Brevet FR2176485A1 — publié le 19731102

La présente invention est relative aux accélérateurs de particules et concerne plus particulièrement un cyclotron dont la construction est très simple et ramassée. Les cyclotrons connus jusqu'ici sont,sans exception, des appareils lourds, d'un grand encombrement et, par conséquent, difficiles à manutentionner. En règle générale, ils restent a demeure a un endroit donné avec leurs appareillages auxiliaires tels que le générateur à haute fréquence, les pompes à vide, etc. I1 en résulte que les cibles et les dispositifs destinés à être soumis aux particules accélérées sont amenés près du cyclotron, alors que, dans certains cas, il serait extrêmement intéressant d'opérer de façon inverse, c'est- -dire d'amener le cyclotron vers les cibles soumettre au rayonnement. L'invention a pour but de fournir un cyclotron permettant de procéder ainsi du fait de sa construction ingère et ramassée. Le cyclotron objet de l'invention, comportant des moyens pour engendrer un champ électrique d'accélération de particules provenant d'une source de particules placée au centre du cyclotron; des moyens destinés à engendrer un champ magnétique de guidage de ces particules, et un circuit magnétique délimitant un espace de travail dans lequel les particules suivent leur trajet d'accélération, est caractérisé en ce que ledit espace de travail est obturé de façon étanche au vide par des plaques de fermeture disposées de part et d'autre du circuit magnétique, et accolées directement contre ce dernier, ledit espace de travail constituant ainsi en lui-même la boîte a vide du cyclotron. Grâce à ces caractéristiques, on peut donc construire ce cyclotron sans y prévoir une boîte à vide spéciale, habituelle dans les cyclotrons classiques. Suivant une autre caractéristique de l'invention, lesdites plaques de fermeture font partie d'une enveloppe hermétique entourant complètement le circuit magnétique. Les bobines du circuit magnétique qui entourent les pôles de ce dernier s'inscrivent dans un périmètre qui ne dépasse naturellement pas les limites de l'espace de travail. Dans ces conditions, il est possible de prévoir, dans cet espace de travail, des éléments de pompe ionique situés hors des pôles du circuit magnétique, mais entre les bobines de ce dernier. Ces éléments sont alors excités par les champs magnétiques de débordement engendrés hors des pôles par le circuit magnétique. Cette dernière caractéristique permet ainsi de s'affranchir d'un raacordement permanent du cyclotron a une pompe vide primaire encombrante. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, donnée uniquement a titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels la Fig. 1 est une vue schématique en coupe horizontale d'un mode de réalisation d'un cyclotron suivant l'invention la Fig. 2 est une vue schématique en élévation de ce même cyclotron, avec arrachement partiel pour montrer l'intérieur de l'es- pace de travail délimité par le circuit magnétique. Sur c dessins, qui ne représentent que les éléments essentiels pour la compréhension de l'invention, on voit un circuit magnétique 1 comprenant une carcasse 2 en un matériau magndtique qui délimite un espace de travail 3 en forme de parallélépipède rectangle. Cet espace est hermétiquement fermé, de part et d'autre de la carcasse 2, par des plaques métalliques de fermeture 4 faisant partie, de préférence, d'une enveloppe 5 qui renferme complètement la carcasse 2 de façon étanche au vide. L'étanchéité peut être obtenue par tout moyen approprié connu des spécialistes. Des plaques en cuivre 6a et 6b formant court-circuit dédoublent les plaques 4 dans leur zone qui coïncide avec l'espace de travail 3. Le circuit magnétique 1 comprend, en outre, deux pôles cylindriques coaxiaux 7 prévus au centre de l'espace de travail 3 et ménageant entre eux un entrefer 8. Des pièces polaires prolongent chacun des pôles cylindriques 7 de manière à ménager des vallées 9 et des collines 10 alternées et régulièrement espacées anulairement. Cet agencement est bien connu des spécialistes et ne nécessite donc aucune explication particulière. Des dés 11 sont monts dans l'entrefer 8 devant deux paires de vallées correspondantes. Ils sont solidaires de la plaque 6a par des tubes ou poutres supports 12 conducteurs et s'étendant horizontalement. Les des 11 sont réunis l'un à l'autre au centre de l'espace de travail 3 par un pont 13. Les parois des collines qui longent les bords latéraux des dés 11 sont revêtues d'une plaque de cuivre 14 formant électrode- de masse, les champs électriques d'accélération s'établissant ainsi entre ces plaques 14 et les bords latéraux correspondants des dés 11. Le champ magnétique est engendré par des bobines toriques 15 qui entourent respectivement chacun des pôles 7. I1 est à noter que leur périmètre s'inscrit complètement entre les plaques de court-circuit 6a et 6b, de telle sorte qu'elles ne dépassent pas la surface extérieure de la carcasse 2, contrairement à ce qui se passe dans les cyclotrons classiques. On remarquera également que le cyclotron suivant l'invention ne comporte pas de boite à vide proprement dite, tout l'espace délimité par le circuit magnétique étant mis sous vide. Dans ces conditions, il n'est pas nécessaire de prévoir en permanence une pompe à diffusion raccordée au cyclotron. En effet, avant de commencer une série d'essais, on peut créer le vide primaire dans l'espace de travail 3 à l'aide d'un groupe de pompage auxiliaire indépendant (non représenté) à travers un raccord (également non représenté) débouchant dans l'espace de travail 3 et obturable une fois le vide primaire obtenu. Pour créer un vide plus poussé, il est prévues éléments de pompe ionique 16 répartis autour des pôles.7 et fixés respectivement sur les surfaces apparentes des bobines 15. Ces éléments de pompe ionique 16 sont ainsi soumis au champ magnétique de débordement du cyclotron. On a constaté qu'une surface de pompage de 600 à 800 cm2 au total convient pour un diamètre des pôles 7 de 40 cm environ. Par conséquent, une fois le vide primaire obtenu et les éléments de pompage 16 amorcés, le circuit de pompage auxiliaire peut être déconnecté du cyclotron, le vide étant entretenu ensuite, indépendamment de toute pompe à diffusion,par les éléments de pompage ionique. Le cyclotron devient alors une petite unité facilement maniable à l'aide d'appareils de manutention classiques. L'énergie électromagnétique est injectée dans l'espace de travail 3 à l'aide d'un générateur 17 à haute fréquence, dont la fréquence est réglée en fonction des dimensions de l'espace de travail 3. Celui-ci sert en effet directement comme cavité résonnante de cette énergie électromagnétique. Le générateur 17 à haute fréquence est connecté à une boucle d'injection 18 qui passe à travers la plaque 4 correspondante et la plaque de court-circuit 6a par une traversée isolante 19. Les particules sont injectées dans le cyclotron par l'intermédiaire d'une source d'ions 20, qui est placée au bout d'une tige 21 mobile longitudinalement à travers la plaque 4 et la plaque 6b. Un sas 22, de type connu, est prévu pour permettre le remplacement de la source, une petite pompe à vide primaire 23 étant accolée au sas 22 pour le mettre sous vide après remplacement. I1 est prévu, en outre, un dispositif de sortie 24 comportant une électrode à haute tension 25 dont la position est réglable dans le plan horizontal. Grâce à ce dispositif, les particules accélérées peuvent quitter le cyclotron à travers une sortie 26. Enfin, dans le mode de réalisation représenté, la manutention du cyclotron est facilitée grâce à des roulettes 27 pouvant se déplacer sur des rails 28. En associant le cyclotron suivant l'invention à une cible appropriée pour produire des neutrons (le lithium ou le béryllium par exemple), on peut obtenir une source de neutrons relativement maniable, et délivrant un flux de neutrons intense. Grâce à sa maniabilité, le cyclotron peut être transporté facilement d'un point à l'autre, être orienté suivant des angles déterminés, etc.. Lorsqu'on utilise le cyclotron ainsi, il n'est pas nécessaire de pouvoir régler l'énergie de sortie.-On peut alors encore en augmenter la maniabilité en supprimant les guides d'ond habituels, extérieurs à la boîte à vide,qui permettent le réglage en fréquence, c'est-à-dire de l'énergie de sortie. Pour régler la fréquence de l'énergie électromagnétique dans la cavité résonnante formée par l'espace de travail 3, on peut éventuellement prévoir un piston d'ajustage connu en soi servant au moment du montage et du réglage du cyclotron, piston qui, ultérieurement, ne sera plus utilisé, une fois la fréquence de résonance de l'espace de travail réglée à une valeur convenable. Grâce à l'invention, on peut construire un cyclotron dont le poids ne dépasse guère les trois tonnes. REVENDICATIONS 1. Cyclotron comportant des moyens pour engendrer un champ électrique d'accélération de particules provenant d'une source de particules placée au centre du cyclotron ; des moyens destinés à engendrer un champ magnétique de guidage de ces particules, et un circuit magnétique délimitant un espace de travail dans lequel les particules suivent leur trajet d'accélération, caractérisé en ce que ledit espace de travail (3) est obturé de façon étanche au vide, par des plaques de fermeture (4) disposées de part et d'autre du circuit magnétique (1), et accolées directement contre ce dernier, ledit espace de travail (3) constituant ainsi en lui-meme la boîte à vide du cyclotron. 2. Cyclotron suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites plaques (4) font partie d'une enveloppe (5) entourant de façon étanche l'ensemble du circuit magnétique. 3. Cyclotron suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit espace de travail (3) forme la cavité résonnante pour l'énergie électromagnétique créant le champ électrique dans ledit espace de travail (3). 4. Cyclotron suivant la revendication 3 caractérisé en ce que l'énergie électromagnétique est injectée directement dans ledit espace de travail t3) par l'intermédiaire d'un élément de sortie (18) d'un générateur à haute fréquence (17) accolé à l'une desdites plaques de fermeture (4). 5. Cyclotron suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque plaque de fermeture (4) est doublée par une plaque de court-circuit (6a,6b) en un matériau de conductibilité électrique élevée, dans sa zone contiguë audit espace de travail (3). 6. Cyclotron suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est prévu un raccord débranchable pour une pompe à vide primaire et en ce qu'il est prévu des éléments de pompe ionique (16) destinés à entretenir le vide poussé dans ledit espace de travail (3) après débranchement de ladite pompe à vide primaire. 7. Cyclotron suivant la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits éléments de pompe ionique (17) sont placés dans le champ de débordement du circuit magnétique (2) du cyclotron. 8. Cyclotron suivant l'une quelconque des revendications 6 ou 7, comportant une source d'ions placée au bout d'une tige de manipulation, déplaçable longitudinalement, caractérisé en ce que, en vue de pouvoir remplacer ladite source (20), il est prévu un sas (22) accolé à la plaque de fermeture (4) qui est traversée par ladite tige (21), une pompe à vide primaire (23) étant associée audit sas (22) pour le mettre sous vide,anrs le remplacement de la source d'ions (20).