Brevet FR2551302A1 — publié le 19850301

La présente invention concerne une structure ferromagnétique d'une source d'ions créée par des aimants permanents et des solénoides Elle s'applique dans les sources d'ions du type résonance cyclotroni5 que électronique o elle confine le plasma d'un gaz ou d'une vapeur dans lequel sont créés des ions par impacts d'électrons ionisants. Dans le brevet français N O 80 03153 déposé le 13 février 1980 au nom du Commissariat à l'Energie 10 Atomique, une source d'ions lourds du type ECR (résonance cyclotronique électronique) dite "Micromafios" est décrite dans laquelle, la configuration magnétique de confinement du plasma est créée par la superposition d'une induction magnétique à composante axiale 15 créée par des solénoides et d'une induction à composantes radiales créée par des aimants permanents à base de terres rares (comme samarium-cobalt par exemple). Le volume utile à magnétiser est de l'ordre 20 du litre; la consommation électrique des solénoides est de l'ordre de 100 KW donc assez élevée pour assurer une induction maximale de 0,5 tesla dans ce volume utile. Il existe toujours un champ démagnétisant 25 interne superposé au champ externe d'un aimant permanent droit dont l'origine est la refermeture du flux magnétique entre les pôles antagonistes Cette situation oblige à disposer de barreaux aimantés suffisamment longs pour minimiser l'influence du pôle antago30 niste dans le volume utile. La figure 1 représente la configuration des aimants permanents selon l'art antérieur dans la source Micromafios. Dans le cas de la structure magnétique de la 35 source selon le brevet précité, les aimants 1 ont une longueur L de 7 cm pour obtenir 90 % de l'induction maximale dans le volume utile 2 Il faudrait théoriquement un barreau de longueur L infinie pour obtenir % de cette induction maximale. Le volume de cette configuration ainsi que la quantité du matériau aimanté sont élevés dans cette structure magnétique. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients et notamment de réduire la consommation 10 d'énergie électrique et la quantité du matériau aimanté utilisé pour fournir le champ magnétique dans le volume utile de la source d'ions Pour cela, on propose de refermer le flux magnétique à l'extérieur du volume utile d'une source d'ions dans une structure 15 ferromagnétique de façon que le champ magnétique s'épanouisse uniquement dans le volume utile. De façon plus précise, l'invention a pour objet une structure magnétique de confinement d'un plasma dans une source d'ions à résonance cyclotroni20 que électronique créée par la superposition d'une induction magnétique axiale fournie par des solénoides et d'une induction radiale fournie par des aimants permanents, caractérisée en ce que l'ensemble des solénoides est blindé à l'extérieur du volume utile de 25 la source par une carcasse ferromagnétique, les aimants permanents étant montés sur une carcasse ayant la forme d'un cylindre en matériau ferromagnétique sur ses parois internes afin de canaliser les flux magnétiques à l'extérieur du volume utile dans une structu30 re ferromagnétique, les deux carcasses étant séparées l'une de l'autre par un matériau assurant une réluctance suffisante équivalente à celle de l'ordre de 1 cm d'air entre les deux circuits ferromagnétiques. Selon une autre caractéristique, les ai35 mants permanents sont fixés sur la paroi interne du cylindre ferromagnétique seulement par leur adhérence magnétique. Selon une autre caractéristique, les carcasses sont en fer doux. Les caractéristiques de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée à titre purement illustratif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1, déjà décrite, représente 10 schématiquement en coupe, la configuration des aimants permanents fournissant le champ magnétique radial selon l'art antérieur, la figure 2 représente, schématiquement en coupe, la configuration des aimants permanents montés 15 sur un cylindre d'un matériau ferromagnétique selon l'invention, la figure 3 représente schématiquement en coupe selon l'axe central, la structure magnétique complète selon l'invention. Sur la figure 2, on a représenté en coupe la configuration des aimants permanents selon l'invention, fournissant le champ magnétique radial Les aimants permanents 1, de préférence en samarium-cobalt sont fixés uniquement par leur adhérence magnétique 25 sur la paroi interne 3 d'un cylindre 4 d'un matériau ferromagnétique La structure magnétique radiale peut être à volonté quadrupolaire, hexapolaire, octopolaire, etc Le fait de refermer le flux extérieur dans un circuit en fer ou d'un autre matériau ferromagnéti30 que permet d'éliminer la contribution du p 8 le antagoniste, donc de réduire la longueur du barreau aimanté 1, c'est-àdire 100 % de l'induction produite par les aimants sont disponibles dans le volume utile. Théoriquement, la longueur L pourrait être 35 très petite, mais en pratique, une longueur de l'ordre 4 2551302 de 1 cm reste nécessaire à cause des imperfections intrinsèques des aimants (champ de fuite) Une économie d'un facteur 5 sur le matériau aimanté est donc possible par rapport à l'art antérieur. En outre, l'encombrement de la configuration magnétique radiale est ainsi réduit. Sur la figure 3, on a représenté en coupe, selon l'axe central 5, la structure magnétique complète selon l'invention, c'est-à-dire que l'on a repré10 senté la configuration du champ magnétique radial 6 multipolaire constitué par les aimants permanents 1 montés sur la paroi intérieure 3 de la carcasse 4 cylindrique Aux deux extrémités de ce cylindre se trouvent deux bobines 7, fournissant le champ magnétique 15 axial 8 A l'extérieur du volume utile 2 de la source d'ions, l'ensemble des deux bobines solénoïdes est blindé par une carcasse ferromagnétique 9. Les deux carcasses 4 et 9 sont séparées par un matériau 10 ayant une réluctance correspondant à la 20 réluctance d'une couche d'air d'une épaisseur de l'ordre de 1 cm assurant une réluctance suffisante entre les deux circuits ferromagnétiques. L'isolation magnétique 10 entre les deux carcasses 4 et 9 est importante car la carcasse ferro25 magnétique 4 ne doit pas être saturée par l'induction axiale 8, ni perturbée. Grâce au blindage magnétique, les ampèretours des bobines solénoïdes 7 ne servent pratiquement qu'à magnétiser le volume utile 2, ce qui permet de 30 réduire la consommation électrique d'un facteur 3 à 4 par rapport aux configurations selon l'art antérieur et qui permet d'installer plus facilement la source d'ions sur une plate-forme portée à très haute tension. 9 ^ 2551302 REVENDICATIONS 1 Structure magnétique de confinement d'un plasma dans une source d'ions à résonance cyclotronique électronique créée par la superposition 5 d'une induction magnétique axiale ( 8) fournie par des solénoides ( 7) et d'une induction radiale ( 6) fournie par des aimants ( 1) permanents, caractérisée en ce que l'ensemble des solénoides ( 7) est blindé à l'extérieur du volume utile ( 2) de la source par une carcasse fer10 romagnétique ( 9), les aimants permanents ( 1) étant montés sur une carcasse ( 4) ayant la forme d'un cylindre en matériau ferromagnétique sur ses parois internes ( 3) afin de canaliser le flux magnétique ( 6, 8) à l'extérieur du volume utile dans une structure ferro15 magnétique, les deux carcasses ( 4, 9) étant séparées l'une de l'autre par un matériau ( 10) assurant une réluctance suffisante équivalente à celle de l'ordre de 1 cm d'air entre les deux circuits ferromagnétiques. 2 Structure magnétique selon la revendication 1, caractérisée en ce que les aimants permanents ( 1) sont fixés sur la paroi interne ( 3) du cylindre ferromagnétique ( 4) seulement par leur adhérence magnétique. 3 Structure magnétique selon la revendication 1, caractérisée en ce que les carcasses ( 4, 9) sont en fer.