis en oeuvre lorsque le train d'onde circulant dans le circuit de réinsertion est au moins deux fois plus long que la longueur dudit circuit, pour permettre à une partie de l'onde de lumière transitant dans le guide d'onde d'alimentation 20 de se coupler à l'onde de lumière circulant dans le circuit de réinsertion.

Une fibre de contrôle 27 reliée à un instrument de mesure de l'intensité lumineuse 28 peut être juxtaposée à a fibre 34 pour y prélever une proportion fixe de la lumière qui y circule, par exemple 1% et ainsi mesurer l'intensité de la lumière circulant dans ladite fibre 34.

Laser du système d'ionisation

Dans le mode de réalisation représenté en figure 8, les isotopes sources sont ionisés par un laser.

La longueur d'onde de la lumière produite par le laser est par exemple de 369 nm, 269 nm ou 182 nm. La longueur d'onde produite peut également être plus petite, des lasers de longueur d'onde aussi petites que 13.5 nm étant connus.

La lumière peut être produite par des diodes laser. On peut utiliser un laser à onde continue tel que des VECSELs.

La longueur d'onde 369nm peut par exemple être obtenue en mélangeant une lumière laser de 1470 nm avec la seconde harmonique d'une lumière laser de 985 nm.

La longueur d'onde 269 nm peut être obtenue en utilisant la 3 ^ème harmonique d'une lumière laser de longueur d'onde 808 nm.

La longueur d'onde 182 nm peut être obtenue en mélangeant la 5 ^ème harmonique d'une lumière laser de 1064 nm avec une lumière laser de 1260 nm. Les mécanismes d'obtentions des harmoniques et de mélanges de longueur d'onde sont par exemple décrits dans la demande WO 2018/128963 AL

Selon un mode de réalisation particulier, le laser est utilisé en combinaison avec un dispositif de blocage de mode ou un dispositif d'impulsion comprimée permettant de réduire la durée des impulsions laser en augmentant leur puissance instantanée, tel qu'un dispositif de type Coherent Amplification Network.

Le faisceau laser peut être agrandi ou focalisé par des lentilles optiques de sorte que la puissance par unité de surface du faisceau laser n'excède pas les limites de dislocation de certains matériaux utilisés dans le dispositif d'ionisation.

La taille des lentilles est avantageusement choisie pour permettre la focalisation du faisceau laser sur une longueur suffisante dans le compartiment 41 où se passe l'ionisation de la source puis atteindre les lentilles 25 du circuit de réinsertion.

La fréquence de la lumière produite par le laser peut être doublée ou quadruplée en passant à travers des cristaux non linéaires et non symétriques bien choisis. La fréquence peut aussi être multipliée par cinq en utilisant un procédé de génération d'harmoniques selon lequel le faisceau laser passe à travers un gaz rare tel que l'argon. On peut aussi utiliser une lumière cohérente de 361 nm produite par une diode laser au nitrure de gallium GaN, de bande interdite de largeur 3,44 eV ; ou une lumière cohérente de 188 nm produite par un laser au nitrite d'indium gallium (InGaN) dont la proportion de gallium est choisie pour produire un matériau semiconducteur de bande interdite de largeur 3,3 eV, dont la fréquence est doublée par passage à travers un cristal, par exemple un cristal de fluorure de borate tel que le KBeîBOaFîfKBBF) qui est transparent à des longueurs d'onde aussi petites que 147 nm et supporte des puissances jusqu'à 9.10 ¹¹ W/cm ² .

On peut aussi utiliser une lumière cohérente de 166 nm produite par un laser à puits quantique ou par un procédé de génération d'harmoniques par passage de deux faisceaux laser générés par un laser titane-saphir dans de l'argon gazeux à une pression de 440 mb.

Accélération linéaire des isotopes ionisés

Le champ électrique généré par un générateur entre les électrodes et l'accélérateur d'ions 87 permet d'accélérer les isotopes ionisés. Le générateur est configuré pour générer de fortes tensions, par exemple supérieures à 10 000 V et inférieures à 10,000,000 V permettant de préférence des réactions de fusion nucléaire. Le générateur est par exemple constitué d'une pluralité de générateurs commercialisés par la société Genvolt sous le nom de Perseus et montés en série.

Pour éviter l'accumulation d'ions à des vitesses faibles, le champ électrique dans la zone d'ionisation est de préférence choisi élevé quoi qu'inferieur à une valeur pouvant provoquer le claquage du gaz ionisé. Le champ électrique peut par exemple avoir une valeur de 4 x 10 ⁵ V/m, le gaz pouvant être ionisé sur une épaisseur importante, en particulier si la section du rayon lumineux d'illumination est importante, la tension d'accélération des ions est de préférence choisie pour que même les ions produits les plus proches de la membrane soient accélérés à la vitesse permettant leur fusion avec la cible.

Vitesses d'accélération

Les ions, par exemple de bore 11 ou de lithium 7, peuvent être accélérés avec une énergie comprise entre 0,1 MeV et 10 MeV. Les ions peuvent cependant être accélérés à des énergies moindres mais alors leur énergie cinétique pourrait ne pas être suffisante pour provoquer des réactions de fusion nucléaire.

Matériaux sources sous forme gazeuse

Le matériau source, s'il est sous forme gazeuse, peut être introduit dans l'enceinte d'ionisation au moyen d'un détendeur. Cependant, lorsque les isotopes sources sont sous forme gazeuse et sont consommés par l'ionisation à des volumes et à des cadences qui ne permettent pas leur remplacement homogène, ou pour concentrer la production d'ions dans le champ électrique, le gaz source est de préférence amené dans l'enceinte d'ionisation du système d'ionisation 85 par l'intermédiaire d'un premier tuyau dont l'extrémité donnant dans l'enceinte d'ionisation forme une buse.

Le gaz est de préférence ensuite aspiré vers un deuxième tuyau agencé dans l'axe de la buse du premier tuyau. L'extrémité du deuxième tuyau donnant sur l'enceinte d'ionisation est de préférence formée en un entonnoir. Le premier et le deuxième tuyaux sont de préférence connectés à une pompe permettant d'accélérer la circulation du gaz dans les tuyaux, ainsi qu'à une réserve du gaz source permettant d'introduire ce dernier dans le dispositif et d'en ajouter au fur et à mesure qu'il est consommé.

Le gaz source circule alors dans un circuit de circulation du gaz.

Un dispositif de filtration permettant de filtrer le gaz circulant pour en éliminer les impuretés peut avantageusement être agencé dans le circuit de circulation du gaz.

Un dispositif configuré pour produire un vide dans le compartiment de l'enceinte d'ionisation où circule le gaz et optionnellement pour réintroduire le gaz source dans le circuit peut avantageusement être utilisé.

Protections antineutron

Si les noyaux du fluide ou des parties du moteur impactées par les ions accélérés sont susceptibles de produire des neutrons après fusion, on agence de préférence autour du moteur une paroi de protection capturant les neutrons.

La paroi de protection capturant les neutrons peut contenir un matériau ralentissant les neutrons tel que de l'eau, de préférence sous forme liquide, ou de l'hydrure de calcium Cal- , de préférence en-dessous de sa température de fusion de 816°C, au sein desquels peuvent être plongés des tubes ou des billes de bore ou encore des tubes contenant de l'hélium 3. Une épaisseur de 10 cm d'eau permet de diviser par environ 2,7 le nombres de neutrons rapides traversant la protection.

Protection anti-i

La chambre 93 où se produit la fusion mais aussi l'enceinte d'ionisation et la protection antineutrons si des neutrons sont susceptibles d'être produits, sont de préférence entourées d'une paroi de protection absorbant les rayons gamma. Une telle paroi est par exemple composée de plomb d'une épaisseur de 35cm ou de tungstène d'une épaisseur de 21cm, afin de protéger l'environnement des rayons gamma que les réactions nucléaires produisent et de les convertir en chaleur.

On peut également utiliser une paroi en iridium.

La paroi anti rayons gamma est de préférence la paroi 86 délimitant la chambre 93 du moteur.

La protection anti rayons gamma est de préférence refroidie par une circulation interne d'un liquide caloporteur ou de composés chimiques réagissant de manière endothermique pour à la fois refroidir ladite protection anti-rayonnement, capturer l'énergie issue de la réaction nucléaire, transformer ladite énergie en énergie chimique ou effectuer une ou des transformations chimiques désirées.

Les liquides circulant dans la protection anti rayons gamma absorbent aussi des rayons gammas. L'épaisseur de la protection anti rayons gamma est de préférence configurée pour que la dose de rayonnements s'échappant du dispositif annuellement, et à tout moment, n'excède pas les limites réglementaires de protection de la santé.

Géométrie des Une configuration permettant la déviation de la trajectoire des ions dans leur faisceau d'accélération à l'aide de champs magnétiques et éventuellement d'électrodes intermédiaires est de préférence utilisée de façon à protéger l'environnement et éventuellement la chambre d'ionisation des rayons gamma qui pourraient circuler dans les conduits de circulation des ions. Les ions produits dans la chambre d'ionisation peuvent par exemple contourner une paroi de protection anti rayons gamma séparant la chambre 93 de réactions nucléaires de la chambre d'ionisation.

La configuration peut être encore améliorée en faisant transiter le faisceau d'ions dans une cavité non rectiligne, par exemple en solénoïde, disposée dans le matériau absorbant les rayons gammas de telle sorte que aucun rayon gamma ne peut aller en ligne droite depuis son lieu de production à l'entrée de la conduite. Il en est de même des autres cavités permettant par exemple d'évacuer le matériau produit, en particulier si ceux-ci sont gazeux et n'ont qu'un faible pouvoir d'absorption des rayons gamma. Pour les cavités des chambres 93 présentant des orifices pour laisser passer le flux de fluide, le faisceau d'ions peut être avantageusement restreint à la périphérie ou au contraire au centre de celle-ci, de telle sorte que les entrées et sorties dudit réacteur soient toutes séparées du lieu de réactions nucléaires par une protection anti rayons gamma, comme par exemple représenté dans la figure 1.

Protections anti ultra-violets et rayons X

L'enceinte d'ionisation du système d'ionisation 85 est avantageusement protégé par une paroi en acier inoxydable, par exemple ayant une épaisseur comprise entre 1 mm et 5 mm, en particulier 2 mm, si la longueur d'onde de la lumière utilisée pour l'ionisation est inférieure à 100 nm.

Des rayons X peuvent être générés, notamment dans un plan perpendiculaire à l'accélération dans l'accélérateur d'ions 87 ou à la décélération des ions dans la chambre 93, ou lors de leur déviation notamment si le moteur comprend un cyclotron ou un synchrotron. La protection anti rayons gamma permet avantageusement de protéger de ces rayons X si la décélération ou l'accélération a lieu dans la chambre 93 à travers laquelle passe le fluide. Cependant une protection particulière doit être placée autour des autres lieux où de tels accélérations, changements de direction ou décélérations peuvent avoir lieu, notamment autour de l'accélérateur d'ions 87 et autour du synchrotron et cyclotron.

Capteurs

Des capteurs contrôlant notamment la déformation, la température et l'accélération des structures du dispositif et notamment des dispositifs de protection anti rayons gamma sont avantageusement utilisés pour stopper l'accélération et/ou la production d'ions avant que celui-ci ne s'échauffe anormalement ou perde certaines de ses protections, notamment celles anti rayons gamma et antineutrons.

L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits précédemment. En particulier, les dispositifs et procédés cités ou illustrés peuvent être combinés différemment entre eux pour former d'autres variantes non illustrées.