CH395353A - Electrode plongée dans un gaz ionisé soumis à un champ magnétique - Google Patents

Description

      Electrode    plongée dans un gaz ionisé soumis à un champ magnétique    L'invention est     relative    à une     électrode    plongée  dans un gaz     ionisé    ou plasma     soumis    à un champ       magnétique.        Cette        électrode    peut, par exemple,       constituer        l'électrode        positive    d'un générateur     ma-          gnétohydrodynamique,

      c'est-à-dire d'un     générateur     engendrant     directement    du     courant        électrique,    sans       pièces    mécaniques en mouvement, à partir d'un  plasma     soumis    à un champ magnétique,     par        collec-          tion    des charges, séparées par ce champ, au moyen  d'au moins une     électrode    négative et d'au moins une  électrode     positive.     



       Elle    a pour but,     surtout,    de     fournir    une électrode  dont l'aptitude à échanger des charges     électriques     avec le plasma dans lequel elle est plongée est amé  liorée, du fait que sa     surface    de contact     avec    le  plasma est     augmentée    et que sa     configuration    a     pour     effet     d'accroitre    son pouvoir à     injecter    des électrons  dans ce plasma.  



  L'électrode selon     l'invention    est     caractérisée    par  le fait qu'elle     comporte    des cannelures présentant       certaines        surfaces        non        parallèles    à la     direction    du  champ     magnétique.     



  Les     dessins    ci-annexés représentent, à titre  d'exemple, quelques     formes    d'exécution de Pin  vention.  



  La     fig.    1 de ces dessins illustre     schématiquement,     en     perspective    cavalière, une portion d'un     générateur          magnétohydrodynamique..     



  La     fig.    2, qui est une coupe par     II-II    de la     fig.    1,  représente     l'électrode        positive    du     générateur    de la       fig.    1, établie selon une première forme     d'exécution     de     l'invention.     



  Les     fig.    3 et 4, enfin,     illustrent,    également en  coupe, deux autres     modes    de     réalisation    de l'électrode  selon     l'invention.       Avant     d'entrer    dans la     description    détaillée des       formes    d'exécution de     l'invention,    on     rappellera,    avec  référence à la     fig.    1, la     constitution    d'un générateur       magnétohydrodynamique.     



  On sait qu'un tel générateur comporte habituel  lement  - des moyens (par exemple une .source de     chaleur     non représentée) pour ioniser un gaz en le     trans-          formant    en     plasma    P ;

    - une     tubulure,    chambre, ou un     conduit    analogue 1,  en une     matière        diélectrique,    dans lequel     circule     le     plasma    avec une     certaine        vitesse   
EMI0001.0086  
    - des     moyens        (constitués    de     préférence    par un       électro-aimant,

          comportant    une     armature    2     en          fer        doux        et        un        bobinage     3)     pour          engendrer,    dans un     entrefer    4, un champ     magné-          tique        intense    B     agissant    dans une     certaine    zone 5  de la tubulure 1,

   la     direction    du champ magné  tique étant     généralement        perpendiculaire    à la  vitesse V du     plasma    de     manière    à     séparer        dans          celui-ci    les charges positives ou     ions    (qui se  déplacent     dans    le sens S     orienté        perpendiculai-          rement    aux     vecteurs    B et V)

       des    charges néga  tives ou     électrons    (qui se     déplacent        dans    le     sens     opposé à S) ;  - et des     électrodes        collectrices,    disposées générale  ment     contre    les parois de la     .tubulure    1     .avec     leur surface de     collection    6     parallèle    à la     vitesse          d'écoulement    du     plasma    et à la     direction    du  champ magnétique,

   à savoir au moins une     élec-          trode        négative    7 pour     capter    des     électrons    du       plasma    et au     moins    une électrode positive 8 pour       collecter    des     ions    du plasma et/ou     injecter    des       électrons        dans        celui-ci.              Ii    en résulte l'apparition entre     ces    deux élec  trodes 7 et 8 d'une     différence    de     

  potentiel    utilisable  dans un     circuit    de     charge    9     (représenté    schématique  ment sous la- forme d'une résistance qui est alors  traversée par un courant
EMI0002.0008  
   et également     pour    ali  menter (une fois le générateur amorcé) le     bobinage    3,       l'ensemble    du     généraxeur        transformant    l'énergie de  la source de chaleur (non représentée), qui chauffe  et ionise le     plasma,

          directement    en énergie     électrique     utilisable dans la charge 9 et ceci     sans    aucune     pièce     mécanique     en    mouvement (seul le gaz     ionisé    P     étant     en mouvement, ainsi que les charges     électriques    de       celui-ci).     



  On sait et on a     constaté    que, alors que     l'échange          d'électricité        entre    le gaz ionisé ou le plasma et l'élec  trode négative ne pose généralement pas de problème  du fait     qu'il    a lieu par     absorption        d'électrons    prove  nant du gaz, es échanges de charges     électriques    entre  le plasma et l'électrode positive     étaient    limités, car  - d'une     part,    la     densité    du courant     ionique    attei  gnant une électrode positive telle que 8 est limi  tée,

   d'après la     théorie    cinétique des gaz, à une  valeur     Jl    fonction de la nature, de la température  et du nombre des ions dans de plasma, et  - d'autre part, la     densité    du     courant        d'émission          électronique        J2    de     l'électrode    8, qui est limitée  par sa température et sa     constitution        chimique,

       peut se     trouver    sensiblement réduite     par    le champ  magnétique     parallèle    à la surface de     l'électrode     8 ; en effet,
EMI0002.0050  
   les     électrons    émis dans     une    direc  tion
EMI0002.0053  
       perpendiculaire    à la     surface    6 de celle-ci  et au champ magnétique
EMI0002.0056  
   se trouvent déviés  par ce dernier et l'incurvation des     trajectoires    des       électrons    peut être telle qu'ils reviennent sur  l'électrode     émissive    8.  



  Du fait de ces     limitations    de l'intensité     Jl    du       courant        ionique        venant    du gaz     ionisé    et capté par       l'électrode        positive    8 et de la     densité    du courant       électronique        J2        émis    par cette     électrode,

          il    peut arri  ver que leur somme J     soit        .inférieure    à la densité  de     courant        Jo        qu'il    serait     -possible    d'obtenir     dans    le  conduit 1     s'il    n'y avait pas de     limitations    aux élec  trodes, JO étant fonction de     l'intensité    du champ       magnétique,    de     1a    vitesse et de la     conductivité    du  plasma et du champ électrostatique entre les élec  trodes 7 et 8.

   Si J est     inférieur    à     Jo,    il ne sera     pas     possible     d'imposer    le     champ        électrostatique    souhaité  et le générateur fonctionnera     dans    des     conditions     défavorables, en     particulier        avec    une     intensité    et un  rendement diminués.  



  On signale,     d'ailleurs,    que les     expériences    de la       titulaire    ont montré d'une manière plus     précise    que  si l'on continue à     augmenter    la     force        électromotrice     du générateur, malgré la     limitation    du     courant    à la  suite des phénomènes     considérés,

      la     différence    de  potentiel entre     .l'électrode    positive du générateur et  le gaz     ionisé    peut     atteindre    une     valeur    telle que des       décharges    et même des arcs s'amorcent.

   On ne peut    plus parler     alors    de     courant        limite        mass    l'augmen  tation du courant que l'on obtient ainsi se fait au  prix d'une plus     grande    chute de     potentiel    (qui peut       atteindre        plusieurs    dizaines de volts), de sorte que,       malgré    tout, le rendement du générateur se trouve  diminué.  



  Pour     pallier    ces     inconvénients        (fig.    2), les élec  trodes, notamment     l'électrode    positive 8, plongées  dans le     plasma    comportent des cannelures ou cré  neaux 10 dont     certaines    faces ou portions 6b ne  sont pas     parallèles,    à la     direction    du champ magné  tique
EMI0002.0131  
   et sont même de préférence     perpendicu-          laires    à cette direction,

       certaines        portions    6a de la       surface    6 de     l'électrode    8 en contact avec le plasma  P     pouvant    bien entendu rester parallèles à cette       direction.     



  Grâce à cette configuration de     l'électrode    posi  tive 8  - on, augmente la surface de     contact    entre le plasma  P et     l'électrode    8 (on peut aisément doubler  cette     surface),    d'où     augmentation    de la quantité       totale    d'ions     collectés    et d'électrons injectés par  cette électrode par unité de temps (on peut ainsi       doubles    cette quantité totale),

    - du fait que     cette        surface        comporte        des        portions     6b non     parallèles    ,au champ     magnétique    les       électrons    émis par     ces        portions    ne risquent
EMI0002.0158  
   pas  d'être     déviés    et renvoyés sur l'électrode     par    le  champ magnétique:

       comme    la     force        agissant    sur  un     électron    se     déplaçant    dans la     direction   
EMI0002.0167  
       dans     le     champ        magnétique   
EMI0002.0171  
   est     proportionnelle    à  
EMI0002.0173  
       elle    est (pour une même     valeur    de F  et B)

       maximum    lorsque
EMI0002.0177  
   est     .perpendiculaire     à dont parallèle à la surface     émissive    (ce qui  est
EMI0002.0180  
   justement le cas pour les     vecteurs   
EMI0002.0182  
   qui       correspondent    à des     portions    6a), et     minimum     (en fait     nulle)

      lorsque
EMI0002.0187  
   est     parallèle    à donc  
EMI0002.0189  
         perpendiculaire    à la     surface        émissive    (ce qui est  justement le cas pour les     vecteurs   
EMI0002.0194  
   qui     cor-          respondent    à des     portions    6b).  



  Par la     présence    de ces portions 6b non paral  lèles à B,     on    augmente     encore    le     rendement,    qui peut       ainsi        âtre        multiplié    par un facteur de l'ordre de 5  par exemple.  



  Enfin, les cannelures ou     créneaux    de     l'électrode          décrite    ont pour     effet    de réduire la chute de     potentiel     entre l'électrode     positive    et le gaz ionisé pour une  même valeur du     courant    débité, d'où     amélioration     du     fonctionnement    et     accroissement    du rendement  du générateur.  



       Les        dimensions    des cannelures ne sont pas criti  ques ;     celles-ci    sont avantageusement     comprises    entre  1     millimètre    et 1     décimètre    environ, de préférence       égales    à un ou quelques     centimètres,    les largeurs et  les profondeurs des cannelures étant généralement du  même ordre de grandeur.

        L'électrode     décrite    présente,     par    rapport aux       électrodes    du     genre    en question déjà     existantes,    de  nombreux avantages, notamment les suivants  - tout d'abord, on réduit le nombre des électrons  renvoyés par le champ     magnétique    sur l'élec  trode, dans le cas d'une électrode     émissive    d'élec  trons ;  - on     augmente    la     surface        d'échange    d'électricité  entre l'électrode et le plasma ;

    - on     accroît    finalement le nombre de charges élec  triques échangées par unité de temps entre l'élec  trode et le plasma ;  - on réduit la différence de potentiel entre élec  trode positive et gaz ionisé pour une même valseur  du courant débité ;  - enfin, dans le cas où une telle électrode est dis  posée dans un générateur magnétohydrodynami  que, on     augmente        l'intensité    du     courant    débité  par celui-ci et, par conséquent, son rendement.

    Dans     une    variante, on pourrait modifier la confi  guration géométrique spécifique illustrée sur la     fig.    2  pour lui donner une forme     quelque    peu     différente     ayant     également    pour effet     d'augmenter    la     surface     de l'électrode en contact avec le plasma et de faire  comporter à celle-ci     des        pontions    de     surface        non     parallèles au champ     magnétique.     



  Sur les     fig.    3 et 4, on a indiqué, à titre d'exemple,  deux autres configurations, à savoir une     configura-          tion    à cannelures de section     semi-circulaire        (fig.    3)  et une configuration à     cannelures    de section     semi-          hexagonale        (fig.    4), ces     configurations        présentant          d'ailleurs    l'avantage d'une meilleure tenue mécanique  notamment en présence de chocs thermiques.  



  Sur les     fig.    3 et 4, on a eu recours aux mêmes       nombres    de référence que sur la     fig.    2 pour dési  gner les     éléments    équivalents. Les     cannelures    ou cré  neaux 10 présentent des     portions    de     surface        6a        paral-          léles    au champ     magnétique   
EMI0003.0050  
   qui émettent     des    élec  trons dans la direction des flèches
EMI0003.0052  
   perpendiculai  rement à
EMI0003.0053  
   et des portions de     surface    6c obliques  par rapport 

  à
EMI0003.0055  
   qui émettent des électrons dans les       directions    des flèches
EMI0003.0057  
   obliques par rapport à
EMI0003.0058  
      Le     rendement        est    accru pour les mêmes     raisons     que dans le mode de réalisation de la     fig.    2     (aug-          m:

  entation    de la surface de     contact,        diminution    du  nombre     des        électrons    renvoyés     sur    l'électrode, réduc  tion de la chute de     potentiel        entre    électrode et gaz  ionisé pour une même valeur du courant débité).  



  11 convient d'ajouter que les électrodes     décrites     pourraient     également    être utilisées dans d'autres  domaines (que     celui    des générateurs magnétohydro  dynamiques) mettant en     oruvre    un gaz ionisé ou  plasma, par exemple comme sondes dans des machi  nes à fusion thermonucléaire.

Claims (1)

1. REVENDICATION Electrode plongée dans un gaz ionisé soumis à un champ magnétique, caractérisée par .le fait qu'elle comporte des cannelures présentant certaines surfaces non parallèles à la direction du champ magnétique. SOUS-REVENDICATIONS 1.

   Electrode selon la revendication, caractérisée par le fait que les cannelures sont constituées par des créneaux à flancs parallèles perpendiculaires à la direction du champ magnétique.

   2. Electrode selon la revendication et la sous- revendication 1, caractérisée par le fait que les cré neaux ont des dimensions comprises entre 1 milli mètre et 1 décimètre environ. 3. Electrode selon la revendication, caractérisée par le fait que les cannelures ont une section semi- circulaire. 4.

   Electrode selon la revendication, caractérisée par .le fait que les cannelures ont une section semi- hexagonale. 5. Electrode selon la revendication et la sous revendication 3 ou 4, caractérisée par le fait que les cannelures ont des dimensions comprises entre 1 mil limètre et 1 décimètre environ.