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Installation génératrice de courant continu à haute tension.
On sait qu'on peut engendrer un courant continu à très haute tension (de l'ordre de 106 volts) au moyen d'une installation comportant des condensateurs et des redresseurs, où les condensateurs sont assemblés en deux colonnes et les tubes redresseurs, montés en série, sont disposés entre ces colonnes, chaque paire de tubes redresseurs successifs étant shuntée par un seul condensateur. Le premier tube redresseur est shunté par un condensateur et par une source de courant al- ternatif, mise en série avec ce dernier.
Une pièce métallique ou une pièce garnie de métal à surface unie et arrondie s'étend sur les colonnes et con- stitue la borne de la haute tension. Comme cette pièce, qui
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constitue la borne, est soumise au potentiel le plus élevé, elle doit être écartée des parois de la chambre à haute tension, qu'on peut considérer comme étant mises à la terre, d'une distance supérieure à la distance disruptive voulue.
Si l'espace dont on dispose est limité, il convient donc de donner à l'installation des dimensions telles que la pièce qui constitue la borne soit disposée environ au centre de la chambre à haute tension.
Pour pouvoir utiliser la haute tension on doit faire descendre des conducteurs à partir de la pièce qui constitue la borne. Il va sans dire que la distribution des surfaces équipotentielles du champ électrique est influencée par ces conducteurs. Si les dispositifs consommateurs de cou- rant sont disposés dans le même espace que l'installation géné- ratrice de courant il est possible, il est vrai, d'éviter des difficultés provenant de traversées isolées ménagées dans la paroi, mais la distance entre les parties, soumises à la haute tension, des dispositifs consommateurs de courant et la paroi doit correspondre quand même aux différences de tension qu'elles doivent pouvoir supporter.
L'invention a pour but de tirer le meilleur parti possible de l'espace disponible pour une installation à haute tension du type décrit et d'accroître ainsi dans la mesure du possible la tension réalisable. Elle se base sur l'idée que la partie de la chambre à haute tension qui est située au-dessus des colonnes, et qui est environ de même hauteut que la partie inférieure, peut être utilisée pour y loger des parties de l'installation dont le potentiel varie conformément au gradient de tension qui y existe. Dans une installation à haute tension conforme à l'invention, le potentiel, calculé à partir de la pièce que constitue la borne, varie graduellement dans une direction le long de la colonne de générateurs et en sens opposé le long des
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dispositifs consommateurs de courant jusqu'au potentiel de la paroi (potentiel de la terre).
Pour éviter qu'on soit forcé pour la manoeuvre de l'appareil alimenté par le courant con- tinu engendré d'opérer dans la partie supérieure de la chambre à haute tension ou dans un éta,ge situé au-dessus d'elle, on peut construire l'installation de manière inversée, c'est-à- dire que la colonne de générateurs est montée par le haut et que les dispositifs consommateurs de courant sont montés par le bas.
La disposition décrite procure une notable économie de place, ou permet d'accroître la tension. On peut accroître la tension davantage si l'espace qui entoure la pièce consti- tuant la borne est subdivisé par une ou plusieurs cloisons.
Des cloisons de matière isolante, par exemple de matière fibreuse pressée, imprégnée de matière à base de résine artificielle, telle que le Pertinax, empêchent dans une certaine mesure une décharge directe par contournement.
Cependant, des cylindres conducteurs peuvent aussi augmenter la sécurité de tension, surtout lorsqu'ils sont maintenus à une tension favorable à la régularisation du potentiel.
Pour régulariser le champ électrique on peut se servir de liaisons électriques entre la pièce qui constitue la borne et les parois latérales de la chambre à haute tension. La courbure des surfaces équipotentielles diminue en intensité à partir de la paroi de la chambre jusqu'au système de co- lonnes. Il est possible de s'opposer à l'augmentation du gra- dient de tension qui en résulte par une régularisation conve- nable du potentiel. Dans ce cas, l'augmentation du potentiel par unité de longueur est diminuée au voisinage du système de colonnes et comme la résistance au percement disruptif dépend en substance du gradient de potentiel maximum, elle est accrue par cette mesure.
Pour faire en sorte que dans le cas d'une pulsation
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du potentiel, par exemple, dans le cas d'un percement dis- ruptif d'un tube à décharges, il se produise sur les cylin- dres conducteurs une répartition de tension avantageuse au point de vue capacitif, les cylindres conducteurs intérieurs doivent être plus longsque les extérieurs.
L'installation qui fait l'objet de l'invention peut être construite pour produire soit un potentiel positif élevé par rapport a la terre, soit une tension négative élevée.
Il est également possible d'agencer les installations de ma- nière à les rendre appropriées aux deux cas. A cet effet, les sockets des tubes redresseurs doivent être agencés de manière à permettre d'y introduire les tubes redresseurs inversés.
Cela a pour effet de changer la polarité de l'installation.
La description du dessin annexé, donné à titre d'exemple, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant des , dessins que de la description faisant bien entendu partie de l'invention.
La fig. 1 est une vue schématique d'une installa- tion à haute tension de construction connue, les dispositifs consommateurs de courant étant disposés à côté du système de colonnes.
La fig. 2 est une vue schématique d'un mode de réalisation d'une installation conforme à l'invention, montée dans une chambre de dimensions identiques ou presque.
Sur la fig. 1, le plancher 1 de la chambre à haute tension porte un système de colonnes 2 comportant deux co- lonnes de condensateurs 3 et 4 'ainsi que des tubes redresseurs
5 connectés entre elles. Les condensateurs de chaque colonne sont montes en série et les tensions de tous les condensateurs d'une colonne sont donc totalisées. Le potentiel, par rapport à la terre, des diverses pièces intermédiaires 6, qui relient
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entre elles les armatures des condensateurs, augmente vers le haut et la pièce métallique creuse 7, qui surmonte les colonnes, est soumise au potentiel maximum, par exemple de quelques millions de volts. Un système consommateur de courant est disposé entre la pièce 7 qui constitue la borne et la terre à droite du système générateur.
Le système consommateur de courant comporte une résistance 8 et une tension qui sert de mesure de la haute tension engendrée est prise à une partie de cette résistance, un voltmètre électrostatique non repré- senté sur le dessin étant connecté entre la terre et la dé- rivation de la résistance. Le rapport entre la résistance parallèle à l'instrument de mesure et la résistance entière peut être, par exemple de 1 à 1000. Dans ce cas, l'instrument de mesure est toujours mis en charge au 1 de la tension
1000 de la pièce qui constitue la borne. Dans un mode de réalisa- tion connu, la résistance comporte un certain nombre de ré- sistances en carbone qui sont toutes mises en série et dis- posées dans un tube isolant rempli d'huile, la résistance totale étant de 1500 mégohms.
Le système consommateur de courant est en outre associé à un tube à décharge 9, par exemple un tube à rayons
X destiné à engendrer des rayons gamma. Les tubes de ce genre se composent le plus souvent de plusieurs parties dans lesquelles les électrons sont soumis à une accélération étagée. Pour répartir la tension de manière correcte sur les divers étages, on a prévu une autre résistance 10 dont des dérivations fournissant les tensions voulues sont reliées aux électrodes intermédiaires du tube à rayons X 9. Le tube
9 et 'la borne 7 sont séparés par une résistance protectrice
11. On fait en sorte que la pièce 7 qui constitue la borne dépasse légèrement au-dessus des parties, ressemblant à des colonnes, qui sont disposées au-dessous d'elle, pour donner
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une forme favorable aux surfaces équipotentielles.
Dans le même but, sa surface est arrondie.
La haute tension admissible est déterminée par l'intervalle a entre la pièce 7 et la paroi 12, mise à la terre, de la chambre à haute tension.
Dans le dispositif, agencé conformément à l'inven- tion, qui est représenté sur la fig. 2 le système générateur 2 n'est pas disposé à côté du système consommateur de courant, mais dans la partie supérieure de la chambre à haute tension.
Par suite, la pièce 7 peut avoir une faible largeur, parce qu'elle doit recouvrir une surface de fond moins grande. De ce fait, l'intervalle entre cette pièce et la paroi 12, mise à la terre, de la chambre à haute tension augmente notable- ment et, d'une manière correspondante, une tension plus éle- vée devient admissible. La résistance de mesure 8, le tube consommateur de courant 9 et le potentiomètre 10 sont dis- posés au-dessous de la pièce qui constitue la borne. Ils s'appuient par exemple, sur une table métallique 13, mise à la terre, qui sert en même temps de paroi de blindage pour les opérateurs qui travaillent au-dessous d'elle et, le cas échéant, pour un malade qui peut être étendu sur une table radiographique 14.
L'extrémité 15, mise à la terre, du tube à décharges traverse la table 13 et contient, par exemple, une anticathode, mise à la terre, qui émet des rayons gamma.
Le champ électrique est régularisé automatiquement, à savoir au-dessus de la pièce de borne 7 au moyen des con- densateurs des colonnes 2 et 3 et au-dessous de la pièce de borne par les résistances 8 et 10.
Pour éviter un contournement vers la paroi latérale on peut prévoir des cloisons de matière isolante ou encore des cloisons métalliques ou garnies de métal. Sur la fig. 2, ,on a prévu des cloisons métalliques cylindriques 16, 17 et
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18. Elles sont reliées entre elles et à la pièce de borne 7 et à la paroi 12 par des résistances 19, 20, 21 et 22. Un choix judicieux du rapport de ces résistances permet de ré- gulariser les potentiels des diverses cloisons. Ceci permet djempcher une concentration trop accentuée des surfaces équipotentielles du champ électrique à proximité de la pièce qui constitue la borne et de diminuer les grandes différences du gradient de potentiel dans les diverses zones.
On peut éta- blir les résistances de manière que le gradient de potentiel maximum soit identique dans chaque zone. Cela a pour effet décroître notablement la. tension admissible de la pièce qui constitue la borne.
De préférence, on donnera aussi aux cloisons cylindriques des hauteurs différentes, à savoir la hauteur du cylindre extérieur 16 inférieure à celle du cylindre 17 et la hauteur de ce dernier inférieure à celle du cylindre
18, pour assurer qu'au point de vue de variations rapides du potentiel la capacité des condensateurs, mis en série, formés par les cylindres et par la pièce 7 et la paroi 12 soit conforme à la répartition voulue de la tension. Les cloisons peuvent être suspendues à des cordes 23 en matière isolante, par exemple des cordes de chanvre, et pour les supporter on peut se servir de tubes isolants contenant les résistances de régularisation de potentiel.
Les appareils générateurs de courant, par exemple un transformateur 24 et une source de courant 25, destinée à chauffer les cathodes des tubes redresseurs reliés au système générateur, peuvent être montés sur le plafond 26.
Inversement, le poste de manoeuvre peut se trouver sur le plafond et le système de colonnes 2 peut être disposé sur le plancher 1, le système consommateur de courant étant alors disposé entre la pièce de borne et le plafond 26.
Bien qu'on ait mentionné ci-dessus, à titre d'exem-
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ple, un tube à rayons X comme constituant l'appareil con- sommateur de courant, l'installation peut servir aussi dans d'autres applications, par exemple à engendrer des neutrons.
Dans ce but, il est en général désirable que la pièce de bor- ne 7 ait un potentiel positif. Dans ce cas, on doit retour- ner les tubes redresseurs, c'est-à-dire interchanger la cathode et l'anode des tubes. Il est possible sans aucun inconvénient d'agencer les sockets des tubes redresseurs de manière à permettre d'y introduire les tubes redresseurs retournés, ce qui permet de changer rapidement, s'il est nécessaire, la polarité de l'installation. Dans ce cas, les deux sockets d'un tube redresseur doivent posséder des moyens de contact pour l'amenée du courant de chauffage et être connectés à la source de courant de chauffage. Pour chauffer les cathodes des tubes, on peut se servir du système à haute fréquence bien connu.
Pour le chauffage des cathodes on peut aussi disposer dans les pièces intermédiaires 6 des générateurs entraînés, par l'intermédiaire d'arbres isolés, par un moteur soumis au potentiel de la terre.
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High voltage direct current generator installation.
We know that we can generate a direct current at very high voltage (of the order of 106 volts) by means of an installation comprising capacitors and rectifiers, where the capacitors are assembled in two columns and the rectifier tubes, mounted in series, are arranged between these columns, each pair of successive rectifier tubes being shunted by a single capacitor. The first rectifier tube is shunted by a capacitor and by an alternating current source, placed in series with the latter.
A metal part or a part lined with metal with a smooth and rounded surface extends over the columns and constitutes the terminal of the high voltage. Like this piece, which
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constitutes the terminal, is subjected to the highest potential, it must be separated from the walls of the high voltage chamber, which can be considered as being earthed, by a distance greater than the desired disruptive distance.
If the space available is limited, it is therefore advisable to give the installation dimensions such that the part which constitutes the terminal is arranged approximately in the center of the high-voltage chamber.
In order to be able to use the high voltage, conductors must be made to descend from the part which constitutes the terminal. It goes without saying that the distribution of the equipotential surfaces of the electric field is influenced by these conductors. If the current consuming devices are placed in the same space as the current generating installation, it is possible, it is true, to avoid difficulties arising from isolated feedthroughs made in the wall, but the distance between the parts, subject to high voltage, of current consuming devices and the wall must still correspond to the voltage differences that they must be able to withstand.
The object of the invention is to make the best possible use of the space available for a high-voltage installation of the type described and thus to increase the achievable voltage as far as possible. It is based on the idea that the part of the high-voltage chamber which is located above the columns, and which is approximately the same height as the lower part, can be used to house parts of the installation therein. the potential varies according to the voltage gradient which exists there. In a high voltage installation according to the invention, the potential, calculated from the part that constitutes the terminal, varies gradually in one direction along the column of generators and in the opposite direction along the
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devices consuming current up to the potential of the wall (earth potential).
To avoid being forced to operate the device powered by the generated direct current to operate in the upper part of the high-voltage chamber or in a stage located above it, we can build the installation in reverse, that is, the generator column is mounted from above and the current consuming devices are mounted from below.
The arrangement described provides a significant saving in space, or allows the voltage to be increased. The tension can be further increased if the space surrounding the part constituting the terminal is subdivided by one or more partitions.
Partitions of insulating material, eg pressed fibrous material, impregnated with artificial resin material, such as Pertinax, to some extent prevent direct bypass discharge.
However, conductive cylinders can also increase the voltage reliability, especially when they are maintained at a voltage favorable to the regulation of the potential.
To regulate the electric field, one can use electrical connections between the part which constitutes the terminal and the side walls of the high voltage chamber. The curvature of the equipotential surfaces decreases in intensity from the wall of the chamber to the column system. It is possible to oppose the increase in the voltage gradient which results from it by a suitable regularization of the potential. In this case, the increase in potential per unit length is reduced in the vicinity of the column system and since the resistance to disruptive piercing depends in substance on the maximum potential gradient, it is increased by this measurement.
To ensure that in the case of a pulse
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of the potential, for example, in the case of a disruptive piercing of a discharge tube, a capacitively advantageous voltage distribution occurs on the conductive cylinders, the inner conductive cylinders must be more longer than the exteriors.
The installation which is the subject of the invention can be constructed to produce either a high positive potential with respect to the earth, or a high negative voltage.
It is also possible to arrange the installations so as to make them suitable for both cases. To this end, the sockets of the rectifier tubes must be arranged so as to allow the inverted rectifier tubes to be inserted therein.
This has the effect of changing the polarity of the installation.
The description of the appended drawing, given by way of example, will make it clear how the invention can be implemented, the features which emerge both from the drawings and from the description, of course, forming part of the invention.
Fig. 1 is a schematic view of a high voltage installation of known construction, the current consuming devices being arranged adjacent to the column system.
Fig. 2 is a schematic view of an embodiment of an installation according to the invention, mounted in a chamber of identical or nearly identical dimensions.
In fig. 1, the floor 1 of the high voltage chamber carries a system of columns 2 comprising two columns of capacitors 3 and 4 'as well as rectifier tubes
5 connected to each other. The capacitors of each column are connected in series and the voltages of all the capacitors of a column are therefore totaled. The potential, with respect to the earth, of the various intermediate pieces 6, which connect
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between them the reinforcements of the capacitors, increases upwards and the hollow metal part 7, which surmounts the columns, is subjected to the maximum potential, for example of a few million volts. A current consuming system is placed between part 7 which constitutes the terminal and the earth to the right of the generator system.
The current consuming system comprises a resistor 8 and a voltage which serves as a measure of the high voltage generated is taken at part of this resistance, an electrostatic voltmeter not shown in the drawing being connected between the earth and the bypass. resistance. The ratio between the resistance parallel to the measuring instrument and the entire resistance can be, for example, from 1 to 1000. In this case, the measuring instrument is always loaded to 1 of the voltage.
1000 of the part which constitutes the terminal. In a known embodiment, the resistor has a number of carbon resistors which are all put in series and arranged in an insulating tube filled with oil, the total resistance being 1500 megohms.
The current consuming system is also associated with a discharge tube 9, for example a ray tube
X intended to generate gamma rays. Tubes of this kind usually consist of several parts in which the electrons are subjected to a staged acceleration. To distribute the voltage correctly on the various stages, another resistor 10 has been provided, the branches of which supplying the desired voltages are connected to the intermediate electrodes of the X-ray tube 9. The tube
9 and 'terminal 7 are separated by a protective resistor
11. It is made so that the part 7 which constitutes the terminal protrudes slightly above the parts, resembling columns, which are arranged below it, to give
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a shape favorable to equipotential surfaces.
For the same purpose, its surface is rounded.
The admissible high voltage is determined by the interval a between the part 7 and the wall 12, earthed, of the high voltage chamber.
In the device, arranged in accordance with the invention, which is shown in FIG. 2 the generator system 2 is not located next to the current consuming system, but in the upper part of the high voltage chamber.
As a result, the part 7 can have a small width, because it must cover a smaller bottom surface. As a result, the gap between this part and the grounded wall 12 of the high voltage chamber increases significantly and, correspondingly, a higher voltage becomes permissible. The measuring resistor 8, the current consuming tube 9 and the potentiometer 10 are placed below the part which constitutes the terminal. They are supported, for example, on a metal table 13, grounded, which at the same time serves as a shielding wall for the operators working below it and, if necessary, for a patient who may be lying on an X-ray table 14.
The grounded end 15 of the discharge tube passes through table 13 and contains, for example, a grounded anticathode which emits gamma rays.
The electric field is regulated automatically, namely above the terminal piece 7 by means of the capacitors of columns 2 and 3 and below the terminal piece by the resistors 8 and 10.
To avoid bypassing towards the side wall, partitions of insulating material or even partitions made of metal or lined with metal can be provided. In fig. 2, there are provided cylindrical metal partitions 16, 17 and
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18. They are connected to each other and to the terminal part 7 and to the wall 12 by resistors 19, 20, 21 and 22. A judicious choice of the ratio of these resistors makes it possible to regulate the potentials of the various partitions. This makes it possible to prevent an excessively accentuated concentration of the equipotential surfaces of the electric field near the part which constitutes the terminal and to reduce the large differences in the potential gradient in the various zones.
The resistances can be established so that the maximum potential gradient is identical in each zone. This has the effect of significantly decreasing the. admissible voltage of the part constituting the terminal.
Preferably, the cylindrical partitions will also be given different heights, namely the height of the outer cylinder 16 less than that of the cylinder 17 and the height of the latter less than that of the cylinder.
18, to ensure that from the point of view of rapid variations in potential, the capacitance of the capacitors, placed in series, formed by the cylinders and by the part 7 and the wall 12 conforms to the desired distribution of the voltage. The partitions can be suspended from ropes 23 made of insulating material, for example hemp ropes, and to support them one can use insulating tubes containing the potential regulation resistors.
The current generating devices, for example a transformer 24 and a current source 25, intended to heat the cathodes of the rectifier tubes connected to the generator system, can be mounted on the ceiling 26.
Conversely, the switching station can be located on the ceiling and the column system 2 can be placed on the floor 1, the current consuming system then being placed between the terminal part and the ceiling 26.
Although mentioned above, as an example
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As the current consuming device is an X-ray tube, the installation can also be used in other applications, for example to generate neutrons.
For this purpose, it is generally desirable that the terminal piece 7 has a positive potential. In this case, the rectifier tubes must be turned over, that is to say the cathode and the anode of the tubes must be interchanged. It is possible without any inconvenience to arrange the sockets of the rectifier tubes in such a way as to enable the rectifier tubes returned to be inserted therein, which makes it possible to quickly change the polarity of the installation, if necessary. In this case, the two sockets of a rectifier tube must have contact means for supplying the heating current and be connected to the heating current source. To heat the cathodes of the tubes, the well-known high-frequency system can be used.
For the heating of the cathodes, it is also possible to have in the intermediate parts 6 generators driven, by means of insulated shafts, by a motor subjected to earth potential.