FR2587164A1

FR2587164A1 - Device for pregrouping and accelerating electrons

Info

Publication number: FR2587164A1
Application number: FR8513416A
Authority: FR
Inventors: Dominique Tronc
Original assignee: CGR MEV SA
Current assignee: CGR MEV SA
Priority date: 1985-09-10
Filing date: 1985-09-10
Publication date: 1987-03-13
Anticipated expiration: 2005-09-10
Also published as: FR2587164B1

Abstract

Device for pregrouping and accelerating electrons with the aid of an alternating electric field of the same direction as the path of the electrons. This device comprises two juxtaposed cavities 13, 14. The amplitude of the electric field in the entrance cavity is less than the amplitude of the electric field in the second cavity 14. These fields are such that the grouping and accelerating of the electrons are performed over the length of these two cavities 13, 14. Preferably, in the entrance resonant cavity 13, the amplitude of the field is less than a limit value such that, when this field has its maximum value and is directed such that it opposes the advance of the particles, the latter nevertheless cross the cavity.

Description

DISPOSITIF DE PREGROUPEMENT ET
D'ACCELERATIONS D'ELECTRONS
L'invention est relative à un dispositif de prégroupement et d'accélération d'électrons à l'aide d'un champ électrique de même direction que le trajet des particules.PRE-GROUPING DEVICE AND
OF ELECTRON ACCELERATIONS
The invention relates to a device for pre-grouping and accelerating electrons using an electric field in the same direction as the path of the particles.

Un tel dispositif constitue le premier étage d'un accélérateur linéaire. Dans certains appareils de ce type, le champ électrique est fourni par un générateur hyperfréquences alimentant des cavités résonantes successives, disposées et conformées de façon telle que les champs alternatifs de deux cavités voisines soient déphasés de rr radians environ. En outre la longueur de chaque cavité est choisie pour que les particules traversent cette cavité en un temps qui est environ la moitié de la période du champ alternatif.De cette manière, les particules sont accélérées de façon successive par les cavités ; en effet quand, dans une cavité, le champ électrique a sa valeur maximale dans le sens accélérateur, au même moment dans la cavité immédiatement suivante le champ est opposé; mais après une demie période les électrons qui ont traversé la première cavité voient dans la cavité suivante un champ maximal dans le sens accélérateur. Il est également possible de prévoir un déphasage de valeur différente entre les champs de deux cavités successives, à condition d'adapter les longueurs aux déphasages entre cavités. Such a device constitutes the first stage of a linear accelerator. In certain devices of this type, the electric field is supplied by a microwave generator supplying successive resonant cavities, arranged and shaped so that the alternating fields of two neighboring cavities are phase shifted by approximately rr radians. In addition, the length of each cavity is chosen so that the particles pass through this cavity in a time which is approximately half the period of the alternating field. In this way, the particles are accelerated successively by the cavities; indeed when, in a cavity, the electric field has its maximum value in the accelerating direction, at the same time in the cavity immediately following the field is opposite; but after half a period the electrons which crossed the first cavity see in the following cavity a maximum field in the accelerating direction. It is also possible to provide a phase shift of different value between the fields of two successive cavities, provided that the lengths are adapted to the phase shifts between cavities.

Dans le brevet français n" 2 110 799 est décrit un dispositif de prégroupement et d'accélération d'électrons dans lequel le groupement des électrons s'effectue sur une faible longueur. Par contre l'accélération de ces électrons s'effectue sur une longueur relativement importante. Les électrons exerçant des forces répulsives les uns par rapport aux autres le faisceau a tendance à se défocaliser (c'est-à-dire à augmenter son extension transversalement à la propagation) tant que l'énergie qui lui est fournie n'est pas d'une grande valeur. On a donc intérêt, pour s'opposer à la défocalisation, à conférer une forte énergie sur une courte longueur. In the French patent n "2 110 799 is described a device of pre-grouping and acceleration of electrons in which the grouping of electrons is carried out on a short length. On the other hand the acceleration of these electrons is carried out on a length relatively important. The electrons exerting repulsive forces with respect to each other the beam tends to defocus (ie to increase its extension transverse to the propagation) as long as the energy which is supplied to it is not of great value. It is therefore advantageous, in order to oppose defocusing, to impart strong energy over a short length.

L'invention permet d'atteindre ces résultats. A cet effet le dispositif selon l'invention comprend au moins deux cavités résonantes à faible distance l'une de l'autre et de préférence accolées,
I'amplitude du champ électrique dans la cavité d'entrée étant inférieure à l'amplitude du champ électrique dans la seconde cavité et ces champs étant tels que le groupement et l'accélération des électrons sont effectués sur la longueur de ces deux cavités.The invention achieves these results. To this end, the device according to the invention comprises at least two resonant cavities at a short distance from each other and preferably placed side by side,
The amplitude of the electric field in the input cavity being less than the amplitude of the electric field in the second cavity and these fields being such that the grouping and acceleration of the electrons are carried out over the length of these two cavities.

Pour obtenir des résultats satisfaisants il est préférable que le rapport entre l'amplitude du champ électrique dans la seconde cavité et l'amplitude du champ électrique dans la cavité d'entrée soit au moins égal à 1,5 et au plus égal à 3. En outre le champ électrique dans la première cavité est de préférence au moins égal à 5 Mégavolts par mètre et dans la seconde cavité l'amplitude du champ électrique est supérieure ou égale à 10 Mégavolts par mètre. To obtain satisfactory results, it is preferable that the ratio between the amplitude of the electric field in the second cavity and the amplitude of the electric field in the input cavity is at least equal to 1.5 and at most equal to 3. Furthermore, the electric field in the first cavity is preferably at least equal to 5 megavolts per meter and in the second cavity the amplitude of the electric field is greater than or equal to 10 megavolts per meter.

Par ailleurs l'invention vise à augmenter le rendement de l'accélérateur. En effet dans la cavité d'entrée d'un tel accélérateur, pendant environ la moitié du temps, le champ électrique est décélérateur; ainsi seulement environ la moitié des particules sont accélérées. Autrement dit le rendement (rapport du nombre de particules accélérées au nombre de particules fournies à l'entrée) de l'accélérateur est de l'ordre de 50 %. Furthermore, the invention aims to increase the efficiency of the accelerator. In fact, in the input cavity of such an accelerator, for about half the time, the electric field is decelerating; thus only about half of the particles are accelerated. In other words, the efficiency (ratio of the number of accelerated particles to the number of particles supplied to the input) of the accelerator is around 50%.

Diverses dispositions ont été prévues pour augmenter le rendement d'un accélérateur. Outre le procédé connu de prégroupement séparé on citera, à titre d'exemple, les dispositions décrites dans ledit Brevet Français nO 2 110 799. Various arrangements have been made to increase the efficiency of an accelerator. In addition to the known separate pre-grouping process, the arrangements described in said French patent no. 2 110 799 will be cited by way of example.

Mais avec les techniques connues jusqu'à présent le rendement dépasse rarement 60% environ, le plus souvent cette augmentation s'effectue au détriment de la simplicité de la réalisation de l'accélérateur. But with the techniques known up to now, the yield rarely exceeds around 60%, most often this increase takes place at the expense of the simplicity of making the accelerator.

L'invention permet d'atteindre un rendement d'accélération des particules de 100% sans augmenter la complexité de l'appareil. The invention achieves a particle acceleration efficiency of 100% without increasing the complexity of the device.

Elle est caractérisée, selon son second aspect, en ce que l'amplitude du champ électrique dans la première cavité est limitée par rapport à l'énergie d'entrée des particules de façon telle que, même lorsque le champ a sa valeur maximale dans le sens décélé rateur, il ne peut s'opposer à ce que les particules traversent la cavité. It is characterized, according to its second aspect, in that the amplitude of the electric field in the first cavity is limited relative to the input energy of the particles so that, even when the field has its maximum value in the decelerating sense, it cannot prevent particles from passing through the cavity.

De préférence pour obtenir à la fois un rendement élevé et un groupement efficace et une accélération importante sur une courte longueur, on combine les deux aspects de l'invention, c'est-à-dire qu'à cette première cavité est accolée au moins une seconde cavité accélératrice dans laquelle l'amplitude du champ est nettement supérieure à celle du champ dans la première cavité. Cette seconde cavité confère une énergie importante aux électrons, ce qui contribue à maintenir le groupement des électrons s'effectuant dans la première partie de cette seconde cavité mais résultant surtout de l'effet de la première cavité. Preferably, to obtain both a high efficiency and an efficient grouping and a significant acceleration over a short length, the two aspects of the invention are combined, that is to say that at least this first cavity is joined a second accelerating cavity in which the amplitude of the field is significantly greater than that of the field in the first cavity. This second cavity gives significant energy to the electrons, which contributes to maintaining the grouping of the electrons taking place in the first part of this second cavity but mainly resulting from the effect of the first cavity.

Cette réalisation permet donc, sur une courte longueur - qui est celle sur laquelle s'étend l'ensemble formé par la première cavité et le début de la seconde cavité - de capturer tous les électrons ou une grande partie d'entre eux, et de les grouper et les accélérer fortement. This embodiment therefore makes it possible, over a short length - which is that over which the assembly formed by the first cavity and the start of the second cavity extends - to capture all the electrons or a large part of them, and to group them and accelerate them strongly.

Si le générateur alimente la seconde cavité, ou une cavité à l'aval, la faible amplitude du champ électrique dans la première cavité, par rapport à l'amplitude du champ dans la seconde cavité, est obtenue par le dimensionnement, à une valeur suffisamment faible, de l'iris séparant la première de la seconde cavité. If the generator supplies the second cavity, or a cavity downstream, the small amplitude of the electric field in the first cavity, compared to the amplitude of the field in the second cavity, is obtained by the dimensioning, at a value sufficiently weak, of the iris separating the first from the second cavity.

Si le couplage entre le générateur d'ondes électromagnétiques hyperfréquences et la structure accélératrice introduit une perturbation radiale, il est préférable de prévoir une troisième cavité en aval de la seconde afin que les particules aient déjà une énergie élevée lorsqu'elles rencontrent une perturbation radiale, ce qui limite l'effet de cette perturbation. Un autre avantage de cette troisième cavité à laquelle est couplé le générateur d'ondes hyperfréquences est que l'extension radiale que nécessite ce couplage est éloignée des première et seconde cavités, c'est-à-dire qu'on peut aisément prévoir, pour améliorer la focalisation du faisceau d'électrons, une bobine génératrice de champ magnétique entourant complètement ces deux premières cavités.Il est aussi préférable (mais non indispensable) que l'amplitude du champ dans cette troisième cavité soit supérieure à celle de la première cavité afin que la troisième cavité assure, comme la seconde, une grande accélération et une compensation des écarts d'énergie. If the coupling between the microwave electromagnetic wave generator and the accelerating structure introduces a radial disturbance, it is preferable to provide a third cavity downstream of the second so that the particles already have a high energy when they encounter a radial disturbance, which limits the effect of this disturbance. Another advantage of this third cavity to which the microwave generator is coupled is that the radial extension that this coupling requires is distant from the first and second cavities, that is to say that one can easily provide, for improve the focus of the electron beam, a magnetic field generating coil completely surrounding these first two cavities. It is also preferable (but not essential) that the amplitude of the field in this third cavity is greater than that of the first cavity in order that the third cavity provides, like the second, great acceleration and compensation for energy differences.

Dans une réalisation les champs électriques de deux cavités voisines sont déphasés deliradians. In one embodiment the electric fields of two neighboring cavities are phase shifted deliradians.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront avec la description de certains de ses modes de réalisation, celle-ci étant effectuée en se référant aux dessins ci-annexés sur lesquels:
- la figure 1 est un schéma d'un dispositif selon l'invention,
- la figure 2 est un diagramme montrant les niveaux de champs électriques dans les cavités du dispositif de la figure 1, et
- la figure 3 est un diagramme très simplifié montrant l'effet groupeur du dispositif de la figure 1.Other characteristics and advantages of the invention will appear with the description of some of its embodiments, this being carried out with reference to the attached drawings in which:
FIG. 1 is a diagram of a device according to the invention,
FIG. 2 is a diagram showing the levels of electric fields in the cavities of the device in FIG. 1, and
FIG. 3 is a very simplified diagram showing the grouping effect of the device of FIG. 1.

Dans l'exemple les particules à accélérer sont des électrons engendrés par un canon à électrons (non représenté) d'énergie 80
KeV.In the example the particles to be accelerated are electrons generated by an electron gun (not shown) of energy 80
KeV.

Les électrons sont produits de façon continue et sont groupés et accélérés de façon à former des paquets par étage d'entrée 10 (figure 1) ou dispositif de prégroupement et d'accélération. The electrons are produced continuously and are grouped and accelerated so as to form packets per input stage 10 (FIG. 1) or pre-grouping and acceleration device.

Le groupement et l'accélération sont obtenus grâce à une onde électromagnétique hyperfréquence fournie par un générateur (non montré) connecté au dispositif 10 par un couplage 11 du type radial introduisant l'énergie de cette onde dans la cavité de sortie 15 du dispositif. The grouping and the acceleration are obtained thanks to a microwave electromagnetic wave supplied by a generator (not shown) connected to the device 10 by a coupling 11 of the radial type introducing the energy of this wave into the output cavity 15 of the device.

Les électrons sont introduits dans une cavité d'entrée 13 séparée de la cavité de sortie 15 par une cavité intermédiaire 14. The electrons are introduced into an inlet cavity 13 separated from the outlet cavity 15 by an intermediate cavity 14.

Les trois cavités 13, 14, 15, de façon classique, sont constituées à partir de cylindres métalliques de même axe 15' et de même diamètre et sont séparées par des parois 16 (entre les cavités 13 et 14) et 17 (entre les cavités 14 et 15) avec des trous centraux, ou iris, 161 et 171, pour permettre le passage des électrons. The three cavities 13, 14, 15, conventionally, are formed from metal cylinders of the same axis 15 'and of the same diameter and are separated by walls 16 (between the cavities 13 and 14) and 17 (between the cavities 14 and 15) with central holes, or iris, 161 and 171, to allow the passage of electrons.

Ces cavités sont couplées électriquement au mode ,et résonnent à 2856 MHz. These cavities are electrically coupled to the mode, and resonate at 2856 MHz.

Les diamètres des ouvertures 161 et 171 des parois 16 et 17 sont tels que les amplitudes (niveaux maximaux) des champs électriques soient égales dans les cavités 14 et 15 et que l'amplitude du champ dans la cavité d'entrée 13 soit sensiblement inférieure. The diameters of the openings 161 and 171 of the walls 16 and 17 are such that the amplitudes (maximum levels) of the electric fields are equal in the cavities 14 and 15 and that the amplitude of the field in the inlet cavity 13 is substantially lower.

La figure 2 représente l'amplitude du champ électrique Ez en fonction de l'abscisse z, c'est-à-dire de la position sur l'axe 15'. La courbe 18 représente l'amplitude du champ dans la cavité 13, la courbe 19 I'amplitude du champ dans la cavité 14 et la courbe 20
I'amplitude du champ dans la cavité de sortie 15. Dans l'exemple les amplitudes maximales des champs 19 et 20 sont de l'ordre de 20 Mégavolts par mètre tandis que l'amplitude maximale du champ 18 dans la cavité d'entrée 13 est de l'ordre de 9 Mégavolts par mètre.FIG. 2 represents the amplitude of the electric field Ez as a function of the abscissa z, that is to say of the position on the axis 15 '. Curve 18 represents the amplitude of the field in the cavity 13, the curve 19 the amplitude of the field in the cavity 14 and the curve 20
The amplitude of the field in the outlet cavity 15. In the example, the maximum amplitudes of the fields 19 and 20 are of the order of 20 Megavolts per meter while the maximum amplitude of the field 18 in the input cavity 13 is around 9 Megavolts per meter.

Pour obtenir cette amplitude réduite du champ dans la cavité 13 par rapport à l'amplitude du champ dans les cavités 14 et 15 la section de l'ouverture 161 est plus faible que la section de l'ouverture l7. De façon plus précise la section de l'ouverture 171 est au moins égale à la valeur critique pour laquelle les amplitudes des champs dans les cavités 14 et 15 sont égales. Par contre la section de l'ouverture 161 est plus faible que cette valeur critique. To obtain this reduced amplitude of the field in the cavity 13 relative to the amplitude of the field in the cavities 14 and 15, the section of the opening 161 is smaller than the section of the opening 17. More precisely, the section of the opening 171 is at least equal to the critical value for which the amplitudes of the fields in the cavities 14 and 15 are equal. On the other hand, the section of the opening 161 is smaller than this critical value.

La valeur faible du champ électrique dans la cavité 13 est telle que tous les électrons peuvent traverser la cavité 13, même ceux se trouvant dans cette cavité quand le champ électrique a son niveau maximal dans le sens opposé à la propagation. The low value of the electric field in the cavity 13 is such that all the electrons can pass through the cavity 13, even those in this cavity when the electric field has its maximum level in the direction opposite to propagation.

Pour déterminer la longueur de la cavité 13 on tient compte des considérations suivantes:
sse #o
L1 cl 2 (1)
Dans cette formule L1 est la longueur équivalente de la cavité 13, c'est-à-dire la longueur d'une cavité fictive produisant le même effet sur les électrons mais dans laquelle l'amplitude (niveau maximal) du champ est constante sur toute la longueur ; \ est la longueur d'onde du champ électrique, et: ss0 V (2)
C
V étant la vitesse des électrons à l'entrée de la cavité et C la vitesse de la lumière.De préférence la longueur L1 est légèrement inférieure àssc #c
Par ailleurs:
1,5 Vo # E1 L1 T1 (3)
Dans cette formule Vo est l'énergie des électrons à l'entrée de la cavité 13, E1 est l'amplitude du champ électrique dans cette cavité et T1 est un facteur d'angle de transit moyen représentant le rapport entre l'énergie réellement acquise par les électrons et l'énergie qui serait acquise par ces derniers si le synchronisme entre champ électrique et électrons était respecté en tous points de la cavité.To determine the length of the cavity 13, the following considerations are taken into account:
sse #o
L1 cl 2 (1)
In this formula L1 is the equivalent length of the cavity 13, that is to say the length of a fictitious cavity producing the same effect on the electrons but in which the amplitude (maximum level) of the field is constant over all the length ; \ is the wavelength of the electric field, and: ss0 V (2)
VS
V being the speed of the electrons at the entrance of the cavity and C the speed of light. Preferably the length L1 is slightly less than ssc #c
Otherwise:
1.5 Vo # E1 L1 T1 (3)
In this formula Vo is the energy of the electrons at the entrance to the cavity 13, E1 is the amplitude of the electric field in this cavity and T1 is an average transit angle factor representing the ratio between the energy actually acquired by the electrons and the energy which would be acquired by the latter if the synchronism between electric field and electrons were respected in all points of the cavity.

On sait que le facteur d'angle de transit moyen est lié au déphasage # de l'onde électromagnétique entre l'entrée et la sortie par la relation suivante:
Sin T1 = 8 (4)
2
Du fait du choix de la valeur L1 selon la formule (1) ci-dessus le déphasage moyen entre l'entrée et la sortie est proche del(, radians.Il en résulte: T1 # 0,64 (5)
Enfin il est nécessaire que l'énergie stockée par la cellule 13 soit supérieure à l'énergie prélevée par le faisceau, c'est-à-dire:
E2
WHF = 1 > WF E1 L1 T1 I t (6)
CL) (L
WHF est l'énergie HF (hyperfréquence) stockée dans la cavité ; Wp est l'énergie prélevée par le faisceau ; I est l'intensité du faisceau, qui se présente par paquets, sous forme d'impulsions de durée T. I r est ainsi une quantité d'électricité exprimée en coulombs . W est la pulsation de l'onde électromagnétique et (L e=1) est l'impédance shunt de la cavité divisée par le facteur de surtension Q.We know that the average transit angle factor is linked to the phase shift # of the electromagnetic wave between the input and the output by the following relation:
Sin T1 = 8 (4)
2
Due to the choice of the value L1 according to formula (1) above the average phase difference between the input and the output is close to del (, radians. This results: T1 # 0.64 (5)
Finally it is necessary that the energy stored by the cell 13 is greater than the energy taken up by the beam, that is to say:
E2
WHF = 1> WF E1 L1 T1 I t (6)
CL) (L
WHF is the HF (microwave) energy stored in the cavity; Wp is the energy taken up by the beam; I is the intensity of the beam, which occurs in packets, in the form of pulses of duration T. I r is thus an amount of electricity expressed in coulombs. W is the pulsation of the electromagnetic wave and (L e = 1) is the shunt impedance of the cavity divided by the overvoltage factor Q.

La formule (6) ci-dessus montre que, pour obtenir le résultat souhaité, c'est-à-dire une énergie stockée HF supérieure à l'énergie prélevée par le faisceau afin que les diverses impulsions successives d'électrons soient accélérées par l'énergie HF stockée, il est préférable de conférer de faibles valeurs à l'impédance (L 1) et au facteur T1. The formula (6) above shows that, to obtain the desired result, that is to say a stored energy HF greater than the energy taken up by the beam so that the various successive pulses of electrons are accelerated by l stored HF energy, it is preferable to give low values to the impedance (L 1) and to the factor T1.

Si la longueur LI est égale à 20 mm, I'amplitude E1 du champ est de 9 Mégavoltslmètre et si T1 ~ 0,64, la modulation moyenne apportée par la première cavité est de 115 Kev. Malgré cette-valeur moyenne supérieure à la valeur de l'énergie d'entrée V0 = 80 Kev des électrons toutes les particules traversent la cavité 13 car, comme on l'a déjà indiqué ci-dessus, T1 est une valeur moyenne et le facteur d'angle de transit est sensiblement inférieur pour les électrins les plus ralentis. If the length LI is equal to 20 mm, the amplitude E1 of the field is 9 Megavoltslmeter and if T1 ~ 0.64, the average modulation provided by the first cavity is 115 Kev. Despite this average value greater than the value of the input energy V0 = 80 Kev of the electrons, all the particles pass through the cavity 13 because, as already indicated above, T1 is an average value and the factor transit angle is significantly lower for the slower electrins.

L'amplitude El du champ dans la cavité 13 est de préférence telle que ce champ confère aux électrons arrivant lorsque le champ est accélérateur une énergie pratiquement égale à l'énergie d'entrée, c'est-à-dire qu'il est préférable que son amplitude soit le plus près possible de sa limite supérieure (au-delà de laquelle certains électrons ne traversent pas la cavité 13) pour conférer une accélération et un groupement convenables. The amplitude El of the field in the cavity 13 is preferably such that this field confers on the electrons arriving when the field is accelerator an energy practically equal to the input energy, that is to say it is preferable that its amplitude is as close as possible to its upper limit (beyond which certain electrons do not pass through the cavity 13) to impart suitable acceleration and grouping.

Après avoir franchi de façon irréversible la barrière de potentiel de la cavité 13 les électrons sont fortement accélérés et groupés dans les cavités 14 et 15. After having irreversibly crossed the potential barrier of cavity 13 the electrons are strongly accelerated and grouped in cavities 14 and 15.

Les longueurs des cavités 14 et 15 sont telles qu'elles assurent
le quasi synchronisme des électrons par rapport au champ aux plans
médians des cavités. The lengths of the cavities 14 and 15 are such that they ensure
the quasi synchronism of the electrons compared to the field with the planes
medians of the cavities.

Cependant la seconde cavité 14 a une longueur nettement plus faible que celle de la troisième cavité 15 car elle doit prendre en charge, pour les grouper, tous les électrons dont certains ont une très faible énergie d'entrée alors que la cavité 15 a surtout pour rôle d'accélérer les électrons et de compenser les écarts d'énergie entre ces électrons. Dans le plan médian de la cavité 15 les électrons sont en synchronisme avec le champ. However, the second cavity 14 has a length significantly shorter than that of the third cavity 15 because it must take charge, to group them, all the electrons, some of which have a very low input energy while the cavity 15 has mainly for role of accelerating the electrons and compensating for the energy differences between these electrons. In the median plane of the cavity 15 the electrons are in synchronism with the field.

La figure 3 est un diagramme dont l'abscisse représente la position des électrons sur l'axe z du dispositif 10 et l'ordonnée représente les phases relatives des électrons. au cours d'une période du signal HF. Chaque ligne correspond à un électron. Par exemple la ligne 25 représente l'évolution de la phase d'un électron entre son entrée dans la cavité 13 et sa sortie de la cavité 15. On voit que la cavité 13 assure un prégroupement modéré et une forte modulation des vitesses, alors que le début de la cavité 14 voit le prégroupement se préciser par suite de la modulation précédente et assure une forte accélération qui empêchera le dégroupement ultérieur. FIG. 3 is a diagram whose abscissa represents the position of the electrons on the z axis of the device 10 and the ordinate represents the relative phases of the electrons. during a period of the HF signal. Each line corresponds to an electron. For example, line 25 represents the evolution of the phase of an electron between its entry into cavity 13 and its exit from cavity 15. We see that cavity 13 provides moderate pre-grouping and strong modulation of speeds, while the start of the cavity 14 sees the pre-grouping become clearer as a result of the previous modulation and ensures a strong acceleration which will prevent subsequent unbundling.

Le confinement radial des électrons est assuré à l'aide d'un champ magnetique produit par des bobines (non representées) ou par le champ électromagnétique HF comme décrit par exemple dans le
Brevet Français no 83 14090 au nom de la demanderesse.The radial confinement of the electrons is ensured using a magnetic field produced by coils (not shown) or by the HF electromagnetic field as described for example in the
French patent no 83 14090 in the name of the plaintiff.

Dans une variante le dispositif 10 ne comporte que deux cavités accolées, L'énergie HF étant introduite par la cavité 14. In a variant, the device 10 only has two adjoining cavities, the HF energy being introduced by the cavity 14.

Le couplage entre le générateur HF et la cavité ou les cavités peut être assuré par une géométrie n'introduisant pas de dissymétrie, par exemple par un coupleur à géométrie de révolution autour de l'axe 15'. The coupling between the HF generator and the cavity or cavities can be ensured by a geometry which does not introduce asymmetry, for example by a coupler with a geometry of revolution around the axis 15 '.

En variante encore, au lieu de faire appel au mode des cavités on peut utiliser des cavités en mode ;, les cavités ayant alors une géométrie dite bipériodique comme décrit par exemple dans un article intitulé: "Lectures on the elementary principles of linear accelerators" de G. A. LOEW et R. TALMAN publié dans l'ouvrage: "Physics of high energy particle accelerators" American
Institute of Physics 1983. In another variant, instead of using the cavity mode, it is possible to use cavities in mode; the cavities then having a so-called biperiodic geometry as described for example in an article entitled: "Readings on the elementary principles of linear accelerators" by GA LOEW and R. TALMAN published in the book: "Physics of high energy particle accelerators" American
Institute of Physics 1983.

On notera aussi qu'il n'est pas indispensable que les amplitudes des champs 19 et 20 dans les cavités 14 et 15 soient égales. L'amplitude du champ 20 peut être soit supérieure à l'amplitude 19, soit inférieure. It will also be noted that it is not essential that the amplitudes of the fields 19 and 20 in the cavities 14 and 15 are equal. The amplitude of the field 20 can be either greater than the amplitude 19, or less.

Comme déjà mentionné la structure décrite en relation avec la figure 1 peut être utilisée même dans le cas où on ne désire pas un fort rendement en électrons. Autrement dit l'invention englobe aussi le cas oU l'on prévoit deux cavités accolées 13 et 14 avec une amplitude de champ électrique 13 dans la cavité d'entrée inférieure à l'amplitude du champ électrique dans la seconde cavité 14, l'amplitude du champ dans cette cavité d'entrée pouvant cependant dépasser la valeur pour laquelle certains électrons ne la traversent pas. As already mentioned, the structure described in relation to FIG. 1 can be used even in the case where a high electron yield is not desired. In other words, the invention also includes the case where two adjoining cavities 13 and 14 are provided with an electric field amplitude 13 in the input cavity less than the electric field amplitude in the second cavity 14, the amplitude of the field in this entry cavity can however exceed the value for which certain electrons do not cross it.

Une telle structure peut être utilisée par exemple avec une cathode à l'entrée de la cavité 13, les électrons étant arrachés de cette cathode par le champ électrique régnant dans cette cavité 13; dans ce cas le rendement est inférieur à 50 % mais on conserve l'avantage de groupement et d'accélération des électrons sur une courte longueur. Such a structure can be used for example with a cathode at the entrance to the cavity 13, the electrons being torn from this cathode by the electric field prevailing in this cavity 13; in this case the yield is less than 50% but the advantage of grouping and acceleration of the electrons over a short length is retained.

Claims

CLAIMS.

1. Device for pre-grouping and accelerating electrons using an alternating electric field in the same direction as the path of these particles, this field being established in at least two resonant cavities (13, 14), characterized in that the two cavities (13, 14) are at a short distance from each other, the amplitude of the electric field in the input cavity (13) being less than the amplitude of the electric field in the second cavity (14) and these fields being such that the grouping and the acceleration of the electrons are carried out over the length of these two cavities (13, 14).

2. Device according to claim 1, characterized in that the ratio between the amplitude of the electric field in the second cavity (14) and the amplitude of the electric field in the first cavity (13) is at least equal to 1.5 .

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the ratio between the amplitude of the electric field in the second cavity (14) and the amplitude of the electric field in the input cavity (13) is at most equal to 3.

4. Device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the amplitude of the electric field in the inlet cavity (13) is at least equal to 4 Megavolts / meter.

5. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the amplitude of the electric field in the second cavity (14) is at least equal to 10 megavolts / meter.

6. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the electric field generator (HF) is coupled to the second resonant cavity (14) or downstream of the latter.

7. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises a third cavity (15) downstream of the second cavity (14) and to which the field generator (HF) is connected.

8. Application of the device according to any one of claims 1 to 7 to an electron accelerator comprising a cathode at the entrance of the first cavity (13), the electric field in this first cavity (13) ensuring the extraction electrons from the cathode.

9. Device for pre-grouping and accelerating electrons using an alternating electric field in the same direction as the path of the particles, this field being established in a resonant cavity, characterized in that it comprises a resonant cavity (13) in which the amplitude of the alternating electric field is less than a limit value such that, when this field has its maximum value and is of a direction such that it opposes the progression of the electrons, the latter however cross the cavity.

10. Device according to claim 9, characterized in that the amplitude of the electric field in the cavity (13) has a value very close to the limit value.

11. Device according to claim 9 or 10, characterized in that it comprises a second (14) cavity adjoining the first (13) in which the electric field has a higher amplitude, the cavity (13) with lower field amplitude constituting the inlet cavity.

12. Device according to claim 11, characterized in that the HF electric field generator is coupled to the second resonant cavity (14) or downstream of the latter.

13. Device according to claim 12, characterized in that it comprises a third cavity (15) downstream of the second cavity (14) and to which the HF field generator is connected.

14. Device according to claim 13, characterized in that the coupling between the HF field generator and the third cavity (15) is of the radial type.

15. Device according to claim 13 or 14, characterized in that the electric field in the third cavity (15) has an amplitude greater than the amplitude of the electric field in the first cavity (13).

16. Device according to any one of claims 11 to 15, characterized in that the iris (161) separating the first (13) and second (14) cavities has a section smaller than the critical section for which the electric fields in the two resonant cavities have equal amplitudes.

17. Device according to any one of claims 9 to 16, characterized in that the equivalent length (L1) of the first resonant cavity, the amplitude (E1) of the electric field in this cavity, the transit angle factor mean (T1) and energy (V0) of entry of electrons into the device satisfy the following relation:

1.5 Vg) E1 L1 T1

18. Device according to any one of claims 9 to 17, characterized in that the equivalent length î> of the cavity is linked to the length (# 0) of the HF electromagnetic wave and to the ratio (ss 130) between the electron input speed and the speed of light by the following relation: L s>

2

19. Device according to any one of claims 9 to 18, characterized in that the factor (T1). of average transit angle and the shunt impedance divided by the overvoltage factor Q of the first cavity (13) have sufficiently low values that the energy (HF) stored in this cavity is greater than the energy taken by the pulsed electron beam.