Brevet FR2004003A1 — publié le 19691114

L'invention concerne une dispositif faisant dévier les ions, injectés suivant une direction pratiquement parallèle à l'axe de symétrie d'un accélérateur circulaire de particules, suivant une direction sensiblement tangentielle au plan de la trajectoire dans l'accélérateur, en utilisant un condensateur de déviation dans lequel les ions sont injectés. Pour disposer dans un accélérateur circulaire de particules de grandes intensités ioniques, qui ne peuvent pas ou que difficilement être produites dans une source interne d'ions et sont intéressantes notamment pour les expériences portant sur des particules polarisées, on est obligé d'introduire les particules chargées dans l'accélérateurs à partir d'une enceinte extérieure. Le point d'introduction peut coincider avec le centre de l'accélérateur circulaire de particules, mais cette condition n'est pas indispensable. " Nuclear Instr. and Neth.", tome 18/19, 1962, pp 29-31, décrit un montage connu-dans lequel les particules chargées sont injectées au centre de symétrie de l'accélérateur et qui utilise pour la déviation des ions un miroir à ions dans le plan de l'accélérateur. Ce miroir est constitué par une électrode plane, inclinée à 46,5 par rapport à l'horizontale. Cette électrode est reliée à une tension de quelques dizaines de kV, de la polarité repoussant les ions injectés. La contre-électrode est constituée par une grille métallique, disposée parallèlement à l'électrode et à une certaine distance de cette dernière. Cette installation présente toutefois des défauts optiques par suite de la grille.Le dispositif connu ne satisfait en outre pas à toutes les exigences quant à l'énergie cinétique maximale des particules pouvant être déviées par une tension déflectrice constante. I1 est également connu (brevet allemand nO 1.244.985) d'effectuer la déviation du faisceau ionique à l'aide d'un condensateur dont les faces en regard du faisceau ionique sont formées par rotation des courbes déterminées par l'équation. z. log r = C rs z étant la distance d'un plan perpendiculaire à ltaxe de rotation, r la distance radiale de l'axe de rotation, rs une longueur constante et C une constante différente pour chacune des deux faces. La hauteur du condensateur suivant l'axe de rotation est choisie de façon que la trajectoire des particules à l'intérieur du condensateur suive de très près la surface équipotentielle du champ électrique qu'elle a coupé lors de son entrée dans le condensateur. Ce montage connu présente l'inconvénient d'augmenter I'émittance du faisceau dévié, de même que le miroir. L'invention a pour objet un déflecteur électrostatique qui dévie le faisceau ionique sans nuire à sa qualité optique. Selon une particularité essentielle de l'invention, les deux faces du condensateur de déviation en regard du faisceau ionique sont formées par rotation des courbes déterminées par l'équation suivante en coordonnées cylindriques 2 = 1 2 2 z =2 (r r ) +C l'axe z étant parallèle à l'axe de symétrie de l'accélérateur, r une longueur constante et C une constante déterminant la largeur de la o fente du condensateur, et la hauteur du condensateur suivant l'axe z et l'angle déterminé par les faces de délimitation azimutales sont choisis de façon que les ions puissent se déplacer dans le condensateur sur une surface équipotentielle et en sortir dans le plan médian de l'accélérateur. D'autres objets et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous et de la figure unique. Le condensateur de déviation 1 est disposé dans l'accélérateur de façon que l'axe z soit sensiblement parallèle à l'axe de symétrie de l'accélérateur, qui coincide avec la direction de l'intensité B du champ magnétique. Le faisceau ionique 2 pénètre au point 3 dans le condensateur et en sort après déviation au point 4. Les coordonnées cylindriques des faces du condensateur en regard du faisceau ionique sont r et z. r est une longueur o constante qui représente la distance du point d'entrée 3 par rapport à l'axe z. La face du condensateur la plus proche de l'axe z est obtenue avec le signe positif de la constante C, tandis que la face extérieure du condensateur est déterminée par l'équation précédente, avec le signe négatif de la constante C. La largeur de fente du condensateur est déterminée par la valeur de C et dépend essentiellement de la section -du faisceau ionique.Des essais préliminaires simples ou des calculs connus permettent de déterminer la hauteur du condensateur suivant la direction z et l'angle O formé par les faces de délimitatibn azimutales, de façon qu'un faisceau ionique se propageant sur la surface équipotentielle qu'il à coupée en pénétrant dans le condensateur puisse demeurer dans ce dernier jusqu'à ce que la direction de son mouvement ait tourné pour se situer suivant la direction perpendiculaire au vecteur champ magnétique. La longueur constante r correspond à la distance par rapport o à l'axé z du point d'entrée 3 du faisceau ionique, qui doit se situer sensiblement au milieu de la fente du condensateur. Les autres conditions de déplacement du faisceau ionique sur la surface équipotentielle citée sont les suivantes. La longueur r précitée doit être égale à V4 fois le rayon de Larmor mag' qui se détermine de façon connue à partir de la nature et de l'énergie des particules et de l'intensité du champ magnétique. La tension à appliquer aux électrodes est donnée par la relation U = 4 U . dlr P o U étant l'énergie des particules divisée par leur charge électrique et p d la largeur de la fente à l'entrée dans le condensateur. I1 est recommandé de symétriser la tension par rapport au potentiel de terre. Un calcul détaillé montre qu'il est possible d'optimiser comme suit les dimensions du condensateur de déviation. Dans le cas où la largeur de fente est si faible qu'aucune hétérogénéité du champ électrique ne se produit dans les zones marginales du condensateur, la longueur de ce dernier suivant l'axe z est fixée à ro/2. Dans la même hypothèse, l'angle O déterminé par les faces de délimitation azimutales du condensateur est d'environ 20,20. Le point d'-entrée du faisceau ionique doit être choisi de façon que l'angle de propagation des ions dans le condensateur soit sensi blement égal à ( ( 9 #3/2 ro de l'axe z.Afin d'éliminer l'influence o des perturbations marginales du champ électrique sur les qualités du faisceau, les dimensions indiquées doivent être augmentées de la distance d'action des perturbations marginales dans le condensateur, comme la figure le montre qualitativement. I1 faut dans ce cas choisir le point d'entrée du faisceau ionique de façon que l'angle de propagation e des ions soit de 20,2 , tandis que les faces de délimitation azimutales du condensateur déterminent un angle O supérieur à angle de propagation d'une valeur égale à l'angle d'action des perturbations marginales au point 5 du condensateur. Les dimensions suivant la direction z font l'objet de considérations identiques. Il s'est révélé avantageux, avec le dispositif selon l'invention, d'amener le condensateur dans sa position optimale à l'aide d'un dispositif d'ajustage. I1 est avantageux de blinder électriquement le condensateur et le dispositif d'ajustage afin d'éviter un échauffement trop intense par la haute fréquence. Le dispositif selon l'invention est aussi utilisable avan-. tageusement air des accélérateurs circulaires de particules dont l'axe de symétrie ne coîncide pas avec le point d'entrée des ions. R E. V E N D I G A T I O N S 1 z Dispositif faisant dévier les ions, injectés suivant une direction pratiquement parallèle à l'axe de symétrie d'un accélérateur circulaire de particules, suivant une direction située dans le plan de la trajectoire de l'accélérateur, en utilisant un condensateur de déviation, ledit dispositif étant caractérisé en ce que les deux faces du condensateur de déviation en regard du faisceau ionique sont formées par la rotation des courbes dEterminées par l'équation suivante en coordonnées cylindriques 2 = 1 (r2 Z 2 - (F z r) ) + C l'axe z étant parallèle à l'axe de symétrie de l'accélérateur, r une longueur constante et C une constante déterminant la largeur de la fente du condensateur, et que la hauteur du condensateur suivant l'axe z et l'angle déterminé par les faces de délimitation azimutales sont choisis de façon que les ions puissent se déplacer dans le condensateur sur une surface équipo- tentielle et en sortir dans le plan médian de l'accélérateur. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la distance entre le milieu de la fente du condensateur et l'axe z est r = o mag 3 - Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la hauteur du condensateur de déviation est d'environ ro/2. 4 - Dispositif selon les-revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les faces de délimitation azimutales du condensateur de déviation forment un angle d'environ 20,2 5 - Dispositif selon les revendications 3 et/ou 4, caractérisé en ce que les dimensions du condensateur sont augmentées d'une valeur égale à la distance d'action des perturbations marginales du champ électrique dans le condensateur de déviation. 6 - Dispositif selon les revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le condensateur de déviation est ajustable suivant les trois directions 7 - Dispositif selon les revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le condensateur et son dispositif d'ajustage se trouvent dans un espace blindé électriquement.