FR2632804A1 - Accelerateur electrostatique de particules, a fonctionnement en regime impulsionnel - Google Patents

Abstract

L'invention comprend des moyens 16, 18 de production des particules, une électrode accélératrice 8 portée à une haute tension impulsionnelle V par rapport à une autre électrode 2 percée pour permettre le passage des particules accélérées du fait de la tension V, et des moyens pour porter l'électrode accélératrice à la tension V, qui comportent n+1 éléments conducteurs superposés R1, ..., Rn+1, isolés les uns des autres, avec n supérieur à 1. L'électrode accélératrice et l'autre électrode sont respectivement reliées à l'élément de rang n+1 et à l'élément de rang 1. Des noyaux ferromagnétiques F1, ..., Fn-1 sont placés dans les intervalles définis par les éléments de rang 1 à n. Des enroulements de câble coaxial sur chaque noyau sont conçus pour porter l'élément de rang n+1 à la tension V à partir d'une tension V/n. Application à l'accélération d'électrons.

Description

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ACCELERATEUR ELECTROSTATIQUE DE PARTICULES, A

FONCTIONNEMENT EN REGIME IMPULSIONNEL

DESCRIPTION

La présente invention concerne un accélérateur électrostatique de particules à fonctionnement -en régime impulsionnel, c'est-à-dire un accélérateur électrostatique dont La tension accélératrice n'est établie que. pendant une faible

fraction du temps, sous forme d'impulsions récurrentes.

Cette technique assez récente présente l'avantage essentiel de réduire Les ri.sques de claquage aussi bien dans le générateur de tension que dans l'intervalle d'accélération (ou "acceleration gap" selon la terminologie anglo-saxonne) de tels accélérateurs. La technique en question est actuellement utilisée dans les injecteurs d'accélérateurs. à induction, notamment aux Etats-Unis

d'Amérique dans le Laboratoire National de Livermore.

L'accélérateur objet de l'invention fait partie de la famille des accélérateurs dits "de basse énergie", c'est-à-dire des accélérateurs aptes à communiquer aux particules qu'ils -accélèrent des énergies comprises dans un domaine allant d'environ

100keV jusqu'à quelques MeV.

La présente invention trouve notamment des applications dans divers domaines de la recherche en physique, qui nécessitent des particules, des électrons par exemple, accélérés à de telles énergie, ainsi que dans les domaines- de l'implantation ionique et de l'irradiation par des électrons ou des rayons X, ces derniers étant créés par freinage, dans une cible

lourde, d'électrons accélérés grâce à l'invention.

On connait déjà des accélérateurs

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électrostatiques de particules chargées, à fonctionnement en régime impulsionnel, dans lesquels la tension impuLsionnelle appliquée à l'intervalle d'accélération est obtenue au moyen d'un transformateur à noyau fractionné. Le circuit secondaire de ce transformateur ne comporte qu'un seul tour, est relié aux électrodes permettant l'accéLération des particules et embrasse le flux de nl noyaux ferromagnétiques dont les circuits primaires, ne comportant également qu'un seul tour, sont chacun attaqués par une impulsion de tension V1. De cette façon, la tension que l'on obtient

aux bornes du circuit secondaire vaut nlxV1.

Ces accélérateurs connus présentent un inconvénient l.a quantité de matériau ferromagnétique nécessaire à leur réalisation est très grande d'o un coût élevé, des pertes magnétiques importantes et un

encombrement excessif pour ces accélérateurs.

La présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient en proposant un accélérateur électrostatique à fonctionnement enri régime impuLsionnel qui, à performances égales, nécessite une moins grande quantité de matériau ferromagnétique que les

accélérateurs connus mentionnés plus haut.

De façon précise, la présente invention a pour objet un accélérateur électrostatique de particules chargées, à fonctionnement en régime impulsionnel, comprenant: - des moyens de production desdites particules, - au moins deux électrodes qui sont prévues pour l'accélération de ces particules, L'une des électrodes, appelée électrode accélératrice, étant destinée à Itre portée, par rapport à l'autre électrode, à une haute tension impulsionnelle V apte à créer entre les électrodes un champ électrique qui accélère les particules,-Ladite autre électrode étant percée pour permettre le passage des particules accélérées, et - des moyens pour porter l'électrode accélératrice à La haute tension impulsionnelle, cet accélérateur étant caractérisé en ce que les moyens pour porter l'électrode accélératrice à la haute tension impuLsionnelLe comprennent: - un ensemble de n+l éléments-électriquement conducteurs superposés qui sont électriquement isolés les uns des autres, cet ensemble ayant ainsi en une extrémité un élément de rang 1 -et- en son autre extrémité un élément de rang n+1, n étant un nombre entier au moins égal à 2, l'électrode accélératrice étant électriquement reliée à l'élément de rang n+l et ladite autre électrode étant électriquement reliée à L'élément -de rang 1, - au moins n-1 noyaux ferromagnétiques, Les n-1 noyaux étant respectivement placés dans Les n-1 intervalles définis par Les éléments de rangs I à n, et - au moins une-Ligne électrique, ladite ligne éLectrique comportant n-1 enroulements de N tours de câble coaxial dans le même sens, respectivement autour desdits n- 1 noyaux ferromagnétiques et étant conçue pour porter l'élément de rang n+ l à la haute tension impulsionnelle V au moyen d'unetension impulsionnelle de départ égale à V/n, en- augmentant de V/n cette tension de départ à chacun desdits n-1 intervalles à partir du premier de ceux-ci, N étant un nombre

supérieur à 1.

Le fait d'utiliser des enroulements de N tours, N étant un nombre supérieur à 1, permet l'utilisation de noyaux ferromagnétiques de section transversale plus faible que celle des noyaux utilisés dans les accélérateurs connus mentionnés plus haut, et

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donc l'utilisation d'une moins grande quantité de matériau ferromagnétique que dans ces accélérateurs connus. Dans la présente invention, cette quantité peut même être réduite d'un facteur important, de l'ordre de 3 à 10, par rapport à celle qui serait nécessaire, à

performances-égales, dans ces accélérateurs connus.

Selon un premier mode de réalisation particulier de l'accélérateur objet de l'invention, cet accélérateur comprend n lignes électriques respectivement constituées de n cibles coaxiaux, pour tout nombre entier p supérieur ou égal à 2 et inférieur ou égal à n, le cible de rang p fait lesdits N tours sur chaque noyau de rang inférieur ou égal à p-1, pour tout nombre entier k supérieur ou égal à 1 et inférieur ou égal à n, la tresse et l'âme de l'extrémité de sortie du cible coaxial de rang k sont respectivement électriquement reliées à l'élément de rang k et à l'élément de rang k+1, la tension V/n étant appliquée entre l'âme et la tresse de l'extrémité d'entrée de chacun de ces câbles coaxiaux de rang k, chaque enroulement est électriquement isolé des éléments entre lesquels il est placé et la longueur de chaque câble et le moment d'application de la tension V/n à chaque câble sont tels que les tensions V/n arrivent

simultanément aux extrémités de sortie des câbles.

Selon un second mode de réalisation particulier, qui permet la diminution du nombre d'enroulements à bobiner sur les noyaux par rapport au premier mode de réalisation particulier, la ligne électrique est unique et comporte n tronçons de câble coaxial de même longueur, les tronçons de rangs 2 à n comportent respectivement les n-1 enroulements, pou, tout nombre entier p supérieur ou égal à 2 et inférieur ou égal à n, la tresse de l'extrémité d'entrée du tronçon de rang p est électriquement reliée à la tresse se5 'a2632804 de L'extrémité de sortie du tronçon de rang p-1 ainsi qu'à L'élément de rang p-1 tandis que L'âme de L'extrémité- d'entrée du tronçon de rang p est électriquement reliée --l'âme de L'extrémité de sortie du tronçon de rang p-1 ainsi qu'à l'élément de rang p, la tension V/n est appliquée entre l'âme et La tresse de l'extrémité d'entrée du tronçon de rang 1, La tresse et l'âme de l'extrémité de sortie du tronçon de rang n

sont respectivement électriquement reliées à L'élément.

de rang n et à l'éLément de rang n+1l et chaque enroulement est électriquement isolé des éléments entre

lesqueLs il est pLacé.

Dans une réalisation particulière de L'invention, Les électrodes sont situées en regard de L5 'élément de rang 1 de teLLe façon que l'électrode accélératrice soit comprise entre ce dernier et ladite autre électrode, Les éLéments de rangs I à n comportent respectivement n trous coaxiaux, Ladite autre électrode est -raccordée de façon étanche sur son pourtour à l'élément de rang 1, chaque élément est raccordé de façon étanche à l'éLément de rang immédiatement supérieur par un anneau étanche et électriquement isolant qui entoure les trous de ces deux éléments et L'électrode accélératrice est électriquement reliée à l'éLément de rang n+ l par un conducteur électrique qui

traverse les n trous.

Dans une réalisation préférée de l'invention, les éléments de rang 1 à n comportent respectivement n autres trous coaxiaux prévus pour le passage de ladite ligne, les n-1 noyaux ferromagnétiques sont annulaires - et coaxiaux et l'axe commun aux noyaux et lfaxe commun

auxdits autres trous sont confondus.

De préférence, l'axe commun aux noyaux et

l'axe commun auxdits trous sont parallèles.

Dans une réalisation particulière de

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l'accélérateur objet de l'invention, celui-ci comprend en outre un noyau ferromagnétique dans l'intervalle de rang n, compris entre les éléments de rangs n et n+1, et au moins un autre cable coaxial qui comporte un enroulement de N tours sur chacun des n noyaux et dans le même sens que les enroulements de ladite ligne électrique, et qui est prévu pour alimenter en tension au moins Les moyens de production de particules, l'enroulement de L'intervaLle de rang n étant électriquement isolé des éléments entre lesquels il se trouve. Dans ce cas et lorsque la réalisation préférée de l'invention, mentionnée plus haut (éléments respectivement munis desdits autres trous coaxiaux) est utilisée, on peut réaliser l'accélérateur objet de l'invention de façon que le noyau situé dans l'intervalle de rang n soit annulaire, que les n noyaux et lesdits n autres trous qui leur sont associés soient coaxiaux et que chaque autre câble coaxial traverse ces

n autres trous.

La présente invention sera mieux comprise à

la lecture de la description qui suit, d'exemples de

réalisation donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue schématique d'un premier mode de réalisation particulier de l'accélérateur objet de l'invention, - Les figures 2A et 2B illustrent schématiquement les enroulements de cibles coaxiaux utilisés dans ce premier mode de réalisation particulier, - la figure 3 illustre schématiquement des circuits électroniques aptes à engendrer des tensions impulsionnelles d'alimentation de l'accélérateur représenté sur la figure 1, - La figure 4 est un graphique montrant l'évolution temporelle de ces tensions impuLsionneLLes d'alimentation, S - La figure 5 est un graphique qui illustre le cycle d'hystérésis du matériau ferromagnétique dont sont constitués les noyaux que comporte l'accélérateur représenté sur La figure 1, et - la figure 6 est une vue schématique d'un second mode de réalisation particulier de

l'accélérateur objet de L'invention.

Sur la figure 1, on a représenté schématiquement un premier mode de réalisation

particulier de l'accélérateur objet de l'invention.

Dans ce premier mode de réalisation particulier, l'accélérateur comprend un ensemble de n+l éLéments électriquement conducteurs en-forme de plaques, appelés

"répartiteurs équipotentiels" R1, R2,..., Rn, Rn+1.

Les répartiteurs R1 à Rn sont superposés et percés respectivement de n trous coaxiaux T1, T2,..., Tn, de même diamètre. Le répartiteur R1 est raccordé électriquement et de façon étanche à une enceinte à vide 2 en forme de capot, électriquement conductrice et mise à la masse, qui entoure le trou T1 et qui est percée en face de ce trou T1 pour permettre la sortie des particules accélérées comme on le verra par la suite. L'enceinte 2 est raccordée de façon étanche à un tube 4 o est fait Le vide et dans lequel Les particules accélérées poursuivent leur chemin en

direction du. lieu de leur utilisation.

Les n+1 répartiteurs équipotentiels sont électriquement isoLés les uns des autres par n anneaux identiques, électriquement isolants et coaxiaux A1, A2, An. Ces anneaux ont un diamètre intérieur qui est supérieur au diamètre des trous T1,..., Tn et chacun desditSanneaux relie deux répartiteurs de façon étanche et entoure les deux trous dont sont respectivement pourvus ces deux répartiteurs, l'ensemble des n anneaux isolants ayant l'allure d'un tube qui est appelé "tube isolateur" et dont l'axe est celui des trous T1 à Tn. Les anneaux isolants peuvent être réalisés en plastique, en verre ou en céramique et les n+1 répartiteurs équipotentiels peuvent être réalisés dans une plaque métallique. L'étanchéité entre les différents anneaux isolants et les répartiteurs peut être obtenue au moyen de joints toriques non

représentés ou par collage.

Des moyens de pompage 6 sont prévus pour créer un vide approprié dans l'enceinte à vide 2 et dans le tube isolateur, c'est-à-dire dans la zone qui s'étend du répartiteur R1 au répartiteur Rn+1 et qui

est limitée par Les différents anneaux isolants.

L'accélérateur représenté sur la figure 1 comprend également une électrode accélératrice 8 qui est disposée dans l'enceinte 2 en regard de l'ouverture dont celle-ci est munie. Cette électrode accélératrice 8 est alimentée en haute tension impulsionnelle au moyen d'un support tubulaire électriquement conducteur qui s'étend dans le tube isolateur suivant l'axe Xl commun aux trous T1 à Tn, jusqu'au répartiteur Rn+1 auquel il est raccordé électriquement et de façon étanche. Ce répartiteur Rn+1 est percé suivant l'axe X1 commun aux trous T1 à Tn de telle manière que le support tubulaire 10 soit raccordé de façon étanche au répartiteur Rn+l sur la périphérie du trou 12 ainsi obtenu. Ce trou 12 permet le passage d'un ou de plusieurs c bles coaxiaux 14 dans le support tubulaire jusqu'à l'électrode accélératrice 8. Ce ou ces câbles coaxiaux 14 peuvent être utilisés pour les

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différentes alimentations électriques nécessaires au

fonctionnement de cette électrode accélératrice.-

En supposant par exemple que l'accélérateur représenté sur La figure 1 soit destiné à accélérer des électrons, l'électrode accélératrice 8 est creuse et comporte en regard du trou dont est-munie L'enceinte 2, un élément 16 qui est capable d'émettre des électrons Lorsqu'il est chauffé. A cet effet, un filament 18 est disposé à l'intérieur de l'électrode 8 en regard et à proximité de cet élément 16. Le filament 18 est relié, par une extrémité, à l'âme du câbLe coaxial 14 et par son au'tre'extrémité à La tresse de ce câble 14. Comme on le verra par la suite, ce- câble 14 dont une extrémité est ainsi reliée au filament 18, comporte différents enroulements et, en son autre extrémité, une tension électrique continue, fournie par une source appropriée -20, est appliquée entre l'âme et la tresse de ce câble coaxial 14, cette tension continue étant appropriée au chauffage du filament 18. Lorsque ce filament est chauffé, l'élément 16 est également chauffé et émet de ce fait des électrons. Ces électrons sont alors accélérés dans l'espace d'accélération compris entre L'électrode accélératrice 8 et le trou

dont est pourvu l'enceinte 2 et traversent ce trou.

Pour l'accélération d'électrons, la haute tension électrique impulsionnelle qui est appliquée à l'électrode accélératrice est négative, l'enceinte 2

étant mise à la masse.

Les répartiteurs équipotentiels qui sont en forme de plaque, débordent largement d'un côté du tube

isolateur mentionné plus haut, du c té gauche de celui-

ci sur la figure 1. L'accél&rateur représenté sur cette figure I comprend en outre, dudit côté, un ensemble de n-1 noyaux ferromagnétiques annulaires.et feuilletés F1, F2,..., Fn-1. Ces noyaux sont coaxiaux et Leur axe

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commun X2 est paralléle à l'axe X1 commun aux anneaux A1,..., An de sorte que l'ensemble des noyaux superposés est parallèle au tube isolateur, chaque noyau étant compris entre deux répartiteurs équipotentiels, à savoir F1 entre R1 et R2, F2 entre R2

et R3,..., Fn-1 entre Rn-1 et Rn.

Chaque noyau ferromagnétique a par exemple une forme torique de section rectangulaire et peut être réalisé en ferrite, en tôle laminée de Fe-Si ou mieux, en un matériau amorphe du type de celui qui est commercialisé sous le nom "VITROVAC" ou de celui qui

est commercialisé sous le nom "METGLAS".

Les répartiteurs équipotentiels Rl, R2,..., Rn sont en outre percés respectivement de n trous tl, t2,..., tn qui sont coaxiaux, ont un diamètre inférieur au diamètre intérieur des noyaux ferromagnétiques F1 à Fn et ont un axe commun confondu

avec l'axe commun de ces noyaux.

Dans le cas o l'on utilise le câble coaxial 14, un autre noyau ferromagnétique Fn identique aux précédents est également compris entre Les répartiteurs Rn et Rn+1, l'axe du noyau Fn étant l'axe commun aux autres noyaux. Un trou tn+l est alors prévu sur le répartiteur Rn+l, l'axe du trou tn+1 étant l'axe commun aux trous tl à tn. Ce trou tn+l permet le passage du câble coaxial 14, après que celui-ci ait subi différents enroulements sur les noyaux comme on te verra par la suite et avant que ce câble coaxial 14 ne

pénètre dans le support tubulaire 10.

L'accélérateur représenté sur la figure 1 comprend également n câbles coaxiaux C1, C2,..., Cn qui ont tous la même longueur, ainsi que n circuits électroniques CE1, CE2,..., CEn qui sont respectivement associés aux n câbles coaxiaux Cl,..., Cn et qui seront décrits par la suite. Chacun des câbles coaxiaux C1,...,-Cn est relié par une extrémité -ou extrémité d'entrée- au circuit électronique qui-lui correspond- puis comporte un certain nombre d'enroulements -sauf pour Le câble C1 qui ne comporte aucun enroulement- après quoi son autre extrémité --ou extrémité de sortie- est reliée à certains répartiteurs

équipotentieLs, comme on va maintenant l'expliquer.

En L'extrémité de sortie du câble Cl, l'âme de ce c ble Cl est électriquement reliée au répartiteur R2 et sa tresse est électriquement reliée au

répartiteur R1.

A partir de son extrémité d'entrée, le câble C2 traverse Le trou tl, fait N tours sur le noyau Fl et, en son extrémité de sortie, son âme est électriquement reliée-au répartiteur R3 et sa tresse au

répartiteur R2.

A partir de son extrémité d'entrée, le cSble G3 traverse tl, fait N tours sur le noyau Fl1 traverse t2 puis fait N tours sur Lenoyau F2 et, en son extrémité de --20 sortie, son âme est électriquement reliée au

répartiteur R4 et sa tresse au répartiteur R3.

Plus généralement, à partir de son extrémité d'entrée, le câble Ci, i étant un nombre entier supérieur à 1 et inférieur ou égal à n, fait ces N tours sur chacun des noyaux 1, 2,..., i-1 successivement et, en son extrémité de sortie, son âme est électriquement reliée au répartiteur Rî+ 1 et sa

tresse au répartiteur Ri.

Ainsi, le câble Cn fait-il les N tours sur chacun des noyaux F1, F2,.., Fn-1 successivement et, en son extrémité de sortie, son âme est reliée au répartiteur Rn+1 et sa tresse au répartiteur Rn (voir la figure 2A sur laquelle le câble 14 n'est pas représenté). Le sens des enroulements et le même sur tous

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les noyaux concernés et pour tous Les cibles.

Les différentes Liaisons électriques des câbles coaxiaux Cl,..., Cn avec les répartiteurs appropriés R1 à Rn peuvent être réalisées, par souci de simplicité, sur les bords des trous d'axe X2 correspondant à ces répartiteurs, ces trous servant au passage des câbles d'un étage (zone délimitée par deux

répartiteurs) à l'autre de l'accélérateur.

Chacun des circuits électroniques CE1,..., CEn est prévu pour fournir en sortie, en synchronisme avec les autres circuits électroniques, une tension impulsionnelle v de signe approprié aux

particules à accélérer comme on le verra par la suite.

Cette tension v est appliquée à l'âme de l'extrémité d'entrée de chaque cable Cl,..., Cn, dont la tresse est, en cette extrémité, mise à la masse. Chaque câble coaxial 14, Cl,..., Cn est un câble coaxial haute tension, capable de supporter sans sourt-circuit ladite tension v qui vaut par exemple 20 kV. Par ailleurs, pour éviter tout court-circuit entre les répartiteurs du fait des enroulements de câbles coaxiaux qui sont placés entre ces répartiteurs, chaque répartiteur R2, R3,..., Rn est pourvu sur ses deux faces, du côté du tube isolateur o sont situés les noyaux, d'un revêtement 21 électriquement isolant par exemple fait d'une matière plastique électriquement isolante et capable de supporter la tension v. Il en est de même pour les répartiteurs R1 et Rn+1 excepté que pour ces derniers le revêtement 21 est simplement placé sur les faces internes respectives de ces répartiteurs R1 et Rn+1. Les câbles coaxiaux 14, Ci,... , Cn peuvent en outre être pourvus d'une gaine électriquement isolante. Le câble coaxial 14 muni de la source de tension 20 à son extrémité d'entrée, accomplit Le cheminement suivant à partir de cette extrémité: il traverse Le trou tl, fait N tours sur Le noyau Fl, traverse Le trou t2, fait N tours sur le noyau F2, et ainsi de suite jusqu'au noyau Fn sur Lequel il fait N tours puis sort par le trou tn+1 et passe dans le support tubulaire 10 (voir également La figure 2B sur laquelle Les câbles Cl,..., Cn ne sont pas représentés). Le sens des enroulements -du cable 14 est le même que le sens des enroulements des câbles Cl à Cn. La structure des enroulements des câbles Cl à Cn, que l'on vient de.dé,crire, fait que, à chaque étage, ou zone délimitée par deux répartiteurs équipotentiels, la tension imputsionnelle v est augmentée de. La quantité v si v est positif, ou au contraire est diminuée de La quantité v si v est négatif (cas de l'accélération d'électrons par exemple). Par conséquent, étant donné qu'il y a n-1 étages -respectivement associés aux noyaux F1 à Fn-1, la haute tension impuLsionneLLe V qui alimente l'électrode accélératrice 8 et qui est -en fait établie dans L'espace d'accélération vaut

v + (n-1)v =n.v.

A titre d'exemple, pour un accélérateur de 400 keV, dans Lequet la haute tension impuLsionnelle V vaut en'valeur absolue, 400 kV, et qui comporte au total 20 étages (n=20), La tension impuLsionnelle v devant être appliquée à chacun des cables Cl,..., Cn

est en valeur absolue égale à 20 kV.

Le nombre de tours N est déterminé de telle façon qu'il soit au moins éal à: -1 v.t.S.(DB) formule dans laquelle t représente La durée d'une impulsion, S représente la section transversale de chaque noyau torique et DB représente la variation

d'induction admissible dans ce noyau.

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Si l'on utilise des noyaux en METGLAS 2605 Co, pour lesquels la quantité DB vaut 3,4T et qui ont une section transversale de 55 cm, le nombre de tours N nécessaires pour des impulsions de durée ou largeur tI valant 2,5 microsecondes est égal à 3. I Les enroulements que comporte le cible coaxial 14 lui permettent de transporter, sans claquage, la tension qui lui est fournie par la source

,-jusqu'au filament 18.

Sur la figure 3, on a représenté schématiquement, les circuits électroniques CE1,..., CEn d'alimentation des cibles coaxiaux Cl,..., Cn. Ces n circuits électroniques sont identiques et le schéma de l'un d'entre eux, à savoir CE1, est représenté sur

la figure 3.

Chacun de ces circuits électroniques permet d'aboutir à la tension impulsionnelle v (égale à V/n) en partant d'une tension continue qui est successivement établie et interrompue à la cadence voulue grâce à une pluralité de transistors qui forment un commutateur et qui sont commandés par des impulsions

électriques de fréquence appropriée.

Plus précisément, chaque circuit tel que CE1 comprend des moyens classiques 22 qui sont capables de fournir une tension continue de 300 volts par

redressement de la tension fournie par le secteur.

Cette tension continue est disponible en l'une, référencée bl, des deux bornes des moyens 22, l'autre

borne b2 de ces moyens 22 étant mise à la masse.

Le circuit CE1 comprend également une pluralité de transistor MOS de puissance 24 qui sont montés en parallèle. Les sources de ces transistors sont mises à la masse. Un générateur 26 envoie des impulsions de commande, de durée t, aux grilles des transistors 24, ces grilles étant 'reliées les unes aux 1s5 2632804 autres en un point référencé b3. Ce générateur 26 envoie les mêmes impulsions de- commande, en synchronisme, à tous les circuits. CE1,..., CEn o-u plus précisément à toutes les griles des transistors de -ces circuits. Revenant au circuit CE1, La tension continue issue des moyens 22 est appliquée à une borne b4 du circuit primaire d'un transformateur 28 et l'.autre borne b5 du circuit primaire de ce transformateur 28 est reliée aux drains des transistors 24. Ces transistors 24 permettent ainsi d'engendrer une impulsion de durée t et d'amplitude 300 V. I En l'extrémité d'entrée du cible coaxial Cl, la tresse de ce c ble est mise à tla masse tandis que son âme est reliée à une borne b6 du circuit secondaire du transformateur 28 et reçoit ainsi une tension impulsionnelle destinée à constituer la tension impulsionnelle v. L'autre borne b7 du circuit secondaire. du transformateur 28 est reliée à la masse par l'intermédiaire d'un condensateur électrolytique 30 dont La borne - est reliée à La borne b7 et qui sert à

démagnétiser les différents noyaux F1, F2,..., Fn.

Pour obtenir une tension impulsionnelle v d'amplitude 20 kV il faut que le transformateur 28 ait

un rapport de transformation égal à' 20000/300 soit 66.

Bien entendu, ce transformateur 28 est monté de telle manière que l'on obtienne une- tension impulsionnelle v (et donc une - haute tension impulsionnelle V) de signe convenable pour les particules accélérées. Dans le cas d'électrons, les tensions v et V sont négatives comme on l'a déjà

indiqué plus haut.

Le courant fourni par les transistors 24 peut être calculé à partir du courant moyen I du faisceau de particules que L'on-souhaite accélérer. Par exemple,

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si l'on veut que I soit de L'ordre de 100 mA et si la -

fréquence des impulsions est de 4 kHz, le courant-créte accéléré doit être de l'ordre de 10A et les transistors 24 doivent fournir au total environ 660A. Or, on trouve dans Le commerce des transistors capables de fournir

A. On utilisera donc 15 transistors en parallèle.

Pour un nombre n de circuits égal à 20, la commande de l'accélérateur nécessite donc 300 transistors MOS de puissance. Chaque circuit électronique tel que CE1 comprend également un condensateur électrolytique 32 et une diode rapide 34 montés en série entre Les bornes du circuit primaire du transformateur 28: La borne - du condensateur 32 est reliée à la borne b4 et sa borne + à l'anode de la diode 34 dont la cathode est reliée à la borne b5. Une diode Zener 36 est montée entre les bornes du condensateur 32: son anode est reliée à la

borne b8 et sa cathode à la borne b4.

Un autre condensateur éLectrolytique 38 est relié à la masse par sa borne - et à la borne b4 par sa borne +. Le condensateur 32 a pour fonction d'absorber le courant de démagnétisation du transformateur 28 et le condensateur 38 a pour fonction de filtrer la

tension du secteur redressée.

La diode rapide 34 et la diode Zener 36 sont prévues pour régler une tension v qui assure La démagnétisation du transformateur 28. Bienentendu, Le signe de cette tension v est convenablement choisi en fonction de la charge des particules à accélérer. Elle 0 est positive dans le cas o ces particules sont des électrons. Si l'on prend une tension v de 30 volts, La o démagnétisation dure environ 25 microsecondes. Cette tension v est appliquée à La borne b7. Une résistance électrique 40 est montée entre la masse et Le point b3 et a pour fonction de polariser les grilles des transistors. Sur La figure 4, on a représenté les variations de -v en fonction du temps t en supposant v négatif. La démagnétisation des noyaux F1 à Fn-1 est en principe assurée-par ta partie négative de la courbe de la figure 4. L'application de la tension v contribue o

également à cette démagnétisation.

-La courbe de la figure'5 représente le cycle d'hystérésis du matériau constituant les noyaux ferromagnétique F1,..., Fn, cette courbe montrant Les variations de l'induction magnétique B en fonction du champ magnétique H. Le point du cycle correspondant à la démagnétisation est le point al pour lequeL H est nul et B vaut -Br (induction rémanente). Une impulsion correspond au parcours de la branche droite du cycle, du point al jusqu'au. point a2 qui correspond à Bsat (induction de saturation). La quantité DB mentionnée plus haut est telle que:

DB = Br + Bsat.

Dans le premier mode de réalisation particulier, on a utilisé des circuits électroniques synchrones et des câbles Cl à Cn de même longueur de façon que les impulsions de tension v arrivent simultanément aux étages qui leur correspondent respectivement et puissent s'ajouter pour donner la tension V. En variante, on peut concevoir un accélérateur dans lequel les câbles Cl,..., Cn ont des longueurs différentes et sont respectivement associées à des circuits électr.oniques. qui fournissent des- impulsions de tension v présentant Les unes par rapport aux autres des retards temporels calculés en fonction des longueurs différentes des câbles, de façon que les impulsions de tension v arrivent toujours simultanément aux étages qui leur correspondent respectivement. Sur la figure 6, on a représenté schématiquement un second mode de réalisation particulier de l'accélérateur objet de l'invention, qui

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permet de diminuer le nombre d'enroulements sur les

noyaux ferromagnétiques F1 à Fn-1.

Ce second mode de réalisation diffère du premier par Le fait que les n câbles coaxiaux C1,..., Cn sont remplacés par un circuit unique formé de n tronçons de cibles coaxiaux haute tension de même longueur cl, c2,..., cn, capables de supporter La

tension impuLsionnelle v sans claquage.

Les tronçons c2, c3,..., cn font chacun N tours dans le même sens, respectivement sur Les noyaux Fl, F2,..., Fn-1. Pour tout i, i étant supérieur ou égal à 2 et inférieur ou égal à n, le tronçon ci a une extrémité d'entrée située du côté du répartiteur Ri-1 et une extrémité de sortie située du côté du répartiteur Ri. Pour tout couple de tronçons adjacents ci et cit1, pris parmi les tronçons c2 à cn, l'âme de l'extrémité de sortie de ci est électriquement reliée à l'âme de l'extrémité d'entrée de ci+l ainsi qu'au répartiteur Ri+1 comme on le voit sur la figure 6 et la tresse de l'extrémité de sortie de ci est électriquement reliée à la tresse de l'extrémité

d'entrée de ci+1 ainsi qu'au répartiteur Ri..

De plus, en l'extrémité d'entrée du tronçon cl, la tension v engendrée par un circuit électronique du genre de celui qui est représenté sur la figure 3 est appliqué à l'âme de cl tandis que la tresse de ce dernier est mise à la masse et, en l'extrémité de sortie de cl, l'âme de ce dernier est reliée à l'âme de l'extrémité d'entrée de c2 ainsi qu'au répartiteur R2 tandis que la tresse de cl est reliée à la tresse de

l'extrémité d'entrée de c2 ainsi qu'au répartiteur R1.

Enfin, en l'extrémité de sortie de cn, l'âme de ce dernier est électriquement reliée au répartiteur Rn+1

et sa tresse au répartiteur Rn.

Le câble coaxial 14 est branché de la manière

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indiquée dans La description de La figure 1 et effectue

encore N enroulements dans Le -même sens que Les enrouLements des tronçons c2 à cn, sur chacun des

noyaux F1 à Fn.

Les répartiteurs R1 à Rn+l sont encore munis de revêtements électriquement isolants 21 comme on L'a

expliqué dans La description de La figure 11 pour éviter

des courts-circuits entre ces répartiteurs. En outre, les câbles coaxiaux 14 et cl à cn peuvent être pourvus

d'une gaine électriquement isolante.

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Claims (8)

REVENDICATIONS

1. Accélérateur électrostatique de particules chargées, à fonctionnement en régime impulsionnel, comprenant: - des moyens (16, 18) de production desdites particules, - au moins deux électrodes (2, 8) qui sont prévues pour l'accélération de ces particules, l'une (8) des électrodes, appelée électrode accélératrice, étant destinée à être portée, par rapport à l'autre électrode (2), à une haute tension impulsionnelle V apte à créer entre les électrodes un champ électrique qui accélère les particules, ladite autre électrode étant percée pour permettre le passage des particules accélérées, et - des moyens pour porter l'électrode accélératrice à la haute tension impulsionnelle, cet accélérateur étant caractérisé en ce que les moyens pour porter l'électrode accélératrice à la haute tension impulsionnelle comprennent: - un ensemble de n+1 éléments électriquement conducteurs superposés (R1,..., Rn+1) qui sont électriquement isolés les uns des autres, cet ensemble ayant ainsi en une extrémité un élément de rang 1 et en son autre extrémité un élément de rang n+1, n étant un nombre entier au moins égal à 2, l'électrode accélératrice (8) étant électriquement reliée à l'élément de rang n+1 et ladite autre électrode (2) étant électriquement reliée à l'élément de rang 1, - au moins n-1 noyaux ferromagnétiques (F1, Fn-1), les n-1 noyaux étant respectivement placés dans les n-1 intervalles définis par les éléments de rangs I à n (R1,..., Rn), et - au moins une ligne électrique (C1,..., Cn cl,..., cn), Ladite Ligne électrique comportant n-1 enrouLements de N-tours:de cibLe coaxial dans Le même sens; respectivement autour desdits n-1 noyaux ferromagnétiques (F1,..., Fn-1)- et étant conçue pour porter l'éLément (Rn+l) de rang n+l à la haute tension impuLsionnelle V au moyen d'unetension impuLsionnelle de départ égaLe à Vin, en augmentant de V/n cette tension de départ- à chacun desdits n-1 intervaLLes à partir du premier de ceux-ci, N étant un nombre

supérieur à 1.

2. AccéLrateur seLon La revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend n lignes électriques respectivement constituées de n câbles coaxiaux (Cl, - Cn), en ce que, pour tout nombre entier p supérieur ou égal à 2 et inférieur ou égal à n, le câble de rang p, fait lesdits N tours sur chaque noyau de rang inférieur ou égal à p-1, en ce que, pour tout nombre entier k supérieur ou égal à 1 et inférieur ou égaL à n, la tresse et l'âme de l'extrémité de sortie du câbLe coaxial de rang k sont respectivement électriquement reliées à l'élément de rang k et à l'élément de rang k+1, la tension V/n étant appliquée entre l'âme et La tresse de l'extrémité d'entrée de chacun des n câbles coaxiaux, en ce que chaque enroulement est électriquement isolé des éléments entre Lesquels il est placé et en ce que la longueur de chaque câble et Le moment d'application de la tension Vi/n à chaque câble sont tels que les tensions Vin arrivent simultanément

aux extrémités de sortie des câbles.

3. Accélérateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la Ligne électrique est unique et comporte n tronçons.cc1,..., cn) de câble coaxial de même Longueur, en ce que Les tronçons de rangs 2 à n comportent respectivement les n-1 enroulements, en ce que, pour tout nombre entier p supérieur ou égal t 2 et

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inférieur ou égal à n, la tresse de l'extrémité d'entrée du tronçon de rang p est électriquement reliée à la tresse de l'extrémité de sortie du tronçon de rang p-1 ainsi qu'à l'élément de rang p-1 tandis que l'âme de l'extrémité- d'entrée du tronçon de rang p est électriquement reliée à l'âme de L'extrémité de sortie du tronçon de rang p-1 ainsi qu'à l'élément de rang p, en ce que la tension V/n est appliquée entre l'âme etla tresse de l'extrémité d'entrée du tronçon (cl) de rang 1, en ce que la tresse et l'âme de l'extrémité de sortie du tronçon de rang n sont respectivement électriquement reliées à l'élément de rang n et à l'élément de rang n+l et en ce que chaque enroulement est électriquement isolé des éléments entre lesquels il

est placé.

4. Accélérateur selon l'une quelconque des

revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les

électrodes (2, 8) sont situées en regard de l'élément de rang 1 de telle façon que l'électrode accélératrice (8) soit comprise entre ce dernier et ladite autre électrode (2), en-ce que les éléments (R1,..., Rn) de rangs 1 à n comportent respectivement n trous coaxiaux (T1,..., Tn), en ce que ladite autre électrode (2) est raccordée de façon étanche sur son pourtour à l'élément (R1) de rang 1, en ce que chaque élément est raccordé de façon étanche à l'élément de rang immédiatement supérieur par un anneau étanche et électriquement isolant (A1,..., An) qui entoure les trous de ces deux éléments et en ce que l'électrode accélératrice (8) est électriquement reliée à l'élément (Rn+l) de rang n+l par un conducteur électrique (10) qui traverse les n trous.

5. Accélérateur selon l'une quelconque des

revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les

éléments (R1,..., Rn) de rang 1 à n comportent respectivement n autres trous coaxiaux, (tl,..., tn) prévus pour le passage de ladite ligne, en ce que les n-1 noyaux ferromagnétiques (F1,..., Fn-1) sont annulaires et coaxiaux et en ce que L'axe-(X2) commun aux noyaux et L'axe commun auxdits autres trous sont confondus.

6. Accélérateur selon les revendications 4 et

5, caractérisé en cé que L'axe (X2) commun aux noyaux (F1,.-.., Fn-1) et l'axe (Xl) commun auxdits trous-(T1,

Tn) sont parallèLes.

7. Accélérateur selon l'une quelconque des

revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'iL comprend

10. en outre un noyau ferromagnétique (Fn) dans L'intervalle de rang n, compris entre les éléments de rangs n et n+1, et au moins un autre c ble coaxial (14) qui comporte un enroulement de Ntours sur chacun des n noyaux et dans Le-même sens que les enroulements de ladite ligne électrique, et qui est prévu pour alimenter en tension au moins les moyens (16, 18) de production de particules, l'enroulement de l'intervalle de rang n étant électriquement isolé des éléments entre

lesquels il se trouve.

8. Accélérateur selon Les revendications 5 et

7, caractérisé en ce que le noyau situé dans l'intervalle de rang n est annulaire, en ce que les n noyaux (F1,..., Fn) et lesdits n autres trous (tl, tn) sont coaxiaux et en ce que chaque autre c ble

coaxial (14) traverse ces n autres trous.