Brevet FR2482777A1 — publié le 19811120

i1 2482777 Grille accélératrice, notamment de faisceaux ioniques La présente invention concerne une grille accéleratrice notamment pour faisceaux ioniques, constituée d'au moins une plaque, qui est fixée par le bord cxtérieur à un support et qui est perforée de part en part d'un grand nombre de trous ayant des axes qui sont orientés les uns par rapport aux autres et, de préférence0 qui convergent en un foyer communo Des grilles accélératrices connues de ce type,telles qu'elles peuvent être utilisées par exemple comme grilles pour faisceaux ioniques dans la technique de fusion nucléaire et sont constituées le plus souvent de plusieurs plaques perforées refroidies montées l'une derrière l'autre avec coincidence axiale de leur trou de traversée, une tension élevée différente étant appliquée à chaque plaque de sorte que les ions sont beaucoup accélérés et focalisés -en même temps lorsqu'ils passent la grille, sont obtenues par assemblage de plaques perforées ou de segments de plaque plans,enchâssés dans un support eten fonction- nement,sont soumis à une contrainte thermique élevée et à une dilatation thermique élevée sous l'effet desquelles les axes de leurs trous de traversée se dispersent au lieu de converger au foyer nominal et il se produit entre les plaques perforées des décalages relatifs si grands que la plage de tolérance admissible dans l'écartement des plaques est dépassée et qu'il se crée un fort décentrage local entre les trous de traversée de plaques perforées voisines. Il en résulte que les propriétés d'optique des ions de la grille accélératrice sont perturbées d'une manière notable. L'invention vise une grille accélératrice du type mentionné,qui permet de maintenir à une valeur aussi faible que possible l'effet perturbateur provoqué par la dilatation thermique dans la région des plaques perforées et de faire en sorte que le décalage axial des trous de traversée pour ce qui concerne le foyer reste étroitement limité. Suivant l'invention, une grille accélératrice, notamment pour faisceaux ioniques, constituée d'au moins une plaque, qui est fixée par le bord extérieur à un support et qui est perforée de part en part d'un grand nombre de trous ayant des axes qui sont orientés les uns par rapport aux autres et, de préférence, qui convergent en un foyer commun, se caractérise en ce que la (ou les) plaque(s) perforée(s) présente(nt) en amont, suivant la direction de dilatation superficielle de la plaque, de la fixation par le bord extérieur, des régions marginales se déformant élastiquement en sens opposé par rapport au milieu de la plaque perforée. (Par l'expression.!'se déformant élastiquement en sens opposé" on entend un effet élastique compensateur de symétrie par rapport au centre de la grille). Grâce à ce type particulier de suspension élastique sur le support,les diverses plaques perforées sont, suivant l'invention, stabilisées spatialement 24 2777 3- 7 7 de manière à ce que le centre de la plaque perforée conserve,lors d'une dilatation superficielle provoquée par la chaleur,son alignement avec le foyer et forme un point fixe par rapport auquel la plaque perforée se dilate avec une symétrie de révolution et essentiel- lement sans tension résiduelle. Il faut donc prendre garde que l'action élastique des régions marginales soient symétriques par rapport au centre de la grille. Cela donne l'assu- rance,de paire avec l'agencement des régions-marginales sous forme d'éléments à élasticité dirigésinhérents à la plaque et en-le même matériàu,d'éviter tout gauchissement ou mauvaise orientation intempestive. de la surface des plaques perforées sous l'action du faisceau d'ions et de maintenir dans des limites étroites les écarts-des axes des trous de traversée- par rapport au foyer fixe dans l'espace.. Suivant:un mode de.ré-alisation particulibrement favorable pour ce qui concerne la.dilatation thermiques. la plaque perforée est en forme de calotte-sphérique- admettant le foyer comme centre. On- est sit ainsi que,sous l'action de la chaleur., la plaque perforée- s'élargit vers le centre de courbure en' restant conforme.- à ce qu'elle était et que ce centre de courbure reste. le point d'intersection commun des axes de tous-.les trous de traversée. De préférence, la. grille accélératrice. se caractérise en ce que la plaque perforée est entourée, de manière fermée suivant la direction périphérique, des régions marginales élastiqẻs,.-de sorte que,même dans le cas d'une fixation sur le support traversant, continue,de qualité élevée,résistant aux charges et aux déformations, on assure une dilation thermique de tous les côtés de la plaque perforée par rapport au centre de celle-ci servant.de point fixe stable 4 2482777 par rapport au support et dans l'espace. Pour obtenir une fabrication de la plaque perforée et un ancrage de celleci sur le support exact en dimension et exempt de tensions propres et une forme favorable aux tensions élevées ayant des surfaces lisses sans joint vif,ni bavure, ni vis de fixation, il est recommandé de fabriquer la plaque perforée d'un seul tenant avec le support par voie galvanoplastique donc par un procédé de formage à froid, notamment quand il doit y avoir des canaux de refroidis- sement dans les surfaces de la plaque perforée et quand le support est agencé en répartiteur de fluide de refroidissement. Pour obtenir une fabrication et une construction simplesles régions 16, 17, 18 élastiques de la plaque sont constituées de nervures donnant élastiquement et séparées les unes des autres par un motif de fentestraversant la plaque de part en part. Un motif de fentesparticulièrement favorable dans ce cas et dans lequel les régions élastiques des plaques sont agencées à la manière de zones de froissement élastique efficacesdans les surfaces des plaques perforées, comprend au moins deux et de préférence trois rangées de fentes se chevauchant décalées l'une par rapport à l'autre et s'étendant parallèlement à la direction du pourtour de la plaque perforée.=- On parvient à une autre forme intéressante des régions élastiques des plaques par le fait que le bord de la plaque perforée est recourbé à peu près - = 30 perpendiculairement à la surface de. la plaque et-lés régions élastiques sont constituées de nervures,-ccii peuvent fléchir élastiquement-et qui sont séparées les unes des autres par des fentes ménagées dans le bord recourbé de la plaque et parallèlesà celui-ci, grâce à quoi on peut faire varier simplement la caractéristi- 2482777 que d'élasticité des nervures en dimensionnant en consé- quence la longueur et la largeur des nervures de telle manière qu'une excursion parallèle au bord latéral se produise lors d'une contrainte thermique s'exerçant sur les surfaces des plaques perforées avant que ces dernières ne se déforment. En même temps, on obtient, par les régions élastiques des plaquesun appui extraordinairement stable perpendiculairement à la surface de la plaque perforée donc en direction du t foyer. A cet effet, en vue de-mieux contrarier les tensions résiduelles dûes à la chaleur dans la région de transition entre les nervures recourbées et la partie perforée des plaques, il est bon de prévoir des Lignes de séparation se raccordant auz fentes qui s 'étendent jusqu'aU bord des plaques, ce qui est particulièrement avantageux du point de vue d'une dilatation thermique inévitable de la plaque perforée dans la région du gradient de température entre la partie de la plaque perforée traversée par les ions et son bord extérieur plus froid fixé au support. Ces lignes de séparation vont le plus près possible des surfaces subissant des sollicitations thermiques et sont en même temps si étroit que la solidité mécanique n'en est pas notablement influencée et que l'on évite toute perturbation du champ. De préférence, ces lignes de séparation partent des régions perforées intermédiaires et,pour refroidir la plaque perforée il est prévu un réseau de canaux de refroidissement ondulésqui se rencontrent alternativement avec les canaux voisins droits et gauches. De préférence, la grille accélératricenotam- ment lorsqu'elle est utilisée dans la technique de faisceaux d'ions, comprend plusieurs plaques perforées, indépendantes les unes des autres, dirigêes sur un foyer commun et fixées l'une derrière l'autre suivant la 6 2482777 direction du faisceau sur un support par des régions marginales élastiques et une telle grille à coques multiples garantit un alignement extrêmement précis des axes des trous de traversée,tout en conservant un écartement uniforme des plaques,en raison de la suspension de même élasticité pour toutes les plaques qui est d'une grande stabilité dans l'espace,même en cas de dilatation sous l'effet de la chaleur de sorte que,même si la grille est chauffée fortement,les déformations perturbatrices sont petites et une concentration très forte du faisceau est assurée sur le foyer qui reste fixe dans l'espace et cela de préférence avec,en même temps,accélération du faisceau entre les plaques perforées en forme de sphère dans un champ de haute tension orienté de la même façon que les axes des trous de traversée. Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple: La figure 1 est une vue en élévation partiel- lement coupée (suivant la ligne I-I de la figure 2)d' une grille de focalisation suivant l'invention; et La figure 2 est une vue de dessus d'une plaque perforée et du support qui lui est associé. Le système d'accélération,illustré aux figures et constitué de trois grilles 2 ayant une chambre 8 à plasma en amont munie d'une tête 4 cathodique et d'aimants6 permanents,contient trois plaques 1OA, B, C perforées,rectangulaires en vue de dessus (figure 2), en forme de calotte sphérique,de même épaisseur de paroi,concentriquesau foyer F se trouvant endehors de la figure et servant de centre de courbure. Chacune de ces plaques perforées est fabriquée par galvanoplastie et en étant reliée d'un seul tenant et rigidement à un support 12A,B, C,également rectangulaire, qui lui est associë,et est traversÉéde part en part par un 248Z777 grand nombre de trous 14,dont les axes sont alignés avec ceux des trous de traversée des plaques perforées voisines et se coupent au foyer F. commun à toutes les plaques perforées. Dans la partie non perforée en dehors du motif de trous, chaque plaque perforée est munie de régions 16, 18 marginales,qui peuvent se déformer élastiquement suivant leur surface et qui entourent de manière fermée le modèle de trous suivant la direction du pourtour, ces régions 16, 18 pouvant,lors d'une dilatation sous l'effet de la chaleur de la plaque 10 perforée, se déformer élastiquement et symétriquement par rapport au centre Z des plaques perforées. Les régions 16 marginales élastiques sont constituées de trois rangées 20, 22 et 24 de fentes, décalées les unes par rapport aux autres,s'étendant parallélement entre elles et aux petits côtés de la plaque 10 perforée de sorte que les nervures 26 à peu près en forme de double U qui se trouvent entre elles sont pressées-l'une vers l'autre lors d'une dilatation de la plaque 10 sous l'effet de la chaleur et absorbent ainsi l'augmentation de longueur de la plaque 10 sous l'effet de la chaleur entre la région 16 marginale et le centre Z de la plaque. Les régions 18 marginales élastiques du côté longitudinal des plaques sont,en revanche, constituées dans le tronçon 28 de plaquesrecourbées en forme de pot avec un rayon de transition peu prononce, l'extrémité inférieurede ce tronçon 28 étant. reliée rigidement au support 12 associé. Les régions -- 18 marginales sont constituées de trois nervures 32, redressées, séparées l'une de l'autre par des fentes parallèles au bord, ces nervures se pliant en dehors élastiquement lorsque l'on réchauffe la plaque 10 pour venir endespositionsà même distance et en sens opposé diamétralement par rapport au centre Z de la plaque. Pour se défaire. des tensions résiduelles sur les côtés longitudinaux des plaques, il est prévu des lignes 34 de séparation se raccordant aux fentes 30 et s'étendant jusqu'au voisinage du motif de trous de la surface de la plaque perforée. Les régions 16, 18 marginales élastiques sont recouvertes vers la chambre 8 à plasma par un disque 36 de protectionqui repose sur la plaque lOA perforée supérieure en dehors du motif de trous. En fonctionnement, on applique entre les plaques 10 perforées un champ électrique sous tension élevée,sous l'action duquel les ions sont accélérés et, en raison de la forme sphérique plaques 10 perforgessont focalisés au foyer F. La dilatation sous l'effet de la chaleur des plaques perfo- rées est absorbée par les régions 16, 18 marginales élastiques,de sorte que le centre des plaques perforées reste stable en direction et ne subit donc pour l'essen- tiel pas de décalage latéral vers le support 12. Pour -refroidir les plaques 10 perforées,il y a sur le support 10 des raccords 38, 40 d'arrivée et d'évacuation d'un - ffluide de refroidissement, auxquels les canaux (non représen- tés) pour le fluide de refroidissement traversant les plaques 10 perforées sont raccordés. A la figure 2, on a représenté dans le coin inférieur droit de la plaque perforée un réseau de canaux de refroidissement en trait interrompu et on a en outre représenté que-les joints 34 de séparation doivent arriver aussi près que possible des surfaces subissant des contraintes thermiques. 9 2482777 REVENDICATIONS R E Y E N D I C A T I O N S 1. Grille accélératrice, notamment pour faisceaux ioniques, constituée d'au moins une plaque (10), qui est fixée par le bord extérieur à un support (12) et qui est perforée de part en part d'unn grand nombre de trous (14) ayant des axes qui sont orientés les uns par rapport aux autres et, de préférence, qui convergent en un foyer (F) commun, caractérisée en ce que (la) (ou les) plaque(s) (10) perforée(s) présente(nt) en amont, suivant la direction de dilatation superficielle de la plaque, de la fixation par le bord extérieur, des régions (16, 18) marginales, se déformant Plastiquement en sens opposé par rapport au milieu (Z) de la plaque perforée. 2. Grille accélératrice suivant la revendi- cation 1, caractérisée en ce que (la) ou (les) plaque(s) perforée(s) (10) est ou sont en forme de calotte sphé- rique admettant le foyer comme centre. 3. Grille accélératrice suivant la revendi- cation 1 ou 2, caractérisée en ce que (la) ou (les) plaque(s) perforée(s) (10) est ou sont entourée(s) de manière fermée suivant la direction périphérique,des régions (16, 18) marginales élastiques. 4. Grille accélératrice suivant l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que (la) ou (les) plaque(s) (10) munie(s) le long de leur sur- face de canaux de refroidissementest(ou sont fabriquée(s) par galvanoplastie et est(ou sont)d'une seule pièce avec un support (12) agencé en répartiteur de fluide de refroidissement. 5. Grille accélératrice suivant la revendica- tion 4, caractérisée en ce que les canaux de refroidis- sement sont ondulés et se rencontrent alternativement avec le canal voisin droit et le canal voisin gauche ' avec formation d'un réseau de canaux de refroidissement. 6. Grille accélératrice suivant l'une des revendications précédentes,caractârisée en ce que les régions (16, 18) élastiques sont constituées de nervures (26, 32) donnant élastiquement et séparées les unes des autres par un motif (20, 22, 24, 30, 34) de fentes traversant la plaque de part en part. 7. Grille accélératrice suivant la revendica- tion 6, caractérisée en ce que le motif de fentes présente au moins deux rangées (20, 22, 24) de fentes se chevauchant,décalées l'une par rapport à l'autre et s'étendant parallèlement à la direction du pourtour de la plaque (10) perforée. 8. Grille accélératrice suivant la revendica- tion 7, caractérisée en ce que le bord de la plaque perforée est recourbé à peu près perpendiculairement à la surface de la plaque (10) et les régions (18) élastiques sont constituées de nervures (32) qui peuvent fléchir élastiquement et qui sont séparées les unes des autres par des fentes (30) ménagées dans le bord (28) recourbé de la plaque et parallèlesà celui-ci. 9. Grille accélératrice suivant la rêvendica- tion 8, caractérisée en ce qu'à chaque fente (30) se raccorde une ligne (34) de séparation s'étendant dans la partie non perforée de la surface de la plaque perforée. 10. Grille accélératrice suivant la revendica- tion 8 ou 9, caractérisée en ce que les lignes (34) de séparation sont prévues dans la région perforée inter- médiaire et atteignent le plus près possible la surface subissant des contraintes thermiques. 11. Grille accélératrice suivant la revendica- tion 10, caractérisée en ce que les nervures sont dimensionnées de manière à obtenir,lors d'une dilatation thermique des surfaces soumise à des contraintes thermi- 2 482777 ques,une excursion correspondante parallèle à la paroi latérale. 12. Système d'accélération à grille accéléra- trice suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé par plusieurs plaques (10 A,B,C) perforées, indépendantes les unes des autresdirigées sur un foyer (F) commun et fixées l'une derrière l'autre suivant la direction du faisceau sur un support (10) par des régions (16, 18) marginales élastiques.