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Accueil > Support > Soutien technique > Mécanique > Projets > 23.1 DIAM

2.3 Diagnostic faisceaux

Pour la mesure de l’intensité du faisceau d’ions

Diagnostic faisceau

Cage de Faraday

Th.Dupasquier[1] ; G.Gelin[1] ; F.Mounier[1] ; A.Eynard[1] ; A.Benoit[1] ; Th.Alliaume [1] ; C.Peaucelle[2]

[1] Service Etude et Réalisation Mécanique IPNL
[2] Service Accélérateurs IPNL

La cage de Faraday est un diagnostic interceptif de faisceau qui mesure l’intensité du faisceau de protons. Située après le filtre de Wienn et avant le tube accélérateur, elle donne l’intensité du faisceau de protons avant l’accélération.
Une seconde cage de Faraday réalisée à partir de la même étude est placée après le déflecteur électrostatique.
En plus de la mesure d’intensité, ces éléments seront utilisés comme arrêt faisceau.

Principe de la cage de Faraday

Ce diagnostic, monté à l’extrémité d’un translateur, ou propulseur, est positionné hors parcours du faisceau durant le fonctionnement normal de l’accélérateur, et intercepte celui-ci lors des phases de réglage et de caractérisation du faisceau.

Soumise au rayonnement, la cage, ou coupelle, collecte les particules chargées et les transfert par un conducteur à un convertisseur pour en déduire l’intensité du faisceau. La cage doit être isolée électriquement du reste de l’installation.

L’énergie produite par le faisceau se dissipe dans la cage, mais à cause du fonctionnement sous vide, il n’y a pas de convection, seulement de la conduction, ce qui se traduit par des contraintes thermiques élevées. Un refroidissement s’avère nécessaire. [Fig 1].

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Fig 1
Cage de Faraday, principe

Contraintes techniques

  • Dimensionnelles (faible encombrement)
  • Fonctionnement sous vide 10e-6 mbar
  • Isolation électrique de la cage
  • Passages électriques
  • Refroidissement de la cage par circulation d’eau désionisée
  • Passages de fluide entre la PA et le vide
  • Translateur fonctionnement sous vide
  • Démontable

Solutions

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Fig 2
CAO cage de faraday (Conception : Th.Dupasquier)

La cage de faraday est positionnée à l’extrémité d’un translateur pneumatique piloté par une électrovanne. La cage est en cuivre, isolée des autres parties de la voie. Le fond de la cage soumis au faisceau de protons est doublé d’une pastille de tantale. Sous l’effet du faisceau, la cage de faraday s’échauffe, un refroidissement par circulation d’eau y a été apporté.

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Fig 3
Calculs thermiques - Ansys - coupelle 20W (Calculs : Th.Dupasquier)

L’eau est désionnisée mais il faut isoler électriquement les tuyaux en contact avec la cage de ceux à la masse par des passages en céramique soudables. Les brasures ont été réalisées par Th.Alliaume[1], chaudronnier à l’IPNL

Réalisation

La majorité des pièces ont été usinées par les techniciens de l’atelier sur machines traditionnelles et machine à commande numérique. les soudures ont été exécutées par Th.Alliaume[1] de la chaudronnerie de l’IPNL.

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Photo 1
Ensemble des pièces (réalisation IPNL)

Montage sur ligne

Le montage sur la plateforme est réalisé par le service accélérateur[2] de l’IPNL.

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Photo 2
Cage de faraday en position de mesure sur ligne
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Photo 3
Cage de faraday sur ligne