Brevet FR2255778A1 — publié le 19750718

la présente invention se rapporte à un dispositif d'extraction de particules accélérées suivant une trajectoire en spirale dans un accélérateur circulaire du type cyclotron. Dans un cyclotron, les particules décrivent, sous l'action d'un champ magnétique H, des trajectoires en forme de spirale. Un champ électrique périodique accélère en effet ces particules qui, à chaque tour, gagnent de lténergie d'où une augmentation périodique du rayon des trajectoires. lorsque les particules arrivent au bDrd des pièces polaires circulaires de ltélectro-aimant créant le champ magnétique elles pénètrent dans un système déflecteur formé de deux électrodes entre lesquelles règne un champ électrique radial intense qui permet l'extraction des particules hors du cyclotron. Suivant l'invention, un dispositif d'extraction des particules accélérées suivant une trajectoire en spirale dans un accélérateur du type cyclotron, ledit dispositif comportant une première électrode et une deuxième électrode dite "septum" placéesen vis-à-vis et délimitant un canal dans lequel passe l'extrémité de la dernière spire de ladite trajectoire, lesdites première et deuxième électrodes étant respectivement reliées aux deux pôles d'une source haute-tension, est caractérisé en ce que ledit "septum'1 comprend une paroi lamellaire cintrée suivant un rayon de courbure sensiblement égal à celui de la dernière spire de ladite trajectoire en spirale, ladite paroi lamellaire étant munie d'au moins une fente en forme de V dont l1axe est situé dans le plan de ladite trajectoire, cette fente en V stouvrant à 11 extrémité d'entrée du "septum", la pointe de ladite fente étant dirigée dans le sens du déplacement des particules, en ce que la longueur de ladite fente est inférieure à celle de ladite paroi Immellaire, en ce que la paroi lamellaire comporte, au moins sur l'un de ses cotés parallèles à la trajectoire, un rebord épais, en ce que des moyens permettent le refroidissement dudit "septum" et en ce que des moyens permettent de rendre ledit septum" solidaire d'un bloc-support fixe. l'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparattront à l'aide de la description ci-après et des dessins qui l'accompagnent et sur lesquels La figure 1 représente, de façon simplifiée, un dispositif classique d'extraction de particules, ces particules étant accélérées suivant une trajectoire en forme de spirale la figure 2 montre, en coupe, un mode connu de réalisation d'un "septum" les figures 3 et 4 représentent deux exemples de réalisation d'un dispositif d'extraction de particules suivant l'invention la figure 5 montre, schématiquement, un autre exemple de réalisation d'un dispositif suivant l'invention ;f la figure 6 représente en perspective un "septum" tel que schématisé en figure 5. les figures 7, 8 et 9 montrent un exemple de réalisation d'un système de refroidissement d'un "septum" utilisé dans un dispositif suivant l'invention. ta figure 1 schématise le trajet, en forme de spirale, que suivent les particules accélérées dans un cyclotron et montre un système d'extraction de ces particules qui comprend deux électrodes P et S qui délimitent entre elles un canal Ca étroit dans lequel passe l'extrémité de la trajectoire dufUseeau F enferme de spirale. l'électrode P est reliée, par exemple, au pole moins d'une source haute tension tandis que l'électrode S est reliée au pale plus.Un champ électrique radial peut ainsi être crée entre ces électrodes P et S, ce champ électrique modifiant brusquement la trajectoire des particules qui échappent alors à l'influence du champ magnétique H crée par l'électro-aimant dans les pièces polaires, de forme circulaire, non représentées sur la figure 1. Une électrode, dite "septum", est constituée de façon clas- sique d'une lame métallique S d'épaisseur aussi mince que possible afin de n'intercepter qu'une très faible partie du faisceau F. Cette lame S est généralement fixée dans un support-machoire M au moyen d'une cale C et d'une vis D comme le montre la figure 2. Cette solution classique présente des inconvénients - le cont t thermique entre la lame S (qui est généralement en tungstène) et la machoire B en cuivre est imparfait, d'où mauvais refroidissement de la lame S, - la machoire B forme devant l'électrode P à haute tension une protubérance N qui peut être à ltorigine de claquage, - le serrage de la lame S de tungstène demande beaucoup de soin, donc sa mise en place et son démontage est long, - la lame de tungstène, portée à haute température par l'impact du faisceau, se dilate, se cristallise, se déforme et se fissure, ce qui limite considérablement la durée de vie du dispositif d'extraction habituellement utilisée. Le dispositif suivant l'invention permet de pallier ces inconvénients. La figure 3 montre un dispositif d'extraction de particules suivant l'invention. Le "septum" S est usiné dans un bloc d'un matériau électriquement conducteur et ayant une bonne conductivité thermique (du cuivre par exemple). Ce "septum" S qui comprend une paroi 1 lamellaire, disposée perpendiculairement T plan de la trajectoire, est de forme cintrée, son rayon de courbure étant sensiblement égal au rayon de courbure de la dernière révolution de la trajectoire en forme de spirale des particules.Cette parof 1 comporte une extrémité 3 d'entrée. A cette extrémité 3 d'entrée 'ouvre une fente 2, en forme de V, dont l'axe est situé dans le plan de la trajectoire du faisceau de particules. Cette fente 2 est destinée à augmenter la longueur de la zone d'impact inévitable du faisceau sur le "septum" S. La paroi 1 lamellaire est bordée, longitudinalement, par des rebords 5 épais munis de canaux 8 permettant la circulation d'un fluide de refroidissement. Des orifices 10 sont ouvertes radialement dans les rebords 5 épais afin de permettre la fixation du "septum" S sur un bloc-support 6 fixe, ces rebords 5 pr@@@@@ant un épaulement 9 qui assurent le positionnement convenable du "septum" S, amovible, par rapport au bloc-support 6. La figure 4 représente un autre mode de réalisation d'un "septum" S situé dans le dispositif d'extraction suivant ltin- vention. La paroi 1 lamellaire de ce "septum" S est munie d'uns fente 2, en forme de V, prolongée par une autre fente 7 dont les côtés sont parallèles entre eux et dont l'axe fait un angle Nec l'axe de la fente 2 en V, de telle sorte que les côtés de ltou- verture formée par les fentes 2 et 7 soient toujours inclinés par rapport à la trajectoire moyenne du faisceau et donc assure une meilleure dissipation thermique. De plus, la paroi 1 lamellaire a une épaisseur qui varie de façon continue de son centre vers ses rebords 5 épais, la partie centrale étant la plus mince. (figure 4). Un autre exemple de réalisation d'un dispositif d'extraction suivant l'invention est montré schématiquement en figure 5. Dans ce cas, le septum S est constitué de deux éléments : un "septumd'entrée" Se et un "septum de sortie" Ss disposés à la suite l'un de l'autre et présentant une forme cintrée, les rayons de courbure respectifs pouvant être différents. Le "septum d'entrée" Se et le "septum de sortie" Ss comportent respectivement, comme le montre en perspective la aigre 6, une paroi 1 lamellaire dont l'épaisseur, non uniforme varie de façon discontinue. Cette épaisseur est faible au centre et plus importante sur les bords. La paroi 1 lamellaire est bordée longitudinalement par un rebord 5 épais comportant des canaux 8 permettant la circulation d'un fluide de refroidissement. la paroi 1 lamellaire du "septum d'entrée" 5e est munie d'une fente 2 en forme de V, dont l'axe est dans le plan de la trajectoire des particules et qui est prolongée d'une fente 7, à côtés parallèles, dont l'axe fait un angle avec l'axe de la fente 2 en forme de V. la distance séparant le "septum d'entrée" Se du "septum de sortie" Ss peut être réglable. Des orifices radiaux 10 permettent de fixer, au moyen de vis 11 par exemple, le "septum d'entrée" Se et le "septum de sortie" Ss sur un bloc-support 6 fixe. le "septum d'entrée SeS amovible, peut donc être monté et démonté rapidement en cas de nécessité. On montre en figures 7 et 8 un exemple de système de refroidissement utilisé au moins pour le "septum d'entrée" Se. La figure 7 représente une coupe radiale suivant un rayon AA du système de refroidissement et la figure 8 une coupe radiale suivant un rayon BB comme indiqué schématiquement en figure 9. Un fluide K de refroidissement est introduit dans les canaux 8 du "septum d'entrée" 5e et évacué au moyen de tuyaux 20 solidaires du bloc-support 6. L'extrémité d'entrée 12 des canaux 8 est appliquée contre le tuyau 20, un joint torique 21 assurant l'étanchéité de leur raccord effectué au moyen de vis il comme le montre la figure 8. I1 en est de même pour l'extrémité de sortie (non représentée sur la figure 7) des canaux 8. Une plaque 22 anticlaquage peut être fixée sur le bloc-support 6 entre l'électrode P et les tuyaux 20 d'arrivée ou d'éva- cuation du fluide K de refroidissement. Le dispositif d'extraction de particules suivant l'invention peut etre avantageusement utilisé dans des cyclotrons fournissant des faisceaux d'une puissance de 10 à 15 E Watts. R:E3VENDICATIONS 1. Dispositif d'extraction de particules accélérées suivant une trajectoire en spirale dans un accélérateur du type cyclotron, ledit dispositif comportant une première électrode et une deuxième électrode amovible dite "septum" placées en vis-à-vis et déli"li- tant un canal dans lequel passe l'extrémité de la dernière spire de ladite trajectoire, lesdites première et deuxième électrodes étant respectivement reliées aux deux pôles d'une source haute tension, caractérisé en ce que ledit "septum" comprend une paroi (1) lamellaire cintrée suivant un rayon de courbure sensiblei^len- égal à celui de la dernière spire de ladite trajectoire en spirale, ladite paroi (1) lamellaire étant munie d'au moins une fente (2) en forme de V dont l'axe est situé dans le plan de ladite trajectoire, cette fente (2) s'ouvrant à l'extrémité (3) d'entrée du "septum", la pointe de cette fente (2) étant dirigée dans le sens du déplacement des particules, en ce que ladite paroi (1) lamellaire comporte au moins un rebord (5) épais, parallèle au plan de ladite trajectoire et en ce que des moyens permettent de positionner et de fixer cette paroi (1) lamellaire, de façon amovible, par son rebord (5) épais, sur un bloc-support (6) fixe. 2. Dispositif d'extraction suivant la revendication 1, car c- térisé en ce que ledit "septum" comprend un premier élément dit "septum d'entrée" Se et un deuxième élément dit "septun de sortie" en en ce que ladite paroi (1) lamellaire du "septum d'entrée" Se est munie au moins de ladite fente (2)enV. 3. Dispositif d'extraction suivant la revendication 1, car.c- térisé en ce que ladite fente (2) est prolongée par une fente (7) à côtés parallèles, l'axe de cette fente (7) faisant un angle avec l'axe de ladite fente (2) en forme de,V. 4. Dispositif d'extraction suivant la revendication 2, carac- térisé en ce que la paroi (1) lamellaire dudit "septum d1entrée" 5e est munie de ladite fente (2) en forme de V prolongée par une fente (7) à côtés parallèles, l'axe de cette fente (7) faisant un angle avec l'axe de ladite fente (2) en forme de V. 5. Dispositif d'extraction suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les parois (1) lamellaires du "septum d'entree" 5e et du "septum de sortie" Sg sont bordées sur chacun de leurs côtés parallèles au plan de la trajectoire, par un rebord (5) épais muni de canaux (8) dans leaquels peut circuler un fluide K de refroidissement. 6. Dispositif d'extraction suivant la revendication 5, ca ractérisé en ce que lesdits rebords (5) épais comportent un épaulement (9) et des orifices (10) radiaux permettant le positionnement et la fixation à l'aide de vis (11) desdits "septum d'entrée" Se et "septum de sortie" Ss sur ledit bloc-support (6). 7. Dispositif d'extraction suivant l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce qu'au moins ledit "septum" 5e d'entrée comporte une paroi (i) lamellaire.d'épaisseur uniforme.. 8. Dispositif d'extraction suivant l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce qu'au moins ledit "septum" Se d'entrée comporte une paroi (1) lamellaire dont 1' épaisseur varie de façon continue du centre vers lesdits rebords (5), la partie centrale de cette paroi (1) lamellaire étant la plus mince. 9. Dispositif dtextraction suivant l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce qu'au moins ledit "septum" Se d'entrée comporte une paroi (i) lamellaire dont ltépaisseur varie de façon discontinue du centre vers lesdits rebords (5), la partie centrale de la paroi (1) lamellaire étant la plus mince. 10. Dispositif d'extraction suivant la revendication 6, caractérisé en ce que l'entrée (12) et la sortie desdits canaux (8) sont relfbs à des tubes (20) fixés sur ledit bloc-suppor-t (6) et permettant l'arrivée et l'évacuation dudit fluide E de refroidissement, au moyen de joints toriques (21) étanches. 11. Dispositif d'extraction suivant l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'une plaque (22) anti-claquage est fixé sur ledit bloc-support (6), cette plaque (22) étant disposée dans un plan parallèle à la trajectoire du faisceau de particules accélérées.