Brevet FR2574978A1 — publié le 19860620

Dispositif d'irradiation de matière par un faisceau électronique La présente invention concerne un disposi- tif d'irradiation de matière par un faisceau éLectro- nique. Elle s'applique à l'irradiation de gaz, de liquides ou de solides. Les gaz sont irradiés pour des utilisations chimiques ou pour La stérilisation. Les liquides sont eux aussi irradiés pour des utili- sations chimiques ou alimentaires (stérilisation des jus de fruits, du lait, de l'eau, etc...). Les soli- des sont irradiés pour des utilisations chimiques (polymérisation), médicales (stérilisation), aLimen- taires (irradiation de graines, fruits, pommes de terre, légumes, etc...), génétiques (irradiation de semences, insectes, etc...). On connaît divers dispositifs d'irradia- tion de matière par un faisceau électronique. Parmi ces dispositifs,.l'un d'eux fournit un faisceau élec- tronique dans un plan passant par une fenêtre de sor- tie fermée par une membrane métallique mince. Elle appartient à une enceinte dans laquelle on a réalisé le vide et dans laquelle est situé un canon à élec- trons émettant un faisceau très apLati et très allon- gé; cette fenêtre peut présenter une longueur de 2 mètres pour une largeur de quelques centimètres. Le déplacement des électrons doit être perpendiculaire à la surface de la fenêtre, afin de la traverser dans les meilleures conditions. Il est possible de produire un faisceau électronique plan à partir d'un faisceau électronique ponctuel qui est animé, grâce à un système de balaya- ge, d'un mouvement linéaire alternatif devant la fe- nêtre. Un dispositif de ce type a pour principal in- convénient de nécessiter l'utilisation d'un système de balayage et de Limiter l'utilisation des électrons dans une zone Linéaire voisine de la fenêtre. Plus récemment, ont été conçus des accéLé- rateurs d'électrons permettant d'accéLérer directe- ment les électrons d'un faisceau Laminaire en utili- sant, soit des canons à électrons dans Lesquels la source d'électrons est constituée par un filament très allonge, soit des dispositifs à plasma dans-Les- quels les électrons sont obtenus par émission secon- daire à partir d'ions issus d'une anode filiforme. Ces différents dispositifs qui permettent d'obtenir un faisceau plan d'électrons, présentent de nombreux inconvénients: dans Le dispositif à baLaya- ge, iL est nécessaire, pour Limiter L'incidence des électrons aux extrémités de la fenêtre, de construire des dispositifs présentant un encombrement prohibi- tif. Dans les dispositifs qui utilisent des canons à électrons ayant un filament très allongé, il est dif- ficile de remplacer ces filaments émiss'ifs, Lors- qu'ils sont détériorés. Dans le dispositif à plasma, il est difficile d'obtenir un faisceau uniforme et, par conséquent, une irradiation uniforme. Ces dispo- sitifs sont d'autre part complexes et coûteux. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients et notamment de réaliser un dispositif d'irradiation de matière par un faisceau électroni- que, dans lequel il est possible d'utiliser un fila- ment émissif de faible dimension, qui est facile à changer, le faisceau étant plan et se propageant tout autour d'un axe, sur 360 , facilitant ainsi l'utili- sation du dispositif pour des applications indus- trielles. Ce dispositif qui est très simple est aussi peu coûteux. L'invention a pour objet un dispositif d'irradiation de matière par un faisceau électronique comprenant un canon à électrons et des moyens de gui- dage pour placer la matière sur le parcours du fais- ceau, caractérisé en ce que le canon à électrons com- prend, dans une enceinte étanche ayant une forme pré- sentant une symétrie de révolution par rapport à un axe, un filament émissif d'électrons situé dans l'axe de l'enceinte et, coaxialement, une électrode de WehneLt entourant le filament présentant une symétrie de révoLution par rapport audit axe et comprenant une première fente circulaire de concentration des élec- trons au voisinage du plan perpendiculaire à l'axe et passant par la première fente qui est située en re- gard du filament, au moins une électrode d'accéléra- tion des électrons entourant l'électrode de Whenelt, présentant une symétrie de révolution par rapport audit axe et comprenant une deuxième fente circulaire située en regard de la première fente, l'enceinte comprenant une fenêtre circulaire fermée de façon étanche et transparente aux électrons, cette fenêtre étant située en regard des deux fentes, les moyens de guidage plaçant la matière à irradier autour de la fenêtre. Selon une autre caractéristique, l'élec- trode Wehnelt comprend deux troncs de cône présentant chacun une grande base et une petite base circulaires perpendiculaires à l'axe, les petites bases respecti- ves des deux troncs de cône étant situées en regard l'une de l'autre et étant espacées pour constituer ladite première fente, les troncs de cône comprenant des logements situés en regard et au voisinage de la première fente et contenant ledit filament. Selon une autre caractéristique, ladite fenêtre est fermée par une feuille métallique présen- tant une section en forme de gouttière, pénétrant vers l'intérieur de l'enceinte. Selon une autre caractéristique, la pre- mière fente est entourée sur le pourtour des petites bases de chacun des deux cônes, pour une grilLe cir- culaire. Selon une autre caractéristique, les moyens de guidage comprennent une gaine creuse annu- laire à deux parois concentriques entourant ladite fenêtre, la matière à irradier circulant dans cette gaine. Selon une autre caractéristique, l'une des parois de la gaine est constituée partiellement par la surface externe de l'enceinte étanche et par la feuille fermant la fenêtre. Selon une autre caractéristique, les moyens de guidage comprennent une trémie entourant le canon et dans laquelle circule la matière à irradier. Selon une autre caractéristique, les moyens de guidage comprennent un ensemble de déplace- ment de la matière à irradier pour l'amener à circu- ler en regard de ladite fenêtre. Selon une autre caractéristique, la matiè- re à irradier se présentant sous la forme d'une bande enroulée pour former un rouleau ayant la largeur du ruban, les moyens de guidage comprennent des moyens pour dérouler ce ruban en le faisant circuler dans la direction de sa longueur et pour qu'il forme un four- reau autour de la fenêtre, en le repliant dans la direction de sa largeur. Les caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 représente schématiquement et en coupe longitudinale, un dispositif d'irradiation conforme à l'invention, - La figure 2 représente schématiquement un premier mode de réaLisation des moyens de guidage de La matière à irradier, - La figure 3 représente schématiquement un deuxième mode de réalisation de ces moyens de guida- ge, - la figure 4 représente schématiquement un troisième mode de réalisation des moyens de guidage de la matière à irradier, - la figure 5 représente schématiquement un quatrième mode de réalisation des moyens de guidage. La figure 1 représente schématiquement et en coupe longitudinale, un dispositif d'irradiation conforme à l'invention. Ce dispositif comprend un canon à électrons situé dans une enceinte étanche 1, et des moyens de guidage pour placer la matière à irradier sur le parcours du faisceau électronique. Ces moyens de guidage ne sont pas représentés sur cette figure et seront décrits plus loin en détail. L'enceinte 1 présente une symétrie de révolution par rapport à un axe X'X. Dans la suite de La descrip- tion, on entend par symétrie de révolution, la surfa- ce obtenue par rotation d'une courbe ou d'une droite autour d'un axe. Le canon à électrons comprend, dans L'en- ceinte étanche 1, un filament émissif 2 relié par des connecteurs enfichabLes 3, 4, et par des fils conduc- teurs 5, 6, à une haute tension négative -V'. Ce fi- lament émissif a la forme d'une bobine dont l'axe correspond à l'axe X'X de l'enceinte. Le canon com- prend aussi, coaxialement, une électrode deWehnelt en deux parties 7, 8, qui entourent le filament 2, et qui présente une symétrie de révolution par rapport à l'axe X'X. Cette électrode de Whenelt comporte une première fente 9 circulaire, qui permet de concentrer 2t74978 Les éLectrons au voisinage d'un plan P perpendiculai- re à l'axe X'X et passant par La fente 9. Cette fente est située en regard du filament 2; La concentration des électrons est produite par le champ électrique apparaissant dans La fente Lorsque L'électrode de Wehnelt 7 est aLimentée par une haute tension négati- ve -V; La valeur absolue de La tension -V est Légè- rement supérieure à La valeur absotue de la tension -V' aLimentant Le filament. Le dispositif comprend aussi une électrode 10 d'accélération des électrons; cette électrode entoure l'électrode de WehneLt 7, 8 et eLLe présente aussi une symétrie de révolution par rapport à L'axe X'X de L'enceinte. Le potentiel de cette électrode peut être égaL à celui de l'encein- te; dans la pratique, ce potentiel est celui d'une masse électrique de référence. L'électrode d'accélé- ration 10 présente une deuxième fente circulaire 11, située en regard de La première fente 9. Le faisceau d'électrons émis par le filament, au voisinage du plan P, est représenté en 12. Les deux parties 7, 8 de l'électrode de WheneLt sont reliées, par exemple par une tige filetée conductrice 13, solidaire de la partie 8 du Wehnelt. Enfin, l'enceinte 1 est munie d'une fenêtre circulaire 14, fermée de façon étanche par une feuil- le métallique présentant une section en forme de gouttière, pénétrant vers l'intérieur de l'enceinte. Cette fenêtre est située en regard des fentes 9, 11; elle est transparente aux électrons. Les moyens de guidage, qui ne sont pas représentés sur cette figu- re, placent la matière à irradier autour de ta fenê- tre. Les deux parties 7,8 de l'électrode de Wehnett forment deux troncs de c8ne qui présentent chacun une grande base et une petite base. Les gran- des bases de ces troncs de cône sont respectivement référencées 16,7, tandis que les petites bases sont respectivement référencées 18, 19 sur la figure. Les petites bases 18,19 des deux troncs de cône sont si- tuées en regard l'une de L'autre-et elles sont espa- cées de manière à constituer La première fente 9. Ces deux troncs de cône comprennent respectivement des logements 20, 21 qui sont situés en regard l'un de l'autre, au voisinage de La première fente 9. Ces logements contiennent le filament émissif 2. Dans un mode de réalisation du dispositif, la première fente 9 peut être entourée sur le pourtour des petites bases 18, 19 de chacun des deux cônes, par une grille circulaire 22. Les deux parties 7,8 du WehneLt sont re- liées par la tige filetée 13 et par une tige 23, à la source de tension V, à travers des éléments tels que 24, 25, d'un isolateur. Les fils de connexion 5, 6 du filament traversent un alésage 26 de la tige 23 puis l'élément 25 de l'isolateur, pour être reliés à la source de tension -V'. Il est bien évident que le vide régnant à l'intérieur de l'enceinte 1, les tra- versées des conducteurs 5, 6 et 27 sont étanches. De manière connue dans l'état de la technique, les élé- ments 24 de l'isolateur sont séparés par des rondel- les conductrices 28, reliées par des résistances 29 permettant de rendre équipotentiels les différents éléments de l'isolateur. L'enceinte étanche 1 peut être fermée par un couvercle étanche 30. Ce couvercle amovible permet d'accéder à l'intérieur de l'encein- te, de manière par exemple, à remplacer le filament 2 en cas de destruction de celui-ci. Les figures 2 à 5 représentent différents modes de réalisation qui permettent de placer la ma- tière à irradier sur le parcours du faisceau électro- nique produit dans un plan P, passant par la fenêtre 14. Sur ces figures, on a désigné par la référence C le canon à électrons. L'enceinte contenant les divers éléments du canon est représentée par La référence 1, et La fenêtre par la référence 14. Dans le premier mode de réalisation des moyens de guidage, représenté-sur la figure 2, ces moyens comprennent une gaine annulaire creuse 31 à deux parois concentriques 31a, 32b. La matière à ir- radier circule entre ces deux parois, comme indiqué par les flèches sur la figure. Cette matière peut être un liquide ou un gaz, ou même un solide en pou- dre. La paroi interne 31 de La gaine peut être cons- tituée au moins partiellement par la surface externe de l'enceinte étanche 1, et par La feuille métallique qui ferme la fenêtre 14. Dans ces conditions, les matières à irradier reçoivent directement le faisceau électronique émis dans le plan P. Dans le deuxième mode de réalisation repré- senté sur la figure 3, le canon à électrons C est placé dans une trémie 33 dont la partie supérieure présente par exemple une forme évasée, favorisant la réception des matières à irradier. Ces matières sont en contact direct avec la feuille métallique qui fer- me la fenêtre 14 de l'enceinte 1. Dans ces deux modes de réalisation des moyens de guidage, la pression à l'extérieur de l'en- ceinte est généralement voisine de la pression at- mosphérique. Si l'on désigne par A la pression at- mosphérique, par t le rayon de courbure de la fenêtre et par P la pression de la matière circulant au voi- sinage de la fenêtre, il est possible d'écrire P=, avec A=-.. Dans cette dernière relation, o- dési- gne la limite de rupture du métal constituant La fe- nêtre et ú l'épaisseur de la feuiLle métallique fer- mant la fenêtre. Si La pression P de La matière à irradier est de l'ordre de quelques bars, et si la fenêtre est formée d'une feuille de titane d'épaisseur 20 mi- crons, le rayon de courbure P de cette fenêtre ne dépasse pas quelques centimètres. La figure 4 représente un troisième mode de réalisation des moyens de guidage de la matière à irradier. Dans ce mode de réalisation, ces moyens de guidage sont constitués par un-ensemble 34 qui permet de déplacer la matière à irradier, de manière à l'amener à circuler en regard de la fenêtre 14. Dans le cas o des objets 35 sont à irradier, ces moyens de guidage sont constitués par exemple par un tapis roulant ou une chaîne. Enfin, la figure 5 représente un quatrième mode de réalisation des moyens de guidage de la ma- tière à irradier. Dans ce mode de réalisation, la matière à irradier se présente sous La forme d'une bande 36, enrouLée pour former un rouleau 3, 7 ayant la largeur du ruban. Les moyens de guidage comprennent ici un moteur 37 entrainant un axe 38 sur lequel vient s'enrouler Le ruban 36 après son irradiation par le canon à électrons C. Le ruban circule dans le sens de la longueur, comme indiqué par les fLèches; les moyens de guidage comprennent des guides 39, 40, 41, 42 qui permettent au ruban de former un fourreau autour de la fenêtre 14 et de l'enceinte 1, en le repliant autour de cette enceinte, dans la direction de la largeur du ruban. Le ruban est ainsi déroulé autour de L'axe 42 et enroulé autour de l'axe 38. La piece 43 sert au maintien du dispositif. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'irradiation de matière par un faisceau électronique comprenant un canon à élec- trons et des moyens de guidage pour placer la matière sur le parcours du faisceau, caractérisé en ce que Le canon à électrons comprend, dans une enceinte étanche (1) ayant une forme présentant une symétrie de révo- lution par rapport à un axe (X'X), un filament (2) émissif d'électrons situé dans L'axe de l'enceinte (1) et, coaxialement, une électrode de Wehnelt (7,8) entourant le filament (2), présentant une symétrie de révolution par rapport audit axe (X'X) et comprenant une première fente circulaire (9) de concentration des électrons au voisinage d'un plan (P) perpendicu- taire à l'axe et passant par la première fente (9) qui est située en regard du filament (2), au moins une électrode (10) d'accélération des électrons en- tourant l'électrode de Wehnelt (7,8), présentant une symétrie de révolution par rapport audit axe et com- prenant une deuxième fente circulaire (11) située en regard de La première fente (9), L'enceinte (1) com- prenant une fenêtre circulaire (14) fermée de façon étanche et transparente aux électrons, cette fenêtre étant située en regard des deux fentes (9, 11), les moyens de guidage pLaçant La matière à irradier au- tour de La fenêtre (14). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'électrode de Wehneltcomprend deux troncs de cône (7,8) présentant chacun une gran- de base et une petite base circulaires prependicuLai- res à l'axe (X'X), les petites bases respectives (18, 19) des deux troncs de cône étant situées en regard l'une de l'autre et étant espacées pour constituer ladite première fente (9), Les troncs de cône (7,8) comprenant des logements (20, 21) situés en regard et au voisinage de la première fente (9) et contenant Ledit filament (2). 3. Dispositif selon la revendication 2, ca- ractérisé en ce que ladite fenêtre (14) est fermée par une feuille métallique (15) présentant une sec- tion en forme de gouttière, pénétrant vers l'inté- rieur de l'enceinte (1). 4. Dispositif selon la revendication 2, ca- ractérisé en ce que la première fente (9) est entou- rée sur le pourtour des petites bases (18,19) de chacun des deux cônes (7, 8) par une grille circulai- re (22). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens de guidage comprennent une gaine creuse annu- laire (31) à deux parois concentriques (32a, 32b) en- tourant ladite fenêtre (14), la matière à irradier circulant dans cette gaine. 6. Dispositif selon la revendication 5, ca- ractérisé par le fait que l'une des parois de la gaine est constituée partiellement par la surface externe de l'enceinte (1) étanche et par la feuille (15) fermant la fenêtre. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens de guidage comprennent une trémie (33) entou- rant le canon (C) et dans laquelle circule la matière à irradier. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens de guidage comprennent un ensemble de déplace- ment (34) de la matière à irradier pour l'amener à circuler en regard de ladite fenêtre (14). 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la matiè- re à irradier se présente sous la forme d'une bande (36) enroulée pour former un rouleau ayant la largeur du ruban, les moyens de guidage comprenant des moyens (39, 40, 41, 42) pour dérouler ce ruban en le faisant circuler dans la direction de sa longueur et pour qu'il forme un fourreau autour de la fenêtre (14), en le repliant dans la direction de sa largeur.