Brevet FR2428913A1 — publié le 19800111

La présente invention concerne un procédé et des moyens prévus pour obtenir une émission d'électrons énergétiques irradiés à des fins d'utilisations telles que par exemple la stérilisation de surfaces et le traitement d'objets défilant dans la zone d'irradiation. Ces procédé et moyens permettent d'obtenir l'émission requise sous forme de bandes longitudinales ou "rideaux" rayonnées autour de la cathode émettrice dans toutes les directions souhaitables en fonction de l'utilisation prédéterminée. Dans les brevets américains 3 702 412 et 3 769 600 sont décrits des dispositifs géhérateurs de faisceaux électroniques permettant de produire des bandes longitudinales ou Urideaux" de faisceaux énergétiques uniformes à des fins d'irradiation ou autres. Ces dispositifs sont particulièrement utilisés dans les procédés industriels tels que la stérilisation de matières amenées près des fenêtres des générateurs d'électrons, la polymérisation et le traitement de revêtements ou autres ainsi que toutes autres applications industrielles connexes. L'utilisation d'une telle émission présente de grands avantages sur les dispositifs à balayage ponctuel ou émetteurs de faisceaux coniques, avantages parmi lesquels on peut citer l'uniformité et la simultanéité d'action sur toute la surface à atteindre par 11 émission considérée, aux fins de traitement quelconque. la présente invention permet non seulement d'obtenir les résultats avantageux qui viennent entre indiqués mais également de répondre à un besoin fréquent dans l'industrie qui est d'obtenir simultanément sous des angles différents et dans des directions différentes l'action résultant de ltémis- sion de ces électrons énergétiques. L'invention est particulièrement destinée à des applications de ce genre, mais non limitée à celles-ci, car elle a pour objet un procédé perfectionné et des moyens de mise en oeuvre de ce procédé qui permettent non seulement d'obtenir une irradiation simultanée dans plusieurs directions à partir de la même source d'électrons mais aussi de déterminer avec précision la largeur ou l'angle transversal des faisceaux électroniques en bandes longitudinales provenant du générateur. De plus, l'invention peut être aprliquée à tous types de générateurs d'électrons dans lesquels on désire obtenir les avantages indiqués ci-dessus. D'autre avantages ressortiront de la description qui suit. En résumé, l'invention concerne principalement un procédé et des moyens de mise en oeuvre permettant l'obtention de faisceaux électroniques énergétiques sous forme de bandes longitudinales qui, suivant un mode préféré de réalisation, comprennent une cathode émettrice d'électrons développée longitudinalement et une pluralité d'éléments conducteurs cylindriques concentriques, également développés longitudinalement, disposés coaxialement à la cathode et percés d'orifices affectant la forme de fentes longitudinales étroites et coincidant radialement.Un potentiel positif est appliqué au cylindre intérieur pour provoquer l'émission requise des électrons qui traversent les fentes longitudinales pratiquées dans les cylindres concentriques.L'ensemble est disposé à l'intérieur d'un carter qui entoure les dits cylindres et est pourvu de fenêtres obturées par un matériau perméable aux irradiations,et coTncidant radialement avec les fentes pratiquées dans les si férents cylindres. Des moyens sont prévus pour assurer une forte accélération des électrons dans l'en- ceinte comprise entre le cylindre extérieur et le carter. Des zens sOnL; prévus pour relier électriquenent les cylindres entre eux et pour assurer leur espacement respectif de manière à constituer un blindage électrostatique et assurer la convergence des faisceaux d'électrons dans les fentes du cylindre extérieur avant pénétration dans l'enceinte a'acc- lération. L'invention sera mieux comprise, ?t autres caract- ristiques et avantages de celle-ci aotarattront plus cluire- --ent la lecture de 1a description qui suit, en se référant au dessin arnnexé, description et dessin étant donnés à titre d'exemple non limitatif pour illustrer un mode de réalisation de l'invention. La figure l représente en vue extérieure lsométrique un appareil conforme à l'invention; comprenant, dans cet exemple, 1' émission de deux bandes d' électrons. La figure 2 est une coupe longitudinale à plus grande échelle suivant 2-2 de la figure 1, dans le sens indiqué par les flèches. la figure 3 enest une coupe transversale également agrandie. Sur les figures 2 et 3,la référence l désigne la cathode émettrice développée longitudinalement, qui peut titre favorablement mais non nécessairement du type à filament, chauffé directement ou indirectement, et qui, dans cet exemple, est à chauffage direct. Des structures de ce genre sont décrites dans les brevets antérieurs cités et sont utilisées pour engendrer-le long de la cathode des électrons qui sont émis dans toutes les dire tions radiales. Autour de la cathode l sont disposés concentriquement à cette dernière et convenablement espacés entre eux trois cylindres en matériau conducteur 3, ll et 12. Dans la paroi du cylindre intérieur 3 sont pratiqués deux orifices en forme de fentes longitudinales étroites 7 et 7' qui sont orientées suivant des angles déterminés sur la circonférence, sous-tendant dans cet exemple un arc d'environ 100 degrés. Dans le cylindre lf sont pratiquées de manière identique deux fentes, mais plus larges, 13 et 13', et dans le cylindre extérieur 12 deux autres fentes,14 et 14'. Toutes les fentes précitées sont situées sur une même ligne radiale, permettant ainsi le passage des électrons émis. Un potentiel positif, en général de l'ordre de 60 volts, est appliqué au cylindre 3 de manière à commander l'émission électronique0 les électrons passent par les fentes longitudinales 7 et 7', pénètrent dans l'enceinte délimitée par le cylindre intérieur 3 et le cylindre ll et passent ensuite par les fentes 13 et 13' pour pénétrer dans l'enceinte délimitée par le cylindre 11 et le cylindre extérieur 12. Les cylindres 3, 11 et 12 sont disposés à une certaine distance les uns des autres, le cylindre central Il étant à peu près équidistant des cylindres 3 et 12. Ils sont reliés électriquement entre eux par des moyens supports conducteurs 31 et ll'. Cette disposition permet d'assurer un blindage efficace entre la cathode et le carter extérieur l5'tontenant l'ensemble des éléments qui viennent entre décrits et auquel est appliquée une haute tension déterminant dans la chambre délimitée par le dit carter et le cylindre 12,auquel est reliée la borne négative une très forte accélération de la vitesse des électrons. Dans les appareils à disposition coaxiale de la technique antérieure , on a constaté des mises en action fortuites de la cathode résultant de l'effet de champs extérieurs. L'utilisation de plusieurs cylindres percés d'ouvertures appropriées conformément à l'invention permet de réa liser un blindage efficace contre tout champ éventuel extérieur parasite et de supprimer pratiquement les inconvénients en résultant. De plus, on a constaté que la disposition qui vient d'entre décrite permet également d'obtenir un effet de focalistation agissant sur l'angle final, c'est-à-dire sur la largeur transversale du faisceau en forme de bande longitudinale qui est soumis à une forte accélération dans l'enceinte comprise entre les cylindres 12 et 15 avant de traverser les fenêtres 17 et 17' formées d'un matériau perméable aux électrons, tel que l'aluminium , pour venir frapper les objets P et P' soumis à l'irradiation. Plus particulièrement, on a observé que grâce à la disposition et aux dimensions données aux ouvertures prati quées dans les cylindres et coincidant radialement, le cylindre 12 pat laisser les lignes de champ de l'enceinte d'accélération adjacente pénétrer profondément dans les fentes et servir de lentille magnétique pour faire converger ou re-focaliser en vue de son passage par la fente 14 le faisceau divergent qui est sorti par l'orifice 7 du cylindre 3 et passé par l'orifice 13 du cylindre 11; il en est de neAme pour le passage de l'autre faisceau d'électrons par les ouvertures 71, 13' et 14'. Cette focalisation constitue un moyen permettant de commander et de déterminer l'étalement du faisceau en forme de bande dans l'enceinte d'accélération et par suite la largeur finale désirée du faisceau aux fenêtres 17 et 17'. I1 est possible dans ces conditions de commander des faisceaux en bandes de quelques degrés - de l'ordre de 3 - aux fenêtres 17 et 17'. les fenêtres peuvent elles-m8mes sous-tendre une largeur de fenetre de quelques degré par exemple le double du faisceau, soit 6 . On peut obtenir ce résultat, par exemple avec un appareil dans lequel l'intervalle entre les cylindres est compris entre 25,4 mm. et 50,8 mm et incluant un cylindre 3 de 24,4 mn de diamètre, un cylindre 12 de 88,9 ma de diamètre, un cylindre 11 de diamètre intermédiaire et un carter 15 d'environ 203 mm. Dans ce cas la largeur des fenêtres 17 et 17' peut etre d'environ 1 cm.A cet effet, les fentes 14 et 14' peuvent Qtre de l'ordre de3,175 mm ,les fentes 13 et 13' de l'ordre de 0,635 mm et les fentes 7 et 7' de l'ordre de 2,362mm. On notera que les fentes 7, 7', 13, 13' et 14, 14' visibles sur les figures 2 et 3 sont dépourvues des grilles généralement associées aux tubes électroniques. On a observé que la disposition selon l'invention permet de ne pas utiliser ces grilles dont la suppression est d'ailleurs favorable lorsque l'on veut commander avec précision des faisceaux étroits. Elles peuvent cependant être utilisées pour une ou plusieurs des fentes, bien que pour les applications particuli0'res concernées par les systèmes comprenant une pluralité de faisceaux étroits les fentes dépourvues de grilles soient préférables et plus efficaces. L'invention trouve son application lorsque lton désire effectuer une irradiation par émission simultanée d'une pluralité de bandes étroites en rideau, comme par exemple pour stériliser des rouleaux de papiers P, 2' défilant devant les fenêtres 17 et 17' fig.l, pouvant constituer carton, contenant ou autre. les moyens caractéristiques de l'invention décrits ci-dessus permettent également d'assurer l'uniformité de densité des électrons en tous points de leur parcours et un rendement efficace de la cathode sur toute sa longueur. A ce résultat concourt également la disposition représentée figure 2. Sur cette figurez la cathode à filament 1 est reliée en plusieurs points à des montures solidaires du cylindre 11 par des supports élastiques 1'. Cette liaison est complètée par des ressorts 1" assurant à la fois la protection de la cathode contre les chocs et son maintien dans la position requise. En outre, un ressort de tension 1"' est disposé extérieurement au cylindre 3 afin de permettre de régler la tension de la cathode 1 longitudinalement après mise en place de cette dernière. L'ensemble cathode l-cylindres 3 - ll est inséré dans le cylindre 12 par la partie ouverte à l'extrémité gauche de ce dernier et fixé en position correcte au moyen dune plaquette 2 et de broches pénétrant dans des ouvertures correspondantes.Le nouvel ensemble ainsi formé, c'est-à-dire 1- 3- 11- 12 est alors placé dans le cylindre 15 formant carter, ce dernier étant relié électriquement au capot 20 obturant l'extrémité libre par laquelle le montage précité a pu être effectué. le mode de réalisation qui vient entre indiqué avec utilisation de broches et logement correspondants permet d'effectuer un assemblage rapide et un alignement parfait des différentes pièces à assembler. Dans l'exemple représenté au moyen des figures annexées les ouvertures sont au nombre de deux par cylindre, mazes il est évident que le nombre de ces ouvertures peut être quelconque et ces dernières réparties en tous points jugés favorables,à la périphérie des éléments considérés. Ce nombre peut être réduit à un seul orifice autorisant le passage d'un seul faisceau. I1 est entendu que sans sortir du cadre de l'invention toutes variantes peuvent être apportées à la forme, au nombre et aux dimensions des éléments constitutifs. REVENDICATIOISS 1. Procédé permettant l'obtention de faisceaux électroniques énergétiques sous forme de bandes longitudinales, notamment à des fins de stérilisa-tion , caractérisé en ce qu'il comprend:ltémission d'électrons le long d'une ligne longitudinale dans toutes les directions radiales angulaires transversalement à celle-ci ; la sélection d'au moins deux directions radiales angulairement séparées l'une de l'autre, suivant lesquelles les électrons sont extraits ; le passage des électrons extraits, dans leurs directions respectives, par des orifices en forme de fentes longitudinales disposées respectivement suivant des angles radiaux transversaux à la ligne d'émission, de manière à obtenir des faIsceaux l'électrons sous forme de bandes séparées angulairement en nombre correspondant aux directions choisies; la focalisation des faisceaux au moyen des dites fentes ; le guidage dans leurs directions respectives des faisceaux focalisés dans un champ électrique d'accélération et la limitation de l'expansion transversale des faisceaux lors de l'accélération à un angle transversal étroit, de telle sorte que les dits faisceaux parviennent aux zones d'irradiation sous forme de bandes étroites d'électrons énergétiques sous des angles différents et dans des directions différentes prédéterminées. 2. Appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une cathode émettrice d'électrons développée longitudinalement, une pluralité d'éléments concentriques cylindriques conducteurs entourant la cathode, également développés longitudinalement, convenablement espacés entre eux et respectivement percés d'orifices affectant la forme de fentes longitudinales étroites coincidant radialement ; des moyens pour appliquer un potentiel positif au cylindre intérieur entourant la cathode, de manière à commander l'émission électronique ; un Dlérlent cylindrique extérieur vidé formant carter de ltenserble,pourvu de fentes obturées par 1111 matériau perméable aux électrons et dispcsées dans le prolongement radial des fentes; des moyens pour engendrer un champ d'accélération entre l'élé- merlt cylindrique extérieur et le carter ;des moyens pour relier élect;riquement les dits éléments cylindriques et assurer 11 espacement respectif requis entre ceux-ci, de manière à constituer un blindage électrostatique et un système de focalisation pour assurer la convergence des faisceaux d'électrons dans les fentes pratiquées dans le cylindre extérieur en vue de leur penétration dans 16 champ d'accélération. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments concentriques cylindriques percés d'orifices sont constitués par trois cylindres , le cylindre central étant sensiblement à mi-chemin entre le cylindre intérieur et le cylindre extérieur. 4. Appareil selon la revendication 2, caractdrisé en ce que les orifices en forme de fentes pratiqués dans les cylindres sont au nombre de deux et les fer.ttres pratiquées dans le carter, au nombre de deux, ces dernières étant disposées dans le prolongement radial des dites fentes. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que les fentes et les fenêtres qui leur correspondent sont respectivement disposées sur une circonférence. 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'arc situé entre deux fenêtres est de l'ordre de 100 . 7. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'angle radial sous-tendu par une fenêtre est de l'ordre de quelques degrés. 8. Appareil selon la revendication 6 , caractérisé en ce que l'angle sous-tendu transversalement par le faisceau d'électrons frappant la fenêtre qui lui correspond est de l'ordre de quelques degrés, mais inférieur à l'angle radial sous-tendu par chaque fenêtre. 9. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'angle radial formé par chaque faisceau est égal à la moitié de l'angle radial formé par les fenêtres. 10. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que la cathode comprend un filament longitudinalpourvu de moyens supports élastiques fixés à l'un des cylindres et répartis longitudinalement pour en assurer le maintien dans la position requise pour le fonctionnement et une efficace protection contre les chocs éventuels. 11. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un ressort est disposé extérieurement à une des extrémités de l'un au moins des cylindres disposés concentriquement de manière à pouvoir assurer le réglage de la tension du filament de la cathode. 12. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le cylindre extérieur est ouvert à une de ses extrémités pour permettre la mise en place de l'ensemble constitué par la cathode et les cylindres concentriques et pourvu d'un capot protecteur prévu pour obstruer la dite ouverture, le dit capot étant porté au potentiel à haute tension requis. 13. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que la mise et le maintien en place des éléments sont obtenus à l'aide de moyens tels que des broches et des logements correspondants permettant d'assurer le parfait alignement de ces éléments.