Présentation
Auteur(s)
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Georges FRICK : Ingénieur de l’École Supérieure d’Électricité - Docteur ès Sciences - Ingénieur au Centre de Recherches Nucléaires de Strasbourg
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La machine électrostatique est ainsi nommée parce qu’elle fait appel aux lois de l’électrostatique à la différence d’autres machines dites électromagnétiques. Bien que des moteurs électrostatiques aient été imaginés, ils n’ont pas eu de succès ; par contre, en tant que générateurs de très haute tension (
0,3 MV), les machines électrostatiques connaissent leur principale application dans le domaine des accélérateurs d’ions ou d’électrons. Cet article porte essentiellement sur ce dernier sujet.
Après quelques considérations générales 1, nous étudierons, d’abord, les grandeurs et paramètres usuels d’un système électrostatique 2. Nous verrons, ensuite, la forme générale que prend un tel système 3, forme principalement déterminée par sa fonction, pour en arriver au dimensionnement 4. Celui-ci est dû à des contraintes physiques comme celles attribuées à l’isolation dans le gaz, qui détermine la géométrie des électrodes conductrices. Le dimensionnement est aussi lié aux propriétés des isolants de structure dans le gaz et dans le vide. Enfin, nous étudierons le système de charge 5, partie essentielle d’une machine électrostatique (le paragraphe 5.3 est repris du texte original rédigé par Noël J. Félici), et le tube accélérateur 6 qui entraîne d’autres problèmes.
Avant d’en donner une description complète 7, nous illustrerons les différents paragraphes par le Vivitron. Nous présenterons également d’autres appareils utilisés couramment 7. Enfin nous parlerons des applications de ces appareils 8 [1] [84] [85] [86].
Le lecteur pourra utilement se reporter, dans ce traité, aux articles Électricité statique. Principes. Problèmes. Applications [87] et Électromagnétisme. Différents aspects [88].
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Réalisation des accélérateurs électrostatiques6. Accélérateurs de particules
Les machines électrostatiques, que nous décrivons ici, ont principalement comme application la production d’ions ou d’électrons accélérés [10]. Une composante essentielle, qui influe sur la conception même de tout le système, est le tube accélérateur.
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Pour les faibles tensions 5.3, où celles-ci peuvent être sorties du générateur par un câble ou une autre liaison conductrice, les fonctions de production de tension et d’accélération peuvent être séparées. Le tube est alors généralement placé dans l’air.
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Dans les machines à tension élevée, Van de Graaff ou Pelletron, le tube fait partie intégrante de la conception du système électrostatique. Dans ces machines de grande énergie, on se trouve dans la situation difficile de placer un tube sous vide dans une enceinte à haute pression. L’extérieur du tube est conçu en tenant compte des isolations dans le gaz et la réalisation rencontre les problèmes concernant à la fois l’isolement dans le vide et le passage du faisceau de particules.
6.1 Machines à simple étage et tandem
Dans les machines à simple étage (figures 1a et c ), la source d’ions est placée dans le terminal et est alimentée par une génératrice mue par la courroie de charge. Pour obtenir des ions avec des états de charge élevés et avec de grandes intensités de courant, il faut une source d’énergie au terminal plus grande et un appareil de dimension importante, donc une source volumineuse, or il y a peu d’espace disponible dans un terminal de ce type de machine à simple étage. La puissance de la génératrice et la place limitent, par conséquent, les...
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