Brevet FR2020666A1 — publié le 19700717

La présente invention concerne les électro-aimants et plus particulièrement des électro-aimants tubulaires à enroulements supraconducteurs pour la production de champsélectromagnétiquestrès intenses utilisés notamment dans la physique des particules. L'électro-aimant tubulaire de la présente invention comporte une zone interne sensiblement exempte de flux dans laquelle peuvent passer des particules chargées avec une déviation négligeable sinon nulle. Un tel électro-aimant est destiné à être monté dans l'anneau de stockage d'un accélérateur dans lequel deux faisceaux de particules chargées sont dirigés l'un vers l'autre pour provoquer un certain nombre de collisions de particules à l'intérieur de l'é- lectro-aimant.Les deux faisceaux de particules sont normalement ac célébrés par les mêmes champs, de sorte que l'énergie apparaissant au moment de la collision est supérieure aux énergies appliquées à chacun des faisceaux de particules. ' D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront dans la description qui va suivre faite en regard de la figure unique représentant une demi-coupe axiale de l'électro-aimant tubulaire, objet de l'invention. Sur la figure, on peut voir que l'électro-aimant comporte une chambre tubulaire de collision 2, dans laquelle circulent les deux faisceaux de particules avant d'entrer en collision au milieu de son axe 20. La chambre tubulaire 2 est en une matière, telle que l'aluminium, qui n'absorbe qu'une fraction limitée des radiations et des particules émises par la collision de manière que la majeure par- tie des radiations ou des particules ou des deux, traversent les parois pour pouvoir être étudiées.L'épaisseur radiale du tube 2 est également suffisante pour qu'il supporte sans déformation les forces de compression radiale. imposées par le champ électromagnétique d'un enroulement 4 de matière supraconductive montée autour du tube 2. Un cryostat 6 qui n'est représenté que schématiquement pour la clarté du dessin, est placé en contact'thermique étroit avec l'enroulement 4. Le cryostat 6 utilise normalement de lthélium liquide comme réfrigérant et les conduites d'alimentation en hélium, ainsi que tous les cibles d'alimentation électriques des enroulements ont également été omis sur la figure. Une chambre à étincelles annulaire 8 est disposée autour de la partie médiane du cryostat 6. Un dispositif 9 est disposé à proximité de la chambre 8 pour enregistrer la trajectoire des particules chargées qui la traversent. Les détails de la chambre 8 et de l'enregistreur 9 ont été omis pour clarifier le dessin car ces éléments sortent du cadre propre de l'invention. Pour pouvoir différencier les particules produites par une collision des particules circulant transversalement par rapport à l'axe 20 , on oblige les premières à se déplacer dans un champ électromagnétique très intense dirigé axialement. La courbure de la trajectoire indique par son orientation la polarité et par son rayon la vitesse de ces particules. Ce champ très intense est produit par un enroulement 10 monté sur un mandrin amagnétique 12. L'enroulement 10 est également à supraconduction , et pour ceci est entouré par un cryostat 14 similaire au cryostat 6 mais de capacité supérieure étant donné le volume de matière plus important qu'il doit réfrigérer. La chambre à étincelles 8 contient une atmosphère composée totalement ou presque totalement d'argon ou d'un autre gaz ou mélange de gaz approprié. Pour faciliter la réalisation de cette chambre, l'espace annulaire compris entre le mandrin 12 et le tube 2 est rendu étanche au gaz par deux plaques d'extrémité 16. Ces plaques d'extrémité peuvent être équipées de raccords (non représentés) permettant de remplir ou de purger l'espace annulaire 18 avec de l'argon ou touteautre atmosphère appropriée. Pour maintenir dans l'espace annulaire 18 le champ électromagnétique aussi parallèle que possible à l'axe 20 de l'appareil, l'ensemble est entouré d'une enceinte de blindage 22. Cette enceinte peut être en tôleide fer ou d'acier de caractéristiquesconvenables, de préférence feuilletéespour réduire les effets des courants de Fou candît. On conçoit que le champ produit par l'enroulement 10 tend à pénétrer à l'intérieur du tube 2 ce qui aurait un effet néfaste de déviation sur les faisceaux de particules circulant le long de l'axe 20. Pour éliminer cet inconvénient, un courant produit par une source séparée ou par la même source que l'alimentation de l'en- roulement 10, est appliqué à l'enroulement 4 pour engendrer à l'in térieur du tube 2 un champ électromagnétique égal et opposé à celui produit par l'enroulement 10. En pratique cette compensation ne peut pas être exacte à cause des effets de bout et pour d'autres raisons. L'invention prévoit donc de revêtir l'intérieur du tube 2 d'une couche cylindrique de matière supraeonductrice agissant comme une cage de Faraday pour faire écran à la pénétration à l'intérieur du tube 2 de tout flux résiduel dû à une mauvaise adaptation des champs électromagnétiques. Ce flux résiduel étant relativement faible, la quantité de matière supraconductrice nécessaire à la réalisation de la cage de Faraday est assez réduite. L'enroulement 4 peut en outre être au moins partiellement compensé pour les effets de bout. Les fils (ou les rubans) utilisés pour la réalisation de l'enroulement 4, doivent être intrinséquement supraconducteurs. Ceci implique que la surface de ces fils doit être suffisante par rapport à leur section droite pour que la chaleur dissipée dans le fil puisse être rayonnée suffisamment rapidement par la surface de za- çon que la température interne ne s'élève jamais au-dessus de la valeur à laquelle la matière redevient normale. Il n'est donc pas nécessaire d'utiliser la matrice habituelle de matière normalement résistive agissant comme un shunt au cas où le supraconducteur redeviendrait normal en fonctionnement, Ceci permet de -éduire le volume de l'enroulement 4 pour un champ donné par rapport à celui qu'impliqueraient des fils non-intrlnsènuement supracondueteurs. L'élimination du cuivre généralement utilisé pour la matrice améliore le rendement de l'appareil en réduisant l'absorption des radiations produites. La stabilisation réalisée habituellement par le cuivre est alors assurée par la supraconductivité rtrinsècue de la matière. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre explicatif, mais nullement limitatif, et qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre. REVEEDICATIONS 1.Générateur de champ électromagnétique de forme tubulaire à l'intérieur de laquelle existe une zone sensiblement exempte de flux, caractérisé en ce qu'il comprend un électro-aimant tubulaire de grand diamètre et un mandrin intérieur coaxial supportant un enroulement de suppression en matière supraeonductrice destiné à être excité par un courant pour produire un champ contrariant le champ de ltélectro-aimant. 2. Générateur de champ électromagnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ltélectro-aimant et l'enrole- ment de suppression ont la forme de deux cylindres creux dont ls é- paration radiale est uniforme. reven reven 3. Générateur de champ electromagnétique selon lFne des/ dications 1 et 2, caractérisé en ce que ltélect o-aimant et leenrou- lement de suppression sont tous deux supportés par un mandrin cylin tique creux en matière amagnétique. 4. Générateur de champ électromagnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'enrou- lement de l'electro-aimant et l'enroulement de suppression sont cha cun entourés par un cryostat. 5. Génerateur de champ électromagnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une chambre annulaire à étincelles et un dispositif d'observation ou d'enregistrement de la trajectoire des particules chargées traversant sensiblement radialement ladite chambre sont montésNl'intérieur de l'é- lectro-aimant mais à l'extérieur de l'enroulement de suppression. 6. Générateur de champ électromagnétique selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif permettant de purger l'intérieur de la chambre å étincelles avec une atmosphère gazeuse de composition appropriée. 7. Générateur de champ électromagnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'inté- rieur du mandrin supportant l'enroulement ie suppression est revêtu d'une couche cylindrique creuse de matière supraeonductrice entourant ou délimitant la zone dans laquelle le flux doit être sensiblement nul. 8. Générateur de champ électromagnétique selon ltune quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les su praconducteurs utilisés pour les enroulements sont des supraconducteurs intrinséques.