Brevet FR2083675A1 — publié le 19711217

La présente invention concerne un dispositif de refroidissement pour laser à gaz qui permet d'associer le refroidissement du tube à décharge avec celui d'une bobine magnétique et d'amener le fluide de refroidissement jusqu'aux parties du dispositif à refroidir. On sait que le rendement d'un laser à ions peut être augmenté considérablement en appliquant un champ magnétique extérieur parallèle à l'axe. Les lasers à ions à grande puissance de sortie nécessitent des puissances d'excitation supérieures à 1 kW/cm3 du fluide actif. La puissance dissipée typique pour un tel laser s'élève jusqu'à 10 kw et doit être évacuée au moyen d'eau de refroidissement. Les lasers à grand rendement et à longue durée de vie sont constitués presque exclusivement d'un cylindre en graphite sectionné dans le sens axial avec un alésage central qui forme ltétranglement (canal) du tube à décharge. te cylindre en graphite se trouve dans un tube en quartz. L'évacuation de l'énergie transformée dans le canal s'effectue vers l'extérieur par rayonnement du graphite.Le rayonnement doit être converti en chaleur et être évacué par l'eau de refroidissement. Une méthode connueconsiste à monter des tôles refroidies par eau qui servent de récepteurs de rayonnement. Bien que le tube de quartz laisse passer la plus grande partie du rayonnement de chaleur, on atteint en raison de la conduction de chaleur des températures très importantes. il est donc intéressant d'amener l'eau de refroidissement au contact direct du tube. tes bobines magnétiques doivent alors être montées à l'extérieur de la chemise de refroidissement pour être à l'abri de la chaleur du rayonnement. Ce mode d'évacuation de la chaleur oblige à donner aux bobines magnétiques des diamètres relativement grands, ce qui entratne une consommation élevée en cuivre.Four des raisons de la technique de décharge, il est nécessaire que les électrodes (cathode et anode) soient dans toute la mesure du possible à l'extérieur du champ magnétique et que l'étranglement soit le plus complètement possible dans le champ magnétique. Une grande distance entre l'étranglement et les électrodes, aboutit à des instabilités de la décharge et par conséquent à une diminution de la puissance de sortie. On obtiendrait une amélioration de cet état de chose si la bobine magnétique était montée directement sur la chemise de refroidissement. Ce qui s'y oppose, c'est que la température de la chemise de refroidissement n'est pas uniforme mais qu' elle s'élève fortement à la partie supérieure sous l'effet de l'eau chaude s'élevant à l'intérieur. On ne peut donc réaliser ainsi qu'un mauvais refroidissement de la bobine de champ magnétique. Pour pallier cet inconvénient, il faudrait utiliser des quantités inacceptables d'eau de refroidissement. La présente invention se propose de réaliser un dispositif de refroidissement dans lequel le refroidissement du tube laser ne fait qu'un avec celui de la bobine magnétique. Ce résultat est obtenu par l'invention par deux cylindres à deux orifices disposés l'un dans l'autre, ces cylindres étant réunis l'un à l'autre a l'une de leurs extrémités. te cylindre extérieur, qui est obturé de façon étanche à l'eau par rapport au tube en quartz du laser au moyen de brides et de joints d'étanchéité sert en meme temps de corps de bobine pour le bobinage destiné à produire le champ maghétique. Le cylindre intérieur re çoit la chaleur de rayonnement du tube laser et la transmet à l'eau de refroidissement qui l'entoure L'utilisation d'un tel dispositif de refroidissement offre l'avantage de permettre d'augmenter le champ magnétique aussi bien dans l'étranglement que dans les zones de transition avec les électrodes.La diminution du diamètre de bobine permet de réaliser une économie importante en fil de cuivre et en eau de refroidissement. il n'y a qu'un circuit de refroidissement commun pour la bobine magnétique et le tube à décharge. tes caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre à titre d'exemple, en référence à la figure unique du dessin annexé représentant en coupe, un dispositif de refroidissement pour laser à gaz. La décharge qui s'allume entre les électrodes 1 et 2, représentée schématiquement, chauffe le cylindre en graphite 3 qui est disposé entre ces électrodes et qui se trouve dans le tube en quartz 4. te cylindre en métal extérieur 7 du dispositif de refroidissement est rendu étanche par rapport au tube de quartz 4 par des bagues en caoutchouc 5 et 6. Sur le cylindre en métal 7 est enroulée la bobine magnétique 10. Entre le cylindre en métal 7 et le tube en quartz 4 se trouve le cvlindre en métal inferieur 8 qui, en c, est relié au cylindre en mé- tal 7. L'eau de refroidissement passant par l'orifice pénètre dans le dispositif de refroidissement et traverse d'abord l'espace entre les cylindres en métal 7 et 8. @insi est réalisé le refroidissement de la bobine magnétique 10. l'extrémité du cylindre en métal 8, située à gauche de la figure, l'eau de refroidissement arrive entre le tube en quartz 4 et le cylindre en métal û, absorbe la chaleur produite par la décharge et sort du dispositif de refroidissement par l'orifice R E V E N D I C A T I O N Dispositif de refroidissement pour laser à gaz, caractérisé en ce qu'il est prévu deux cylindres disposés l'un dans l'autre et reliés de façon étanche l'un à l'a@tre à une extrémité, le cylindre extérieur qui joue le rôle de corps de bobine pour un enroulement de champ magnétique étant appliqué de façon étanche contre un tube laser au moyen de joints d'étanchéité et deux orifices étant prévus pour la circulation de l'eau de refroidisserment.