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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Forme générale d’un générateur électrostatique2. Grandeurs et paramètres usuels dans les machines électrostatiques
Lors de la mise en œuvre d’une machine électrostatique, il est convenable de la considérer comme étant constituée par deux électrodes dont l’une est à la masse. À l’aide d’un moyen approprié, décrit au paragraphe 5, des charges électriques sont amenées sur l’électrode isolée.
L’isolation est réalisée par le vide dans le tube accélérateur, par un gaz souvent sous pression en dehors de ce tube et, enfin, par des isolateurs solides pour maintenir la structure mécanique (figure 12).
Si les deux électrodes sont parallèles, elles constituent un condensateur plan de capacité C (figure 2b ). Si la charge déposée est égale à Q, la tension est :
avec une capacitéC = 100 pF la tension obtenue estV = 106 V avec une chargeQ = 100 · 10–12 · 106 = 100 µC.
Les charges sont difficiles à mesurer ; on ne les connaît que par déduction à partir de la tension.
L’énergie emmagasinée dans le système est :
Pour l’exemple, on a : W = 50 J.
Il s’agit d’une énergie minime...
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