FR2718533A1

FR2718533A1 - Electromagnet spectrometer with optical fibre analyser

Info

Publication number: FR2718533A1
Application number: FR9404188A
Authority: FR
Inventors: Villate Denis
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1994-04-08
Filing date: 1994-04-08
Publication date: 1995-10-13

Abstract

The spectrometer includes a vacuum chamber (6), made of a non- magnetic material, and an electromagnet (8), which generates a homogeneous magnetic field inside the chamber. An electron beam (2), generated by an accelerator (4), is transmitted via a sealed tube (16) to the vacuum chamber. The chamber output is coupled to a casing (18) which houses the extremities of two bundles of optical fibres (10,12). A Hall sensor is provided for checking the homogeneity of the magnetic field inside the chamber. When electrons hit the extremities of the optical fibres sparks are generated by Cherenkov effect. The light propagates along the fibres to a slit sweeping camera (14) coupled to the fibres.

Description

DISPOSITIF DE MESURE DE L'ENERGIE D'UN FAISCEAU D'ELECTRONS
DESCRIPTION
La présente invention concerne un spectromètre pour faisceau d'électrons c'est-à-dire un dispositif de mesure de l'énergie d'un faisceau d'électrons.DEVICE FOR MEASURING THE ENERGY OF AN ELECTRON BEAM
DESCRIPTION
The present invention relates to an electron beam spectrometer, that is to say a device for measuring the energy of an electron beam.

On connaît déjà diverses techniques de mesure de l'énergie d'un faisceau d'électrons dans une gamme d'énergies allant d'environ 1 MeV à 25 MeV. Various techniques for measuring the energy of an electron beam are already known in a range of energies ranging from around 1 MeV to 25 MeV.

Une première technique connue, utilisée pour les accélérateurs d'électrons, fait appel à des moyens essentiellement électriques. A first known technique, used for electron accelerators, uses essentially electrical means.

Un moniteur détermine la position du barycentre des charges du faisceau d'électrons à l'entrée d'un électro-aimant de déviation. A monitor determines the position of the barycenter of the charges of the electron beam at the input of a deflection electromagnet.

Un moniteur identique détermine la position du faisceau, après déviation, à la sortie de cet électroaimant. An identical monitor determines the position of the beam, after deflection, at the output of this electromagnet.

Un tel montage nécessite un électro-aimant dont l'entrefer est très supérieur au diamètre du faisceau, ce qui augmente notablement l'action des champs magnétiques de fuite. Such an assembly requires an electromagnet whose air gap is much greater than the diameter of the beam, which notably increases the action of the leakage magnetic fields.

Cette première technique connue présente l'avantage de permettre l'étude de l'intégralité du faisceau et de s'appliquer à des accélérateurs fonctionnant "en monocoup", c'est-à-dire aptes à fournir périodiquement des faisceaux d'électrons sous forme de bouffées d'électrons ("electron bursts"). This first known technique has the advantage of allowing the study of the entire beam and of applying to accelerators operating "in a single shot", that is to say capable of periodically supplying electron beams under form of electron bursts.

Néanmoins, elle présente l'inconvénient de nécessiter une bonne connaissance du champ magnétique sur toute la trajectoire des électrons entre les deux moniteurs et de conduire à une mesure de position qui est fonction de la répartition spatiale des électrons. However, it has the drawback of requiring a good knowledge of the magnetic field over the entire trajectory of the electrons between the two monitors and of leading to a position measurement which is a function of the spatial distribution of the electrons.

Une deuxième technique connue met en oeuvre soit une mesure électrique soit une mesure optique. A second known technique implements either an electrical measurement or an optical measurement.

Dans cette deuxième technique, le faisceau d'électrons passent par un premier collimateur qui définit sa position initiale puis traverse une zone dans laquelle règne un champ magnétique créé par un électro-aimant. In this second technique, the electron beam passes through a first collimator which defines its initial position then crosses an area in which a magnetic field created by an electromagnet prevails.

Dans le plan de sortie de cette zone est placé soit un autre collimateur derrière lequel est disposé un capteur de courant soit un élément diélectrique transparent. In the exit plane of this zone is placed either another collimator behind which is placed a current sensor or a transparent dielectric element.

Dans le cas où l'on utilise le capteur de courant, cette deuxième technique donne une bonne précision spatiale mais nécessite soit de déplacer le capteur soit de faire varier le champ magnétique, pour construire le spectre en énergie du faisceau d'électrons. In the case where the current sensor is used, this second technique gives good spatial precision but requires either moving the sensor or varying the magnetic field, to construct the energy spectrum of the electron beam.

Il en résulte qu'il est impossible de faire une mesure relative à une bouffée d'électrons. As a result, it is impossible to make a measurement relating to a burst of electrons.

Dans le cas où l'on utilise l'élément diélectrique transparent, cette deuxième technique connue met en oeuvre l'effet Cerenkov de création de lumière dans ce diélectrique transparent au passage d'électrons suffisamment rapides. In the case where the transparent dielectric element is used, this second known technique implements the Cerenkov effect of creating light in this transparent dielectric with the passage of electrons which are fast enough.

La lumière ainsi créée est ensuite conduite par un moyen optique vers une caméra à balayage de fente ("streak camera") qui permet une analyse temporelle du faisceau d'électrons. The light thus created is then conducted by optical means to a streak camera which allows a temporal analysis of the electron beam.

Dans ce cas, les mesures sur des bouffées d'électrons sont possibles. In this case, measurements on bursts of electrons are possible.

Cependant, la diffusion des électrons dans l'élément diélectrique limite la résolution spatiale et donc la précision en énergie des mesures. However, the scattering of electrons in the dielectric element limits the spatial resolution and therefore the energy precision of the measurements.

On connaît également un spectromètre à électrons qui a été développé dans le cadre d'expériences de spectrométrie y. An electron spectrometer is also known which has been developed in the framework of y spectrometry experiments.

A ce propos, on se reportera au document suivant
(1) Broad range electron spectrometer using permanent
magnets, G.L. Morgan et al., Nuclear Instruments and
Methods A308 (1991) p.544 à 556.In this regard, we refer to the following document
(1) Broad range electron spectrometer using permanent
magnets, GL Morgan et al., Nuclear Instruments and
Methods A308 (1991) p.544 to 556.

Ce spectromètre connu utilise un aimant permanent en tant que générateur de champ magnétique. This known spectrometer uses a permanent magnet as a magnetic field generator.

La détermination de la trajectoire de tous les électrons en fonction de leurs énergies a lieu dans une structure polaire complexe où le champ est fortement non linéaire. The determination of the trajectory of all the electrons according to their energies takes place in a complex polar structure where the field is strongly nonlinear.

Dans ce spectromètre connu, le plan de sortie des électrons est équipé d'un ensemble de 90 fibres optiques permettant de couvrir une gamme d'énergies allant de 0,5 MeV à 25 MeV. In this known spectrometer, the electron exit plane is equipped with a set of 90 optical fibers making it possible to cover a range of energies going from 0.5 MeV to 25 MeV.

Le pas de positionnement de cet ensemble de fibres optiques est variable et conduit à un pas en énergie compris entre 3% et 3,5%. The positioning pitch of this set of optical fibers is variable and leads to an energy pitch of between 3% and 3.5%.

L'ensemble des fibres optiques est également couplé à une caméra à balayage de fente qui permet une analyse temporelle d'un faisceau d'électrons. The set of optical fibers is also coupled to a streak camera which allows a temporal analysis of an electron beam.

Ce spectromètre connu présente l'avantage d'être relativement compact et de ne pas nécessiter d'alimentation auxiliaire en courant. This known spectrometer has the advantage of being relatively compact and of not requiring an auxiliary current supply.

Cependant, il présente les inconvénients suivants - la forte inhomogénéité du champ magnétique impose une
très bonne connaissance de la trajectoire de tous les
électrons en fonction de leurs énergies, - la cartographie du champ magnétique doit être réalisée
avec une très importante précision spatiale, - l'évolution de ce champ magnétique, en particulier en
présence de solénoïdes de guidage du faisceau
d'électrons, n'est pas prise en compte, et - la résolution, lors d'une mesure sur une bouffée
d'électrons, est limitée à 3%. However, it has the following drawbacks - the strong inhomogeneity of the magnetic field requires a
very good knowledge of the trajectory of all
electrons as a function of their energies, - the magnetic field must be mapped
with very high spatial precision, - the evolution of this magnetic field, in particular in
presence of beam guiding solenoids
of electrons, is not taken into account, and - the resolution, when measuring on a puff
of electrons, is limited to 3%.

De plus, ce spectromètre connu ne permet pas de mesurer les fluctuations en énergie d'un faisceau d'électrons. In addition, this known spectrometer does not allow the energy fluctuations of an electron beam to be measured.

La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précédents. The object of the present invention is to remedy the above drawbacks.

Elle a pour objet un dispositif de mesure de l'énergie d'un faisceau d'électrons, ce dispositif comprenant - des moyens de génération d'un champ magnétique dans
une zone de passage du faisceau d'électrons, ce champ
magnétique étant destiné à dévier les électrons, - une première nappe de fibres optiques, dont une
extrémité est plane et destinée à être placée en
regard de la zone et de manière à intercepter les
électrons à la sortie de cette zone, ces électrons
interagissant alors avec les fibres optiques pour
produire un rayonnement par effet Cerenkov, - des moyens d'analyse temporelle de ce rayonnement, ces
moyens d'analyse étant aptes à déterminer l'évolution
temporelle de l'énergie du faisceau d'électrons, et - des moyens de couplage optique de l'autre extrémité de
la première nappe aux moyens d'analyse temporelle, ce dispositif étant caractérisé en ce que les moyens de génération du champ magnétique comprennent un électroaimant apte à engendrer un champ magnétique homogène dans ladite zone, les électrons se déplaçant alors, dans la zone, dans un plan perpendiculaire au champ magnétique, et en ce que le dispositif comprend en outre - une deuxième nappe de fibres optiques, dont une
extrémité est plane et destinée à être placée en regard
de la zone et de manière à intercepter les électrons à
la sortie de cette zone, les pas respectifs des
première et deuxième nappes étant différents l'un de l'autre, - des moyens de couplage optique de l'autre extrémité de
la deuxième nappe aux moyens d'analyse temporelle, - des moyens de positionnement de l'extrémité de l'une
quelconque des première et deuxième nappes en regard de
ladite zone, - des moyens de commande de ltélectro-aimant, permettant
de faire varier l'intensité du champ magnétique, et - des moyens de mesure de ce champ magnétique.It relates to a device for measuring the energy of an electron beam, this device comprising - means for generating a magnetic field in
an electron beam passage area, this field
magnetic being intended to deflect the electrons, - a first layer of optical fibers, including one
end is flat and intended to be placed in
look at the area and so as to intercept the
electrons at the exit of this area, these electrons
then interacting with optical fibers to
produce radiation by Cerenkov effect, - means of temporal analysis of this radiation, these
means of analysis being able to determine the evolution
time of the energy of the electron beam, and - optical coupling means of the other end of
the first layer with time analysis means, this device being characterized in that the means for generating the magnetic field comprise an electromagnet capable of generating a homogeneous magnetic field in said zone, the electrons then moving, in the zone, in a plane perpendicular to the magnetic field, and in that the device further comprises - a second layer of optical fibers, one of which
end is flat and intended to be placed opposite
of the area and so as to intercept the electrons at
the exit of this zone, the respective steps of
first and second layers being different from each other, - optical coupling means of the other end of
the second layer with time analysis means, - means for positioning the end of one
any of the first and second layers next to
said zone, - means for controlling the electromagnet, enabling
varying the intensity of the magnetic field, and - means for measuring this magnetic field.

Selon un mode de réalisation préféré du dispositif objet de l'invention, au niveau desdites extrémités, les fibres optiques de la première nappe sont jointives et les fibres optiques de la deuxième nappe sont régulièrement espacées les unes des autres. According to a preferred embodiment of the device which is the subject of the invention, at said ends, the optical fibers of the first layer are joined and the optical fibers of the second layer are regularly spaced from one another.

La première nappe permet une analyse de haute résolution de l'énergie des électrons et la deuxième nappe permet une analyse de basse résolution de cette énergie. The first layer allows a high resolution analysis of the energy of the electrons and the second layer allows a low resolution analysis of this energy.

De préférence, les fibres optiques des première et deuxième nappes sont faites de silice pure. Preferably, the optical fibers of the first and second layers are made of pure silica.

De préférence également, l'extrémité de chacune des première et deuxième nappes, qui est destinée à être placée en regard de ladite zone, fait un angle sensiblement égal à 45" avec le plan dans lequel se déplacent les électrons dans ladite zone. Also preferably, the end of each of the first and second layers, which is intended to be placed opposite said zone, forms an angle substantially equal to 45 "with the plane in which the electrons move in said zone.

On optimise ainsi la collection de lumière par les fibres optiques du fait que l'émission de lumière, par effet Cerenkov, s'effectue sensiblement à 45" de la trajectoire des électrons. This optimizes the collection of light by optical fibers because the emission of light, by Cerenkov effect, takes place approximately 45 "from the path of the electrons.

Dans une réalisation préférée de l'invention, le dispositif objet de l'invention comprend en outre des moyens de collimation du faisceau d'électrons, qui sont placés à l'entrée de ladite zone et prévus pour n'admettre, dans cette zone, qu'une partie du faisceau. In a preferred embodiment of the invention, the device which is the subject of the invention further comprises means for collimating the electron beam, which are placed at the entrance to said zone and designed not to admit, into this zone, only part of the beam.

Dans ce cas, les moyens de collimation comprennent de préférence un premier collimateur et un deuxième collimateur qui est placé entre l'entrée de ladite zone et le premier collimateur et dont l'ouverture pour le passage des électrons a une largeur inférieure à celle du premier collimateur et égale au diamètre du coeur des fibres optiques. In this case, the collimating means preferably comprise a first collimator and a second collimator which is placed between the entrance to said zone and the first collimator and whose opening for the passage of electrons has a width less than that of the first collimator and equal to the diameter of the core of the optical fibers.

De préférence, chacun des premier et deuxième collimateurs comprend une partie en graphite et une partie en un matériau à fort numéro atomique, qui suit la partie en graphite. Preferably, each of the first and second collimators comprises a part made of graphite and a part made of a material with a high atomic number, which follows the part made of graphite.

Les moyens de collimation peuvent comprendre en outre des moyens de réglage de l'ouverture définie par les premier et deuxième collimateurs. The collimation means may further comprise means for adjusting the opening defined by the first and second collimators.

De préférence, le dispositif objet de l'invention comprend en outre, au voisinage de ladite zone, des moyens de limitation des effets de bord dus au champ magnétique. Preferably, the device which is the subject of the invention further comprises, in the vicinity of said zone, means for limiting the edge effects due to the magnetic field.

Les moyens d'analyse temporelle peuvent comprendre une caméra à balayage de fente. The time analysis means may include a slit scan camera.

La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés ci-après, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels
la figure 1 est un exemple de spectre en énergie que
l'on peut obtenir avec un dispositif conforme à l'invention,
la figure 2 est une vue en coupe schématique d'un
mode de réalisation particulier du dispositif objet
de l'invention,
la figure 3 est une vue en coupe schématique d'une
partie du dispositif de la figure 2,
la figure 4 est une vue en perspective schématique
de moyens de collimation que comporte le dispositif
des figures 2 et 3,
la figure 5 est une vue en coupe schématique de
nappes de fibres optiques que comprend ce dispositif
des figures 2 et 3,
la figure 6A est un exemple de spectre en énergie
que l'on peut mesurer avec le dispositif des figures
2 et 3, et
la figure 6B représente une partie de ce spectre,
qui est mesurée avec une haute résolution.The present invention will be better understood on reading the description of exemplary embodiments given below, by way of purely indicative and in no way limiting, with reference to the appended drawings in which
Figure 1 is an example of an energy spectrum that
can be obtained with a device according to the invention,
Figure 2 is a schematic sectional view of a
particular embodiment of the object device
of the invention,
Figure 3 is a schematic sectional view of a
part of the device of FIG. 2,
Figure 4 is a schematic perspective view
collimation means that the device comprises
Figures 2 and 3,
Figure 5 is a schematic sectional view of
layers of optical fibers that this device includes
Figures 2 and 3,
FIG. 6A is an example of an energy spectrum
which can be measured with the device of the figures
2 and 3, and
FIG. 6B represents part of this spectrum,
which is measured with high resolution.

Le dispositif conforme à l'invention, qui va être décrit en faisant référence aux figures 1 à 6B, est destiné à mesurer l'énergie d'un faisceau d'électrons engendré par un accélérateur de particules. The device according to the invention, which will be described with reference to Figures 1 to 6B, is intended to measure the energy of an electron beam generated by a particle accelerator.

Ce dispositif est conçu pour mesurer des énergies dans une gamme allant d'environ 1 MeV à environ 25 MeV. This device is designed to measure energies in a range from around 1 MeV to around 25 MeV.

L'accélérateur fonctionne en "monocoup" c'està-dire est capable de fournir des bouffées d'électrons de façon périodique. The accelerator operates in "single shot" that is to say is capable of providing bursts of electrons periodically.

Cet accélérateur fournit chaque bouffée pendant un faible intervalle de temps c'est-à-dire que la largeur temporelle At de chaque bouffée est faible, par exemple inférieure à 100 ns. This accelerator provides each puff during a short time interval, that is to say that the temporal width At of each puff is small, for example less than 100 ns.

Cependant, compte tenu des vitesses acquises par les électrons, on peut parler d'un faisceau d'électrons à propos d'une telle bouffée. However, given the speeds acquired by the electrons, we can speak of an electron beam in connection with such a burst.

Le dispositif conforme à l'invention est capable de mesurer la valeur absolue de l'énergie E des électrons avec une précision supérieure à 18 et avec une résolution de 0,18 sur les fluctuations de l'énergie en fonction du temps t. The device according to the invention is capable of measuring the absolute value of the energy E of the electrons with an accuracy greater than 18 and with a resolution of 0.18 on the fluctuations of the energy as a function of time t.

De plus, la résolution temporelle est d'environ 2 ns ou meilleure que cette valeur. In addition, the time resolution is approximately 2 ns or better than this value.

C'est pourquoi ce dispositif conforme à l'invention est conçu pour obtenir l'évolution de l'énergie E en fonction de temps t en une seule bouffée, ou impulsion, de 100 ns. This is why this device according to the invention is designed to obtain the change in energy E as a function of time t in a single puff, or pulse, of 100 ns.

Pour obtenir les performances ci-dessus, ce dispositif utilise deux zones d'analyse de résolutions différentes, à savoir une zone correspondant à une basse résolution et une zone correspondant à une haute résolution. To obtain the above performances, this device uses two analysis zones of different resolutions, namely an zone corresponding to a low resolution and a zone corresponding to a high resolution.

La figure 1 montre un exemple de spectre que ce dispositif est capable de fournir. Figure 1 shows an example of spectrum that this device is capable of providing.

Ce spectre est obtenu avec la zone de basse résolution. This spectrum is obtained with the low resolution zone.

Le sommet de ce spectre se situe à une énergie
Eo de l'ordre de 3 MeV par exemple.The top of this spectrum is at an energy
Eo of the order of 3 MeV for example.

En haute résolution, ce dispositif permet d'étudier une partie quelconque de ce spectre. In high resolution, this device makes it possible to study any part of this spectrum.

On peut ainsi dire que ce dispositif conforme à l'invention permet un effet de "zoom" continu. We can say that this device according to the invention allows a continuous "zoom" effect.

Ceci, joint à la résolution en énergie et à la résolution temporelle qu'il permet d'obtenir, en fait un dispositif dont les performances sont supérieures à celles des spectromètres connus pour faisceau d'électrons. This, together with the energy resolution and the temporal resolution which it makes it possible to obtain, in fact a device whose performance is superior to that of known spectrometers for electron beam.

Dans ce dispositif, la partie intéressante du spectre qui a été obtenue en basse résolution est amenée dans la zone de haute résolution grâce à un champ magnétique variable. In this device, the interesting part of the spectrum which has been obtained in low resolution is brought into the high resolution zone thanks to a variable magnetic field.

Le principe de ce dispositif réside dans l'association d'une mesure d'énergie à une mesure de distance et de champ magnétique. The principle of this device lies in the association of an energy measurement with a measurement of distance and magnetic field.

Plus précisément, un électron placé dans un champ magnétique homogène décrit un cercle. More precisely, an electron placed in a homogeneous magnetic field describes a circle.

La mesure précise du diamètre de ce cercle et de la valeur du champ magnétique permet d'obtenir l'énergie de l'électron. The precise measurement of the diameter of this circle and the value of the magnetic field allows the energy of the electron to be obtained.

Le dispositif conforme à l'invention est, comme on le voit la figure 2, destiné à mesurer l'énergie d'un faisceau d'électrons 2 qui est fourni par un accélérateur d'électrons 4 et dont les électrons ont des vitesses différentes les unes des autres. The device according to the invention is, as can be seen in FIG. 2, intended to measure the energy of an electron beam 2 which is supplied by an electron accelerator 4 and whose electrons have different speeds each other.

Ce dispositif conforme à l'invention comprend - une chambre à vide 6 faite d'un matériau amagnétique, - un électro-aimant 8 prévu pour créer dans cette chambre
6 un champ magnétique homogène, - deux nappes de fibres optiques portant respectivement
les références 10 et 12, et - une caméra à balayage de fente 14.This device according to the invention comprises - a vacuum chamber 6 made of a non-magnetic material, - an electromagnet 8 provided to create in this chamber
6 a homogeneous magnetic field, - two layers of optical fibers carrying respectively
references 10 and 12, and - a streak camera 14.

Le faisceau 2 issu de l'accélérateur 4 se propage de ce dernier jusqu'à la chambre 6 dans un tube 16 raccordé de façon étanche à l'accélérateur et à l'entrée de la chambre à vide 6. The bundle 2 coming from the accelerator 4 propagates from the latter to the chamber 6 in a tube 16 tightly connected to the accelerator and to the inlet of the vacuum chamber 6.

La sortie de cette chambre est raccordée de façon étanche à un boîtier 18 dans lequel sont logées des extrémités respectives des nappes de fibres optiques 10 et 12 comme on le voit sur la figure 2. The outlet of this chamber is tightly connected to a housing 18 in which are housed respective ends of the sheets of optical fibers 10 and 12 as seen in FIG. 2.

Des moyens de pompage non représentés sont prévus pour faire le vide dans la chambre 6, le tube 16 et le boîtier 18. Pumping means, not shown, are provided to create a vacuum in the chamber 6, the tube 16 and the housing 18.

Comme on le voit sur la figure 2, l'extrémité du tube 16, qui se trouve au voisinage de l'entrée de la chambre 6, est évasée et contient des moyens 20 de collimation du faisceau d'électrons à analyser dans le dispositif. As can be seen in FIG. 2, the end of the tube 16, which is located in the vicinity of the entrance to the chamber 6, is flared and contains means 20 for collimating the electron beam to be analyzed in the device.

La chambre à vide 6 comprend une première paroi 22 en forme de demi-cylindre ainsi qu'une autre paroi 24 également en forme de demi-cylindre dont le rayon est supérieur à celui du précédent mais qui a la même hauteur que celui-ci et qui entoure la paroi 22 comme on le voit sur la figure 2. The vacuum chamber 6 comprises a first wall 22 in the form of a half-cylinder as well as another wall 24 also in the form of a half-cylinder whose radius is greater than that of the previous one but which has the same height as the latter and which surrounds the wall 22 as seen in FIG. 2.

Deux autres parois planes et parallèles 26 et 28 raccordent les bords respectifs de ces parois 22 et 24. Two other plane and parallel walls 26 and 28 connect the respective edges of these walls 22 and 24.

Les différentes parois de la chambre à vide 6 sont faites d'un matériau amagnétique comme par exemple de l'acier amagnétique et soudées les unes aux autres. The different walls of the vacuum chamber 6 are made of a non-magnetic material such as non-magnetic steel and welded to each other.

De très grandes précautions sont prises pour neutraliser la magnétisation parasite de la structure obtenue, consécutive aux contraintes apportées par le soudage. Very great precautions are taken to neutralize the parasitic magnetization of the structure obtained, consecutive to the stresses brought by welding.

On précise que la pression maintenue dans la chambre 6 lorsque le dispositif fonctionne est de l'ordre de 10-6 Pa. It is specified that the pressure maintained in the chamber 6 when the device is operating is of the order of 10-6 Pa.

L'électro-aimant 8 comprend deux pièces polaires 30 et 32 placées l'une en regard de l'autre et délimitant un espace dans lequel est logée la chambre à vide 6 comme on le voit sur la figure 3. The electromagnet 8 comprises two pole pieces 30 and 32 placed one opposite the other and delimiting a space in which is housed the vacuum chamber 6 as seen in FIG. 3.

Ces pièces polaires 30 et 32 sont sensiblement de forme semi-circulaires comme on le voit sur la figure 2 et sont respectivement munies de bobines 34 et 36, comme on le voit sur la figure 3. These pole pieces 30 and 32 are substantially of semicircular shape as seen in FIG. 2 and are respectively provided with coils 34 and 36, as seen in FIG. 3.

Ces bobines sont prévues pour créer dans la chambre à vide 6 un champ magnétique homogène, perpendiculaire au faisceau d'électrons incidents 2. These coils are provided to create in the vacuum chamber 6 a homogeneous magnetic field, perpendicular to the incident electron beam 2.

Les bobines 34 et 36 sont alimentées en courant électrique par des moyens appropriés 38 permettant de faire varier ce courant et donc de faire varier l'intensité du champ magnétique homogène créé dans la chambre à vide 6. The coils 34 and 36 are supplied with electric current by appropriate means 38 making it possible to vary this current and therefore to vary the intensity of the homogeneous magnetic field created in the vacuum chamber 6.

La taille des pièces polaires 30 et 32 est suffisante pour englober tout l'espace utile de la chambre à vide 6. The size of the pole pieces 30 and 32 is sufficient to encompass all the useful space of the vacuum chamber 6.

L'alimentation en courant électrique des bobines 34 et 36 est stabilisée à 10-4 près et il est possible de régler de façon continue le courant électrique fourni par les moyens 38. The supply of electric current to the coils 34 and 36 is stabilized to within 10-4 and it is possible to continuously adjust the electric current supplied by the means 38.

Une pièce 40, munie d'un anneau de préhension 42, entoure l'ensemble des pièces polaires 30 et 32 et maintient celles-ci l'une en face de l'autre. A piece 40, provided with a gripping ring 42, surrounds all of the pole pieces 30 and 32 and maintains these one opposite the other.

Un cadre métallique 44, par exemple en fer doux, est rendu solidaire de la chambre à vide 6 du côté du tube 16 et du boîtier 18 et entoure la zone où se trouve l'extrémité évasée du tube et le boîtier, comme on le voit sur la figure 2. A metal frame 44, for example made of soft iron, is made integral with the vacuum chamber 6 on the side of the tube 16 and the housing 18 and surrounds the area where the flared end of the tube and the housing are located, as can be seen in figure 2.

Ce cadre 44 est destiné à limiter les effets de bord du au champ magnétique créé dans la chambre à vide 6. This frame 44 is intended to limit the edge effects due to the magnetic field created in the vacuum chamber 6.

Une sonde à effet Hall permet de vérifier l'homogénéité du champ magnétique dans cette chambre à vide 6 et de mesurer les variations du champ magnétique de fuite. A Hall effect probe makes it possible to check the homogeneity of the magnetic field in this vacuum chamber 6 and to measure the variations in the leakage magnetic field.

Pour s'affranchir des effets d'hystérésis, qui sont propres à la mesure du champ magnétique engendré par les bobines 34 et 36, et pour augmenter la précision de la mesure de ce champ, une sonde à résonance magnétique nucléaire S, dont les signaux sont traités par des moyens non représentés, est utilisée pour mesurer le champ magnétique comme on le voit sur la figure 2. To overcome the hysteresis effects, which are specific to the measurement of the magnetic field generated by the coils 34 and 36, and to increase the accuracy of the measurement of this field, a nuclear magnetic resonance probe S, whose signals are processed by means not shown, is used to measure the magnetic field as seen in Figure 2.

Ce champ est ainsi mesuré à quelques 10-5 près. This field is thus measured to within 10-5.

Cette mesure permet d'intégrer les actions des différents champs parasites qui, en se couplant dans la structure de l'électro-aimant, augmentent ou diminuent la valeur du champ. This measurement makes it possible to integrate the actions of the various parasitic fields which, by coupling in the structure of the electromagnet, increase or decrease the value of the field.

Les moyens de collimation 20 permettent de délimiter une partie du faisceau d'électrons 2 qui sera analysée. The collimation means 20 make it possible to delimit a part of the electron beam 2 which will be analyzed.

Cette limitation permet, entre autres, de savoir, par des analyses successives, si l'ensemble du faisceau transporte les mêmes énergies. This limitation makes it possible, among other things, to know, by successive analyzes, whether the entire beam carries the same energies.

Comme on le voit sur la figure 4, les moyens de collimation 20 comprennent un premier collimateur 45 constitué de deux plaques 46 délimitant entre elles une fente qui, dans l'exemple décrit, a une largeur de 1 mm. As can be seen in FIG. 4, the collimating means 20 comprise a first collimator 45 consisting of two plates 46 delimiting between them a slot which, in the example described, has a width of 1 mm.

Ces moyens de collimation 20 comprennent également un deuxième collimateur 47 qui est placé entre le premier collimateur et l'entrée de la chambre à vide 6, comme on le voit sur la figure 2, et qui est constitué de deux plaques 48 délimitant entre elles une fente dont la largeur est inférieure à celle du premier collimateur 45 et égale au diamètre du coeur des fibres optiques des nappes 10 et 12. These collimating means 20 also include a second collimator 47 which is placed between the first collimator and the inlet of the vacuum chamber 6, as can be seen in FIG. 2, and which consists of two plates 48 delimiting between them a slot whose width is less than that of the first collimator 45 and equal to the diameter of the core of the optical fibers of the layers 10 and 12.

Dans l'exemple décrit, la largeur de cette fente du collimateur 47 vaut 200 um. In the example described, the width of this slot of the collimator 47 is 200 μm.

Pour obtenir un bon freinage des électrons et une faible génération de rayonnement y, on réalise de préférence les plaques 46 et 48 en graphite. To obtain good braking of the electrons and a low generation of y radiation, the plates 46 and 48 are preferably produced from graphite.

De plus, le collimateur 47 est décalé par rapport au collimateur 45 parallèlement au plan de la trajectoire des électrons soumis au champ magnétique engendré dans la chambre à vide 6 pour tenir compte, en ce qui concerne cette trajectoire, du champ de fuite due à l'électro-aimant. In addition, the collimator 47 is offset with respect to the collimator 45 parallel to the plane of the path of the electrons subjected to the magnetic field generated in the vacuum chamber 6 to take into account, as regards this trajectory, the leakage field due to the 'electro magnet.

Les moyens de collimation 20 comprennent en outre un ensemble 50 constitué par deux mâchoires 52 qui sont disposées entre les collimateurs 45 et 47 et faites par exemple en graphite. The collimating means 20 further comprise an assembly 50 constituted by two jaws 52 which are arranged between the collimators 45 and 47 and made for example of graphite.

Des moyens appropriés 54 permettent de régler sous vide, depuis l'extérieur du dispositif, la position de chaque mâchoire par rapport aux collimateurs 45 et 47 (qui sont fixes), indépendamment de l'autre mâchoire. Appropriate means 54 make it possible to adjust under vacuum, from outside the device, the position of each jaw relative to the collimators 45 and 47 (which are fixed), independently of the other jaw.

Les bords respectifs des mâchoires, qui sont en regard l'un de l'autre, sont parallèles au plan de la trajectoire mentionné plus haut et perpendiculaires aux bords des fentes de chacun des collimateurs. The respective edges of the jaws, which are opposite one another, are parallel to the plane of the path mentioned above and perpendicular to the edges of the slots of each of the collimators.

Le réglage de chaque mâchoire permet de choisir l'ouverture d'entrée de la chambre à vide, en augmentant ou en diminuant l'espace entre les deux mâchoires 52. The adjustment of each jaw makes it possible to choose the entry opening of the vacuum chamber, by increasing or decreasing the space between the two jaws 52.

En vue de limiter la propagation des rayonnements parasites (électrons, photons y par exemple), qui résultent du faisceau d'électrons incidents 2, une lame 56 est associée à chaque plaque des collimateurs, a les mêmes dimensions que la plaque associée et suit cette dernière (dans le sens de déplacement des électrons), comme on le voit sur la figure 4. In order to limit the propagation of parasitic radiation (electrons, photons there for example), which result from the incident electron beam 2, a plate 56 is associated with each plate of the collimators, has the same dimensions as the associated plate and follows this last (in the direction of movement of the electrons), as seen in Figure 4.

Chacune des lames 56 est maintenue par des moyens mécaniques non représentés à la plaque associée ou collée à cette dernière. Each of the blades 56 is held by mechanical means not shown on the associated plate or glued to the latter.

De plus, les lames 56 sont faites d'un matériau à fort numéro atomique, comme par exemple le tantale ou le tungstène. In addition, the blades 56 are made of a material with a high atomic number, such as, for example, tantalum or tungsten.

Dans la chambre à vide 6, les électrons du faisceau incident 2 décrivent des trajectoires formant des demi-cercles dans un plan perpendiculaire au champ magnétique homogène engendré dans la chambre à vide 6. In the vacuum chamber 6, the electrons of the incident beam 2 describe trajectories forming semicircles in a plane perpendicular to the homogeneous magnetic field generated in the vacuum chamber 6.

Le diamètre d'un demi-cercle est d'autant plus grand que l'énergie de l'électrons qui décrit ce demicercle est grande. The greater the diameter of a semicircle, the greater the energy of the electrons which describes this semicircle.

Le deuxième collimateur 47, dont la largeur de fente est égale au diamètre du coeur des fibres optiques des nappes 10 et 12, définit, en termes d'imagerie, le "point objet" du spectromètre, que constitue le dispositif des figures 2 et 3, et la référence de position, en vue de mesurer de tels diamètres. The second collimator 47, whose slit width is equal to the diameter of the core of the optical fibers of the layers 10 and 12, defines, in terms of imagery, the "object point" of the spectrometer, which constitutes the device of FIGS. 2 and 3 , and the position reference, in order to measure such diameters.

Les deux nappes de fibres optiques 10 et 12 servent à repérer, à leur arrivée dans le plan-image du spectromètre, les électrons qui ont été dispersés dans le plan de leurs trajectoires. The two layers of optical fibers 10 and 12 serve to identify, upon their arrival in the image plane of the spectrometer, the electrons which have been dispersed in the plane of their trajectories.

Lorsque des électrons traversent l'extrémité d'une fibre optique, ils produisent, par effet Cerenkov, un éclair de lumière. When electrons cross the end of an optical fiber, they produce, by Cerenkov effect, a flash of light.

Cette lumière est piégée dans la fibre optique et guidée jusqu'à l'autre extrémité de celle-ci. This light is trapped in the optical fiber and guided to the other end of it.

Dans l'exemple décrit, le diamètre du coeur de chaque fibre optique 58 vaut, comme on l'a vu, 200 um et le diamètre extérieur de la gaine optique de chaque fibre optique vaut 230 um. In the example described, the diameter of the core of each optical fiber 58 is, as we have seen, 200 μm and the outside diameter of the optical cladding of each optical fiber is 230 μm.

De plus, ces fibres optiques 58 sont de préférence en silice pure de manière à limiter leur brunissage sous rayonnement, ce brunissage entraînant une perte de transmission optique. In addition, these optical fibers 58 are preferably made of pure silica so as to limit their browning under radiation, this browning causing a loss of optical transmission.

La nappe 10, permettant une mesure à basse résolution, comprend 100 fibres optiques. The sheet 10, allowing a measurement at low resolution, comprises 100 optical fibers.

L'extrémité de cette nappe 10, qui se trouve en regard de la sortie de la chambre 6, est plane et les fibres y sont régulièrement espacées les unes des autres avec un pas voisin de 1,4 mm. The end of this sheet 10, which is opposite the outlet of the chamber 6, is planar and the fibers are regularly spaced there from one another with a pitch close to 1.4 mm.

La nappe plane 12, permettant des mesures à haute résolution, comprend aussi 100 fibres optiques. The flat sheet 12, allowing high resolution measurements, also includes 100 optical fibers.

L'extrémité de cette nappe 12, qui se trouve en regard de la sortie de la chambre 6, est plane et les fibres y sont jointives, le pas correspondant valant ainsi 230 um. The end of this sheet 12, which is opposite the exit from the chamber 6, is planar and the fibers are joined there, the corresponding pitch thus being worth 230 μm.

Les extrémités respectives des nappes de fibres optiques 10 et 12, qui sont placées en regard de la sortie de la chambre à vide 6, sont respectivement fixées sur des supports plans 60 et 62. The respective ends of the layers of optical fibers 10 and 12, which are placed opposite the outlet of the vacuum chamber 6, are respectively fixed on flat supports 60 and 62.

Le support 60 comprend des rainures parallèles 64 en forme de V dans lesquelles sont fixées les extrémités des fibres optiques correspondantes. The support 60 comprises parallel V-shaped grooves 64 in which the ends of the corresponding optical fibers are fixed.

Le dispositif comprend aussi des moyens 66 de maintien des supports 60 et 62 ainsi que des moyens 68, qui sont commandés de l'extérieur du dispositif et qui permettent l'insertion de l'une ou l'autre des deux nappes dans le faisceau d'électrons dispersé. The device also comprises means 66 for holding the supports 60 and 62 as well as means 68, which are controlled from outside the device and which allow the insertion of one or the other of the two plies in the bundle of 'scattered electrons.

Dans l'exemple représenté sur la figure 3, c'est la nappe 10 (nappe inférieure) qui est insérée dans le faisceau d'électrons sortant de la chambre à vide 6. In the example shown in FIG. 3, it is the layer 10 (lower layer) which is inserted into the electron beam leaving the vacuum chamber 6.

Compte tenu du fait que la lumière est essentiellement émise suivant une direction faisant sensiblement 45 avec le plan du faisceau d'électrons dispersé, les extrémités des fibres optiques situées en regard de la sortie de la chambre à vide 6 sont de préférence inclinées à 45" par rapport à ce plan comme on le voit sur la figure 3. Taking into account the fact that the light is essentially emitted in a direction making substantially 45 with the plane of the scattered electron beam, the ends of the optical fibers located opposite the outlet of the vacuum chamber 6 are preferably inclined at 45 " relative to this plane as seen in Figure 3.

Les positions des supports 60 et 62 par rapport aux moyens de maintien 66 sont prévues à cet effet. The positions of the supports 60 and 62 relative to the holding means 66 are provided for this purpose.

La position de chacune des 200 fibres optiques 58 est connue avec une grande précision, par exemple à +
30 um près, par rapport à la fente du deuxième collimateur 47.The position of each of the 200 optical fibers 58 is known with great precision, for example at +
30 um near, compared to the slot of the second collimator 47.

Chacune des nappes de fibres optiques passe du vide, qui règne dans le boîtier 18, à l'air par un passage étanche 70 en silicone. Each of the layers of optical fibers passes from the vacuum, which prevails in the housing 18, to the air through a sealed passage 70 made of silicone.

De plus, l'extrémité de chacune des nappes, opposée à celle qui est destinée à être insérée dans le faisceau d'électrons dispersé, est pourvue d'un connecteur multifibres 72 permettant le couplage optique de cette nappe avec la caméra à balayage de fente 14. In addition, the end of each of the layers, opposite to that which is intended to be inserted into the scattered electron beam, is provided with a multi-fiber connector 72 allowing the optical coupling of this layer with the streak camera 14.

Le fonctionnement de cette caméra 14 est synchronisé avec le fonctionnement de l'accélérateur 4, la ligne 74 de la figure 2 symbolisant cette synchronisation. The operation of this camera 14 is synchronized with the operation of the accelerator 4, the line 74 in FIG. 2 symbolizing this synchronization.

La caméra 14, qui est commercialement disponible, permet l'analyse temporelle du faisceau d'électrons. Camera 14, which is commercially available, allows the temporal analysis of the electron beam.

Des moyens électroniques appropriés 76 sont prévus pour traiter les signaux électriques produits par la caméra 14 et déterminer les spectres en énergie des faisceaux d'électrons que l'on veut étudier. Appropriate electronic means 76 are provided for processing the electrical signals produced by the camera 14 and determining the energy spectra of the electron beams to be studied.

Pour ce faire, on fournit également à ces moyens 76 les données suivantes : la valeur du champ magnétique dans la chambre à vide 6 et la position réelle de chacune des fibres par rapport à la fente du collimateur 47. To do this, the following data are also supplied to these means 76: the value of the magnetic field in the vacuum chamber 6 and the actual position of each of the fibers relative to the slit of the collimator 47.

Ces moyens de traitement 76 sont munis de moyens d'affichage 78 destinés à la visualisation des spectres. These processing means 76 are provided with display means 78 intended for viewing the spectra.

Chaque spectre représente les variations de l'énergie E des électrons en fonction du temps t. Each spectrum represents the variations of the energy E of the electrons as a function of time t.

Chaque spectre comprend cent points du fait que chaque nappe comprend cent fibres optiques. Each spectrum includes a hundred points because each layer comprises a hundred optical fibers.

Dans un spectre associé à une nappe, chaque énergie correspond à une fibre optique déterminée de cette nappe. In a spectrum associated with a sheet, each energy corresponds to a determined optical fiber of this sheet.

Un exemple de spectre de basse résolution est schématiquement représenté sur la figure 6A et correspond à l'insertion de la nappe de fibres optiques 10 dans le faisceau d'électrons dispersés, la résolution étant par exemple de 16 keV par point. An example of a low resolution spectrum is shown diagrammatically in FIG. 6A and corresponds to the insertion of the sheet of optical fibers 10 into the beam of scattered electrons, the resolution being for example 16 keV per point.

Un exemple de spectre à haute résolution est schématiquement représenté sur la figure 6B et correspond à l'insertion de la nappe de fibres optiques 12 dans le faisceau d'électrons dispersés, la résolution étant par exemple égale à 2 keV par point. An example of a high resolution spectrum is schematically represented in FIG. 6B and corresponds to the insertion of the sheet of optical fibers 12 into the beam of dispersed electrons, the resolution being for example equal to 2 keV per point.

C'est en faisant varier le champ magnétique dans la chambre à vide 6 que l'on modifie la trajectoire des électrons dans cette chambre et que l'on peut étudier la partie sélectionnée du spectre à basse résolution grâce à la nappe de fibres optiques jointives 12. It is by varying the magnetic field in the vacuum chamber 6 that we modify the trajectory of the electrons in this chamber and that we can study the selected part of the spectrum at low resolution thanks to the sheet of contiguous optical fibers. 12.

Les dispositifs conformes à l'invention sont utilisables dans un grand nombre de domaines, par exemple - le domaine des accélérateurs d'électrons et, plus
généralement, le domaine des accélérateurs de
particules, à condition d'utiliser aussi des moyens de
conversion de ces particules en électrons, - le domaine médical, dans tous les cas où l'on désire
mesurer avec précision l'énergie d'un faisceau
d'électrons, - tout domaine industriel utilisant des faisceaux
d'électrons dont la qualité de focalisation nécessite
une parfaite connaissance de l'énergie et de la
dispersion de ces faisceaux. The devices according to the invention can be used in a large number of fields, for example - the field of electron accelerators and, more
generally, the field of accelerators
particles, provided that also means of
conversion of these particles into electrons, - the medical field, in all cases where one wishes
accurately measure the energy of a beam
of electrons, - any industrial field using beams
electrons whose focusing quality requires
a perfect knowledge of energy and
dispersion of these beams.

Claims

1. Device for measuring the energy of an electron beam (2), this device comprising - means (8) for generating a magnetic field

in an area (6) of passage of the electron beam,

this magnetic field being intended to deflect the

electrons, - a first layer (10) of optical fibers (58), of which

one end is flat and intended to be placed in

look at the area and so as to intercept the

electrons at the exit of this area, these electrons

then interacting with optical fibers to

produce radiation by Cerenkov effect, means (14) of temporal analysis of this

radiation, these analytical means being able to

determine the time evolution of the energy of the

electron beam, and - means (72) for optical coupling of the other

end of the first layer to the analysis means

temporal, this device being characterized in that the means for generating the magnetic field comprise an electromagnet (8) capable of generating a homogeneous magnetic field in said zone, the electrons then moving, in the zone, in a plane perpendicular to the magnetic field , and in that the device further comprises - a second layer (10) of optical fibers (58), of which

one end is flat and intended to be placed in

look at the area and so as to intercept the

electrons at the exit of this zone, the respective steps

first and second layers being different one

on the other, - optical coupling means (72) on the other

end of the second layer to the analysis means

time (14), - means (66, 68) for positioning the end of

any of the first and second plies in

view of said area, - means (38) for controlling the electromagnet,

allowing to vary the intensity of the field

magnetic, and - means (S) for measuring this magnetic field.

2. Device according to claim 1, characterized in that, at said ends, the optical fibers of the first ply (12) are contiguous and the optical fibers of the second ply (10) are regularly spaced from each other.

3. Device according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the optical fibers (58) of the first and second layers are made of pure silica.

4. Device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the end of each of the first and second plies, which is intended to be placed opposite said zone (6), forms an angle substantially equal to 45 "with the plane in which the electrons move in said zone.

5. Device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it further comprises means (20) for collimating the electron beam, which are placed at the entrance to said zone and provided for n '' admit, in this zone, only part of the beam.

6. Device according to claim 5, characterized in that the collimating means (20) comprise a first collimator (45) and a second collimator (47) which is placed between the entrance to said zone and the first collimator and whose l opening for the passage of electrons has a width less than that of the first collimator and equal to the diameter of the core of the optical fibers (58).

7. Device according to claim 6, characterized in that each of the first and second collimators comprises a part (46, 48) in graphite and a part (56) in a material with high atomic number, which follows the part in graphite.

8. Device according to any one of claims 6 and 7, characterized in that the collimation means (20) further comprise means (50, 54) for adjusting the opening defined by the first and second collimators.

9. Device according to any one of claims 1 to 8, characterized in that it further comprises, in the vicinity of said zone, means (44) for limiting edge effects due to the magnetic field.

10. Device according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the time analysis means comprise a slot scanning camera (14).