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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Applications des accélérateurs électrostatiques7. Réalisation des accélérateurs électrostatiques
7.1 Familles d’accélérateurs
Nous avons décrit les éléments constitutifs des accélérateurs électrostatiques. Pour leur emploi, on peut les classer en trois catégories.
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Machines de faible énergie (avec une tension inférieure à 500 kV) : ces machines pour injecteurs, irradiateurs et implanteurs, dont le tube est souvent placé dans l’air, sont alimentées par des générateurs à haute tension séparés. Elles sont parfois conçues pour des intensités de courant élevées (1 000 µA) et utilisent alors des techniques du type redresseur-condensateur.
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Machines de moyenne énergie (avec une tension comprise entre 500 kV et 5 MV) : elles sont souvent du type Van de Graaff et sont fabriquées actuellement par plusieurs firmes (HVEC, NEC). Ce sont toujours des machines avec des réservoirs sous pression. Leur technologie, qui intègre les éléments exposés dans les paragraphes précédents, ne pose aucun problème particulier. La modestie de l’énergie emmagasinée, la tension relativement faible, les marges de dimension suffisantes, en font des machines très fiables et utilisées dans de nombreuses applications.
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Machines de grande énergie (avec une tension comprise entre 5 et 35 MV) : ce sont presque toujours des tandems, machines developpées principalement pour la recherche fondamentale. Dans cet article, nous nous sommes attachés à décrire plus particulièrement les problèmes qui concernent leur construction.
Nous décrivons ici le Vivitron et les machines construites et utilisées au cours des vingt dernières années.
7.2 Le Vivitron
Le Vivitron (figure 25), construit au Centre de Recherches nucléaires de Strasbourg et conçu par M. Letournel, est un accélérateur tandem Van de Graaff de 35 MV. Nous avons montré, tout au long de cet article et, plus spécialement, paragraphe 4...
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