Brevet FR2139671A1 — publié le 19730112

Dgtns les acc6lrateurs de particules du type cyclotron isochrone ou synchro-cyclotron, le faisceau est accéléré suivant une trajectoire circulaire qui, à la sortie dudit accélérateur doit dtre déviée de façon que soit augmenté notablement son rayon de courbure et ce, pour la commodité de l'utilisation du faisceau accéléré. Cette déflexion du faisceau est obtenue au moyen d:un système électrostatique ou magnétique. A la ortie du système accélérateur le faisceau doit traverser le champ magnétique de fuite des pièces polaires de 1'41ectro-aimant principal. Or, dans les accélérateurs circulaires à "focalisation forte", comme ceux réalisés actuellement, on utilise généralement des pièces polaires d'électro-aimant dont l'entrefer est de faible dimension, ce qui a pour conséquence une variation très rapide de ce champ de fuite". fl est connu qu'un champ magnétique de "fuite" à gradient négatif élevé provoque une défocalisation radiale du faisceau d'autant plus importante que la valeur de l'indice B représentant la valeur de Il induction magnétique de fuite et r le rayon de courbure du champ de fuite au point considéré. Cette défocalisation se traduit par une augmentation rapide des dimensions trsnsversales du faisceau ce qui est très préjudi- ciable à son utilisation ultérieure. Il est donc nécessaire d'introduire le long de la trajectoire de sortie du faisceau un dispositif correcteur produisant un effet de focalisation de ce faisceau et venant s'opposer à l'effet de défocalisation du au champ de fuite. Jusqu'ici les dispositifs correcteurs plus ou moins perfectionnés étaient passifs et basés sur le principe d'une modification locale de l'entrefer de l'électro-aimant principal et ce, à l'aide de pièces magnétiques rapportées qui permettaient d'inverser le sens du gra- dient du champ magnétique. Ces dispositifs présentent l'inconvénient d'apporter une correction fixe à la trajectoire du faisceau quelle que sait la valeur de l'induction nécessitée par ce faisceau dans l'entrefer de l'électro-aimant. Cette correction manque de souplesse et surtout ne permet pas un réglage optimum de la focalisatinn du faisceau pour les différentes valeurs de l'induction que l'on peut utiliser, puisqu'en particulier la saturation des pièces -magnétiques peut intervenir plus ou moins rapidement suivant leur forme. le dispositif de correction de la trajectoire de sortie d'un faisceau de particules accélérées, suivant l'invention, est un dispositif réglable du type système quadrupolaire à armature caractérisé en ce qu'il comporte deux électro-aimants conjugués munis de pièces polaires recourbées sur elles-memes et présentant à leurs extrémités la forme d'un secteur à profil arrondi, lesdits électroaimants étant excités chacun par une bobine et ces bobines étant alimentées de façon que leurs courants 5oient=dégale5 valeurs mais de sensopposés L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparattront à l'aide de la description ci-après et des dessins qui l'accompcgnent et sur lesquels - la figure 1 donne la courbe de la variation du champ magnétique de 11 électro-aimant principal - la figure 2 représente un dispositif correcteur suivant l'invention - la figure 3 représnAte schématiquement un cyclotron muni d'un dispositif correcteur suivant l'invention - la figure 4 montre la variation de l'induction magnétique d'un électro-aimant muni d'un dispositif correcteur suivant ltinvention. La variation de l'induction magnétique 3, telle que montrée en figure 1, en fonction du rayon de courbure r de la trajectoire du faisceau, met en évidence la diminution rapide du champ magnétique de fuite de l'électro-aimant principal au-delà du système d'extraction du faisceau (point A). le gradient #B/#r est négatif et de valeur élevée ce qui provoque une défocalisation radiale-du faisceau. le dispositif correcteur suivant l'invention, représenté en figure 2, corrige cet effet de défocalisation. C'est un dispositif quadrupolaire à deux électro-aimants Ei et E2 conjugués, comportant deux bobines 1 et 2 dont les bobinages sont réalisés respectivement par des rubans minces d'aluminium il et 12 recouverts d'un bon isolant électrique (oxydation anodique par exemple),lesdits rubans Il et 12 étant enroulés sur eux-m8mes. Des pièces polaires 3 et 4, en fer doux par exemple, sont respectivement associées aux bobines 1 et 2 et présentent chacune une partie parallélépipédique 5 et 6, ou 1noyau', traversant la bobine y associée. Ces noyaux parllé1épjpedîques 5 et 6 sont prolongés à chaque extrémit6s par une structure massive à ps-ofil arrondi ayant la forme de secteur, les secteurs 7 et 8 étant associés au noyau 5 et les secteurs 9 et 10 étant associés au noyau 6. L'ensemble des bobines et des pièces polaires peut être introduit dans 11 enceinte à vide de l'accélérateur, aucun matériau à tension de vapeur élevée, ou à dégazage important, étant utilisé. Le courant traversant les bobines 1 et 2 est à tout moment égal mais de sens opposé, de sorte que les secteurs 7, 8, 9 et 10 forment un système quadrupolaire dont les pôles sont respectivement orientés N.S., S.N. En fonctionnement, le faisceau F traverse le dispositif correcteur, représenté en figure 2, suivant la droite x1 x2 et se trouve soumis,dans un plan horizonta; à un champ de gradient réglable. Quant à l'action ,dans le plan vertical, du quadruple sur le faisceau,elle est limitée à une faible hauteur, car la défocalisation verticale du faisceau dans un cyclotron isochrone est très faible à l'endroit où le dispositif correcteur est disposé. Il est à remarquer que la forme donnée aux pièces polaires du dispositif correcteur présente de plus l'avantage de rendre linéaire, par leur seule présence, le champ de fuite de l'électro-aimant principal comme le montre la partie 22 de la courbe montrée en figure 4. Le champ de correction est donc la superposition d'un champ magnétique de composantes uniformes et d'un champ magnétique réglable, ce qui permet de corriger le champ de fuite" comme le montre la partie 23 de la courbe en figure 4. les résultats obtenus avec un tel dispositif sont très satisfaisants. De plus, le dispositif correcteur suivant l'invention, grâce au fait qu'il utilise deux éectro-aimants conjugués, - a un très faible encombrement vertical lui permettant d'être introduit sans difficulté dans r enceinte à vide de l'accélérateur circulaire, - présente une consommation relativement faible à cause de la structure des pièces polaires, - se règle facilement suivant les caractéristiques de l'accélé rater. En ce qui concerne la réalisation du bobinage des bobines 1 et 2, la solution proposée dans la description ci-dessus n'est pas li mitativc et en particulier on peut prévoir un bobinage réalisé avec un tube de cuivre refroidi par eau, les spires étant isolées les unes des autres par de la soie de verre ou de la résine "époxyde". Dans ce cas, le bobinage sera renfermé dans une enceinte secondaire étanche au vide, afin de prévenir des dégazages indésirables dans l'enceinte de l'accélérateur. REVENDICATIONS t. Dispositif de correction de la trajectoire de sortie d'un faisceau de particules accélérées dans un accélérateur du type cy clotron, caractérisé en ce qu(il comporte deux électro-aimants con fugués munis de pièces polaires présentant à leurs extrémités la forme d'un secteur à profil arrondi ; lesdits électro-aimants étant excités chacun par une bobine ; les courants qui traversent ces bobines ayant méme valeur mais un sens de circulation tel que deux secteurs successifs présentent des pâles opposés. 2. vispositi! suivant la revendicatlon 1, caractérisé en ce que le bobinage desdites bobines est réalisé avec du ruban mince d'aluminium traité par oxydation anodique. 3. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le bobinage desdites bobines est réalisé avec un tube de cuivre recouvert d'un matériau isolant, ledit tube étant refroidi par une circulation de fluide et lesdites bobines étant placées dans une enceinte secondaire étanche au vide. 4. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le profil arrondi,desdites pièces polaires est déterminé de façon à rendre linéaire la loi de variation du champ de fuite de l'électro-aimant principal de l'accélérateur. 5. Accélérateur circulaire dekparticules, comportant un dispositif de correction suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif est placé dans 11 enceinte à vide de l'accélérateur sur la trajectoire suivie par le faisceau de particules à sa sortie du système accélérateur.