Brevet FR2413670A1 — publié le 19790727

Les faisceaux de particules chargées accélérés utilisés dans l'industrie et plus encore ceux qui sont utilisés dans le domaine médical doivent avoir des caractéristiques de fonctionnement bien définies et stables en fonction du temps (intensité, centrage du faisceau, énergie des particules ...), de plus, dans les appareils utilisant un faisceau de balayage, il est nécessaire que l'élongation de ce faisceau puisse être contrôle. Or, l'élongation d'un faisceau de balayage obtenu par le passage d'un faisceau de particules chargées dans un champ magnétique variable, dépend, pour un champ magnétique crête donné, de l'énergie des particules de ce faisceau. La mesure de l'élongation du faisceau de balayage permet donc de contrôler l'énergie des particules de ce faisceau. La mesure et la symétrie de cette élongation permettent de contrôler. le centrage de ce. faisceau. Suivant l'invention, un dispositif à analyse thermique destiné à contrôler un faisceau de balayage obtenu par le passage; dans un champ magnétique H variable,-d'un faisceau de particules chargées issues d'une source S et-plus particulièrement l'énergie et le centrage de ce faisceau de balayage, est caractérisé en ce qu'il comporte un système de capteurs thermiques disposés sur le trajet des trajectores marginales du faisceau de balayage, ce système comprenant au moins un élément tubulaire dans lequel peut circuler un fluide, cet élément tubulaire étant disposé partiellement sur le trajet de .ces trajectoires marginales, en ce que des moyens permettent de mesurer l'élévation de la température du fluide lorsque l'élément tubulaire qui le contient est soumis au faisceau de balayage, en ce que des moyens permettent d'asservir le fonctionnement de la source S du faisceau de particules à un signal proportionnel à l'élévation de la température du fluide. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaitront à l'aide de la description ci-arpès et des dessins qui l'accompagnent et sur lesquels Les figures 1 et 2 montrent un exemple de réalisation d'un dispositif suivant l'invention. Les figures 3, 4, 8 et 9 représentent quatre autres exemples de réalisation d'un dispositif suivant l'invention. Les figures 5 à 7 et 10 montrent respectivement des détails des figures 4, 3, 5 et 8. La figure 1 représente de façon simplifiée une source S de particules chargées accélérées (un accélérateur linéaire d'électrons par exemple) qui, associée à un électro-aimant E fournissant un champ magnétique H variable situé en aval de cette source S, permet d'obtenir un faisceau F de balayage. Ce faisceau F de balayage peut se déplacer dans une enceinte a vide, ou cornet 1 de balayage, muni d'une fenêtre 2 étanche au vide et transparente au faisceau F de balayage. En aval de la fenêtre 2 est placée une cible3 destinée à recevoir le faisceau F de particules accélérées. Entre la fenêtre 2 et la cible 3 est placé un système4a'capteur thermique suivant l t invention, comprenant le capteur thermique montré en détail sur la figure 2.Ce capteur thermique est constitué d'une tubulure d réalisée en un matériau bon conducteur de la chaleur et ayant la forme d'un U dont les deux bras latéraux 5 et 6 sont partielietent placés sur le trajet des trajectoires mar finale du faisceau F de balayage. Un fluide peut circuler dans la tubulure d. Deux systèmes 7 et 8 de mesure thermique du fluide sont res pectiv-ient disposés dans Te bras 5 d'entrée et dans le bras 6 de sortie de la tubulure d. Un premier système différentiel 9 permet de mesurer la différence de température AT31 = T3 - T1, T1 et T3 étant respectivement les températures du fluide à l'entrée et à la sortie de la tubulure d. Un deuxiee système différentiel 10 permet de comparer cette valeur AT31 avec une valeur (au31)0 prédéterminée.Un autre système 19 de mesure thermique, placé entre les bras 5 et 6, est associé à deux systèmes différentiels 11, 12 permettent de déterminer respectivement les élévations de température hT21 = T2 - T1 et #T32 = T3 - T2 du fluide dans le bras 5 et le bras 6 de la tubulure d et donc le décentrage éventuel du faisceau F de balayage. En fonctionnement, pour une certaine énergie W donnée des particules et une valeur donnée des caractéristiques du champ ma gnétique H de balayage, l'amplitude L de balayage a une valeur déterminée. Les trajectoires marginales du faisceau F de balayage viennent frapper les bras 5 et 6 de la tubulure d provoouant une élévation de la température du fluide circulant dans la tubulure d.Une variation AW de l'énergie des particules du faisceau F a pour conséquence une variation AL de l'amplitude L du faisceau F de balayage et donc une variation AT31 = T3 - T1 de la température du fluide que l'on comparera à une valeur de référence (#T31)0 au moyen du second système différentiel 10, fournissant un signal t10 proportionnel d la différence AT31 - (AT318 . Le signal t10, dont.la valeur est liée à l'énergie W des particules du faisceau F de balayage, peut commander un dispositif K de contrôle du fonctionnement de la source S.Le dispositif permet aussi de vérifier et contrôler le centrage du faisceau F.En effet, si le faisceau F est convenablement centré par rapport au bras 5, 6 de la tubulure d, les élévations de température AT21 et AT32 du fluide dans les bras 5, 6 doivent être égales et donc la différence AT32 - AT21 est sensiblement égale à zéro. Mais dans le cas d'un faisceau décentré, la différence AT32 - AT21 n'est pas nulle et un signal t13 proportionnel à la valeur de la différence AT32 - AT21 est fourni par le système différentiel 13, ce signal t13 commandant alors le dispositifK de contrôle du fonctionnement du faisceau. Dans un autre exemple de réalisation du dispositif suivant l'invention montré en figure 3, deux capteurs thermiques constitués respectivement de deux tubulures d1 et d2, en matériau bon conducteur de la chaleur, du cuivre par exemple, ayant chacune la forme d'un U, sont disposées partiellement surales trajectoires marginales du faisceau F de balayage.La tubulure d1, intérieure,a deux bras 15 16 disposés partiellement sur le trajet des trajectoires marginales du faisceau F et la tubulure d2, extérieure à-là première tubulure d1, a deux bras 17, 18 parallèles aux bras 15, 16 de la tubulure d1 et placés un peu au-delà de ces trajectoires marginales du faisceau F de balayage lorsque ce dernier présente les caractéristiques désirées correspondant à un faisceau F de particules d'énergie W. Deux systèmes de mesures thermiques 22 et 23 sont associés à la tubulure d1 permettant de mesurer les températures T11, T12 d'entrée et de sortie du fluide. De même, deux systèmes de mesures thermiques 24, 25 sont associés à la tubulure d2 permettant de mesurer les températures T21 et T22 du fluide à l'entrée et à la sortie de cette tubulure d2. Deux systèmes différentiels 26 et 27 associés respectivement aux tubulures d1 et d2 permettent d'obtenir les différences 1 = 12 - T11 et AT2 = T22 - T21. Enfin, deux autres systèmes différentiels 28 et 29 fournissent respectivement des signaux t1 1 1 (AT1)0 et t2 2 AT2 - (AT2)0, (AT1)0 et (AT2)0 étant des valeurs de référence prédéterminées. En fonctionnement, si le faisceau F est convenablement centré et si l'énergie des particules W est égale à la valeur désirée, les trajectoires marginales du faisceau F viennent frapper les bras 15 et 16 de la tubulure d1, séparés par une distance L1 sensiblement égale à l'élongation L du faisceau F de balayage augmentant ainsi d'une valeur (T18 la température du fluide circulant dans la tubulure d1, tandis que les bras 17 et 18 de la tubulure d2, extérieure, n'enregistre qu'une treks faible élévation (T2t de la température du fluide circulant dans la tubulure d2, soit (au2)0 = O, la distance L2 séparant les deux bras 17 et 18 de la tubulure d2 étant légèrement supérieure à l'élongation L du faisceau F de balayage.Une variation de l'énergie W des particules entraine une variation de l'élongation L du faisceau de balayage et l'apparition du signal t1 et éventuellement du signal t2 qui commandent alors le système de contrôle K du fonctionnement de la source S du faisceau F de particules accélérées. La tubulure d (figure 2) ainsi que les tubulures d1 et d2 (figure 3) peuvent être enrobées d'un matériau 20 thermiquement isolant afin d'éviter le-refroidissement du fluide en circulation et donc des mesures erronées, les parties de ces tubulures d, d1, d2 destinees à être bombardées par le faisceau F de balayage étant dépourvues de cet enrobage 20. Dans un autre exemple de réalisation du dispositif suivant l'invention, montré en figure 4, les capteurs thermiques sont des systèmes caloporteurs dits "caloducs't C1, C2 disposés sur les trajectoires marginales du faisceau F de balayage. En figure 5, on montre de façon détaillée le caloduc C2 comprenant une enceinte 30 tubulaire métallique, en cuivre par exemple, dans laquelle est introduit un liquide ayant une chaleur latente de vaporisation suffisamment élevée pour pouvoir emmagasiner une grande quantité de chaleur. L'eau peut etre utilisée dans l'exemple décrit. Un système capillaire 31, constitué d'une toile en textile ou d'une toile métallique par exemple, et ayant la forme d'un doigt de gant, est placé contre la paroi interne de l'enceinte 30 du caloduc C2 dont l'extrémité 34, dite "évapo- rateur", est soumise au bombardement des trajectoires marginales du faisceau F tandis que l'autre extrémité 33, dite condensateur", reste sensiblement à la température ambiante.Un gaz neutre (du xénon par exemple) est introduit sous faible pression (quelques millimètres de mercure) dans l'enceinte 30 pour assurer un bon isolement thermique du condenseur 33. La mise en place du liquide dans le caloduc C2 s'effectue de la façon suivante : on procède d'abord à la saturation du système capillaire 31 avec le fluide à vaporiser (ou à son mouillage), puis on réalise le vide dans l'enceinte 30 par un queusot 32 jusqu't obtenir une atmosphère ne contenant plus que de la vapeur du fluide considéré (vapeur d'eau dans notre exemple), puis on introduit par le queusot 32, avant sa fermeture, le xénon sous faible pression. Une série de senseurs s1, s2 s3....s2n sont répartis le long de l'enceinte 30, ces senseurs s1, s2, s3..,.. s2n pouvant être des couples thermoélectriques par exemple. Un fourreau 35 en matériau thermiquement isolant et enveloppant partiellement l'enceinte 30 est traversé longitudinalement par des conducteurs W1 > W2, W3 W2n respectivement reliés aux senseurs s1, s2, S3... s2n . Un senseur s considéré à la température ambiante T0 peut servir de source froide pour déterminer l'élévation de la température de chacune des zones de l'enceinte 30 correspondant à l'un des senseurs sl, s2, S3..., 33. , ltélévation de température étant liée à l'amplitude de balayage du faisceau F et donc à l'énergie des particules de ce faisceau F pour un champ magnétique H de balayage donné. En -fonctionnement, les trajectoires marginales du faisceau F, pour uiie amplitude déterminée de balayage, viennent frapper l'extrémité 34, ou évaporateur, des caloducs C2 et C1 comme le montre la figure 4. L'eau contenue dans le système capillaire 31 se vaporise dans la zone soumise au faisceau F et la vapeur d'eau comprime le gaz xénon contenu dans l'enceinte 30 un peu au-delà du senseur s3 par exemple. La ligne 35 en traits interrompus indique (figure 5) la frontière vapeur d'eau - gaz xénon. La température de l'enceinte 30 au-delà de cette frontière 35 décroit rapidement alors que les senseurs s1, s2, s3 sont à des températures élevées (supérieures à 1000C). Un système différentiel de mesure 35 (figure 7) associé aux senseurs s1, s2, 53 sn permet de déterminer la variation de la température de l'enceinte 30, le long de cette dernière et donc les caractéristiques du faisceau F de balayage.Le système de mesure 35 fournit des signaux t1, t2, t3... Un ou plusieurs de ces signaux t1, t2, t3.... peuvent etre sélectionnés pour commander le dispositif de contrôle K du fonctionnement de la source S du faisceau F de balayage. Sur la figure 7, l'information u2(n-1) fournie par le senseur S2(n-l) est comparée à l'information u0 fournie par le senseur sO de référence de façon à fournir le signal t2n-1) = U2(n-1) -u0. Dans un autre exemple de réalisation montré en figure 8, deux paires de caloducs C1l, C12 et C21, C22 sont disposés symétriquement, par paire, de part et d'autre de la trajectoire moyenne du faisceau F de balayage, la distance L1 séparant les caloducs Cîî, C12 étant sensiblement égale à l'élongation,L désirée du faisceau F de balayage, et la distance L2 séparant les caloducs C21 et C22 étant un peu supérieure à cette élongation L. Les distances L1 et L2 séparant respectivement les paires de caloducs C11, C12 et C21 C22 peuvent être réglable. Des senseurs (non montrés sur la figure 8) sont associés à chacun des caloducs C1i, G12 et C21, C22 En fonctionnement, la distance L1 séparant les caloducs C11 > C12 étant sensiblement égale à l'élongation L désirée, du faisceau F de balayage, les senseurs associés à ces caloducs C11 et C12 permettent de vérifier le centrage du faisceau F (dans le cas d'un centrage convenable du faisceau F, les caloducs C11 et C12 délivrent des signaux identiques) et l'énergie des particules dont dépend l'élongation L du faisceau Les caloducs C21 et C22 sont disposés de telle façon par rapport aux caloducs 011 et C12 que, pour le faisceau F désiré, ces caloducs C21 et C22 n'enregistrent qu'unie très faible élévation de température. Si l'énergie W des particules du faisceau F de balayage diminue, l'élongation L augmente et les caloducs C21, C22, bombardés par les trajectoires marginales du faisceau F, délivrent des signaux recueillis par l'un ou l'autre des senseurs associés à chacun de ces caloducs C21, C22. Ces signaux commandent alors le dispositif de contrôle K du-fonctionnement de la source S (en figure 7, le signal t2(n 1) fourni par le senseur 52(n-1) du caloduc C2 commande le dispositif de contrôle K).Si l'énergie W des particules est trop élevée, l'élongation du faisceau F est-plus faible et la paire de caloducs C11, C12 ne délivre aucun signal, les senseurs sl, s2, 53 étant sensiblement à la température que le senseur sO de référence. Si le faisceau F est décentré, les caloducs de l'une au moins des paires de caloducs C11, C12 ; C21, C22 délivrent des signaux qui ne sont pas égaux et un système différentiel 36 associé la paire de caloducs C11, C12 dans l'exemple montré en figure 10 fournit un signal t36 commandant le dispositif K de contrôle du fonctionnement de la source S. Les caloducs C1 , C2 ou les paires de caloducs C1, C2 et C3, C4 peuvent être disposés en aval du cornet 1 de balayage (figure 1) ou fixés sur ce cornet 1 de balayage comme le montre la figure 9, seuls les évaporateurs 74 pénétrant: dans ce cornet 1. REVENDICATIONS 1. Dispositif à analyse thermique destiné à contrôler un faisceau F de balayage, ce faisceau F de balayage, qui peut se déplacer dans une enceinte étanche ou cornet de balayage, étant obtenu par le passage d'un faisceau de particules chargées issu d'une source S dans un champ magnétique H variable, caractérisé en cequ'il comporte un système de capteurs thermiques placés sur le trajet des trajectoires marginales du faisceau F de balayage, ce système comprenant au moins un élément tubulaire dans lequel peut circuler un fluide, cet élément tubulaire étant disposé partiellement sur le trajet de ces trajectoires marginales, en ce que des moyens permettent de mesurer l'élévation de la température du fluide lorsque l'élément tubulaire qui le contient est soumis au bombardement du faisceau F de balayage, en ce; que des moyens permettent d'asservir le fonctionnement de la source S du faisceau F à au moins un signal proportionnel à l'élévation de la température du fluide 2. Dispositif à analyse thermique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur thermique est constitué d'une tubulure (d) dont une partie au moine est en matériau bon conducteur de la chaleur, cette tubulure en forme de U ayant deux bras latéraux (5, 6) disposés partiellement sur le trajet des trajectoires marginales du faisceau de balayage, en ce que trois systèmes (7, 8, 19) de mesure thermique du fluide circulant dans la tubulure (d) sont respectivement disposés à l'entrée du bras (5), à la sortie du bras (6) et entre les bras (5, 6) ; en ce que les paires de systèmes (7, 8), (7, 19), (8, 19) de mesure sont associés respectivement à des systèmes différentiels (9, 11, 12) permettant de mesurer les élévations de températures AT21, AT32, AT31 du fluide qui correspondent à la quantité de chaleur cédée par le faisceau F dans le bras (5), dans le bras (6) et dans la totalité de la tubulure (d), AT21 étant égal à (T2 - T1), AT32 à 3 2) 31 et.AT31 à (T3 - T1), T1, T2, T3 étant respectivement 3 les températures du fluide à l'entrée de la tubulure (d), à la sortie du bras (5) et à la sortie du bras (6) de la tubulure (d) ; en ce qu'un système différentiel (13) mesurant la différence AT32 - AT21 fournit un premier signal t13 proportionnel à AT32 - AT21, et en ce qu'un autre système différentiel (10) mesurant la différence AT31 - (AT31)0 fournit un signal t10 proportionnel à AT31 - (#T31)0, source 8 de particules. 3. Dispositif à analyse thermique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le système de capteur thermique est constitué de deux tubulures (d1, d2) en forme de U et disposées en vis à-vis, ces tubulures (d1 et d2) ayant respectivement deux bras latéraux (15, 16) et (17, 18) parallèles, la distance L1 séparant les bras (15, 16) de la tubulure (d1) étant sensiblement égale à l'élongation L du faisceau F de balayage, la distance L2 séparant les bras latéraux (17, 18) de la tubulure d2 étant supérieure à L, en ce que des systèmes de mesure thermique (22, 23 et 24, 25) sont respectivement associés aux tubulures d1 et d2 permettant de mesurer l'élévation de température AT1 = T12 - T1l e t AT2 = T22 - T21 du fluide circulant dans les tubulures d1 et d2, T11 et T12 étant-respectivement les températures du fluide à l'entrée et à la sortie de la tubulure d1 et T21, T22 étant les températures du fluide a l'entrée et à la sortie de la tubulure d2 ; et en ce que deux systèmes différentiels (26, 27) permettent de comparer respectivement les élévations de température AT1 et AT2 à des valeurs (hTl)o et (AT2)0 prédéterminées et de fournir des signaux t1 1 130 (#T1)0 et t2 = AT2 - (AT2)0 commandant le dispositif de contrôlez K du fonctionnement de la source S de particules. 4. Dispositif à analyse thermique suivant l'une des reven dictions 2 et 3 caractérisé en ce que lesdites tubulures sont enrobeoes partiellement d'un matériau thermiquement isolant, les partiez de ces tubulures destinées à être bombardées par le fais ceau de balayage étant dépourvues d'enrobage. 5. Dispositif à analyse thermique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le système de capteurs thermiques comporte au moins deux éléments caloporteurs dits caloducs (C1, C2) compreant chacune une enceinte (30) tubulaire, étanche, métallique, tapisse intérieurement d'un système (31) capillaire susceptible d'absorber un fluide à vaporiser, l'enceinte (30) contenant un gaz neutre sous faible pression ; une série de senseurs (sl, 52N s3 ...) répartis le long de la paroi extérieure de l'enceinte (30) permettant de mesurer la variation de température le long de cette paroi,.ces senseurs délivrant des signaux dont les amplitudes sont liées aux caractéristiques du faisceau F de balayage, l'un au moins des senseurs de chacun des caloducs C1, C2 étant présélectionné pour commander le dispositif de contrôle K du fonctionnement de la source S du faisceau F de balayage. 6. Dispositif à analyse thermique suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le système de capteurs thermiques comporte deux paires de caloducs (C11, C12 et C21, C22) disposés symétr que- ment deux à deux de part et d'autre de la trajectoire moyenne du faisceau F de balayage, les caloducs C1l, C12 étant séparés par une distance L1 sensiblement égale à l'élongation t du faisceau de balayage et les caloducs C21, C22 étant séparés par une distance L2 supérieure à L, en ce que des senseurs sont associés à chacun des caloducs C1l, C12 ;;C21, C22, en ce qu'au moins un des senseurs de chacun des caloducs peut commander le dispositif de contrôle K du fonctionnement de la source S du faisceau F de balayage. 7. Dispositif à analyse thermique suivant l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que les senseurs correspondants, appartenant à l'un et l'autre des caloducs d'une paire de caloducs, sont associés à un système différentiel (36) fournissant un signal t36 commandant le dispositif de contrôle K du fonctionnement de la source S de particules. 8. Dispositif à analyse thermique suivant l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que les caloducs sont placés dans des fourreaux (35) en matériau isolant, ce matériau isolant enrobant les senseurs. 9. Dispositif à analyse thermique suivant l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que les caloducs sont disposés sur le trajet des trajectoires marginales du faisceau F de balayage, en aval du cornet de balayage. 10. Dispositif à analyse thermique suivant l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que les caloducs disposés sur le trajet des trajectoires marginales du faisceau F de balayage, sont fixés sur les parois latérales du cornet de balayage. 11. Dispositif à analyse thermique suivant l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le système de capteurs thermiques assure le contrôle de énergie et du centrage du faisceau F de balayage.