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La présente invention concerne des procédés et appareils pour soumettre des objets aux radiations d'électrons à énergie élevée et, en particulier, aux radiations d'électrons à énergie élevée provenant d'un seul accélérateur d'électrons, de manière à utiliser l'énergie d'ionisation des électrons à énergie élevée d'une façon plus efficace.
Il est établi que tous les types d'organismes vivants sont affectés par les rayons gamma et les électrons à énergie élevée, et que des organismes indésirables peuvent être mortellement atteints par des doses qui ne relèvent la température de l'eau que de quelques degrés centigrades. La disponibilité de plus en plus courante de faisceaux d'électrons à énergie élevée permet d'appliquer
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en pratique ces connaissances à la stérilisation de nombreux pro- duits importants, comme les produits pharmaceutiques, les instru- ments chirurgicaux, les tissus animaux destinés à la greffe, ainsi qu'à la conservation de certains aliments.
Seules les sources d'électrons à énergie élevée, par opposition aux sources de rayons gamma, semblent posséder une capacité de débit total suffisante pour traiter économiquement les quantités de matière considérables qui devraient être stérilisées ou conservées.
En outre, on a étudié récemment la possibilité d'utiliser diverses formes de radiations d'ionisation pour provoquer des réac- tions chimiques, y compris des réactions chimiques fortement endo- thermiques qui exigent de grandes quantités d'énergie sous forme concentrée et des réactions chimiques exothermiques qui s'amorcent par une application initiale d'énergie concentrée. Parmi les @ de radiations d'ionisation disponibles, les électrons à énergie élevée semblent constituer le meilleur moyen pour fournir de l'éner- gie d'ionisation d'une manière efficace et réglable à une ou des substances, afin de provoquer des réactions chimiques.
Des mesures faites concernant les propriétés des électron à énergie élevée ont montré que leur profondeur de pénétration dans des matières typiques est faible comparée à celle des rayons gamma.
2. 000.000 d'électrons-volts ont une profondeur de pénétration d'un centimètre dans l'eau. Au delà de cette distance limite, il n'y a plus d'effet d'ionisation, et l'ionisation maximum se produit au tiers de cette profondeur. Quoiqu'on puisse construire en pratique des sources d'électrons à énergie élevée de nombreux millions de volts, des appareils à énergie élevée de ce genre deviennent de plus en plus coûteux avec l'augmentation de l'énergie et, en outre, leur @ débit d'électrons diminue souvent avec cette augmentation.
Un procédé courant pour doubler pratiquement la profondeur de pénétration d'un faisceau d'électrons disponible consiste à pre- jeter les rayons successivement sur les deux faces opposées de l'objet, par exemple en retournant l'objet et en le resoumettant aux radiations, ou à soumettre l'objet simultanément à deux sources
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d'électrons. Cependant, la première solution est limitée au trai- tement de matières sous forme rigide, et l'autre solution présente l'inconvénient de la dépense et de l'encombrement supplémentaires d'une seconde source d'électrons.
En outre, une interruption ou une modulation de l'intensité électronique n'affecterait pas les deux faces simultanément, à moins que le produit soit soumis à deux sources d'électrons avec un couplage électronique spécial entre les deux sources; par conséquent, il serait difficile de resoumettre aux radiations une matière déjà partiellement traitée pour lui donner sa dose prévue.
L'invention ressortira cla.irement de la description dé- taillée, donnée'ci-après avec référence aux dessins annexés, dans lesquels :
La figure 1 est une vue de profil un peu schématique d'une première forme d'appareil suivant l'invention, comprenant un accélé- rateur d'électrons et un moyen pour produire un champ magnétique servant à rediriger une partie notable du faisceau d'électrons en arrière sur la matière à traiter par radiations.
La figure 2 est une vue de profil d'une partie de l'appa- reil de la figure 1 prise à angle droit par rapport à la vue de la figure 1;
La figure 3 est une vue de profil, semblable à la partie de la figure 1, représentant une modification d'une partie de l'ap- pareil de la figure 1.
La figure 4 est une vue de profil un peu schématique d'une autre forme d'appareil suivant l'invention, comprenant un accélé- rateur d'électrons pouvant produire un faisceau étalé d'électrons qui sort de la partie sous vide de l'accélérateur d'électrons en principe sous la forme de deux faisceaux opposés, dirigés latéra- lement.
La figure 5 est une vue suivant la ligne 5-5 de la figure 4.
La figure 6 est une vue de profil de l'appareil de la figure 4, prise à angle droit par rapport à la vue de la figure 4.
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La figure 7 est une vue schématique d'une partie de l'ap- pareil de la figure 4, montrant les trajectoires des électrons dans l'appareil de la figure 4.
La figure 8 est une vue de profil un peu schématique d'une autre forme d'appareil suivant l'invention, comprenant un accélé- rateur d'électrons, pouvant produire un faisceau d'électrons à section transversale étalée et des moyens pour produire une combi- naison de champs magnétiques servant à diriger les électrons sur un objet de section circulaire, comme un câble, devant recevoir des radiations en substance de toutes les directions.
La figure 9 est une vue en plan des moyens servant à pro- duire une combinaison convenable de champs magnétiques représentés à la figure 8, et
La figure 10 est une représentation schématique donnant les trajectoires des électrons dans l'appareil de la figure 8.
On se référera d'abord à la première forme d'exécution de l'invention représentée aux figures 1 et 2, où un accélérateur électrostatique pour l'accélération d'électrons à énergie élevée .porte la référence 1. L'accélérateur d'électrons 1 peut consister en un générateur électrostatique du type décrit dans le brevet américain n 2.252.668, en combinaison avec un tube d'accélération du type décrit dans le brevet américain n 2. 517.260.
Ou bien, l'accélérateur d'électrons 1 peut consister en un accélérateur linéaire à micro- ondes du type décrit par Walkinshaw dans le volume 61 pages 246-254, par R.-Shersby-Harvie dans le volume 61 pages 255-270 et par Mullett et Loach dans le volume 61 pages 271-283 de la revue "The Proceedings of The Physical Society (1948)", ou tout autre accélérateur d'élec- trons convenable comme un transformateur à résonance.
Des électrons sont accélérés par l'accélérateur d'électrons 1 d'une manière qu'il est inutile d'exposer ici en détail, et pénètrent dans un prolongement de tube sous vide 2 sous la forme d'un faisceau d'électrons à énergie élevée. Le dit prolongement de tube 2 se termine par une partie évasée 3 dont l'extrémité est fermée à l'atmosphère par une fenêtre 4 laissant passer les
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électrons. Un dispositif de balayage de faisceau 5 donne un mouve- ment de 'balayage au faisceau d'électrons dans leplan du dessin de la figure 1, conformément aux données des brevets américains n 2.602.751 et 2.729.748.
Un produit, matière ou substance 6 devant être soumis aux radiations est placé sur la trajectoire du faisceau d'électrons 7 qui sort de la fenêtre à électrons 4' à l'aide d'un support 8, qui peut être mobile ou fixe, et qui, sur les figures 1 et 2, est représenté sous la forme d'une courroie transporteuse. Le dit support 8 doit être construit de façon à absorber le moins possible d'énergie des électrons qui le traversent. La largeur du produit 6 est inférieure à la largeur du faisceau d'électrons balayant 7, comme la figure 1 le montre, de façon qu'une partie notable du fais- ceau d'électrons 7 dépasse le produit 6 sans l'atteindre.
Un aimant 9 établit un champ magnétique dans la trajec- toire du faisceau d'électrons 7, en dessous du produit 6, dans une direction transversale au sens de déplacement des électrons- du faisceau 7 et orienté de façon que les électrons du faisceau 7 qui - dépassent le produit 6 sans le toucher, soient déviés de manière à être renvoyés sur leproduit 6. Tous les électrons pénétrant dans le champ magnétique suivent des trajectoires courbes ayant le même rayon de courbure constant, l'hypothèse étant admise que le champ magnétique est homogène et que le faisceau d'électrons ne subit qu'une dispersion d'énergie négligeable. De cette manière, par son mouvement de balayage, le faisceau balaye alternativement la surface supérieure et la surface inférieure du produit 6.
L'intensitédu champ magnétique requis peu.t être calculée approximativement en se basant sur le fait que le produit du champ magnétique en gauss et du rayon de courbure en centimètres de la trajectoire circulaire des électrons est approximativement égal à 3000 fois l'énergie des électrons en millions d'électrons-volts.
Par exemple, pour 2-MeV électrons et un rayon de courbure de 15 cm. il faut un champ magnétique d'environ 400 gauss.
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La forme d'exécution représentée aux figures 1 et 2 utilise un renversement magnétique du faisceau dans l'air, de sorte qu'il ne faut pas de chambre sous vide pour réaliser le renvoi d'une partie du faisceau d'électrons sur le produit, après son déplacement. L'entrefer entre les pièces polaires 10 de l'aimant 9 doit être grand relativement au diamètre du faisceau électronique, comme la figure 2 le montre, afin de réduire les pertes dans le faisceau par manque d'homogénéité, charge d'espace et diffusion.
Par exemple, l'entrefer peut avoir une largeur de 3 pouces (76 mm).
Les pertes dues à l'ionisation et à la diffusion dans l'air atmosphérique peuvent être réduites au minimum en faisant passer la partie renvoyée du faisceau électronique 7 soit par un endroit sous vide, soit dans un gaz de faible densité comme l'hélium. La pression dans l'endroit sous vide ne doit pas être aussi faible que la pression régnant dans le tube d'accélération et dans leprolongement de tube 2, et peut être obtenue à l'aide d'une pompe mécanique. Si on utilise de l'hélium, il peut être maintenu à la pression atmosphérique, parce que l'hélium, grâce à sa faible densité, provoque par lui-même une réduction notable des pertes par ionisation et diffusion.
Comme la figure 3 le montre, une extrémité d'une pièce creuse 11, conformée de façon que la partie renvoyée du faisceau électronique 7 y passe, est fixée sur la partie évasée 3 du prolon- gement de tube 2, tandis que l'autre extrémité de la pièce creuse 11 aboutit à une seconde fenêtre à électrons 12. L'intérieur de la pièce creuse 11 est donc isolé de l'atmosphère par la seconde fenêtre à électrons 12 et de l'intérieur sous vide de l'accélérateur d'élec- trons 1 par la première fenêtre à électrons 4. L'intérieur de la pièce creuse 11 peut être mis sous vide à l'aide d'une pompe à vide convenable 13, et l'appareil peut être utilisé avec la pièce creuse 11 ainsi sous vide ou remplie d'un. gaz de faible densité comme l'hélium.
Ou bien, une ouverture peut évidemment être pratiquée dans la fenêtre à électrons 4, afin que l'intérieur de la pièce creuse 11
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communique avec l'intérieur du prolongement de tube 2; dans ce der- nier cas, le même vide poussé doit être maintenu dans la pièce creuse 11 et dans le prolongement de tube 2.
Dans la forme d'exécution représentée aux figures 4, 5 et 6, l'accélérateur d'électrons 1 et le dispositif de balayage 5 sont semblables à ceux représentés à la figure 1.
Les électrons accélérés pénètrent dans le prolongement de tube sous vide 2 terminé par la partie évasée 3 dont l'extrémité inférieure est pourvue de deux ensembles à. fenêtre à électrons 4', 5', terminés chacun par une fenêtre à électrons 6', 7'. Le prolonge- ment de tube 2, la partie évasée 3 et les deux ensembles à fenêtre à électrons 4', 5' font tous partie de la partie sous vide de l'accélé- rateur d'électrons 1, de sorte que les électrons accélérés par 1' accélérateur d'électrons 1 restent dans le vide jusqu'au moment où ils traversent les fenêtres à électrons 6', 7'.
Le produit, matière ou substance 6 devant être soumis aux radiations est placé entre les fenêtres à électrons 6', 7' à l'aide d'un support 8 qui peut être mobile ou fixe, et qui est représenté sous la forme d'une courroie transporteuse. Des électrons accélé- rés par l'accélérateur d'électrons 1 sont redirigés par deux aimants 11', 12' de façon à sortir des fenêtres à électrons 6', 7' et at- teindre l'objet 6 dans deux directions latérales opposées, c'est-à- dire dans une direction généralement transversale par rapport au sens de l'accélération du faisceau d'électrons primaire.
La polarité des aimants 11';, 12' est telle que, comme les figures 4 et 7 le montrent, les électrons circulant entre les pièces polaires 13', 14 de l'aimant 11 de gauche soient déviés vers la droite et les électrons circulant entre les pièces polaires 15, 16 de l'aimant 12 de droite soient déviés vers la gauche. Les pièces polaires 13', 14, 15, 16 sont plus espacées à leurs extrémités extérieures qu'à leurs extrémités intérieures, comme la figure 5 le montre, et il s'ensuit que l'intensité du champ magnétique établi entre elles diminue au fur et à mesure qu'on s'écarte des fenêtres à électrons 6', 7'.
La forme des pièces polaires 13', 14, 15, 16 est choisie de façon que les élec-
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trons suivent les trajectoires représentées par les lignes brisées 17 de la figure 7, et que les électrons sortent des fenêtres à électrons 6', 7' en suivant une direction en substance perpendicu- laire aux fenêtres à électrons 6', 7' et avec une intensité répartie en substance uniformément sur les surfaces de l'objet 9 soumises aux radiations.
En évitant les dommages causés par les radiations prove- nant d'électrons refluants, l'invention augmente la durée de fonc- tionnement pendant laquelle un accélérateur d'électrons ne doit pas subir de réparations. Par exemple, une réduction de 10% de l'énergie de radiation dissipée dans les parties sensibles de l'accélérateur d'électrons augmenterait la "durée de vie" de l'accélérateur d'élec- trons de, par exemple, 1000 heures à 10.000 heures.
Dans la forme d'exécution de l'appareil représentée aux figures 8 et 9, l'accélérateur d'électrons l, le prolongement de tube sous vide 2 terminé par une partie évasée 3 obturée par la fenêtre à électrons 4 et les dispositifs de balayage du faisceau 5 sont semblables à ceux représentés aux figures 1 et 2.
Le produit, matière ou substance devant être soumis aux radiations, est représenté ici avec une section transversale de forme générale circulaire, comme un tube en plastique creux, un câble ou un fil isolé 6a placé dans la trajectoire du faisceau électronique 7 qui sort de la fenêtre à électrons 4' sous la forme d'un faisceau dont la section transversale est étalée dans le plan du dessin sur la figure 8, et maintenu par des supports convenables 8a. Tout moyen courant (non représenté) peut être utilisé pour donner au câble 6a un mouvement de déplacement longitudinal.
La largeur du câble 6a est inférieure à la largeur du faisceau élec- tronique 7'. comme la figure 8 le montre, de sorte que certains des électrons frappent directement le dessus du câble 6a, tandis que certains de ceux-ci passent à gauche et d'autres à droite du câble 6a.
Deux aimants 9a, 10a sont montés de façon à produire une combinaison de champs magnétiques dans la trajectoire du fais-
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ceau électronique 7'. Les aimants 9a, 10a sont prévus de façon à produire un champ magnétique entre les pièces polaires lla, 12a de gauche qui est dirigé hors du plan du dessin de la figure 8 et vers le bas sur la figure 9. et un champ magnétique entre les pièces polaires 13a, 14a de droite qui est dirigé vers le plan du dessin de la figure 8 et vers le haut sur la figure 9..Ainsi, des électrons passant à gauche du câblé 6a sont déviés dans un sens antihorlogique suivant une trajectoire en substance circulaire, et les électrons passant à la droite du câble 6a sont déviés dans un sens horlogique suivant une trajectoire en substance circulaire, comme la figure 10 le montre.
Il s'ensuit que les électrons du faisceau 7 sont dirigés sur le câble 6a en substance dé toutes les directions dans le plan d'étalement de la section transversale du faisceau 7, comme représenté à la figure 10.
Comme la figure 10 le montre plus spécialement, les pièces polaires lla, 12a, 13a, 14a doivent être conformées de façon à donner à chaque partie du faisceau électronique 7 la déflexion désirée. La déflexion maximum est appliquée aux extrémités exté- 'rieures du faisceau électronique 7, ces parties du faisceau bom- bardant le câble 6a de l'arrière, tandis qu'aucune déflexion n'est appliquée à la partie centrale du faisceau électronique 7 qui bom- barde le câble 6a de l'avant. Sauf en ce qui concerne les effets d'iridescence qui sont facilement compensés et les effets de dif- fusion qui sont négligés, toutes les trajectoires d'électrons 'sont .circulaires et ont le même rayon de courbure dans les champs magné- tiques, toutes les trajectoires des électrons'étant rectilignes ailleurs.
Des effets d'iridescence se produisent principalement dans levoisinage de l'entrefer entre les pièces polaires lla et 13a et entre les pièces polaires 12a et 14a. L'effet de diffusion tend à rendre le faisceau électronique plus diffus de façon à augmenter l'uniformité des radiations.
Cette forme de l'invention convient particulièrement bien pour le traitementpar radiations de longueurs ininterrompues d'un produit ou de plusieurs produits ayant une section transversale
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de forme générale circulaire, comme les tubes en plastique, les câbles, ou un fil isolé, ou encore-une suite axiale de bouteilles, ampoules, fioles, récipients pliables, ou objets similaires. L'ex- , pression "section transversale de forme générale circulaire" utili- sée ici désigne une section transversale circulaire, elliptique, ovoïde, polygonale ou semblable.
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REVENDICATIONS.
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1.- Procédé pour soumettre un objet aux radiations d'élec- trons à énergie élevée, caractérisé en ce qu'on produit un fais- ceau d'électrons à énergie élevée à l'aide d'une seule source d'électrons et on dirige le faisceau simultanément sur au moins deux faces de l'objet à soumettre aux radiations.