Brevet FR2538609A1 — publié le 19840629

1, La présente invention se rapporte aux canons élec- troniques et en particulier aux canons électroniques désaxés. Le type le plus courant de canon électronique est constitué d'une source ponctuelle entourée d'une électrode de concentration destinée à concentrer et conduire les élec- trons dans une direction avant à travers une anode Un exem- ple d'une telle source est présenté dans le brevet US 3 694 687 Cette source est ordinairement placée sur l'axe du faisceau du dispositif qui utilise le faisceau électroni- que Cependant, pour les accélérateurs comme celui qui est présenté dans le brevet US 4 006 422, dans la structure des- quels le faisceau fait un double passage pour être efficace- ment accéléré dans une structure compacte, la source d'élec- trons ne peut pas être placée sur l'axe du faisceau Dans ce cas, on utilise une source pourvue d'un dispositif de dévia- tion électrostatique ou magnétique comme celui qui est pré- senté dans le brevet US 2 839 706. Cependant, dans les systèmes accélarateurs à usage professionnel à faible prix comme ceux qui sont utilisés dans le domaine médical, on reconnaît généralement que les impul- sions de tension fournies au canon électronique peuvent va- rier d'une proportion allant jusqu'à 5 %, ce qui influe sur la déviation du faisceau par le système d'injection En ou- tre, ces dispositifs de déviation n'entrent-généralement pas dans les dimensions restreintes imposées à ces systèmes en raison du grand angle nécessaire du dispositif de déviation. Un but de l'invention est par conséquent de fournir un canon électronique pour la production d'un faisceau dirigé avec précision le long d'un axe dépourvu d'obstacles, malgré les variations pratiques de l'énergie des électrons. Ce but et d'autres buts sont atteints avec un canon électronique qui comporte un fil arqué émetteur d'électrons placé à une distance déterminée de l'axe du faisceau, une a- node placée autour de l'axe du faisceau à une distance déter- minée de ce fil arqué et une électrode montée autour du fil arqué et azimutalement non symétrique autour de l'axe du fais- ceau Quand cette dernière est portée à un potentiel négatif par rapport à l'anode, il se crée un champ électrique asymé- trique autour de l'axe du faisceau Les électrons émis par le 2, fil arqué sont initialement dirigés vers l'axe du faisceau et ensuite concentrés en un faisceau et déviés pour venir sur l'axe du faisceau dans la zone de l'anode. Selon un autre aspect de l'invention, l'électrode asymétrique peut comporter une première partie destinée à diriger les électrons émis vers l'axe du faisceau sous un angle déterminé, une deuxième partie destinée à concentrer les électrons émis en un faisceau et une troisième partie destinée à dévier les électrons émis pour les amener sur 1 '- axe du faisceau La première partie peut comporter un con- ducteur électrique présentant une fente arquée, le fil étant monté dans cette fente à une profondeur déterminée La deu- xième partie peut comporter une surface conductrice oblique s'étendant vers l'avant à partir du dessus de la fente ar- quée La troisième partie peut comporter une surface conduc- trice regardant vers l'axe du faisceau et diamétralement op- posée à la surface conductrice oblique Toutes les parties de cette électrode sont au même potentiel et il leur est donné une légère polarisation négative par rapport au fil arqué. Selon un autre aspect de l'invention, le fil arqué peut être un anneau partiel de rayon constant centré sur 1 '- axe du faisceau et sous-tendant un angle d'au plus 1250 La largeur de la fente de la première partie peut être de quatre à huit fois le diamètre du fil arqué et le fil arqué peut ê- tre placé dans la fente à une profondeur d'une à deux fois son diamètre. De nombreux autres buts et aspects de l'invention ressortent de la description détaillée suivante illustrée par les dessins, sur lesquels: la fig 1 montre la source d'électrons à fil montée sur un anneau en céramique, la fig 2 est une vue de derrière du dispositif é- lectrode de la source d'électrons, la fig 3 est une vue de face du dispositif élec- trode de la source d'électrons, la fig 4 est une coupe du dispositif électrode suivant la ligne IV-IV de la fig 3, la fig 5-est un schéma du champ électrique produit 3. dans la plan de déviation et la fig 6 est une vue schématique de face, par le trou de l'anode, du faisceau électronique formé. Comme le montrent les fig 1 et 4, la réalisation préférée du canon électronique de l'invention a comme source d'électrons un anneau partiel, sous-tendant un arc d'au plus 1250, d'un fil 1 de tungstène thorié carburé Ce fil 1 est monté sur un anneau en céramique 2 par deux fils de tantale 3 et 4 qui sont torsadés et sertis aux extrémités du fil 1. Les autres extrémités des fils 3 et 4 sont placées dans les extrémités de conducteurs en platine 5 et 6, o elles sont serties pour la réalisation d'un bon contact mécanique et é- lectrique L'anneau en céramique 2, qui peut être en alumine de haute pureté ou en Macor (marque déposée, céramique de verre de Corning Glass Works), comporte un élément de monta- ge 7 faisant corps avec lui qui fait saillie sur sa face ar- rière et s'étend sur une partie dudit anneau Cet élément 7 présente deux ouvertures 8 et 9 qui sont garnies de manchons cylindriques conducteurs 10 et 11 pour recevoir deux fils 12 et 13 destinés à être connectés à une source de courant pour le chauffage du fil 1 Comme le montre la fig 4, le fil 13 est fixé à l'intérieur de l'élément de montage 7, en contact avec le manchon 11, par une vis 14 prévue à l'arrière de 1 '- élément 7 En outre, le conducteur 6 traverse l'anneau 2 pour pénétrer dans l'élément de montage 7 et traverse le manchon 11 Une vis 15 fixe le conducteur 6 à l'intérieur de l'élément de montage 7, en contact avec le manchon 11 Un chemin conducteur électrique direct est ainsi créé du fil 13 au fil 1 Le fil 12 est relié de la même manière à l'autre extrémité du fil 1 par le manchon 10 placé dans l'ouverture 8, le conducteur 5 et le fil 3. Le dispositif 20 dans lequel sont montés l'anneau en céramique 2 et le fil source d'électrons 1 a aussi pour fonctions de diriger les électrons dans une direction parti- culière, de concentrer le faisceau électronique et de le dé- vier pour l'amener sur l'axe désiré du dispositif dans lequel il est utilisé Le dispositif 20 est par conséquent en matiè- re conductrice et est azimutalement asymétrique autour de 1 '- axe de sortie du faisceau. 4. Dans la présente réalisation, le dispositif 20 est fait de deux parties 21 et 22 comme le montrent les fig 2 à 4 La partie 21 est constituée d'un élément cylindrique 23 et d'un chapeau d'extrémité 24 L'anneau en céramique 2 se glisse sur l'élément cylindrique 23 de façon que le fil 1 soit placé près de l'extrémité 25 de l'élément 23 Cette ex- trémité 25 proche du fil 1 aide à diriger et concentrer les électrons émis par le fil 1 L'intérieur de l'élément cylin- -drique 23 assure le passage du faisceau électronique d'axe 26 quand le canon est monté sur un accélérateur ou un autre dispositif. La partie 22 est également cylindrique; sa surface extérieure 27 a un rayon à peu près constant tandis que sa surface intérieure 28 est étagée pour fournir une cavité an- nulaire 29 pour le logement de l'anneau 2 et des éléments de connexion de celui-ci L'avant de la partie 23 s'étend vers l'avant à partir d'une zone voisine du fil 1 sur un arc plus long que l'arc sous-tendu par le fil 1 Cette avancée 30, sur le côté intérieur 31, est biseautée à environ 450 vers le fil 1 La partie 23 présente une autre avancée 32, diamétra- lement opposée à l'avancée 30 Cette avancée 32, qui peut ê- tre en acier inoxydable, a normalement une surface plane 33 tournée vers l'axe 26 du faisceau La surface 33 peut aussi être courbée vers le bas à partir du centre comme le r epré- sente la ligne en trait interrompu 34 sur la fig 3 Ce dis- positif présentant les avancées 30 et 32 est azimutalement asymétrique autour de l'axe 26 du faisceau Quand les parties 21 et 22 sont au même potentiel, le champ électrique produit est aussi asymétrique pour la conduite du faisceau électroni- que émis par le fil 1. Pour assembler la source de faisceau électronique, on fixe le chapeau d'extrémité 24 à la partie 23 au moyen de vis 35 ou par d'autres moyens La partie 21 étant fixée à la partie 22, on peut serrer une vis de blocage 36 prévue dans le corps de la partie 22 pour immobiliser l'anneau 2 dans la cavité 29 Un tube conducteur 37 enferme les deux fils 12 et 13, qui sont fixés à leur extrémité dans les ouvertures 8 et 9 Le tube 37 est cependant en contact électrique avec les deux parties 21 et 22 et sert de troisième fil du canon élec- 5. tronique. Le fonctionnement du présent canon électronique est décrit ci-après à l'aide des fig 5 et 6 Le fil émet- teur 1, qui est monté dans une fente 40 formée par les par- ties 21 et 22, est relié à une source de courant de chauffa- ge 41 qui lui fait émettre un flux d'électrons 42 En outre, le fil émetteur 1 est porté par une source de tension 44 à un potentiel négatif par rapport à l'anode 43 Les parties d'électrode 21 et 22 sont en outre polarisées négativement par une source de faible tension 45 L'anode 43 est reliée à la terre 46 En raison de la forme des parties 21 et 22, les lignes équipotentielles 47 du champ électrique entre elles et l'anode 43 sont asymétriques, ce qui fait que le faisceau est sur l'axe quand il passe par le trou 48 de l'anode Les sour- ces de tension 44 et 45 sont normalement des sources à impul- sions comme cela est classique dans l'application aux accé- lérateurs. Le courant I émanant de la source 41, en passant dans le fil émetteur 1, lui fait émettre des électrons En raison de la petite tension de polarisation entre le fil 1 et la fente 40, les électrons émis sont expulsés de la fente 40 et attirés vers l'anode 43 Il convient de noter que les for- ces appliquées aux électrons sont toujours perpendiculaires aux lignes équipotentielles 47 La profondeur à laquelle se trouve le fil 1 dans la fente 40 détermine l'épaisseur ini- tiale du flux arqué 41 quand il quitte la fente 40 Cependant, une concentration supplémentaire en épaisseur du flux a lieu en raison de la légère aberration du champ électrique à l'en- droit de la fente 40 qui est due à la différence de potentiel entre la matière autour de la fente 40 et le fil 1. La direction générale que prend initialement le flux d'électrons 42 quand il quitte la fente 40 est détermi- née par la forme du champ électrique près de la surface 31 de l'avancée 30 de la partie 22 et de l'extrémité 25 de la partie 21 En raison de l'obliquité de la surface 31, le flux 42 est dirigé vers l'axe 26, et en raison de la courbu- re de cette même surface 31, toutes les parties du flux d'é- lectrons arqué sont dirigées vers l'axe 26, ce qui produit un effet total de concentration L'avancée 30 de la partie 6. 23 joue par conséquent le rôle d'électrode de concentration. Enfin, le flux 42 est dévié de façon à venir sur l'axe 26 pour former un faisceau utilisable 50 dont la vitesse est dirigée suivant l'axe 26 La déviation appropriée est réali- sée par le champ asymétrique produit par l'avancée 32 de la partie 23 Cette avancée 32 joue par conséquent le râle d'é- lectrode de déviation Il convient de noter que l'électrode de concentration et l'électrode de déviation sont au même potentiel. Dans un exemple, une source d'électrons selon 1 V- invention a été utilisée pour un accélérateur à double pas- sage Cette source comportait un fil émetteur 1 de 0,25 mm de diamètre courbé pour former un arc de 125 , et ce fil é- tait placé dans une fente 40 de façon à être à 7,5 mm de 1 '- axe 26 La largeur de la fente 40 était de 1,5 mm Un courant de chauffage de 4,5 A était appliqué au fil 1 pour produire un courant d'émission de 280 m A Une tension de 42 000 V était appliquée entre le fil émetteur 1 et l'anode, et une tension supplémentaire de polarisation de 200 V était ap- pliquée entre le fil 1 et les parties 21 et 22 L'électrode de concentration 30 s'étendait au-delà du fil 1 sur une dis- tance de 6,0 mm et l'électrode de déviation 32 s'étendait au-delà de lui sur une distance de 14,7 mm L'anode était placée à 20 mm du fil émetteur 1, distance approximative pour laquelle le faisceau électronique 50 était sur l'axe 26 sans vitesse radiale. On a trouvé que pour un fil émetteur arqué 1, la profondeur optimale de ce fil 1 dans la fente 40 pouvait être de l'ordre d'une à deux fois le diamètre du fil tandis que la largeur de la fente pouvait être de l'ordre de quatre à huit fois le diamètre du fil. Le canon électronique de l'invention est particu- lièrement avantageux du fait que le champ électrique qui ac- célère les électrons est aussi utilisé pour dévier ceux-ci de la manière désirée Cela signifie que la source d'électrons peut être placée tout près de l'axe-de l'accélérateur, qu'on peut utiliser un angle de déviation petit et que la tension de déviation varie comme l'énergie des électrons, ce qui évi- te les problèmes chromatiques Le fil émetteur est orienté 7. perpendiculairement au plan de courbure du faisceau, de sor- te que la largeur du faisceau est minimale dans ce plan de courbure Cela réduit au minimum les aberrations et réduit également au minimum l'angle de déviation, ce qui réduit les effets chromatiques La forme de l'électrode de concentra- tion dans la direction perpendiculaire au plan de courbure peut être choisie de façon à compenser la courbure du fila- ment, et l'image de la source d'électrons peut ainsi être u- ne ligne droite. On peut apporter de nombreuses modifications à la réalisation de l'invention décrite précédemment sans sortir du cadre de l'invention et, par conséquent, celui-ci est dé- fini seulement par les revendications annexées. REVENDICATIONS 1 Canon électronique pour la production d'un fais- ceau d'électrons sur un axe, caractérisé en ce qu'il com- prend: un fil ( 1) arqué destiné à émettre des électrons placé à une distance déterminée de l'axe du faisceau, des moyens destinés à diriger les électrons émis vers l'axe du faisceau sous un angle déterminé, des moyens de concentration des électrons émis en un faisceau, des moyens destinés à dévier les électrons émis pour les amener sur l'axe du faisceau et une anode ( 43) placée autour de l'axe du faisceau en face du fil arqué. 2 Canon électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens destinés à diriger les élec- trons vers l'axe comportent un conducteur électrique présen- tant une fente ( 40) arquée, le fil ( 1) étant monté dans cette fente à une profondeur déterminée. 3 Canon électronique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de concentration compor- tent une surface conductrice oblique qui s'étend vers l'a- vant à partir du dessus de la fente arquée. 4 Canon électronique selon la revendication 3, caractérisé en-ce que les moyens de déviation comportent une surface conductrice ( 33) qui regarde vers l'axe du fais- ceau et est diamétralement opposée à la surface conductrice oblique. Canon électronique-selon la revendication 4, caractérisé en ce que le conducteur électrique des moyens destinés à diriger les électrons vers l'axe, la surface obli- que des moyens de concentration et la surface conductrice ( 33) des moyens de déviation sont reliés électriquement afin d'être au même potentiel. 6 Canon électronique selon l'une des revendica- tions l à 5, caractérisé en ce qu'il comporte une source de haute tension négative ( 44) montée entre le fil arqué et 1 '- anode et une source de faible tension négative ( 45) montée entre le conducteur électrique des moyens destinés à diriger 9. les électrons vers l'axe et le fil arqué ( 1) pour polariser négativement ledit conducteur électrique. 7 Canon électronique selon l'une des revendica- tions l à 6, caractérisé en ce que le fil arqué ( 1) est un anneau partiel de rayon constant centré sur l'axe du fais- ceau et sous-tendant un angle d'au plus 1250. 8 Canon électronique selon l'une des revendica- tions 1 à 7, dans lequel la largeur de la fente est de qua- tre à huit fois le diamètre du fil arqué et le-fil arqué est placé dans la fente à une profondeur d'une à deux fois son diamètre. 9 Canon électronique pour la production d'un faisceau d'électrons sur un axe, caractérisé en ce qu'il comprend un fil ( 1) arqué destiné à émettre des électrons placé à une distance déterminée de l'axe du faisceau, une anode ( 43) placée autour de l'axe du faisceau à une distance déterminée de ce fil arqué, une électrode ( 22) montée autour du fil arqué et faite pour être portée à un potentiel négatif par rapport à l'anode pour la production d'un champ électrique asymétrique autour de l'axe du faisceau, pour que les électrons émis par le fil arqué soient dirigés vers l'axe du faisceau, concen- trés en un faisceau et déviés pour venir sur l'axe dans la zone de l'anode. Canon électronique selon la revendication 9, caractérisé en ce que le fil arqué forme un anneau partiel placé dans un plan perpendiculaire à l'axe du faisceau, ayant un rayon constant, centré sur l'axe du faisceau et sous-ten- dant un angle d'au plus 1250. 11 Canon électronique selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte une source de tension ( 44) montée entre l'électrode et le fil arqué pour polariser l'é- lectrode négativement par rapport au fil arqué.