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La présente invention est relative au traitement de matières par irridiation à l'aide de particules à grande énergie, pour changer les propriétés chimiques ou physiques des matières, Les matières traitées peuvent être des corps solides ou des liquides confinés, pour les besoins .u trai- tement, dans des réceptacles appropriés.
Le terme "corps" tel qu'il est utilisé dans la suite du présent mémoire,doit être considéré comme englo- bant, dans les cas appropriés,,les liquides ainsi confinés.
Les particules utilisées sont des particules chargées, de préférence des électrons, avec une énergie de l'ordre de 0,5 MeV et davantage.
Le but de l'invention est d'obtenit une meilleure répartition de l'effet de l'irradiation dans un corps traité.
Pendant le traitement, le corps peut être fixe par rapport à une source de particules ou bien il peut se déplacer, de manière continue, par rapport à la source dans une direction transversale au courant de particules émanant de la source et dirigé sur le corps. Si le corps est un li- quide animé d'un mouvement continu, il circulera dans un conduit approprié, tel qu'un canal ou tuyau.
Le faisceau de particules peut osciller de maniè- re à balayer le ,corps de manière connue, c'est-à-dire que des moyens déflecteurs magnétiques ou électrostatiques simi- laires à ceux normalement associés à un tube à rayons catho- diques peuvent agir sur le faisceau, avant qu'il atteigne le corps, pour lui conférer un mouvement oscillant par rap- port au corps, -cransversalement à ce corps et/ou le 10 nE:; de celui-ci (tout comme le faisceau électronique est animé:
d'un mouvement de balayage dans un tube à rayons cathodiques uti- lisé dans les récepteurs de télévision pour élaborer une
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Conformément à l'invention, le faisceau au une partie du faisceau est soumis à l'action d'un champ magné- tique sensiblement uniforme pendant son passage à travers le corps ou après son passage à travers celui-ci, de façon que le faisceau subisse une déflection pendant qu'il est dans le corps ou de façon qu'une partie du faisceau subisse une déflection telle qu'elle revienne dans le corps après @ avoir à travers ou le long dudit corps.
A cette fin, un champ magnétique sensiblement uniforme et constant est éta- bli transversalement à la direction générale du faisceau et son intensité est telle qu'il amène le faisceau à parcourir un trajet courbe, qui sera généralement circulaire ou en spirale.
Lorsque le corps se meut par rapport au faisceau, le champ peut être transversal à la direction de mouvement du corps ou peut avoir la même direction que celle de ce corps.
Il peut'être montré que, lorsqu'une particule chargée d'énergie E électron-volts et de moment p eVec (numériquement égal à E mesutée en êV) entre dans un champ magnétique perpendiculaire à la particule, celle-ci suit un trajet circulaire de rayon R (cm), selon la relation : p = 300 BR dans laquelle B est l'intensité du champ en oersteds.
.Ainsi, lorsqu'une particule à énergie de 3 MeV entre dans un champ uniforme d'une intensité de 1000 oersteds (sous un vide), elle acquiert une trajectoire circulaire de 10 cm de rayon. Lorsque la particule se meut dans un corps, étant donne que l'énergie et le moment de la. particule dimi- nuent, le rayon diminue et la trajectoire devient une spira- le.
Ainsi, conformément à l'invention, en soumettant
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un corps irradié à un champ magnétique d'intensité et de direction 'appropriées, le transfert maximum d'énergie du faisceau de particules au corps peut être obtenu.
Le corps peut, par exemple, être fixe par rapport à la source et le faisceau peut-être amené à osciller tant transversalement que longitudinalement, de façon que la to- talité du corps soit irradiée. En variante, le corps peut être animé d'un mouvement continu à travers un faisceau fixe ou un faisceau soumis à une oscillation transversale à la direction de mouvement du corps. Dans les deux cas, l'appli- cation à la partie du corps à soumettre à une irradiation d'un champ magnétique tel que le diamètre maximum de la trajectoire en spirale du fisceau de particules soit égal ou inférieur à l'épaisseur du corps, assure une perte mini- mum d'énergie.
Une application importante de la présente inven- tion est l'irradiation de corps, qui se déplacent de manière continue à travers un faisceau de particules et qui ont une dimension, mesurée dans la'direction d'approche des particu- les, oud'autres caractéristiques telles qu'une pénétration suffisante des particules pour provoquer le changement chi- mique ou physique désiré dans la totalité du corps ne puis- se pas être obtenue par un seul passage à travers le fais- ceau. Un exemple particulier d'un tel corps est un câble électrique, dans lequel la pénétration des particules dans tout le corps est entravée par le conducteur.
Grâce à la pré- sente invention, la nécessité de faire tourner le câble au- tour de son axe pendant qu'il passe à travers le faisceau ou la nécessité de faire passer deux fois le câble à travers le faisceau, de façon que lors des passages successifs des c8tés opposés dû câble soient choses au faisceau, est ,évi-
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tée. Conformément au procédé suivant la présente invention, un champ sensiblement uniforme transversal à la direction de mouvement du câble est appliqué à celui-ci ou est prévu du côté du câble opposé à celui où est prévue la source de par- ticules. Dans les deux cas, le champ est transversal à la direction générale de mouvement des particules.
Dans le premier cas, c'est-à-dire dans celui où le faisceau est fixe, le faisceau est dirigé et sa section est réglée de façon que la moitié seulement du faisceau tou- che le câble et la section de cette partie du faisceau est suffisante pour irradier un côté du câble. En l'absence du champ, la moitié du faisceau qui ne touche pas le câble con- tinuerait en ligne droite. Conformément à l'invention, la direction du champ est agencée de façon que la moitié du faisceau ne touchant pas le câble est déviée suivant une trajectoire seniblement semi-circulaire et est dirigée sur le côté du câble opposé à celui que touche la première moi- tié du faisceau. Ainsi, par un seul passage à travers le faisceau, les deux côtés du câble sont irradiés.
Si on sup- pose que les particules sont dirigées vers le câble à partir du dessus, on comprendra que le champ uniforme peut être pré- vu à n'importe quelle distance en dessous du câble, :.lais pour réduire la longueur de la trajectoire de la partie du faisceau qui ne touche pas la surface supérieure du câble, il est avan- tageux de faire en sorte que le câble passe à travers la li- mite du champ magnétique.
L'agenement décrit dans le paragraphe précédent est également appliqué, lorsqu'on fait osciller le faisceau transversalement à la direction du mouvement du câble, mais dans ce cas, en ce qui concerne la section du faisceau, celle ci doit être supposée être la surface totale, dans le plan du
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câble, couverte par le fai@ceu oscillant. La vitesse au mouvement transversal du faisceau sera élevée eu comparaison de la vitesse du mouvement du câble. une autre application de la présente invention pour le traitement de corps allongés de section circulaire, tels que des câbles électriques, consiste à irradier seule- ment la couche extérieure d'un corps passant à travers le faisceau. Dans ce cas, le champ est appliqué dans la direc- tion du mouvement du corps.
Le corps peut par exemple se dé- placer dans des passages ménagés dans les pièces polaires d'aimants utilisés pour engendrer le champ ou à travers des bobines, si des bobines sont utilisées. Dans ce cas, le corps est placé de façon que le faisceau soit dirigé approximative- ment tangentiellement à sa surface et de façon qu'une partie mineure seulement du faisceau (ou le faisceau oscillant) touche le corps. L'intensité du champ est telle que le fais- ceau adopté une trajectoire en spirale, qui amène graduelle- ment une partie de plus ou plus grande du faisceau à pénétrer dans le corps.
L'invention sera décrite davantage et illustrée en référence aux dessins ci-annexés, dans lesquels : - la figure 1 est un schéma montrant une methode de déflection du faisceau, et - la figure 2 est, après coupe partielle, une vue en élévation d'un'appareil pour traiter un câble électrique par le procédé suivant l'invention.
A la figure 1, le corps à traiter est un câble électrique comportant un .conducteur 1 et un isolant thermo- plastique 2 (tous deux représentés en coupe transverdale). Un faisceau parallèle 3 d'électrons à grande énergie sort nar la fenêtre 4 d'un accélérateur d'électrons. La largeur du
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faisceau est égale à deux fois le damètre eu. câble et la câble est déplacé dans le sens de la longueur suivra son axe et transversalement au faisceau, de façon que la moitié de gauche du faisceau touche directenenc la surface supérien- re du câble.
Du côté opposé du câble nar rapport à la source d'électrons sont disposés des poles d'aimant, qui engendrent un champ nagnétioue 5 sensiblement uniforme et constant,per- pendiculaire au faisceau et d'une intensité telle qu'en en- trant dans le champ les électrons sont dévidés de manière à adopter une trajectoire sensiblement circulaire d'un diamètre égal à celui du câble.
Ainsi, les électrons suivant un trajet A au centre du faisceau, qui passent juste à côté du câble, sont déviés selon la tra.jectoire B, tandis que les électrons se trouvant à un bord extérieur C du faisceau. sont déviés se- ion la trajectoire D, de manière à venir juste toucher le surface du câble.
-Les conditions représentées sur le schéma peuvent être considérées comme étant des conditions idéales, dans lesouelles les électrons se déplacent sur des trajectoires exactement parallèles dans toute la section du faisceau et le champ uniforme a une limite absolue dans un plan EF pa- rallèle à l'axe du 2 Sole et perpendiculaire au faisceau. Il va de soi qu'en pratique il est impossible d'obtenir ces con- ditions.
En géneral, le faisceau électronique provient d'un accélérateur et a une section transversale maximum infé- rieure à deux foisle diamètre du câble. Des lors, il est nécessaire de faire osciller (ou "balayer") le faisceau transversalement à la direction de mouvement du cf.ble, de façon qu'il couvre un'? zone d'une largeur égale à deux fois le diamètre au câble dans un plan perpendicalaire à la dirac-
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tion générale du faisceau.
En conséquence, l'angle selon le- quel les'électrons entrent dans le champ varie légèrement depuis un angle droit au centre du.faisceau jusqu'à un angles à la limite du faisceau qui dépend de l'angle de balayage (qui dépend lui-même du diamètre du câble). Il s'ensuit que la trajectoire circulaire suivie dans le champ par les élec- trons (autres que ceux se trouvant au centre du faisceau) est plus longue qu'un demi-cercle. Pour compenser cet effet,il, est nécessaire d'augmenter le rayon de déflection dans le champ, c'est-à-dire de diminuer l'intensité du champ jusqu'à une valeur inférieure à celle nécessaire pour changer la tra- jectoire des électrons en une trajectoire circulaire de rayon égal à celui du câble.
Par ailleurs, étant donné qu'il est, impossible d'engendrer un champ uniforme ayant une limite absolue, les électrons seront déviés dans une faible mesure avant d'entrer dans la partie uniforme du champ et continueront similaire- ment à être déviés après avoir quitté la partie uniforme du champ. Cet effet s'opposera dans une, certaine mesure à l'effet du à la différence entre l'angle d'entrée des électrons et un angle droit. L'effet total produit par ces deux causes peut aisément être obtenu en ajustant l'intensité du champ de l'aimant en service et en augmentant l'angle d'oscillation du faisceau dans une mesure telle que le faisceau couvre une zone ayant une dimension maximum transversale à l'axe du câble légèrement supérieure à deux fois le diamètre du câble.
Un mode préféré de traitement d'un câble muni d'un isolant thermoplastique conformément à l'invention est illus- tré à la figure 2.
A la figure 2, la source d'électrons est un accélé-
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rateur Van de Graff G, comportant un tube accélérateur vertical 7 pourvu de bobines de balayage montées dans une enceinte 8, qui émet un. faisceau d'électrons 9, de manière normale, à travers une mince fenêtre en aluminium.
Le câble électrique a traiter comprend un fil,de .pourvu d'un revêtement en polyéthylène 11 de 1,1 cm de diamètr cuivre 10 de 0,3 cm de diamètre/dans une filière d'extru- dage 12? Le câble est déplacé dans le sens de sa longueur transversalement à travers le faisceau 9 d'une manière simi- laire à celle montrée à la figure 1 pour le câble 1.
Le @énérateur a un débit de faisceau de 250 micro- amp. à 2 MeV, le faisceau ayant un diamètre d'environ 0,6 cm.
Les bobines de balayage sont ajustées de manière à faire os- ciller ce faisceau transversalement à l'axe du câble sur une distance de 3,2 en. Le câble passe au-dessus des pôles 13,14 d'un électroaimant 15, qui présentent des faces d'extrémité de 4 cm2 dt sont ajustés de manière à former un intervalle de 1 cm, le plan bisecteur de l'intervalle étant le plan bis- secteur du faisceau et le plan dans lequel le faisceau oscil- le -
L'électroaimant est de type habituel et est équipé de spires de refroidissement entre les enroulements. Il est excité par un générateur de courant continu.
L'intensité. du champ théoriquement nécessaire pour amener le faisceau électronique à prendre une trajectoire cir oculaire d'un diamètre éal à celui du câble est de l'ordre de @ 8400 oersteds. En pratique, l'intensité du champ est réglée pour compenser les effets susmentionnés.
Four donner au diélectrique en polyéthylène une dose d.' irradiation telle que son point de fusion soit sensi- blement réduit, à cause des liaisons transversales moléculai-
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res, le revêtement, du câble est extrudé à environ 85 cm par minute. Le câble traité est repris sur le tambour 16. irradiée
Lorsque la matière isolante/est sujette à oxydation, il est préférable de créer une zone d'une atmos- phère inerte autour de la partie irradiée, en dirigeant des jets d'un gaz inerte, tel que azote ou anhydride carbonique, sur le corps.
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The present invention relates to the treatment of materials by irradiation with the aid of high energy particles, to change the chemical or physical properties of the materials. The materials treated can be solids or confined liquids, for the needs. - carefully, in appropriate receptacles.
The term "body" as used in the remainder of this specification is to be understood as including, in appropriate cases, the liquids so confined.
The particles used are charged particles, preferably electrons, with an energy of the order of 0.5 MeV and more.
The object of the invention is to obtain a better distribution of the effect of the irradiation in a treated body.
During treatment, the body may be stationary relative to a source of particles, or it may move, continuously, relative to the source in a direction transverse to the stream of particles emanating from the source and directed at the body. If the body is a fluid in continuous motion, it will flow through a suitable conduit, such as a channel or pipe.
The particle beam can oscillate so as to sweep the body in known manner, that is to say that magnetic or electrostatic deflector means similar to those normally associated with a cathode ray tube can act. on the beam, before it reaches the body, to give it an oscillating movement with respect to the body, -cransversally to this body and / or the 10 nE :; of it (just as the electron beam is animated:
of a scanning movement in a cathode ray tube used in television receivers to develop a
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According to the invention, the beam at part of the beam is subjected to the action of a substantially uniform magnetic field during its passage through the body or after its passage through the latter, so that the beam deflected while in the body or so that a portion of the beam deflects such that it returns to the body after passing through or along said body.
To this end, a substantially uniform and constant magnetic field is established transverse to the general direction of the beam and its intensity is such as to cause the beam to travel a curved path, which will generally be circular or spiral.
When the body moves relative to the beam, the field can be transverse to the direction of movement of the body or can have the same direction as that of this body.
It can be shown that when a charged particle with energy E electron-volts and moment p eVec (numerically equal to E measured in êV) enters a magnetic field perpendicular to the particle, it follows a circular path of radius R (cm), according to the relation: p = 300 BR where B is the field strength in oersteds.
Thus, when a particle with energy of 3 MeV enters a uniform field with an intensity of 1000 oersteds (in a vacuum), it acquires a circular trajectory of 10 cm of radius. When the particle moves in a body, given that the energy and the moment of the. particle decreases, the radius decreases and the trajectory becomes a spiral.
Thus, in accordance with the invention, by subjecting
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With a body irradiated at a magnetic field of suitable strength and direction, maximum energy transfer from the particle beam to the body can be obtained.
The body may, for example, be fixed with respect to the source and the beam may be caused to oscillate both transversely and longitudinally, so that the whole of the body is irradiated. Alternatively, the body may be animated with a continuous movement through a fixed beam or a beam subjected to an oscillation transverse to the direction of movement of the body. In both cases, the application to the part of the body to be subjected to irradiation of a magnetic field such that the maximum diameter of the spiral path of the particle body is equal to or less than the thickness of the body, ensures minimal energy loss.
An important application of the present invention is the irradiation of bodies, which move continuously through a beam of particles and which have a dimension, measured in the direction of approach of the particles, or other. characteristics such as sufficient penetration of the particles to cause the desired chemical or physical change throughout the body cannot be achieved by a single pass through the beam. A particular example of such a body is an electric cable, in which the penetration of particles throughout the body is hindered by the conductor.
Thanks to the present invention, the need to rotate the cable around its axis as it passes through the bundle or the need to pass the cable twice through the bundle, so that when successive passages of the opposite sides of the cable are things in the bundle, is, of course,
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tee. In accordance with the method according to the present invention, a substantially uniform field transverse to the direction of movement of the cable is applied thereto or is provided on the side of the cable opposite to that where the source of particles is provided. In both cases, the field is transverse to the general direction of movement of the particles.
In the first case, that is to say in that where the beam is fixed, the beam is directed and its section is adjusted so that only half of the beam touches the cable and the section of this part of the beam is sufficient to irradiate one side of the cable. In the absence of the field, the half of the beam that does not touch the cable would continue in a straight line. According to the invention, the direction of the field is arranged so that the half of the beam not touching the cable is deflected along a substantially semi-circular path and is directed to the side of the cable opposite to that touched by the first half. tied of the beam. Thus, by a single pass through the bundle, both sides of the cable are irradiated.
If we assume that the particles are directed towards the cable from above, it will be understood that the uniform field can be expected at any distance below the cable,: .lays to reduce the length of the path from the part of the bundle which does not touch the upper surface of the cable, it is advantageous to make the cable pass through the limit of the magnetic field.
The arrangement described in the previous paragraph is also applied, when the beam is made to oscillate transversely to the direction of movement of the cable, but in this case, as regards the section of the beam, this must be assumed to be the surface total, in the plane of
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cable, covered by the oscillating cable. The speed of transverse movement of the bundle will be high compared to the speed of movement of the cable. another application of the present invention for the treatment of elongated bodies of circular cross section, such as electric cables, consists in irradiating only the outer layer of a body passing through the beam. In this case, the field is applied in the direction of the movement of the body.
The body may for example move through passages formed in the pole pieces of magnets used to generate the field or through coils, if coils are used. In this case, the body is placed so that the beam is directed approximately tangentially to its surface and so that only a minor part of the beam (or the oscillating beam) touches the body. The intensity of the field is such that the beam takes a spiral path, which gradually causes more or more of the beam to enter the body.
The invention will be further described and illustrated with reference to the accompanying drawings, in which: - Figure 1 is a diagram showing a method of deflection of the beam, and - Figure 2 is, after partial section, an elevational view of 'un'apparatus for treating an electric cable by the method according to the invention.
In FIG. 1, the body to be treated is an electric cable comprising a conductor 1 and a thermoplastic insulator 2 (both shown in cross section). A parallel beam 3 of high energy electrons exits the window 4 of an electron accelerator. The width of the
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beam is equal to twice the dameter had. cable and the cable is moved lengthwise will follow its axis and transverse to the bundle, so that the left half of the bundle directly touches the top surface of the cable.
On the opposite side of the cable from the electron source are arranged magnet poles, which generate a substantially uniform and constant nagnetic field, perpendicular to the beam and of such intensity as entering the beam. the field the electrons are unwound so as to adopt a substantially circular path with a diameter equal to that of the cable.
Thus, the electrons following a path A at the center of the beam, which pass right next to the cable, are deflected along the path B, while the electrons located at an outer edge C of the beam. are deviated according to the path D, so as to just touch the surface of the cable.
-The conditions shown in the diagram can be considered to be ideal conditions, in which the electrons move on exactly parallel paths throughout the section of the beam and the uniform field has an absolute limit in an EF plane parallel to l axis of the 2 Sole and perpendicular to the beam. It goes without saying that in practice it is impossible to obtain these conditions.
Usually the electron beam comes from an accelerator and has a maximum cross section of less than twice the diameter of the cable. Therefore, it is necessary to oscillate (or "sweep") the beam transversely to the direction of movement of the cfble, so that it covers a '? area with a width equal to twice the diameter of the cable in a plane perpendicular to the direction
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general tion of the beam.
Consequently, the angle at which the electrons enter the field varies slightly from a right angle at the center of the beam to an angles at the boundary of the beam which depends on the scanning angle (which depends on it. - even the diameter of the cable). It follows that the circular path followed in the field by the electrons (other than those in the center of the beam) is longer than a semicircle. To compensate for this effect, it is necessary to increase the deflection radius in the field, that is to say to decrease the field intensity to a value lower than that necessary to change the trajectory of the fields. electrons in a circular path of radius equal to that of the cable.
On the other hand, since it is impossible to generate a uniform field having an absolute limit, the electrons will be deflected to a small extent before entering the uniform part of the field and will similarly continue to be deflected after entering. left the uniform part of the field. This effect will oppose to some extent the effect of the difference between the angle of entry of electrons and a right angle. The full effect produced by these two causes can easily be obtained by adjusting the field strength of the magnet in service and increasing the oscillation angle of the beam to such an extent that the beam covers an area having a dimension maximum transverse to the axis of the cable slightly greater than twice the diameter of the cable.
A preferred method of treating a cable provided with a thermoplastic insulation in accordance with the invention is illustrated in FIG. 2.
In Figure 2, the electron source is an accelerator
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rateur Van de Graff G, comprising a vertical accelerator tube 7 provided with scanning coils mounted in an enclosure 8, which emits a. electron beam 9, in the normal way, through a thin aluminum window.
The electric cable to be treated comprises a wire, provided with a polyethylene coating 11 of 1.1 cm in diameter copper 10 of 0.3 cm in diameter / in an extrusion die 12? The cable is moved lengthwise transversely through the bundle 9 in a manner similar to that shown in figure 1 for the cable 1.
The @enerator has a beam rate of 250 microamps. at 2 MeV, the beam having a diameter of about 0.6 cm.
The scanning coils are adjusted so as to oscillate this bundle transversely to the axis of the cable for a distance of 3.2 inches. The cable passes over the poles 13,14 of an electromagnet 15, which have end faces of 4 cm2 dt are adjusted so as to form a gap of 1 cm, the bisecting plane of the gap being the plane bis- sector of the beam and the plane in which the beam oscillates -
The electromagnet is of the usual type and is equipped with cooling turns between the windings. It is excited by a direct current generator.
Intensity. the field theoretically necessary to cause the electron beam to take a circular path with a diameter equal to that of the cable is of the order of @ 8400 oersteds. In practice, the field strength is adjusted to compensate for the aforementioned effects.
Furnace give the polyethylene dielectric a dose of. irradiation such that its melting point is appreciably reduced, because of the molecular cross-links.
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res, the coating, of the cable is extruded at about 85 cm per minute. The treated cable is taken up on the drum 16. irradiated
When the insulating material / is subject to oxidation, it is preferable to create a zone of an inert atmosphere around the irradiated part by directing jets of an inert gas, such as nitrogen or carbon dioxide, at the body. .