EP4154686A1 - Composant hf chaud muni d'une cavite hf - Google Patents

Composant hf chaud muni d'une cavite hf

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Publication number
EP4154686A1
EP4154686A1 EP21725551.2A EP21725551A EP4154686A1 EP 4154686 A1 EP4154686 A1 EP 4154686A1 EP 21725551 A EP21725551 A EP 21725551A EP 4154686 A1 EP4154686 A1 EP 4154686A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
internal
hot
component
cavity
protuberance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21725551.2A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Florian GESLIN
Pascal GIRAULT
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thales SA
Original Assignee
Thales SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thales SA filed Critical Thales SA
Publication of EP4154686A1 publication Critical patent/EP4154686A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P3/00—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type
    • H01P3/12—Hollow waveguides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/30—Auxiliary devices for compensation of, or protection against, temperature or moisture effects ; for improving power handling capability
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H7/00—Details of devices of the types covered by groups H05H9/00, H05H11/00, H05H13/00
    • H05H7/14—Vacuum chambers
    • H05H7/18—Cavities; Resonators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P7/00—Resonators of the waveguide type
    • H01P7/06—Cavity resonators

Definitions

  • the invention relates to a microwave or hot HF component provided with a microwave or HF cavity.
  • hot HF component is meant a component whose conductive materials evolve in a normal resistivity regime (as opposed to the superconducting regime) or in other words a non-superconducting HF component.
  • the invention applies in particular to the HF components of particle accelerators. It also applies to any other hot HF component with an HF cavity, such as circulators, magic tees and loads.
  • Linear particle accelerators use an electromagnetic field of the HF microwave type to accelerate the particles. These accelerators work with all types of charged particles but have in common the need to provide accelerating structures with very high microwave powers, generally coming from an electron tube such as a klystron or a magnetron.
  • the main limitation of hot HF components is the management of the heat dissipation of the power that the HF wave deposits by the Joule effect in the accelerating structures.
  • the resistivity of the material increases with temperature, so the hotter the surface of the accelerator structure, the more energy is dissipated in the form of the Joule effect, and the more the surface heats up.
  • the accelerating structures are traversed by channels or pipes in which the cooling liquid is circulated.
  • This solution involves many machining operations and does not allow homogeneous cooling of the HF surfaces of the accelerator structure, in particular the deep zones forming internal protuberances such as irises and beaks.
  • Figures 1 and 2 schematically show an external view and a sectional view of such an embodiment.
  • FIG. 1 schematically represents a hot HF component 1 comprising a plurality of linear and rectilinear channels 2 arranged in the periphery of the casing 3 of a cavity 4.
  • the casing 3 comprises internal protuberances 5.
  • a heat transfer fluid circulates in channels 2 and evacuates the energy dissipated by the Joule effect in the hot HF component 1.
  • FIG. 2 schematically represents, in sectional view, such a channel 2 in a hot HF component 1.
  • FIG. 3 represents an embodiment in which the internal protuberances 5 are irises, i.e. protuberances which tighten at their end.
  • FIG. 4 represents an embodiment in which the internal protuberances 5 are nozzles, i.e. protuberances which tighten and then widen at their end.
  • An object of the invention is to overcome the problems mentioned above, and in particular to improve the cooling of an HF component.
  • a hot HF component provided with an HF cavity delimited by an envelope comprising at least one internal protuberance, said envelope comprising at least one internal channel following the contour of its internal surface to allow the flow of a heat transfer fluid intended to evacuate the heat energy coming from the cavity.
  • the internal channel is flush with the internal surface of the envelope.
  • an internal protuberance is a beak or an iris.
  • the present invention applies to any type of protuberance.
  • the external part of the portions of the internal channel outside the internal protuberances comprises an external cover layer.
  • FIG.2 schematically illustrates a hot HF component provided with an HF cavity, in sectional view, according to the state of the art
  • FIG.3 schematically illustrates a hot HF component provided with an HF cavity, in sectional view, with internal iris-shaped protuberances, according to the state of the art
  • FIG.4 schematically illustrates a hot HF component provided with an HF cavity, in sectional view, with internal protuberances in the form of a spout, according to the state of the art
  • FIG.5 schematically illustrates a hot HF component provided with an HF cavity, in sectional view, according to one aspect of the invention.
  • FIG.6 schematically illustrates a hot HF component provided with an HF cavity, in sectional view, according to another aspect of the invention.
  • a hot HF component 1 provided with an HF cavity 4 delimited by a casing 3 comprising at least one internal protuberance 5.
  • the casing 3 comprises at least an internal channel 6 following the contour of its internal surface 7 to allow the flow of a heat transfer fluid intended to evacuate the heat energy coming from the cavity 4.
  • the internal channel 6 is flush with the internal surface 7 of the casing 3.
  • internal channel 6 flush with the internal surface 7 of the casing 3, the fact that part of the wall of the internal channel 6 forms part of the internal surface 7 of the protuberance. Its thickness is configured to withstand the mechanical stresses that it must withstand.
  • An internal protuberance 5 can be a beak, or an iris.
  • a hot HF component 1 provided with an HF cavity 4 delimited by a casing 3 comprising at least one internal protuberance 5.
  • the casing 3 comprises at least an internal channel 6 following the contour of its internal surface 7 to allow the flow of a heat transfer fluid intended to evacuate heat energy coming from the cavity 4.
  • the external part of the portions of the channel 6 outside the protuberances internal 5 comprises an external cover layer 8.
  • the present invention allows cooling as close as possible to the surface of the cavity, thus making it possible to significantly improve the cooling of the hottest areas.

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Abstract

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).

Description

DESCRIPTION
Titre de l’invention : Composant HF chaud muni d'une cavité HF
[0001] 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.
[0002] 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.
[0003] 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.
[0004] 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.
[0005] 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 échauffement est trop violent il peut mener à une détérioration des surfaces.
[0006] 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.
[0007] 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.
[0008] Les figures 1 et 2 représentent schématiquement une vue externe et une vue de coupe d'un tel mode de réalisation.
[0009] La figure 1 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.
[0010] La figure 2 représente schématiquement, en vue de coupe, un tel canal 2 dans un composant HF chaud 1.
[0011] La figure 3 représente un mode de réalisation dans lequel les excroissances internes 5 sont des iris, i.e. des excroissances qui se resserrent en leur extrémité.
[0012] La figure 4 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.
[0013] Ces solutions ne permettent pas un refroidissement au plus près de la surface des cavités, zone où est pourtant généré 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.
[0014] Un but de l'invention est de pallier les problèmes précédemment cités, et notamment d'améliorer le refroidissement d'un composant HF.
[0015] 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. [0016] 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.
[0017] Dans un mode de réalisation, le canal interne est à fleur de la surface interne de l'enveloppe.
[0018] Ainsi, le refroidissement de la cavité est amélioré.
[0019] Selon un mode de réalisation, une excroissance interne est un bec ou un iris.
[0020] La présente invention s'applique à tout type d'excroissance.
[0021] Dans un mode de réalisation, la partie externe des portions du canal interne à l'extérieur des excroissances internes comprend une couche capot externe.
[0022] Un tel mode de réalisation pallie d’éventuelles difficultés de fabrication selon la géométrie choisie en dissociant les fonctions.
[0023] 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 :
[0024] [Fig.1] illustre schématiquement un composant HF chaud muni d'une cavité HF, selon l'état de l'art ;
[0025] [Fig.2] illustre schématiquement un composant HF chaud muni d'une cavité HF, en vue de coupe, selon l'état de l'art ;
[0026] [Fig.3] 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;
[0027] [Fig.4] 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;
[0028] [Fig.5] illustre schématiquement un composant HF chaud muni d'une cavité HF, en vue de coupe, selon un aspect de l'invention; et
[0029] [Fig.6] illustre schématiquement un composant HF chaud muni d'une cavité HF, en vue de coupe, selon un autre aspect de l'invention.
[0030] Sur l'ensemble des figures, les éléments ayant des références identiques sont similaires. [0031] 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.
[0032] Le canal interne 6 est à fleur de la surface interne 7 de l'enveloppe 3.
[0033] 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.
[0034] Une excroissance interne 5 peut être un bec, ou un iris.
[0035] 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.
[0036] 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.

Claims

REVENDICATIONS
1. Composant HF chaud (1 ) muni d'une pluralité de cavités 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).
2. 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).
3. Composant HF chaud (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel une excroissance interne (5) est un bec ou un iris.
4. 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).
EP21725551.2A 2020-05-20 2021-05-18 Composant hf chaud muni d'une cavite hf Pending EP4154686A1 (fr)

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SU414760A2 (fr) * 1971-06-15 1974-02-05
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