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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Lire l’articleINTRODUCTION
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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Dimensions d’un générateur électrostatique3. Forme générale d’un générateur électrostatique
Dans un accélérateur ou un générateur électrostatique, on se trouve placé dans une géométrie imposée par des considérations pratiques.
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Comme on l’a vu 2, le champ limite E c dans l’air impose des dimensions de plusieurs mètres et, par conséquent, des bâtiments encore plus vastes. Si l’ensemble est enfermé dans une enceinte sous pression, on peut gagner, en dimensions, environ un facteur 5, en utilisant, au lieu de l’air, un gaz tel que le SF6 avec des pressions allant jusqu’à 8 bar.
Il y a d’autres avantages à travailler en enceinte étanche ; cela permet de fonctionner dans une ambiance sans humidité et sans poussières. Enfin, il n’existe plus de problème de sécurité vis‐à‐vis du personnel, la haute tension (HT) n’étant jamais accessible.
On devine l’inconvénient d’une machine sous pression, on ne peut sortir la tension que par une traversée et un câble isolé à des millions de volts, solution peu concevable. Par ailleurs, l’accès aux différentes parties du système est impossible sans avoir, au préalable, transféré le gaz.
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Si l’on a ainsi considérablement renforcé l’isolement à travers le gaz, on n’a par contre rien changé quant à l’isolation dans les solides ou à celle représentée par le vide dans le tube accélérateur. Il en résulte une structure en colonne, verticale ou horizontale, où la distance radiale entre électrode haute tension et masse est plus faible que celle dans le sens longitudinal. La faible tenue en tension du tube accélérateur contribue également à son caractère cylindrique allongé.
Exempleon admet, dans le sens radial, un champ E = 10 MV/ m et, dans le sens longitudinal, seulement E = 1,5 à 2 MV/m.
Des...
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