Le macrotron : accélérateur de 100 kW en régime permanent

(1)

HAL Id: jpa-00243210

https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00243210

Submitted on 1 Jan 1969

HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers.

L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés.

Le macrotron : accélérateur de 100 kW en régime permanent

B. Epsztein, J. Pinel

To cite this version:

B. Epsztein, J. Pinel. Le macrotron : accélérateur de 100 kW en régime permanent. Re- vue de Physique Appliquée, Société française de physique / EDP, 1969, 4 (2), pp.187-188.

�10.1051/rphysap:0196900402018700�. �jpa-00243210�

(2)

187 LE MACROTRON : ACCÉLÉRATEUR DE 100 kW EN RÉGIME PERMANENT B. EPSZTEIN et J. PINEL,

C.S.F., Domaine de Corbeville, 91-Orsay.

Résumé. - Le macrotron est un accélérateur d’électrons où le faisceau traverse plusieurs

dizaines de fois une cavité alimentée en régime permanent ên ôndes métriques. Îl ^délivre ûn

faisceau de très bonne qualité ^et ^{de très} grande puissance.

Abstract.

^-

The macrotron is an electron accelerator in which the beam crosses a large

number of times the accelerating gap ^of ^an ^RF cavity ^fed by ^CW power ^{at metre} wavelengths.

It delivers a beam of high average power and very good optical quality.

REVUE DE PHYSIQUE APPLIQUÉE ^TOME 4, JUIN 1969,

Le macrotron fcg.1 ) accélère, ^en régime permanent, des électrons dans une cavité HF fonctionnant à ^une

fréquence ^fixe ^entre ³⁰ ^et 100 MHz. Le faisceau

traverse plusieurs fois la cavité alternativement dans

un sens puis ^dans ^l’autre. ^Le premier passage ^se fait

FTG. 1.

^-

Schéma de principe du macrotron.

sur l’axe de la cavité, ^les ^suivants ^lui ^sont parallèles ^et

sont disposés ^{sur une} spirale ^entourant ^{l’axe. A} chaque extrémité, le faisceau est réfléchi par des électro- aimants à 1800. Ils sont verticaux à une des extrémités

(côté « entrée », fin des traversées paires) êt horizontaux à l’autre extrémité. Les rayons de courbure des électro- aimants croissent en progression arithmétique îls ônt

tous la même épaisseur, sensiblement le même champ.

La cavité est formée de deux rhumbatrons accolés et fonctionnant en opposition ^de phase. ^Il ^ne paraît

pas intéressant d’en utiliser plus. L’alimentation HF est classique. ^Les régimes envisagés (tableau I) ^ne

sont pas très poussés ^et ^ne ^laissent supposer ^aucune difficulté spéciale. ^{Le BBU} ^ne ^semble pas à redouter.

Le rendement et l’énergie ^de ^sortie ^sont ^liés ^au ^nombre

de passages. Les valeurs indiquées ^sont ^relatives ^à vingt passages bien que les paramètres ^choisis permet-

7 TABLEAU I VALEURS TYPIQUES

DES PRINCIPAUX PARAMÈTRES DE FONCTIONNEMENT DE DEUX MACROTRONS (pour ²⁰ passages)

LES VALEURS INTERMÉDIAIRES SONT POSSIBLES

tent de placer douze électroaimants de chaque côté,

soit vingt-cinq passages. On peut certainement amé- liorer ce nombre.

I. Injection, focalisation, stabilité.

^-

L’injection ^se

fait vers 100 kV. Le groupement ^est spontané ^{dans la}

« petite » machine, mais il faut un prégroupeur ^dans

la grande, ^en raison de la valeur élevée du champ

accélérateur. La charge d’espace ^ne pose pas de pro- blème sérieux pour des ^courants inférieurs à 20 mA.

On focalise suffisamment au moyen de lentilles magné-

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/rphysap:0196900402018700

(3)

188 tiques de résolution placées ^sur ^le premier passage, à la sortie des espaces de glissement. ^L’effet ^de charge d’espace ^devient négligeable dès les passages suivants;

mais les composantes déflectrices du champ ^HF jouent

alors. Leur effet est le même à tous les passages puisque

le moment et la distance à l’axe sont proportionnels ^à

tous les passages. En donnant aux électroaimants des

angles ^{de faces} êt ûn gradient, ôn âssure ûne focalisation

largement suffisante. Les effets de résonance ^ne sont pas à craindre, ^le ^faisceau ^ne passant pas deux fois ^au même endroit. On prévoit cependant ^une focalisation

complémentaire par des quadrupôles placés ^dans l’espace central. L’émittance du faisceau dépend ^beau-

coup de la stabilisation des divers organes. Elle peut être très petite (2 ^mm ^X mr) ^à ^{100 MeV} ^{avec un}

spectre ^{de 1} % pour des stabilisations classiques.

L’énergie ^de ^sortie êst réglable. Ôn peut ^« ^{sortir »} après ûn passage quelconque. En baissant corrélati-

vement l’induction dans les électroaimants et le

champ HF, ^on explore ^les valeurs intermédiaires.

er

II. Construction.

^-

L’ensemble des cavités et des électroaimants est placé ^dans ^un caisson étanche. La

longueur ^est ^un peu supérieure ^{à la} longueur ^d’onde.

C’est donc ^une machine très compacte, compte ^tenu de la puissance ^délivrée.

ÉTUDES SUR LES ACCÉLÉRATEURS DE PARTICULES SUPRACONDUCTEURS

J. KERVIZIC,

C.S.F., Domaine de Corbeville, 91-Orsay.

Résumé. 2014 Cette communication expose sommairement des résultats d’étude sur les cavités HF supraconductrices, envisagées ^du point ^de ^vue ^de ^leurs applications ^aux ^accéléra-

teurs de particules. ^L’étude ^d’un dispositif d’asservissement en phase ^du champ accélérateur est présentée, ^et ^nous donnons les grandes lignes ^d’un projet d’accélérateur linéaire pour électrons.

Abstract.

^-

This paper presents ^some ^results ôn superconducting ^RF cavities, âs â ^first step ^{in their} application ^to particle accelerators. The study under way ^concerns â phase-

locked accelerating ^field device. The main features for an electron linear accelerator are

also given.

REVUE DE PHYSIQUE APPLIQUÉE. ^TOME ~1, JUIN 1969,

Le travail, engagé ^à la Division Accélérateurs de la

Compagnie générale ^de T.S.F., âvec ^l’aide êt ^les êncou- ragements de l’Institut de Recherches Nucléaires de

Strasbourg-Cronenbourg, ^s’est développé ^suivant ^deux plans. Expérimentalement, ^aux hyperfréquences, plu-

sieurs modèles de cavités résonnantes ont été réalisés et

étudiés, ûn dispositif de correction ên fréquence â ^été

mis au point, ^et ^des ^études ^sont actuellement en cours

pour réaliser la stabilisation en phase ^du champ

accélérateur. D’autre part, nous avons préparé ^l’éla-

boration d’un projet d’accélérateur linéaire _{pour élec-} trons, ên collaboration avec M. A. Septier. ^L’étude expérimentale â porté ^sur des cavités ên cuivre au

mode TM 010, à la fréquence de 1 300 MHz. Ces cavités sont plombées intérieurement par électrolyse (le plom- bage ^est ^réalisé parles ^services compétents ^de ^la G.S.F.).

La surtension des cavités a été étudiée suivant la méthode de Septier êt Viet, par accrochage ^sur ûn amplificateur (tube ^{à ondes} progressives) êt êxamen

des constantes du temps ^du signal HF. Les meilleurs

résultats s’élèvent à 70 X 106 à 4,2 oR, ^et ¹¹⁰ ^X ¹⁰⁶

à 2,DK, ^{sous une} puissance ^de quelques ^watts. ^Pour

certaines expériences, ûne légère détérioration des facteurs de surtension â pu être constatée ên ^cours

d’étude; ^elle ^est due vraisemblablement à la présence

de microfuites.

L’isolement thermique ^est ^rendu particulièrement

efficace sur nos montages, ^une provision ^de vingt ^litres

d’hélium liquide permettant ^en ^effet l’expérimentation pendant ^trois journées consécutives.

Un dispositif mécanique ^de correction ^en fréquence

a été utilisé, ^sans qu’il ^conduise ^à ^une détérioration notable du facteur de surtension. Il s’agit ^d’un piston supraconducteur traversant la paroi de la cavité

Le macrotron : accélérateur de 100 kW en régime permanent

HAL Id: jpa-00243210

https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00243210

Submitted on 1 Jan 1969

HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers.

L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés.

Le macrotron : accélérateur de 100 kW en régime permanent

B. Epsztein, J. Pinel

To cite this version:

B. Epsztein, J. Pinel. Le macrotron : accélérateur de 100 kW en régime permanent. Re- vue de Physique Appliquée, Société française de physique / EDP, 1969, 4 (2), pp.187-188.

�10.1051/rphysap:0196900402018700�. �jpa-00243210�

187

LE MACROTRON : ACCÉLÉRATEUR DE 100 kW EN RÉGIME PERMANENT B. EPSZTEIN et J. PINEL,

C.S.F., Domaine de Corbeville, 91-Orsay.

Résumé. - Le macrotron est un accélérateur d’électrons où le faisceau traverse plusieurs

dizaines de fois une cavité alimentée en régime permanent en ondes métriques. Il délivre un

faisceau de très bonne qualité et de très grande puissance.

Abstract.

The macrotron is an electron accelerator in which the beam crosses a large

number of times the accelerating gap of an RF cavity fed by CW power at metre wavelengths.

It delivers a beam of high average power and very good optical quality.

REVUE DE PHYSIQUE APPLIQUÉE TOME 4, JUIN 1969,

Le macrotron fcg.1 ) accélère, en régime permanent, des électrons dans une cavité HF fonctionnant à une

fréquence fixe entre 30 et 100 MHz. Le faisceau

traverse plusieurs fois la cavité alternativement dans

un sens puis dans l’autre. Le premier passage se fait

FTG. 1.

Schéma de principe du macrotron.

sur l’axe de la cavité, les suivants lui sont parallèles et

sont disposés sur une spirale entourant l’axe. A chaque extrémité, le faisceau est réfléchi par des électro- aimants à 1800. Ils sont verticaux à une des extrémités

(côté « entrée », fin des traversées paires) et horizontaux à l’autre extrémité. Les rayons de courbure des électro- aimants croissent en progression arithmétique ils ont

tous la même épaisseur, sensiblement le même champ.

La cavité est formée de deux rhumbatrons accolés et fonctionnant en opposition de phase. Il ne paraît

pas intéressant d’en utiliser plus. L’alimentation HF est classique. Les régimes envisagés (tableau I) ne

sont pas très poussés et ne laissent supposer aucune difficulté spéciale. Le BBU ne semble pas à redouter.

Le rendement et l’énergie de sortie sont liés au nombre

de passages. Les valeurs indiquées sont relatives à vingt passages bien que les paramètres choisis permet-

7

TABLEAU I VALEURS TYPIQUES

DES PRINCIPAUX PARAMÈTRES DE FONCTIONNEMENT DE DEUX MACROTRONS (pour 20 passages)

LES VALEURS INTERMÉDIAIRES SONT POSSIBLES

tent de placer douze électroaimants de chaque côté,

soit vingt-cinq passages. On peut certainement amé- liorer ce nombre.

I. Injection, focalisation, stabilité.

L’injection se

fait vers 100 kV. Le groupement est spontané dans la

« petite » machine, mais il faut un prégroupeur dans

la grande, en raison de la valeur élevée du champ

accélérateur. La charge d’espace ne pose pas de pro- blème sérieux pour des courants inférieurs à 20 mA.

On focalise suffisamment au moyen de lentilles magné-

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/rphysap:0196900402018700

188

tiques de résolution placées sur le premier passage, à la sortie des espaces de glissement. L’effet de charge d’espace devient négligeable dès les passages suivants;

mais les composantes déflectrices du champ HF jouent

alors. Leur effet est le même à tous les passages puisque

le moment et la distance à l’axe sont proportionnels à

tous les passages. En donnant aux électroaimants des

angles de faces et un gradient, on assure une focalisation

largement suffisante. Les effets de résonance ne sont pas à craindre, le faisceau ne passant pas deux fois au même endroit. On prévoit cependant une focalisation

complémentaire par des quadrupôles placés dans l’espace central. L’émittance du faisceau dépend beau-

coup de la stabilisation des divers organes. Elle peut être très petite (2 mm X mr) à 100 MeV avec un

spectre de 1 % pour des stabilisations classiques.

L’énergie de sortie est réglable. On peut « sortir » après un passage quelconque. En baissant corrélati-

vement l’induction dans les électroaimants et le

champ HF, on explore les valeurs intermédiaires.

er

II. Construction.

L’ensemble des cavités et des électroaimants est placé dans un caisson étanche. La

longueur est un peu supérieure à la longueur d’onde.

C’est donc une machine très compacte, compte tenu de la puissance délivrée.

ÉTUDES SUR LES ACCÉLÉRATEURS DE PARTICULES SUPRACONDUCTEURS

J. KERVIZIC,

C.S.F., Domaine de Corbeville, 91-Orsay.

Résumé. 2014 Cette communication expose sommairement des résultats d’étude sur les cavités HF supraconductrices, envisagées du point de vue de leurs applications aux accéléra-

teurs de particules. L’étude d’un dispositif d’asservissement en phase du champ accélérateur est présentée, et nous donnons les grandes lignes d’un projet d’accélérateur linéaire pour électrons.

Abstract.

This paper presents some results on superconducting RF cavities, as a first step in their application to particle accelerators. The study under way concerns a phase-

locked accelerating field device. The main features for an electron linear accelerator are

also given.

REVUE DE PHYSIQUE APPLIQUÉE. TOME ~1, JUIN 1969,

dizaines de fois une cavité alimentée en régime permanent ên ôndes métriques. Îl ^délivre ûn

faisceau de très bonne qualité ^et ^{de très} grande puissance.

number of times the accelerating gap ^of ^an ^RF cavity ^fed by ^CW power ^{at metre} wavelengths.

REVUE DE PHYSIQUE APPLIQUÉE ^TOME 4, JUIN 1969,

Le macrotron fcg.1 ) accélère, ^en régime permanent, des électrons dans une cavité HF fonctionnant à ^une

fréquence ^fixe ^entre ³⁰ ^et 100 MHz. Le faisceau

un sens puis ^dans ^l’autre. ^Le premier passage ^se fait

sur l’axe de la cavité, ^les ^suivants ^lui ^sont parallèles ^et

sont disposés ^{sur une} spirale ^entourant ^{l’axe. A} chaque extrémité, le faisceau est réfléchi par des électro- aimants à 1800. Ils sont verticaux à une des extrémités

(côté « entrée », fin des traversées paires) êt horizontaux à l’autre extrémité. Les rayons de courbure des électro- aimants croissent en progression arithmétique îls ônt

La cavité est formée de deux rhumbatrons accolés et fonctionnant en opposition ^de phase. ^Il ^ne paraît

pas intéressant d’en utiliser plus. L’alimentation HF est classique. ^Les régimes envisagés (tableau I) ^ne

sont pas très poussés ^et ^ne ^laissent supposer ^aucune difficulté spéciale. ^{Le BBU} ^ne ^semble pas à redouter.

Le rendement et l’énergie ^de ^sortie ^sont ^liés ^au ^nombre

de passages. Les valeurs indiquées ^sont ^relatives ^à vingt passages bien que les paramètres ^choisis permet-

DES PRINCIPAUX PARAMÈTRES DE FONCTIONNEMENT DE DEUX MACROTRONS (pour ²⁰ passages)

L’injection ^se

fait vers 100 kV. Le groupement ^est spontané ^{dans la}

« petite » machine, mais il faut un prégroupeur ^dans

la grande, ^en raison de la valeur élevée du champ

accélérateur. La charge d’espace ^ne pose pas de pro- blème sérieux pour des ^courants inférieurs à 20 mA.

tiques de résolution placées ^sur ^le premier passage, à la sortie des espaces de glissement. ^L’effet ^de charge d’espace ^devient négligeable dès les passages suivants;

mais les composantes déflectrices du champ ^HF jouent

le moment et la distance à l’axe sont proportionnels ^à

angles ^{de faces} êt ûn gradient, ôn âssure ûne focalisation

largement suffisante. Les effets de résonance ^ne sont pas à craindre, ^le ^faisceau ^ne passant pas deux fois ^au même endroit. On prévoit cependant ^une focalisation

complémentaire par des quadrupôles placés ^dans l’espace central. L’émittance du faisceau dépend ^beau-

coup de la stabilisation des divers organes. Elle peut être très petite (2 ^mm ^X mr) ^à ^{100 MeV} ^{avec un}

spectre ^{de 1} % pour des stabilisations classiques.

L’énergie ^de ^sortie êst réglable. Ôn peut ^« ^{sortir »} après ûn passage quelconque. En baissant corrélati-

champ HF, ^on explore ^les valeurs intermédiaires.

L’ensemble des cavités et des électroaimants est placé ^dans ^un caisson étanche. La

longueur ^est ^un peu supérieure ^{à la} longueur ^d’onde.

C’est donc ^une machine très compacte, compte ^tenu de la puissance ^délivrée.

Résumé. 2014 Cette communication expose sommairement des résultats d’étude sur les cavités HF supraconductrices, envisagées ^du point ^de ^vue ^de ^leurs applications ^aux ^accéléra-

teurs de particules. ^L’étude ^d’un dispositif d’asservissement en phase ^du champ accélérateur est présentée, ^et ^nous donnons les grandes lignes ^d’un projet d’accélérateur linéaire pour électrons.

This paper presents ^some ^results ôn superconducting ^RF cavities, âs â ^first step ^{in their} application ^to particle accelerators. The study under way ^concerns â phase-

locked accelerating ^field device. The main features for an electron linear accelerator are

REVUE DE PHYSIQUE APPLIQUÉE. ^TOME ~1, JUIN 1969,

Le travail, engagé ^à la Division Accélérateurs de la

Compagnie générale ^de T.S.F., âvec ^l’aide êt ^les êncou- ragements de l’Institut de Recherches Nucléaires de

Strasbourg-Cronenbourg, ^s’est développé ^suivant ^deux plans. Expérimentalement, ^aux hyperfréquences, plu-

étudiés, ûn dispositif de correction ên fréquence â ^été

mis au point, ^et ^des ^études ^sont actuellement en cours

pour réaliser la stabilisation en phase ^du champ

accélérateur. D’autre part, nous avons préparé ^l’éla-

boration d’un projet d’accélérateur linéaire _{pour élec-} trons, ên collaboration avec M. A. Septier. ^L’étude expérimentale â porté ^sur des cavités ên cuivre au

mode TM 010, à la fréquence de 1 300 MHz. Ces cavités sont plombées intérieurement par électrolyse (le plom- bage ^est ^réalisé parles ^services compétents ^de ^la G.S.F.).

La surtension des cavités a été étudiée suivant la méthode de Septier êt Viet, par accrochage ^sur ûn amplificateur (tube ^{à ondes} progressives) êt êxamen

des constantes du temps ^du signal HF. Les meilleurs

résultats s’élèvent à 70 X 106 à 4,2 oR, ^et ¹¹⁰ ^X ¹⁰⁶

à 2,DK, ^{sous une} puissance ^de quelques ^watts. ^Pour

certaines expériences, ûne légère détérioration des facteurs de surtension â pu être constatée ên ^cours

d’étude; ^elle ^est due vraisemblablement à la présence

L’isolement thermique ^est ^rendu particulièrement

efficace sur nos montages, ^une provision ^de vingt ^litres

d’hélium liquide permettant ^en ^effet l’expérimentation pendant ^trois journées consécutives.

Un dispositif mécanique ^de correction ^en fréquence

a été utilisé, ^sans qu’il ^conduise ^à ^une détérioration notable du facteur de surtension. Il s’agit ^d’un piston supraconducteur traversant la paroi de la cavité

perpendiculairement ^à ^{son axe} ^et ^{dans le} plan ^médian.

Il est commandé par vis micrométrique, ^ce qui ^lui

confère ^une définition de 10 Hz environ, pour ^une

L’étude expérimentale de la stabilité en phase ^du

champ ^nous ^a fourni des résultats assez contingents.