EP3295773A1 - Dispositif d'accord pour cavité accélératrice radio fréquence - Google Patents

Dispositif d'accord pour cavité accélératrice radio fréquence

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Publication number
EP3295773A1
EP3295773A1 EP16718420.9A EP16718420A EP3295773A1 EP 3295773 A1 EP3295773 A1 EP 3295773A1 EP 16718420 A EP16718420 A EP 16718420A EP 3295773 A1 EP3295773 A1 EP 3295773A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
cavity
bellows
inlet flange
flange
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP16718420.9A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Pierre-Alain LEROY
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP3295773A1 publication Critical patent/EP3295773A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H9/00—Linear accelerators
    • H05H9/04—Standing-wave linear accelerators
    • H05H9/041—Hadron LINACS
    • H05H9/045—Radio frequency quadrupoles
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H7/00—Details of devices of the types covered by groups H05H9/00, H05H11/00, H05H13/00
    • H05H7/14—Vacuum chambers
    • H05H7/18—Cavities; Resonators

Definitions

  • the field of the invention is that of tuning devices for radio frequency accelerating cavity, also called RFQ cavities for "quadrupole radio frequency".
  • Radio frequency accelerating cavities also called RFQ (Radio Frequency Quadrupole) cavities. These cavities are generally placed at the output of the "low energy" lines that conduct the continuous beams from the particle sources to the RFQ cavity.
  • the role of an RFQ cavity is to focus the particle beam and group the particles of the beam into packets, while beginning to accelerate them, so that they can then be injected into a superconducting linear accelerator.
  • the RFQ cavity is generally composed of several sections of copper. These sections are machined and assembled by brazing or mechanically. They are composed of four machined poles with a modulated undulation. The general manufacturing tolerance of these cavities is of the order of 50 ⁇ .
  • the radio frequency waves injected into the cavity generate:
  • tuning pistons are spaced longitudinally in the cavity. These tuning pistons are also called “tuning devices”. These tuning devices are intended to modify the internal volume of the cavity by sinking more or less inside, which has the effect of correcting the mechanical defects of the cavity.
  • FIG. 1 represents a tuning device 1 of the prior art.
  • This tuning device 1 comprises an inlet flange 2 in which a piston 3 slides.
  • the piston 3 comprises a piston nose 4 and a sealing flange 6.
  • the volume of the cavity is modified by modifying the length L1 the piston nose 4 inserted into the cavity.
  • the length L1 of the piston nose 4 inserted into the cavity is chosen by inserting a wedge 5 of height H1 chosen between the sealing flange 6 of the piston and the inlet flange 2.
  • Such a tuning device must imperatively be watertight. because the operating cavity is placed under a vacuum of about 10 "7 mbar. for this, a first seal 7 is placed between the sealing flange of the piston 6 and the spacer 5, while a second seal is placed between the wedge 5 and the inlet flange 2.
  • the method of tuning the cavity using such a tuning device is complex.
  • This intermediate tuning device 1 also comprises an inlet flange 2 'and a piston 3'.
  • the inlet flange 2 ' is fixed, while the nut 5' is provided with a thread, which makes it possible to move the piston 3 'with respect to the inlet flange 2' so as to modify the length L1 piston nose inserted into the cavity.
  • the optimum length L1 'of the piston nose 4 inserted into the cavity is determined experimentally by placing the cavity at atmospheric pressure, at low power and at a low radio frequency level. Once this length L1 'is determined, it dismounts the intermediate tuning device 1', which can not remain in place since it is not sealed due to the presence of the thread and the complementary thread. The length L1 'is then measured and the height of the shim H1 which must be used to have a length L1 equal to the length L1' is deduced therefrom. The wedge is then machined and the final tuning device is put in place in the cavity.
  • a radio frequency measurement is then carried out with the definitive tuning device to check whether the tuning is correct. If this is not the case, the shims must be re-machined.
  • the invention aims to overcome the disadvantages of the state of the art by proposing a tuning device for simplifying the tuning process of the cavity, while having the same guarantees in terms of sealing as the devices of agreement of the prior art.
  • a tuning device for a radiofrequency accelerating cavity comprising:
  • an inlet flange comprising:
  • a sealing flange arranged to be sealingly attached to an outer wall of the cavity
  • a piston comprising:
  • a piston rod provided with a threaded portion screwed into the nut of the inlet flange; a bellows surrounding the piston rod, the bellows being surrounded by the sealing flange of the inlet flange, the bellows comprising:
  • the device according to the first aspect of the invention is particularly advantageous since it has the advantage of having a piston nose whose length inserted in the cavity is adjustable, while being sealed.
  • the threaded portion of the piston rod is screwed into the nut of the inlet flange, which allows to adjust the length of the piston nose inserted into the cavity.
  • the bellows makes it possible to seal the device by isolating the threaded parts of the device from the parts in fluid communication with the cavity.
  • the threaded portions are in communication with the interior of the bellows, while the parts in fluid communication with the interior of the cavity are located outside the bellows.
  • the zone of the device outside the bellows can therefore be at the same pressure as the inside of the cavity, even if the zone of the device inside the bellows is at atmospheric pressure.
  • the bellows is deformable longitudinally, so that it tolerates the longitudinal movements of the piston relative to the inlet flange.
  • the tuning device according to the first aspect of the invention may also have one or more of the following features taken individually or in any technically possible combination.
  • the tuning device has a symmetry of revolution around the piston rod, which allows to distribute the forces exerted on the device.
  • the tuning device comprises at least two locking screws arranged to block the rotation of the piston rod with respect to the inlet flange, which makes it possible to immobilize the piston in translation with respect to the entrance flange.
  • the piston rod is pierced by a longitudinal opening capable of being traversed by a cooling fluid, which makes it possible to cool the piston so that it is at the same temperature as the inside of the piston. the cavity.
  • the piston nose comprises:
  • the piston nose is hollow, which allows for a more compact tuning device.
  • the transverse wall of the piston nose is provided with a ring projecting longitudinally, the first end of the bellows being fixed on the ring. This ring facilitates the attachment of the bellows on the piston nose.
  • the piston nose has an outer wall provided with a groove, an electrically conductive seal being inserted into the groove so as to be in contact with both the piston nose and the inlet flange. .
  • This seal prevents the radio frequency waves present in the cavity from entering the tuning device beyond this seal.
  • the portion of the piston nose that allows tuning the cavity is delimited by this seal.
  • the second end of the bellows is attached to the inlet flange by a weld, the first end of the bellows being fixed to the piston nose by a weld.
  • the bellows is thus sealed to the inlet flange on the one hand and the piston on the other hand.
  • the sealing flange of the inlet flange is pierced by an annular groove in which a seal is inserted, which makes it possible to ensure the seal between the outer wall of the cavity and the flange. Entrance.
  • the device comprises:
  • Control means adapted to control the translation of the piston relative to the inlet flange.
  • These means for measuring the radiofrequency wave could for example be measuring loops configured to measure the electromagnetic field present in the cavity.
  • a second aspect of the invention relates to a radiofrequency accelerating cavity comprising at least one tuning device according to the first aspect of the invention, the sealing flange of the inlet flange of the device being sealingly attached to a wall. external cavity, the piston nose of the device being inserted into an opening of the cavity.
  • FIG. 2 is a sectional view of an intermediate tuning device of the prior art
  • the tuning device 1 comprises an inlet flange 10.
  • the inlet flange 10 comprises a tubular wall 15 having a lower end 16 and an upper end 17.
  • the inlet flange 10 also comprises a sealing flange 1 1 radially projecting from the lower end 16 of the tubular wall 15.
  • the sealing flange 1 1 is intended to come into contact with an outer wall 12 of the cavity 13 to be tuned.
  • the sealing flange 1 1 is pierced by orifices 14 for fixing the sealing flange 1 1 on the outer wall 12 of the cavity 13 by means of screws.
  • the sealing flange 1 1 also preferably comprises an annular groove 41 in which can be inserted a seal 42 for sealing the contact between the sealing flange 1 1 and the outer wall 12 of the cavity.
  • the inlet flange also has a transverse wall 18 which closes the upper end 17 of the tubular wall 15.
  • the transverse wall 18 of the inlet flange 10 is pierced, preferably at its center, by an orifice 19 surrounded by an annular skirt 20.
  • the annular skirt 20 and the tubular wall 15 are preferably concentric. As shown in FIGS. 3 and 4, the annular skirt 20 can protrude longitudinally from the orifice 19.
  • the inlet flange 10 also comprises a nut 50 pierced by an orifice 51.
  • the nut 50 is provided with a threaded inner wall 52.
  • the threaded inner wall 52 of the nut 50 surrounds the orifice 51 of the nut.
  • the nut 50 is integral with the annular skirt 20. According to various embodiments, the nut 50 and the annular skirt 20 may be two separate parts secured, for example by screws to allow adjustment if necessary.
  • the tuning device also comprises a piston 21.
  • the piston 21 extends along a reference axis 22.
  • the tuning device preferably has a symmetry of revolution with respect to the reference axis 22 which allows to distribute the forces.
  • the piston 21 comprises a piston rod 23 inserted into the orifice 19 of the skirt 20 and in the hole 51 of the nut 50.
  • the piston rod 23 is provided with a threaded portion 26 screwed into the nut 50 of the inlet flange 10. By screwing more or less the threaded portion 26 of the piston in the nut 50, the piston can be translated relative to the inlet flange.
  • the piston rod 23 further preferably has a smooth portion 53 inserted into the annular skirt 20 of the inlet flange. This smooth portion 53 of the piston rod is slidable in the annular skirt 20 of the inlet flange when the threaded portion 26 of the piston rod 23 is screwed into the nut 50.
  • the tuning device also comprises screws 39, preferably two, for blocking the movement of the piston rod 23 with respect to the inlet flange 10.
  • the piston rod 23 can thus be immobilized with respect to the flange. entrance 10.
  • the piston rod 23 has a distal end, called “outer end” 27 intended to remain outside the cavity 13 and a proximal end, called “inner end” 28 intended to be inserted into the cavity 13.
  • the end Inner 28 of the piston rod is surrounded by an end skirt 29 connected to the piston rod 23 by a transverse wall 30.
  • the end skirt 29 of the piston is inserted into the tubular wall 15 of the inlet flange 10.
  • the piston nose 40 is intended to be inserted into the cavity 13 of the piston. how to tune it in frequency.
  • the end skirt 29 preferably has an outer wall 43 in which is hollowed a groove 44.
  • a seal 45 called “tuning seal” 45 in the following, is inserted into the groove 44.
  • the gasket 45 is made of an electrically conductive material.
  • the tuning joint 45 is arranged to prevent radiofrequency waves from passing between the piston nose 40 and the inlet flange 10. For this, the tuning seal 45 fills the space between the piston nose and the inlet flange 10. The cavity is tuned by moving the position of the gasket 45 longitudinally.
  • the end skirt 29 and the transverse wall 30 of the piston on the one hand, and the tubular wall 15 and the transverse wall 18 of the inlet flange 10 on the other hand define a variable volume 31 depending on the position of the piston. piston 21 with respect to the inlet flange 10.
  • the tuning device also comprises a bellows 32 connecting the piston 21 to the inlet flange 10.
  • the bellows 32 surrounds the piston rod 23.
  • the bellows 32 is surrounded by the tubular wall 15 of the inlet flange 10.
  • the bellows 32 comprises:
  • a ring 34 preferably protrudes longitudinally from the transverse wall 30 of the piston.
  • the first end 33 of the bellows is preferably welded to the ring 34.
  • the ring 34 facilitates the attachment of the bellows 32 to the transverse wall 30 of the piston.
  • the ring 34 is preferably brazed to the transverse wall 30 of the piston;
  • a ring 36 preferably projects longitudinally from the transverse wall 18 of the inlet flange 10.
  • the second end 35 is preferably welded to the ring 36.
  • the ring 36 also facilitates the fastening of the bellows on the inlet flange.
  • the ring 36 is preferably brazed to the transverse wall 18.
  • the second end 35 of the bellows 32 is disposed inside the annular wall 15 of the inlet flange 10.
  • the bellows 32 and the annular wall 15 of the inlet flange are concentric.
  • the second end 35 of the bellows surrounds the annular skirt 20 of the inlet flange.
  • the first end 33 of the bellows is disposed within the end skirt 29 of the piston nose.
  • the bellows 32 and the end skirt 29 are also concentric.
  • the bellows 32 is deformable longitudinally. In other words, the bellows 32 may be deformed along the reference axis 22.
  • the bellows 32 is preferably metallic.
  • the bellows 32 longitudinally divides the volume 31 into two chambers 37, 38 sealed with respect to one another: the first chamber 37 corresponds to the space inside the bellows 32, while the second chamber 38 corresponds to the space in the volume 31, outside the bellows 32.
  • the first and the second chamber are concentric with respect to each other.
  • the first chamber 37 inside the bellows, is intended to be placed at atmospheric pressure. Indeed, the first chamber 37 is in communication with the outside of the cavity via the threaded portion 26 of the piston rod and the nut 50.
  • the second chamber 38 outside the bellows, is intended to be placed at the same pressure as the interior of the cavity 13. In fact, the second chamber 38 is in fluid communication with the interior of the cavity 13 via the space between the piston nose 40 and the inlet flange 10. thus, when the pressure inside the cavity is 10 "7 mbar, the pressure in the second chamber 38 is also 10" 7 mbar.
  • the threaded portion 26 of the piston rod and the nut 50 are thus isolated from the inside of the cavity by the bellows 32, so that the tuning device is sealed despite the presence of the thread.
  • the tuning device is preferably provided with cooling means.
  • the radio frequency waves can heat the piston nose 40. It is therefore advantageous to provide cooling means 46 for cooling the piston nose 40.
  • the piston nose 40 is preferably hollowed out. by a longitudinal opening 47 in which can be injected a cooling fluid.
  • the invention is not limited to the embodiments described with reference to the figures and variants could be envisaged without departing from the scope of the invention.
  • other cooling means could be considered.
  • the piston, and in particular the piston nose could have another geometry.
  • the piston nose is recessed between the end skirt 29 and the piston rod 23, essentially for reasons of weight and cost.
  • the inlet flange is recessed between the tubular wall and the annular skirt.
  • the device could also include means for measuring the radiofrequency wave in the cavity. These measuring means could for example be integrated in the piston nose.
  • the device could further comprise control means for automatically screwing the piston rod into the inlet flange. The screwing of the piston rod could be slaved according to the measurement of the radiofrequency wave.

Landscapes

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  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
  • Microwave Tubes (AREA)

Abstract

L'invention concerne un dispositif d'accord pour une cavité RFQ (13) comportant; une bride d'entrée (10) comportant : o un écrou (50); o une bride d'étanchéité (11); o une paroi transversale (18) située entre l'écrou (50) et la bride d'étanchéité (11); - un piston (21) comportant : o un nez de piston (40) destiné à être inséré dans la cavité; o une tige de piston (23) pourvue d'une partie filetée vissée dans l'écrou (50); - un soufflet (32) entourant la tige de piston (23), le soufflet étant entouré par la bride d'étanchéité (11) de la bride d'entrée, le soufflet comportant o une première extrémité (33) fixée de manière étanche au nez de piston (40); o une deuxième extrémité (35) fixée de manière étanche à la paroi transversale (18) de la bride d'entrée (10).

Description

DISPOSITIF D'ACCORD POUR CAVITE ACCELERATRICE RADIO FREQUENCE
DOMAINE TECHNIQUE
Le domaine de l'invention est celui des dispositifs d'accord pour cavité accélératrice radio fréquence, également appelée cavités RFQ pour « radio frequency quadrupole ». ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEUR
Les accélérateurs de particules utilisent des cavités accélératrices radio fréquence, également appelées cavités RFQ (Radio Frequency Quadrupole). Ces cavités sont généralement placées en sortie des lignes « basse énergie » qui conduisent les faisceaux continus issus des sources de particules jusqu'à la cavité RFQ. Le rôle d'une cavité RFQ est de focaliser le faisceau de particules et de regrouper les particules du faisceau en paquets, tout en commençant à les accélérer, afin de pouvoir ensuite les injecter dans un accélérateur linéaire supraconducteur. La cavité RFQ est généralement composée de plusieurs tronçons de cuivre. Ces tronçons sont usinés et assemblés, par brasage ou mécaniquement. Elles sont composées de quatre pôles usinés avec une ondulation modulée. La tolérance générale de fabrication de ces cavités est de l'ordre de 50 μιτι. Les ondes radio fréquences injectées dans la cavité génèrent :
- un champ électrique qui accélère et met en paquet le faisceau et
- un champ magnétique qui focalise les particules.
Ces phénomènes dépendent de la fréquence et de la loi de tension, qui eux-mêmes dépendent de la géométrie de la cavité. Le faisceau de particules en particulier est très sensible aux variations de fréquences et de la loi de tension dues aux imprécisions mécaniques lors de la fabrication de la cavité. Pour compenser ces imprécisions mécaniques, on enfonce plusieurs pistons d'accord répartis longitudinalement dans la cavité. Ces pistons d'accord sont également appelés « dispositifs d'accord ». Ces dispositifs d'accord ont pour but de modifier le volume interne de la cavité en s'enfonçant plus ou moins à l'intérieur, ce qui a pour effet de corriger les défauts mécanique de la cavité.
La figure 1 représente un dispositif d'accord 1 de l'art antérieur. Ce dispositif d'accord 1 comporte une bride d'entrée 2 dans laquelle vient coulisser un piston 3. Le piston 3 comporte un nez de piston 4 et une bride d'étanchéité 6. Le volume de la cavité est modifié en modifiant la longueur L1 du nez de piston 4 inséré dans la cavité. La longueur L1 du nez de piston 4 inséré dans la cavité est choisie en insérant une cale 5 de hauteur H1 choisie entre la bride d'étanchéité 6 du piston et la bride d'entrée 2. Un tel dispositif d'accord doit impérativement être étanche car la cavité en fonctionnement est placée sous un vide de l'ordre de 10"7 mbar. Pour cela, un premier joint 7 est placé entre la bride d'étanchéité 6 du piston et la cale 5, tandis qu'un second joint est placé entre la cale 5 et la bride d'entrée 2. Le procédé d'accord de la cavité utilisant un tel dispositif d'accord est complexe.
En effet, il comporte tout d'abord une étape de détermination de la hauteur H1 de la cale 5 à insérer entre la collerette du piston et la bride d'entrée. Pour cela, il faut tout d'abord déterminer la longueur L1 du nez de piston à insérer dans la cavité. Cette longueur L1 est déterminée grâce à un dispositif d'accord intermédiaire 1 ' représenté sur la figure 2. Ce dispositif d'accord intermédiaire 1 ' comporte également une bride d'entrée 2' et un piston 3'. La bride d'entrée 2' est fixe, tandis que l'écrou 5' est pourvu d'un filetage, ce qui permet de déplacer le piston 3' par rapport à la bride d'entrée 2' de façon à modifier la longueur L1 ' du nez de piston inséré dans la cavité.
La longueur L1 ' optimale du nez de piston 4 inséré dans la cavité est déterminée expérimentalement en plaçant la cavité à pression atmosphérique, à faible puissance et à bas niveau radio fréquence. Une fois que cette longueur L1 ' est déterminée, on démonte le dispositif d'accord intermédiaire 1 ', qui ne peut pas rester en place puisqu'il n'est pas étanche du fait de la présence du filetage et du filetage complémentaire. On mesure ensuite la longueur L1 ' et on en déduit la hauteur de la cale H1 qu'il faut utiliser pour avoir une longueur L1 égale à la longueur L1 '. La cale est ensuite usinée et le dispositif d'accord définitif est mis en place dans la cavité.
On effectue ensuite une mesure radio fréquence avec le dispositif d'accord définitif pour vérifier si l'accord est correct. Si ce n'est pas le cas, il faut ré-usiner les cales.
Le procédé d'accord d'une cavité utilisant les dispositifs d'accord de l'art antérieur est donc long et complexe. EXPOSE DE L'INVENTION
L'invention vise à remédier aux inconvénients de l'état de la technique en proposant un dispositif d'accord permettant de simplifier le procédé d'accord de la cavité, tout en présentant les mêmes garanties en terme d'étanchéité que les dispositifs d'accord de l'art antérieur.
Pour ce faire, est proposé selon un premier aspect de l'invention, un dispositif d'accord pour une cavité accélératrice radiofréquence comportant :
- une bride d'entrée comportant :
o un écrou;
o une bride d'étanchéité agencée pour être fixée de manière étanche sur une paroi extérieure de la cavité;
o une paroi transversale située entre l'écrou et la bride d'étanchéité;
- un piston comportant :
o un nez de piston destiné être inséré dans la cavité;
o une tige de piston pourvue d'une partie filetée vissée dans l'écrou de la bride d'entrée; - un soufflet entourant la tige de piston, le soufflet étant entouré par la bride d'étanchéité de la bride d'entrée, le soufflet comportant :
o une première extrémité fixée de manière étanche au nez de piston;
o une deuxième extrémité fixée de manière étanche à la paroi transversale de la bride d'entrée.
Le dispositif selon le premier aspect de l'invention est particulièrement avantageux puisqu'il présente l'avantage d'avoir un nez de piston dont la longueur insérée dans la cavité est réglable, tout en étant étanche. Pour cela, la partie filetée de la tige de piston est vissé dans l'écrou de la bride d'entrée, ce qui permet de régler la longueur du nez de piston inséré dans la cavité. Le soufflet permet d'assurer l'étanchéité du dispositif en isolant les parties filetées du dispositif des parties en communication fluidique avec la cavité. Ainsi, les parties filetées sont en communication avec l'intérieur du soufflet, tandis que les parties en communication fluidique avec l'intérieur de la cavité sont situées à l'extérieur du soufflet. La zone du dispositif à l'extérieur du soufflet peut donc être à la même pression que l'intérieur de la cavité, même si la zone du dispositif à l'intérieur du soufflet se trouve à pression atmosphérique. En outre, le soufflet est déformable longitudinalement, de sorte qu'il tolère les mouvements longitudinaux du piston par rapport à la bride d'entrée.
Le dispositif d'accord selon le premier aspect de l'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-après prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles.
Selon un mode de réalisation, le dispositif d'accord présente une symétrie de révolution autour de la tige de piston, ce qui permet de répartir les efforts exercés sur le dispositif. Selon un mode de réalisation, le dispositif d'accord comporte au moins deux vis de blocage agencées pour bloquer la rotation de la tige de piston par rapport à la bride d'entrée, ce qui permet d'immobiliser le piston en translation par rapport à la bride d'entrée. Selon un mode de réalisation, la tige de piston est percée par une ouverture longitudinale apte à être parcourue par un fluide de refroidissement, ce qui permet de refroidir le piston de façon à ce qu'il soit à la même température que l'intérieur de la cavité.
Selon un mode de réalisation, le nez de piston comporte :
- une jupe d'extrémité entourant la première extrémité du soufflet ;
- une paroi transversale reliant la jupe d'extrémité à la tige de piston, la première extrémité du soufflet étant fixée à la paroi transversale du nez de piston.
Ainsi, le nez de piston est creux, ce qui permet d'avoir un dispositif d'accord plus compact. Selon un mode de réalisation, la paroi transversale du nez de piston est pourvue d'un anneau en saillie longitudinale, la première extrémité du soufflet étant fixée sur l'anneau. Cet anneau permet de faciliter la fixation du soufflet sur le nez de piston.
Selon un mode de réalisation, le nez de piston comporte une paroi extérieure pourvue d'une rainure, un joint conducteur électriquement étant inséré dans la rainure de manière à être en contact à la fois avec le nez de piston et avec la bride d'entrée. Ce joint permet d'éviter que les ondes radio fréquences présentes dans la cavité ne pénètrent dans le dispositif d'accord au-delà de ce joint. Ainsi, la partie du nez de piston qui permet d'accorder la cavité est délimitée par ce joint.
Avantageusement, la deuxième extrémité du soufflet est fixée à la bride d'entrée par une soudure, la première extrémité du soufflet étant fixée au nez de piston par une soudure. Le soufflet est ainsi fixé de manière étanche à la bride d'entrée d'une part et au piston d'autre part.
Avantageusement, la bride d'étanchéité de la bride d'entrée est percée par une gorge annulaire dans laquelle est inséré un joint d'étanchéité, ce qui permet d'assurer l'étanchéité entre la paroi extérieure de la cavité et la bride d'entrée. Selon un mode de réalisation, le dispositif comporte :
- des moyens de mesure de l'onde radio fréquence dans la cavité ;
- des moyens de commande aptes à commander la translation du piston par rapport à la bride d'entrée.
On peut ainsi commander automatiquement la position du nez de piston en fonction de la mesure de l'onde radio fréquence dans la cavité.
Ces moyens de mesure de l'onde radiofréquence pourraient par exemple être des boucles de mesure configurées pour mesurer le champ électromagnétique présent dans la cavité.
Un deuxième aspect de l'invention concerne une cavité accélératrice radiofréquence comportant au moins un dispositif d'accord selon le premier aspect de l'invention, la bride d'étanchéité de la bride d'entrée du dispositif étant fixée de manière étanche sur une paroi extérieure de la cavité, le nez de piston du dispositif étant inséré dans une ouverture de la cavité.
BREVES DESCRIPTION DES FIGURES
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description détaillée qui suit, en référence aux figures annexées, qui représentent :
- La figure 1 , une vue en coupe d'un dispositif d'accord selon de l'art antérieur ;
- La figure 2, une vue en coupe d'un dispositif d'accord intermédiaire de l'art antérieur ;
- La figure 3, une vue en coupe d'un dispositif d'accord selon un mode de réalisation de l'invention ;
- La figure 4, une vue en perspective du dispositif de la figure 3.
DESCRIPTION DETAILLEE D'AU MOINS UN MODE DE REALISATION
Un dispositif d'accord selon un mode de réalisation de l'invention va maintenant être décrit en référence aux figures 3 et 4. Le dispositif d'accord 1 comporte une bride d'entrée 10. La bride d'entrée 10 comporte une paroi tubulaire 15 présentant une extrémité inférieure 16 et une extrémité supérieure 17. La bride d'entrée 10 comporte également une bride d'étanchéité 1 1 faisant saillie radialement de l'extrémité inférieure 16 de la paroi tubulaire 15. La bride d'étanchéité 1 1 est destinée à venir en contact avec une paroi extérieure 12 de la cavité 13 à accorder. La bride d'étanchéité 1 1 est percée par des orifices 14 permettant de fixer la bride d'étanchéité 1 1 sur la paroi extérieure 12 de la cavité 13 grâce à des vis. La bride d'étanchéité 1 1 comporte également de préférence une gorge annulaire 41 dans lequel peut être inséré un joint 42 permettant de rendre étanche le contact entre la bride d'étanchéité 1 1 et la paroi extérieure 12 de la cavité.
La bride d'entrée comporte également une paroi transversale 18 qui ferme l'extrémité supérieure 17 de la paroi tubulaire 15.
La paroi transversale 18 de la bride d'entrée 10 est percée, de préférence en son centre, par un orifice 19 entourée par une jupe annulaire 20. La jupe annulaire 20 et la paroi tubulaire 15 sont de préférence concentriques. Comme représenté sur les figures 3 et 4, la jupe annulaire 20 peut faire saillie longitudinalement de l'orifice 19.
La bride d'entrée 10 comporte également un écrou 50 percé par un orifice 51 . L'écrou 50 est pourvu d'une paroi intérieure filetée 52. La paroi intérieure filetée 52 de l'écrou 50 entoure l'orifice 51 de l'écrou. L'écrou 50 est solidaire de la jupe annulaire 20. Selon différents modes de réalisation, l'écrou 50 et la jupe annulaire 20 peuvent être deux pièces distinctes solidarisées, par exemple par des vis pour permettre un réglage si nécessaire.
Le dispositif d'accord comporte également un piston 21 . Le piston 21 s'étend suivant un axe de référence 22. Le dispositif d'accord présente de préférence une symétrie de révolution par rapport à l'axe de référence 22 ce qui permet de répartir les efforts.
Le piston 21 comporte une tige de piston 23 insérée dans l'orifice 19 de la jupe annulaire 20 et dans l'orifice 51 de l'écrou 50. La tige de piston 23 est pourvue d'une partie filetée 26 vissée dans l'écrou 50 de la bride d'entrée 10. En vissant plus ou moins la partie filetée 26 du piston dans l'écrou 50, on peut translater le piston par rapport à la bride d'entrée. La tige de piston 23 comporte en outre de préférence une partie lisse 53 insérée dans la jupe annulaire 20 de la bride d'entrée. Cette partie lisse 53 de la tige de piston est apte à coulisser dans la jupe annulaire 20 de la bride d'entrée lorsque la partie filetée 26 de la tige de piston 23 est vissée dans l'écrou 50.
Le dispositif d'accord comporte également des vis 39, de préférence deux, permettant de bloquer le mouvement de la tige de piston 23 par rapport à la bride d'entrée 10. La tige de piston 23 peut ainsi être immobilisée par rapport à la bride d'entrée 10.
La tige de piston 23 comporte une extrémité distale, dite « extrémité extérieure » 27 destinée à rester à l'extérieur de la cavité 13 et une extrémité proximale, dite « extrémité intérieure » 28 destinée à être insérée dans la cavité 13. L'extrémité intérieure 28 de la tige de piston est entourée par une jupe d'extrémité 29 reliée à la tige de piston 23 par une paroi transversale 30. La jupe d'extrémité 29 du piston est insérée dans la paroi tubulaire 15 de la bride d'entrée 10.
La partie de l'extrémité intérieure 28 entourée par la jupe d'extrémité 29, la jupe d'extrémité 29 et la paroi transversale 30 forment un nez de piston 40. Le nez de piston 40 est destiné à être inséré dans la cavité 13 de façon à l'accorder en fréquence.
La jupe d'extrémité 29 comporte de préférence une paroi extérieure 43 dans laquelle est creusée une rainure 44. Un joint 45, appelé « joint d'accord » 45 dans la suite, est inséré dans la rainure 44. Le joint d'accord 45 est réalisé dans un matériau conducteur électriquement. Le joint d'accord 45 est agencé de façon à empêcher le passage des ondes radiofréquences entre le nez de piston 40 et la bride d'entrée 10. Pour cela, le joint d'accord 45 remplit l'espace entre le nez de piston et la bride d'entrée 10. La cavité est accordée en faisant bouger longitudinalement la position du joint d'accord 45. La jupe d'extrémité 29 et la paroi transversale 30 du piston d'une part, et la paroi tubulaire 15 et la paroi transversale 18 de la bride d'entrée 10 d'autre part délimitent un volume 31 variable en fonction de la position du piston 21 par rapport à la bride d'entrée 10.
Le dispositif d'accord comporte également un soufflet 32 reliant le piston 21 à la bride d'entrée 10. Le soufflet 32 entoure la tige de piston 23. Le soufflet 32 est entouré par la paroi tubulaire 15 de la bride d'entrée 10.
Le soufflet 32 comporte :
- une première extrémité 33 fixée à la paroi transversale 30 du piston 21 . Pour cela, un anneau 34 fait de préférence saillie longitudinalement de la paroi transversale 30 du piston. La première extrémité 33 du soufflet est de préférence soudée sur l'anneau 34. L'anneau 34 permet de faciliter la fixation du soufflet 32 sur la paroi transversale 30 du piston. L'anneau 34 est de préférence brasé sur la paroi transversale 30 du piston ;
- une deuxième extrémité 35 fixée sur la paroi transversale 18 de la bride d'entrée. Pour cela, un anneau 36 fait de préférence saillie longitudinalement de la paroi transversale 18 de la bride d'entrée 10. La deuxième extrémité 35 est de préférence soudée sur l'anneau 36. L'anneau 36 permet également de faciliter la fixation du soufflet sur la bride d'entrée. L'anneau 36 est de préférence brasé sur la paroi transversale 18. La deuxième extrémité 35 du soufflet 32 est disposée à l'intérieur de la paroi annulaire 15 de la bride d'entrée 10. Le soufflet 32 et la paroi annulaire 15 de la bride d'entrée sont concentriques. Par ailleurs, la deuxième extrémité 35 du soufflet entoure la jupe annulaire 20 de la bride d'entrée. La première extrémité 33 du soufflet est disposée à l'intérieur de la jupe d'extrémité 29 du nez de piston. Le soufflet 32 et la jupe d'extrémité 29 sont également concentriques. Le soufflet 32 est déformable longitudinalement. En d'autres termes, le soufflet 32 peut être déformé suivant l'axe de référence 22. Le soufflet 32 est de préférence métallique. Le soufflet 32 partage longitudinalement le volume 31 en deux chambres 37, 38 étanches l'une par rapport à l'autre : la première chambre 37 correspond à l'espace situé à l'intérieur du soufflet 32, tandis que la deuxième chambre 38 correspond à l'espace situé dans le volume 31 , à l'extérieur du soufflet 32. La première et la deuxième chambre sont concentriques l'une par rapport à l'autre.
La première chambre 37, à l'intérieur du soufflet, est destinée à être placée à pression atmosphérique. En effet, la première chambre 37 est en communication avec l'extérieur de la cavité via la partie filetée 26 de la tige de piston et l'écrou 50. La deuxième chambre 38, à l'extérieur du soufflet, est destinée à être placée à la même pression que l'intérieur de la cavité 13. En effet, la deuxième chambre 38 est en communication fluidique avec l'intérieur de la cavité 13 via l'espace entre le nez de piston 40 et la bride d'entrée 10. Ainsi, lorsque la pression à l'intérieur de la cavité est à 10"7 mbar, la pression dans la deuxième chambre 38 est également de 10"7 mbar. La partie filetée 26 de la tige de piston et l'écrou 50 sont donc isolés de l'intérieur de la cavité grâce au soufflet 32, de sorte que le dispositif d'accord est étanche malgré la présence du filetage.
En outre, le dispositif d'accord est de préférence pourvu de moyens de refroidissement. En effet, en fonctionnement, les ondes radiofréquences peuvent chauffer le nez de piston 40. Il est donc avantageux de prévoir des moyens de refroidissement 46 permettant de refroidir le nez de piston 40. Pour ce faire, le nez de piston 40 est de préférence évidé par une ouverture longitudinale 47 dans laquelle peut être injecté un fluide de refroidissement.
Naturellement, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits en référence aux figures et des variantes pourraient être envisagées sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, d'autres moyens de refroidissement pourraient être envisagés. On pourrait notamment utiliser comme moyens de refroidissement des tuyaux répartis sur la circonférence du piston. En outre, le piston, et en particulier le nez de piston pourrait présenter une autre géométrie. En effet, dans le mode de réalisation décrit, le nez de piston est évidé entre la jupe d'extrémité 29 et la tige de piston 23, essentiellement pour des raisons de poids et de cout. Toutefois, on pourrait également envisager d'utiliser un nez de piston plein pour des raisons de simplicité de fabrication. De même, dans le mode de réalisation décrit, la bride d'entrée est évidée entre la paroi tubulaire et la jupe annulaire. Toutefois on pourrait également envisager de réaliser une bride d'entrée non évidée.
Par ailleurs, on pourrait également envisager d'automatiser le procédé d'accord de la cavité à l'aide du dispositif d'accord. Pour cela, le dispositif pourrait également comporter des moyens de mesure de l'onde radiofréquence dans la cavité. Ces moyens de mesure pourraient par exemple être intégrés au nez de piston. Le dispositif pourrait en outre comporter des moyens de commande permettant de visser automatiquement la tige de piston dans la bride d'entrée. Le vissage de la tige de piston pourrait être asservi en fonction de la mesure de l'onde radiofréquence.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Dispositif d'accord pour une cavité accélératrice radiofréquence (13) comportant :
- une bride d'entrée (10) comportant :
o un écrou (50);
o une bride d'étanchéité (1 1 ) agencée pour être fixée de manière étanche sur une paroi extérieure (12) de la cavité (13);
o une paroi transversale (18) située entre l'écrou (50) et la bride d'étanchéité (1 1 );
- un piston (21 ) comportant :
o un nez de piston (40) destiné être inséré dans la cavité; o une tige de piston (23) pourvue d'une partie filetée vissée dans l'écrou (50) de la bride d'entrée (10), la tige de piston (23) étant percée par une ouverture longitudinale (47) apte à être parcourue par un fluide de refroidissement ;
- un soufflet (32) entourant la tige de piston (23), le soufflet étant entouré par la bride d'étanchéité (1 1 ) de la bride d'entrée, le soufflet comportant :
o une première extrémité (33) fixée de manière étanche au nez de piston (40) ;
o une deuxième extrémité (35) fixée de manière étanche à la paroi transversale (18) de la bride d'entrée (10).
2. Dispositif d'accord selon la revendication précédente, présentant une symétrie de révolution autour de la tige de piston (23).
3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, comportant au moins deux vis de blocage (39) agencées pour bloquer la rotation de la tige de piston par rapport à la bride d'entrée.
4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le nez de piston (40) comporte :
- une jupe d'extrémité (29) entourant la première extrémité (33) du soufflet (32);
- une paroi transversale (30) reliant la jupe d'extrémité (29) à la tige de piston (23), la première extrémité du soufflet étant fixée à la paroi transversale (30) du nez de piston (40).
5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le nez de piston (40) comporte une paroi extérieure pourvue d'une rainure (44), un joint (45) conducteur électriquement étant inséré dans la rainure (44) de manière à être en contact à la fois avec le nez de piston (40) et avec la bride d'entrée
(10) .
6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la deuxième extrémité (35) du soufflet (32) est fixée à la bride d'entrée (10) par une soudure, la première extrémité (33) du soufflet (32) étant fixée au nez de piston (40) par une soudure.
7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la bride d'étanchéité (1 1 ) de la bride d'entrée (10) est percée par une gorge annulaire (41 ) dans laquelle est inséré un joint d'étanchéité.
8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, comportant en outre :
- des moyens de mesure d'une onde radio fréquence dans la cavité ;
- des moyens de commande aptes à commander la translation du piston par rapport à la bride d'entrée.
9. Cavité accélératrice radiofréquence (13) comportant au moins un dispositif d'accord selon l'une des revendications précédentes, la bride d'étanchéité
(1 1 ) de la bride d'entrée (10) du dispositif étant fixée de manière étanche sur une paroi extérieure (12) de la cavité, le nez de piston (40) du dispositif étant inséré dans une ouverture de la cavité.
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