Brevet FR2248586A1 — publié le 19750516

L1 invention se rapporte h un dispositif permettant de découper en tronçons régulièrement espacés un faisceau continu de particules chargées et de grouper les particules au sein de ces tronçons de façon è obtenir des impulsions de densité sensiblement constante. Sa solution classique consiste à balayerune cible, percée au moins d'un orifice, par un faisceau continu dévié de part et d'autre d'une traJectoire moyenne. Zuiais cette solution présente des inconvénients, en particulier elle conduit à ltobtention d'un faisceau pulsé de mauvaise qualité, à savoir Qu'il présente au sein des tronçons une dispersion notable énergie due aux dimensions relativement importantes de l'orifice par rapport au diamètre du faisceau et cette dispersion est d'autant plus importante que la durée de formation du tronçon est courte et ltemittance du faisceau initiai élevée. Le dispositif de découpage d'un faisceau continu de particules chargées suivant l'invention évite ces inconvénients. Ce dispositif qui comporte une source de particules chargées, un premier modulateur permettant de moduler la vitesse desdites particules, des moyens de déviation de la trajectoire dudit faisceau de particules, un diaphragme de découpage dudit faisceau contenu, ledit diaphragme étant disposé sur le trajet de la trajectoire déviée, est caractérisé en ce que lesdits moyens de déviation comprennent un déviateur magnétique, achromatique, déviant, suivant sensiblement un arc de cercle, la traJeotoire des particules d'un angle e, en ce que ledit système de déviation magnétique admet un plan de symétrie, en ce que les trajectoires des particules de mEme énergie se coupent en un point situé dans ledit plan de symétrie et en ce qu'un deuxième modulateur permettant de moduler la vitesse des particules est disposé à la sortie dudit système déviateur afin d'obtenir, au eein de chacun des tronçons du faisceau découpé,un groupement convenable des particules. L1 invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaitront à l'aide de la description ci-après et des dessins qui l'accompagnent et sur lesquels La figure 1 représehte schématiquement un dispositif de découpage d'un faisceau continu de particules chargées, suivant l'invention. Les figures 2 et 3 montrent schématiquement comment s'effectue le pré groupement et le groupement du faisceau, respectivement avant et après son découpage, dans le dispositif de découpage sui vant l'dnvention. - La figure 4 schématise l'évolution du groupement des particules le long du trajet du faisceau dans le dispositif suivant l'invention. Le dispositif de découpage d'un faisceau continu, suivant l'in Invention, comporte, comme le montre la figure 1, une source 1 de particules chargées, des ions par exemple, fournissant un faisceau Fc continu de particules, un premier modulateur 3 d'entrée, une cavité résonnante ou un circuit à constantes capacitives et selfiques localicées, placé sur le trajet du faisceau Bc issu de la source t st permettant une modulation de vitesse de ces particules, un déviateur magnétique D achromatique, comprenant un premier électroaimant El muni de pièces polaires Pt1 et P12 (seule la pièce polaire P11 est visible sur la figure 1) et un deuxième électro-aimant E2 muni de pièces polaires P21 et P22 (seule la pièce polaire P21 est visible sur la figure l). Ces deux électro-aimants E1 et E2 admettent un plan Q de symétrie perpendiculaire au plan R des trajectoires des particules, ce plan R (plan de la figure), étant paral- lèle aux plans des pièces polaires P11, P12, P21 et P22, Le plan de symétrie est représenté en figure 1 par son intersection (droite XY) avec le plan R. Un diaphragme 5 de découpage, constitué dTune plaque métallique (en matériau non magnétique) munie d'un orifice 6, est disposé sur le trajet du faisceau F c dévié, le plan du diaphragme 5 étant sensiblement confondu avec le plan Q de symétrie du déviateur D; A la sortie du déviateur D magnétique est placé un deuxième modulateur 8 hyperfréquence (circuit résonnant par exemple) permettant de moduler en vitesse les particules au sein du faisceau découpé. En fonctionnement, le premier modulateur 3 hyperfréquence, module, suivant une loi sinusoSdale par exemple, la vitesse des particules chargées formant le faisceau F c sortant du déviateur D. Ceci est schématisé en figure 2 où les flèches Vc indiquent une augmentation de vitesse des particules et les flèches Vd ne diminution de vitesse. Le faisceau modulé en vitesse par le champ électromagnétique, d'énergie WE du premier modulateur 3, pénètre, prégroupé, dans le déviateur D magnétique où les particules sont déviées suivant des trajectoires sensiblement circulaires, l'angle g de~rotation étant de 360 dans exemple déerit. Les particules de même énergie Ai mais de trajectoires différentes, se coupent en un point O. situé dans le plan Q de symétrie du déviateur D, ctest-à-dire dans le plan de diaphragme 5.Les points itintersec- tion Oi, 2+ O3 ... correspondant respectivement aux trajectoires d'énergie A, A2, A3 .. se trouvent situés sur une droite XY, intersection du plan Q de symétrie du déviateur t > et du plan R contenant les trajectoires des particules. Seules les trajectoires des particules d'énergie Ai de valeur prédéterminée, traverseront l'orifice 6 du diaphragme 5, l'orifice 6 correspondant au point O. d'intersection des trajectoires d'énergie Ai. Les autres trajectoires seront interceptées par la plaque métallique constituant le diaphragme 5. Si f est la fréquence de énergie électromagnétique modulant en vitesse, dans le premier modulateur 3, le faisceau continu issu de la source t de particules, les tronçons de faisceau Fd découpé sortiront du déviateur D à la fréquence F = 2f. A la sortie du déviateur D, le faisceau Fd ainsi découpé pénètre dans le second modulateur 8 qui assure un groupement convenable des particules au sein de chaque tronçon de faisceau découpé. En effet, un tronçon sur deux (les tronçons impairs ti par exemple) est formé, à la sortie du déviateur, de particules présentant une modulation de vitesse à effet "groupant" alors que les tronçons pairs t sont formés de particules présentant une modu p lation de vitesse à effet "dégroupant".Le deuxième modulateur 8, ainsi que le montmm*les figures 5 et 4, module la vitesse des particules au sein des tronçons pairs tp et impairs t. de façon à obtenir dans tous les cas un effet 'tgroupant". En effet, les particules des tronçons impairs t. subissent dans le deuxième modulateur 8 un effet de dégroupement plus faible que l'effet de groupement préalablement existant tandis que les particules des tronçons pairs subissent dans le deuxième modulateur 8 un effet de groupement plus important que l'effet de dégroupement préalablement existant,ce quipermet donc d'obtenir des tronçons de faisceau de densité sensiblement constante. Les avantages présentés par le dispositif de découpage suivant l'invention sont multiples. Les propriétés d'achromatisme du déviateur magnétique D conservent au faisceau découpé une émittance transversale satisfaisante ; la modulation de vitesse des particules traversant le premier modulateur 3 est constante dans les plans transversaux du faisceau Fç ; la fréquence de répétition des tronçons de faisceau découpé étant égale au double de la fréquence 9 du champ électromagnétique du premier modulateur 3, et du second modulateur 8, les distorsions liées au caractère sinusoïdal du premier signal de modulation de vitesse des particules sont réduites de façon importante. Le dispositif de découpage d'un faisceau continu de particules suivant l'invention peut être avantageusement utilisé pour des protons. il pourrait aussi être utilisé pour des électrons. REVENDICAtI0gS t. Dispositif de découpage d'un faisceau (Fc) continu de particules chargées, comportant une source (1) de particules chargées, un premier modulateur (3) permettant de moduler la vitesse desdites particules, des moyens de déviation des trajectoires desdites particules, un diaphragme de découpage dudit faisceau continu, ledit diaphragme étant constitué d'une plaque munie d'un orifice, caractérisé en ce que lesdits moyens de déviation comprennent un système déviateur (D) magnétique achromatique déviant, suivant un arc de cercle, la trajectoire des particules 4'un angle e, en ce que ledit système déviateur (D) admet un plan (Q) de symétrie perpendiculaire au plan desdites trajectoires, en ce que les trajectoires des particules ayant même énergie (A) se coupent en un point (0) situé dans ledit plan (Q) de symétrie, en ce que seules les trajectoires de particules d'énergie (Ai) prédéterminée traversent ledit orifice (6) du diaphragme (5) et en ce qutun deuxième modulateur (8) permettant de moduler la vitesse des particules issues dudit système déviateur (D) est disposé à la sortie de ce système dévia teur D, sur le trajet du faisceau (Fd) découpé, afin d t obtenir, au sein de chacun des tronçons de ce faisceau Fd découpé, une densité de courant sensiblement constante. 2. Dispositif de découpage suivant la revendication 1, carac térisé en ce que ledit angle G de déviation de la trajectoire est sensiblement égal à 3600. 3. Dispositif de découpage suivant là revendication 1, carac térisé -en ce que ledit système déviateur t > magnétique, achromatique, comprend un premier électro-aimant E1 muni de deux pièces polaires P11 et F12 planes, perpendiculaires audit plan (Q) de symétrie et un deuxième électro-aimant E2 muni de deux pièces polaires P21 et P22 planes, perpendiculaires audit plan (Q) de symétrie, ledit premier électro-aimant E1 ayant une forme telle qu'il puisse être traversé une première fois par le faisceau (Fc) continu issu dudit premier modulateur (3) et une deuxième fois par le faisceau Fd découpé sortant dudit deuxième électro- aimant E2. 4. Dispositif de découpage suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les pièces polaires (P11 et P12) dudit premier électro-aimant E1 comprennent deux faces d'entrée e1 et e2 sensiblement perpendiculaires à la trajectoire moyenne des particules issues respectivement dudit premier modulateur (3) et dudit deuxième électro-aimant E2 et deux faces de sortie s1 et s2 sensiblement perpendiculaires à la trajectoire moyenne émergeant de ce premier électro-aimant E1. 5. Dispositif de découpage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits premier et deuxième modulateurs (3, 8) sont des circuits résonnants à constantes localisées dont la fréquence de résonance f est égale à la moitié de la fréquence F définie comme fréquence de répétition des tronçons de faisceau Fd découpé. 6. Dispositif de découpage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites particules chargées sont des protons.