FR2490442A1 - Dispositif de stabilisation d'un courant de faisceau electronique dans un tube accelerateur a cathode chaude - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE LES TECHNIQUES D'ACCELERATION DE PARTICULES CHARGEES. LE DISPOSITIF DE STABILISATION, OBJET DE L'INVENTION EST CARACTERISE NOTAMMENT EN CE QU'IL COMPORTE UN CAPTEUR 12 D'ECART DU COURANT DE FAISCEAU PAR RAPPORT A LA VALEUR REQUISE, UN CONFORMATEUR 14 DE TENSION EN DENTS DE SCIE BRANCHE SUR LE TRANSFORMATEUR HAUTE TENSION 2 ET FOURNISSANT UNE TENSION EN DENTS DE SCIE PERIODIQUE DONT LES PORTIONS EN PENTE DOUCE COMMENCENT AU MOMENT OU LA TENSION AU TRANSFORMATEUR HAUTE TENSION 2 PASSE PAR ZERO, UN ADDITIONNEUR 13 DONT L'UNE DES ENTREES EST RELIEE A LA SORTIE DU CAPTEUR 12 D'ECART DU COURANT DE FAISCEAU PAR RAPPORT A LA VALEUR REQUISE ET DONT L'AUTRE ENTREE EST RELIEE A LA SORTIE DU CONFORMATEUR 14 DE TENSION EN DENTS DE SCIE. L'INVENTION ASSURE NOTAMMENT UNE PLUS GRANDE PRECISION DE STABILISATION PAR ELIMINATION DE L'INFLUENCE DE LA VARIATION DES PARAMETRES DE L'ELEMENT PHOTOSENSIBLE ET DE LA SOURCE DE RAYONNEMENT LUMINEUX.
Description
La présente invention concerne la technique des accélérateurs et a
notamment pour objet un dispositif
de stabilisation d'un courant de faisceau électronique.
On sait que dans les accélérateurs à destination industrielle, la valeur d'un courant de faisceau de particules chargées est un facteur essentiel qui détermine
la valeur de la dose d'irradiation dans le champ d'irra-
diation de l'accélérateur. Lors du traitement de matériaux par un faisceau de particules chargées, par exemple par un faisceau d'électrons, le matériau acquiert certaines - omx'-étés déterminées en fonction de la dose d'irradiation. Un défaut de stabilité de la dose d'irradiation conduit à un écart et à une dispersion des caractéristiques du matériau irradié par rapport aux paramètres calculés voulus. Or une condition importante pour assurer la stabilité de la dose d'irradiation est la
stabilisation du courant de faisceau de particules chargées.
En règle générale, on agit sur la valeur du courant de faisceau électronique en faisant varier le courant d'émission cathodique par variation soit du courant de chauffage de la cathode, soit de l'intensité du champ électrique dans la zone du tube accélérateur voisine de la cathode. On connait un dispositif conçu pour la stabilisation d'un courant de faisceau électronique (voir, par exemple, l'article par V.V. Akoulov et autres "Accélérateurs industriels de la série"électron" pour la chimie des radiations", preprint NIIEFA NI D-0198, Leningrad, 1974, p. 11), comprenant un stabilisateur de tension par - 30 Lerrorésonance branché sur l'enroulement secondaire d'un transformateur haute tension de l'accélérateur, cet enroulement étant destiné à alimenter le chauffage de la cathode du tube accélérateur, et un autotransformateur variable branché sur la sortie du stabilisateur par ferrorésonance. A la sortie de l'autotransformateur est connecté le primaire d'un transformateur de chauffage de la cathode. Le réglage de l'autotransformateur s'effectue à l'aide d'un moteur électrique réversible dont l'arbre est relié, au moyen d'un barreau isolant, au contact mobile de l'autotransformateur. Le moteur réversible est mis en marche par l'opérateur qui contrôle la valeur du
courant de faisceau électronique.
Ce dispositif n'assure qu'une stabilité relativement faible du courant du faisceau, ce qui est dû, premièrement à la faible stabilité des stabilisateurs de tension par ferrorésonance quand varie la tension du réseau d'alimentation, deuxièmement, à une relation ambigUe entre la tension de chauffage de la cathode et la température de celle-ci (la résistance du circuit de chauffage peut changer en cours de service, enentraînant un changement du courant de chauffage, et par suite, de la température de la cathode, ce qui, à son tour, provoque un nouveau changement de la résistance du circuit de chauffage, et ainsi de suite) tandis que, comme on le sait, c'est justement de la température de la cathode que dépend le courant d'émission cathodique, et troisièmement, à une perte de propriété émissive de la cathode activable par suite de
son vieillissement.
En outre, ledit dispositif n'assure pas le réglage automatique du courant de faisceau et, pour cette raison, le temps depuis le moment de changement du courant de faisceau jusqu'au moment de l'application de l'action corrective peut être relativement grand, et pendant ce temps la dose d'irradiation ne sera pas égale à la valeur nominale, de sorte qu'une partie du matériau traité n'aura
pas la qualité requise.
On connait également un dispositif de stabilisation d'un courant de faisceau électronique (voir, par exemple, le brevet japonais No 34514 publié en 1974), contenant un
stabilisateur de courant à thyristors inséré dans le cir-
cuit de chauffage de la cathode. Le réglage du courant de faisceau se fait dans ce dispositif, de même que dans le dispositif précédent, par l'opérateur agissant sur le stabilisateur de courant au moyen d'un barreau isolant
lié à l'arbre d'un moteur électrique réversible.
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Le dispositif suivant le brevet japonais No 34514 assure une meilleure stabilité du courant de faisceau du fait que c'est le courant de chauffage et non pas la tension de chauffage qui détermine la température de la cathode et, par suite, le courant du faisceau. Néanmoins, du fait de la participation de l'homme dans le circuit de réglage, la stabilité du courant de faisceau n'est pas suffisante. On connait encore un autre dispositif de stabilisation d'un courant de faisceau électronique (voir, par exemple, le brevet USA NO 3293483 publié en 1966) contenant un
élément photosensible relié à la cathode du tube accéléra-
teur pour le réglage du courant du faisceau et une source
de rayonnement lumineux commandant ledit élément photo-
sensible. Une photorésistance est employée en tant
qu'élément photosensible. La cathode du tube accéléra-
teur est reliée, par l'intermédiaire du secondaire d'un transformateur de chauffage et de la photorésistance, à
la sortie négative d'une source de tension accélératrice.
Cette même sortie négative de la source de tension accélératrice est également connectée à un modulateur
du tube accélérateur, disposé à proximité de la cathode.
Le primaire du transformateur de chauffage est branché, en règle générale, sur l'un des secondaires du transformateur
haute tension de la source de tension accélératrice.
Le dispositif est pourvu de moyens servant au réglage
de l'intensité ou de la brillance ou bien de la composi-
tion spectrale de la lumière émise par la source lumineuse et à l'aide desquels la valeur de la photorésistance est réglée de façon que la différence de potentiel entre la cathode et le modulateur du tube accélérateur, pour une valeur donnée de la tension accélératrice, corresponde
au courant de faisceaupres'^ri .
Le maintien de la valeur requise du courant de fais-
ceau se fait ici automatiquement grâce au fait que quand le courant du faisceau s'écarte de la valeur normale, la chute de tension sur la photorésistance et, par conséquent- la différence de potentiel entre la cathode et le modulateur varient, cette variation de la différence de potentiel ayant lieu dans le sens d'une diminution de l'écart du courant de faisceau qui l'avait provoquée. Le dispositif selon le brevet USA N0 3293483 n'assure pas lui non plus, une précision suffisante de la stabilisation du courant de faisceau électronique. Ceci tient avanttout à la faible stabilité de la luminance et de la composition spectrale du rayonnement lumineux, ainsi qu'à l'influence de divers brouillages sur le signal lumineux analogique transmis. Le défaut destabilité du rayonnement lumineux a pour conséquence un manque de stabilité de la valeur de la photorésistance et dans ces conditions, étant donné que la source lumineuse n'est pas introduite dans le circuit de réglage formé par la photorésistance, la cathode du tube accélérateur et son modulateur, l'erreur de réglage sera proportionnelle à la variation des paramètres de la source lumineuse. La précision du courant de faisceau est encore diminuée par suite de la forte instabilité thermique de la valeur des photorésistances atteignant 0,5 à 3 5S par degré, la variation de la température au cours du fonctionnement de 1.' accélérateur pouvant atteindre 30 à 40 C. Par ailleurs, la précision de la stabilisation dans le dispositif suivant le brevet USA N0 3293483 dépend de la valeur du courant de faisceau, à savoir qu'elle diminue avec la croissance du courant de faisceau. Ceci s'explique par le fait que la précision de la stabilisation est d'autant plus grande que la part de la tension accélératrice qui échoit à la photorésistance est plus importante. Lorsqu'il est nécessaire d'augmenter le courant du faisceau, l'opérateur est obligé de diminuer, par l'action lumineuse, la valeur de la photorésistance, en diminuant de ce fait la part de la tension accélératrice qui se dégage sur la photorésistance, ce qui, à son tour> a pour effet de
diminuer la stabilité du courant de faisceau.
Avec l'augmentation du courant de faisceau dans le dispositif selon le brevet USA précité, croit également l'instabilité supplémentaire, notamment thermique, du courant de faisceau, due au dégagement de chaleur à la photorésistance quand elle est parcourue par le courant du faisceau. Ansi, par exemple, pour obtenir une précision de stabilisation de l'ordre de quelques unités de pourcentage, la chute de tension sur la photorésistance doit être d'environ 2 à 5 % de la tension accélératrice, de sorte que si) avec un faible courant de faisceau, égal par exemple à 100 micro-ampères, cela n'entrafne pas un échauffement substantiel de la photorésistance du fait que la puissance dégagée sur elle ne dépasse pas plusieurs watts, un courant de faisceau atteignant de, par exemple, 100 milliampères et une tension accélératrice égale, par exemple) à 500 kilovolts, engendrent le dégagement sur la photorésistance d'une puissance de l'ordre de plusieurs kilowatts. Etant donné que l'évacuation de la' &5ur de la zone de l'accélérateur à haut potentiel est difficile à réalisera la photorésistance s'échauffera fortement et sa résistance variera sensiblement p ce qui modifiera la chute de tension sur la photorésistance, donc le courant
du faisceau et conduira par conséquent à son instabilité.
Un autre facteur rendant impossible l'utilisation du
dispositif suivant le brevet USA NI 3293483 pour la sta-
bilisation de courants de faisceau importants dans les accélérateurs puissants modernes à usage industriel, est le fait que les photorésistances actuellement disponibles sur le marché ne sont capables de ne laisser passer que des courants ne dépassant pas quelques milliampères avec des tensions admissibles sur elles n'excédant pas quelques dizaines de volts. Or, dans les accélérateurs modernes) les courants de faisceau limites atteignent des centaines de milliampères et le potentiel du modulateur
par rapport à la cathode va jusqu'à plusieurs kilovolts.
Pour cette raison, pour la stabilisation de tels courants de faisceau dans le dispositif décrit, il faudrait avoir au moins plusieurs centaines de photorésistances branchées en parallèle série quit compte tenu de leur encombrement important, nécessiteraient une grande surface sous haut potentiel, alors que la place y est extrêmement limitée. En outre, le dispositif suivant le brevet USA NO 3293483 se caractérise par une rémanence importante due à l'inertie de la photorésistance, de sorte que le temps depuis le moment du réglage de la photorésistance à la valeur de résistance requise jusqu'au moment o le courant du faisceau atteint la valeur désirée peut être assez grand, et pendant ce temps, une partie du matériau traité que l'on déplace dans le champ d'irradiation de l'accélérateur
sera rebuté, ayant reçu une dose d'irradiation réduite.
La présente invention vise donc un dispositif de stabilisation d'un courant de faisceau électronique, assurant une plus grande précision de stabilisation par élimination de l'influence de la variation des paramètres de l'élément photosensible et de la source de rayonnement lumineux, ainsi que de la valeur du courant de faisceau
sur la précision de stabilisation.
A cet effet, il est proposé un dispositif de stabilisation d'un courant de faisceau électronique dans un tube accélérateur à cathode chaude branchée sur un transformateur de chauffage alimenté à partir de l'un des secondaires d'un transformateurfi>aute tension de la source de tension accélératrice, ce dispositif comportant un élément photosensible relié à la cathode du tube accélérateur pour le réglage du courant de faisceau et une source de rayonnement lumineux pour commander l'élément photosensible, caractérisé, suivant l'invention, en ce qu'il comprend en outre un capteur d'écart du courant de faisceau de la valeur requise, un conformateur de tension en dents de scie branché sur le transformateur haute tension et fournissant une tension en dents de scie périodique dont des portions en pente douce commencent à se former aux moments o la tension sur le transformateur halte tension passe par zéro, un additionneur dont l'une des entrées est reliée à la sortie du capteur d'écart du courant de faisceau de la valeur requise, et dont l'autre entrée est reliée à la sortie du conformateur de tension en dents de scie, un élément à seuil branché sur la sortie de l'additionneuret un élément différentiateur branché sur la sortie de l'élément à seuil pour la formation d'impulsions électriques de commande au moment du franchissement, par les portions en pente douce de la tension en dents de scie à la sortie de l'additionneur, du niveau de seuil de l'élément à seuil, la source de rayonnement lumineux étant reliée à la sortie de l'élément différentiateur pour la conversion des impulsions électriques de commande en impulsions lumineuses, et l'élément
photosensible étant réalisé sous la forme d'un photo-
thyristor inséré dans le circuit du primaire du trans-
formateur de chauffage.
Une précision plus grande de stabilisation du courant de faisceau est obtenue dans le dispositif ainsi conçu, grâce au fait que la source lumineuse est insérée ici dans le circuit de réglage et agit sur l'élément photosensible selon la valeur de l'écart du courant de faisceau de la valeur requise> décelé par le capteur. La présence de la source de rayonnement lumineux dans le circuit de réglage élimine pratiquement l'influence de l'instabilité des paramètres de la source lumineuse sur la précision de stabilisation. Grâce à l'emploi d'un photothyristor comme élément sensible à la lumière, le système est soustrait à l'influence de l'instabilité de la résistance de l'élément photosensible sur la précision de stabilisation du courant de faisceau, étant donné que le réglage du courant de faisceau, conformément à l'invention, s'effectue non pas par variation de la résistance de l'élément photosensible, mais en faisant varier le rapport des durées des intervalles de temps correspondant à l'état de mise en circuit et de
mise hors circuit de l'élément photosensible.
Dans le dispositif proposé, on peut pratiquement atteindre toute précision voulue de stabilisation, quelle que soit la valeur du courant de faisceau, en augmentant les coefficients de transfert des éléments faisant partie
du circuit de réglage.
Le niveau de seuil de l'élément à seuil aura avanta-
geusement une valeur telle que, en l'absence du courant de faisceau, les impulsions électriques de commande soient formées par l'élément différentiateur aux moments o la tension sur le photothyristor atteint, en croissant, une valeur 4ui, lors du déblocage du photothyristor, assure qu'il soit parcouru par un courant égal à son courant de rétention. Ceci réduit le temps depuis la mise en marche de l'accélérateur jusqu'au moment o le courant du
faisceau atteint la valeur requise.
Il est également avantageux que le dispositif
contienne un pont à diodes inséré dans le circuit du pri-
maire du transformateur de chauffage et que le photothy-
ristor soit inséré dans la diagonale du pont à diodes.
Le fait que le photothyristor se trouve dans la diagonale du pont à diodes assure l'alimentation du transformateur de chauffage en courant alternatif dépourvu de composante continue, ce qui évite l'alimentation par
courant continu du noyau du transformateur de chauffage.
Le dispositif peut contenir un stabilitron branché en
série avec le photothyristor.
La mise en circuit d'un stabilitron évite que le fonctionnement du dispositif soit influencé par le temps de restitution du photothyristor) ce qui permet d'utiliser le dispositif dans des accélérateurs à fréquence
d'alimentation élevée.
L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparattront mieux à la
lumière de la description explicative qui va suivre
de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemple non limitatifs, avec références au dessin unique non limitatif annexé dans lequel: - la figure 1 représente de façon schématique le dispositif selon l'invention pour la stabilisation du courant de faisceau électronique; la figure 2 montre un autre mode de connexion du photothyristor au transformateur de chauffage dans le dispositif représenté sur la figure 1 I
- les figures 3a à 3j représentent les diagrammes tem-
porels illustrant le fonctionnement du dispositif selon l'invention. Le faisceau électronique se forme dans un tube accélérateur 1 (figure 1) dont le champ d'accélération est créé par une source de tension accélératrice constituée par un transformateur haute tension 2 comportant plusieurs enroulements secondaires dont les enroulement 3 servent
à l'obtention de la tension accélératrice, et l'enroule-
ment 4, à l'alimentation d'un transformateur de chauffage relié à la cathode 6 du tube accélérateur 1. Chacun des
enroulements 3 est connecté à un redresseur 7 correspon-
dant, tous les redresseurs 7 étant connectés en série pour
l'obtention de la valeur de tension accélératrice requise.
La cathode 6 du tube accélérateur 1 est reliée électriquement à la sortie négative 8 de la source -1s tpnsion accélératrice. La sortie positive 9 de la source de tension accélératrice reliée électriquement à la dernière électrode accélératrice(non représentée) du tube accélérateur 1 est mise à la terre à travers une résistance 10 présentant une faible valeur ohmique et prévue pour la mesure du courant
du faisceau électronique.
Pour régler le courant du faisceau il est prévu un élment photosensible constitué conformément à l'invention, par un photothyristor 11 inséré dans le circuit du primaire du transformateur de chauffage 5. Selon l'invention, le réglage du courant du faisceau électronique se fait par variation du courant de chauffage de la cathode 6, en faisant à cette fin varier les intervalles de temps dans les limites de chaque demi-onde de la tension sur le transformateur haute tension 2 durant lesquels le photothyristor 11 se trouve à l'état conducteur. Conformément à l'invention le dispositif contient également un capteur 12 d'écart du courant de faisceau par rapport à la valeur requise, un additionneur 13, un conformateur 14 de tension en dents de scie, un élément à seuil 15, un élément différentiateur 16 et une source
lumineuse pour commander la conductibilité du photothyris-
tor 11. Le capteur 12 d'écart du courant de faisceau par rapport à la valeur requise contient un circuit de comparaison 17 dont l'une des entrées est connectée à la résistance 10, et l'autre, à une source 18 de tension de référence. L'entrée du conformateur 14 de tension en dents de scie est connectée au transformateur 2, par exemple à l'enroulement 3 à bas potentiel du transformateur 2, bienefen- principe, il soit possible de brancher le conformateur 14 de tension en dents de scie sur le primaire 19 du transformateur 2. Cependant, le branchement du conformateur 14 au secondaire du transformateur 2 est préférable, attendu que dans ce cas on évite l'influence du déphasage entre les tensions primaire et secondaire du transformateur 2 survenant pendant les variations de la
charge de l'accélérateur.
Le conformateur 14 de tension en dents de scie contient, par exemple un redresseur biphasé 20, un élément
à seuil 21 relié à la sortie du redresseur 20 et un généra-
teur 22 de tension en dents de scie, déclenché par les signaux de sortie de l'élément à seuil 21. La tension en
dents de scie élaborée par le conformateur 14 a une fr4-
quence deux fois plus élevéeque celle de la tension sur les enroulements du transformateur 2; la formation des portions en pente douce de la tension en dents de scie commençant aux moments o la tension sur les enroulements
du transformateur 2 passe par zéro.
il La sortie du capteur 12 d'écart du courant de faisceau par rapport à la valeur requise est reliée à l'une des
entrées de l'additionneur 13 dont l'autre entrée est connec-
tée à la sortie du conformateur 14 de tension en dents de scie. L'additionneur 13 peut être réalisé avec des
résistances ou sur la base d'un amplificateur opérationnel.
La sortie de l'additionneur 13 est reliée à l'entrée de l'élément à seuil 15 dont le niveau de seuil est
choisi de telle façon qu'en l'abscense de courant de fais-
ceau, la tension minimale à la sortie de l'additionneur 13 soit inférieure et la tension maximale, supérieure au niveau
de seuil.
A la sortie de l'élément à seuil 15 est relié l'élément
différentiateur 16 pour la formation d'impulsions électri-
ques de commande dont le décalage par rapport-aux moments o la tension sur le transformateur 2 passe par zéro est déterminé par la valeur et le signe de l'écart du courant de faisceau par rapport à la valeur de consigne. Ansi qu'il
sera expliqué plus loin lors de la description du fonc-
tionnement du dispositif, ces impulsions de commande se forment lorsque le niveau de seuil de l'élément à seuil 15 est franchi par les portions en pente douce de la tension
en dents de scie à la sortie de l'additionneur 13, corres-
pondant à la croissance des dents de scie, c'est-à-dire qu'elles sont formées à partir des flancs avant du signal de sortie de l'élément à seuil 15. Les impulsions formées par l'élément différentiateur 16 à partir des flancs
arrière du signal de sortie de lélément à seuil 15. c'est-
à dire au moment o le niveau de seuil est franchi par les portions abruptes de la tension en dents de scie à la sortie de l'additionneur 13, correspondant à la décroissance des dents de scie, ne sont pas celles de travail et ne sont
pas utilisées par la suite.
A la sortie de l'élément différentiateur 16 est raccordée une source de rayonnement lumineux dont l'orifice est rempli par des diodes 23 émettrices de mumière, représentées sur la figure 1 comme une seule diode émettrice de lumière. Les diodes 23 convertissent les impulsions électriques de commande issues de la sortie de l'élément différentiateur 16 en impulsions lumineuse assurant le déblocage du photothyristor 11, le nombre de diodes 23 étant déterminé par la puissance du flux lumi-
neux nécessaire à l'enclenchement du photothyristor 11.
Au lieu de diodes émettrices de lumière 23, on peut utiliser comme source de rayonnement lumineux un tube éclair ou un générateur optique quantique. Pour le transfert des impulsions lumineuses des diodes émettrices de lumière 23 au photothyristor 11, il est prévu un guide de lumière 24, par exemple un guide de lumière flexible en fibres de
verre ou un barreau en verre organique.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le niveau de seuil de l'élément à seuil 15 est choisi de telle manière qu'en l'abscence de courant de faisceau) les impulsions électriques de commande sont formées par l'élément différentiateur 16 aux moments o la tension sur le photothyristor 11, en croissant,.atteint une valeur à laquelle le courant du photothyristor est égal à son courant de rétention. Dans ce cas, à la mise en marche de l'accélérateur, lorsque le courant-du faisceau est égal à zéro, le photothyristor 11 sera débloqué pratiquement pendant toute la demi-période de la tension sur le transformateur 2, de sorte que le transformateur de chauffage 5 sera attaqué par les pleines demi-ondes de la tension sinusoïdale et le courant de chauffage de la cathode aura une valeur maximale dépassant le courant de chauffage nominal nécessaire pour maintenir la valeur requise du courant de faisceau. En conséquence, la cathode 6 du tube accélérateur 1 s'échauffera plus vite que si elle était chauffée par le courant de chauffage nominal, et le courant du faisceau atteindra plus vite la valeur requise. Selon le mode de réalisation de l'invention qui est représenté sur la figure 15 le photothyristor 11 est inséré directement entre le secondaire 4 du transformateur haute tension 2 et le primaire du transformateur de chauffage 5. Dans ce cas, le photothyristor 11 se débloque non pas pendant chaque demi-période de la tension sinusoïdale, mais à chaque deuxième demi-période. Pour que le courant de chauffage circule pendant chaque demi- période de la tension sinusoïdale, on peut connecter en
parallèle avec le photothyristor 11 une diode 25 repré-
sentée sur la figure 1 en traits interrompus, le sens de conduction de la diode 25 étant inverse de celui du photothyristor 11. Dans les deux cas, avec et sans la diode 25> le transformateur de chauffage 5 sera attaqué par une tension asymétrique par rapport au niveau zéro, et il est avantageux de réaliser le noyau du transformateur 5 avec une fente pour éviter sa saturation pendant la magnétisation par la composante continue du courant de chauffage. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, illustré sur la figure 2, le primaire du transformateur de chauffage 5 est relié à l'enroulemEnt 4 du transformateur 2 à travers un pont à diodes 26 dans la diagonale duquel est inséré le photothyristor 11. Le pont à diodes 26 redresse la tension appliquée au photothyristor 11, de sorte que celui-ci se débloque à chaque demi-période de la tension sur le transformateur 2 et le courant de chauffage a une forme symétrique par rapport au niveau zéro. Dans le cas o la fréquence d'alimentation de la source de tension accélératrice est relativement élevée, par exemple égale à 400 Hz, l'intervalle de temps depuis le moment du blocage du photothyristor 11 par suite de la diminution de son courant à la fin de chaque demi-période de la tension sinusoïdale, jusqu'au moment de son déblocage par une impulsion hrireuse aufdébut lie-asoi-période suivante, peut s'avérer moindre que le temps de restitution du photothyristor 117 de sorte que celui-ci n'a plus le temps de se bloquer et devient incontrolable. Pour éviter l'apparition de ce phénomène, on a inséré dans la diagonale
14 2490442
du pont à diodes 26, en série avec lephotbthmistor 11, un stabilitron 27 dont la tension de stabilisation est telle que la tension sur le photothyristor 11 est absente pendant un temps au moins égal à son temps de restitution, par suite de quoi la durée des intervalles de temps pendant lesquels le photothyristor 11 se trouve à l'état bloqué augmente. On peut d'ailleurs obtenir le même effet en insérant deux stabilitrons connectés en opposition dans lecirciit1 d 'enroulement4 du transformateur 2, en série avec le pont à diodes 26. Etant donné que la tension de stabilisation du stabilitron est choisie très inférieure àla tension maximale d'alimentation du circuit de chauffage
son introduction influe peu sur la puissance consommée.
Le dispositif selon la présente invention fonctionne
de la manière suivante.
Le transformateur haute tension 2 (figure 1) étant branché sur le réseau à courant alternatif, il se forme sur ses secondaires 3 une tension 28 (figure 3a) qui est redressée par les redresseurs 7 et appliquée à la cathode 6 du tube accélérateur 1. La tension apparaissant sur le secondaire 4 du transformateur 2 est appliquée à travers
le pont à diodes 26 (figure 2) et le primaire du trans-
formateur de chauffage 5 au photothyristor 11. En l'absence d'impulsions lumineuses. le photothyristor 11 demeure bYoqué et la tension sur celui-cilafmed'i sinusoïde re-
dressée 29 (figure 3b). Dans ces conditions, la tension sur le primaire du transformateur de chauffage 5 (figure2) est nulle et le courant de chauffage de la cathode est, lui aussi, égal à zéro. de sorte que la cathode 6 ne s'échauffe pas et n'émet pas d'électrons même en présence de la tension accélératrice. La tension prélevée à l'enroulement 3 (figure 1) à
bas potentiel du transformateur 2 est appliquée au conforma-
teur 14, à la sortie duquel se forme une tension 30 (figure 3c) périodique en dents de scie, qui varie en synchronisme de phase avec la sinusoide redressée 29 (figure 3b) et comporte des portions en pente douce correspondant à la croissance des dents de scie, et des portions abruptes correspondant à la décroissance des dents de scie. Cette tension en dents de scie peut être aussi bien une tension croissante de façon linéaire qu'une
tension décroissante de façon linéaire.
Le circuit 17 (figure 1) de comparaison élabore une tension d'écart 31 (figure 3d) égale à la différence entre la tension de référence de la source 18 (figure 1) et la tension créée sur la résistance 10 par le courant de charge de la source de tension accélératrice, pratiquement égal au courant de faisceau. En l'absence de courant de faisceau, la tension d'écart 31 a une valeur maximale égale à la tension de référence, comme indiqué
dans la partie gauche de la figure 3d.
La tension d'écart 31 s'ajoute à la tension 30 en dents de scie (figure 3c) dans l'additionneur 13 (figure 1) et est appliquée à l'entrée de l'élément à seuil 15. La tension à la sortie de l'additionneur 13 est désignée sur la figure 3e en 32. L'élément à seuil 15 (figure 1) réagit au passage de la tension 32 (figure 3e) par le niveau de seuil,représenté par la ligne tiretée 33, pour élaborer un signal sous forme d'impulsions rectangulaires
34 (figure 3f).
Comme il a été dit plus haut) pour accélérer le réchauffage de la cathode 6 (figure 1) et permettre ainsi au courant de faisceau d'atteindre plus vite la valeur requise, le niveau de seuil de l'élément à seuil 15 est choisi de telle manière que les portions en pente douce de la tension 32 (figure 3e) en dents de scie venant de la sortie de l'additionneur 13 (figure 1) franchissent 3 o ce niveau de seuil au début de chaque demipériode de la tension sinusoïdale 28 (figure 3a), quand la tension sur le photothyristor 11 (figure 2) atteint une valeur à
laquelle son courant est égal au courant de rétention.
L'élément différentiateur 16 (figure 1) transforme les impulsions rectangulaires 34 (figure 3f) de l'élémént à seuil 15 (figure 1) en impulsions courtes 35 (figure 3g) qui sont appliquées aux diodes émettrices de lumière 23 (figure 1). Sous l'action des impulsions positives 35 (figure 3g) résultant de la différentiation des flancs avant des impulsions 34 (figure 3f) de l'élément à seuil 15 (figure 1), les diodes 23 émettent des impulsions lumineuses 36 (figure 3h) dont la position dans le temps, dans les limites de chaque demi-période de la tension sinusoïdale 28 (figure 3a), fournit l'information sur l'acart du courant de faisceau par rapport à la valeur de consigne. Les impulsions négatives 35 (figure 3g) formées à partir des flancs arrière des impulsions 34 (figure
3f) de l'élément à seuil 15 (figure 1) n'ont pas d'inci-
dence sur les diodes émettrices de lumière 23.
Les impulsions lumineuses 36 (figure 3h) débloquent
le photothyristor 11 (figure 2) au bébut de chaque demi-
période de la tension sinusoïdale, le photothyristor 11
restant débloqué pratiquement pendant toute la demi-
période de la tension sinusoïdale et se bloquant lorsque le courant dans le circuit du primaire du transformateur de chauffage 5 devient égal au courant de rétention du photothyri'stor 11. A l'enclenchement du photothyristor 11 la tension sur celui-ci baissa pratiquement jusqu'à zéro et toute la tension développée sur ltnroulement 4 du transformateur 2 se trouve appliquée au primaire du
transformateur de chauffage 5 (la tension sur le photo-
thyristor 11 est indiquée sur la figure 3i en 37).
Il en résulte que le courant de chauffage 38 (figure 3j) circule pendant la quasi totalité de la demi-période de la tension sinusoïdale} de sorte que la valeur moyenne de ce courant s'avère sensiblement supérieure au courant nominal de chauffage, nécessaire pour maintenir le courant de faisceau requis. La cathode 6 (figure 1) se réchauffe intensivement et. dès qu'une température déterminée est atteinte, elle commence à emettre des électrons que le
tube accélérateur 1 concentre en faisceau.
Le courant de charge de la source de tension accélératrice, pratiquement égal au courant de faisceau)
17 2490442
parcourt la résistance 10 en donnant lieu à une chute de tension sur celle-ci. A mesure que le courant de faisceau croit, la tension d'écart 31 (figure 3d) diminue ainsi que, par conséquent la tension 32 (figure 3e) à la sortie de l'additionneur 13(figure 1), les moments de passage de cette tension par le niveau de seuil 33 (figure 3e) de l'élément à seuil 15 (figure 1) se déplaçant vers la droite par rapport aux moments de passage de la tension sinusoïdale 28 (figure 3a) par zéro. En conséquence, les impulsions lumineuses 36 (figure 3h) se déplacent elles aussi vers la droite, de sorte que le photothyristor 11 (figure 2) se débloque plus tard dans chaque demi-période de la tension sinusoïdale et le courant de chauffage 38 circule pendant une partie seulement de la demi-période de la tension sinusoïdale, comme indiqué dans la partie droite de la figure 3j, c'est à dire que la valeur
moyenne du courant de chauffage 38 diminue.
Le déplacement des impulsions lumineuses 36 (figure 3h) continue jusqu'à ce que la valeur moyenne du courant de chauffage 38 (figure 3j) atteigne une valeur à laquelle
le courant du faisceau devient égal à celui requis.
Si au cours du fonctionnement de l'accélérateur, le courant du faisceau augmente et dépasse la valeur requise, la tension d'écart 31 (figure 3d) élaborée par le capteur 12 (figure 1) change de signe, et la tension 32 (figure 3e) à la sortie de l'additionneur 13 (figure 1) peut diminuer à tel point qu'elle ne franchira plus le niveau
de seuil 33 (figure 3e) de l'élément à seuil 15 (figure 1).
Dans ce cas, les impulsions lumineuses 36 (figure 3h) ne sont plus émises, le photothyristor 11 (figure 2)
demeure bloqué et le courant dans le circuit de chauf-
fage de la cathode 6 cesse jusqu'à ce que le courant de
faisceau diminue et atteigne la valeur requise.
En cas d'insertion du photothyristor 11 dans le circuit du primaire du transformateur de chauffage 5 sans le pont à diodes 26, comme illustré sur la figure 1, le dispositif fonctionne d'une manière analogue,
sauf que le photothyristor 11 conduit pendant une demi-
onde dans chace période de la tension de courant alternatif. La présente invention peut être largement utilisée dans les accélérateurs électroniques destinés à irradier les différents matériaux. En augmentant la stabilité du courant de faisceau de l'accélérateur, l'invention assure une meilleure stabilité de la dose d'irradiation, donc une
moindre dispersion des propriétés du matériau irradié.
A part cela, grâce à la réduction du temps nécessaire pour
amener le courant de faisceau ei ré-ime nominal l'applica-
tion de la présente invention permet d'élever le facteur d'utilisation de l'accélérateur et d'augmenter ainsi
le rendement de l'installation pour le traitement de maté-
riaux par faisceau électronique.
Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elles
comprend tous les moyens constituant des équivalents tech-
niques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en
èuvre dans le cadre de la protection comme revendiquée.
Claims (4)
1. Dispositif de stabilisation d'un courant de faisceau électronique dans un tube accélérateur à cathode chaude branchée sur un transformateur de chauffage alimenté à partir de l'un des secondaires du transformateur haute tension d'une source de tension accélératrice, ce disposi- tif comportant un élément photosensible relié à la cathode du tube accélérateur pour le réglage du courant de faisceau et une source rayonnement lumineux pour commander l'élément photosensible, caractérisé en ce qu'il comporte un capteur (12) d'écart du courant de faisceau par rapport à la valeur requise, un conformateur ( 14) de tension en dents de scie
branché sur le transformateur haute tension (2) et fournis-
sant une tension en dents de scie périodique dont les portions en pente douce commencent à se former aux moments o la tension au transformateur haute tension passe par zéro, un additionneur (13) dont l'une des entrées est
reliée à la sortiedcucapteur(12)d'écart du courant de fais-
ceau par rapport à la valeur requise et dont l'autre entrée est reliée à la sortie du conformateur (14) de tension en dents de scie, un élément à seuil (15) relié
à la sortie de l'additionneur et un élément différentia-
teur (16) connecté à la sortie de l'élément à seuil pour la formation d'impulsions électriques de commande aux moments o les portions en pente douce de la tension en dents de scie apparaissant à la sortie de l'additionneur franchissent le niveau de seuil de l'élément à seuil, la source de rayonnement lumineux (23) étant reliée à la sortie de l'élément différentiateur pour la conversion des impulsions électriques de commande en impulsions -0 lumineuses, et l'élément photosensible (11) étant réalisé sous la forme d'un photothyristor inséré dans le circuit
du primaire d transformateur de chauffage (5).
2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le niveau de seuil de l'élément à seuil (15) a une valeur telle que, en l'absence de courant de faisceau, les impulsions électriques de commande soient formées par l'élément différentiateur (16) aux moments o la tension sur le photothyristor (11) lors de son accroissement atteint une valeur qui, lors du déblocage du photothyristor, assure le passage à travers celui-ci d'un courant égal à son courant
de rétention.
3. Dispositif suivant l'une des revendications 1 et 2,
caractérisé en ce qu'il contient un pont à diodes (26) inséré dans le circuit du primaire du transformateur de chauffage (5), le photothyristor (11) étant inséré dans la
diagonale dudit pont à diodes.
4. Dispositif suivant l'une des revendications 1, 2 et
3 caractérisé en ce qu'il contient un stabilitron (27)
connecté en série avec le photothyristor (11).
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