Brevet FR2135424A1 — publié le 19721222

i la présente .Invention concerne des accélérateurs linéaires de particules notamment d'électrons et a trait, plus particulièrement à des accélérateurs à faible encombrement• De tels accélérateurs linéaires à encombrement réduit sont 5 généralement destinés à usage médical^ tel que la ganmagraphie ou la radiothérapie* où les particules à haute énergie bombardent 'une cible réalisée en un métal à nombre atomique élevé émettant sous l'effet de ce bombardement des rayons X ou gamma, la réalisation compacte de l'accélérateur est d'autant plus importante 10 que celui-ci doit être mobile dans l'espace, c'est-à-dire orientable afin que le rayonnement émis par la cible puisse être utilisé à l'endroit désiré (organe à irradier)» les accélérateurs connus de ce genre présentent généralement un volume relativement important et leur manipulation est donc 15 malaisée. L'accélérateur suivant l'invention permet d'éviter ces inconvénients» Dans celui-ci en effet les éléments indispensables sont disposés le long de la section accélératrice et logSs à l'intérieur d'un cylindre de dimensions réduites» 20 Suivant 1?invention, un accélérateur d'électrons comportantï — une source produisant un faisceau d'électrons rapides ; — une source d'énergie UHF produisant une onde électromagnétique; — une section d'accélération dudit faisceau d'électrons à l'aide de la composante du. champ électrique de ladite onde électro- 25 magnétique qui est parallèle à la trajectoire dudit faisceau d'électrons, ladite section comprenant : • une enceinte à vide cylindrique ; • un guide d'ondes cylindrique chargé de diaphragmes en forme de rondelles munies chacune d'une ouverture centrale formant 30 ainsi une succession de cavités résonnantes électromagnéti- quement couplées entre elles au moyen desdites ouvertures* l'axe de ce guide coïncidant avec la trajectoire du faisceau j et • un dispositif de couplage de l'énergie UHF à lîentrée du 35 guide chargé produisant dans celui—ci une onde électromagnétique progressive dans un mode TKj lesdits guides chargés et le dispositif de couplage étant logés à l'intérieur de ladite enceinte ; 71 16046 2 2135424 ledit accélérateur, qui comporte en outre des moyens de liaison entre la source d' énergie I3HP et ledit dispositif de couplage, est principalement caractérisé par le fait que, ladite source d'énergie UHF étant disposée à proximité de la source d'électrons 5 afin de réduire les dimensions de l'ensemble, lesdits moyens de liaison comportent î - un premier et second tronçon de guide dtonde parallèles à la trajectoire dudit faisceau respectivement longeant ledit guide chargé de part et d'autre de celui-ci, le premier étant réuni à 10 la source d'énergie UHF et le second audit dispositif de couplage ; - un troisième tronçon de guide d'onde perpendiculaire à la trajectoire du faisceau, disposé au voisinage de la sortie du faisceau accéléré du guide chargé et réunissant ensemble lesdits ^ 5 premier et second tronçons, ledit troisième tronçon étant muni sur deux de ses parois opposées d'ouvertures circulaires permettant le passage dudit faisceau ? le second et au moins une partie du troisième tronçon étant logés à l'intérieur de l'enceinte ; et - une fenêtre d'étanchéité insérée entre la partie intérieure et .ces 20 la partie extérieure à l'enceinte de/moyens de liaison* les parois du guide d'onde traversant l'enceinte étant reliées à la paroi de celle-ci de manière étanche au vide. Iiîinvention sera mieux comprise et d'autres de ses caractéristiques et avantages apparaîtront à l'aide de la description 25 ci-après, donnée à titre d'exemple, et des dessins annexés s'y rapportant, sur lesquels : les figures 1a et îb illustrent un accélérateur linéaire de l'art antérieur ; les figures 2a et 2b représentent un mode de réalisation d'un 30 accélérateur suivant l'invention ; les figures 3 et 4 illustrent respectivement deux modes de réalisation du guide d'onde longeant la section et logé à 1!intérieur de l'enceinte sous-vide j les figures 5 et 6 illustrent deux variantes de l'accéléra-35 teur de la figure 2a. Sur toutes ces figures les mêmes nombres de repère représentent les mêmes éléments. 71 16046 3 2135424 lia figure 1a représente une coupe longitudinale partielle d'un accélérateur d'électrons à onde progressive de lîart antérieur et la figure 1b représente une coupe selon Aà de la figure la,.. Sur cette figure la section accélératrice a été désignée par le 5 repère 1» Elle est constituée par un guide circulaire chargé par des diaphragmes en iris composé d'un empilage d?éléments identiques réalisés en un métal bon conducteur, dont le corps 2 comprend une partie cylindrique 5 portant à/ miÏÏieu le diaphragme 3 en forme de rondelle mince muni d'une ouverture centrale 4. Un assem-10 blage de ces éléments forme la section accélératrice qui se cota-porte comme une suite de cavités résonnantes cylindriques. Chacun de ces éléments 2 comprend un certain nombre de découpes ou pattes de fixation 18* dont chacune comprend une ouverture cylindrique permettant leur assemblage à l'aide de tiges 16* Les 15 éléments 2 voisins assemblés sur les tiges 16 sont ensuite soudés ensemble sur une surface annulaire 17 au voisinage du pourtour intérieur de la partie cylindrique 5» Les deux extrémités d'une section accélératrice ainsi montée sont respectivement munies de transitions ou coupleurs d'entrée 6 20 et de sortie 8 classiques. 0e coupleur d'entrée 6 est réalisé de manière à effectuer une transition adaptée entre un guide d?ondes à section rectangulaire et la section d'accélération cylindrique et d'exciter dans cette dernière une onde dans un mode IM (de préférence ŒMq,j). Le coupleur de sortie 8, identique à celui d!entrée 25 6* sert à amener l'énergie électromagnétique résiduelle vers une charge adaptée 14 sur guide qui la dissipe» Les extrémités des coupleurs 6 et 8 sont respectivement munies de fenêtres 9 et 13 étanches à l'ultravide et l'ensemble 1 constitué par XIassemblage des éléments 2 et des transitions d'entrée 6 et de sortie 8 est 30 logé dans une enceinte à vide cylindrique 19* raccordé à un dispositif de pompage (non représenté)» L? accélérateur comprend en outre une source d! électrons rapides ou canon d'électrons 7* un tube de sortie 15 par lequel les électrons accélérés sont acheminés vers la cible (non repré-35 sentée) et une source d'oscillations UHH1 11 constitué* par exemple* par un magnétron couplé éventuellement à l'aide d'un isolateur de ferrite 10 à l'entrée du coupleur d?entrée 6, 71 16046 2135424 4 Un ensemble modulateur 12 fournit respectivement des impulsions négatives d1 amplitude élevée aux cathodes du magnétron 11 et du canon 7» Il comprend un générateur d'impulsions récurrentes 120 synchronisant respectivement un premier modulateur 121 (com-5 portant par exemple une ligne à retard, un thyristor et un transformateur d'impulsions) alimentant le magnétron 11 et un second modulateur 122 alimentant le canon 7» éventuellement par l'intermédiaire d'un dispositif à retard 123 (retardant les impulsions provenant du générateur 120 dîune microseconde par exemple). 10 la figure 2a représente une coupe longitudinale partielle d'un accélérateur suivant l'invention et la figure 2b une coupe selon SE de la section d?accélération de la figure 2a» Dans celui-ci* afin d'obtenir, d'une part, l'encombrement minimum et* d'autre part, le regroupement des parties soumises 15 à des très hautes tensions (cathodes du canon 7 et du magnétron 11), les guides d'ondes amenant 1!énergie UHF au coupleur d'entrée 60 sont disposés parallèlement à l'axe longitudinal de la section 1; le magnétron 11 situé ici à proximité du canon d!électrons 7 alimente en série un tronçon de guide rectangulaire 20 de dimen-20 sions standard, un isolateur 10 éventuel, un guide souple 21 disposés parallèlement à la section d?accélération et un coude sur plat 22 aboutissant à la fenêtre d'étanchéité 9* qui est située ici au niveau de la sortie des électrons accélérés. A l'intérieur de l'enceinte 19 1?énergie ÏÏEEF doit être amenée 25 au niveau du coupleur d'entrée à l'aide d'un guide 30 de hauteur réduite. A cette fin la fenêtre 9 de section standard est reliée à un premier tronçon de guide de hauteur réduite 24 à l'aide d!un tronçon d? adaptation 23» dont les dimensions se réduisent graduellement; 30 Ce premier tronçon 24 est disposé à la sortie des électrons perpendiculairement à l'axe de la section d?accélération et il ôat muni de deux ouvertures 25 et 26 pour laisser passer les électrons accélérés vers la cible. le premier tronçon 24 est suivi d'un coude sur plat 27 et 35 d'un second tronçon de guide 30 parallèle à la section et disposé entre les parties cylindriques 5 des éléments 2 et la face intérieure de l'enceinte 19» les découpes ou pattes de fixation 180 71 16046 5 2135424 des éléments 2 de la figure 2b présentent des dimensions réduites par rapport à celles de la figure 1b» afin de permettre le passage du second tronçon de guide 30 entre elles. Le guide 30 est relié par l'intermédiaire d'un ooude 28 au 5 coupleur d!entrée 60, Il est à remarquer que» pour gagner de l'espace, il est possible de réaliser le second tronçon à l'aide d'un guide dont la section présente la forme d'un chevron 31 (voir figures 2b et 3) ou la forme dîun haricot 32 (voir figures 2b et 4) . 10 Dans ce cas, les coudes 27 et 28 permettant respectivement le raccordement du guide longeant la section d? accélération au premier tronçon 24 et à 1! entrée du coupleur 60, qui sont de section rectangulaire, prennent des formes particulières pour assurer Inadaptation de la voie de transmission de l'énergie UHF; 15 la section accélératrice 1 illustrée par la figure 2b ne comprend pas de charge adaptée extérieure pour dissiper 1'énergie UEP résiduelle. Cette charge est ici constituée par une couche 140 en un alliage à résistivité élevée recouvrant les surfaces internes des éléments 2 situées à proximité de la sortie des électrons 20 accélérés, c'est-à-dire les dernières cavités résonnantes de la section» Une telle couche peut être réalisée au moyen d!un alliage de fer, de chrome» de cobalt et d'aluminium commercialisé sous le nom de KAHTHA1 ou d'un alliage de nickelj de chrome et d'aluminium commercialement connu sous l'appellation I0PHBI H* par exemple. 25 Oe dernier alliage ne contenant pas d'éléments ferromagnétiques (3?e) présente 1!avantage d'être amagnétique et, de ce fait fournir une atténuation constante en présence de champ magnétique engendré, par exemple, par des bobines de focalisation du faisceau dî électrons entourant la section (non représentées).. 30 H est à remarquer, qu'en réduisant le nombre des découpes 180 (pattes de fixation) des éléments 2 à trois, il est possible de placer entre deux découpes voisines un guide 31 ou 32 de largeur accrue, dont la fréquence de coupure est inférieure à celle qu'il est possible de transmettre avec un guide illustré par la 35 figure 2b. La figure 5 représente me coupe longitudinale partielle d'une variante de la section d'accélération suivant 1?invention comportant une charge adaptée sur guide pour absorber l'énergie résiduelle. 71 16046 2135424 6 le mode de réalisation illustré par la figure 5 comprend inséré entre le dernier élément 2 de la section d?accélération 1 et le premier tronçon 24 un coupleur de sortie 80 identique à celui d'entrée 60» le coupleur 80 est suivi d'un coude 29 ot d!un 5 troisième tronçon de guide 34 longeant la section 1» le troisième tronçon 34 présente de préférence une section identique au second tronçon 33 amenant l'énergie UHF au coupleur d'entrée 60. le troisième tronçon 34 est fermé par une charge adaptée 141. Cette charge adaptée peut être remplacée par le tronçon de guide 34 10 recouvert à 1?intérieur d'une couche en alliage résistif et fermé par une plaque de court-circuit» l'alliage résistif utilisé ici peut être constitué par l'un des alliages précités formant la couche 140 de la figure 2. la figure 6 représente une autre variante de l'accélérateur 15 de la figure 2 permettant de rapprocher encore plus le magnétron 11 ' du canon d'électrons 7 • Dans ce mode de réalisation de l'invention, le coupleur d'entrée 60 est alimenté par l'intermédiaire du second coude 28* du second tronçon de guide 33 longeant la section 1, du premier coude 271 20 d'un premier tronçon 124 perpendiculaire à l'axe de la section d'accélération, d'un troisième coude 127 identique aux deux premiers 27 et 28 et du troisième tronçon de guide 34 également longeant la section 1 et disposé symétriquement au second 33 par rapport à l'axe de cette dernière. Un tronçon d'adaptation 124 25 permettant de relier le tronçon 34 de section particulière (voir figures 2b, 3 ou 4) à un guide de section standard traverse la paroi de l'enceinte à vide 19 et aboutit à la fenêtre d'étanchéité 9j tous les éléments 28, 27, 33» 124» 127 et 34 étant sous vide» logés à l'intérieur de cette enceinte, la fenêtre 9 est couplée 30 ici par l'intermédiaire d'un tronçon de guide souple 21 (et éventuellement d'un isolateur à ferrite) à la sortie du magnétron 11. Il est à noter qu'il est possible d'insérer la fenêtre 9 en aval du tronçon d'adaptation 23 (figures 2a et 5) ou 123 (figures 6), dans ce cas ses dimensions sont adaptées à celles du 35 guide entrant dans l'enceinte. Il est également possible d'utiliser ici une charge adaptée extérieure au guide cylindrique chargé. Dans ce cas on insère à la sortie de ce dernier un coupleur de sortie 80 alimentant un 71 16046 2155424 7 tronçon de guide (non représenté) longeant la section et une charge 141 situés dans l'espace libre entre deux découpes voisines non occupé par les tronçons 33 et 34» If*accélérateur selon la présente invention, tel qu'illustré 5 par les figures 2, 5 et 6, est, d'une part, de dimensions réduites afin de le rendre aisément manipulable et, d'autre part, il assure le rogroupenent des parties soumises à des très hautes tensions (cathodes) ce qui facilite la protection de l'utilisateur» le modulateur 12 fournissant des impulsions THŒ négatives 10 aux cathodes du canon 7 et du magnétron est fixe, car il est relativement volumineux et relié à celles-ci, qui sont mobiles, à 1'aide de câbles électriques protégés. De tels accélérateurs linéaires d'électrons sont principalement destinés à usage médical tel que gammagraphie ou la radio-15 thérapie, par exemple. 71 16046 8 2135424 - REVENDICATIONS « 1 - Accélérateur linéaire d'électrons comportant : - une source produisant un faisceau d'électrons rapides j - une source d'énergie UHF produisant une onde électromagnétique ; - une section d?accélération dudit faisceau d?électrons à l'aide 5 de la composante du champ électrique de ladite onde électromagnétique qui est parallèle à la trajectoire dudit faisceau d'électrons, ladite section comprenant : • une enceinte à vide cylindrique j • un guide d'ondes cylindrique chargé de diaphragmes en forme 10 de rondelles munies chacune d'une ouverture centrale formant ainsi -une succession de cavités résonnantes électromagnétique-ment couplées entre elles au moyen desdites ouvertures* lfaxe de ce guide coïncidant avec la trajectoire du faisceau j et • tin dispositif de couplage de l'énergie UHF à 1?entrée du 15 guide chargé produisant dans celui-ci une onde électromagnétique progressive dans un mode ŒM, lesdits guides chargés et dispositif de couplage étant logés à l'intérieur de ladite enceinte ; ledit accélérateur, qui comporte en outre des moyens de liaison 20 entre la source d'énergie UHF et ledit dispositif de couplage* étant caractérisé par le fait que, ladite source d'énergie UHF étant disposée à proximité de la source d'électrons afin de réduire les dimensions de l'ensemble, lesdits moyens de liaison comportent : 25 — un premier et second tronçon de guide d fonde parallèleeà la trajectoire dudit faisceau respectivement longeant ledit guide chargé de part et d'autre de celui-ci, le premier étant réuni à la source d'énergie UHF et le second audit dispositif de couplage j 30 — un troisième tronçon de guide d'onde perpendiculaire à la tra- • jectoire du faisceau, disposé au voisinage de la sortie du faisceau accéléré du guide chargé et réunissant ensemble lesdits premier et second tronçons, ledit troisième tronçon étant muni sur deux de ses parois opposées d'ouvertures circulaires permet-35 tant le passage dudit faisceau ; le second et au moins une partie du troisième tronçon étant logés à l'intérieur de l'enceinte, et 71 16046 9 2135424 — une fenêtre d1étanchéité insérée entre la partie intérieure et la partie extérieure fe, 1?enceinte des moyens de liaison, les parois du guide d'onde traversant l'enceinte étant reliées à la paroi de celle—ci de manière étanche au vide. 5 2 — Accélérateur suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit premier tronçon de guide d'onde longeant ledit guide chargé se trouve à l'extérieur de l'enceinte, ladite fenêtre étant située à l'extrémité dudit troisième tronçon perpendiculaire qui traverse la paroi de l'enceinte» 10 3 - Accélérateur suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits second, troisième et une partie du premier tronçon sont situés à l'intérieur de l'enceinte, ladite fenêtre étant insérée entre les parties intérieure et extérieure à l'enceinte dudit premier tronçon; 15 4 - Accélérateur suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le faLt que la source d'énergie UHF est constituée par un magnétron# 5 — Accélérateur suivant la revendication 4, caractérisé par le fait que la partie extérieure à 1!enceinte du premier tronçon 20 comprend un isolateur à ferrite et un tronçon de guide souple. 6 — Accélérateur suivant l'une des revendications 1, 2 ou 3 du type dans lequel le guide chargé est formé par un empilage d'éléments identiques comportant chacun me partie cylindrique, un diaphragme situé à 1! intérieur au milieu de cette partie 25 cylindrique et plusieurs découpes ou pattes de fixation solidaires de l'extérieur de la partie cylindrique, lesdites découpes étant respectivement munies d'ouvertures permettant 1?empilage de plusieurs de ces éléments sur des tiges de fixation et de positionnement, caractérisé par le fait que lesdits tronçons parallèles 30 situés à l'intérieur de l'enceinte sont disposés entre deux découpes voisines, 1?espace libre entre celle-ci la face intérieure de l'enceinte et la face extérieure de la partie oylindri— que des éléments déterminant les dimensions des tronçons intérieurs à l'enceinte. 71 16046 2135424 10 7 — Accélérateur suivant la revendication 6, caractérisé par le fait que, la partie desdits moyens de liaison extérieure à 1!enceinte étant de dimensions standard différentes de celles de la partie située à l'intérieur de l'enceinte, lesdits moyens de 5 liaison comportent en outre un tronçon d'adaptation effectuant une transistion graduelle sans réflexion d'énergie UHF entre le guide standard et le guide intérieur à l'enceinte# 8 — Accélérateur suivant la revendication 7, caractérisé par le fait que le tronçon d'adaptation est inséré en amont de la 10 fenêtre d'étanchéité* 9 — Accélérateur suivant la revendication 7» caractérisé par le fait que le tronçon d'adaptation est inséré en aval de la fenêtre d?étanchéité et constitue le guide traversant la paroi de l'enceinte. 15 10 - Accélérateur suivant la revendication 6, caractérisé par le fait que les tronçons internes sont de section rectangulaire et de hauteur réduite par rapport au guide standard. 11 — Accélérateur suivant la revendication 6, caractérisé par le fait que les tronçons parallèles internes ont une section en 20 forme de chevron. 12 - Accélérateur suivant la revendication 6, caractérisé par le fait que les tronçons parallèles internes ont une section en forme de haricot. 13 — Accélérateur suivant l'une des revendications 1, 2 ou 3, 25 caractérisé par le fait que les cavités proches de la sortie sont sur leurs surfaces internes recouvertes d'un alliage à résisti-vité élevée afin de dissiper l'énergie UHF résiduelle. 14 - Accélérateur suivant l'une des revendications 1, 2 ou 3> caractérisé par le fait qu'il comporte en outre un autre disposi- 30 tif de couplage identique à celui d'entrée, situé à la sortie du guide chargé au niveau de la sortie du faisceau accéléré et un quatrième tronçon de guide intérieur à 1?enceinte relié à cet autre dispositif de couplage et alimentant une charge adaptée sur guide. 71 16046 2135424 11 15 - Accélérateur suivant la revendication 14, caractérisé par le fait que ladite charge adaptée est constituée par ledit quatrième tronçon recouvert sur sa surface intérieure par un alliage résistif et feraé sur son extrémité par un court-circuit»