Brevet FR2323294A1 — publié le 19770401

L'invention, due à Alfred Albertovich GEIZER et Vladimir Lukyanovich CHAKHLOV, concerne les accélérateurs de particules chargees, et notamment les bêtatrons utilisés pour la défectoscopie de différents matériaux et produits. On connaît des bêtatrons comprenant un électroaimant avec au moins un enroulement d'aimantation et un entrefer au moins formé par des épanouissements profilés de deux noyaux de l'élec troaimant, et abritant une chambre à vide en tore d'accélération et au moins un enroulement de déviation, qui modifie la répartition du champ magnétique dans l'entrefer et est excité,de même que l'enroulement d'aimantation, par des impulsions de courant dues à la décharge dtun accumulateur d'énergie sur lesdits enroulements, par l'intermédiaire d'éléments de commutation. Dans ces bêtatrons, l'enroulement d'aimantation crée un champ magnétique variable dans le temps. Dans l'intervalle de croissance de l'intensité du champ, les électrons injectés dans la chambre d'accélération acquièrent l'énergie nécessaire. Au moment correspondant au maximum de l'intensité du champ magnétique, on fait passer,par l'enroulement de déviation,des impulsions de courant dans le but de sortir les électrons, ou pour les diriger sur une cible. La répartition du champ magnétique dans l'entrefer de l'électroaimant s'en trouve modifiée et les électrons sont déplacés de la trajectoire initiale. Pour créer ces champs, l'enroulement d'aimantation et l'enroulement de déviation sont excités à partir de générateurs d'impulsions autonomes, possédant chacun son propre circuit de commande. Les bêtatrons décrits sont compliqués. La présence des générateurs d'impulsions autonomes complique le montage électrique du bêtatron, diminue sa fiabilité et augmente son encombrement et sa masse. Le but de la présente invention est de remédier aux inconvénients ci-dessus. L'invention vise la mise au point d'un bêtatron dont la conception permettrait de simplifier son montage électrique, de diminuer son encombrement et sa masse, et de réduire la puissance consommée. Le problème posé est résolu par le fait que, dans le bêtatron comprenant un électroaimant avec au moins un enroulement d'aimantation, et au moins un entrefer formé par des épanouissements profilés de deux noyaux de 1' électroaimant, dans lequel est placée-une chambre à vide toroïdale d'accéle'ration, et au moins un enroulement de déviation, qui modifie la répartition du champ dans l'entrefer et qui est excité, do même que l'enroulement d'ai aimantation, par des impulsions de courant dues à la décharge d'accumulateur d'énergie sur lesdits enroulements, par l'intermédiaire des éléments de commutation, selon l'invention, l'enroulement de déviation est mis en série avec l'enroulement d'aimantation, les deux enroulements étant excités par un seul générateur d'impulsions, ayant comme charge lesdits enroulements, par l'intermédiaire des éléments de commutation raccordés à l'accumulateur d'énergie, d'autres éléments de commutation, dirigeant l'énergie électrique accumulée par l'électroaimant vers l'accumulateur d'énergie, étant reliés à l'enroulement d'aimantation. L'invention ressortira de la description ci-après d'une variante concrète d'exécution schematisée sur les dessins annexés, dont la figure l représente schématiquement le bêtatron proposé; la figure 2 représente un schéma de principe électrique du bêtatron selon l'invention la figure 3 (a, b) représente les diagrammes temporels de variation de la tension à l'accumulateur et de variation du flux magnétique d'accélération dans l'entrefer du bêtatron proposé, respectivement. L'invention permet de diminuer l'encombrement et la masse du bêtatron, de réduire la puissance consommée et de simplifier son montage électrique. Le bêtatron selon l'invention, représenté sur la fig. l, est un dispositif monté dans un corps unique (non représenté sur le dessin), dispositif qui comprend une chambre à vide toroïdale d'accélération l, disposée dans un entrefer 2 formé par des épanouissements profilés 3 des noyaux de pôles 4 d'un circuit magnétique fermé 5. Dans la partie de l'entrefer 2, limitée par les parois extérieures de plus petit diamètre de la chambre à vide l, sont disposés une pièce ferromagnétique 6 et un enroulement de déviation 7.L'enroulement d'aimantation 8 est placé sur les noyaux de pôles 4 et est excité, comme l'enroulement de dé viation 7, mis en série avec l'enroulement 8, par un générateur d'impulsions de courant 9 (fig. 2), à partir de son accumulateur d'énergie 10, par l'intermédiaire des éléments de commutation 11, 12, l'énergie accumulée dans l'enroulement 7 étant récupérée dans l'accumulateur 10 par des éléments de commutation 13, 14, connectés aux sorties de l'enroulement d'aimantation 8. L'accumulateur d'énergie 10 et les éléments de commutation 11, 12, 13 et 14, dans la variante décrite du bêtatron, sont un condensateur et des thyristors, respectivement. Le bêtatron comporte aussi une cible 15 (fig. 1), disposée dans la chambre l d'accélération à proximité de sa paroi de moindre diamètre. Sur cette cible sont dirigés des électrons accélérés et déviés par le champ magnétique du bêtatron, qui sont injectés dans la chambre t à l'aide de moyens connus d'injection d'électrons (non représentés sur le dessin). Pour plus de commodité de compréhension, la fig. l contient des lignes de force 16 et 17 des flux de guidage et d'accélération engendrés par les enroulements 7 et 8 du bêtatron. La commande du générateur d'impulsions 9 ci-dessus est effectuée, dans la version décrite du bêtatron, par un dispositif de commande connu (non représenté sur le dessin), comprenant un auto-oscillateur et une ligne à retard réalisés à thyristors. Il est possible de réaliser une autre version du bêtatron avec deux entrefers formés par des épanouissements profilés de deux paires de noyaux, chaque entrefer abritant une chambre à vide d'accélération. Le principe de fonctionnement du bêtatron proposé est le suivant. A un moment to (fig. 3b), l'auto-oscillateur du dispositif de commande délivre des impulsions de démarrage aux éléments de commutation ll, 12 (fig. 2), et le condensateur chargé commence à se décharger sur les enroulements 7 et 8 qui créent dans l'entrefer 2 (fig. 1), les Plux magnétiques de guidage et d'accélération. Pour mieux comprendre le fonctionnement du bêtatron proposé, on donne sur la fig. 3 deux chronogrammes (a et b), où sur l'axe des abscisses est porté le temps t et sur l'axe des ordonnées, respectivement, la tension U de l'accumulateur d'énergie et le flux d'accélération + créé par l'enroulement d'aimantation et l'enroulement de déviation. L'enroulement d'aimantation 8 (fig. l) engendre les champs magnétiques de guipage et d'accélération dont les lignes de force sont 16 et 17. Vu que l'enroulement 7 de déviation n'embrasse que le champ d'accélération, ce dernier est engendré par les deux enroulements 7 et 8. A un moment t1 (fig. 3b les électrons sont injectés dans la chambre d'accélération 1, (fig.l) où ils sont accélérés par le champ magnétique du betatron pour atteindre à un moment t2 (fig. 3b) l'énergie maximale. Ceci a lieu au moment où l'accumulateur d'énergie 10 (fig. 2) transmettra toute son énergie au champ magnétique. A partir du moment t2 (fig. 3b), jusqu'à un moment t3, l'accumulateur d'énergie (condensateur) se recharge partiellement. La valeur de l'impulsion de tension négative sur le condensateur n'est pas grande par rapport a' la valeur maximale de tension et, nar conséquent, l'intensité du courant dans les enroulements 7, 8 (fig. l) du bêtatron durant l'intervalle t2 à t3 reste pratiquement constante. Donc l'intensité du flux magnétique (fig. 3b) restera, elle aussi, variable durant cet intervalle de temps et les électrons auront une énergie constante. Au moment t3, des impulsions de démarrage viennent de la ligne à retard du dispositif de commande du générateur d'impulsions de courant 9 (fig.2w aux éléments de commutation 13, 14, qui sont des thyristors, et les débloquent. Le courant passant par les éléments de commutation 11, 12 et, par conséquent, par l'enroulement de déviation 7, commence à décroitre jusqu'à zéro. A l'intervalle de temps t3-t4, les éléments de commutation 11, 12, rétablissent complètement leurspropriétés de porte. A partir du moment t3 (fig. 3b), l'énergie accumulée dans l'enroulement de déviation 7 (fig. 2), commence à revenir dans l'accumulateur 10. Etant donné que l'inductance de l'enroulement de déviation 7 est de beaucoup inférieure à l'inductance de l'enroulement d'aimantation 8, le processus de transfert de l'énergie accumulée dans l'enroulement de polarisation 7 dure un-bref espace de temps, pendant lequel le courant dans l'enroulement d'aimantation 8 n'a pas le temps de varier sensiblement. Comme le courant dans l'enroulement de déviation 7 décroît à partir du moment t3, le flux d'accélération 9 {fig. 3b) décroit aussi. Cette décroissance du flux f provoaue la déviation des électrons accélérés dans la chambre 1 (fig. 1) sur la cible 15. Au cours de l'intervalle t3-t5, l'énergie accumulée dans l'enroulement d'aimantation 8 revit dans 11 accumulateur d'énergie 10 (fig. 2) suivant le circuit : accumulateur d'énergie 10, élément de commutation 13, enroulement 8, élément de commutation 14. Ceci entraîne la recharge du condensateur et la formation de la partie décroissante de la courbe du flux magnétique ç (fig. 3b). Si l'on utilise dans le bêtatron proposé un enroulement de déviation n'embrassant que le flux magnétique de guidage, es processus ayant lieu dans le circuit électrique du généra teur d'impulsions de courant ne changent pas. Seulement, la déviation des électrons accélérés sera réalisée sur la cible disposée dans la chambre d'accélération, près des parois de plus grand diamètre. Le fonctionnement du bêtatron avec deux chambres d'accélération est identique à celui décrit ci-dessus. L'invention permet de simplifier sensiblement le montage électrique du bêtatron, ce qui amène la réduction de son encombrement et de sa masse. L'invention permet aussi de réduire la puissance consommée par le bêtatron. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATION Batatron comprenant un électroairrant avec au moins un enroulement d'aimantation, et au moins un entrefer formé par des épanouissements profilés de deux noyaux de l t électroaimant, ledit entrefer abritant une chambre à vide toroïdale d'accélération, et au moins un enroulement de déviation qui modifie la répartition du champ dans 11 entrefer, et est excité, de même que l'enroulement de guidage par des impulsions de courant dues à la décharge d'un accumulateur d'énergie sur lesdits enroulements, par l'intermédiaire d'éléments de commutation, caractérisé en ce que l'enroulement de déviation est mis en série avec l'enroulement d'aimantation, les deux enroulements étant excités par un seul générateur d'impulsions dont la charge est constituée par ces enroulements, par l'intermédiaire des éléments de commutation raccordés à l'accumulateur d'énergie, d'autres éléments de commutation, qui font revenir l'énergie accumulée par l'élec- troaimant vers l'accumulateur d'énergie, étant raccordés à l'enroulement d'aimantation.