Brevet FR2026783A1 — publié le 19700918

i 2026783 La présente invention se rapporté à un générateur de neutrons comportant une source d'ions située à un potentiel de haute tension pour la création d'un faisceau de rayons ioniques et une cible où le faisceau de rayons 5 ioniques produit des neutrons par des réactions nucléaires. Les générateurs de neutrons sont des appareils de physique nucléaire dont on n'a tout d'abord eu besoin qu'en nombre relativement faible et qui représentent une valeur considérable. De tels appareils sont èn outre, notam-10 ment dans des buts de recherche en physique nucléaire, toujours à adapter à des tâches tout à fait spéciales et réclament des conceptions d'un ou de plusieurs élémënts de construction remplissant ces tâches de façon optimum* De ce fait une mise de fonds 15 considérable est donc nécessaire qui limite au strict minimum les applications des générateurs de neutrons. On connait des générateurs de neutrons dans lesquels la source d'ions est soumise à tin potentiel élevé et est raccordée à l'orifice d'une enceinte sous-20 vide. On connait aussi des générateurs de neutrons dans lesquels une électrode soumise à un potentiel élevé est suspendue et isolée dans une enceinte sous vide mise au potentiel de la terre. 25 L'invention a notamment pour but de proposer un générateur de neutrons qui ait de nombreusës applications et qui puisse être adapté suivant un optimum économique à des tâches•différentes. A.cet effet l'invention con-30 cerne un générateur de neutrons comportant une source d'ions portée à un potentiel élevé et isolée dans une enceinte sous vide pour la création d'un faisceau de rayons ioniques produisant au contact d'une cible des neutrons par des réactions nucléaires, générateur caractérisé en ce que la source d'ions est rassemblée 35 en tant qu'imité de construction dans une enceinte de révolution supportée par plusieurs isolateurs s'appuyant radialement sur cette enceinte et orientés perpendiculairement au faisceau des rayons ioniques, cette enceinte étant entourée de tous côtés par une enceinte métallique sous vidé située au potentiel de la terre 40 et sur laquelle du côté opposé à l'orifice de sortie des ions est 69 43946 2 2026783 disposée une bride de sortie à laquelle on peut raccorder au choix des ensembles contenant les porte-cibles adaptés à des tâches spécifiques et des électrodes de captation et/ou de focalisation du faisceau de rayons ioniques* 5 Dans ce cas, la source d'ions est plus avantageusement supportée par deux isolateurs dont l'un est solidaire de l'enceinte sous vide et détachable de l'enceinte de la source d'ions et l'autre solidaire de l'enceinte de la source d'ions et détachable de l'enceinte sous vide, l'unité for- I - ♦ 10 mée par l'enceinte de la source d'ions et l'isolateur pouvant se retirer latéralement de l'enceinte sous vide» La charge de courant que peut supporter la source d'ions est augmentée pair un refroidissement par liquide, la source d'ions étant alimentée en liquide isolant 15 de réfrigération par un alésage dans l'isolateur de soutien. Pour introduire le gaz deuté-rium dans la source d'ions, on a disposé à l'extrémité opposée a 1'isolateur amovible de cette source d'ions un détendeur de gaz qui communique avec la source d'ions par un tube guidé à 20 travers l'isolateur et est alimenté en deutérium par un tube souple électriquement isolé. A l'enceinte soUs vide entourant la source d'ions on peut raccorder un ensemble constitué -par une électrode de captation et un porte-cible, l'électrode 25 de captation et le porté-cible étant situés au potentiel de la terre. D'ans ce cas, il es.t aussi possible de concevoir la cible comme une cible tournante. Si l'on réclame un intervalle plus important èntre la source d'ions et la cible pour une taille de cible prédéterminée, on peut raccorder à l'enceinte sous vide 30 un système de lentille électrostatique pour la' focalisation du faisceau de rayons ioniques et un tube d'ions pour recevoir la cible. Si on doit appliquer à la source d'ions une tension plus élevée, la dite source est avan-35 tageusement entourée d'une enveloppe en tôle suspendue et isolée, dont le potentiel est inférieur à celui de la source d'ions. Dans ce cas, il est aussi possible de relier électriquement l'enveloppe en tôle à une électrode de focalisation. Une autre variante possible kO consiste en ce que, à l'enceinte sous vide entourant la source 69 43946 3 2026783 d'ions, on raccorde une électrode de captation située au potentiel de la terre et une enceinte de cible suspendue isolée dans une enceinte sous vide et située à un potentiel haute tension négatif*. Les ions pénétrant dans l'enceinte de la cible ont de 5 par cette disposition déjà reçu une accélération préalable telle qu'on parvient à un doublement de l'énergie ionisante en évitant les difficultés inhérentes à un doublement de la tension de la source d'ions. Pour le cas où l'on réclame un plus grand intervalle entre l'accélérateur et la cible on peut disposer entre 10 la source d'ions et la cible un système de focalisation à tension de focalisation réglable. Pour un relèvement supplémentaire de l'énergie des ions on applique au système d'électrodes accélérant les ions dans la direction de la cible une tension 15 modulée de haute fréquence suivant le principe connu des accélérateurs linéaires. La source d'ions peut, au lieu de l'aimant permanent destiné à créer le champ magnétique, Stre aussi équipée d'une bobine. Dans ce cas, il est avantageux 20 d'alimenter cette bobine à partir de la source de courant de chauffage de la source d'ions soumise à un potentiel élevé. Dans ce cas la tension alternative prélevée au transformateur de chauffage est redressée et commandée par un organe de réglage disposé ^ i dans le bloc de raccordement des conduites d'alimentation. Grâce 25 à 'cette mesure on économise un transformateur séparateur qui serait nécessaire autrement pour l'alimentation en tension de la source d'ions. Des modes de réalisation de l'invention sont représentés, à titre d'exemples non limitatifs, 30 sur les dessins ci-joints dans lesquels : - La figure 1 montre une source d'ions placée dans une enceinte sous vide. - La figure 2 montre un générateur de neutrons comportant un support de cible mis à la terre. 35 - La figure 3 montre un géné rateur de neutrons comportant un système de focalisation et une électrode de commande entourant la source d'ions. - La figure k montre un générateur de neutrons comportant un porte cible situé à un potentiel 40 haute tension négatif. 69 43946 4 2026783 - La figure 5 montre un générateur de neutrons comportant un système de focalisation et un porte-cible situé à un potentiel haute tension négatif. Sur la figure 1, la source . 5 d'ions 1 est portée par les isolateurs de soutien 2 et 3» L'isolateur de soutien 2 est disposé élastiquement dans l'enceinte sous vide 4 entourant la source d'ions et il est poussé dans une portée de l'enceinte 5 de .la source d'ions. L'isolateur de soutien 3 est solidaire de l'enceinte 5 de la source d'ions. . i 10 Cette unité constituée par l'enceinte de la source d'ions, l'isolateur de soutien et la bride porteuse 401 peut, après que l'on ait détaché la liaison par bride, être extraite latéralement de l'enceinte sous vide. La source d'ions 1 est entourée de l'enceinte métallique 5 possédant un orifice 501 de sortie des ions 15 et un couvercle 502. Après enlèvement du couvercle 502, la bride 101 portant la cathode et. rendue étanche vis-à-vis de l'enceinte 5 et du canal de refroidissement 102 par un joint d'étanchéité 1^3, peut être enlevée pour l'échange de la cathode sans-que l'on ait à Vidanger le liquide de refroidissement. 20 Dans l'alésage central 301 de l'isolateur 3 se trouve un tube en acier inoxydable 302 conduisant le courant de l'anode et guidé à travers la pièce conique de raccord 303 constituée par un matériau isolant. Pour 1'alimentation de la source d'ions en gaz deutérium on fait passer à 25 travers le tube 302 un tube de cuivre 304 isolé extérieurement et relié d'un côté à la bride de la cathode et de l'autre côté à une vanne à pointeau 305 commandée mécaniquement ou par la pression du gaz. Dans le tube 302 se trouve en 30 outre un câble 306 servant en même temps que le tube 304 à l'alimentation de la cathode en courant de chauffage. Par le tube 304 et le câble 306, on fait passer aussi le courant nécessaire au maintien du plasma et passant par l'anode et le tube 302. Pour alimenter en tension 35 l'électrode intermédiaire 105 on fait passer en outre à travers le tube 302 un câble isolé 307 qui est raccordé à des éléments de connection connus. Dans le tube 302 se trouve • aussi un tuyau souple 308 pour l'évacuation du liquide refroi-40 dissant la source d'ions. L'arrivée du liquide de refroidisse- 69 43946 5 2026783 ment se fait par le reste de la section du tube 302. Sur la pièce conique de raccordement 303 est rapporté un bloc de raccordement 309 étanche à l'huile et constitué par un matériau isolant. Pour l'alimen-5 tation de la source d'ions en haute tension, tension de pulsation et courant de chauffage,sont disposées dans le bloc de raccordement 309 des connections non représentées, la haute tension étant amenée par un câble et les tensions d'alimentation de la source d'ions par des transformateurs non représentés. 10 La vanne à pointeau 305 est montée sur un barreau isolant et alimentée en gaz deutérium par un tuyau souple isolant. Dans le bloc de raccordement 309 sont encore prévus des canaux non représentés pour l'alimentation en liquides de refroidissement. 15 A la bride 402 de l'enceinte sous vide entourant la source d'ions 1 on peut raccorder une pompe à vide poussé et à la bride d'aspiration 403 peuvent être raccordés des ensembles contenant des porte-cibles adaptés à des tâches déterminées et des électrodes pour la captation et/ou la 20 focalisation des faisceaux de rayons ioniques. Sur la figure 2 on a raccordé à la bride. 403 de l'enceinte sous vide 4 un ensemble contenant une électrode de captation 6 située au potentiel de la terre et un porte cible 7 portant une cible 8. L'intervalle de la cible 25 avec le plan d'entrée des ions dans l'alésage de l'électrode de captation peut être par exemple de 100 à 200 mm pour un diamètre de cible de 30 à 100 mm. Le porte-cible est équipé d'un refroidissement par gaz. ou par liquide. Au lieu de la cible fixe on 30 peut aussi incorporer une cible tournante non représentée. Sur la figure 3 est représenté le raccordement d'un autre ensemble contenant un système 9 de focalisation. Dans ce cas on applique par exemple à la source d'ions 1 une haute tension positive d'environ 150 kV, à l'élec-35 trode de focalisation 901 une haute tension positive d'environ 100 kV et à l'électrode de focalisation 902 une tension variable se situant par exemple dans la zone de -30 kV à + 30 kV. Pour pouvoir appliquer urne tension plus élevée à la source d'ions, l'enceinte 5 de la dite 40 source est entourée d'une enveloppe de tôle 10 suspendue et iso- 69 43946 6 2026783 lée dont le potentiel est inférieur à celui de la source des ions. Cette enveloppe de tôle peut aussi être reliée de façon conductrice par exemple à l'électrode de focalisation 91» Sur la figure 4 on a raccordé 5 à la bride 403 un autre ensemble dans lequel la cible 8 est disposée de façon isolée dans une enceinte sous vide 11 et portée à un potentiel haute tension négatif. L'électrode de captation 6 se trouve au potentiel de la terre et la source des ions à un potentiel positif élevé. On atteint de ce fait un doublement de 10 l'énergie des ions en évitant les difficultés qui pourraient survenir lorsque l'on double la tension de la source des ions et que la cible est au potentiel de la terre. L'enceinte de la cible est maintenue par deux isolateurs de soutien 12, 13 qui la saisis-15 sent latéralement. Par l'isolateur 12 on fait passer le câble à haute tension 14 et par les alésages 15 dans l'isolateur 13 on introduit et on évacue l'agent de refroidissement liquide pour le refroidissement de la cible. Egalement dans la figure 5 la 20 cible est soumise à un potentiel haute tension négatif et est suspendue et isolée dans une chambre maintenue sous vide. A cause de l'intervalle plus important exigé entre la source d'ions et la cible, il est prévu un système de focalisation 9 à tension de focalisation réglable. Le porte-cible 7 est disposé en même 25 temps que la cible 8 dans un tube ionique l6. Le tube ionique l » est entouré d'une enceinte 17 située au potentiel de la terre et qui est raccordée de façon étanche au vide à l'enceinte l8 du" système de focalisation. Les avantages de- la présente 30 invention résident notamment dans le fait que les générateurs de neutrons peuvent être adaptés d'une façon économique optimum à des taches différentes avec des dépenses essentiellement moindres que celles faites jusqu'à maintenant si bien que leurs domaines d'appl cation en sont sensiblement élargis. A' ceci est également lié un 35 accroissement de la sécurité de fonctionnement et de la commodité d'utilisation. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, pour lesquels on pourra prévoir d'autres modes 40 et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. 69 43946 7 2026783 REVENDICATIONS 1°) Générateur de neutrons comportant une source d'ions portée à un potentiel élevé et isolée dans une enceinte sous vide pour la création d'un faisceau 5 de rayons ioniques produisant au contact d'une cible des neutrons par des réactions nucléaires, générateur caractérisé en ce que la source d'ions est rassemblée en tant qu'unité de construction dans une enceinte de révolution, supportée par plusieurs isolateurs, s'appuyant radialement sur cette enceinte et orientés 10 perpendiculairement au . faisceau des rayons ioniques, cette enceinte étant entourée de tous côtés par une enceinte métallique sous vide située au potentiel de la terre et sur laquelle du côté opposé à l'orifice de sortie des ions est disposée une bride de sortie à laquelle on peut raccorder au choix des ensembles con-15 tenant les porte-cibles adaptés à des tâches spécifiques et des électrodes de captation et/ou de focalisation du.faisceau de rayons ioniques. 2°) Générateur de neutrons suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la source drions 20 est supportée par deux isolateurs dont le premier est solidaire de l'enceinte sous vide et détachable de l'enceinte de la source d'ions et le second solidaire de l'enceinte de la source d'ions et détachable de l'enceinte sous vide et que l'ensemble formé i par l'enceinte de la source d'ions et le deuxième isolateur peut 25 être enlevé latéralement de l'enceinte sous vide» 3°) Générateur de neutrons suivant la revendication 2, caractérisé en ce'que la source d'ions est refroidie par un liquide isolant circulant dans le deuxième isolateur par des canaux. 30 k°) Générateur de neutrons suivant la revendication 2, caractérisé en ce que pour l'introduction de deutérium à la source d'ions est disposée à l'extrémité du deuxième isolateur opposée à la source d'ions une vanne détendeuse de gaz qui communique avec la source d'ions par un 35 tube et est alimentée en gaz deutérium par un tuyau souple élec-, triquement isolé. 5°) Générateur de neutrons suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, à la bride de sortie est raccordé un ensemble constitué par une électrode ko de captation et un porte-cible reliés au potentiel de la terre, 69 43946 8 2026783 la cible étant conçue comme une cible au repos ou une cible tournant e. 6°) Générateur de neutrons suivant la revendication 1, caractérisé en ce que un système de 5 focalisation électrostatique pour la focalisation du faisceau de rayons ioniques et un tube ionique, situé au potentiel de la terre et destiné à recevoir la cible 8, sont raccordés à la bride de sortie. 7°) Générateur de neutrons 10 suivant la revendication 6, caractérisé en ce que sont raccordés à la bride de sortie un système de focalisation électrostatique et un tube ionique soumis à un potentiel haute tension négatif pour recevoir la cible, le tube ionique étant entouré d'une enveloppe tubulaire sous vide reliée à l'enceinte du système de 15 focalisation située au potentiel de la terre. 8°) Générateur de neutrons suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la source d'ions est entourée d'une enveloppe de tôle suspendue et isolée dont le potentiel est inférieur à celui de la source d'ions. 20 9°) Générateur de neutrons suivant la revendication 8, caractérisé en ce que l'enveloppe de tôle est reliée électriquement à l'une des électrodes du système de focalisation. 10°) Générateur de neutrons 25 suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, à la bride de sortie, sont raccordées une électrode de captation située au potentiel de la terre et une enceinte de cible suspendue et isolée dans une enceinte sous vide située à un potentiel haute tension négatif. 30 11°) Générateur de neutrons suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, au système d'électrodes accélérant les ions en direction de la cible on applique une tension modulée de haute fréquence suivant le principe connu en soi des accélérateurs linéaires. 35 12°) Générateur de neutrons suivant la revendication 1, comportant un duoplasmatron comme source d'ions, caractérisé en ce qu'une bobine disposée dans la source d'ions et créant le champ magnétique est alimentée à partir du circuit de courant de chauffage de. la source d'ions.