Brevet FR2401509A1 — publié le 19790323

La présente invention a pour objet un dispositif de contrôle des paramètres de fonctionnement (fréquence F, courant I, champ magnétique H) d'un magnétron dont la puissance du signal de sortie est réglable, un tel magnétron pouvant être utilisé avantageusement dans certains équipements industriels ou médicaux et plus particulièrement en association avec les accélérateurs de particules utilisés en radiothérapie et destinés S fournir des faisceaux de rayonnements ionisants de différentes énergies. En effet, il peut etre intéressant pour certains utilisateurs d'avoir à leur disposition un accélérateur de particules pouvant fournir, dans de bonnes conditions de fonctionnement, un faisceau de particules accélérées dont 1 t énergie peut varier par exemple de 5 à 10 MeV. La structure accélératrice d'un tel accélérateur est, le plus souvent, alimentée en énergie hyperfréquence au moyen d'un générateur H.F du type magnétron, la variation de ltenergie des particules accélérées étant obtenue par la variation de la puissance du signal H.F injecté dans la structure accélératrice. Un des moyens de faire varier la puissance du signal H.F injecté est de disposer un atténuateur variable sur le trajet du signal H.F emis par le magnétron. Il est aussi possible de faire varier l'énergie des particules accélérées et ceci dans le cas d'une structure accélératrice à plusieurs sections, en introduidant un déphasage entre deux sections consécutives. Enfin, il est aussi possible de faire varier l'énergie des particules accélérées en faisant varier la fréquence du signal H.F injecté dans la structure accélératrice. toutefois, ces dernières solutions ne permettent pas un fonctionnement optimum de l'accélérateur. Il est connu de faire varier la puissance du signal H.F émis par un générateur hyperfréquence en modifiant la puissance appliquée au générateur H.F, Mais dans le cas d'un magnétron, une modification de la puissance appliquée entraîne une variation de fréquence de fonctionnement du magnétron. D'autre part, lorsqu on fait varier le courant de fonctionnement du magnétron, ce magnétron subit, pour un courant-seuil donné, des perturbations de fonctionnement dites moding dues à un changement de mode de fonctionnement. Pour ce courant-seuil il y a superposition de deux modes de fonctionnement à des fréquences dif erentes, ces deux modes ayant des puissances différentes.En fait, le déclen- chement du phénomène de moding dépend à la fois du courant I de fonctionnement du magnétron (courant crête, si le magnétron fonctionne en impulsions) et du champ magnétique H auquel est soumis le faisceau d'electrons. La modification du champ magnétique H entraîne la modification de la valeur du courant-seuil IS de moding, Il est signaler aussi que la modification du courant de fonctionnement du magnétron entraîne une variation de la fréquence de fonctionnement de ce dernier, la valeur du rapport AF/hI (facteur de "pushing") dépendant de la valeur du champ magnétique H. Le dispositif de contrôle associé à un magnétron à puissance de sortie réglable objet de la présente invention permet de pallier ces inconvénients. Suivant llinvention, un dispositif de contrôle des paramètres de fonctionnement d'un magnétron permettant de faire varier la puissance F5 du signal de sortie du magnétron par variation de la puissance qui lui est appliquée, ledit magnétron comprenant un canon à électrons permettant d'obtenir un faisceau d'électrons de courant I pour une tension appliquée V donnée, une structure à cavités résonnantes, un système d'accord mécanique de fréquence associé à l'une au moins des cavités résonnantes et permettant de faire varier la fréquence de fonctionnemnet du magnétron, un électro-aimant fournissant un champ magnétique H nécessaire au fonctionnement du magnétron, est caractérisé en ce qu'il comporte un sélecteur permettant la sélection de la fré- quence et de la puissance du signal H.F de sortie du magnétron, un système d'asservissement lié audit sélecteur, ce système imposant simultanément au courant I et au champ magnétique H des valeurs prédéterminées L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des dessins qui l'accompagnent et sur lesquels Les figures 1, 2 et 3 représentent schématiquement trois exemples de réalisation d'un système d'alimentation suivant l'invention. Le système de contrôle suivant l'invention > montré en figure 1, est associé à un magnétron 1 disposé dans ltentrefer des pinces polaires 2 et 3 d'un électro-aimant 4 muni d'un bobinage 7, ce magnétron 1 comportant un canon 5 à électrons dont la cathode, reliée au pôle négatif d'une alimentation haute-tension 6 fournit un courant I. Le bobinage 7 de ltelectro-aimant 4 est relié à une source 16 de tension. Le magnétron 1, dans l'exemple de réalisation représenté, est du type à cavités radiales,mais peut tout aussi bien s'appliquer à un magnétron à cavité coaxiale. Il est associé d un système accord mécanique de fréquence comprenant un piston 10 mobile plongeant dans l'une des cavités radiales (non montrées) du magnétron 1. Un moteur 12 d'entraînement assure un mouvement de translation du piston 10 dans la cavité. Le système de contrôle suivant l'invention comporte un séiecteur 14 permettant de sélectionner la fréquence et la puissance du signal de sortie du magnétron 1. Ce sélecteur 14 est relié à un système 13 d'asservissement contrôlant simultanément le fonctionnement de la source 6 haute-tension alimentant le magnétron 1, c'est-à-dire la valeur de la haute-tension V appliquée au canon 5, le fonctionnement du potentiomètre 17 associé à la source 16 de tension alimentant le bobinage 7 de l'électro-aimant 4 et le dispositif d'alimentation 15 du moteur 12 d'entraînement du piston 10 d'accord mécanique de la fréquence du magnétron 1. Un relais Ro est placé entre la source haute-tension 6 et le canon 5 du magnétron 1. Un relais R1 de commutation est disposé entre le système d'asservissement 13 du magnétron 1 et le dispositif d'alimentation 15 du moteur 12 entraînant le piston 10 d'accord de fréquence du magnétron 1. Un système 20 de correction de fréquence permet de corriger les écarts de fréquence AF qui peuvent se produire au cours du fonctionnement du magnétron 1 (par aug~entation de la température par exemple). Le relais R1 est alors un relais de coiin.utation à deux positions A et B, la position A du relais R1 permettant d'établir la liaison entre le systeme dtasservis- sement 13 et le dispositif d'alimentation 15 du moteur 12, tandis que la position B permet d'établir la liaison entre le système 20 de correction de fréquence et le dispositif d'alimentation 15. En fonctionnement, la fréquence et la puissance du signal de sortie du magnétron 1 sont sélectionnées sur le sélecteur 14 qui déclenche le fonctionnement du système d'asservissement 13. Celui-ci fixe, d'une part, la valeur de la haute-tension V fournie par la source haute-tension 6 au magnétron 1 et donc le courant I de fonctionnement du magnétron 1, et, d'autre part, la valeur de la fréquence F de fonctionnement du magnétron 1. Le relais R1 étant en position A, le système d'asservissement 13 commande le dispositif d'alimentation 15 du moteur 12 qui positionne convenablement le piston 10 d'accord de fréquence dans la cavité du magnétron 1 à laquelle il est associé. Un appareil de mesure Il permet de vérifier la position du piston 10 dans cette cavité non représentée). Simultanément, le système d'asservissement 13 fixe la valeur de la tension v appliquée sur le bobinage 7 de l1électro-aimant 4 en agissant sur un système#potentiométrique 17 associé a la source 16 de tension v, déterminant ainsi la valeur du champ magnétique H. Le réglage des paramètres F et H étant effectué le relais Rov qui était sur la position d'arrêt P1, passe sur la position marche P2 et la haute-tension V est appliquée au magnétron 1. La fréquence initiale F de fonctionnement du magnétron 1 peut subir des variations AF. Ces variations peuvent être corrigées par le système 20 de correction de fréquence 5 Le relais R1 passe alors de la position A à la position B, déconnectant le système d'asservissement 13 et introduisant, dans le circuit d'accord de fréquence, le système 20 de correction de fréquence. Ce système 20 de correction de fréquence peut comporter par exemple une source de tension 21 associée à un montage poten tiométrique 22 dont le réglage peut être déterminé au moyen d'une carte de positionnement préétablie en fonction de la variation des différents paramètres pouvant engendrer une variation AF de la fréquence F de fonctionnement du magnétron (variation de la température, changement de position du magnétron par exemple) en fonction du temps. Dans l'exemple de réalisation montré en figure 2, le magnétron 1 est destiné à alimenter en haute-fréquence la structure accélératrice 31 d'un accélerateur 30 de particules. La fréquence de fonctionnement de cet accélérateur 30 variant dans le temps, un dispositif de contrôle automatique de fréquence 32- de type connu (Demandes de brevet N0 76.04 347 et NO 76.36 072 par exemple) est associé à l'une des cavités 33 de la structure accélératrice 31. Dans un exemple de realisation, le dispositif de contrôle automatique de fréquence 32 est muni d'un comparateur (non montré sur la figure 2) qui permet de comparer la fréquence F1 du signal émis par le magnétron 1 et la fréquence F2 de fonctionnemnet de la structure accélératrice 31 à un instant donné. En fonctionnement, le comparateur fournit un signal électrique de correction correspondant à la différence F1 - F2 et commandant la mise en fonctionnement du moteur 12 qui entraîne le déplacement du piston 10 d'accord de fréquence. Un relais R2 de commutation à deux positions A et G permet de connecter le système d'asservissement 13 au dispositif d'alimentation 14 du moteur 12 pour le réglage initial de la fréquence F du magnétron 1 (position A), puis, lorsque l'accélérateur 30 est mis en fonctionnement, le relais R2 passe en position C et la fréquence de fonctionnement du magnétron 1 est alors contrôlée par le système de contrôle automatique de fréquence 32. L'exemple de réalisation de la figure 3 est une variante de la précédente réalisation, le magnétron I étant encore destiné à alimenter la structure accélératrice 31 de l'accélérateur 30; Un système 20 de correction de fréquence tel que décrit précédemment, peut être connecté, au moyen d'un relais R3 à trois positions A, 3, C au dispositif d'alimentation 14 du moteur 12 d'accord de fréquence. En fonctionnement, le relais R3 assure la connection du système d'asservissement 13 au dispositif d'alimentation 14 du moteur 12 (position A), qui positionne convenablement le piston 10 d'accord de fréquence. Le relais R3 peut alors passer en position B, et c'est alors le système 20 de correction de fréquence qui contrôle la fréquence de fonctionnement du magnétron 1, puis/ou en position C, lorsque l'accélérateur 30 est mis en fonctionnement, le système de contrôle automatique de fréquence 32 permettant alors d t asservir la fréquence du magnétron 1 à la fréquence de fonctionnement de l'accélérateur 31. Un dispositif de contrôle suivant l'invention permet donc de faire varier l'énergie des électrons accélérés issus de l'accélérateur 30 en choisissant la puissance convenable du signal de sortie du magnétron 1, c'est-à-dire la valeur du courant de fonctionnement du magnétron 1 et le champ magnétique H correspondant, assurant ainsi un réglage optimum du magnétron 1, pour une fréquence F déterminée et pour un signal de sortie de puissance déterminée. REVENDICATIONS 1. Dispositif de contrôle des paramètres de fonctionnement d'un magnétron comprenant un canon à électrons permettant d'obtenir un faisceau d'électrons de courant I pour une haute-tension appliquée V déterminée, une structure à cavités résonnantes, un système d'accord mécanique de fréquence associé à l'une au moins des cavités résonnantes et permettant de faire varier la fréquence de fonctionnement du magnétron, un électro-aimant fournissant un champ magnétique H nécessaire au fonctionnement du magnétron, caractérisé en ce qu'il comporte, en combinaison, des moyens de contrôle de la fréquence de fonctionnement du magnétron, des moyens de contrôle de la puissance de sortie du magnétron pour le contrôle de la haute tension V appliquée au magnétron, des moyens de contrôle du champ magnétique H fourni par l'électro-aimant associé au magnétron, ces moyens étant reliés à un système d'asservissement commandé par un sélecteur et imposant simultanément aux différents paramètres de fonctionnement du magnétron des valeurs déterminées. 2. Dispositif de contrôle suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de contrôle de la fréquence de fonctionnement du magnétron comprennent un piston mobile plongeant dans l'une des cavités résonnantes du magnétron et relié à un moteur d'entrainement permettant le réglage de l'enfoncement du piston dans la cavité, le moteur étant alimenté par un dispositif d'alimentation électrique relié au système d'asservissement au moyen d'un relais de commutation. 3. Dispositif de contrôle suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de contrôle de la fréquence de fonction- nement du magnétron comporte un système complémentaire de correction de fréquence du magnétron, en ce que le relais de commutation possède au moins deux plots-de connexion, en ce que le système d'asservissement est connecté à l'un des plots de connexion et le système complémentaire de correction est connecté l'autre plot. 4. Dispositif de contrôle suivant les revendications 2 et 3, le magnétron étant relié à une charge constituée par la structure accélératrice d'un accélérateur linéaire de particules, la structure accélératrice étant associée à un système de contrôle automatique de fréquence, caractérisé en ce que le dispositif d'alimentation du moteur est connecté à un relais R3 de commutation à trois positions A, B, C, permettant de relier successivement le dispositif d'alimen tation du moteur, au système d'asservissement (position A), au système complémentaire de correction de fréquence (position B), puis au système de contrôle automatique de fréquence (position C). 5. Dispositif de contrôle suivant l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le système de correction de fréquence comporte une source de tension associée d un montage potentiométrique dont le réglage est programmé en fonction du temps au moyen d'une carte de positionnement du piston, ce positionnement étant préétabli en fonction des différents paramètres engendrant une variation AF de la fréquence F de fonctionnement du magnétron.