MAGNETOHYDRODYNAMIQUE. - Convertisseurs magnétohydrodynamiques d'une
genre nouveau : appareils à induction. Note (*) de Jean-Pierre Petit
et Maurice Viton, présentée par M. André Lichnérowicz.
CRAS 1976.
...Un nouveau type d'accélérateur
MHD discoidal, à induction et à contrôle d'ionisation, est
présenté. Muni d'un générateur autonome d'électricité,
ce dispositif pourrait donner naissance à un aérodyne MHD. Une
solution permettant de confiner le plasma à la paroi est évoquée.
...A new induction MHD accelerator, disk shaped,
with controlled ionization, is presented. Associated with a light and powerful
electric generator it could become a MHD aerodyne. Solutions for confining the
plasma to the wall are indicated.
Introduction. Dans une note précédente
(1), des convertisseurs MHD d'une géométrie assez particulière,
utilisant un fort effet Hall, avaient été décrits. Certains
de ces appareils font actuellement l'objet d'une expérimentation.
...Dans la présente Note il s'agit cette
fois d'un accélérateur MHD à champ magnétique alternatif.
Considérons un disque fait d'un matériau isolant, muni à
sa périphérie d'un solénoïde parcouru par un courant
alternatif (*fig.*1). La variation de champ magnétique tend à
créer des courants induits circulaires dans le fluide avoisinant le disque.
On suppose l'effet Hall négligeable. Ces courants induits se conjuguent
avec la valeur instantannée du champ B pour donner des forces radiales,
alternativement centrifuges et centripètes. Le système étant
symétrique, ces forces n'ont qu'un effet d'agitation radiale, l'intégrale
de la quantité de mouvement étant nulle sur un cycle. L'intensité
du courant induit dépend de la valeur de crête dui champ B et de
sa période T. En deçà d'un certain seuil du rapport B/T
ces courants induits restent faibles.
Accélérateurs à contrôle d'ionisation. -
Il n'en est plus de même si on munit les parois du disque d'un système
quelconque susceptible de créer une ionisation (fig.2). Grâce
à ce dispositif on peut maintenant contrôler l'intensité
des courants induits en tout point avoisinant la paroi de l'accélérateur.
Modulons maintenant les alimentations des ionisateurs conformément à
la figure 3. On se place dans des conditions où le temps de relaxation
d'ionisation est faible devant la période T du champ B.
...Il est facile de voir que, lorsqu'elles apparaîssent,
les forces de Laplace, radiales, sont centrifuges au voisinage supérieur
du disque, et centripètes au voisinage inférieur. L'air ionisé
sera sollicité de façon pulsée et il se produira un entraînement
fluide selon le schéma de la figure 4.
Aérodyne MHD. - Si cet accélérateur possède
une source autonome d'énergie électrique, on obtiendra un aérodyne
MHD à induction et à contrôle d'ionisation. Dans une note
précédente (1) un moteur MHD avait été évoqué.
Un moteur deux temps où, en fin de phase de compression MHD se produisaient
au sein d'un mélange gazeux des réactions de fusion. Le plasma
entrait alors en expansion, l'appareil se comportant dans cette seconde phase
en générateur électrique du type de Hall.
Citons pour mémoire un article récente de Ralph Moir (2). Celui-ci
propose également un moteur MHD alternatif, de formule différente,
et apparemment plus simple. L'élément essentiel est une chambre
toroïdale qui n'est autre qu'un tokamak. Moir estime que les conditions
de Lawson peuvent être atteintes dans une compression MHD, qui pour ce
type d'appareil est du type théta pinch. L'expansion du plasma de fusion
comprime alors les lignes de force du champ magnétique et il y a production
directe de courant électrique par induction. L'intérêt de
cette double formule : aérodyne et moteur fonctionnant par induction,
est de s'affranchir du passage de forts courants à travers des électrodes.
Confinement du plasma à la paroi. - Le solénoïde
inducteur de l'accélérateur discoïde fournit un champ magnétique
qui est maximal à la paroi. La pression magnétique aura donc tendance
à faire migrer la décharge loin de celle-ci. Si l'on veut contrôler
la localisation de l'interaction MHD il faut recourir à une géométrie
donnant un maximum de champ, non à la paroi, mais au voisinage de celle-ci.
Ceci peut être obtenu par une géométrie à plusieurs
solénoïdes comme il est indiqué sur la figure 5. Le calcul
montre que l'intensité de champ magnétique est alors maximale
sur une surface approximativement conique. Il est indiqué de choisir
pour paroi de l'aérodyne une trajectoire orthogonale aux lignes de champ,
de manière à ce que la force de Laplace soit tangente à
celle-ci. L'idée de l'aérodyne MHD est de Jean-Pierre Petit, celle
de la géométrie confinante à plusieurs solénoïdes
à Maurice Viton.
(*) Séance du 8 décembre 1976
(1) J.P.Petit, Comptes rendus, 281, série B, 1975, p.157
(2) R.Moir, Direct Conversion of Energy from Fusion, rapport UCRL 76096 du Lawrence
Livermore Laboratory, Californie, USA.