FR2510340A1 - Electron beam irradiation unit - has accelerator with scanning and deflection electromagnets arranged to reduce size and weight - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne la technique des accélérateurs et a notamment pour objet un dispositif pour irradier des objets par les électrons. The present invention relates to the accelerator technique and in particular relates to a device for irradiating objects with electrons.
Lors de l'irradiation d'objets par les électrons, par exemple dans les installations de traitement radiochimique, il est nécessaire d'obtenir un champ dsirradiation d'étendue importante commensurable avec la largeur de l'objet à irradier, le traitement de toute la surface de l'objet étant obtenu en déplaçant ce dernier dans le sens de sa longueur à travers le champ dtirradiation au moyen d'un mécanisme tel qu'un convoyeur. When irradiating objects with electrons, for example in radiochemical treatment installations, it is necessary to obtain a radiation field of large extent commensurable with the width of the object to be irradiated, the treatment of all surface of the object being obtained by moving the latter in the direction of its length through the radiation field by means of a mechanism such as a conveyor.
En outre, afin d'assurer des propriétés identiques du matériau irradié sur toutes les zones de sa surface, le champ d'irradiation doit être homogène, c'est-à-dire qucil faut obtenir une densité électronique égale suivant toute la largeur dudit champ d'irradiation. In addition, in order to ensure identical properties of the irradiated material on all the areas of its surface, the irradiation field must be homogeneous, that is to say that an equal electronic density must be obtained along the entire width of said field. irradiation.
On connaît bien des dispositifs pour l'irradiation d'objets par les électrons, dans lesquels la formation de champsd'irradiation étendus est basée sur le balayage par un faisceau électronique, c'est-à-dire sur le déplacement d'un faisceau de faible section transversale sur la surface à irradier, par déflexion angulaire dudit faisceau par un champ magnétique alternatif.Dans de tels dispositifs, la déflexion angulaire maximale du faisceau par rapport à sa position initiale est de +(25-30)0 et cette valeur est limitée par l'accroissement des pertes d'énergie du faisceau dans la feuille mince de la fenêtre de sortie, accroissement dA au passage des électrons à travers cette feuille mince suivant une trajectoire inclinée, ainsi que par la réduction de la profondeur de pénétration des électrons dans l'objet ayant pour origine la mtme cause.Le fait que l'angle de balayage du faisceau électronique soit limité conduit à ce que la dimension verticale de la chambre à vide du système de balayage devient commensurable avec la largeur du champ d'irradiation, par suite de quoi les installations d'irradiation dans lesquelles la dimension maximale du champ d'irradiation est d'environ 2 mères atteignent en hauteur 6 mètres, ce qui, à son tour, conduit à un accroissement de la hauteur du local de production et à la nécessité d'employer des passerelles spéciales pour le service de l'installation d'irradiation. Devices are well known for the irradiation of objects by electrons, in which the formation of large irradiation fields is based on scanning by an electron beam, that is to say on the displacement of a beam of small cross section on the surface to be irradiated, by angular deflection of said beam by an alternating magnetic field. In such devices, the maximum angular deflection of the beam relative to its initial position is + (25-30) 0 and this value is limited by the increase in beam energy losses in the thin sheet of the exit window, increase in the passage of electrons through this thin sheet along an inclined path, as well as by the reduction in the depth of penetration of the electrons in the object originating from the same cause. The fact that the scanning angle of the electron beam is limited leads to the vertical dimension of the vacuum chamber of the scanning system d becomes commensurable with the width of the irradiation field, as a result of which the irradiation installations in which the maximum dimension of the irradiation field is approximately 2 mothers reach in height 6 meters, which, in turn, leads an increase in the height of the production room and the need to use special gangways for the service of the irradiation facility.
On connaît également un dispositif pour l'irradiation d'objets par les électrons (brevet d'invention
E.U.A. No. 3 748 612 publié en.1973), comportant un accélérateur d'électrons, un électro-aimant de balayage placé sur une tubulure reliant ledit accélérateur à-une chambre à vide, ainsi qu'un électro-aimant déflecteur pourvu d'un circuit magnétique en forme de cadre entourant ladite chambre à vide et installé au-dessus de la fenêtre de sortie. L'enroulement de ltélectro-aimant de balayage est branché sur un générateur de balayage fournissant des impulsions de courant de forme triangulaire.A device is also known for irradiating objects with electrons (invention patent
EUA No. 3,748,612 published in 1973), comprising an electron accelerator, a scanning electromagnet placed on a tube connecting said accelerator to a vacuum chamber, as well as a deflecting electromagnet provided with a magnetic circuit in the form of a frame surrounding said vacuum chamber and installed above the outlet window. The winding of the scanning electromagnet is connected to a scanning generator supplying current pulses of triangular shape.
Ledit électro-aimant déflecteur produit un champ magnétique dont l'intensité croit dans le sens allant du centre vers les bouts de la ligne balayée, le sens des lignes de force de ce champ dans sa partie s'étendant du centre à l'un des bouts de la ligne balayée étant opposée au sens des lignes de force dans la partie du champ située entre le centre et l'autre bout de ladite ligne balayée.Sous 11 effet du champ produit par l'électro- aimant déflecteur, les trajectoires des électrons qui sont le plus éloignées du centre de la ligne balayée sont déviées d'un angle plus important que les tla 3ectoires des électrons passant plus près du centre de la ligne balayée par ailleurs, les trajectoires se situant de part et d'autre du centre de la ligne balayée sont déviées dans des sens différents, ce qui a pour conséquence que, en aval de l'électro-aimant déflecteur, les trajectoires de tous les électrons sont parallèles l'une à l'autre et perpendiculaires au plan de la fenêtre de sortie. Said deflector electromagnet produces a magnetic field whose intensity increases in the direction going from the center towards the ends of the swept line, the direction of the lines of force of this field in its part extending from the center to one of the ends of the swept line being opposite to the direction of the lines of force in the part of the field located between the center and the other end of said swept line. Under the effect of the field produced by the deflecting electromagnet, the trajectories of the electrons which are furthest from the center of the scanned line are deviated by a greater angle than the tectons of the electrons passing closer to the center of the scanned line elsewhere, the trajectories being on either side of the center of the scanned line are deflected in different directions, which has the consequence that, downstream of the deflecting electromagnet, the trajectories of all the electrons are parallel to each other and perpendicular to the plane of the window exit.
Le dispositif décrit dans ledit brevet E.U.A permet de pallier les inconvénients propres aux dispositifs classiques décrits précédemment et dans lesquels le balayage par le faisceau d'électrons est angulaire. Notamment, dans le dispositif en question, la correction des trajectoires divergentes du faisceau électronique à l'aide de l'élecgro-aimant déflecteur permet de rendrel'angle de balayage supérieur à +(25-30 ) tout en préservant l'homogénéité du champ d'irradiation, la hauteur de la chambre de balayage pouvant alors être réduite de 30-4096, en permettant ainsi de réduire la hauteur de l'ensemble de l'installation d'irradiation.Cependant, cette disposition ne permet pas encore de réduire les exigences en ce qui concerne le local de production, puisque la hauteur de l'installation d'irradiation demeure assez importante (de 4,5 à 5 mètres). Par ailleurs, la grande hauteur de l'installation a pour conséquence d'accrottre considérablement le poids des structures métalliques et du dispositif de protection biologique locale. The device described in said E.U.A patent overcomes the disadvantages of the conventional devices described above and in which the scanning by the electron beam is angular. In particular, in the device in question, the correction of the diverging trajectories of the electron beam using the deflector electromagnet makes it possible to make the scanning angle greater than + (25-30) while preserving the homogeneity of the field. irradiation, the height of the scanning chamber can then be reduced by 30-4096, thereby making it possible to reduce the height of the entire irradiation installation. However, this arrangement does not yet make it possible to reduce the requirements with regard to the production room, since the height of the irradiation facility remains fairly large (4.5 to 5 meters). Furthermore, the great height of the installation has the effect of considerably increasing the weight of the metal structures and of the local biological protection device.
La présente invention vise donc un dispositif pour l'irradiation d'objets par les électrons, dans laquelle la disposition relative de l'accélérateur d'électrons et de ltélectro-aimant déflecteur, ainsi que la configuration du champ de balayage, perme-ttraient de rendre la hauteur de la chambre à vide du système de balayage commensurable avec la dimension transversale de l'accélérateur et, par conséquent, de réduire la hauteur de l'installation d'irradiation, tout en assurant une répartition régulière de la densité électronique suivant la longueur de la fenêtre de sortie. The present invention therefore relates to a device for irradiating objects with electrons, in which the relative arrangement of the electron accelerator and of the deflecting electromagnet, as well as the configuration of the scanning field, allow make the height of the vacuum chamber of the scanning system commensurable with the transverse dimension of the accelerator and, consequently, reduce the height of the irradiation installation, while ensuring a regular distribution of the electronic density according to the length of the output window.
Le problème ainsi posé est résolu grace au fait que le dispositif pour l'irradiation d'objets par les électrons, du type comportant un accélérateur d'électrons, un électroaimant de balayage alimenté à partir d'un générateur de courant de balayage et un électro-aimant déflecteur pourvu d'un circuit magnétique en forme de cadre, ce dernier électro-aimant étant placé en amont(suivant le sens de déplacement des électrons) de la fenêtre de sortie d'une chambre de balayage, et servant à diriger le faisceau électronique sur l'objet à irradier sous un angle voisin d'un angle droit, est caractérisé, suivant l'invention, en ce que ledit accélérateur d'électrons est disposé de telle sorte que son axe soit parallèle au plan du cadre du circuit magnétique de l'électro-aimant déflecteur, ledit électroaimant de balayage comprenant un enroulement d'aimantation supplémentaire alimenté en courant continu et destiné à diriger le faisceau électronique vers l'ouverture de l'électro-aimant déflecteur, et ledit générateur de courant de balayage étant équipé d'un circuit correcteur assurant une réduction de la vitesse de variation du courant circulant dans l'enroulement de balayage de l'électro- aimant de balayage au fur et à mesure du déplacement du faisceau électronique vers le bord de l'électro-aimant déflecteur qui est plus éloigné de l'accélérateur d'électrons, et un accroissement de ladite vitesse de variation du courant dans l'enroulement de balayage de l'électro-aimant de balayage lors du déplacement du faisceau électronique en sens inverse. The problem thus posed is solved by the fact that the device for irradiating objects with electrons, of the type comprising an electron accelerator, a scanning electromagnet supplied from a scanning current generator and an electro deflector magnet provided with a magnetic circuit in the form of a frame, the latter electromagnet being placed upstream (in the direction of movement of the electrons) of the exit window of a scanning chamber, and serving to direct the beam electronics on the object to be irradiated at an angle close to a right angle, is characterized, according to the invention, in that said electron accelerator is arranged so that its axis is parallel to the plane of the frame of the magnetic circuit of the deflector electromagnet, said scanning electromagnet comprising an additional magnet winding supplied with direct current and intended to direct the electron beam towards the opening of the deflector electromagnet, and l edit scanning current generator being equipped with a correcting circuit ensuring a reduction in the speed of variation of the current flowing in the scanning winding of the scanning electromagnet as the electron beam moves towards the edge of the deflecting electromagnet which is further from the electron accelerator, and an increase in said speed of variation of the current in the scanning winding of the scanning electromagnet when the electron beam is displaced reverse.
Le fait que l'accélérateur d'électrons soit disposé parallèlement au plan de l'électro-aimant déflecteur et de la fenêtre de sortie de la chambre de balayage permet de réduire à un minimum la dimension verticale de cette dernière et de diminuer par conséquent la hauteur de l'installation d'irradiation, de simplifier son utilisation et de réduire le poids du dispositif de protection biologique locale, qui peut alors être inclus dans la structure de l'installation d'irradiation en tant qu'élément porteur. The fact that the electron accelerator is arranged parallel to the plane of the deflecting electromagnet and of the exit window of the scanning chamber makes it possible to minimize the vertical dimension of the latter and consequently to decrease the height of the irradiation facility, to simplify its use and to reduce the weight of the local biological protection device, which can then be included in the structure of the irradiation installation as a carrying element.
Le circuit correcteur introduit dans le générateur de courant de balayage assure l'obtention d'un champ de balayage dont la forme est telle que le faisceau électronique se déplace sur l'objet irradié à une vitesse pratiquement constante, c'est-à-dire qu'on obtient une irradiation uniforme de l'objet suivant toute sa largeur. The correcting circuit introduced into the scanning current generator ensures that a scanning field is obtained whose shape is such that the electron beam moves over the irradiated object at a practically constant speed, i.e. that a uniform irradiation of the object is obtained over its entire width.
Selon une variante de réalisation de l'invention, ledit générateur de courant de balayage comprend un oscillateur pilote fournissant des impulsions rectangulaires et un commutateur commandé par les impulsions dudit oscillateur pilote, tandis que ledit circuit correcteur comprend, connectées en série, une résistance de valeur variable et une diode, qui sont branchées en parallèle sur l'enroulement de balayage de l'électro-aimant de balayage. According to an alternative embodiment of the invention, said sweep current generator comprises a pilot oscillator supplying rectangular pulses and a switch controlled by the pulses of said pilot oscillator, while said correcting circuit comprises, connected in series, a value resistor variable and a diode, which are connected in parallel to the scanning winding of the scanning electromagnet.
Suivant une autre variante d'exécution de l'invention, ledit générateur de courant de balayage comprend un oscillateur pilote fournissant une tension sinusoIdale et un pont à diodes associé à une résistance ballast, branché sur la sortie dudit oscillateur pilote et servant à transformer la tension sinusoldale en impulsions de courant unipolaires, ledit circuit correcteur comportant deux éléments inductifs non-linéaires dont l'un est connecté en parallèle et l'autre en série avec ledit enroulement de balayage. According to another alternative embodiment of the invention, said sweeping current generator comprises a pilot oscillator supplying a sinusoidal voltage and a diode bridge associated with a ballast resistor, connected to the output of said pilot oscillator and serving to transform the voltage sinusoldale in unipolar current pulses, said correcting circuit comprising two non-linear inductive elements, one of which is connected in parallel and the other in series with said scanning winding.
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 donnes uniquement à titre d'exemples non limitatifs, avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels
- la figure 1 représente un dispositif pour l'irradiation d'objets par les électrons, réalisé conformément à la présente invention (vue de côté, en coupe suivant le plan médian de la chambre à vide servant de chambre de balayage);;
- la figure 2 illustre l'une des variantes de réalisation du générateur de courant de balayage et du circuit correcteur faisant partie du dispositif montré sur la figure 1
- la figure 3 montre une autre variante de réalisation desdits générateur de courant de balayage et circuit correcteur équipant le dispositif de la figure 1
- les figures 4a à 4c sont des diagrammes temporels illustrant le fonctionnement du circuit montré sur la figure 2 ; et
- les figures 5a à 5c sont des diagrammes temporels illustrant le fonctionnement du circuit de la figure 3.The invention will be better understood and other objects, details and advantages thereof will appear better in the light of the explanatory description which will follow of different embodiments given solely by way of nonlimiting examples, with references to the drawings. nonlimiting annexed in which
- Figure 1 shows a device for irradiating objects with electrons, made in accordance with the present invention (side view, in section along the median plane of the vacuum chamber serving as a scanning chamber);
- Figure 2 illustrates one of the alternative embodiments of the scanning current generator and the correcting circuit forming part of the device shown in Figure 1
- Figure 3 shows another alternative embodiment of said scanning current generator and correcting circuit fitted to the device of Figure 1
- Figures 4a to 4c are time diagrams illustrating the operation of the circuit shown in Figure 2; and
- Figures 5a to 5c are time diagrams illustrating the operation of the circuit of Figure 3.
Le dispositif proposé pour l'irradiation d'objets par les électrons comprend un accélérateur d'électrons 1 (figure 1) relié par l'intermédiaire d'une tubulure 2 à une chambre de balayage 3 qui est une chambre à vide, cette dernière possédant une fenêtre de sortie 4 en feuille métallique mince, à travers laquelle les électrons sont évacués de l'espace sous vide à l'atmosphère en vue d'irradier l'objet 5 à traiter. Immédiatement avant la fenêtre de sortie 4 de la chambre à vide 3, est monté un électro-aimant déflecteur 6 à circuit magnétique en forme de cadre entourant ladite chambre à vide 3, le plan dudit cadre étant parallèle à celui de la fenêtre de sortie 4. L'électro-aimant déflecteur 6 est destiné à produire un champ magnétique constant dans le temps, homogène suivant sa largeur, dirigeant les électrons sur l'objet à irradier 5 sous un angle voisin d' un angle droit.En vue de simplifier le dessin, on n'a pas représenté sur la figure 1 l'enroulement de ltélectro-aimant déflecteur 6, ni la source de courant continu alimentant cet enroulement. The device proposed for irradiating objects with electrons comprises an electron accelerator 1 (FIG. 1) connected via a tube 2 to a scanning chamber 3 which is a vacuum chamber, the latter having an outlet window 4 made of thin metal foil, through which the electrons are evacuated from the vacuum space to the atmosphere in order to irradiate the object 5 to be treated. Immediately before the outlet window 4 of the vacuum chamber 3, is mounted a deflector electromagnet 6 with a magnetic circuit in the form of a frame surrounding said vacuum chamber 3, the plane of said frame being parallel to that of the outlet window 4 The deflector electromagnet 6 is intended to produce a magnetic field constant over time, homogeneous along its width, directing the electrons on the object to be irradiated 5 at an angle close to a right angle. In drawing, FIG. 1 does not show the winding of the deflector electromagnet 6, nor the source of direct current supplying this winding.
L'accélérateur d'électrons 1 est placé de sorte que son axe soit parallèle au plan du cadre du circuit magnétique de ltélectro-aimant déflecteur 6 et au plan de la fenêtre de sortie 4. The electron accelerator 1 is placed so that its axis is parallel to the plane of the frame of the magnetic circuit of the deflector electromagnet 6 and to the plane of the outlet window 4.
La tubulure 2 porte un électro-aimant de balayage 7 à circuit magnétique en forme de C, qui possède deux enroulements ; un enroulement de balayage 8 relié à un générateur 9 de courant de balayage, et un enroulement d'alimentation supplémentaire 10 branché sur une source Il de courant continu. Au générateur 9 de courant de balayage est également connecté un circuit correcteur 12 assurant une réduction de la vitesse de variation du courant de balayage au fur et à mesure du déplacement du faisceau électronique en direction de celui des bords de l'électroaimant déflecteur 6 qui est le plus éloigné de l'accélérateur 7 et vide versa, comme on le verra plus loin au cours de la description du fonctionnement du dispositif. The tubing 2 carries a scanning electromagnet 7 with a C-shaped magnetic circuit, which has two windings; a sweep winding 8 connected to a sweep current generator 9, and an additional supply winding 10 connected to a direct current source II. To the sweep current generator 9 is also connected a corrector circuit 12 ensuring a reduction in the speed of variation of the sweep current as the electron beam moves towards that of the edges of the deflector electromagnet 6 which is the farthest from the accelerator 7 and vice versa, as will be seen later in the description of the operation of the device.
La figure 2 représente l'une des variantes de réalisation du générateur 9 de courant de balayage et du circuit correcteur 12 selon l'invention. Le générateur 9 de courant de balayage votporte un oscillateur pilote 13 délivrant des impulsions rectangulaires, la sortie de ce dernier étant reliée à un commutateur 14 constitué par un transistor. FIG. 2 represents one of the variant embodiments of the sweep current generator 9 and of the corrector circuit 12 according to the invention. The sweep current generator 9 has a pilot oscillator 13 delivering rectangular pulses, the output of the latter being connected to a switch 14 constituted by a transistor.
L'enroulement de balayage 8 de l'électro-aimant de balayage 7 (figure 1) est inséré dans le circuit de collecteur du transistor. Le circuit correcteur 12 est constitué par une diode 15 (figure 2) et une résistance variable 16 connectées entre elles en série et branchées en parallèle sur l'enroulement de balayage 8.The scanning winding 8 of the scanning electromagnet 7 (Figure 1) is inserted into the collector circuit of the transistor. The correcting circuit 12 is constituted by a diode 15 (FIG. 2) and a variable resistor 16 connected together in series and connected in parallel to the scanning winding 8.
L'enroulement d'aimantation supplémentaire 10 de l'électro-aimant de balayage 7 (figure 1) est connecté, dans cette variante d'exécution de l'invention, en concordance avec l'enroulement de balayage 8. On a inséré dans le circuit de l'enroulement d'aimantation supplémentaire 10 une résistance ballast 17 (figure 2) afin de pouvoir faire varier le niveau d'aimantation supplémentaire. The additional magnetization winding 10 of the scanning electromagnet 7 (FIG. 1) is connected, in this alternative embodiment of the invention, in accordance with the scanning winding 8. We have inserted into the circuit of the additional magnetization winding 10 a ballast resistor 17 (FIG. 2) in order to be able to vary the level of additional magnetization.
En qualité de source Il (figure 1) d'alimentation de l'enroulement d'aimantation supplémentaire 10 est utilisée la source d'alimentation du commutateur à transistor 14 (figure 2) connectée à -celui-ci par l'intermédiaire de l'une (18) de ses bornes.As power source II (FIG. 1) for supplying the additional magnetization winding 10, the power source for the transistor switch 14 (FIG. 2) connected to it is used. one (18) of its terminals.
Suivant une autre variante de réalisation de l'invention, représentée sur la figure 3, le générateur 9 de courant de balayage comprend un oscillateur pilote 19 fournissant une tension sinusoldale, la sortie de cet oscillateur étant reliée à la diagonale d'un pont à diodes 20. According to another alternative embodiment of the invention, shown in FIG. 3, the sweep current generator 9 comprises a pilot oscillator 19 supplying a sinusoidal voltage, the output of this oscillator being connected to the diagonal of a diode bridge 20.
Dans l'autre diagonale de ce pont à diodes 20 sont insérés, en série avec une résistance ballast 21, l'enroulement de balayage 8 de l'électro-aimant de balayage 7 (figure 1) et le circuit correcteur 12 (figure 3) qui est composé de deux éléments inductifs non-linéaires 22 et 23, par exemple de deux selfs saturables, l'élément inductif 22 étant branché en parallèle sur l'enroulement de balayage 8, et l'élément inductif 23, en série avec ce dernier.Dans cette même diagonale du pont à diodes 20 est inséré par l'intermédiaire d'une résistance ballast réglable 24 et d'un filtre capacitif 25, l'enroulement d'aimantation supplémentaire 10 de l'électro-aimant de balayage 7 (figure 1), mais ici, à la différence de la variante de réalisation de l'invention représentée sur la figure 2, l'enroulement d'aimantation supplémentaire 10 est branché en opposition à l'enroulement de balayage 8.In the other diagonal of this diode bridge 20 are inserted, in series with a ballast resistor 21, the scanning winding 8 of the scanning electromagnet 7 (Figure 1) and the corrector circuit 12 (Figure 3) which is composed of two non-linear inductive elements 22 and 23, for example two saturable inductors, the inductive element 22 being connected in parallel to the scanning winding 8, and the inductive element 23, in series with the latter .In this same diagonal of the diode bridge 20 is inserted via an adjustable ballast resistor 24 and a capacitive filter 25, the additional magnetization winding 10 of the scanning electromagnet 7 (figure 1), but here, unlike the variant embodiment of the invention shown in FIG. 2, the additional magnetization winding 10 is connected in opposition to the scanning winding 8.
Bien que l'alimentation de l'enroulement d'aimantation supplémentaire 10 de l'électro-aimant de balayage 7 soit effectuée, dans la variante de réalisation représentée sur la figure 2, à partir de la source d'alimentation du commutateur à transistor 14, et dans la variante de realisa- tion montrée sur la figure 3, en tension fournie par l'oscillateur pilote 19 est redressée à l'aide du pont à diodes 20 et du filtre 25, il est évident que, dans le cas général, on peut utiliser pour alimenter cet enroulement une source indépendante de courantcontinu. Although the supply of the additional magnetization winding 10 of the scanning electromagnet 7 is carried out, in the embodiment shown in FIG. 2, from the power source of the transistor switch 14 , and in the alternative embodiment shown in FIG. 3, in voltage supplied by the pilot oscillator 19 is rectified using the diode bridge 20 and the filter 25, it is obvious that, in the general case, an independent source of direct current can be used to supply this winding.
Le dispositif qui vient d'être décrit fonctionne de la manière suivante. The device which has just been described operates in the following manner.
Le faisceau électronique de faible section transversale, formé dans l'accélérateur 1 (figure 1),passe entre les pâles de l'électro-aimant de balayage 7, où agit un champ d'aimantation continu d'intensité Ho créé par le courant parcourant l'enroulement d'aimantation supplémentaire 10. Ce champ dévie le faisceau électronique par rapport à l'axe de l'accélérateur 1 dans le plan vertical, en dirigeant ce faisceau vers l'ouverture de l'électro-aimant déflecteur 6 de sorte que le faisceau tombe sur l'une des régions extrêmes de l'ouverture de l'électro-aimant 6 ; autrement dit, le faisceau est dévié par rapport à l'axe de l'accélérateur 1 d'un angle t0 ou
Ainsi se trouve fixé le point initial du faisceau électronique, par rapport auquel s'effectue le balayage sous un angle At sous l'action du champ magnétique alternatif produit lors du passage du courant du générateur de balayage 9 dans l'enroulement de balayage 8.The electron beam of small cross section, formed in the accelerator 1 (FIG. 1), passes between the blades of the scanning electromagnet 7, where a continuous magnetization field of intensity Ho created by the traveling current acts. the additional magnetization winding 10. This field deflects the electron beam with respect to the axis of the accelerator 1 in the vertical plane, by directing this beam towards the opening of the deflector electromagnet 6 so that the beam falls on one of the extreme regions of the opening of the electromagnet 6; in other words, the beam is deflected with respect to the axis of the accelerator 1 by an angle t0 or
Thus is fixed the initial point of the electron beam, with respect to which the scanning takes place at an angle At under the action of the alternating magnetic field produced during the passage of the current from the scanning generator 9 in the scanning winding 8.
Le champ magnétique continu homogène produit dans l'ouverture de l'électro-aimant déflecteur 6 dévie le faisceau électronique vers l'objet à irradier 5, en dirigeant la traJectoire centrale des électrons vers ltobjet à irradier 5 sous un angle de 900.Pour un angle initial 0 de déviation du faisceau, obtenu gracie à l'aimantation continue de l'électro-aimant de balayage 7, égal à 10-15 , et un angle de balayage Af égal à 810o, le faisceau électronique acquiert, après son passage à travers 11 électro-aimant déflecteur 6, des caractéristiques qui rendent le dispositif apte à l'utilisation dans les installations d'irradiation ; en particulier, l'angle d'inclinaison de la trajectoire des électrons sur l'objet 5 se situe dans les limites de # ##/2 ; en d'autres termes, il ne dépasse pas 4-50, de sorte que la profondeur de pénétration des électrons dans l1objet 5 ne varie que d'une façon insignifiante. The homogeneous continuous magnetic field produced in the opening of the deflector electromagnet 6 deflects the electron beam towards the object to be irradiated 5, by directing the central trajectory of the electrons towards the object to be irradiated 5 at an angle of 900. initial beam deflection angle 0, obtained thanks to the continuous magnetization of the scanning electromagnet 7, equal to 10-15, and a scanning angle Af equal to 810o, the electron beam acquires, after passing through through 11 deflector electromagnet 6, characteristics which make the device suitable for use in irradiation installations; in particular, the angle of inclination of the trajectory of the electrons on the object 5 is within the limits of # ## / 2; in other words, it does not exceed 4-50, so that the depth of penetration of the electrons into object 5 varies only insignificantly.
En réalisant le générateur 9 de courant de balayage et le circuit correcteur 12 conformément au schéma de la figure 2, le champ Ho d'aimantation continue dévie le faisceau électronique par rapport à l'axe de l'accélérateur 1 (figure 1) d'un angle yO, , si bien que le point initial du balayage se situe à celui des bords de l'ouverture de ltélectro-aimant déflecteur 6 qui est le plus éloigné dudit accélérateur. L'oscillateur pilote 13 (figure 2) fournit des impulsions courtes de forme rectangulaire, que l'on voit sur le diagramme de la figure 4a.Ces impulsions débloquent le commutateur à transistor 14 (figure 2), de sorte que l'enroulement de balayage 8 est parcouru par un courant, ce qui a pour effet de déplacer rapidement le faisceau électronique en direction de celui des bords de l'ouverture de l'électro-aimant déflecteur 6 qui est le plus proche de l'accélérateur 1, c'est-à-dire en direction dubord gauche de l'ouverture selon la figure 1.Ce déplacement rapide du faisceau constitue le retour du balayage et correspond à la portion ascendante des impulsions de courant de balayage représentées sur le diagramme de la figure 4b. tJne fois que le commutateur à transistor 14 (figure 2) est bloqué, le courant de balayage décroît à une vitesse qui va en diminuant, cette vitesse étant déterminée par les paramètres de ltenroulement de balayage 8 et de la résistance 16. Durant cette décroissance s'opère l'excur- sion directe du balayage, autrement dit un déplacement relativement lent du faisceau électronique de gauche à droite, vers le point initial de balayage.Comme l'enroulement de balayage 8 et l'enroulement d'aimantation supplémentaire 10 sont connectés en concordance, les champs alternatif et continu créés dans l'entrefer de l'électro-aimant de balayage 7 (figure 1), s'additionnent. La variation de l'intensité H du champ magnétique résultant dans l'entrefer de l'électro-aimant de balayage 7 est illustrée sur la figure 4c. La correction de la forme d'onde du courant de balayage et, donc, la correction du champ de balayage sont assurées par un choix approprié de la valeur de la résistance 16, qui détermine la vitesse de diminution du courant accumulé dans l'enroulement de balayage 8 (figure 2). By producing the sweep current generator 9 and the correcting circuit 12 in accordance with the diagram in FIG. 2, the field Ho of continuous magnetization deflects the electron beam relative to the axis of the accelerator 1 (FIG. 1) from an angle y0, so that the initial point of the scan is located at that of the edges of the opening of the deflector electromagnet 6 which is the farthest from said accelerator. The pilot oscillator 13 (FIG. 2) supplies short pulses of rectangular shape, which can be seen in the diagram of FIG. 4a. These pulses unblock the transistor switch 14 (FIG. 2), so that the winding of scanning 8 is traversed by a current, which has the effect of rapidly moving the electron beam in the direction of that of the edges of the opening of the deflector electromagnet 6 which is closest to the accelerator 1, it that is to say in the direction of the left edge of the opening according to FIG. 1. This rapid movement of the beam constitutes the return of the scanning and corresponds to the ascending portion of the scanning current pulses shown in the diagram of FIG. 4b. Once the transistor switch 14 (FIG. 2) is off, the scanning current decreases at a decreasing speed, this speed being determined by the parameters of the scanning winding 8 and of the resistance 16. During this decrease s operates the direct scanning excursion, in other words a relatively slow displacement of the electron beam from left to right, towards the initial scanning point. As the scanning winding 8 and the additional magnetization winding 10 are connected in concordance, the alternating and continuous fields created in the air gap of the scanning electromagnet 7 (FIG. 1), add up. The variation in the intensity H of the magnetic field resulting in the air gap of the scanning electromagnet 7 is illustrated in FIG. 4c. The correction of the waveform of the scanning current and, therefore, the correction of the scanning field are ensured by an appropriate choice of the value of the resistor 16, which determines the speed of decrease of the current accumulated in the winding of scan 8 (Figure 2).
En cas d'utilisation, dans le dispositif proposé, d'un générateur 9 de courant de balayage et d1un circuit correcteur 12 tels ceux montrés sur la figure 3, l'intensité
Ho du champ d'aimantation continu est établie par réglage de la résistance ballast 24 à une valeur telle que le faisceau électronique dévie,par rapport à l'axe de l'accélérateur 1 (figure 1),du angle g0' ' et que le point initial de balayage se situe à celui des bords de l'ouverture de l'électro-aimant déflecteur 6 qui est le plus proche de l'accélérateur 1.La tension sinusoidale de l'oscillateur pilote 19 (figure 3) illustrée sur la figure 5a est convertie au moyen du pont à diodes 20 (figure 3) en impulsions de courant unipolaires qui sont appliquées, via la résistance ballast 21, à leenroulement de balayage 8 de 1'électro-aimant de balayage 7. Dans ces conditions, les éléments inductifs non-linéaires 22 et 23 assurent la correction de la forme de ces impulsions, de sorte que les impulsions de courant circulant dans l'enrou- lement de balayage 8 assument la forme de la sinusolde redressée aplatie, représentée sur la figure 5b.Etant donne que, dans la variante de réalisation de l'invention illustrée sur la figure 3, l'enroulement de balayage 8 et l'enroulement d'aimantation supplémentaire 10 de l'électro- aimant de balayage sont connectés, comme déjà indiqué, en opposition, les champs magnétiques produits par ces enroulements se soustraient, le champ magnétique résultant dans l'entrefer de l'électro-aimant de balayage 7 (figure 1) correspondant alors au diagramme de la figure 5c.When using, in the proposed device, a generator 9 of scanning current and a correction circuit 12 such as those shown in FIG. 3, the intensity
Ho of the continuous magnetization field is established by adjusting the ballast resistance 24 to a value such that the electron beam deviates, relative to the axis of the accelerator 1 (figure 1), from the angle g0 '' and that the initial scanning point is located at that of the edges of the opening of the deflector electromagnet 6 which is closest to the accelerator 1. The sinusoidal voltage of the pilot oscillator 19 (figure 3) illustrated in the figure 5a is converted by means of the diode bridge 20 (FIG. 3) into unipolar current pulses which are applied, via the ballast resistor 21, to the scanning winding 8 of the scanning electromagnet 7. Under these conditions, the elements non-linear inductives 22 and 23 provide the correction of the shape of these pulses, so that the current pulses flowing in the scanning winding 8 assume the shape of the flattened sine wave, shown in FIG. 5b. gives that, in the variant embodiment of the invention ntion illustrated in FIG. 3, the scanning winding 8 and the additional magnetization winding 10 of the scanning electromagnet are connected, as already indicated, in opposition, the magnetic fields produced by these windings subtract, the magnetic field resulting in the air gap of the scanning electromagnet 7 (FIG. 1) then corresponding to the diagram in FIG. 5c.
Pendant l'accroissement,à une vitesse allant en diminuant, du courant de balayage (figure 5b), le faisceau électronique se déplace du point initial de balayage vers celui des bords de l'ouverture de l1électro-aimant déflecteur 6 qui est le plus éloigné de l'accélérateur 1 (figure 1), alors que pendant la diminution de ce courant de balayage, qui s'opère, elle, à une vitesse qui va en augmentant, le faisceau électronique se déplace en sens inverse pour revenir au point initial de balayage. Dans ces conditions, les portions descendantes et ascendantes des impulsions de courant de balayage sont mutuellement symétriques par rapport au point d'inflexion de la courbe de courant illustrée sur la figure 5b.Ainsi, dans cette variante de réalisation, les deux excursions de balayage sont directes (aller du balayage ), contrairement à la variante précédente. During the increase, at a decreasing speed, of the scanning current (Figure 5b), the electron beam moves from the initial scanning point to that of the edges of the opening of the deflector electromagnet 6 which is the farthest of the accelerator 1 (FIG. 1), while during the reduction of this scanning current, which takes place, at an increasing speed, the electron beam moves in the opposite direction to return to the initial point of scanning. Under these conditions, the descending and ascending portions of the scanning current pulses are mutually symmetrical with respect to the point of inflection of the current curve illustrated in FIG. 5b. Thus, in this variant embodiment, the two scanning excursions are direct (go from scanning), unlike the previous variant.
La nécessité de corriger le courant de balaoyage est dictée par les considérations suivantes. The need to correct the sweep current is dictated by the following considerations.
Comme on le voit sur la figure 1, la trajectoire centrale du faisceau électronique, représentée en traits mixtes, se trouve décalée, après son passage à travers le champ de l'électro-aimant déflecteur 6, par rapport au centre de ce dernier, ainsi qu'au centre de la fenêtre de sortie 4, ce qui conduit, en cas de variation linéaire du courant de balayage , à une réduction de la densité du flux électronique au fur et à mesure que le faisceau s'éloigne de l'accélérateur 1 et de l'électro-aimant de balayage 7, et, partant, à une irradiation non uniforme de l'objet 5 suivant sa largeur. Pour obtenir une répartition régulière du flux électronique le long de la ligne de balayage , la vitesse de déplacement du faisceau dans l'ouverture de 11 électro-aimant déflecteur 6 doit Stre constante. il est évident que, pour satisfaire cette condi tion, il faut, que pendant le déplacement du faisceau électronique depuis le bord de 11 électro-aimant 6 qui est plus proche de l'accélérateur 1 vers son bord éloigné de celui-ci, la vitesse de variation du courant circulant dans 1'enroulement de balayage 8 de leélectro-aimant de balayage 7 aille en diminuant, et vice versa. il est possible de démontrer que l'allure voulue de la variation de l'intensité H du champ de balayage dans le temps, allure qui assure le déplacement du faisceau électronique dans l'ouverture de l'électro-aimant déflecteur 6 à une vitesse constante, est exprimée par la relation
ou W est l'énergie du faisceau électronique,
Eo est la masse au repos de l'électron, égale à 0,511 MeV,
b est la dimension des piles de l'électro-aimant de
balayage 7 mesurée le long du faisceau,
h est la distance entre le centre de ltélectro-aimant
de balayage 7 et le plan du cadre du circuit magnétique
de l'électro-aimant déflecteur 6,
V est la vitesse de déplacement du faisceau dans l'ouver-
ture de l'électro-aimant 6, qui correspond à la vitesse
prescrite de déplacement du faisceau sur l'objet à
traiter,
t est le temps.As can be seen in FIG. 1, the central trajectory of the electron beam, shown in phantom, is offset after its passage through the field of the deflector electromagnet 6, relative to the center of the latter, thus than in the center of the output window 4, which leads, in the event of a linear variation in the scanning current, to a reduction in the density of the electronic flux as the beam moves away from the accelerator 1 and of the scanning electromagnet 7, and, consequently, of a non-uniform irradiation of the object 5 along its width. To obtain a regular distribution of the electronic flux along the scanning line, the speed of movement of the beam in the opening of the deflector electromagnet 6 must be constant. it is obvious that, to satisfy this condition, it is necessary that, during the movement of the electron beam from the edge of the electromagnet 6 which is closer to the accelerator 1 towards its edge distant from the latter, the speed variation in the current flowing in the scanning winding 8 of the scanning electromagnet 7 decreases, and vice versa. it is possible to demonstrate that the desired shape of the variation of the intensity H of the scanning field over time, a shape which ensures the displacement of the electron beam in the opening of the deflector electromagnet 6 at a constant speed , is expressed by the relation
where W is the energy of the electron beam,
Eo is the mass at rest of the electron, equal to 0.511 MeV,
b is the size of the batteries of the electromagnet
scan 7 measured along the beam,
h is the distance from the center of the electromagnet
7 and the plane of the magnetic circuit frame
of the deflector electromagnet 6,
V is the speed of movement of the beam in the aperture
ture of the electromagnet 6, which corresponds to the speed
prescribed beam displacement on the object to
treat,
t is time.
Pour un angle initial t0 de déviation du faisceau électronique par rapport à l'axe de l'accélérateur 1 égal à 10-15 , et un angle de balayage sst égal à 8-10 , la loi de variation de l'intensité du champ de balayage, déterminée par la relation ci-dessus, peut être réalisée, avec une approximation acceptable dans la pratique, à l'aide des circuits correcteurs représentés aux figures 2 et 3, sous réserve d'un choix convenable des paramètres des composants constituant lesdits circuits correcteurs. For an initial angle t0 of deflection of the electron beam with respect to the axis of the accelerator 1 equal to 10-15, and a scanning angle sst equal to 8-10, the law of variation of the intensity of the field of scanning, determined by the above relation, can be carried out, with an approximation acceptable in practice, using the correcting circuits represented in FIGS. 2 and 3, subject to an appropriate choice of the parameters of the components constituting said circuits correctors.
La présente invention peut être appliquée dans la technique du traitement radiochimique pour mettre au point des installations utilisables dans un certain nombre de procédés technologiques : irradiation de pellicules polymères, durcissement d'enduits laqueux,modification des matières textiles, y compris la modification locale visant à conférer aux tissus des effets de relief ou colorés stables. The present invention can be applied in the technique of radiochemical treatment to develop installations which can be used in a number of technological processes: irradiation of polymer films, hardening of lacquer coatings, modification of textile materials, including local modification aimed at give the fabrics stable relief or colored effects.
L'invention permet de construire une installation d'irradiation à chambre de balayage d'une hauteur minimale (de lsordre de 0,7 m), ce qui assure
- la possibilité de réaliser une modification locale en plaçant la chambre de balayage dans un calibre à tambour;
- la possibilite de créer un dispositif de protection biologique locale qui soit d'un faible encombrement ; et
- les meilleurs paramètres de l'installation en ce qui concerne son poids et son encombrement, tout en maintenant sa hauteur au niveau minimal.The invention makes it possible to construct an irradiation installation with a scanning chamber of a minimum height (of the order of 0.7 m), which ensures
- the possibility of carrying out a local modification by placing the scanning chamber in a drum caliber;
- the possibility of creating a local biological protection device which is compact; and
- the best parameters of the installation with regard to its weight and size, while keeping its height at the minimum level.
Le dispositif faisant l'objet de l'invention diffère de façon avantageuse des dispositifs antérieurs de destination analogue par la combinaison de propriétés telles que la simplicité de constrution et la faible hauteur (1,5 à 1,8 mètre), ce qui permet d'exploiter une telle installation sans prendre des mesures spéciales dans les locaux de production où l'on conduit des procédés technologiques de nature non radiative. Le dispositif de l'invention est capable d'irradier des objets de pratiquement n'importe quelle largeur avec un taux élevé d'homogénité de la dose d'irradiation. The device which is the subject of the invention advantageously differs from previous devices of similar destination by the combination of properties such as the simplicity of construction and the low height (1.5 to 1.8 meters), which allows '' operate such an installation without taking special measures in production premises where technological processes of a non-radiative nature are carried out. The device of the invention is capable of irradiating objects of practically any width with a high rate of homogeneity of the irradiation dose.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8114197A FR2510340A1 (en) | 1981-07-21 | 1981-07-21 | Electron beam irradiation unit - has accelerator with scanning and deflection electromagnets arranged to reduce size and weight |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8114197A FR2510340A1 (en) | 1981-07-21 | 1981-07-21 | Electron beam irradiation unit - has accelerator with scanning and deflection electromagnets arranged to reduce size and weight |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2510340A1 true FR2510340A1 (en) | 1983-01-28 |
| FR2510340B1 FR2510340B1 (en) | 1984-05-25 |
Family
ID=9260729
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR8114197A Granted FR2510340A1 (en) | 1981-07-21 | 1981-07-21 | Electron beam irradiation unit - has accelerator with scanning and deflection electromagnets arranged to reduce size and weight |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2510340A1 (en) |
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| CN113692101B (en) * | 2020-05-19 | 2023-06-16 | 四川智研科技有限公司 | Compact electron accelerator |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2510340B1 (en) | 1984-05-25 |
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