Brevet FR3110811A1 — publié le 20211126

Composant HF chaud (1) muni d'une cavité HF (4) délimitée par une enveloppe (3) comprenant au moins une excroissance interne (5), ladite enveloppe comprenant au moins un canal interne (6) suivant le contour de sa surf ace interne (7) pour permettre l'écoulement d'un fluide caloporteur destiné à évacuer de l'énergie calorifique provenant de la cavité (4). Figure pour l’abrégé : Fig. 5 Composant HF chaud muni d'une cavité HF L’invention porte sur un composant hyperfréquence ou HF chaud muni d'une cavité hyperfréquence ou HF. On entend par composant HF chaud un composant dont les matériaux conducteurs évoluent dans un régime de résistivité normal (par opposition au régime supraconducteur) ou en d'autres termes un composant HF non supraconducteur. L'invention s'applique notamment aux composants HF des accélérateurs de particules. Elle s'applique également à tout autre composant HF chaud muni d'une cavité HF, tels que les circulateurs, les Tés magiques et les charges. Les accélérateurs linéaires de particules utilisent un champ électromagnétique de type hyperfréquence HF pour accélérer les particules. Ces accélérateurs fonctionnent avec tout type de particules chargées mais ont en commun la nécessité de fournir aux structures accélératrices de très fortes puissances hyperfréquences provenant en général d’un tube électronique tel qu’un klystron ou un magnétron. La principale limitation des composants HF chaud est la gestion de la dissipation thermique de la puissance que l’onde HF dépose par effet joule dans les structures accélératrices. Le champ magnétique important à la surface des cavités de la structure des composants HF chauds génère un important dépôt d’énergie. L’échauffement en résultant a un effet perturbateur: par dilatation du métal, la fréquence de résonnance de la cavité baisse, et un effet destructeur: si l’échauffement est trop violent il peut mener à une détérioration des surfaces. En outre, la résistivité du matériau augmente avec la température, donc plus la surface de la structure accélératrice est chaude, plus il y a de dissipation d’énergie sous forme d’effet Joule, et plus la surface chauffe. Actuellement, afin de limiter ces échauffements, les structures accélératrices sont parcourues de canaux ou de tuyaux dans lesquels le liquide refroidissement est mis en circulation. Cette solution implique de nombreux usinages et ne permet pas un refroidissement homogène des surfaces HF de la structure accélératrice, notamment les zones profondes formant des excroissances internes telles des iris, des becs. et [Fig.2] représentent schématiquement une vue externe et une vue de coupe d'un tel mode de réalisation. représente schématiquement un composant HF chaud 1 comprenant une pluralité de canaux 2 linéaires et rectilignes disposés dans le pourtour de l'enveloppe 3 d'une cavité 4. L'enveloppe 3 comprend des excroissances internes 5. Un fluide caloporteur circule dans les canaux 2 et évacue de l'énergie dissipée par effet Joule dans le composant HF chaud 1. représente schématiquement, en vue de coupe, un tel canal 2 dans un composant HF chaud 1. représente un mode de réalisation dans lequel les excroissances internes 5 sont des iris, i.e. des excroissances qui se resserrent en leur extrémité. représente un mode de réalisation dans lequel les excroissances internes 5 sont des becs, i.e. des excroissances qui se resserrent puis s'élargissent en leur extrémité. Ces solutions ne permettent pas un refroidissement au plus près de la surface des cavités, zone où est pourtant généré l’échauffement. Les iris ou becs de cavités en particulier et leurs parois associées qui peuvent être fines, selon le type de couplage HF inter-cavité, sont très éloignés des canaux de refroidissement. Cela produit des points chauds dans la structure favorisant le désaccord en fréquence et l’apparition de contraintes mécaniques. Un but de l'invention est de pallier les problèmes précédemment cités, et notamment d'améliorer le refroidissement d'un composant HF. Aussi, il est proposé, selon un aspect de l'invention, un composant HF chaud muni d'une cavité HF délimitée par une enveloppe comprenant au moins une excroissance interne, ladite enveloppe comprenant au moins un canal interne suivant le contour de sa surface interne pour permettre l'écoulement d'un fluide caloporteur destiné à évacuer de l'énergie calorifique provenant de la cavité. Un tel composant selon l'invention, permet un refroidissement au plus près de toute la surface HF, permettant un bien meilleur refroidissement du composant HF. Dans un mode de réalisation, le canal interne est à fleur de la surface interne de l'enveloppe. Ainsi, le refroidissement de la cavité est amélioré. Selon un mode de réalisation, une excroissance interne est un bec ou un iris. La présente invention s'applique à tout type d'excroissance. Dans un mode de réalisation, la partie externe des portions du canal interne à l'extérieur des excroissances internes comprend une couche capot externe. Un tel mode de réalisation pallie d’éventuelles difficultés de fabrication selon la géométrie choisie en dissociant les fonctions. L'invention sera mieux comprise à l'étude de quelques modes de réalisation décrits à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par le dessin annexé sur lequel : illustre schématiquement un composant HF chaud muni d'une cavité HF, selon l'état de l'art ; illustre schématiquement un composant HF chaud muni d'une cavité HF, en vue de coupe, selon l'état de l'art ; illustre schématiquement un composant HF chaud muni d'une cavité HF, en vue de coupe, avec des excroissances internes en forme d'iris, selon l'état de l'art; illustre schématiquement un composant HF chaud muni d'une cavité HF, en vue de coupe, avec des excroissances internes en forme de bec, selon l'état de l'art; illustre schématiquement un composant HF chaud muni d'une cavité HF, en vue de coupe, selon un aspect de l'invention; et illustre schématiquement un composant HF chaud muni d'une cavité HF, en vue de coupe, selon un autre aspect de l'invention. Sur l'ensemble des figures, les éléments ayant des références identiques sont similaires. Sur la figure 5 est illustré, selon un aspect de l'invention, un composant HF chaud 1 muni d'une cavité HF 4 délimitée par une enveloppe 3 comprenant au moins une excroissance interne 5. L'enveloppe 3 comprend au moins un canal interne 6 suivant le contour de sa surface interne 7 pour permettre l'écoulement d'un fluide caloporteur destiné à évacuer de l'énergie calorifique provenant de la cavité 4. Le canal interne 6 est à fleur de la surface interne 7 de l'enveloppe 3. On entend par canal interne 6 à fleur de la surface interne 7 de l'enveloppe 3, le fait qu'une partie de la paroi du canal interne 6 forme une partie de la surface interne 7 de l'excroissance. Son épaisseur est configurée pour tenir les contraintes mécaniques qu'elle doit supporter. Une excroissance interne 5 peut être un bec, ou un iris. Sur la figure 6 est illustré, selon un aspect de l'invention, un composant HF chaud 1 muni d'une cavité HF 4 délimitée par une enveloppe 3 comprenant au moins une excroissance interne 5. L'enveloppe 3 comprend au moins un canal interne 6 suivant le contour de sa surface interne 7 pour permettre l'écoulement d'un fluide caloporteur destiné à évacuer de l'énergie calorifique provenant de la cavité 4. La partie externe des portions du canal 6 à l'extérieur des excroissances internes 5 comprend une couche capot externe 8. La présente invention permet de refroidir au plus près de la surface de la cavité, permettant donc d'améliorer sensiblement le refroidissement des zones les plus chaudes. Composant HF chaud (1) muni d'une cavité HF (4) délimitée par une enveloppe (3) comprenant au moins une excroissance interne (5), ladite enveloppe comprenant au moins un canal interne (6) suivant le contour de sa surface interne (7) pour permettre l'écoulement d'un fluide caloporteur destiné à évacuer de l'énergie calorifique provenant de la cavité (4). Composant HF chaud (1) selon la revendication 1, dans lequel un canal interne (6) est à fleur de la surface interne (7) de l'enveloppe (3). Composant HF chaud (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel une excroissance interne (5) est un bec ou un iris. Composant HF chaud (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la partie externe des portions du canal interne (6) à l'extérieur des excroissances internes (5) comprend une couche capot externe (8).