FR2476907A1 - Appareil de balayage par faisceau de particules chargees - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LES TECHNIQUES D'ACCELERATION DE PARTICULES. L'APPAREIL FAISANT L'OBJET DE L'INVENTION EST CARACTERISE NOTAMMENT EN CE QU'IL COMPREND UN ENSEMBLE DE RETARD VARIABLE 7 DONT LA SORTIE EST RELIEE A L'ENTREE DE SYNCHRONISATION DU GENERATEUR DE COURANT DE BALAYAGE TRANSVERSAL 6 ET DONT L'ENTREE EST RELIEE AU GENERATEUR DE COURANT DE BALAYAGE LONGITUDINAL 5 DE FACON QUE L'ENTREE DUDIT ENSEMBLE DE RETARD VARIABLE SOIT ATTAQUEE PAR LES IMPULSIONS AUX MOMENTS OU LE COURANT CIRCULANT DANS LES ENROULEMENTS DE L'ELECTRO-AIMANT DE BALAYAGE LONGITUDINAL 1 ATTEINT UNE VALEUR MAXIMALE. L'INVENTION S'APPLIQUE NOTAMMENT AUX ACCELERATEURS INDUSTRIELS, UTILISES PAR EXEMPLE POUR LE TRAITEMENT DE SUBSTANCES OU DE MATERIAUX PAR RADIATION ET DEVANT ASSURER LA CREATION DE CHAMPS D'IRRADIATION D'ETENDUE CONSIDERABLE.

Description

La présente invention concerne les techniques d'accélération de particules et a notamment pour objet un appareil de balayage par faisceau de particules chargées.

Contrairement aux accélérateurs destinés aux recherches scientifiques, les accélérateurs industriels, utilisés par exemple pour le traitement de substances ou de matériaux par radiation, doivent assurer la création de champs dtirradiation d'étendue considérable, au moins égale a la largeur de l'objet h irradier. Le traitement de toute la surface de l'objet est obtenu en déplaçant celui-ci dans le sens de sa longueur à travers le champ d1 irradiation.

La création de champs d'irradiation étendus par formation d'un faisceau à section transversale de valeur appropriée directement dans le système accélérateur de l'accélérateur présente d'importantes difficultés et, à l'heure actuelle, n'est pratiquement pas employée. Le procédé de création de champs d'irradiation étendus le plus répandu est celui basé sur le balayage par faisceau de particules chargées, c'est-à-dire sur le déplacement d'un faisceau de faible section sur la surface à irradier par déviation du faisceau à l'aide d'un champ, par exemple magnétique, modulé dans le temps.

On connatt un appareil de balayage par faisceau de particules chargées (voir, par exemple, l'article de
Akulov V.V. et alt. : "Accélérateurs industriels de la série "Electron" pour la chimie sous radiation", IIEFA NOD-0198, Léningrad 1974, page 11), comportant un électro-aimant de balayage et un générateur de courant de balayage pour l'alimentation de cet électro-aimant.

Le champ créé par le courant circulant dans les enroulements de 1' électro-aimant assure une déviation périodique du faisceau de particules chargées le long de la fenêtre de sortie d'une chambre à vide, à travers laquelle les particules chargées passent à l'atmosphère.

La fréquence minimale du courant de balayage est choisie en tenant compte de deux facteurs. Premièrement, lors du déplacement du faisceau sur l'objet à irradier, ses traces doivent chevaucher ou, au moins, être adjacentes, car, dans le cas contraire, les divers points de l'objet recevraient différentes doses de radiation. I1 s'ensuit que plus la vitesse du mouvement de l'objet est grande et le diamètre du faisceau est petit, plus la fréquence de balayage doit être élevée.

Deuxièmement, lors du passage des particules accélérées à travers la feuille constituant la fenêtre de sortie, une partie de leur énergie se perd en se transformant en chaleur réchauffant la feuille. Lors du déplacement du faisceau sur la feuille, la température locale de la feuille, à l'endroit où celle-ci est traversée par le faisceau, dépasse d'autant plus la température moyenne de la feuille que la vitesse de déplacement du faisceau sur la feuille est plus faible. Une telle surchauffe locale de la feuille est dangereuse aussi bien du point de vue de l'éventualité dune fusion de celle-ci que du point de vue des charges de déformation thermiques agissant constamment sur la feuille et provoquant sa destruction à des températures considérablement inférieures à sa température de fusion.Pour éviter la surchauffe locale de la feuille, la fréquence de balayage doit être aussi élevée que possible.

Lorsque la fréquence de balayage est suffisamment élevée et qu'il n'y a pratiquement pas de surchauffe locale, la température établie de la feuille dépend du rapport entre la valeur du courant du faisceau de particules chargées et la superficie de la feuille sur laquelle le faisceau est dispersé.

Lors de l'utilisation de l'appareil décrit, la trace du faisceau sur la fenêtre de sortie représente une bande étroite dont la largeur est égale au diamètre du faisceau et dont la longueur est déterminée par les dimensions des objets à irradier. Comme la densité du courant sur l'axe du faisceau est considérablement plus
grande que sur sa périphérie, c'est la partie centrale de la feuille, d'où l'extraction de la chaleur est le plus difficile, qui est soumise à la charge thermique la plus élevée. La répartition non uniforme de la charge thermique sur la-feuille peut conduire à une surchauffe de diverses zones de la surface et la mettre hors d'usage.

En outre, avec l'accroissement de la densité du courant du faisceau, la charge thermique sur la feuille augmente et, pour la diminuera il est désirable d'augmenter la surface de la fenêtre de sortie sur laquelle se disperse le faisceau. Cependant, du fait que dans l'appareil décrit la déviation du faisceau s'effectue seulement dans une direction, la surface travaillante de la feuille, c'està-dire sa surface balayée par le faisceau, n'est pas grande, et par conséquent, l'utilisation d'un tel appareil de balayage par un faisceau ayant une densité de courant relativement élevée conduit inévitablement à une diminution de la longévité de la feuille de la fenêtre de sortie.

On a retenu comme prototype de la présente invention l'appareil de balayage par faisceau de particules chargées, décrit dans le brevet français N0 1 251 686 publié en 1970. Cet appareil comporte deux électro-aimants: l'un pour le balayage longitudinal, l'autre pour le balayage transversal, disposés tous deux extérieurement à une chambre à vide associée à un accélérateur de particules chargées, et des générateurs de courant de balayage longitudinal et transversal connectés chacun à l'enroulement de l'électro-aimant correspondant. L'électro-aimant de balayage longitudinal crée un champ déviant le faisceau le long de la fenêtre de sortie de la chambre à vide, alors que l'électro-aimant de balayage transversal produit un champ déviant le faisceau en travers de la fenêtre de sortie.

Par suite de l'action exercée sur le faisceau par les deux champs déviateurs perpendiculaires l'un à l'autre, la surface de la feuille irradiée par le faisceau peut avoir la forme d'une bande ininterrompue de longueur approximativement égale à la longueur de la fenêtre de sortie et une largeur dépassant considérablement le diamètre du faisceau, c'est-à-dire qu'elle peut être considérablement agrandie. C'est pourquoi l'appareil choisi comme prototype peut être utilisé pour le balayage par un faisceau de particules chargées ayant une densité de courant supérieure à celle de l'appareil décrit plus haut.

Il est évident que pour que la trace du faisceau sur la fenêtre de sortie se présente sous forme d'une bande ininterrompue, il faut que le rapport des fréquences de balayage longitudinal et transversal soit tel que la trace du faisceau, à chaque demi-cycle de balayage transversal, soit adjacente ou même qu'elle chevauche partiellement la trace du faisceau du demi-cycle précédent de balayage transversal, c'est-à-dire que doit être satisfaite la relation

dans laquelle
f1 est la fréquence de balayage longitudinal;
f2, la fréquence de balayage transversal;
L, la valeur maximale de déviation du faisceau le long de la fenêtre (longueur de balayage longitudinal);
d, le diamètre du faisceau de particules chargées.

Ainsi, plus le diamètre du faisceau est petit et la valeur requise de déviation du faisceau le long de la fenêtre est élevée, plus le rapport f2/f1 doit être grand.

Pour augmenter le rendement dune installation de traitement de substances par irradiation, on est obligé d'accroitre la densité du courant du faisceau et d'augmenter la vitesse de déplacement de l'objet à irradier et, par conséquent, il faut élever la fréquence de balayage longitudinal (pour assurer une irradiation uniforme de l'objet et réduire la surchauffe locale de la feuille), et aussi la fréquence de balayage transversal. De plus, pour obtenir le chevauchement précité des traces du faisceau de deux demi-cycles consécutifs de balayage transversal, la fréquence dudit balayage transversal peut être tellement élevée que, du fait de l'augmentation consécutive des courants de Foucault prenant naissance dans les parois de la chambre à vide, le caractère de la variation dans le temps du champ déviateur transversal se trouve altéré.Cela entrain une altération de la linéarité du déplacement du faisceau sur la feuille et, par conséquent un chauffage non uniforme de la feuille et une surchauffe des diverses zones de sa surface.

En outre, l'élévation de la fréquence de balayage transversal entratne un chauffage des parois de la chambre à vide par les courants de-Foucault et une consommation supplémentaire de la puissance du générateur de courant de balayage transversal, si bien que la puissance dudit générateur doit être augmentée. Par ailleurs, l'introduction de pièces spéciales, en matériau isolant, par exemple en verre ou en porcelaine, dans la construction de la chambre à vide diminuerait la fiabilité et compliquerait la structure de l'appareil, aussi une telle mesure n'est elle presque pas pratiquée.

D'autre part, si l'on maintient la fréquence de balayage transversal à un niveau pour lequel les pertes par counAs de Foucault dans les parois de la chambre à vide ne ddpassent pas la valeur admissible, le trajet du faisceau sur la feuille pendant chaque demi-cycle de balayage transversal ne sera pas adjacent i sn trajet correspondant au demi-cycle précédent de balayage transversal en cas de diminution du diamètre du faisceau, d'accroissement de la longueur de la fenêtre de sortie et d'élévation de la fréquence de balayage longitudinal, aussi la zone de la feuille irradiée par le faisceau n'aura-t-elle pas la forme d'une bande ininterrompue, mais sera une ligne brisée dont la largeur sera égale au diamètre du faisceau et dont la configuration correspondra à la variation du courant dans les enroulements de l'électro-aimant de balayage transversal. Ainsi, dans ce cas, la feuille constituant la fenêtre de sortie se réchauffera irrégulièrement et sa longévité diminuera.

La présente invention a donc pour but de créer un appareil de balayage par faisceau de particules chargées, dans lequel le générateur de courant de balayage transsrer- sal fonctionnerait de façon à assurer une répartition uniforme de la charge thermique sur la feuille de la fenêtre de sortie de la chambre à vide, sans pour autant élever la fréquence de balayage transversal.

Ce problème est résolu du fait que l'appareil de balayage , par un faisceau de particules chargées, de la surface de la fenêtre de sortie d'une chambre à vide, associée à un accélérateur de particules chargées, du type comportant des électro-aimants de balayage long nal et transversal destinés à dévier le faisceau de particules chargées, respectivement, le long et en travers de la fenêtre de sortie, et des générateurs de courant de balayage longitudinal et transversal pour l'alimentation des électro-aimants correspondants, est caractérisé, suivant l'invention, en ce qu'il comporte en outre un ensemble de retard variable dont la sortie est reliée à l'entrée de synchronisation du générateur de courant de balayage transversal et dont l'entrée est reliée au générateur de courant de balayage longitudinal de façon que entrée de l'ensemble de retard variable soit attaquée par des impulsions aux moments où le courant circulant dans les enroulements de l'électro-aimant de balayage longitudinal atteint sa valeur de pointe, ledit ensemble de retard assurant N temps de retard différant l'un de l'autre d'une valeur iLt et établis successivement au fur et à mesure de l'application des impulsions à son entrée, les valeurs N et ii t étant déterminées à partir des relations suivantes

dans lesquelles
d est le diamètre du faisceau de particules chargées;
f1 est la fréquence de balayage longitudinal;
f2 est la fréquence de balayage transversal;
L est la valeur de la déviation maximale du faisceau le long de la fenêtre de sortie.

L'ensemble de retard variable inséré entre le générateur de courant de balayage longitudinal et l'entrée de synchronisation du générateur de courant de balayage transversal assure un décalage temporel périodiquement variable des impulsions synchronisant le générateur de courant de balayage transversal par rapport aux moments de début de balayage longitudinal à chaque demi-cycle de balayage. Trace à cela, on obtient un décalage des trajets du faisceau de particules chargées sur la surface de la fenêtre de sortie de la chambre à vide.Un tel nombre de temps de retard établis par l'ensemble de retard variable et une telle différence entre ces retards assurent un tel décalage des trajets du faisceau qu'après un certain temps égal au produit de la durée d'un demi-cycle de balayage longitudinal par ledit nombre de temps de retard, lesdits trajets sont étroitement adjacents l'un à l'autre ou même se recouvrent partiellement.

Ainsi, pendant un intervalle de temps suffisamment long en comparaison de la durée d'un cycle de balayage longitudinal, pratiquement toutes les zones de la feuille de la fenêtre de sortie se trouvent soumises à une action identique des particules chargées, et la charge thermique à laquelle est soumisse la feuille est uniformément répartie sur sa surface. Il en résulte une élévation de la fiabilité de la feuille et de la chambre à vide dans son ensemble.

Dans le cas où l'étage excitateur du générateur de courant de balayage longitudinal forme des impulsions de synchronisation dont la fréquence est deux fois plus élevée que la fréquence de balayage longitudinal, l'entrée de l'ensemble de retard variable peut être connectée à la sortie de l'étage excitateur du générateur de courant de balayage longitudinal.

Une telle liaison entre le générateur de courant de balayage longitudinal et l'ensemble de retard variable est particulièrement simple puisqu'elle ne nécessite pas l'utilisation d'éléments supplémentaires.

L'appareil de balayage par faisceau de particules chargées peut comprendre un- formateur d'impulsions de synchronisation inséré entre la sortie du générateur de courant de balayage longitudinal et l'entrée de i'ensémble de retard variable pour produire des impulsions de synchronisation aux moments où le courant circulant dans les enroulements de l'6lectro-aimant de balayage longitudinal atteint sa valeur maximale.

L'insertion d'un tel formateur d'impulsions de synchronisation entre la sortie du générateur de courant de balayage longitudinal et l'entrée de l'ensemble de retard variable est nécessaire dans le cas où l'étage excitateur du générateur de courant de balayage longitudinal fournit un signal dont la fréquence est égale à la fréquence de balayage longitudinal, par exemple quand on utilise, comme étage excitateur du générateur de courant de balayage longitudinal, un multivibrateur.

Selon une variante de réalisation de l'invention, l'ensemble de retard variable comprend un compteur d'impuslions dont l'entrée de comptage constitue l'entrée dudit ensemble, un décodeur connecté aux sorties du compteur d'impulsions, et des éléments de retard fixe insérés entre les sorties dudit décodeur et la sortie de l'ensemble de retard variable.

Conformément à une autre variante de réalisation de l'invention, l'ensemble de retard variable comprend un compteur d'impulsions dont l'entrée de comptage constitue l'entrée dudit ensemble, un décodeur connecté aux sortes du compteur d'impulsions, un intégrateur dont l'entrée est reliée aux sorties du décodeur par l'intermédiaire d'un circuit OU, et un comparateur dont l'entrée est reliée à la sortie dudit intégrateur et dont la sortie constitue la sortie de l'ensemble de retard variable, des stabilisateurs de tension tels que des'Stabilitrons" ayant différentes valeurs de tension de stabilisation,étant reliés aux sorties du décodeur.

L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaitront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels
- la figure 1 est une représentation schématique d'un appareil de balayage par faisceau de particules chargées conforme à l'invention;
- la figure 2 représente une variante de réalisa- tion de la liaison entre l'ensemble de retard variable et le générateur de courant de balayage longitudinal montrés sur la figure 1;
- la figure 3 représente une autre variante de connexion des éléments de l'ensemble de retard variable montré sur la figure 1;;
- la figure 4 représente une autre variante de réalisation de l'ensemble de retard variable donné sur la figure 1;
- les figures 5a à 5f sont des diagrammes temporels illustrant le fonctionnement de l'appareil de la figure 1;
- la figure 6 montre les trajets du faisceau sur la fenêtre de sortie de la chambre à vide au cours du fonctionnement de l'appareil de la figure 1.

L'appareil propose de balayage par faisceau de particules chargées comprend un électro-aimant 1 de balayage longitudinal (figure 1) destiné à la déviation d'un faisceau de particules chargées le long de la fenêtre de sortie 2 d'une chambre à vide 3, un électro-aimant 4 servant à dévier le faisceau en travers de la fenêtre de sortie 2 de la chambre à vide 3, un générateur 5 de courant de balayage longitudinal, un générateur 6 de courant de balayage transversal et un ensemble 7 de retard variable.

L'électro-aimant 1 de balayage longitudinal et l'électro-aimant 4 de balayage transversal sont situés sur le col de la chambre à vide 5 ayant la forme d'un tube métallique évasé se terminant par une fenêtre de sortie 2 et dont la partie rétrécie est reliée à l'orifice de sortie du tube accélérateur d'un accélérateur 8 de particules chargées. La fenêtre de sortie 2 de la chambre à vide 3, fenêtre à travers laquelle le faisceau de particules chargées formé par l'accélérateur 8 passe à l'atmosphère, est faite d'une feuille métallique très mince perméable aux particules chargées, par exemple d'une feuille de titane ou d'aluminium.

Chacun des générateurs 5 et 6 comprend un étage excitateur et un étage push-pull final. Sur la figure 1 n'apparaissent que l'étage excitateur 9 et l'étage final 10 du générateur 5 de courant de balayage longitudinal.

La sortie du générateur 6 de courant de balayage transversal est reliée aux enroulements de l'électro- aimant 4 de balayage transversal. La sortie du générateur 5 de courant de balayage longitudinal est connectée aux enroulements de l'électro-aimant 1 de balayage longitudinal.

Le générateur 5 de courant de balayage longitudinal est en outre relié à l'entrée de l'ensemble 7 de retard variable de façon que l'entrée de l'ensemble 7 de retard variable soit attaquée par des impulsions aux moments où le courant dans les enroulements de l'électro-aimant 1 de balayage longitudinal atteint sa valeur maximale. La sortie de l'ensemble 7 de retard variable est reliée à l'entrée du générateur 6 de courant de balayage transversal.

Selon un mode de réalisation de l'invention, l'entrée de l'ensemble 7 de retard variable est reliée à la sortie de l'étage excitateur 9 du générateur 5 de courant de balayage longitudinal, cet étage excitateur fournissant des impulsions à fréquence double de celle du courant de balayage longitudinal.

Conformément à une variante de réalisation de l'invention, un formateur Il d'impulsions de synchronisation est introduit entre la sortie du générateur 5 de courant de balayage longitudinal (figure 2) et l'entrée de l'ensemble 7 de retard variable pour former des impulsions de synchronisation aux moments où le courant dans les enroulements de l:électro-aimant 1 de balayage longitudinal atteint sa valeur maximale. Le formateur Il d'impulsions de synchronisation comprend par exemple un circuit de diffdrenciation composé de condensateurs 12, connectés aux sorties de l'étage push-pull final 10 du générateur 5, et d'une résistance 13, ainsi que de diodes de découplage 14.Cette variante de réalisation de l'invention est recommandée dans le cas où la fréquence des impulsions de étage excitateur 9 du générateur 5 de courant de balayage longitudinal est 4 égale à la fréquence de balayage longitudinal, par exemple dans le cas où l'étage excitateur 9 du générateur 5 est constitué par un multivibrateur.

L'ensemble 7 de retard variable est destiné à retarder les signaux appliqués à l'entrée de synchronisa- tion du générateur 6 de courant de balayage transversal (figure 1) par rapport aux moments où le courant dans les enroulements de l'6lectro-aimant 1 de balayage longitudinal est maximal, c'est-i-dire, par rapport au moment du début de chaque balayage longitudinal, le temps de retard variant automatiquement avec l'application de chaque signal à l'entrée de l'ensemble 7 de retard variable, de façon que les trajets du faisceau de particules sur la fenêtre de sortie 2 soient, après un certain temps, étroitement adjacents l'un à l'autre ou qu'ils se recou- vrent partiellement. Il est évident que, pour que cette condition soit rdaliste, il faut que le temps de retard assuré par l'ensemble 7 de retard variable varie d'une manière discrète d'une valeur at égale au temps durant lequel le faisceau de particules chargées se déplace sur une distance égale ou inférieure à son diamètre. Par conséquent, la différence ou pas LSt entre deux temps de retard successifs est déterminée par la relation

où : d est le diamètre du faisceau de particules chargées;
f1 est la fréquence de balayage longitudinal;
L est la valeur de la déviation maximale du faisceau le long de la fenêtre, c'est-à-dire la longueur de balayage longitudinal.

Il-est suffisant que le temps de retard varie dans les limites d'une période de balayage transversal; par conséquent le nombre requis N d'échelons de retard, c'est-à-dire le nombre de temps de retard assuré par l'ensemble 7 de retard variable, peut être obtenu à partir de la relation

où f2 est la fréquence de balayage transversal.

Si, par exemple, la longueur de balayage longitudinal est égale à 2.000 mm, le diamètre du faisceau est égal à 3 mm, la fréquence de balayage longitudinal est de 100 Hz et la fréquence de balayage transversal est de 5.000 Hz, on obtient #t i 7,5 vus et N # 26,6, c'est-à-dire que l'on peut adopter N = 27.

Ainsi, lorsque N signaux successifs attaquent l'entrée de l'ensemble 7 de retard variable, les temps de retard varient avec un pas tit compris dans les limites de O à (N-1)t. Par exemple, si, lors de l'application du premier signal de cette séquence de signaux, il s'établit un temps de retard égal à zéro, lors de l'application du second signal il s'établit un temps de retard égal à S t, lors du troisième signal un temps égal à 2 Z2t, et lors du dernier signal, un temps de retard égal à (N-1) # t. Pour la séquence suivante de N signaux, on obtient une variation analogue du temps de retard.

Le temps de retard minimal peut ne pas être égal à zéro, mais correspondre à une certaine valeur to; dans ce cas le temps de retard varie dans les limites de t0 à to + (N-1) b t avec un pas # t. Toutefois, il est important que ce temps de retard minimal to soit choisi suffisamment court pour que le passage du faisceau d'un traJet à l'autre ait lieu dans les zones extrêmes de la fenêtre de sortie 2.

Il est à noter qu'il n'est pas obligatoire que la valeur de la variation du décalage d'un signal quelconque par rapport au signal précédent à l'entrée du générateur 6 de courant de balayage transversal soit égale à =S t pour que les trajets du faisceau à la fenêtre de sortie 2 soient adjacents. En effet, à mesure que les signaux successifs attaquent l'entrée de l'ensemble 7 de retard variable, le temps de retard peut varier non seulement dans un ordre-croissant ou décroissant monotone, mais dans n'importe quel ordre, à condition seulement que le temps de retard de chaque signal de l'une quelconque des séquences de N signaux soit différent du temps de retard de n'importe lequel des autres signaux de cette même séquence .Autrement dit, le temps de retard d'un signal faisant partie des N signaux successifs est égal à K 2tt (ou to + K it), où K est un nombre entier compris entre O et (N-1), la valeur de K, pour chaque signal de cette séquence, étant différente des valeurs de
K pour les autres signaux de ladite séquence.

Selon un mode de réalisation de l'invention, l'ensemble 7 de retard variable comprend un compteur d'impulsions 15, un décodeur 16 et des éléments 17 de retard fixe, insérés entre les sorties du décodeur 16 et la sortie de l'ensemble 7 de retard variable.

L'entrée de comptage du compteur d'impulsions 15 constitue l'entrée de l'ensemble 7 de retard variable.

Le nombre de rangs du compteur d'impulsions 15 est choisi de façon que sa capacité, c'est-a-dire le nombre maximal d'impulsions qu!il peut compter, ne soit pas inférieur au nombre requis N d'échelons de retard assurés par l'en- semble 7 de retard variable. En particulier, pour l'exemple numérique considéré plus haut, un compteur binaire peut avoir cinq rangs.

Les entrées du décodeur 16 sont reliées aux sorties du compteur d'impulsions 15. Le nombre de sorties du décodeur 16 est égal lui aussi au nombre N d'échelons de retard assurés par ensemble 7 (sur la figure 1, ne sont représentées que quatre sorties du décodeur 16, désignées par les chiffres de référence 18, 19, 20 et 21.

Le nombre d'éléments 17 de retard fixe est égal au-nombre de sorties du décodeur 16. Les éléments 17 de retard fixe peuvent être reliés entre eux en série, comme le montre la figure 1. Dans ce cas, chacun d'eux assure un temps de retard égal à tint, et entre chaque partie de sorties du décodeur 16 est inséré un seul élément de retard, tandis qu'entre les sorties du décodeur 16 et la sortie de l'ensemble 7 de retard variable, sont insérés différents nombres d'éléments de retard. Notamment, la sortie 18 du décodeur 16 est directement reliée à la sortie de l'ensemble 7 de retard variable, la sortie 19, par l'intermédiaire d'un seul élément 17 de retard fixe, la sortie 20, par l'intermédiaire de deux éléments 17 de retard fixe, etc., et la sortie 21, par ltintermédiaire de tous les éléments 17 de retard fixe.

Il est évident que le nombre d'éléments 17 de retard fixe peut être égal au nombre de sorties du décodeur 16 s'il faut retarder tous les signaux de synchronisation du générateur 6 de courant de balayage transversal. Dans ce cas, entre la sortie de l'ensemble 7 de retard variable et l'entrée de synchronisation du générateur 6 de courant de balayage transversal est inséré un élément de retard assurant la valeur minimale to requise du temps de retard.

La figure 3 représente une autre variante de connexion des éléments 17 de retard fixe aux sorties du décodeur 16. Ici, les éléments 17 assurent des temps de retard différents, multiples de t, c'est d-dire9 O, et, .... (N-1)t, et seulement un élément de retard 17 est relié à chaque sortie du décodeur 16, sauf sa sortie 18.

Les éléments de retard 17 et la sortie 18 du décodeur 16 sont reliés à la sortie de l'ensemble 7 de retard variable par l'intermédiaire d'un circuit OU 22 à entrées multiples.

D'autres variantes de connexion mutuelle des éléments de l'ensemble 7 de retard variable sont possibles.

Par exemple, les éléments de retard fixe peuvent tre insérés entre différents rangs du compteur d'impulsions, les sorties du décodeur étant alors reliées à entrée de synchronisation du générateur 6 de courant de balayage transversal par l'intermédiaire d'un circuit- OU.

La figure 4 représente une autre variante de réalisation de l'ensemble 7 de retard variables selon laquelle, outre le compteur d'impulsions 15, le décodeur 16 et le circuit OU 22, cet ensemble comprend un intégrateur 23 et un comparateur 24. Les sorties du décodeur 16 sont reliées à travers des résistances limitatrices 25 et le circuit OU 22 à la sortie de l'intégrateur 25 qui est exécuté par exemple à base d'un amplificateur opérationnel, chacune des sorties du décodeur 16 étant reliée à lun des tubes stabilisateurs de tension ou "stabilitrons" 26 ayant différentes valeurs de tension de stabillsation.

La sortie de l'intégrateur 23 est reliée à l'entre du comparateur 24 qui délivre des impulsions aux moments où la tension à son entrée atteint la valeur de sa tension de référence. La sortie du comparateur 24 constitue la sortie de l'ensemble 7 de retard variable.

L'appareil proposé fonctionne de la façon suivante.

La tension délivrée par le générateur 5 de courant de balayage longitudinal (figure 1), sous forme d'impulsions rectangulaires représentées sur la figure 5a, est appliquée aux enroulements de l'6lectro-aimant 1 de balayage longitudinal (figure 1), à travers lesquels commence à circuler un courant sous forme d'impulsions triangulaires représentées sur la figure 5b. En même temps, les signaux de synchronisation délivrésparl'étage excitateur 9 du générateur 5 de courant de balayage longitudinal ou par le formateur Il d'impulsions de synchronisation (figure 2) attaquent l'entrée du compteur 15 (figure 1).

Comme on le voit sur la figure suc., ces impulsions apparaissent aux moments où le courant dans les enroulemenrts de l'électro-aimant 1 de balayage longitudinal (figure 1) atteint sa valeur de pointe, c'est-à-dire quand le faisceau de particules chargées se trouve aux extrémités de la longueur de la fenêtre de sortie 2.

Le compteur5 effectue le comptage de N impulsions de synchronisation appliquées successivement à son entrée, est remis à zéro par la (N+1) -ème impulsion de synchronisation et commence le comptage de la séquence suivante de N impulsions de synchronisation. A chaque valeur du contenu du compteur correspond le signal présent à une sortie déterminée du décodeur 16.

On supposera qu'au'cours du premier demi-cycle considéré de balayage longitudinal, le contenu du compteur 15 est égal à zéro et que le décodeur forme un signal (figure 5d), par exemple à sa sortie 18. Ce signal attaque l'entrée de synchronisation du générateur 6 de courant de balayage transversal sans retard par rapport à l'impulsion délivrée par l'étage excitateur (non représenté) du générateur 6 de courant de balayage transversal, c'est-à- dire à l'instant t1 (figure 5c) correspondant au maximum de courant dans les enroulements de l'électro-aimant 4 de balayage transversal (figure 1).La tension à la sortie du générateur 6 de courant de balayage transversal et le courant dans les enroulements de l'électro-aimant 4 de balayage transversal sont représentés respectivement sur les. figures 5e et 5f. Ainsi, à l'instant t1 (figure 5c), le faisceau de particules chargées se trouve aux extrémités à la fois de la longueur et de la largeur de la fenêtre de sortie 2 représentée en plan sur la figure 6 (par exemple, dans son coin bas gauche).

Sous l'action des champs déviateurs alternatifs créés par les électro-aimants I et 4 (figure 1), le faisceau se déplace de gauche à droite, à une vitesse constante, suivant le trajet 27 (figure 6) en forme de ligne brisée.

A la fin du premier demi-cycle de balayage longitudinal (instant t2 sur la figure 5c), se forme le signal de synchronisation suivant et le contenu du compteur 15 (figure 1) devient égal à 1. Un signal apparat alors à la sortie (par exemple 19) du décodeur 16.

Ce signal du décodeur 16 est appliqué à l'entrée de synchronisation du générateur 6 de courant de balayage transversal en passant par un élément 17 de retard fixe, c'est-h-dire avec un retard eit t par rapport à l'impulsion de synchronisation appliquée à l'entrée du compteur 15, comme le montre la figure 5d, si bien qu'à l'instant (t2 + 92 t) la tension à la sortie du générateur 6 de courant de balayage transversal change de signe (figure 5e) et le courant dans les enroulements de l'électro-aimant 4 de balayage transversal commence à changer dans l'autre sens, comme le montre la figure 5f, c'est-àMdire que sa dérivée première change de signe.

Du fait de ce changement de signe de la dérivée du courant de balayage transversal, le faisceau de particules chargées qui, pendant le temps compris entre l'instant t2 et l'instant (t2 + # t), continuait de se mouvoir suivant le traJet 27 (figure 6), mais en sens contraire, c'est-à-dire de droite à gauche, s'écarte de ce trajet vers le bas (sur le dessin de la figure 6) et commence à se déplacer suivant un autre trajet, représenté en 28 sur la figure 6.

A l'instant t3 (figure 5c), une troisième impulsion de synchronisation attaque l'entrée du compteur 15 (figure 1). Un signal correspondant au contenu, égal à deux, du compteur apparait, par exemple, à la sortie 20 du décodeur 16 et attaque l'entrée de synchronisation du générateur 6 de courant de balayage transversal après avoir traversé deux éléments 17 de retard fixes c'est-àdire avec un retard de 2 4t par rapport à l'impulsion de synchronisation correspondante à l'entrée du compteur 15, comme le montre la figure 5d.Sous l'action de ce signal, la tension de sortie du générateur 6 de courant de balayage transversal (figure 1) change de polarité, et par conséquent la dérivée du courant de balayage transversal change de signe, comme on le voit sur les figures 5e et 5f, par suite de quoi le faisceau passe du trajet 28 (figure 6) à un nouveau trajet 29.

Lorsque les impulsions de synchronisation suivantes attaquent l'entrée de l'ensemble 7 de retard variable (figure 1), le temps de retard change de valeur d'une manière échelonnée par variation du nombre d'élé- ments 17 de retard fixe insérés entre le décodeur 16 et l'entrée de synchronisation du générateur 6 de courant de balayage transversal. Il en résulte un décalage analogue du trajet du faisceau à la fenêtre de sortie 2.

Pour plus de clarté, on n'a pas tracé sur la figure 6 tous les trajets du faisceau ayant lieu durant les N demi-cycles successifs du balayage longitudinal.

De plus, les trajets du faisceau sont conventionnellement représentés par des traits fins, tandis que chacun d'eux a une largeur déterminée, égale au diamètre du faisceau.

Enfin, après l'application de la N-ème impulsion de synchronisation, le signal correspondant au contenu maximal du formateur 15 (figure 1) apparait à la sortie iar exemple)21 du décodeur 16 et attaque l'entrée de synchronisation du générateur 6 de courant de balayage transversal par l'intermédiaire de tous les éléments 17 de retard fixe connectés en série, de sorte que le trajet du faisceau sur la fenêtre de sortie 2 se déplace vers les zones "libres", non occupées par ses trajets correspondant aux demi-périodes précédentes du balayage longitudinal.

La (N+i)-ème impulsion de synchronisation remet le compteur 15 à zdro et le faisceau se déplace de nouveau suivant le trajet 27 (figure 6), après quoi, le cycle décrit se répète.

Ainsi, lors de l'application des impulsions de synchronisation à l'entrée de l'ensemble 7 de retard variable (figure 1), sont mis en circuit successivement 0, 1, 2, ... (N-1) éléments 17 de retard fixe entre l'entrée et la sortie dudit ensemble, en variant ainsi le temps de retard avec un pas égal à Z2t (comme on l'a noté plus haut, les éléments de retard 17 peuvent être mis en circuit dans un ordre différent, déterminé par la manière dont sont connectées à ces éléments les sorties du décodeur 16).Du fait du décalage du moment de synchronisation du générateur 6 de courant de balayage transversal par rapport au début de chaque demi-cycle de balayage longitudinal, les trajets du faisceau à la fenêtre de sortie 2 se déplacent et, à la fin desN demi- cycles de balayage longitudinal, les trajets du faisceau sur la fenêtre de sortie 2 sont adjacents l'un à l'autre, en formant ainsi sur celle-ci une large bande ininterrompux
Ainsi, toutes les zones de la surface de la fenêtre de sortie 2 sont soumises à une même charge thermique.

L'ensemble 7 de retard variable représenté sur la figure 3 fonctionne d'une manière analogue, la seule différence consistant en ce qu'au moment de lapplication de chaque impulsion de synchronisation,un seul élément de retard 17 est mis en circuit entre l'entrée et la sortie de l'ensemble 7. Du fait que, dans cette variante de réalisation de l'invention, chacun des éléments 17 de retard fixe assure un temps de retard ultiple de nt et différent du temps de retard des autres éléments 17, les trajets du faisceau sur la fenêtre de sortie se trouvent décalés de la même façon que dans le cas décrit précédemment.

Dans la variante de réalisation de l'ensemble de retard variable 7 représentée sur la figure 4, le retard des signaux de sortie de l'ensemble 7 de retard variable par rapport à ses signaux d'entrée est constitué par le temps qui est nécessaire à la tension de sortie de l'intégrateur 23 pour atteindre la valeur de la tension de référence du comparateur 24, alors que le changement des temps de retard est obtenu en onne nectant1e stabilitrons ou stabilisateurs de tension 26 aux sorties du décodeur 16.

Comme on l'a déjà dit, les stabilitrons ont différentes valeurs de tension de stabilisation, si bien que les signaux aux sorties du décodeur 16 sont différents eux aussi. De ce fait, à chacun des N demi-cycles successifs de balayage longitudinal, la tension de sortie de l'intégrateur 23 s'accroit à une vitesse différente et, par conséquent, les moments de déclenchement du comparateur 24 se trouvent décalés de différentes valeurs par rapport aux instants t1, t2 et t3 (figure 5c) de début du balayage longitudinal. En choisissant des stabilitrons 26 (figure 4) avec des valeurs appropriées de tension de stabilisation, on peut parvenir à ce que ledit décalage du moment de déclenchement du comparateur 24 varie, d'une demi-période de balayage longitudinal à l'autre, d'une valeur =St.

La présente invention peut être utilisée avec succès dans diverses installations industrielles destinées à irradier des objets par des particules chargées, en particulier dans les accélérateurs industriels utilisés pour le traitement de substances ou matériaux par irradiation. L "invention assure une augmentation de la longévité de la feuille constituant la fenêtre de sortie de la chambre à vide et, donc, une réduction des dépenses d'entretien trace à la diminution des temps morts des installations de traitement par irradiation, dus aux remplacements de ladite feuille et au pompage des chambres à vide.

Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre de la protection comme revendiquée.

Claims (5)

REVENDICATIONS

1.- Appareil de balayage, par un faisceau de particules chargées, de la surface de la fenêtre de sortie d'une chambre à vide associée à un accélérateur de particules chargées, du type comportant des dlectro- aimants de balayage longitudinal et transversal pour la déviation du faisceau le long et en travers de ladite fenêtre de sortie, et des générateurs de courant de balayage longitudinal et transversal pour l'alimentation des électro-aimants correspondants, caractérisé en ce qutil comprend un ensemble de retard variable dont la sortie est reliée à l'entrée de synchronisation du générateur de courant de balayage transversal et dont l'entrée est reliée au générateur de courant de balayage longitudinal de façon que l'entrée dudit ensemble de retard variable soit attaquée par des impulsions aux moments où le courant circulant dans les enroulements de l'électré-aimant de balayage longitudinal atteint une valeur maximale, ledit ensemble de retard assurant N temps de retard qui diffèrent l'un de l'autre d'une valeur fit et sont établis successivement à mesure que les impulsions sont appliquées à son entrée, les valeurs N et bt étant déterminées à partir des relations suivantes

dans lesquelles

d est le diamètre du faisceau de particules chargées;

f1 est la fréquence de balayage longitudinal;

f2 est la fréquence de balayage transversal;

L est la valeur de la déviation maximale du faisceau le long de la fenêtre de sortie.

2.- Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'entrée de ensemble de retard variable est reliée à la sortie de l'étage excitateur du générateur de courant de balayage longitudinal.

3.- Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend aun formateur d'impulsions de synchronisation inséré entre la sortie du générateur de courant de balayage longitudinal et l'entrée de l'ensemble de retard variable pour former des impulsions de synchronisation aux moments où le courant circulant dans les enroulements de l'6lectro-aimant de balayage longitudinal atteint sa valeur maximale.

4.- Appareil selon l'une des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que l'ensemble de retard variable comporte un compteur d'impulsions dont l'entrée de comptage constitue l'entrée de l'ensemble de retard variable, un décodeur connecté aux sorties du compteur d'impulsions, et des éléments de retard fixe insérés entre les sorties dudit décodeur et la sortie de l'ensemble de retard variable.

5.- Appareil selon l'une des revendications 1, et 3, caractérisé en ce que l'ensemble de retard variable comporte un compteur d'impulsions dont l'entrée de comptage constitue l'entrée de l'ensemble de retard variable, un décodeur connecte aux sorties du compteur d'impulsions, un intégrateur dont l'entrée est reliée par l'intermédiaire d'un circuit OU aux sorties du décodeur, et un comparateur dont l'entrée est reliée à la sortie dudit intégrateur et tont la sortie constitue la sortie de l'ensemble de retard variable, des stabili- trons diffdrant l'un de autre par la valeur de leur tension de stabilisation étant reliés aux sorties dudit décodeur.