HAL Id: jpa-00234096
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Dispositif de synchronisation automatique du cyclotron
Pierre Debraine, Čestmír Šímán
To cite this version:
LE
JOURNAL
DE
PHYSIQUE
ETLE
RADIUM
DISPOSITIF DE SYNCHRONISATION
AUTOMATIQUE
DU CYCLOTRONPar PIERRE DEBRAINE.
Ingénieur
E. P. C. I., Chef duGroupe
duCyclotron
au C. E. A. et010CESTMÍR
0160ÍMÁN011B.
Ingénieur
de l’ÉcolePolytechnique
de Brno.Sommaire. 2014
L’objet de la présente étude est la réalisation d’un dispositif de synchronisation du
cyclotron, permettant de faire fonctionner cet appareil avec la plus grande régularité possible. L’appareil
réalisé se compose de deux parties. La première partie est un régulateur du champ magnétique dont on
peut facilement commander la position de régulation par variation d’une tension appliquée à l’entrée. La deuxième partie est un dispositif permettant de commander le régulateur pour effectuer une
explo-ration continuelle du champ magnétique, effectuant une surveillance des réactions de l’intensité du faisceau d’ions à l’exploration précédente et faisant varier la valeur moyenne du champ magnétique dans le sens voulu pour obtenir la stabilisation à la valeur du champ magnétique donnant le faisceau maximum. Cette stabilisation ne dépend que de la réalisation du maximum, elle ne fait intervenir aucun
autre élément.
SÉRIE Viil. - TOME 1X. N° 4. AVRIL
19~8.
Le fonctionnement du
cyclotron dépend
d’unemanière extrêmement
critique
de la réalisation d’unecondition dite « de
synchronisme
» entre la valeurdu
champ magnétiqu.e
et celle de lafréquence
dela tension accélératrice
appliquée
entre les élec-trodes. D’autres facteurs interviennentégalement,
mais ils sont assez stables et nous n’aurons pas à
nous en occuper ici. Les deux facteurs considérés
interviennent de la même
manière,
mais enpratique
c’est le
réglage
duchamp magnétique qui
est leplus
important,
car lafréquence
peut
être maintenue relativement stable tandis que lechamp
magnétique
est
susceptible
de varier notablement. Ceci est dûau fait que l’électro-aimant est alimenté par un
groupe
convertisseur,
branché sur le secteur, etque la stabilité de ce dernier est loin d’être
suffi-sante. L’oscillateur fournissant la tension
accélé-ratrice se compose d’un maître oscillateur non
stabilisé
spécialement
et d’unétage
depuissance
alimentant
le circuit résonant ducyclotron.
Parsuite de la surtension élevée de ce circuit résonant
la
fréquence
est relativementstable,
maispeut
cependant
varierquelque
peu au cours dutemps.
Par suite des considérations
précédents,
on voitque le facteur
principal
intervenant dans leréglage
ducyclotron
est lechamp magnétique.
Onappelle
cou.rbe deréponse
la courbe de l’intensité du faisceau d’ions accélérés en fonction duchamp magnétique.
Cette courbe
présente
un maximumqui
correspond
à la
synchronisation
exacte, et despentes
différentesde
part
et d’autre dusynchronisme.
Une variationde la
fréquence
déplace
la courbeparallèlement
àl’axe des
abscisses,
en modifiantl’amplitude
par suite dudéréglage
de laligne
résonante, tandisqu’une
variation des
paramètres n’agissant
pas sur lesynchronisme
n’influe que surl’amplitude.
Initialement la commande du
champ magnétique
se faisait de la manière suivante :
l’opérateur
avaità sa
disposition
un rhéostatsitué
aupupitre
decommande; ce rhéostat était une fraction du rhéostat
d’excitation de la
dynamo
alimentant l’électro-aimant etpermettait
en faisant varier l’excitationde se rendre maître de la tension aux bornes de la
dynamo,
donc de l’intensité du courantpassant
dans
l’électro-aimant,
donc duchamp
magnétique.
La surveillance se faisait en utilisant les indications
LE JOURNAL DE PHYSIQUE ET LE RADIUM. - SÉRIE VIII. - T. IX. -
N° 4. -
.B, RIL 1948.
114
de deux
appareils
de mesure différents : ungalva-nomètre à
grande
sensibilitéindiquant
les varia-tions du courant de l’électro-aimant autour de lavaleur normale d’utilisation et un
rrticroampèremètre
mesurant l’intensité du faisceau d’ions arrivant
sur la cible.
Auprès
avoir déterminé la valeur del’intensité du courant dans l’électroaimant donnant le faisceau
maximum,
il fallait surveiller l’intensitédu
faisceau,
et, en cas de diminution de cetteinten-sité,
voird’après
les indications dugalvanomètre
si cette diminution était due à une croissance ou à une décroissance duchamp magnétique,
defaçon
àagir
dans le sens convenable pour retrouver lesynchronisme.
Indépendamment
de lafatigue
occa-sionnée à
l’opérateur
par suite de la tensiond’esprit
continuelle
qui
estnécessaire,
ce mode deréglage
est mauvais car unopérateur
humain dose diffi-cilement son action et introduit une surcompen-sationqui
serattrape
ensurcompensant
en sensinverse : il y a ainsi création d’oscillations
qu’il
estassez difficile d’amortir.
Nous avons alors
pensé
àutiliser
undispositif
de
régulation
automatique
duchamp magnétique,
ou, ce
qui
revient au même, de l’intensité du. courantd’alimentation de l’électro-aimant. En
réalité,
commeles
caractéristiques
du circuit de l’électro-aimantsont constantes une fois l’état de
régime
atteint,
il suffit d’assurer une stabilisation de la tension de
la
dynamo
pour avoir unchamp
magnétique
stable. Le
régulateur
ainsi conçu doit avoir uneréponse
rapide
defaçon
à compenser efficacementles variations
qui
peuvent
seproduire;
il doit avoirune action. variant comme l’écart instantané entre
la valeur à obtenir et la valeur actu.elle de
façon
à ne pas introduire d’oscillations
parasites;
enfin,
on doitpouvoir
régler
facilement la valeur àlaquelle
doit se stabiliser la
tension,
c’est-à-dire que l’ondoit
pouvoir
assurer facilement la «poursuite
». Ce dernier terme, utilisé dans le domaine desservo-mécanismes,
indique
qu.e lerégulateur
doit tendreà se stabiliser à toute valeur
qui
lui estindiquée
par
l’extérieur;
cettepoursuite
pouvant
être continueou occasionnelle suivant les cas.
L’appareil qui
sera décrit ci-dessous donneentiè-rement satisfaction au
point
de vue de larégulation
du
champ
magnétique.
Lapoursuite
est assurée par unetension,
réglable
au moyen d’unpoten-tiomètre,
appliquée
à l’entrée del’appareil.
L’intérêtde la
poursuite
est le suivant : comme on fait unerégulation
de tension et que l’on désire unerégu-lation
d’intensité,
’il estnécessaire
depouvoir
changer
lepoint
derégulation
pendant
lapériode
où les
caractéristiques
de l’électroaimant varient(cette
période
est cellequi
suit la mise en route del’alim.entation de
l’électroaimant,
avant que l’étatde
régime
ne soitatteint);
d’autrepart,
lors des"
variations de la
fréquence
de la tension accélératrice il est nécessaire depouvoir
changer
légèrement
lavaleur du
champ magnétique
pour maintenir lesynchronisme.
Ledispositif
depoursuite
permet
ainsi une retouche manuelle du
réglage.
Une grosseamélioration sur le
réglage
entièrement manuelest ainsi obtenue : diminution considérable des
interventions de
l’opérateur
et en tout cas actionbeaucoup
plus
douce donnantmoins
lieu à la création d’oscillations.Cependant,
étant donné unréglage
durégulateur
fournissant un faisceau
déterminé, on ne
sait pas sil’on est au
réglage
optimum
dusynchronisme.
Pour le
savoir,
il faudraitagir
sur ledispositif
depoursuite
etexplorer
levoisinage
dupoint auquel
onest
réglé;
il serait alorspossible
d’agir
enconsé-quence. Comme la
fréquence
de la tension accélé-ratrice estsusceptible
de varier à toutinstant,
ilfaudrait faire cette
exploration
en permanence. Ceci estimpossible par action manuelle
sur lepotentio-mètre assurant la
poursuite
carl’exploration
seraitde
trop
grande
amplitude
et l’on seraittoujours,
déréglé.
Nous avons réalisé un
appareil
effectuant lesopérations
décrites ci-dessus. Cetappareil
dont ontrouvera la
description
ci-après
permet
de restertoujours automatiquement réglé
defaçon
à assurerla réalisation du
synchronisme.
Le faisceauprend
alors
d’après
ce que nous avons vuplus
haut savaleur maximum eu
égard
aux valeurs desparamètre
autres que ceux intervenant dans lasynchroni-sation,,
pour une valeur déterminée de lafréquence.
Comme ces autresparamètres
ne nécessitent pas unréglage
constant, une foisquela synchronisation
est assurée en toute
sécurité,
il estpossible d’agir
sur eux
pour’
améliorer le fonctionnement. Ceciest très difflcile tant que la
synchronisation
n’est pas assurée avecsécurité,
car les fluctuationsqui
se
produisent
troublent les résultats obtenus paraction sur les autres
paramètres.
Pour voir les conditions que doit
remplir
un telapparEil,
imaginons
unopérateur capable
de faireune
exploration
de trèspetite
amplitude
etanalysons
les
opérations qu’il
ferait.Supposons
qu’au
début,la
synchronisation
exacte ne soit pasréalisée;
l’opérateur
fait croître un peu lechamp
magnétique
ets’aperçoit
que l’intensité du faisceauaugmente;
d’après
la forme de la courbe deréponse
vis-à-visde la variation du
champ
magnétique qui
possède
un maximum, il en déduit
qu’il
est au-dessous dela valeur assurant la
synchronisation
exacte; il fait croître un peu lechamp magnétique (s’il
avaitinitialement
fait décroître lechamp magnétique,
ladécroissance de l’intensité du faisceau l’aurait amené
à la même conclusion et il aurait
réagi
en faisantcroître le
champ
magnétique).
Dans la nouvelleposition,
il recommence les mêmesopérations.
Deproche
enproche
il arrivejusqu’au
maximum. Les(changement
de sens de la variation dufaisceau);
tant que
l’opérateur
observe ceteffet,
iln’agit pas,
mais continue à effectuer les variations de faible
amplitude.
Ceci luipermet
de vérifier à tout instantqu’il
est bien au maximum. Si initialement il yavait eu décroissance de l’intensité du faisceau par croissance du
champ
magnétique (ou
croissancedu faisceau par décroissance du
champ
magnétique),
l’opérateur
en aurait déduitqu’il
était au-dessus de la valeur assurant lasynchronisation
exacte etil aurait
réagi
en faisant décroître lechamp
magné-tique.
Deproche
enproche
il serait arrivé aumaximum.
Supposons
maintenant que lasynchro-nisation exacte soit obtenue pour une valeur donnée
de la
fréquence
de la tensionaccélératrice;
l’opé-rateur observe la variation
caractéristique
dumaximum. Si la
fréquence
varie,
lasynchronisation
n’est
plus
assurée etl’aspect
de la variation dufaisceau
change,
indiquant
àl’opérateur
s’il est au-dessus ou au-dessous de la valeur assurant lesynchronisme.
Ilpeut
alorsagir
dans le sensconve-nable. Il faut que
l’exploration
soit de trèspetite
amplitude
defaçon
quelorsque
lasynchronisation
est réalisée les variations de l’intensité du faisceau
dues à
l’exploration
ne soient pasgênantes
pourl’utilisation de
l’appareil.
D’après
cetteanalyse
nous voyons quel’appareil
doit ètre
capable
de provoquerl’exploration
duchamp,
ceci par action sur ledispositif
depoursuite
durégulateur,
de déceler le sens des variationscorrespondantes
de l’intensité du faisceaud’ions,
1 de faire varier la valeur moyenne autour de
laquelle
se fait
l’exploration,
dans
un sensqui
dépend
du résultat desopérations
précédentes,
de déceler lepassage par le maximum et de maintenir la valeur moyenne fixe lors du
passage
par ce maximu.m.Toutes ces
opérations
doivent deplus
s’effectuerdans le minimum de
temps possible
etl’amplitude
del’exploration
doit être laplus petite possible
pour ne pasperturber
lefonctionnement,
tout enétant suffisamment
grande
pourpermettre
àl’appa-reil de voir le résultat de son action.
L’ensemble constitué par le
régulateur
et parl’appareil
de commande constitue undispositif
desynchronisation
automatique
ducyclotron qui
fonc-tionneparfaitement.
Dans cequi
suit nous allons décrire successivement ces deuxappareils.
1.
Dispositif
derégulation
automatique
duchamp magnétique.
L’ëlectro-aimant est alimenté par un groupe
conver-tisseur
comprenant
un moteurasynchrone
branchésur le secteur, une
dynamo
à excitationindépendante
et une excitatrice shunt. Ces trois
appareils
sonmontés sur le même arbre. Afin
d’augmenter
l’actionrégulatrice
nousagissons
sur le rhéostatd’exci-tation de l’excitatrice pour assurer la commande du
champ
magnétique.
Le
régulateur
est basé sur leprincipe
suivant : l’excitation de l’excitatrice est asservie de tellefaçon qu’une
variation de tension de lagénératrice
se traduise par un,e variation de cette excitation dans le sens
qui
tend às’opposer
à la variation initiale. Le processus étant valablequel
que soit le sens de lavariation,
la seuleposition d’équilibre
est cellequi correspond
à la valeur deréglage
choisieAinsi que nous l’avons vu
plus
haut il est d’ailleurs nécessaire deprévoir
undispositif
permettant
dechanger
cette valeur deréglage
à songré.
Nous allons maintenant étudier en détail les
différentes
parties
constitutives durégu.lateur.
1. Commande de l’excitation de l’excitatrice.- Cette commande se
fait
en introduisant unerésistance variable dans le circuit d’excitation de
l’excitatrice
(fig.
i).
Cette résistance doit êtreFig. I. - Principe de la commande du groupe convertisseur.
rendue variable par
commande
extérieure. Cecipeut
être réalisé de différentes manières : onpeut
commander un rhéostat à curseur par un
servo-moteur
(régulateur
Brown-Boveri)
ou biencourt-circuiter une résistance fixe
pendant
des intervallesde
temps
périodiques
degrandeur
variable(régu-lateur
Tirrill).
Nous avonspréféré
utiliser
unesolution
électronique
qui grâce
au maniqued’inertie
qui
en résultepermet
une actionplus
rapide.
Fig. 2. - Commande du
groupe convertisseur par variation
de la résistance interne de tubes électroniques.
Le circuit utilisé est
représenté figure
2. Larésis-tance variable
Ro
de lafigure
i estremplacée
par ntriodes montées en
parallèle.
Dans notre cas n =3,les triodes sont des 6L6 montées en triodes.
On
peut
facilement montrer que dans lemontage
116
fonction
pratiquement
linéaire de la tensionappliquée
sur les
grilles
destriodes,
tout au moins tant quel’on utilise la
partie
linéaire descaractéristiques
deslampes.
La commande de l’excitatrice se fait ainsifacilement en
agissant
sur la tensiongrille
deslampes.
2. Commande de la tension de lagénératrice.
-
Par suite de la constitution du circuit, on voit
que si la tension de l’excitatrice est une fonction
sensiblement linéaire de la tension
grille
deslampes,
il en sera de même de la tension de lagénératrice.
Autrementdit,
enagissant
sur la tensiongrille
des
triodes,
il estpossible
de se rendre maître dela tension de la
génératrice. Remarquons
qu’une
loi iinéaire n’est pas nécessaire pour le but que nous
poursuivons, cependant
il estpréférable
d’avoirune
réponse
sensiblement linéaire afin d’avoir uneaction
qui
soittoujours
du même ordre degrandeur.
3. Commande de la tensiongrille
de contrôlepar la
génératrice.
-Jusqu’ici
nous avons vula
possibilité
de faire varier la tensionE2
de lagénératrice
enagissant
sur la tensionV,.
Il fautFig. 3. -
Principe du régulateur.
que cette action soit faite
automatiquement
et dansle sens convenable par la
génératrice
elle-même. Pour cela nous utilisons lemontage
de lafigure
3Un
potentiomètre
Ppermet
d’obtenir une tensionCette tension est mise en
opposition
avec unetension de
comparaison
V, et la tension résultanteest
appliquée
à l’entrée d’unamplificateur
qui
fournit à la sortie une tension
On choisit k et Vl’ de telle
façon
queE2
=E2o,
où
E2,
est la valeur àlaquelle
on veut serégler,
lorsque v
= o. Il y a intérêt à ceque la valeur de k soit la
plus
voisinepossible
de i ainsi que nous le verronsplus
loin,
cequi
amène à utiliser une tensiond’opposition
du même ordre degrandeur
que làtension de fonctionnement de la
génératrice.
Ceciétant
fait,
on coupe les connexions C etD,
oncourt-circuite l’entrée de
l’amplificateur
et l’on relie lespoints
Ax
etB,
de lafigure
3 auxpoints A2
etB2
de lafigure
2. Onrègle
lapolarisation
initiale destriodes de
façon
à avoir un fonctionnement correct et l’onagit
sur le rhéostat d’excitation de lagéné-ratrice de
façon
que la tension de cette machinesoit
égale
à la valeur deréglage E2o’
Onsupprime
alors le court-circuit de l’entrée de
l’amplificateur
et l’on rétablit les connexions C et D. Rien ne
bouge
puisque
la tension de lagénératrice
estégale
àE,,
et que pour cette valeur la tensionappliquée
àl’entrée de
1.’amplificateur
est nulle.Supposons
que pour une causequelconque
latension de la
génératrice
devienneégale
àE20
+~E2.
Une tension Av =
k 1E2 apparaît
à l’entrée del’amplificateur,
cequi
se traduit parl’apparition
d’une tension
Vg
=V~~,
+ Kàv sur lesgrilles
des triodes.
Vh o
est lapolarisation
initiale des triodesqui
a étéréglée
tout à l’heure et K est legain
del’amplificateur.
Les connexions sont faites de tellefaçon qu’une
augmentation
de la tension d’entrée amène une diminution de la tension de lagéné-ratrice et vice versa. Il en résulte
que
toute variationde la tension de la
génératrice
tend à se compenseret que le
système
se retrouvepratiquement
enéquilibre lorsque
.1u =o, c’est-à-dire
lorsque
latension de la
génératrice
arepris
la valeurE2o’
4.
Réglage
de la tensiond’équilibre.
- Ainsique nous l’avons vu
plus
haut,
il est nécessaire depouvoir
changer
la valeur de la tensiond’équilibre
à son
gré;
pour cela il faut utiliser undispositif
àpoursuite.
Lesparamètres
surlesquels
il estpossible
d’agir
pour assurer cettepoursuite
sont k et Vcpuisque
c’est leréglage
de ces deuxgrandeurs
qui
permet
de se fixer à la valeurd’équilibre.
Les autresréglages
ne modifient pas notablement lefonction-nement du
régulateur
tant que l’on ne cherche pasà introduire de
trop
grandes variations,
cequi
estnotre cas, et en tout cas n’influent
pratiquement
pas sur la valeur
d’équilibre.
Il n’est d’ailleurs pas
équivalent d’agir
sur ket sur V car les variations
appliquées
à l’entrée del’amplificateur
sontmultipliées par
k, cequi
lesréduit d’autant
plus
que k estplu.s
petit.
Il estévident
qu’il
y a intérêt à ceque k
soit leplus
grand
possible pour avoir
laplus
grande
réactivitépossible
du
régulateur.
Enpratique
il n’est pas nécessaireque k
soitégal
à I, mais il n’est pasavantageux
des’éloigner
trop
de cette valeur. Comme nous necherchons pas à introduire de très
grandes
variationsde la valeur de
réglage
il estgénéralement
sufflsantd’agir
sur kaprès
avoir choisi convenablement Vsau début. Dans le cas où il y aurait lieu d’introduire
des variations
plus importantes
il seraitpossible
d’agir
sur Vs.Dans ce
qui
précède
nous avons considéré unréglage
manuel de la tensiond’équilibre
par actionautomatique
en introduisant une tension en sérieavec V, . C’est ce
qui
sera fait dans ledispositif
desynchronisation automatique
qui
sera décritci-dessous. Voici un au.tre
exemple :
supposons quenous voulions
régler
l’intensité dans le circuit del’électro-aimant,
nouspourrions
utiliser lesystème
suivant
qui
a d’ailleursdéjà
été utilisé en réalitéLa tension obtenue aux bornes du shunt de mesure
de l’intensité
passant
dans l’électro-aimant est miseen
opposition
avec une tension convenablementchoisie et le
circuit
se referme sur ungalvanomètre
(on
a encore ici undispositif
àpoursuite
jouant
pour l’intensité le même rôle que le
dispositif
décritplus
haut pour la tension). Lespot
dugalvanomètre
éclaire deux cellules
photoélectriques
enmontage
différentiel débitant dans un
potentiomètre
montéen série avec la tension
d’opposition
V,. durégu-lateur de tension. La tension
d’opposition
du circuitampèremétrique.
estréglée
de tellefaçon
que pour la valeurd’équilibre
de l’intensité les cellules soient éclairéessymétriquement.
Si l’intensité varie les cellules sont éclairées différemment et ilapparaît
une tension aux bornes du
potentiomètre
qui
commande lapoursuite
de la tension de lagénératrice.
Cettetension
variejusqu’à
ce que l’intensité aitrepris
sa valeurd’équilibre.
Enpratique
le circuitampèremétrique
devrait être un peuplus
compliqué
afin d’éviter que le
galvanomètre
n’introduise desperturbations.
5.
Amplificateur.
-L’amplificateur
doitremplir
un certain nombre de conditions. Ce doit être un
amplificateur
à courant continu donnant une tensionde sortie
égale
à une valeur donnéeV,o lorsque
la tension d’entrée estnulle;
cette valeurV~ o
doitpouvoir
être facilementréglable;
si la tension d’entrée devientégale
à w(quel que soit le signe
deàv)
la tension de sortie doit devenirégale
àoù .K est sensiblement constant. De
plus
l’ampli-ficateur ne doit pas introduire de variations
étran-gères
qui
perturberaient
la marche durégulateur.
En
particulier,
il ne doit pas être sensible à- desvariations de son
alimentation,
aussi bien du côtéchauffage
deslampes que
du côté alimentation hautetension.
’
Ces considérations nous ont amené à utiliser un
montage
en ,pont
de Wheatstonesymétrique
defaçon
que des variations de l’alimentation seréper-cutant sur les deux
lampes
introduisent le moinspossible
de variations résultantes à la sortie. Leschéma est
indiqué figure
4.
Lepotentiomètre
r1+ T2
permet de faire varier facilement la tension
V,,~,;
le contacteurC]
permet
de débrancherl’ampli-ficateur et de court-circuiter son entrée pour le
réglage
de lapolarisation
initiale destriodes;
ceréglage
se faitpratiquement
en mesurant le courantplaque
total des triodes et en l’amennant à unevaleur
convenable,
déterminée une fois pour toutespar action sur le
potentiomètre
ri +
r2.L’amplifi-cateur est linéaire si l’on fait travailler les
lampes
dans les
parties rectilignes
de leurscaractéristiques,
Fig. l. - Schéma de
l’amplificateur du régulateur.
ceci
exige
que lapolarisation
de repos Ua soitconve-nablement choisie au milieu de la
partie
rectiligne
des
caractéristiques
et quel’amplitude
dessignaux
appliqués
à l’entrée ne soit pastrop grande.
Ladeuxième condition est réalisée dans notre cas; la
première
est réalisée initialement. Lapolarisation
se fait au moyen d’une
pile
defaçon
à avoir lemaximum de stabilité.
6.. Tension de
comparaison
V, . - La méthodedonnant la tension de
comparaison
laplus
stableconsiste
àemployer
une batterie d’accumulateurs.Cependant,
comme la tension est relativementélevée,
la batterie est assez encombrante et il est
possible
d’employer
une tension stabilisée avec alimentationpar le secteur.
Le schéma de l’ensemble sera donné
plus
basavec celui du
dispositif
desynchronisation
auto-matique,
ainsi que les indications relatives auxopérations
de mise en état de fonctionnement.II.
Dispositif
de
synchronisation
automatique.
Le
dispositif
desynchronisation automatique
secompose de
plusieurs
éléments. Unpremier
élémentpermet
par action sur lerégulateur
d’introduireune variation
périodique
de faibleamplitude
duchamp
magnétique
autour de la valeur moyenne defonctionnement. Un deuxième élément
permet
d’obtenir une tensionqui
estl’image
des variationsde l’intensité du faisceau d’ions. Ces variations de
tension sont
appliquées
à l’entrée d’un troisième élément constitué par unamplificateur
très sélectifdestiné à faire la discrimination de la
position
actuelle de la valeur du
champ magnétique
parrapport
à la valeur assurant lasynchronisation
exacte, et à
enregistrer
la réalisation dusynchro-nisme. Cet
amplificateur
sélectifagit
sur un relais118
moyenne du
champ magnétique
dans le sensconve-nable pour assurer la
synchronisation.
Noues allons maintenant voir
plus
en détail laconstitution et le fonctionnement de ces différents
organes. ,
1.
Dispositif d’exploration
automatique
duchamp
magnétique. -
Ainsi que nous l’avonsvu.
plus
haut par le raisonnement de notreopérateur
fictif,
il est nécessaire de faire uneexploration
duchamp magnétique
autour de la valeurd’équilibre
pourpouvoir
savoir si l’on est à laposition
desynchronisme
ou n.on. Pour effectuer cetteexplo-ration on utilise la
possibilité
d’assurer lapoursuite
par une tension variableappliquée
à l’entrée durégulateur.
Leprincipe
dumontage
employé
estindiqué
figure
5. Un multivibrateurproduit
desFig. 5. -
Principe du dispositif de synchronisation automatique.
signaux
carrés que l’on recueille sur un diviseurde tension constitué
par R1
etP,.
Une fractionde cette tension est
appliquée
par l’intermédiaired’un condensateur C de très forte
capacité
sur unautre diviseur de tension
.R2
etR,.
T.a tensionapparaissant
aux bornes deR3
estappliquée
ensérie dans le
dispositif
depoursuite
durégulateur.
La constitution de ce circuit est nécessaire pour
la
suite,
bien que pour la commande seule del’explo-ration on
puisse
utiliser unmontage
plus
simple.
Le choix de la
fréquence
du multivibrateur se fait en considérantqu’une fréquence
élevée introduitdes
pertes
importantes
dans le circuit del’électro-aimant,
maisqu’une fréquence trop
basse ne donnepas une
réponse
assezrapide. Expérimentalement
on a trouvéqu’une fréquence
comprise
entre 2et 5 p : s était satisfaisante aux deux
points
de vue.En
pratique
nous utilisons unefréquence
de l’ordrede 3 p : s. Le condensateur C
présente
uneimpé-dance
pratiquement négligeable
pour lessignaux
fournis par le multivibrateur. Par suite de laprésence
de l’excitatrice et de la
génératrice
entre ledispo-sitif de commande et l’électro-aimant, les oscillations
carrées
appliquées
à l’entréeproduisent
des variationspratiquement
sinusoïdales duchamp
magnétique.
Lorsque
lepoint
de fonctionnement autourduquel
se fait
l’exploration
se trouve au-dessous de laposition
donnant lesynchronisme,
les variations de l’intensité du faisceau se font enphase
avec lesvariations du
champ
magnétique
par suite de lapente
positive
de la courbe deréponse
(l’intensité
du faisceauaugmente
lorsque
lechamp magnétique
augmente
et viceversa).
Lorsque
lepoint
de fonctionnement se trouve au-dessus de la
position
desynchronisme,
les variations de l’intensité du faisceausont en
opposition
dephase
avec les variations duchamp magnétique (l’in.tensité
du faisceau diminuelorsque
lechamp
magnétique
augmente
et viceversa).
Les variations de l’intensité du faisceau se font àla même
fréquence
que les variations de la tensionappliquée.
Si, maintenant,
lasynchronisation
exacte estréalisëe;
lorsque
lechamp magnétique
augmente,
l’intensité du faisceau commencepar
augmenter,
puis
diminue;
pendant
lapériode
de diminutiondu
champ
magnétique,
l’intensité du faisceau vaaugmenter
d’abord pour diminuer ensuite. Il enrésulte que la
fréquence
des variations de l’intensitédu faisceau est alors double de celle des variations
de la tension
appliquée.
La différence dephase
de 18oOqui
s’introduit suivant que l’on estau-dessous du
synchronisme
ou au-dessus et ledoublage
de
fréquence qui
seproduit
au moment dusynchro-nisme sont les éléments
qui
permettent
de faireagir
l’appareil
convenablement. Onpeut
dire queces
phénomènes
permettent
àl’appareil
d’agir
comme s’il était doué dejugement.
Ce sont cesphénomènes
qui
jouent
le rôle du cerveau de notreopérateur
fictif.2. Commande de
l’ amplificateur
sélectif.-Normalement le courant d’ions arrive sur la cible
et s’écoule au sol par l’intermédiaire d’un
micro-ampèremètre
de mesure et d’unenregistreur;
la cibleest évidemment isolée du sol. Afin de recueillir
un
signal
proportionnel
aux variations del’inten-sité du. faisceau d’ions on
place
une résistance dansle circuit de mesure de cette intensité et l’on
attaque
l’amplificateur
sélectif par la tensionapparaissant
aux bornes de cette résistance. La liaison se fait
par l’intermédiaire d’un condensateur pour n’utiliser que la partie alternative dé cette tension. La
résis-tance ne doit pas être
trop
grande
car le circuitde refroidissement de la cible shunte ce circuit de
mesure, par suite il faut que la résistance du circuit de mesure reste
petite
devant la résistance de la colonne d’eau de refroidissement pour ne pasperturber
notablement les mesures.3.
Amplificateur
sélectif. -provenant
dusystème précédent.
Il se composede trois
étages
dont lescharges
deplaque
sont descircuits de Wien, c’est-à-dire très
sélectifs;
deplus
une réaction
positive
sélective entre le troisièmeétage
et lepremier
permet
d’augmenter
encore lasélectivité. Tous ces circuits sont accordés sur la
fréquence
du multivibrateur. Un tube depuissance
polarisé
trèsnégativement
estattaqué
par le dernierétage sélectif,
il actionnequand
il est conducteurun relais
placé
dans son circuitplaque.
p Par suite de la constitution del’amplificateur
sélectif le relais ne
peut
être excité quelorsqu’un
signal
négatif
estappliqué
à l’entrée. Par suite le relais se formelorsque
la tension fournie par lemultivibrateur est
positive
ounégative
suivantque l’on se trouve au-dessous ou au-dessus de la
position
desynchronisme
et suivant ledéphasage
existant entre les variations de la tension dumulti-vibrateur et les variations du
champ magnétique.
Il estpossible
en introduisant un circuitdéphaseur
de
s’arranger
pour que les variations de tensionappliquées
à l’entrée del’amplificateur
sélectif soientdéphasées
des 7r ou de(2
k --~-I)
7r parrapport
aux variations de tensionappliquées
àl’entrée du
régulateur.
En réalité dans notre cas,il se trouve que les
impulsions
se trouventnatu-rellement
déphasées
de(2 k
~-i)
77:, cequi
ne nousoblige
pas à utiliser de circuit déphaseur.
Dans notrecas, le relais se ferme donc
lorsque
la tension fourniepar le multivibrateur est
positive
ounégative
suivant que l’on se trouve au-dessous ou au-dessus
du
synchronisme.
Le moment de fermeture du relais par rapport à la variation de la tensionappliquée
àl’entrée du
régulateur
dépend
donc de laposition
du
réglage
actuel parrapport
à celui réalisant lasynchronisation
exacte. Au moment où l’on setrouve au
synchronisme,
par suite dudoublage
defréquence
qui
seproduit,
l’amplificateur
n’agit
pas et le relais ne s’excite pas. On a donc au moyen
du
dispositif
précédent
lapossibilité
de discriminersi l’on se trouve au-dessus ou au-dessous du
synchro-nisme,
ou ausynchronisme
exact. Il va maintenantêtre
possible
d’utiliser ces éléments pour faire varierla valeur moyenne de
réglage
dans le sensconve-nable si l’on n’est pas au
synchronisme,
ou aucontraire de maintenir la valeur moyenne fixe si
l’on est au
synchronisme.,
4. Commande de la variation de la valeur
moyenne. - La tension
apparaissant
entre Eet F
(fis.
5) dépend
de deux facteurs : lepremier
facteur est la tension alternativeapparaissant
entre Bet D
qui
estl’image
réduite de celleapparaissant
entre B et
A;
le deuxième facteur est la tensionaux bornes de la
capacité
C, si cettecapacité
secharge.
Nous allons utiliser l’influence de ce deuxième facteur pour faire varier la valeur moyenne defonc-tionnement. Les contacts du relais commandé par
l’amplificateur
sélectif sont reliés auxpoints
z. etG,
la liaison aupoint
G se fait par l’intermédiairede la résistance
R4.
Supposons
que nous soyons au-dessous dusynchro-nisme ;
ainsi que nous l’avons vu tout àl’heure,
le relais ferme ses contacts au moment où la tensionappliquée
à l’entrée durégulateur
estpositive,
c’est-à-dire au moment où le
point
A estpositif
parrapport
aupoint
B. Il en résulte que leconden-sateur C va se
charger
dans le sensGD,
amenantle
point
G,
donc lepoint
F à êtreplus
positif.
Il seproduit
alors lephénomène
su.ivant,
si la constantedé
temps
du circuit dedécharge
est assezgrande :
la tension continue de
compensation appliquée
àl’entrée du
régulateur
ne vaplus
être Va mais V,.plus
une certaine tension constanteapparaissant
aux bornes de
EF;
dans le casconsidéré,
tout sepasse comme si Vr se trouvait
augmentée
et lerégu.-lateur va stabiliser le
champ
magnétique
à unevaleur moyenne
légèrement plus
élevée. On serapproche
ainsi de laposition
desynchronisme.
Tant que le
synchronisme
n’est pas atteint leconden-sateur C continue à se
charger
àchaque période
de
l’exploration.
On atteint ainsi laposition
desynchronisme
par échelons successifs.Lorsque
lesynchronisme
estatteint,
par suite dudoublage
de
fréquence
le relais ne fonctionne pas ainsi quenous l’avons vu
plus
haut et le condensateur ne secharge plus,
cequi
maintient lechamp magnétique
à la valeur
atteinte,
à ce moment. Dans le cas oùl’on serait au-dessus du
synchronisme,
le relaisse fermant
pendant
lespériodes
où lepoint
A estnégatif par rapport
aupoint
B,
le condensateur Cse
chargerait
en sensinverse.
cequi
amèneraitune diminution de la valeur moyenne du
champ.
magnétique
par le même processusque
tout à l’heureOn tend donc bien à regagner la
position
desynchro-nisme par échelons successifs et l’arrêt à la
position
desynchronisme
exact se fait dans les mêmesconditions. Si l’on est au
synchronisme
à un momentdonné et que la
position
dusynchronisme
varie,
on va se trouver, soit au-dessus, soit au-dessous dusynchronisme
et lesystème
va se remettre en actionpour gagner la nouvelle
position
desynchronisme.
Les variations dues àl’exploration
doivent êtrede
petite amplitude
defaçon que
lorsque
laposition
de
synchronisme
est atteinte les variations del’intensité du faisceau soient sufplsamment
petites
pour ne pas êtregênantes.
En
fait,
le condensateur C tend à sedécharger
à travers les
résistances
R2, R3
et la fraction dupotentiomètre
P1
comprise
entre B et D. Il y aintérêt à ce que la constante de
temps
de ce circuitde
décharge
soit laplus
grande
possible
defaçon
que la différence de
potentiel qui
commande lavariation de la
position
moyenne ne varie pastrop
120
Fig. 6. -
trop
gênante,
car par suite de cettedécharge
ontend à
quitter
lesynchronisme
et lesystème
entrealors en action pour
rattraper,
cequi
recharge
légèrement
le condensateur et compense immédia-tement ladécharge
antérieure.Le schéma de l’ensemble du
dispositif
desynchro-nisation
automatique
est donnéfigare
6 avecindi-cation des valeurs
qui
se sont montrées correctes dans notre cas.Quelques précautions
sont nécessaires pour obtenirun bon fonctionnement de
l’amplificateur
sélectif.Tout
d’abord,
il est nécessaire que les différentestensions d’alimentation soient convenablement
stabi-lisées ; ensuite,
comme il existe unchamp
hautefréqu.ence
d’un niveau assez élevé au.voisinage
ducyclotron,
il est nécessaire de blinder convenablement l’ensemble et de mettre des filtres hautefréquence
sur les fils entrant dans
l’amplificateur
sélectif.III. Mise en état de fonctionnement
et
réglage
de l’ensemble.Il est tout d’abord nécessaire de
régler
lerégu-lateur de
façon
à cequ’il
tende à assurer la stabili-sation dans larégion
de fonctionnement. Pourcela,
on détermine par une recherche manuellequelle
est cette valeur de fonctionnement et l’on fait le
réglage
durégulateur par la méthode
indiquée plus
haut.
Le
système
de commande étant aupoint,
c’est-à-dire le multivibrateur étant
réglé
sur unefréquence
convenable et
l’amplificateur
étantaccordé
surcette
fréqu,ence,
onattaque
lerégulateur
par lesystème
de commande et l’onrègle
au moyen dupotentiomètre
Pl l’amplitude
de la commande del’exploration
pour avoir une action efrlcace entraînantle minimum de fluctuations du faisceau. A ce moment
le
dispositif
est en état de fonctionnement. Si l’on arrête lecyclotron,
pourchanger
une cible parexemple,
il suffit de remettre en route sanss’occuper
de rechercher le
synchronismé
pour avoirimmédia-tement le faisceau maximum
compatible
avec lesautres
réglages.
Conclusions. -
Le
dispositif
desynchronisation
automatique
décritci-dessus
fonctionneparfai-tement. Son intérêt est aussi
grand
aupoint
de vuede la stabilité du fonctionnement
normal
ducyclotron
qu’au
point
de vue de la facilité et del’efrlcacité des
réglages
nécessaires pou.r assurerle fonctionnement
optimum.
Ce
dispositif
ne‘ se limite pas àl’emploi
que l’onpeut
en faire pour améliorer le fonctionnement ducyclotron;
ilpeut
aussi êtreadapté
à tous les casoù l’on a à faire une commande destinée à assu.rer
le fonctionnement d’u.n
appareil
ayant
une courbede
réponse présentant
un maximum, ce maximum étantsusceptible
de varier enamplitude
et enposition
sous l’influence de variations depara-mètres autres que celui sur
lequel
onagit
norma-lement. Son intérêt vient de ce que l’arrêt se
produit
par la réalisation même du maximum sans que
la valeur ou la
position
de ce maximum interviennent dans leprincipe
de la commande.Ce travail a été fait au, Laboratoire de Chimie
