Brevet FR2358193A1 — publié le 19780210

La présente invention concerne un appareil pour l'irradiation d'articles tels que les revetements de fils métalliques, de tables ou autres, pour améliorer la qualité de ces articles, et plus parti culièrement un appareil pour obtenir une irradiation plus uniforme de toute la surface de ces articles. Il est bien connu d'irradier des matibres ayant un poids moléculaire élevé, telles que le polyéthylene et le chlorure de polyvinyle, pour améliorer leur qualité. Habituellement, l'irradiation est faite au moyen d'un faisceau d'électrons, et ce traitement est particulie- rement utile pour améliorer les revetements des fils, des câbles et des tubes électriques ainsi que articles analogues. Dans le cas de ces articles, un problème consiste à irradier uniformément le revetement avec un faisceau de particules chargées emis d'un coté de l'article pendant que celui-ci est tiré à travers l'espace balayé par le faisceau. Une des raisons de cette difficulté est que la profondeur de pénétration du faisceau est inversement proportionnelle à la densité.Par exemple, la profondeur de pénétration d'un faisceau d'électrons de 2 MeV est au plus de 1 cm dans l'eau et d'environ 0,1 cm dans du cuivre d'une densité de 8,9,. Par suite, quand un article tel qu'un cable électrique est irradié par un faisceau d'électrons arrivant sur un côté du câble, le cOté arrière est protégé par l'amie en cuivre du conducteur et la partie du revêtement se trouvant immédiatement derrière le conducteur ne reçoit aucune radiation. Pour guider le faisceau d'électrons vers le cOté arrière ou côté distant du cave, il est habituel d'utiliser une paire de structures magnétiques pour dévier les faisceaux d'électrons vers les moitiés correspondantes du cible. Les structures magnétiques, chacune comportant un aimant et une paire de pièces polaires pour établir entre les deux un champ magnétique convenable, sont disposées en parallèle, de façon que les polarités des pièces polaires et des aimants soient dans les sens opposés pour produire une paire de champs magnétiques parallèles polarisés en opposition. Le cible est entraîné à travers un espace compris entre les structures magnétiques, une moitié du cible étant soumise au champ magnétique d'une polarité et l'autre moitié du cable étant soumise au champ magnétique de polarité opposée. Le brevet japonais 435/1960 donne un exemple d'utilisation de ce procédé. Cependant, l'appareil décrit ne tient pas compte des fuites magnétiques dans les parties des extrémités de l'aimant (appelées l'effet de franges) et de la perte correspondante d'énergie des électrons. De plus, le parcours des faisceaux d'6leetrons à tra'iers les champs magnétiques est assez long, ce qui provoque une perte d'énergie et, par suite, une diminution du courant des faisceaux d'électrons De ce fait, l'appareil n'a pas donné de résultats satisfaisants. Suivant un autre exemple concernant L'irradiation d'un tube de grand diamètre, par exemple de 60 mm, il est habituel de supporter le tube sur un transporteur et de le faire tourner sous une irradiation unidirectionnelle. Dans ce cas, en considérant par exemple un tube en pol'yétllyîène ayant de bonnes caractéristiques isolantes, et en irradiant ce tube par exemple avec un faisceau de 2 MeV, les électrons sont accumulés de façon excessive par des parties de la paroi du tube aux environs de 2 mm de profondeur, et ils sont déchargés ensuite. Cela est: appelé le phénomène de Lichtenberg et son'résultat est appelé la décharge de Lichtenberg. La présente invention a pour objet un appareil générateur de faisceau de particules chargées permettant l'irradiation d'un article sur tous ses cOtés d'une façon sensiblement uniforme. L'invention a pour but d'éviter les inconvénients considérés ci-dessus y compris ceux du procédé décrit dans le brevet japonais 435lui960 prEcit#, en particulier en réduisant au minimum la longueur de parcours du faisceau d'électrons pour minimiser les pertes d'énergie. L'invention concerne ainsi un appareil d'irradiation par un faisceau d'électrons comportant un dispositif magnétique comprenant une paire de structures magnétiques établissant des champs magnétiques continus de polarités opposées. L'article à irradier par les particules chargées traverse un espace situé entre les structures magnétiques. Le champ magnétique produit par chaque structure magnétique n'est pas uniforme et il dévie le faisceau de particules de façon que l'énergie efficace des faisceaux rapport la surface périphérique de l'article soit uniforme. Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante, donnée a titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins annexés > sur lesquels la figure 1A représente schématiquement en élévation un appareil selon un mode de mise en oeuvre de l'invention; - la figure lB est une vue en élévation latérale d'une partie de l'appareil de la figure l; - la figure lC est une vue en plan de la partie représentée sur la figure lB; - la figure ID est une vue en perspective de la partie représentée sur la figure lB;; - la figure 2 montre des pièces polaires intérieures pour l'appareil de la figure 1A selon un autre mode de mise en oeuvre de l'invention; - la figure 3 montre graphiquement l'effet dlun faisceau d'électrons de 2 MeV par rapport à la longueur de parcours du faisceau à partir de la fenetre du dispositif de balayage du faisceau; - la figure 4 montre schématiquement le principe de. fonctionnement d'un appareil selon. l'invention; - la figure 5 montre graphiquement la dose d'électrons absorbée par le revetement d'un câble en fonction de la profondeur du reve- tement sur plusieurs points du pourtour de l'article irradié;; - la figure 6 est un graphique-montrant la dose d'électrons absorbée par un tube en fonction de la profondeur dans la paroi du tube pour différents points sur le pourtour du tube; - la figure 7 représente schématiquement un appareil selon un autre mode de mise en oeuvre de l'invention; et - les figures 8A et 8B représentent une structure magnétique selon un autre mode de mise en oeuvre de l'invention, L'appareil représenté sur la figure 1A comporte une source d'électrons 1, un tube accélérateur 2 couplé à la source d'électrons 1 un dispositif de commande de balayage 3 couplé au tube accélérateur 2 et un guide de faisceau d'électrons 4 couplé au dispositif de commande de balayage 3. Les électrons émis par la source l sont accélérés dans le tube accélérateur pour former un faisceau d'électrons. Le faisceau d'électrons est dévié périodiquement par le dispositif de commande de balayage 3 de façon à osciller d'un angle i. Les éléments décrits jusqu'8 ce point sont classiques. Des structures magnétiques A et B sont placées en aval du guide de faisceau 4 pour produire des champs magnétiques pour guider les faisceaux d'électrons vers le conducteur isolé 14 qui est l'article devant etre irradié. Comme les deux structures A et B sont les memes, sauf en ce qui concerne l'orientation des aimants, la structure A sera seule décrite en détail. La structure A comporte un aimant l9 et une paire d'ensembles polaires. L'un des ensembles polaires comporte une pièce polaire extérieure 6, une pièce polaire intérieure 10 et une pièce intermédiaire 20 entre la pièce polaire extérieure 6 et la pièce polaire intérieure 10 pour connecter magnétiquement ces deux pièces. L'autre ensemble polaire comporte une pièce polaire extérieure 7 une pièce polaire intérieure ll et une pièce intermédiaire 20 connectant magnétiquement la pièce polaire 7 à la pièce polaire 11. Toutes ces pièces polaires sont en matière classique pour diriger lue champ magnétique créé par l'aimant 19. Les pièces polaires 6 et 7 sont en contact avec les pôles S et N de l'aimant 19, respectivement.Par suite, un champ magnétique continu est établi entre les pièces polaires 6 et 7 dans l'entrefer existant entre les deux, et un champ magnétique continu plus intense existe entre les pièces polaires 10 et 11 dans l'entrefer compris entre les deux. Dans la structure B, les champs sont les mêmes, mais les polarités sont inverses. Les pieces polaires intérieures 10 et ll ont des formes symétriques et comportent des encoches 15 qui, quand les structures magnétiques A et B sont assemblées, ménagent un espace à travers lequel est entrainé le conducteur devant être irradié. Les structures A et B sont situées en aval du dispositif de balayage 3 et elles produisent des champs magnétiques continus de sens opposes, de la façon représentée sur la figure 1A et ces champs sont perpendiculaires au plan dans lequel a lieu le balayage par le faisceau d'élec- trons, de sorte que le plan neutre magnétiquement entre les structures magnétiques A et B cotncide avec l'axe longitudinal 16 du guide de faisceau 4. L'article 14 à irradier est entraîné à travers l'espace défini par les encoches 15 des pièces polaires intérieures 10, 11, 12 et 13 des structures magnétiques A et B, l'article étant entraîné dans une direction perpendiculaire à l'axe 16. La configuration de chaque structure magnétique est telle que l'espace compris entre les pièces polaires ne soit pas uniforme, cet espace étant plus faible près de l'axe de l'appareil. Suivant le mode de réalisation représenté sur la figure 1, cet espace est étagé, c'est-à-dire autour de l'axe 0, l'espace est défini par les pièces polaires intérieures 10 et 11, cet espace étant plus étroit que celui défini par les pièces polaires extérieures 6 et 7.Bien que l'espace soit étagé dans le cas de la figure 1, il est possible aussi de faire varier cet espace de façon continue en inclinant les pièces polaires extérieures ou l'espace peut être une combinaison de parties étagées et de parties inclinées de la façon représentée sur la figure 2 suivant laquelle il existe un changement étagé du champ magnétique entre les pièces polaires extérieures et les pièces polaires intérieures, le champ croissant ensuite de façon continue jusqu'au bord des pièces polaires intérieures. De plus, le nombre de gradins n'est pas limité à deux de la façon représentée et la structure peut comporter n'importe quel nombre d'étages du moment que l'intensité du champ augmente à chaque gradin en se rapprochant de l'article. Le pourtour de chaque pièce polaire intérieure 10, ll, 12 et 13 est d'une façon générale polygonal de la façon représentée sur la figure LA, avec l'encoche arrondie 15 considérée ci-dessus. L'effet de la forme polygonale est décrit ci-apres. Les électrons émis par la source d'électrons 1 dans l'accélérateur 2 sont accélérés par celui-ci pour former un faisceau d'électrons. Le faisceau d'électrons reçoit un mouvement de balayage du dispositif de commande de balayage 3 suivant un angle 9 dans un plan perpendiculaire au conducteur 14 et aux lignes de force situées entre les pièces polaires. L'intensité de champ magnétique autour de la zone définie par les encoches 15 des paires opposées des pièces polaires intérieures est pratiquement nulle parce que les structures produisent des champs magnétiques opposés qui s'annulent l'un l'autre dans cette zone. Par suite, le faisceau d'électrons passant par l'axe central 16 atteint la partie avant du conducteur 14 sans être dévié par les champs magnétiques.Le faisceau d'électrons 17 formant un angle faible Q1 > par rapport à l'axe, pénètre dans le champ magné tique intense entre les pièces polaires intérieures et il est fortement dévié par le champ pour atteindre la partie latérale supérieure du conducteur 14, de la façon représentée sur la figure 1A. Le-faisceau d'électrons 18, dévié d'un angle important 92 par rapport & l'axe, pénètre initialement dans le champ magnétique plus faible entre les pièces polaires extérieures, et il est relativement peu dévie.Après une partie de son passage à travers le champ magnétique faible, le faisceau 18 pénètre dans le champ magnétique fort dans lequel il est fortement dévié pour venir frapper la partie arrière du conducteur 14 de la façon représentée sur la figure 1A. Les lieux des parcours des électrons sont déterminés par les intensités des champs magnétiques, la vitesse des électrons et les formes périphériques des pièces polaires. Par suite, ces facteurs doivent Outre déterminées d'après les formes désirées pour les faisceaux. Il doit titre noté qu'en établissant un champ magnétique intense local à l'intérieur du champ magnétique de base, le rayon de courbure, et par suite la distance de parcours des dlecttons,peut devenir plus faible que dans l'appareil tel que celui décrit dans le brevet japonais 435/1960 précité. Autrement dit, dans l'appareil antérieur qui utilise un champ magnétique d'intensité uniforme, les électrons circulent dans le champ uniforme le long d'un lieu ayant un rayon de courbure constant, tandis que, selon l'invention, les électrons circulent d'abord dans un champ de base le long d'un lieu ayant un rayon de courbure constant et ensuite le long d'un lieu ayant un rayon de courbure constant mais plus petit.Par suite, la perte d'énergie des électrons devient très faible selon la présente invention. Les contours des pièces polaires 6 a 13 doivent être détermines en tenant compte de la perte d'énergie résultant des collisions avec les molécules d'oxygène et d'azote de l'atmosphère et de la variation de la densité du faisceau d'électrons résultant de la diffusion par ces collisions. La figure 3 est un graphique montrant en ordonnes la densité relative d'énergie du faisceau d'électrons en fonction de la distance à partir de la fenêtre de décharge des électrons 5, cette distance étant portée en abscisses pour des faisceaux d'électrons de 2 XeV passant dans un entrefer de 10 cm entre lespi:ècss polaires 12 et 13.Comme le montre la figure 3, la densité du faisceau d'6lectrons décrott considEra- blement avec la distance. Cependant, pour irradier uniformément l'article 14, la densité d'énergie des électrons du faisceau irradiant la surface du ecté distant de l'article doit être la même que celle du faisceau irradiant le cté avant de l'article. Cela est obtenu selon l'invention en utilisant des pièces polaires ayant des forces polygonales et en établissant un champ magnétique intense local h cOté de l'article,de façon que la courbure du parcours du faisceau d'électrons augmente quand l'angle Q augmente par rapport à l'axe et qua, par suite, une reconcentration du faisceau ait lieu pendant son passage à travers le champ magnétique intense. Cette caract6- ristique est représentée schématiquement sur la figure 4. Le résultat est une irradiation plus uniforme ainsi qu'une réduction de la longueur moyenne de parcours des faisceaux. Les performances de l'appareil selon l'inventiona utilisé avec un accélérateur de 1,8 MeV,ayant une longueur de balayage des électrons de îoe cm, c'est-à-dire la distance à la fenetre 5 du dispositif de balayage, entre les faisceaux les plus distants définissant l'angle de balayage, sont décrites ci-après. La structure magnétique utilisée était celle utilisée sur la figure 1, la distance entre les pièces polaires 10 et Il étant de 10 cm et la densité maximale du champ magnétique dans l'espace étant d'environ 500 gauss, et la distance entre les pièces polaires 6 et 7 étant de 25 cm et la densité de champ dans l'espace étant d'environ 300 gauss. Le lieu du parcours des électrons déchargés dans l'espace entre les pièces polaires avait un rayon de courbure d'environ 15 cm dans le champ magnétique entre les pièces polaires 10 et ll et d'environ 28 cm dans le champ magnétique entre les pièces polaires 6 et 7. Les figures 5 et 6 montrent les résultats obtenus en mesurant les doses absorbées d'électrons respectivement pour un échantillon long et un échantillon tubulaire en matière d'une densité de 1,0 avec un diamètre extérieur et une épaisseur de paroi respectivement de 40 et 4 mm. Les différentes courbes représentent la dose en différents points autour de l'article, et plus précisément aux points 0 , 900 et 1802. Le tableau ci-dessous indique la fraction de gel de chacun de six secteurs égaux de deux tubes échantillons en poîyéthylène, toua deux ayant un diamètre extérieur de 50 mm et une épaisseur de paroi de 3 mm, ces tubes ayant été irradiés dans l'appareil décrit ci-dessus. TABLEAU Echantillon % de gel % moyen de gel l 70, 69,2 70,0 68,4 70,0 68,5 69 4 2 71,2 67,7 71,6 71,9 71 > 9 67,0 67,9 69,5 Dans ce cas, environ 407. de l'énergie du faisceau d'électrons ont été utilisés. il est clair d'après les résultats ci-dessus que, avec l'appareil selon la présente invention, il est possible d'irradier des articles très épais efficacement et avec une densité de faisceau d'électrons sensiblement uniforme. De plus, il a et cons ta té pendant les mesures qu'il n'y a pas eu de décharge de Lichtenberg dans l'article ayant un très grand diamètre extérieur et irradié dans l'appareil selon l'invention. Les structures magnétiques A et B de la figure 1A peuvent être modifiées en obtenant pratiquement les mêmes résultats qu'avec l'appareil de la figure lA. Par exemple, plusieurs paires de structures magnétiques peuvent être disposées en dessous d'une fenêtre de décharge d'électrons consune, de la façon représentée sur la figure 7. De plus, il est possible de placer un autre aimant entre les pièces polaires intérieures de chaque structure magnétique de la façon représentée sur les figures 8A 8Bss auquel cas les pièces magnétiques intermédiaires 20 peuvent être remplia cées par des blocs dtisolement magnétique 20' en matière non magnétique. Bien entendu, la description qui précède n'est pas limitative et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes,sans que l'on sorte de son cadre. REVENDICATIONS 1. Appareil d'irradiation par des particules chargées comportant un accélérateur de particules chargées comprenant un tube accélérateur, un dispositif pour la décharge des particules chargées couplé au tube accélérateur et ayant une ouverture à son extrémité opposee, un dispositif de commande de balayage pour provoquer le mouvement de balayage du faisceau de particules chargées dans un premier plan, et un dispositif comportant au moins une paire de structures magnétiques en aval de cette ouverture, ces structures étant positionnées symétriquement de part et d'autre de l'axe de balayage pour produire des champs magnétiques continus opposés dans des directions normales au premier plan pour provoquer la déviation du faisceau vers un espace situé entre ces structures magnétiques, et l'article devant autre irradié par le faisceau de particules chargées étant entrainé travers cet espace dans une direction perpendiculaire au premier plan, caractérisé en ce que chaque structure magnétique comporte un aimant et une paire d'ensembles polaires connectés magnétiquement aux poules opposés du l'aimant pour établir entre les ensembles polaires un entrefer à travers lequel les lignes de flux magnétique sont perpendiculaires au premier plan et 8 travers lequel passent les particules chargées, cet entrefer étant non uniforme pour produire une intensité non uniforme de champ magnétique et le champ magnétique étant supérieur près de l'espace intérieur de la structure magnétique qu'a une plus grande distance a partir de cet espace. 2. Appareil selon la revendication l, caractérisé en ce que la distance entre la paire d'ensembles polaires décrott de façon continue vers l'espace. 3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque paire d'ensembles polaires comporte une plaque extérieure, une plaque intérieure et une connexion magnétique entre la plaque extérieure et la plaque intérieure, les plaques intérieures de cette paire d'ensembles polaires définissant un premier entrefer et les plaques extérieures de cette paire d'ensembles polaires définissant un second entrefer plus grand que le premier entrefer et plus éloigné de l'espace situé entre les structures maga4tiques afin que l'intensité non uniforme du champ magnétique varve de façon non uniforme. 4. Appareil selon la revendication 1, caractErise en ce que les contours des pièces polaires sont polygonaux. 5. Appareil selon la revendication 1 caractérisé en ce que les contours des pièces polaires sont elliptiques. 6. Appareil selon la revendication 3, caractérisé par un second aimant fixé entre les plaques intérieures de chaque paire d'ensembles polaires. 7. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs paires sensiblement identiques de structures magnétiques, tolites ces paires étant disposées dans le premier plan et un article à irradier passant à travers chaque structure dans l'espace entre les structures magnétiques dans une direction perpendiculaire au premier plan, le balayage étant suffisamment étendu pour intersecter tous les articles,