FR2621439A1

FR2621439A1 - Resonant cavity, coupling device, particle acclerator and travelling-wave tube including such cavities

Info

Publication number: FR2621439A1
Application number: FR8713663A
Authority: FR
Inventors: Dominique Tronc
Original assignee: CGR MEV SA
Current assignee: CGR MEV SA
Priority date: 1987-10-02
Filing date: 1987-10-02
Publication date: 1989-04-07

Abstract

The invention relates principally to a resonant cavity, coupling device, particle acclerator and travelling-wave tube including such cavities. Material capable of becoming superconducting, and especially those capable of becoming so at high temperature, for example at 90 K, are fragile. Thus, it is particularly advantageous and wise to replace the superconducting materials by a metal, for example copper, at the sites which risk deterioration by the particle beam as well as at the sites having a small electrical current. Advantageously, resonant cavities are made for the particle accelerator including copper diaphragms, this diaphragm absorbing the particles which leave the beam and are induced to conduct only a small electrical current. The invention applies in particular to the production of linear particle accelerators. The invention applies principally to the production of superconducting linear particle accelerators for medical application, for food irradiation, for the production of particle injectors in medium, high and very high energy accelerators.

Description

CAVITE RESONNANTE, DISPOSITIF DE COUPLAGE,
ACCRATEUR DE PARTICULES ET TUBE A
ONDES PROGRESSIVES COMPORTANT DE TELLES
CAVITES.RESONANT CAVITY, COUPLING DEVICE,
PARTICLE ACCRATOR AND TUBE A
PROGRESSIVE WAVES INCLUDING SUCH
CAVITES.

L'invention concerne principalement une cavité résonnante, dispositif de couplage, accélérateur de particules et tube à ondes progressives comportant de telles cavités. The invention relates mainly to a resonant cavity, coupling device, particle accelerator and traveling wave tube comprising such cavities.

I1 est connu de réaliser des cavités résonnantes susceptibles de coupler un champ électromagnétique avec des particules chargées et notamment les cavités résonnantes supraconductrices. It is known to produce resonant cavities capable of coupling an electromagnetic field with charged particles and in particular the superconductive resonant cavities.

De même, il est connu de réaliser des accélérateurs de particules comportant des cavités résonnantes supraconductrices. Likewise, it is known to produce particle accelerators comprising resonant superconductive cavities.

De tels accélérateurs ont été mis au point avec des matériaux supraconducteurs à de très basses températures voisines de 4 K. Such accelerators have been developed with superconductive materials at very low temperatures close to 4 K.

Les matériaux susceptibles de devenir supraconducteurs, et notamment ceux susceptibles de le devenir a haute température, par exemple à 90 K sont coûteux et fragiles. Cela est particulièrement vrai pour les matériaux supraconducteurs en hyperfréquence. Materials liable to become superconductive, and in particular those liable to become superconductive at high temperature, for example at 90 K, are expensive and fragile. This is particularly true for microwave superconducting materials.

L'originalité du dispositif selon la présente invention réside dans la fabrication d'une cavité résonnante comportant des zones supraconductrices et des zones à conduction ohmique. Le matériel supraconducteur procure une diminution de la consommation électrique et/ou une augmentation des performances des cavités résonnantes. Le remplacement de matériaux supraconducteurs, par, par exemple un métal permet d'une part de réduire le coût de la cavité en diminuant la quantité des matériaux supraconducteurs ayant une géométrie complexe, et d'autre part, d'augmenter la résistance aux agressions de la cavité dans des endroits où elle n'est pas supraconductrice.Ces parties métalliques sont par exemple susceptibles d'être soumises à des champs électriques intenses et/ou de recevoir des particules accélérées par un accélérateur de particules qui n?ont pas été parfaitement focalisées. The originality of the device according to the present invention resides in the manufacture of a resonant cavity comprising superconductive zones and zones with ohmic conduction. The superconducting material provides a reduction in electrical consumption and / or an increase in the performance of the resonant cavities. The replacement of superconductive materials, for example by a metal makes it possible on the one hand to reduce the cost of the cavity by decreasing the quantity of the superconductive materials having a complex geometry, and on the other hand, to increase the resistance to aggressions of the cavity in places where it is not superconductive. These metal parts are for example liable to be subjected to intense electric fields and / or to receive particles accelerated by a particle accelerator which have not been perfectly focused. .

I1 est avantageux de placer les matériaux à conduction ohmique dans des zones susceptibles de véhiculer de faibles courants électriques. En effet, les zones à conduction ohmique présentent le désavantage, d'une part d'absorber de l'énergie électrique, et donc d'augmenter la consommation ; et d'autre part, de transformer l'énergie électrique en chaleur par effet
Joule. De cette façon, les zones à conduction ohmique ont tendance à réchauffer l'enceinte cryogénique dans laquelle sont placées les cavités résonnantes, avec le risque du changement de phase de la supraconduction à la conduction ohmique des éléments supraconducteurs.Donc, avantageusement, les matériaux supraconducteurs sont disposés dans des zones destinées à générer des forts champs magnétiques, tandis que, les conducteurs ohmiques sont disposés dans les zones présentant des forts champs électriques. Par exemple, la cavité résonnante sera recouverte de matériaux supraconducteurs à l'exception du bord de diaphragme couplant la succession des cavités résonnantes. Cet endroit est particulièrement avantageux, dans la mesure où il risque de recevoir d'éventuelles particules défocalisées, et/ou il présente un champ électrique fort et un champ magnétique faible.It is advantageous to place the ohmic conduction materials in areas capable of carrying weak electric currents. In fact, ohmic conduction zones have the disadvantage, on the one hand, of absorbing electrical energy, and therefore of increasing consumption; and on the other hand, to transform electrical energy into heat by effect
Joule. In this way, the ohmic conduction zones tend to heat the cryogenic enclosure in which the resonant cavities are placed, with the risk of phase change from superconduction to ohmic conduction of the superconductive elements. So, advantageously, the superconductive materials are arranged in zones intended to generate strong magnetic fields, while, the ohmic conductors are arranged in the zones presenting strong electric fields. For example, the resonant cavity will be covered with superconductive materials with the exception of the diaphragm edge coupling the succession of resonant cavities. This location is particularly advantageous, insofar as it risks receiving any defocused particles, and / or it has a strong electric field and a weak magnetic field.

La cavité résonnante selon la présente invention, présente des performances qui ne sont que faiblement dégradées par rapport à des cavités résonnantes entièrement supraconductrices, tout en étant d'une fiabilité supérieure et d'un coût de revient inférieur. De plus, la conduction des zones à conduction ohmique est améliorée par le fait qu'ils sont placés dans l'enceinte cryogénique, par exemple en utilisant du cuivre ou de l'argent à une température égale à 90 K. The resonant cavity according to the present invention has performances which are only slightly degraded compared to fully superconductive resonant cavities, while being of higher reliability and lower cost. In addition, the conduction of the ohmic conduction zones is improved by the fact that they are placed in the cryogenic enclosure, for example by using copper or silver at a temperature equal to 90 K.

L'invention a principalement pour objet les cavités résonnantes et dispositif incluant de telles cavités tels que décrits dans les revendications. The main object of the invention is resonant cavities and a device including such cavities as described in the claims.

L'invention sera mieux comprise au moyen de la description ci-après, et des figures, données comme des exemples non limitatifs, parmi lesquelles
- la figure 1 est une coupe dans un premier exemple de réalisation du dispositif selon la présente invention
- la figure 2 est une coupe d'un deuxième exemple de réalisation du dispositif selon la présente invention
- la figure 3 est une coupe d'un premier exemple de réalisation d'un détail du dispositif selon la présente invention
- la figure 4 est une coupe d'un second exemple de réalisation d'un détail du dispositif selon la présente invention
- la figure 5 est une coupe d'un troisième exemple de réalisation d'un détail du dispositif selon la présente invention
- la figure 6 est une coupe d'un troisième exemple de réalisation du dispositif selon la présente invention
- la figure 7 est un schéma en coupe des dispositifs de la figure 6
- la figure 8 est un schéma d'un accélérateur de particules selon la présente invention
- la figure 9 est un schéma d'un exemple de réalisation d'un tube à ondes progressives (TOP) selon la présente invention
Sur les figures 1 à 9 on a utilisé les mêmes références pour désigner les mêmes éléments.The invention will be better understood by means of the description below, and the figures, given as nonlimiting examples, among which
- Figure 1 is a section in a first embodiment of the device according to the present invention
- Figure 2 is a section of a second embodiment of the device according to the present invention
- Figure 3 is a section of a first embodiment of a detail of the device according to the present invention
- Figure 4 is a section of a second embodiment of a detail of the device according to the present invention
- Figure 5 is a section of a third embodiment of a detail of the device according to the present invention
- Figure 6 is a section of a third embodiment of the device according to the present invention
- Figure 7 is a sectional diagram of the devices of Figure 6
- Figure 8 is a diagram of a particle accelerator according to the present invention
- Figure 9 is a diagram of an exemplary embodiment of a traveling wave tube (TOP) according to the present invention
In FIGS. 1 to 9, the same references have been used to designate the same elements.

Sur la figure 1, on peut voir un exemple de réalisation des cavités résonnantes 10 selon la présente invention Les cavités résonnantes 10 sont réalisées par exemple par usinage dans des pièces 30 métalliques, par exemple en cuivre. Ce métal présente une excellente conduction électrique et thermique, ainsi qu'un bon accrochage pour des matériaux supraconducteurs 31. In FIG. 1, an exemplary embodiment of the resonant cavities 10 according to the present invention can be seen. The resonant cavities 10 are produced, for example, by machining in metal parts, for example made of copper. This metal has excellent electrical and thermal conduction, as well as good bonding for superconductive materials 31.

I1 est possible d'utiliser des structure hétérogenes comportant des dépôts d'un métal sur un support constitué par un autre métal. Par exemple, la pièce métallique 30 est réalisée en cuivre avec des dépôts d'argent au niveau des diaphragmes 32 et/ou en-dessous des zones supraconductrices 31. It is possible to use heterogeneous structures comprising deposits of a metal on a support constituted by another metal. For example, the metal part 30 is made of copper with silver deposits at the level of the diaphragms 32 and / or below the superconductive zones 31.

Les cavités résonnantes 10 ont une forme de révolution autour de l'axe 340 des cavités 10. Les cavités présentent un creux 33 séparé par deux diaphragmes 32. Le diaphragme 32 se comporte comme des charges inductives permettant un bon couplage, dans tous les endroits de l'espace, entre un champ électromagnétique haute fréquence, et un faisceau de particules. The resonant cavities 10 have a shape of revolution around the axis 340 of the cavities 10. The cavities have a hollow 33 separated by two diaphragms 32. The diaphragm 32 behaves like inductive loads allowing good coupling, in all places of the space between a high frequency electromagnetic field and a particle beam.

Le fond et une partie du bord du creux 33 comporte la zone supraconductrice 31. Ces zones correspondent aux endroits où le champ électrique est minimal, et où le champ magnétique est maximal, et où, par suite, le courant électrique est maximal. I1 est donc primordial pour le bon fonctionnement du dispositif comportant les cavités 10 selon la présente invention, que ces endroits où les courants sont importants soit supraconducteurs.The bottom and part of the edge of the hollow 33 includes the superconductive zone 31. These zones correspond to the places where the electric field is minimal, and where the magnetic field is maximum, and where, consequently, the electric current is maximum. It is therefore essential for the proper functioning of the device comprising the cavities 10 according to the present invention, that these places where the currents are high is superconductive.

Ainsi, il est possible de limiter la consommation électrique, c'est-à-dire la puissance du champ électromagnétique hyperfréquence à fournir, ainsi que l'échauffement des bords des cavités.Thus, it is possible to limit the electrical consumption, that is to say the power of the microwave electromagnetic field to be supplied, as well as the heating of the edges of the cavities.

Les cavités résonnantes 10 sont susceptibles d'être traversées par un faisceau de particules empruntant l'axe 34 des cavités 10. Toutefois, certaines particules risquent de s'écarter de l'axe 34. Des qu'une particule s'écarte de l'axe 34 son accélération n'est plus uniforme. De telles particules risquent de sortir du faisceau et de percuter un diaphragme 32. The resonant cavities 10 are likely to be crossed by a beam of particles passing along the axis 34 of the cavities 10. However, certain particles are liable to deviate from the axis 34. As soon as a particle departs from the axis 34 its acceleration is no longer uniform. Such particles risk leaving the beam and striking a diaphragm 32.

Ainsi, si ces diaphragmes étaient réalisés dans un matériau supraconducteur ils risqueraient d'être endommagés ou détruits par les particules entrant en leur contact. Un tel incident risque d'avoir des conséquences catastrophiques. Au moment où, l'énergie dissipée par effet Joule ne peut plus être évacuée, l'ensemble des cavités résonnantes, par suite de l'élévation de température, subit la transition supraconducteur-conducteur ohmique. Dans un tel cas, l'énergie présente dans les cavités 10 risque de se décharger instantanément en provoquant la destruction totale du dispositif. Le problème rencontré, est résolu dans les cavités résonnantes 10 selon la présente invention. Dans de telles cavités les extrémités de diaphragme 32 ne sont pas supraconductrices. Elles sont par exemple réalisées dans un métal ayant une bonne conduction ohmique.Thus, if these diaphragms were made of a superconductive material they could be damaged or destroyed by the particles coming into contact. Such an incident risks having catastrophic consequences. At the moment when the energy dissipated by the Joule effect can no longer be evacuated, all of the resonant cavities, as a result of the rise in temperature, undergo the superconducting-ohmic conductor transition. In such a case, the energy present in the cavities 10 risks being instantly discharged, causing total destruction of the device. The problem encountered is solved in the resonant cavities 10 according to the present invention. In such cavities the diaphragm ends 32 are not superconductive. They are for example made of a metal having good ohmic conduction.

Ainsi, leur résistance électrique ne risque pas d'être notablement élevée par le bombardement, des particules sortant du faisceau. I1 faut remarquer que le courant est faible au niveau du diaphragme 32. De plus, dès la conception des cavités résonnantes 10 on a prévu l'évacuation de la chaleur provoquée par effet Joule au niveau du diaphragme 32. Ainsi, cette énergie ne risque pas d'entraîner une transition supraconducteur-conducteur ohmique des zones 31 recouvrant les fonds de cavités 10 et qui, elles, véhiculent les courants électriques très importants.Thus, their electrical resistance is not likely to be markedly high by bombardment, of particles leaving the beam. It should be noted that the current is weak at the level of the diaphragm 32. In addition, from the design of the resonant cavities 10 provision has been made for the evacuation of the heat caused by the Joule effect at the level of the diaphragm 32. Thus, this energy does not risk to cause an ohmic superconductor-conductor transition of the zones 31 covering the bottom of the cavities 10 and which, in turn, convey very large electric currents.

Sur la figure 2, on peut voir une variante de réalisation des cavités selon la présente invention comportant des canaux 34 de refroidissement des diaphragmes 32 des cavités résonnantes 10. Par exemple, dans le cas d'utilisations d'enceintes cryogéniques refroidies par un gaz liquéfié comme par exemple l'azote, le fluide de refroidissement est amené par les canaux de refroidissement 34 à proximité immédiate des diaphragmes 32. Sur la figure 2 on a représenté quatre exemples de réalisation de canaux de refroidissement 34 présentant diverses extrémités. Une première extrémité 35 du canal de refroidissement 34 présente un simple plat à la périphérie externe du diaphragme 32. Un tel dispositif présente une grande facilité de réalisation, par exemple par usinage. In FIG. 2, an alternative embodiment of the cavities according to the present invention can be seen comprising channels 34 for cooling the diaphragms 32 of the resonant cavities 10. For example, in the case of the use of cryogenic chambers cooled by liquefied gas as for example nitrogen, the cooling fluid is brought by the cooling channels 34 in the immediate vicinity of the diaphragms 32. In FIG. 2, four exemplary embodiments of cooling channels 34 having various ends are shown. A first end 35 of the cooling channel 34 has a simple flat at the outer periphery of the diaphragm 32. Such a device has great ease of production, for example by machining.

Dans un deuxième exemple de réalisation, l'épaisseur de la paroi de la cavité résonnante 10 est constante. Ainsi le fluide de refroidissement est amené à proximité de la zone 32 à conduction ohmique. In a second embodiment, the thickness of the wall of the resonant cavity 10 is constant. Thus, the cooling fluid is brought close to the zone 32 with ohmic conduction.

Dans un troisième exemple de réalisation, le canal de refroidissement est réalisé en diminuant l'épaisseur de la paroi de la cavité résonnante 10. La faible épaisseur de la paroi permet un flux de chaleur important. In a third exemplary embodiment, the cooling channel is produced by reducing the thickness of the wall of the resonant cavity 10. The small thickness of the wall allows a significant flow of heat.

Dans un quatrième exemple de réalisation, le canal de refroidissement a une section circulaire. Un tel canal est avantageusement droit comme illustré sur les figures 6b et 7b. In a fourth embodiment, the cooling channel has a circular section. Such a channel is advantageously straight as illustrated in FIGS. 6b and 7b.

Les canaux de refroidissement 34 et les extrémités 35 sont vus en coupe sur la figure 2. The cooling channels 34 and the ends 35 are seen in section in FIG. 2.

Dans une variante de réalisation l'épaisseur de la paroi 30 supportant les cavités résonnantes 10 est réduite au niveau des diaphragmes 32. In an alternative embodiment, the thickness of the wall 30 supporting the resonant cavities 10 is reduced at the level of the diaphragms 32.

Sur les figures 3,4 et 5, on peut voir d'un autre exemple de réalisation permettant de limiter les transferts d'énergie provenant de l'effet Joule au niveau du diaphragme 32 vers les zones supraconductrices 31. Sur les figures 3,4 et 5, seule la moitié d'un diaphragme a été représentée. Sur la figure 3, on peut voir un diaphragme 32 présentant un chapeau, par exemple arrondi séparé par des drains thermiques 36 des zones supraconductrices 31. Ces drains thermiques 36 limitent la transmission de l'énergie des extrémités des diaphragmes 32 dans les zones supraconductrices à la transmission par rayonnement. In FIGS. 3, 4 and 5, we can see another example of an embodiment making it possible to limit the transfers of energy coming from the Joule effect at the level of the diaphragm 32 towards the superconductive zones 31. In FIGS. 3.4 and 5, only half of a diaphragm has been shown. In FIG. 3, we can see a diaphragm 32 having a cap, for example rounded, separated by thermal drains 36 from the superconductive zones 31. These thermal drains 36 limit the transmission of energy from the ends of the diaphragms 32 in the superconductive zones to radiation transmission.

La chaleur évacuée par la masse 30, par exemple métallique, des cavités résonnantes 10 ne perturbe pas le bon fonctionnement des zones supraconductrices 31.The heat evacuated by the mass 30, for example metallic, of the resonant cavities 10 does not disturb the proper functioning of the superconductive zones 31.

I1 est bien entendu possible d'utiliser simultanément des diaphragmes 32 présentant des drains thermiques 36 et des canaux de refroidissement 34. It is of course possible to simultaneously use diaphragms 32 having thermal drains 36 and cooling channels 34.

Sur la figure 3, le diaphragme 32 a une forme arrondie. In Figure 3, the diaphragm 32 has a rounded shape.

Le diamètre est sensiblement égal à la distance entre les extrémités des zones supraconductrices 31. Une extrémité arrondie permettant de limiter les transitions brusques de champ magnétique et électrique. The diameter is substantially equal to the distance between the ends of the superconductive zones 31. A rounded end making it possible to limit the sudden transitions of the magnetic and electric field.

Sur la figure 4, on peut voir une coupe d'un exemple de réalisation d'un diaphragme susceptible d'être mise en oeuvre dans le dispositif selon la présente invention. Le diaphragme est un disque comportant deux faces parallèles recouvertes par les matériaux supraconducteurs 31. L'extrémité du diaphragme est formé par un chapeau arrondi 32, formant l'iris, par exemple en cuivre. Les champs électriques portent, sur la figure, les références 81 et 82. In Figure 4, we can see a section of an exemplary embodiment of a diaphragm capable of being used in the device according to the present invention. The diaphragm is a disc comprising two parallel faces covered by the superconductive materials 31. The end of the diaphragm is formed by a rounded cap 32, forming the iris, for example made of copper. The electric fields bear, in the figure, the references 81 and 82.

Les champs magnétiques portent, sur la figure, les références 84 et 85. L'axe des cavités résonnantes 10, correspondant à l'axe du faisceau de particules, porte la référence 86. The magnetic fields bear, in the figure, the references 84 and 85. The axis of the resonant cavities 10, corresponding to the axis of the particle beam, bears the reference 86.

Avantageusement, le diaphragme est creux et comporte un canal de refroidissement 34 susceptible de laisser pénétrer le fluide de refroidissement à proximité de la zone 32 à conduction ohmique. Advantageously, the diaphragm is hollow and has a cooling channel 34 capable of letting the cooling fluid penetrate near the zone 32 with ohmic conduction.

Avantageusement, un drain thermique 36 limite le flux thermique entre la zone 32 à conduction ohmique et les zones supraconductrices. Le drain thermique est constitué, par exemple, par une rainure circulaire de quelque dixième de millimètres. Un tel drain thermique est, par exemple, obtenu par usinage, avec un coup de scie circulaire. Advantageously, a heat sink 36 limits the heat flow between the area 32 with ohmic conduction and the superconductive areas. The heat sink is formed, for example, by a circular groove of some tenth of a millimeter. Such a heat sink is, for example, obtained by machining, with a circular saw cut.

Sur la figure 5, on peut voir une coupe d'un exemple de diaphragme susceptible d'être mis en oeuvre dans le dispositif selon la présente invention dont la base est plus large que le sommet, au niveau des iris. Vue en coupe, la moitié du diaphragme, en allant de la périphérie vers l'axe 86 des cavités résonnantes 10, a tout d'abord une forme trapèzoldale, puis, comme dans l'exemple de la figure 4, prend la forme d'un disque terminé par un chapeau 32 à conduction ohmique. In FIG. 5, a section can be seen of an example of a diaphragm capable of being used in the device according to the present invention, the base of which is wider than the top, at the level of the irises. Sectional view, half of the diaphragm, going from the periphery towards the axis 86 of the resonant cavities 10, first has a trapezoidal shape, then, as in the example of FIG. 4, takes the form of a disc terminated by a cap 32 with ohmic conduction.

De même, l'exemple de la figure 5 comporte, avantageusement, un canal de refroidissement 34 et/ou un drain thermique 36. Likewise, the example of FIG. 5 advantageously includes a cooling channel 34 and / or a heat sink 36.

Sur la figure 6, on peut voir un exemple de réalisation des cavités résonnantes 10 selon la présente invention de forme sensiblement cyllndrique. Cette forme présente l'avantage de feclliter les dépôts de couches supraconductrices 31 sur le support 30. En effet, dans le cas des matériaux supraconducteurs anisotropes, comme par exemple les oxydes de cuivre, le dépôt sur les surfaces planes ou cylindriques est obtenu le plus facilement. Dans l'exemple référencé 324 présentant une transition à angle droit entre le creux 33, et le diaphragme des cavités résonnantes 10. Selon une variante de réalisation référencée 323 sur la figure, cette transition est arrondie de façon à limiter les variations brusques de champ électrique et magnétique. In Figure 6, one can see an embodiment of the resonant cavities 10 according to the present invention of substantially cylindrical shape. This form has the advantage of feclliter the deposits of superconductive layers 31 on the support 30. In fact, in the case of anisotropic superconductive materials, such as for example copper oxides, the deposit on the flat or cylindrical surfaces is obtained most easily. In the example referenced 324 having a transition at right angles between the hollow 33, and the diaphragm of the resonant cavities 10. According to an alternative embodiment referenced 323 in the figure, this transition is rounded so as to limit sudden variations in the electric field and magnetic.

Dans une première variante de réalisation référencée 320 les diaphragmes sont des disques percés. In a first alternative embodiment referenced 320 the diaphragms are drilled discs.

Ce type de diaphragme comporte avantageusement un canal de refroidissement 34. This type of diaphragm advantageously includes a cooling channel 34.

Sur la figure 6a, on peut voir un exemple de réalisation du diaphragme comportant des canaux de refroidissement 34 constitué par des trous rectilignes, les trous sont réalisés par exemple par perçage. In FIG. 6a, one can see an exemplary embodiment of the diaphragm comprising cooling channels 34 constituted by rectilinear holes, the holes are produced for example by drilling.

Une coupe dans le plan médian du diaphragme est illustrée sur la figure 7a. L'exemple illustré sur la figure 7a comprend six trous assurant le refroidissement des zones 32 à conduction ohmique. Les trous ont par exemple 3mm de diamètre. A section in the median plane of the diaphragm is illustrated in Figure 7a. The example illustrated in FIG. 7a comprises six holes ensuring the cooling of the zones 32 with ohmic conduction. The holes are for example 3mm in diameter.

I1 est bien entendu que l'utilisation des trous le diamètre différent ou d t un nombre de trous différents ne sort pas du cadre de la présente invention. It is understood that the use of holes of different diameter or d t a number of different holes does not depart from the scope of the present invention.

Sur les figures 6b et 7b, on peut voir deux coupes d'un exemple de réalisation comportant un canal de refroidissement 34 entourant la zone à conduction ohmique 32. Le canal de refroidissement 34 communique avec le reste de l'enceinte cryogénique par exemple par deux ouvertures 341 et 342. In FIGS. 6b and 7b, two sections of an exemplary embodiment can be seen comprising a cooling channel 34 surrounding the ohmic conduction zone 32. The cooling channel 34 communicates with the rest of the cryogenic enclosure, for example in pairs. openings 341 and 342.

Pour obtenir ce type de canal de refroidissement 34, particulièrement efficace, on usine séparément deux moitiés de diaphragme. L'assemblage des deux moitiés est obtenu par exemple par la brasure 89. To obtain this particularly efficient type of cooling channel 34, two diaphragm halves are machined separately. The assembly of the two halves is obtained for example by solder 89.

Les flèches 343 sur la figure 7b indiquent qu'il est possible d'utiliser le refroidissement en conduction forcée, par exemple, d'azote liquide. The arrows 343 in FIG. 7b indicate that it is possible to use forced conduction cooling, for example, of liquid nitrogen.

Sur la figure 8, on peut voir un accélérateur de particules comportant un ensemble 1 de cavités résonnantes 10. In FIG. 8, one can see a particle accelerator comprising a set 1 of resonant cavities 10.

Dans l'accélérateur de particules, les particules sont accélérées par couplage dans les cavités résonnantes 10 et avec l'énergie d'une source hyperfréquence. L'ensemble 1 de cavités 10 se compose de cavités ayant des zones supraconductrices 31 et des zones à conduction ohmique. Les zones supraconductrices 31 sont situées, par exemple, au fond des cavités résonnantes 10, les zones à conduction ohmique étant situées à des extrémités des diaphragmes 32 délimitant les cavités résonnantes 10. L'ensemble 1 comporte une entrée d'énergie hyperfréquence 8.In the particle accelerator, the particles are accelerated by coupling in the resonant cavities 10 and with the energy of a microwave source. The set 1 of cavities 10 is composed of cavities having superconductive zones 31 and zones with ohmic conduction. The superconductive zones 31 are situated, for example, at the bottom of the resonant cavities 10, the ohmic conduction zones being situated at the ends of the diaphragms 32 delimiting the resonant cavities 10. The assembly 1 comprises a microwave energy input 8.

L'entrée 8 est par exemple couplée à une source 2 d'énergie hyperfréquence, comme par exemple, un tube à vide de type
Klystron ou un ensemble de modules transistorisés.The input 8 is for example coupled to a source 2 of microwave energy, such as for example a vacuum tube of the type
Klystron or a set of transistorized modules.

Avantageusement, l'accélérateur de particules selon la présente invention comporte aussi une sortie 7 d'énergie hyperfréquence connectée par un dispositif de recirculation 93 à l'entrée 8. La sortie 7 du dispositif de recirculation 93 permet de réinjecter énergie non utilisée dans les cavités 10. Avantageusement, le dispositif de recirculation 93 comporte un dispositif de limitation de l'énergie hyperfréquence réinjectée interdisant la croissance continue de l'énergie présente dans les cavités 10 qui risquerait de détruire ces cavités. La croissance de énergie risque surtout de se produire, en absence des faisceaux de particules à accélérer, avec des accélérateurs de particules comportant des zones 31 supraconductrices.Le dispositif de limitation 4 est par exemple une charge ohmique abaissant le niveau de l'énergie hyperfréquence ré injectée par l'entrée 8.Advantageously, the particle accelerator according to the present invention also comprises a microwave energy output 7 connected by a recirculation device 93 to the input 8. The output 7 of the recirculation device 93 allows energy not used to be reinjected into the cavities 10. Advantageously, the recirculation device 93 includes a device for limiting the reinjected microwave energy preventing the continuous growth of the energy present in the cavities 10 which would risk destroying these cavities. The energy growth is especially likely to occur, in the absence of the particle beams to be accelerated, with particle accelerators comprising superconductive zones 31. The limiting device 4 is for example an ohmic load lowering the level of the microwave energy re injected through input 8.

Avantageusement, les zones supraconductrices 31 s'étendent jusqu'aux limites de l'enceinte cryogénique au niveau de l'entrée 8 et de la sortie 7 de l'énergie hyperfréquence. Advantageously, the superconductive zones 31 extend to the limits of the cryogenic enclosure at the level of the input 8 and the output 7 of the microwave energy.

L'accélérateur de particules de la figure 6 comporte, en outre, une source 3 de particules à accélérer. Ces particules sont des particules chargées, comme par exemple des électrons, des protons, des particules ot ou des ions. L'exemple de réalisation illustré sur la figure 6 est un accélérateur d'électrons. Ainsi, la source 3 est un canon à électrons comportant, représentée schématiquement, une cathode 5 et une anode 6. Les particules à accélérer rentrent par une ouverture 11 et sortent par une ouverture 12 dans l'ensemble 1 des cavités résonnantes 10.The particle accelerator of FIG. 6 also comprises a source 3 of particles to be accelerated. These particles are charged particles, such as electrons, protons, ot particles or ions. The embodiment illustrated in FIG. 6 is an electron accelerator. Thus, the source 3 is an electron gun comprising, shown diagrammatically, a cathode 5 and an anode 6. The particles to be accelerated enter through an opening 11 and exit through an opening 12 in the assembly 1 of the resonant cavities 10.

Sur la figure 9, on peut voir un tube 9 ondes progressives selon la présente invention comportant un ensemble 1 des cavités résonnantes 10. Le tube à ondes progressives est un dispositif inverse d'un accélérateur de particules linéaires tel que représenté sur la figure 8. Dans le tube à ondes progressives, tel que représenté sur la figure 9, les ondes hyperfréquences sont amplifiées grâce à l'énergie fournie par un faisceau de particules chargées, comme par exemple les électrons. Les ondes hyperfréquences à amplifier entrent par une entrée 8, traversent fés cavités résonnantes 10 et sortent par une sortie 7. Par exemple les entrées 8 et les sorties 7 comportent des guides d'ondes. On a référencé 55 sur la figure 9 la limite de ltenceinte cryogénique. Un canon à électrons 3 est connecté à ltentrée de la première cavité résonnante 10.Les électrons fournis par le canon à électrons 3 vont se coupler électromagnétiquement avec les ondes hyperfréquence s traversant le tube à ondes progressives. De ce couplage, il va résulter l'amplification, les électrons cédant leurs énergies aux ondes électromagnétiques. In FIG. 9, a progressive wave tube 9 according to the present invention can be seen comprising a set 1 of resonant cavities 10. The progressive wave tube is a reverse device of an accelerator of linear particles as shown in FIG. 8. In the traveling wave tube, as shown in FIG. 9, the microwave waves are amplified thanks to the energy supplied by a beam of charged particles, such as for example the electrons. The microwave waves to be amplified enter through an input 8, pass through resonant cavities 10 and exit through an output 7. For example, the inputs 8 and the outputs 7 include waveguides. Reference 9 has been made in FIG. 9 to the limit of the cryogenic enclosure. An electron gun 3 is connected to the input of the first resonant cavity 10. The electrons supplied by the electron gun 3 will couple electromagnetically with the microwave waves passing through the traveling wave tube. This coupling will result in amplification, the electrons yielding their energies to the electromagnetic waves.

Dans un premier exemple de réalisation, les pertes par effet Joule dans les zones à conduction ohmiques 32 sont 1 000 fois inférieures à celles des zones supraconductrices 31. In a first exemplary embodiment, the Joule effect losses in the ohmic conduction zones 32 are 1,000 times lower than those of the superconductive zones 31.

Cet exemple de réalisation a été obtenue grâce à une simulation sur ordinateur à l'aide d'un programme de calcul commercialisé sous la dénomination "SUPERFISH". This exemplary embodiment was obtained by means of a computer simulation using a calculation program marketed under the name "SUPERFISH".

L'invention s'applique à la réalisation des cavités résonnantes et aux dispositifs utilisant de telles cavités. The invention applies to the production of resonant cavities and to devices using such cavities.

L'invention s'applique principalement à la réalisation de tubes à ondes progressives et des accélérateurs de particules. De tels accélérateurs de particules trouvent leur application, principalement en médecine, dans l'industrie agro-alimentaire, pour la conservation des aliments ainsi que pour la recherche en physique nucléaire. The invention applies mainly to the production of traveling wave tubes and particle accelerators. Such particle accelerators find their application, mainly in medicine, in the food industry, for food preservation as well as for research in nuclear physics.

Claims

1. Resonant cavity (10) comprising superconductive zones (31), characterized in that it also comprises zones with ohmic conduction (32).

2. Cavity according to claim 1, characterized in that the ohmic conduction zones (32) are arranged at the places where the magnetic field is minimal.

3. Cavity according to claim 1 or 2, characterized in that the superconductive zones (31) are thin deposits made on a metal support (30).

4. Cavity according to claim 3, characterized in that the ohmic conduction zones (32) are made of the same material as the support (30).

5. Cavity according to claim 1,2,3 or 4, characterized in that the ohmic conduction zones (32) are made of copper.

6. Cavity according to claim 1,2,3 or 4, characterized in that the ohmic conduction zones (32) are made of silver.

7. Cavity according to claim 1,2,3,4,5 or 6, characterized in that it comprises a cooling channel (34) making it possible to lower the temperature of the ohmic conduction zone (32) without raising the temperature of the superconductive zone (31).

8. Cavity according to claim 1,2,3,4,5,6 or 7, characterized in that it comprises thermal drains (36) making it possible to limit the heat flow between the zones with thermal conduction (32) and the superconductive zones (31).

9. A cavity according to any one of the preceding claims, characterized in that its internal surface has substantially the shape of a cylinder closed at the ends by two diaphragms.

10. Cavity according to claim 9, characterized in that the edges of the diaphragms have a rounded shape constituting the ohmic conduction zone (32).

11. Cavity according to claim 9 or 10, characterized in that the junction (323) of the cylinder with the diaphragm has a rounded shape.

12. Device (1) for obtaining a coupling between charged particles and an electromagnetic field, characterized in that it comprises a plurality of cavities according to any one of the preceding claims.

13. Particle accelerator, characterized in that it comprises at least one resonant cavity according to any one of claims 1 to II.

14. Accelerator according to claim 13, characterized in that said accelerator is an electron accelerator.

15. traveling wave tube (TOP), characterized in that it comprises at least one cavity according to any one of claims 1 to 11.