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PERFECTIONNEMENT AUX ACCELERATEURS LINEAIRES DE PARTICULES.
La présente invention est relative aux accélérateurs linéaires de particules électrisées telles que par exemple, les électrons ou les ions positifs.
Elle est plus particulièrement relative à un perfectionnement permettant d'obtenir, au moyen des accélérateurs linéaires, des particules de très grande énergie, le rendement de l'opération étant d'autre part très élevé.
Il est bien connu que l'on peut accélérer des particules e'lec- trisées, en ligne droite ou suivant une trajectoire à grand rayon de courbure, au moyen d'une onde électromagnétique guidée dont la vitesse et l'accélération sont, en moyenne, égales à celles des particules; cette opération est réalisée dans les accélérateurs rectilignes connus sous le nom d'accélérateurs liné.- res, ou dans des accélérateurs à grand rayon de courbure.
On sait également qu'il existe, dans ces appareils, une phase déterminée de l'onde, dite "phase. d'équilibre", autour de laquelle les particules accélérées subissent des oscillations de phase et on peut montrer l'existence, de part et d'autre, de la phase d'équilibre, d'une gamme de phases favorables à la capture par l'onde des particules à accélérer.
Si alors l'accélérateur linéaire est précédé d'un pré-accélérateur à tension continue ou de très basse fréquence, les particules arrivant à l'entrée de l'accélérateur seront captées par l'onde ou non, suivant que leur phase est comprise dans la gamme des phases favorables ou ne l'est pas.
Ce dernier cas correspondant à des particules dont la phase est comprise dans la gamme des phases défavorables.
Dans le but de favoriser la capture des particules par l'onde électromagnétique, et compte tenu de ce qui précède, on sait aussi que l'on peut introduire, entre le pré-accélérateur et l'accélérateur proprement dit,
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un dispositif d'empaquetage des particulesimprimant à celles-ci une modula-
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tion de vit#s et transformant cette modulation de vitesse en modulation de densité par -r-7L-n,-ple suivant le principe bien connu du klystron.
Il arrive ainsi à l'entrée de 1-'accélérateur des paquets de particules de phases favo- rabless le nombre de particules non captées par Inonde étant de la sorte for- tement réduit. Dautre part, le ch@ix dune fréquence pour Inonde accélératrice dépend très fortement de la gamme d'énergie dans lequelle on désire travailler, la fréquence optimum croissant généralement avec l'énergie des particules.
Dans un accélérateur normal, à fréquence unique, celle-ci est prise égale à la fréquence optimum. pour une énergie moyenne dos particules et
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s=écartera donc de cette fréquence optimum pour les particules n'ayant pas encore atteint 1'éxergie moyenne ou 19ayant dépassée, On conçoit dès lors tout liintéréf d-ur- accélérateur linéaire ou à grand rayon de courbure con- stitué de plusieurs sections, chacune d'elles travaillant à des fréquences différentes égales aux fréquences optima correspondant à 1?énergie moyenne des particules dans les différentes sections.
On conçoit également par ce qui précède la'difficulté de réalisation d'un tel accélérateurs les particu-
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les sortant d,5un--- '-c'icn sont groupées par paquets autour de la phase d'équi1ibEs 13 paquets se succédant à une certaine fréquence; la fréquence de l'onde accélératrice étant différente dans la section suivante, la capture des particules par cette onde ne se fera pas régulièrement et de nombreuses particules ne seront pas captées
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L-"objet 1e la présente- invention est la réalisation d'un ac- célérateur linéaire ou à grana. rayon de courbure constitué d'un certain nombre de sections constituant chacune un accélérateur élémentaire et ne pré- sentant pas 'L'inconvénient signalé ci-dessus.
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Plus particulièrmeùt9 l'objet de la présente invention con- siste en la réalisation d'un dispositif permettant de coupler l'une avec l'autre plusieurs sections daccélérateurs linéaires ou à grand rayon de courbure travaillant à des fréquences différentes.
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L-''accélérateur linéaire ou à grand rayon de courbure sui- vant 1- invention est caractérisé en ce qu'il est constitué de plusieurs
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sections ê=3r.TaireB travaillant à des fréquences différentes, les dites section; etd4t raccordées entre elles par des tubes de dérive de longueur r convE-r..:ab1'::-ll", L. t ::;h Í3iE:,
Les figures du dessin annexé feront bien comprendre le principe de 1-inventiez elles représentent respectivement 1?allure de la com-
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posante longitiLal Ez du champ électrique de l'onde se propageant à la vitesse v d!.5 un accélérateur classique (figure 1) et un schéma de principe de Pa:
céléra+'EUT suivant linventior, donné à titre d'exemple non limi- tatif (figure 2),
Sur la figure 1, on a désigné par P la phase d'équilibre définie ci-avant et autour de laquelle les particules accélérées par l'onde subissent des oscillations de phase, Or- a désigne par SI et S2 deux surfaces égales, tracées suivant une construction connues en vue de déterminer la gamme des phases favorable à la capture des particules par l'onde. Ces phases sont contenues dans 1-'intervalle AB, les phases contenues dans l'intervalle BC étant défavorable à la capture.
On voit donc que dans un accélérateur classique,, dans lequel Inonde, accélératrice à la fréquence de l'onde -représentée sur la figure l, les particules seront groupées par paquets dans l'intervalle AB et effectueront dans cet intervalle, des oscillations autour de la phase déquilibre P.
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Sur la figrre 2 on a représenté par Al, A2, A3 0 ..... les di f- férentes sections constituant l 'accélérateur suivant 19invention. Les particules sent accélérées dans chacune de ces sections par une onde électroma-
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gnétique de-fréquence respectivement égale à fl, f2, f3 o e 4 a o ..
Entre chacune des sections, on a déposé un tube de dérive Tl, T2 ....de longueur convenablement choisie.,
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Le dispositif fonctionne comme suit : à la sortie de SI, il arrive, comme on l'a exposé, des paquets de particules groupées autour de la phase d'équilibre représentée par P sur la figure 1. En raison des oscillations de phase, toutes ces particules n'ont pas la même vitesse et il en résulte que, dans le tube Tl, les paquets vont s'étaler dans le temps et dans l'espace, les particules nétant plus soumises à l'action d'un champ électrique de haute fréquence.
Si la longueur du tube Tl est calculée de manière à donner l'étalement maximum, on obtiendra, à la sortie de ce tube, un flux à peu près continu de particules tel qu'il existe par exemple à la sortie d'un pré-accélérateur précédant la section Al.
La condition de capture des particules par l'onde de fréquence f2 à l'entrée de la section A2 est donc approximativement la même que la condition de capture par l'onde de fréquence fl à l'entrée de la section Al (voir la figure l). On peut, sans sortir du cadre de l'invention, apporter des perfectionnements au système représenté schématiquement sur la figure 2.
On peut notamment , par un dispositif approprié, faire dispa- raltre la modulation de vitesse qui subsiste à la sortie du tube Tl; ou introduire dans le tube Tl un dispositif de modulation de vitesse à la fréquence F2, cette modulation étant transformée en modulation de densité, ou encore introduire dans le tube Tl un dispositif contrariant la dispersion radiale des particules, tous ces perfectionnements pouvant être apportés ensemble ou séparément.
Il est également clair que le principe de l'invention n'est pas susceptible d'une limitation en nombre et que l'on peut, au cours de l'accélération, changer de fréquence autant de fois qu'on le désire, par le procédé décrit, les perfectionnements signalés étant appliqués à chacun des tubes Tl, T2 ...