Brevet FR2389992A1 — publié le 19781201

L'invention se rapporte aux accélérateurs linéaires à électrons et plus particulièrement à un canon à électrons pulsé pour l'obtention d'impulsions d'électrons accélérés de durée aussi brève que possible. L'obtention d'impulsions d'électrons accélérés de duree très courte est nécessaire lorsque le faisceau d'électrons accélérés est utilisé pour créer, après impact sur une cible, des groupes de neutrons utilisés pour effectuer des mesures, par exemple des mesures de section efficace. L'énergie des neutrons est calculée à partir de la durée mise pour parcourir une certaine distance. L'énergie est connue avec une précision en relation avec l'instant de départ des neutrons de la cible. Or cet instant est connu avec une imprecisionégale à la durée de l'impulsion d'électrons qui a donné naissance au groupe de neutrons.Par ailleurs, il est intéressant d'avoir pour une énergie donnée, le plus de charge possible dans une impulsion n si on diminue la durée de l'impulsion, il est nécessaire d'augmen- ter le courant de manière à avoir la même charge dans l'impulsion Les canons à électrons utiles pour de telles mesures doivent donc fournir des impulsions très courtes (quelques nanosecondes) de plusieurs dizaines d'ampères. Les canons à impulsions courtes connus sont tels que l'impulsion est amenée par une ligne coaxiale adaptée à son extrémité ; mais la cathode et la grille du canon étant sous vide, il y a toujours une rupture d'impédance de la ligne au passage de la paroi du canon car l'espace entre le support de grille et le support de cathode n'est pas adapté à la ligne de transmission extérieure au canon. La présente invention a pour objet un canon à électrons, à impulsions courtes-permettant de réduire ces inconvénients. En particulier, le canon à électrons pulsé selon l'invention a une structure telle que la ligne coaxiale peut être prolongée à l'intérieur du support de grille formant partie de l'enceinte à vide jusqu'à une distance très courte de la cathode, reduisant ainsi les longueurs des supports de cathode et de grille à l'intérieur de l'enceinte à vide, la fermeture de la ligne sur son impédance caractéristique étant effectuée au voisinage de la cathode. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description qui suit en référence aux figures annexées. La figure 1 représente un canon triode à électrons en coupe selon l'invention. La figure 2 représente un canon à électrons selon l'invention connecté à un amplificateur ayant une structure de révolution. La figure 3 représente un canon à électrons selon 1 t invention connecté à un modulateur à thyratron. Lorsqu une source d'électrons est un canon triode,la cathode du canon est portée à un potentiel très négatif - THT qui est la tension d'injection des électrons dans l'accélérateur et 11 émission d'électrons par cette cathode est modulée par un signal de commande appliqué entre la grille et la cathode, la grille étant polarisée négativement par rapport à la cathode lorsque le canon à électrons est bloqué et polarisée positivement par rapport à la cathode pour qu'il y ait émission d'électrons. De manière générale, une capacité de découplage permet d'isoler 1 t alimentation de polarisation du générateur de commande. Des bobines d'inductance de choc permettent par ailleurs d'isoler la source de chauffage de la cathode des circuits portés au potentiel - THT. Dans les canons classiques dont le fond est plan, les supports de grille et de cathode sont sensiblement de même longueur.que l'isolant nécessaire pour isoler ltensemble grille - cathode de l'anode.De tels supportes, par la capacité parasite existant entre eux, entrainent la création drosillations à la fin des impulsions de commande bien que ]a ligne de transmission amenant les impulsions entre grille et cathode soit fermée sur son impédance caractéristique Zc, cette impédance étant donnée en fonction des rayons des conducteurs coaxiaux formant la liane par étant une constante. La constante de temps-du circuit ainsi formé est de l'ordre de la nanoseconde par conseauent lorsque les impulsions ont une durée de l'ordre de 100 ns les oscillations sont négligeables.Par contre lorsque les impulsions de commande ont une durée de l'ordre de la dizaine de nanosecondes, voire de l'ordre de quelques nanosecondes, les oscillations créées dans une telle structure sont très génantes et il n'est pas possible d'adapter la ligne à l'intérieur du tube formée par les supports de grille et de cathode situés dans le prolongement des conducteurs extérieurs car ces supports sont dans le vide. I1 y a donc toujours une discontinuité dans l'impédance de la ligne au passage de la paroi du tube à vide. La structure du canon à électrons selon l'invention permet d'éviter ces inconvénients. Le canon triode selon l'invention représenté sur la figure 1 est tel que les dimensions du tube entre l'anode et 11 extrémité du tube support de grille sont données par l'épaisseur d'isolant nécessaire pour une isolation correcte de l'anode par rapport à l'ensemble grille cathode ; un tube conducteur, à l'intérieur du tube isolant forme le support de grille sur lequel vient s 1appuyer un condensateur de découplage de grille annulaire, la ligne de transmission par laquelle les impulsions de commande sont appliquées étant prolongée dans le tube ainsi formé jusqu'au voisinage de la cathode. Plus précisement, le canon triode représenté comporte une anode 1 portée au potentiel de la masse et percée d'un trou 2 à travers lequel passe le faisceau d'électrons. Un manchon 3 en matière isolante étanche forme la paroi externe du canon et sépare 11 anode 1 d'un conducteur cylindrique 4 qui forme le support de grille et est prolongé par la grille 5. Ce support doit etre porté en fonctionnement à un potentiel très négatif par rapport à la masse - TNT (de l'ordre de 80 kilovolts par exemple). Ce support est fixé de manière étanche à un manchon isolant 6, fixé par ailleurs à une plaque conductrice 7 sur laquelle est fixée la cathode 8. Le manchon isolant 6 permet l'isolation de la grille par rapport à la cathode. La plaque conductrice 7 est annulaire et un manchon isolant 9 s'appuie sur l'intérieur de l'vanneau conducteur. Une petite plaque circulaire conductrice 10 est reliée à l'intérieur du canon à une extrémité du filament de chauffage de la cathode, l'autre extrémité de ce filament étant relié à la plaque conductrice 7. L'ensemble formé par le manchon isolant 3 le support de grille 4, le manchon isolant 6, l'anneau conducteur 7, le manchon isolant 9, la plaque 10 et le support d'anode forme une enceinte fermée étanche dans laquelle le vide peut etre effectué. Les soudures entre ces éléments sont étanches. Des anneaux de garde tels que 15 et 16 sont prévus pour que la vrs haute tension - THT appliquée entre l'anode et l'ensemble grille cathode n'entraine pas la rupture de l'enceinte.Les lignes de champs entre l'anode et l'extrémité du support de grille sont ainsi régularisées. L'alimentation de ce canon peut être effectuée de manière très avantageuse par un dispositif amplificateur ayant une structure ae révolution comme représenté sur la figure 2 où les les mêmes éléments que sur la figure 1 ont été désignés par les mimes repères. L'amplificateur 17 délivre les impulsions de commande entre deux conducteurs coaxiaux creux de rayons R1 et R2 d'impé R? R2 dance caractéristique Zc = k log R23 le conducteur intérieur creux 11 étant relié à la plaque ive contact de cathode 7 et le conducteur extérieur creux 12 étant relié à la grille l'intermédiaire d'un condensateur annulaire de découplage 13 aux bornes duquel est branchée l'alimentation de polarisation grille-cathode occupant à l'extrémité de la ligne 1 l'espace entre le conducteur extérieur creux et le support de grille creux. Le support de grille est porté au potentiel -THT. La ligne est fermée sur son impédance caractéristique, par des résistances 14 connectees radialement entre le conducteur intérieur et le conducteur extérieur. Une telle disposition perrnet d'éviter toute désadaptation de la ligne de transmission puisque le support conducteur de grille fait partie intégrante de l'enceinte à vide et permet un contact électrique direct entre la grille et le dispositif amplificateur 17 délivrant les impulsions destinées à pulser le canon à électrons. De plus le chauffage de cathode est effectué par une source de chauffage connectée entre la plaque de cathode 7 reliée au conducteur intérieur creux et un fil conducteur relié à la plaque conductrice 10 connectée au filament de chauffage par l'intermédiaire de bobines de choc 18. Le tube peut être refroidi par de l'air circulant à l'intérieur du conducteur creux. La figure 3a) représente un canon à électrons alimenté par un modulateur à thyratron placé dans le puits formé par le support de grille de l'enceinte à vide du canon. Sur cette figure les différentes parties du canon à électrons ont été designes par les mêmes repères que sur les figures précédentes. Le thyratron 20 a sa cathode 21 reliée au support de grille 4 du canon à électrons par l'intermédiaire d'un condensateur annulaire 22. Le contact entre le condensateur 22 et la cathode est obtenu par un conducteur cylindrique 23 sur lequel s'appuie le condensateur 22 et une plaque de contact de cathode du thyratron 24. L'anode 25 du thyratron est reliée au conducteur central 26 d'un cable coaxial d'impédance Zc (50 Q par exemple). Le conducteur extérieur 27 de ce cable coaxial est relié à la plaque de cathode 7 du canon à électrons. Le support de grille du canon est porté au potentiel très négatif par rapport à l'anode du canon - THE.par l'intermédiaire de la source de polarisation de grille 19. La coupe suivant A représentée sur lafigure 7b) permet de montrer en outre les canalisations 28 et 29 dans lesquelles de l'air est soufflé pour refroidir la cathode du canon à électrons et les conducteurs 30 et 31 connectés à la plaque de cathode 7 et à la plaque conductrice 10 entre lesquels est appliqué la tension de chauffage de cathode. La source de polarisation du thyratron n'a pat été représentée sur la figure. Une telle structure permet comme la précédente d'établir un contact entre le support de grille du canon et le dispositif d'alimentation en impulsions. -L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation du canon à électrons décrit et représenté. En particulier tout- canon à électrons comportant un support de grille qui est partie de l'enceinte à vide et qui est connecté directement, par sa face extérieure à l'enceinte à vide, au dispositif d'alimentation en impulsions, la ligne de transmission étant fermée sur son impédance caractéristique, est dans le domaine de l'invention. REVENDICATIONS 1. Canon à électrons pulsé comportant un tube isolant étanche fermé à une extrémité, aux extrémités duquel doit être appliquée par des conducteurs une tension de plusieurs dizaines de kilovolts, caractérisé en ce qu'un tube conducteur intérieur au tube isolant et de même axe est fixé de manière étanche à celui-ci, ce tube conducteur formant le support de grille, le fond du puits ainsi formé étant fermé par une plaque conductrice isolée du tube conducteur par un anneau isolant3 cette plaque formant le support de cathode du canon, le support de grille étant une partie de l'enceinte à vide ainsi constituée. 2. Canon à électrons selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est pulse par un générateur d'impulsions, par l'intermédiaire d'un élement connecteur prenant place dans le puits, la liaison entre élément connecteur et le support de grille étant effectuée par une bande extérieur mise en contact avec le support de grille. 3. Canon à électrons selon la revendication 2, caractérisé en ce que les impulsions sont amenées par une ligne de structure coaxiale, fermée sur sàn impédance caractéristique, dont l'extré- mité est située au fond du puits formé par le support de grille. 4. Canon à électrons selon l'une quelconque des revendications précédentes., caractérisé en ce qu'il est refroidi par de l'air soufflé à l'intérieur du puits -formé par le support de grille. 5. Accélérateur linéaire à électrons comportant un canon à électrons pulsé selon l'une quelconque des revendications précédentes.