Brevet FR2565428A1 — publié le 19851206

Générateur laser à gaz à préionisation par rayons X La présente invention concerne un générateur laser à gaz à préionisation par rayons X. On connait un générateur laser à gaz à préionisation par rayons X d'un type comportant - des moyens pour former une cavité optique résonnante, - une enceinte disposée dans la cavité et contenant un gaz actif laser, cette enceinte étant délimitée par une cloison comprenant un élément métallique apte à laisser passer les rayons X, - une première et une deuxième électrodes disposées en regard l'une de l'autre dans l'enceinte, - des moyens pour appliquer une différence de potentiel électrique élevée entre la première et la deuxième électrodes, - et un générateur de rayons X disposé à côté de l'enceinte, ce générateur étant délimité par une paroi comprenant ledit élément métallique, ce générateur étant capable d'émettre un faisceau de rayons X traversant cet élément et provoquant une préionisation du gaz actif laser afin de favoriser la formation d'une décharge électrique entre les première et deuxième électrodes portées à ladite différence de potentiel électrique élevée, cette décharge créant un faisceau laser oscillant dans la cavité. Un dispositif capable de délivrer, à travers une fenêtre en aluminium, un faisceau de rayons X apte à préioniser le gaz actif d'un générateur laser est décrit dans l'article "Low energy X-ray preionization source for discharge excited lasers" (J.I. Levatter et al) extrait de la revue américaine "Rev. Sci. Instrum." 52 (11), novembre 1981, pages 1651 à 1654. Ce dispositif comporte essentiellement un générateur d'impulsions à haute tension, un canon à électrons relié à la sortie du générateur et capable d'émettre un faisceau électronique, et un convertisseur du faisceau électronique en rayons X, ce convertisseur comprenant une mince feuille de tantale appliquée sur une face de la fenêtre en aluminium. Un générateur laser à gaz équipé d'un tel dispositif de préionisation présente l'inconvénient d'utiliser un canon à électrons qui est très encombrant et dont la technologie est complexe et délicate. La présente invention a pour but de pallier cet inconvénient. Elle a pour objet un générateur laser à gaz du type mentionné ci-dessus, caractérisé en ce que - la première électrode est constituée par ledit élément métallique, - le générateur de rayons X contient un milieu gazeux et comporte une électrode auxiliaire disposée en regard de la première électrode - et en ce qu'il comporte des moyens pour appliquer une impulsion à haute tension entre 11 électrode auxiliaire et la première électrode, la tension crête de cette impulsions étant supérieure à la tension de claquage entre l'électrode auxiliaire et la première électrode, le temps de montée de l'impulsion étant suffisamment court pour que cette tension crête soit atteinte avant qu'une décharge électrique ne s'établisse complétement entre l'électrode auxiliaire et la première électrode, cette tension crête étant suffisamment élevée pour provoquer la formation d'électrons rapides arrivant sur la première électrode avec une énergie suffisante pour que cette première électrode émette ledit faisceau de rayons X, ce faisceau se propageant vers la deuxième électrode afin de préioniser le gaz actif laser. Selon un mode de réalisation de la présente invention, - lesdits moyens pour appliquer une impulsion haute tension entre l'électrode auxiliaire et la première électrode comportent une première et une deuxième lignes plates constituées chacune de deux feuilles métalliques appliquées respectivement sur les faces d'une plaque isolante, une partie d'une première feuille métallique de la première ligne formant l'électrode auxiliaire, une première feuille métallique de la deuxième ligne comportant un prolongement qui forme l'élément métallique constituant la première électrode, . une source à haute tension continue dont une première sortie est connectée à la première feuille métallique de la première ligne et dont la deuxième sortie est connectée aux deuxièmes feuilles métalliques des première et deuxième lignes, . une première inductance reliant l'électrode auxiliaire à la première électrode, . un éclateur dont les deux électrodes sont reliées respectivement aux deux sorties de ladite source, et des moyens pour déclencher la formation d'une étincelle entre les deux électrodes de éclateur, - et lesdits moyens pour appliquer une différence de potentiel électrique élevé entre la première et la deuxième électrodes comportent . une deuxième inductance reliant l'électrode auxiliaire et la deuxième électrode et un condensateur dont les armatures sont reliées respectivement à la deuxième électrode et à la deuxième sortie de ladite source. Des formes particulières d'exécution de l'objet de la présente invention sont décrites ci-dessous, à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente partiellement, en coupe, un mode de rêali- sation du générateur laser selon l'invention - et la figure 2 est un schéma du générateur illustré par la figure 1. Sur la figure 1 est représentée une première ligne plate horizontale de capacité C1, constituée par deux feuilles métalliques 1 et 2 appliquées respectivement sur les deux faces principales d'une plaque isolante 3, et une deuxième ligne plate horizontale de capacité C2 constituée par deux feuilles métalliques 4 et 5 appliquées respectivement sur les deux faces principales d'une plaque isolante 6. De préférence, comme représenté sur la figure, les plaques isolantes 3 et 6 sont disposées en prolongement l'une de l'autre pour former une seule pièce 7, et les plaques métalliques 2 et 5 sont également disposées en prolongement l'une de l'autre pour former une seule pellicule métallique 8. La pellicule 8 recouvre la totalité d'une face de la pièce 7. La feuille métallique 4 recouvre une partie de la surface de la face opposée 9 de la pièce 7 alors que la feuille métallique 1 recouvre la majeure partie de la surface restante de la face 9. La feuille 4 comporte donc un bord extrême 10 en regard de la feuille 1. Sur la face supérieure d'une portion 11, adjacente au bord 10, de la feuille 4 est disposée une pièce isolante 12 formant la paroi latérale d'une chambre 13. La portion 11 forme une paroi plane de cette chambre. La feuille 1 comporte du côté du bord extrême 10 un prolongement 14 qui est courbé de façon à présenter une portion 15 disposée sur la face supérieure de la pièce 12 parallèlement à la feuille 4 et en regard de la portion 1-1 de cette feuille, la portion 15 constituant l'autre paroi plane de la chambre 13. Sur la face supérieure de la portion de feuille 15 et en prolongement de la pièce 12 est disposée une pièce isolante 16 formant la paroi latérale d'une autre chambre 17 dont la portion 15 constitue la cloison plane inférieure. La chambre 17 est fermée par une plaque 18 sensiblement plane et parallèle à la portion 15, cette plaque 18 étant réalisée en un métal électriquement conducteur. Les chambres 13 et 17 ont une forme sensiblement parallélépipédique. Sur les parois extrêmes de la chambre 17 parallèles au plan de la figure sont disposés respectivement deux miroirs, tels que 19, en regard l'un de l'autre, un de ces miroirs étant partiellement transparent. En se reportant maintenant à la figure 2, on voit que la portion 11 est reliée au pôle positif d'une source 20 d'énergie électrique à haute tension continue à travers un interrupteur 28. Cette liaison s'effectue par un point quelconque de la feuille 4 connecté au pôle positif de la source 20. D'autre part, le pôle négatif de la source 20 est relié à la masse de l'installation et à la pellicule 8 (figure 1). La capacité C2 est ainsi branchée entre la portion 11 et la masse. La portion 15 en regard de la portion 11 est connectée par l'intermédiaire de la feuille 1 à une armature de la capacité C1 dont l'autre armature est connectée à la masse. D'autre part cette portion 15 est reliée à travers l'interrupteur 28 au pôle positif de la source 20 par l'intermédiaire d'une inductance 21 dont les sorties sont reliées respectivement à la portion 15 et à la portion 11. Une armature d'un condensateur C3 est connectée à la pellicule 8, c'est-à-dire à la masse. L'autre armature du condensateur C3 est connectée à la plaque 18. Celle-ci est reliée au pôle positif de la source 20 par l'intermédiaire d'une inductance 22 dont les sorties sont connectées respectivement à la plaque 18 et à la portion de feuille 11. Un éclateur 23 comporte deux électrodes principales 24 et 25 respectivement connectées au pôle positif et au pôle négatif de la source 20. Cet éclateur comporte une électrode de déclenchement 26 reliée à une sortie d'un générateur auxiliaire 27 dont l'autre sortie est reliée à la masse de l'installation. Le générateur laser à gaz illustré par les figures 1 et 2 fonctionne de la manière suivante. On introduit dans la chambre 13 un milieu gazeux constitué par exemple par de l'hélium à la pression atmosphérique. On introduit dans la chambre 17 un gaz actif laser constitué par exemple par un mélange de gaz carbonique, d'hélium et d'azote. La chambre 17 constitue alors une enceinte laser à gaz dont les deux électrodes sont constituées par la plaque 18 et la portion de feuille 15. La portion 11 est une électrode auxiliaire associée à l'électrode 15 dans la chambre 13, l'électrode 15 étant donc commune aux deux chambres 13 et 17. Lorsque l'interrupteur 28 est fermé, les électrodes 11, 15 et 18 sont portées à un potentiel électrique +V par rapport à la masse ; les capacités C1 et C2 ainsi que le condensateur C3 sont chargés et l'élec 3 trode 24 de l'éclateur 23 est portée au même potentiel +V par rapport à l'éléctrode 25 de cet éclateur. On ouvre alors l'interrupteur 28 et on met en marche le générateur auxiliaire 27 qui porte l'électrode de déclenchement 26 à un potentiel suffisant pour provoquer l'amorçage de l'éclateur 23. La capacité C2 se décharge dans l'éclateur. Cette décharge est oscillante. Donc le potentiel de l'électrode 11 détroit pour prendre des valeurs négatives, et une différence de potentiel croissante s'établit entre les électrodes 15 et 11. La capacité C2 est de l'ordre d'un nanofarad et sa décharge est donc très rapide. Pratiquement la différence de potentiel entre les électrodes 15 et 11 atteint une valeur égale à plusieurs fois la tension de claquage entre ces électrodes, avant qu'une décharge électrique ne s'établisse complètement dans le milieu gazeux de la chambre 13. Le champ électrique interne ainsi créé dans la chambre 13 provoque la formation dans la chambre 13 d'électrons accélérés continûment dans tout l'espace interélectrode. Ces électrons atteignent un niveau d'énergie considérable lorsqu'ils arrivent sur l'électrode 15, ce niveau correspondant à la tension appliquée sur les électrodes. Cette production d'électrons rapides à haute énergie est un phénomène connu en soi et décrit dans l'article "X ray diagnostics of runaway electrons in fast gas discharges" (W.W.Byszenski et al) extrait de la revue américaine flphysical Review" A, volume 26, nO 5, novembre 1982, pages 2826 à 2831. Comme il est expliqué dans l'article précité, ces électrons rapides bombardent l'électrode 15 de façon que cette électrode émette dans la chambre 17 un faisceau de rayons X qui se propage vers l'électrode 18. Ce faisceau de rayons X a une énergie suffisante pour préioniser le gaz actif laser. Au cours de la décharge électrique dans la chambre 13, la capacité C1 se décharge dans l'éclateur. La tension de l'électrode 15 baisse et prend des valeurs négatives ; il apparait entre les électrodes 18 et 15 une différence de potentiel qui croit jusqu'à l'instant où la décharge laser se produit dans le gaz préionisé. Le dispositif illustré par les figures 1 et 2 permet d'obtenir la préionisation du gaz actif laser juste avant le déclenchement de la décharge laser, sans qu'il soit nécessaire d'utiliser un système de synchronisation. L'énergie de la décharge laser correspond à l'énergie stockée dans le condensateur C3. Ce condensateur C3, d'un type conventionnel, n'est pas obligatoirement réalisé sous forme d'une ligne plate. La décharge laser entraine la formation d'un rayonnement oscillant dans la cavité laser, une partie de l'énergie de ce rayonnement sortant de la cavité par le miroir semi-réfléchissant pour former un faisceau laser. A titre indicatif, les feuilles métalliques 1 et 4 ainsi que les électrodes 11 et 15 peuvent être en aluminium d'épaisseur 10 micromètres. la distance entre les électrodes 11 et 15 peut être de l'ordre de un à deux millimètres. Le milieu actif contenu dans la chambre 13 étant de l'hélium à la pression atmosphérique et la tension V de la source 20 étant de 30 kilovolts, le champ électrique établi dans la chambre 13 juste avant la décharge est de l'ordre de 1,5 x 105 à 3 x 105 Volts/cm. La présente invention peut s'appliquer aux générateurs laser à gaz carbonique du type TEA ou à haute pression ainsi qu'aux générateurs laser à excimères. REVENDICATIONS 1/ Générateur laser à gaz à préionisation par rayons X, comportant - des moyens pour former une cavité optique résonnante, - une enceinte disposée dans la cavité et contenant un gaz actif laser, cette enceinte étant délimitée par une cloison comprenant un élément métallique apte à laisser passer les rayons X, - une première et une deuxième électrodes disposées en regard l'une de l'autre dans l'enceinte, - des moyens pour appliquer une différence de potentiel électrique élevée entre la première et'la deuxième électrodes - et un générateur de rayons X disposé à côté de l'enceinte, ce générateur étant délimité par une paroi comprenant ledit élément métallique, ce générateur étant capable d'émettre un faisceau de rayons X traversant cet élément et provoquant une préionisation du gaz actif laser afin de favoriser la formation d'une décharge électrique entre les première et deuxième électrodes portées à ladite différence de potentiel électrique élevée, cette décharge créant un faisceau laser oscillant dans la cavité, caractérisé en ce que - la première électrode est constituée par ledit élément métallique (15), - le générateur de rayons X (13) contient un milieu gazeux et comporte une électrode auxiliaire (11) disposée en regard de la première électrode (15) - et en ce qu'il comporte des moyens (20, 28, 23) pour appliquer une impulsion à haute tension entre l'électrode auxiliaire (11) et la première électrode (15), la tension crête de cette impulsions étant supérieure à la tension de claquage entre l'électrode auxiliaire et la première électrode, le temps de montée de l'impulsion étant suffisamment court pour ce cette tension crête soit atteinte avant qu'une décharge électrique ne s'établisse complètement entre l'électrode auxiliaire et la première électrode, cette tension crête étant suffisamment élevée pour provoquer la formation d'électrons rapides arrivant sur la première électrode (15) avec une énergie suffisante pour que cette première électrode émette ledit-faisceau de rayons X, ce faisceau se propageant vers la deuxième électrode (18) afin de préioniser le gaz actif laser. 2/ Générateur laser à gaz selon la revendication 1, caractérisé en ce que - lesdits moyens pour appliquer une impulsion haute tension entre l'électrode auxiliaire et la première électrode comportent une première et une deuxième lignes plates constituées chacune de deux feuilles métalliques (1, 2) appliquées respectivement sur les faces d'une plaque isolante (3), une partie (11) d'une première feuille métallique (4) de la première ligne formant l'électrode auxiliaire, une première feuille métallique (1) de la deuxième ligne comportant un prolongement (14) qui forme l'élément métallique (15) constituant la première électrode, une source (20) à haute tension continue dont une première sortie est connectée à la première feuille métallique (4) de la première ligne et dont la deuxième sortie est connectée aux deuxièmes feuilles métalliques (5, 2) des première et deuxième lignes, une première inductance (21) reliant l'électrode auxiliaire (11) à la première électrode (15), . un éclateur (23) dont les deux électrodes (24, 25) sont reliées respectivement aux deux sorties de ladite source (20) . et des moyens (26, 27) pour déclencher la formation d'une étincelle entre les deux électrodes de l'éclateur, - et lesdits moyens pour appliquer une différence de potentiel électrique élevé entre la première (15) et la deuxième (18) électrodes comportent . une deuxième inductance (22) reliant l'électrode auxiliaire (11) et la deuxième électrode (18) . et un condensateur (C3) dont les armatures sont reliées respec tivement à la deuxième électrode (18) et à la deuxième sortie de ladite source (20). 3/ Générateur laser à gaz selon la revendication 2, caractérisé en ce que les plaques isolantes (6, 3) des première et deuxième lignes sont en prolongement l'une de l'autre de façon à ne former qu'une seule pièce (7) et que les deuxièmes feuilles conductrices (5, 2) des première et deuxième lignes sont en prolongement l'une de l'autre de façon à ne former qu'une seule pellicule conductrice (8).