Une fois produits par la source EGS-2010, les électrons sont injectés dans la cavité accélératrice de FELIX où règne un champ électrostatique−−→
Eacc généré par une différence de potentiel entre le terminal (source) et le support de la colonne (figure7.4).
Figure 7.4 – Schéma de l’étage accélérateur de FELIX vue de dessus (haut) et vue en coupe du côté (bas). La source d’électrons se trouve dans le terminal (droite). Avec l’autorisation de
HVE [47]
L’alimentation haute-tension générant la différence de potentiel est constituée de trois éléments : une source de tension radiofréquence, un circuit redresseur de type Cockcroft-Walton et un contrôleur d’alimentation.
CHAPITRE 7. DESCRIPTION ET CONTRÔLE DE L’ACCÉLÉRATEUR FELIX
7.2.1 Génération de la haute-tension continue
La tension alternative injectée dans le circuit de Cockcroft-Walton est générée par une alimentation symétrique transformant le circuit triphasé de l’installation en un signal ra-diofréquence ajustable entre 30 et 55 kHz dont la puissance maximale injectée est de 3 kW. Cette alimentation est aussi constituée d’un système de régulation de la haute-tension et de contrôle des paramètres important de l’accélérateur, décrit dans la section suivante.
Le signal radiofréquence est dans un premier temps injecté sur deux bobines puis dans la cuve de l’accélérateur sur deux électrodes hémicylindriques entourant le reste des élé-ments. Deux paires d’anneaux corona sont en couplage capacitif avec les électrodes et captent une partie du signal provenant de l’alimentation externe. Ces anneaux corona ali-mentent le circuit de Cockcroft-Walton, composé d’un doublet de quarante-et-un étages positionné en parallèle, pour générer la différence de potentiel constante entre le terminal, de potentiel négatif, et la partie avant de l’accélérateur, de potentiel nul (figure7.5).
Figure 7.5 – Schéma du circuit redresseur de l’accélérateur FELIX. Le nombre d’éléments réprésentés sur ce schéma n’est pas conforme à la réalité.
Le circuit de Cockcroft-Walton comporte une série de résistance pour isoler l’alimen-tation externe des éventuelles surcharges pouvant survenir dans la cuve de l’accélérateur, notamment lors d’un pic de vide1. Ces résistances couplées aux différentes capacités du circuit constituent aussi un filtre passe-bas réduisant les oscillations du potentiel haute-tension. La mesure du courant traversant ces résistances donne le courant total débité par l’accélérateur Iup (upcharge current).
Des anneaux de garde entourent la colonne de l’accélérateur et sont séparés par des résistances pour former la chaîne de résistance de la colonne Rcol. Une chaîne de résis-tances de calibration Rcal qualifiées est placée dans la cuve et reliée au terminal pour effectuer la mesure directe de la différence de potentiel. Par conséquent, lorsque la haute-tension est active, un courant de colonne Icol (column current) et un courant de calibration 1. Un pic de vide est une remontée soudaine du niveau de vide ayant différentes origines et impliquant une augmentation rapide et transitoire des paramètres électriques de l’étage accélérateur. Un conditionning adéquat de la haute-tension permet d’empêcher la survenue de ces pics de vide lors de l’utilisation de l’accélérateur.
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Ical (calibration current) traversent ces chaînes de résistances. Ils sont reliés aux courants d’émission net de la source Ie et de fuite Icorona, selon l’équation7.1. Le courant de fuite est négligeable pour les hautes-tensions allant jusqu’à 3000 kV et de l’ordre du microam-père au-delà.
Iup= Icol+ Ical+ Ie+ Icorona (7.1)
Le contrôle de ces courants sur le long terme donne une indication de l’état des com-posants électriques au sein de la cuve de l’accélérateur.
7.2.2 Régulation de la haute-tension
La haute-tension de l’accélérateur détermine l’énergie cinétique maximale des électrons qui, elle-même, caractérise à la fois l’efficacité de production des rayons X de freinage et la forme de leur distribution spectrale aux points de mesure. Cette distribution spectrale est un paramètre métrologique important (chapitre8), qu’il convient de contrôler et stabiliser. Pour ce faire, la reproductibilité et la stabilité de la haute-tension de l’accélérateur sont assurées par la mesure du potentiel électrique du terminal et par le contrôle de la puissance injectée au circuit redresseur. La mesure est assurée par deux dispositifs complé-mentaires : un voltmètre générateur (generating voltmeter (GVM)) et un capteur capacitif (capacitive pick-up (CPU)). La puissance injectée dans l’accélérateur est soumise à une contre-réaction en conséquence pour stabiliser le potentiel électrique du terminal.
7.2.2.1 Voltmètre générateur (generating voltmeter (GVM))
Le voltmètre générateur (GVM) effectue une mesure sans fil de la partie continue (DC) du potentiel électrique du terminal avec une précision de l’ordre de 0,05 % et un temps de réponse de 50 ms. Cet instrument de mesure est fixé à l’arrière de la cuve, en regard du terminal (figure7.5) et est constitué d’un moteur, d’un disque obturateur disposant de quatre ouvertures et de huits secteurs fixes placés entre le disque obturateur et le moteur (figure7.6).
Les huit secteurs se chargent électriquement sous l’action d’un champ électrostatique. Lors du fonctionnement de l’accélérateur, le signal de sortie de ces secteurs est la somme du signal utile, Su, produit par le champ électrostatique du terminal, et d’un signal para-site, Sp, produit par les courants de fuite. Le disque obturateur est mis en rotation pour exposer périodiquement les secteurs. Le signal mesuré sur les secteurs non exposés est soustrait au signal des secteurs exposés pour obtenir le signal utile, Su.
Lors de la mise en service de l’accélérateur, un étalonnage du GVM a été effectué par HVE et une procédure de vérification de son étalonnage est régulièrement mise en œuvre pour s’assurer de son bon fonctionnement. Cette vérification de l’étalonnage de la haute-tension consiste à mesurer la valeur de la résistance totale de calibration Rcal puis à mesurer le courant de calibration Ical traversant cette chaîne à l’aide d’un ampèremètre
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de précision, pour différentes consignes en haute-tension.
Figure 7.6 – Principe de fonctionnement du voltmètre générateur. Avec l’autorisation de HVE [48]
7.2.2.2 Capteur capacitif (capacitive pick-up (CPU))
Le signal de sortie du GVM est entâché de fluctuations harmoniques dont les fréquences sont supérieure à 50 Hz. Dans le but de corriger cette instabilité et améliorer la contre-réaction, une mesure de la partie alternative (AC) du potentiel électrique du terminal est assurée par un capteur capacitif (CPU) fixé à l’arrière de la cuve (figure7.5), moins sensible au bruit.
7.2.2.3 Contrôleur de haute-tension
L’injection de la tension alternative radiofréquence dans le circuit redresseur est assurée par le contrôleur de haute-tension prenant en entrée, d’une part le potentiel électrique du terminal mesuré par le GVM et le CPU, d’autre part les différents signaux de protection de l’accélérateur. Ces signaux (tableau7.2) sont monitorés en permanence et l’accélérateur est mis à l’arrêt si l’un d’eux est déclenché.
Signal Déclenchement
Sécurité Vérifie que le signal venant du système de sécurité de l’installation autorise l’émission des rayonnements
Pression Vérifie que la pression dans la cuve est supérieure à 5 bar
Vide Vérifie que le niveau de vide de la ligne de faisceau est inférieur à 10−6
mbar
Refroidissement Vérifie que les différents circuits de refroidissement sont en fonctionnement Décharge Vérifie l’absence de décharges électriques dans la cuve de l’accélérateur
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