Dispositif d'irradiation de matière par un faisceau électronique

Abstract

 L'invention concerne un dispositif d'irradiatio de matière par un faisceau électronique.
Le dispositif comprend des moyens de guidage pour placer la matière sur le parcours du faisceau, un canon à électrons qui comporte dans une enceinte étanche (1) ayant une forme présentant une symétrie de révolution par rapport à un axe (X'X), un filament (2) émissif d'électrons situé dans l'axe de l'enceinte (1) et, une électrode de Wehnelt (7, 8) entourant le filament (2), et comprenant une première fente circulaire (9) de concentration des électrons au voisinage de la première fente (9) au moins une électrode (10) d'accéiération des électrons entourant l'électrode de Wehnelt (7, 8) et comprenant une deuxième fente circulaire (11) située en regard de la première fente (9) ; l'enceinte (1) comprend une fenêtre circulaire (14) fermée de façon étanche et transparente aux électrons, située en regard des deux fentes (9, 11).
Application à l'irradiation par faisceau électronique.

Description

[0001] La présente invention concerne un dispositif d'irradiation de matière par un faisceau électronique.

[0002] Elle s'applique à l'irradiation de gaz, de liquides ou de solides. Les gaz sont irradiés pour des utilisations chimiques ou pour la stérilisation. Les liquides sont eux aussi irradiés pour des utilisations chimiques ou alimentaires (stérilisation des jus de fruits, du lait, de l'eau, etc...). Les solides sont irradiés pour des utilisations chimiques (polymérisation), médicales (stérilisation), alimentaires (irradiation de graines, fruits, pommes de terre, légumes, etc...), génétiques (irradiation de semences, insectes, etc...).

[0003] On connaît divers dispositifs d'irradiation de matière par un faisceau électronique. Parmi ces dispositifs, l'un d'eux fournit un faisceau électronique dans un plan passant par une fenêtre de sortie fermée par une membrane métallique mince. Elle appartient à une enceinte dans laquelle on a réalisé le vide et dans laquelle est situé un canon à électrons émettant un faisceau très aplati et très allongé ; cette fenêtre peut présenter une longueur de 2 mètres pour une largeur de quelques centimètres. Le déplacement des électrons doit être perpendiculaire à la surface de la fenêtre, afin de la traverser dans les meilleures conditions.

[0004] Il est possible de produire un faisceau électronique plan à partir d'un faisceau électronique ponctuel qui est animé, grâce à un système de balayage, d'un mouvement linéaire alternatif devant la fenêtre. Un dispositif de ce type a pour principal inconvénient de nécessiter l'utilisation d'un système de balayage et de limiter l'utilisation des électrons dans une zone linéaire voisine de la fenêtre.

[0005] Plus récemment, ont été conçus des accélérateurs d'électrons permettant d'accélérer directement les électrons d'un faisceau laminaire en utilisant, soit des canons à électrons dans lesquels la source d'électrons est constituée par un filament très allongé, soit des dispositifs à plasma dans lesquels les électrons sont obtenus par émission secondaire à partir d'ions issus d'une anode filiforme.

[0006] Ces différents dispositifs qui permettent d'obtenir un faisceau plan d'électrons, présentent de nombreux inconvénients : dans le dispositif à balayage, il est nécessaire, pour limiter l'incidence des électrons aux extrémités de la fenêtre, de construire des dispositifs présentant un encombrement prohibitif. Dans les dispositifs qui utilisent des canons à électrons ayant un filament très allongé, il est difficile de remplacer ces filaments émissifs, lorsqu'ils sont détériorés. Dans le dispositif à plasma, il est difficile d'obtenir un faisceau uniforme et, par conséquent, une irradiation uniforme. Ces dispositifs sont d'autre part complexes et coûteux.

[0007] L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients et notamment de réaliser un dispositif d'irradiation de matière par un faisceau électronique, dans lequel il est possible d'utiliser un filament émissif de faible dimension, qui est facile à changer, le faisceau étant plan et se propageant tout autour d'un axe, sur 360°, facilitant ainsi l'utilisation du dispositif pour des applications industrielles. Ce dispositif qui est très simple est aussi peu coûteux.

[0008] L'invention a pour objet un dispositif d'irradiation de matière par un faisceau électronique comprenant un canon à électrons et des moyens de guidage pour placer la matière sur le parcours du faisceau, caractérisé en ce que le canon à électrons comprend, dans une enceinte étanche ayant une forme présentant une symétrie de révolution par rapport à un axe, un filament émissif d'électrons situé dans l'axe de l'enceinte et, coaxialement, une électrode de Wehnelt entourant le filament présentant une symétrie de révolution par rapport audit axe et comprenant une première fente circulaire de concentration des électrons au voisinage du plan perpendiculaire à l'axe et passant par la première fente qui est située en regard du filament, au moins une électrode d'accélération des électrons entourant l'électrode de Whenelt, présentant une symétrie de révolution par rapport audit axe et comprenant une deuxième fente circulaire située en regard de la première fente, l'enceinte comprenant une fenêtre circulaire fermée de façon étanche et transparente aux électrons, cette fenêtre étant située en regard des deux fentes, les moyens de guidage plaçant la matière à irradier autour de la fenêtre.

[0009] Selon une autre caractéristique, l'électrode Wehnelt comprend deux troncs de cône présentant chacun une grande base et une petite base circulaires perpendiculaires à l'axe, les petites bases respectives des deux troncs de cône étant situées en regard l'une de l'autre et étant espacées pour constituer ladite première fente, les troncs de cône comprenant des logements situés en regard et au voisinage de la première fente et contenant ledit filament

[0010] Selon une autre caractéristique, ladite fenêtre est fermée par une feuille métallique présentant une section en forme de gouttière, pénétrant vers l'intérieur de l'enceinte.

[0011] Selon une autre caractéristique, la première fente est entourée sur le pourtour des petites bases de chacun des deux cônes, pour une grille circulaire.

[0012] Selon une autre caractéristique, les moyens de guidage comprennent une gaine creuse annulaire à deux parois concentriques entourant ladite fenêtre, la matière à irradier circulant dans cette gaine.

[0013] Selon une autre caractéristique, l'une des parois de la gaine est constituée partiellement par la surface exteme de l'enceinte étanche et par la feuille fermant la fenêtre.

[0014] Selon une autre caractéristique, les moyens de guidage comprennent une trémie entourant le canon et dans laquelle circule la matière à irradier.

[0015] Selon une autre caractéristique, les moyens de guidage comprennent un ensemble de déplacement de la matière à irradier pour l'amener à circuler en regard de ladite fenêtre.

[0016] Selon une autre caractéristique, la matière à irradier se présentant sous la forme d'une bande enroulée pour former un rouleau ayant la largeur du ruban, les moyens de guidage comprennent des moyens pour dérouler ce ruban en le faisant circuler dans la direction de sa longueur et pour qu'il forme un fourreau autour de la fenêtre, en le repliant dans la direction de sa largeur.

[0017] Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée en référence aux dessins annexés dans lesquels :

- la figure 1 représente schématiquement et en coupe longitudinale, un dispositif d'irradiation conforme à l'invention,

- la figure 2 représente schématiquement un premier mode de réalisation des moyens de guidage de la matière à irradier,

- la figure 3 représente schématiquement un deuxième mode de réalisation de ces moyens de guidage,

- la figure 4 représente schématiquement un troisième mode de réalisation des moyens de guidage de la matière à irradier,

- la figure 5 représente schématiquement un quatrième mode de réalisation des moyens de guidage.

[0018] La figure 1 représente schématiquement et en coupe longitudinale, un dispositif d'irradiation conforme invention. Ce dispositif comprend un canon à électrons situé dans une enceinte étanche 1, et des moyens de guidage pour placer la matière à irradier sur le parcours du faisceau électronique. Ces moyens de guidage ne sont pas représentés sur cette figure et seront décrits plus loin en détail. L'enceinte 1 présente une symétrie de révolution par rapport à un axe X'X. Dans la suite de la description, on entend par symétrie de révolution, la surface obtenue par rotation d'une courbe ou d'une droite autour d'un axe.

[0019] Le canon à électrons comprend, dans l'enceinte étanche 1, un filament émissif 2 relié par des connecteurs enfichables 3, 4, et par des fils conducteurs 5, 6, à une haute tension négative -V'. Ce filament émissif a la forme d'une bobine dont l'axe correspond à l'axe X'X de l'enceinte. Le canon comprend aussi, coaxialement, une électrode de Wehnelt en deux parties 7, 8, qui entourent le filament 2, et qui présente une symétrie de révolution par rapport à l'axe X'X. Cette électrode de Wheneft comporte une première fente 9 circulaire, qui permet de concentrer les électrons au voisinage d'un plan P perpendiculaire à l'axe X'X et passant par la fente 9. Cette fente est située en regard du filament 2 ; la concentration des électrons est produite par le champ électrique apparaissant dans la fente lorsque l'électrode de Wehnelt 7 est alimentée par une haute tension négative -V ; la valeur absolue de la tension -V est légèrement supérieure à la valeur absolue de la tension -V' alimentant le filament Le dispositif comprend aussi une électrode 10 d'accélération des électrons; cette électrode entoure l'électrode de Wehnelt 7, 8 et elle présente aussi une symétrie de révolution par rapport à l'axe X'X de l'enceinte. Le potentiel de cette électrode peut être égal à celui de l'enceinte ; dans la pratique, ce potentiel est celui d'une masse électrique de référence. L'électrode d'accélération 10 présente une deuxième fente circulaire 11, située en regard de la première fente 9. Le faisceau d'électrons émis par le filament, au voisinage du plan P, est représenté en 12. Les deux parties 7, 8 de l'élactrode de Whenelt sont reliées, par exemple par une tige filetée conductrice 13, solidaire de la partie 8 du Wehnelt

[0020] Enfin, l'enceinte 1 est munie d'une fenêtre circulaire ₁₄, fermée de façon étanche par une feuille métallique présentant une section en forme de gouttière, pénétrant vers l'intérieur de l'enceinte. Cette fenêtre est située en regard des fentes 9, 11 ; elle est transparente aux électrons. Les moyens de guidage, qui ne sont pas représentés sur cette figure, placent la matière à irradier autour de la fenêtre.

[0021] Les deux parties 7,8 de l'électrode de Wehnelt forment deux troncs de cône qui présentent chacun une grande base et une petite base. Les grandes des bases de ces troncs de cône sont respectivement référencées 16,7, tandis que les petites bases sont respectivement référencées 18, 19 sur la figure. Les petites bases 18,19 des deux troncs de cône sont situées en regard l'une de l'autre et elles sont espacées de manière à constaser la première fente 9. Ces deux troncs de cône comprenment respectivement des logements 20, 21 qui sont situés en regard l'un de l'autre, au voisinage de la première fente 9. Ces logements contiennent le filament émissif 2. Dans un mode de réalisation du dispositif, la première fente 9 peut être entourée sur le pourtour des petites bases ₁8, 19 de chacun des deux cônes, par une grille circulaire 22.

[0022] Les deux parties 7,8 du Wehnelt sont reliées par la tige filetée 13 et par une tige 23, à la source de tension -V, à travers des éléments tels que 24, 25, d'un isolateur. Les fils de connexion 5, 6 du filament traversent un alésage 26 de la tige 23 puis l'élément 25 de l'isolateur, pour être reliés à la source de tension -V'. Il est bien évident que le vide régnant à l'intérieur de l'enceinte 1, les traversées des conducteurs 5, 6 et 27 sont étanches. De manière connue dans l'état de la technique, les éléments 24 de l'isolateur sont séparés par des rondelles conductrices 28, reliées par des résistances 29 permettant de rendre équipotentiels les différents éléments de l'isolateur. L'enceinte étanche 1 peut être fermée par un couvercle étanche 30. Ce couvercle amovible permet d'accéder à l'intérieur de l'enceinte, de manière par exemple, à remplacer le filament 2 en cas de destruction de celui-à.

[0023] Les figures 2 à 5 représentent différents modes de réalisation qui permettent de placer la matière à irradier sur le parcours du faisceau électronique produit dans un plan P, passant par la fenêtre 14. Sur ces figures, on a désigné par la référence C le canon à électrons. L'enceinte contenant les divers éléments du canon est représentée par la référence 1, et la fenêtre par la référence 14.

[0024] Dans le premier mode de réalisation des moyens de guidage, représenté sur la figure 2, ces moyens comprennent une gaine annulaire creuse 31 à deux parois concentriques 31a, 32b. La matière à irradier circule entre ces deux parois, comme indiqué par les flèches sur la figure. Cette matière peut être un liquide ou un gaz, ou même un solide en poudre. La paroi interne 31 de la gaine peut être constituée au moins partiellement par la surface externe de l'enceinte étanche 1, et par la feuille métallique qui ferme la fenêtre 14. Dans ces conditions, les matières à irradier reçoivent directement le faisceau électronique émis dans le plan P.

[0025] Dans le deuxième mode de réalisation représenté sur la figure 3, le canon à électrons C est placé dans une trémie 33 dont la partie supérieure présente par exemple une forme évasée, favorisant la réception des matières à irradier. Ces matières sont en contact direct avec la feuille métallique qui ferme la fenêtre 14 de l'enceinte 1.

[0026] Dans ces deux modes de réalisation des moyens de guidage, la pression à l'extérieur de l'enceinte est généralement voisine de la pression atmosphérique. Si l'on désigne par A la pression atmosphérique, par p le rayon de courbure de la fenêtre et par P la pression de la matière circulant au voisinage de la fenêtre, il est possible d'écrire P =J, avec A=a.e. Dans cette dernière relation, a désigne la limite de rupture du métal constituant la fenêtre et ε l'épaisseur de la feuille métallique fermant la fenêtre.

[0027] Si la pression P de la matière à irradier est de l'ordre de quelques bars, et si la fenêtre est formée d'une feuille de titane d'épaisseur 20 microns, le rayon de courbure p de cette fenêtre ne dépasse pas quelques centimètres.

[0028] La figure 4 représente un troisième mode de réalisation des moyens de guidage de la matière à irradier. Dans ce mode de réalisation, ces moyens de guidage sont constitués par un ensemble 3₄ qui permet de déplacer la matière irradier, de manière à l'amener à circuler en regard de la fenêtre 1₄. Dans le cas où des objets 35 sont à irradier, ces moyens de guidage sont constitués par exemple par un tapis roulant ou une chaîne.

[0029] Enfin, la figure 5 représente un quatrième mode de réalisation des moyens de guidage de la matière à irradier. Dans ce mode de réalisation, la matière à irradier se présente sous la forme d'une bande 36, enroulée pour former un rouleau 37 ayant la largeur du ruban. Les moyens de guidage comprennent ici un moteur 37 entraînant un axe 38 sur lequel vient s'enrouler le ruban 36 après son irradiation par le canon à électrons C. Le ruban circule dans le sens de la longueur, comme indiqué par les flèches ; les moyens de guidage comprennent des guides 39, 40, 41, 42 qui permettent au ruban de former un fourreau autour de la fenêtre 14 et de l'enceinte 1, en le repliant autour de cette enceinte, dans la direction de la largeur du ruban. Le ruban est ainsi déroulé autour de l'axe 42 et enroulé autour de l'axe 38. La pièce 43 sert au maintien du dispositif.

Revendications

1. Dispositif d'irradiation de matière par un faisceau électronique comprenant un canon à électrons et des moyens de guidage pour placer la matière sur le parcours du faisceau, caractérisé en ce que le canon à électrons comprend, dans une enceinte étanche (1) ayant une forme présentant une symétrie de révolution par rapport à un axe (X'X), un filament (2) émissif d'électrons situé dans l'axe de l'enceinte (1) et, coaxialement, une électrode de Wehnelt (7,8) entourant le filament (2), présentant une symétrie de révolution par rapport audit axe (X'X) et comprenant une première fente circulaire (9) de concentration des électrons au voisinage d'un plan (P) perpendiculaire à l'axe et passant par la première fente (9) qui est située en regard du filament (2), au moins une électrode (10) d'accélération des électrons entourant l'électrode de Wehnelt (7,8), présentant une symétrie de révolution par rapport audit axe et comprenant une deuxième fente circulaire (11) située en regard de la première fente (9), l'enceinte (1) comprenant une fenêtre circulaire (14) fermée de façon étanche et transparente aux électrons, cette fenêtre étant située en regard des deux fentes (9, 11), les moyens de guidage plaçant la matière à irradier autour de la fenêtre (14).

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'électrode de Wehnelt comprend deux troncs de cône (7,8) présentant chacun une grande base et une petite base circulaires prependiculaires à l'axe (X'X), les petites bases respectives (18, 19) des deux troncs de cône étant situées en regard l'une de l'autre et étant espacées pour constituer ladite première fente (9), les troncs de cône (7,8) comprenant des logements (20, 21) situés en regard et au voisinage de la première fente (9) et contenant ledit filament (2).

3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite fenêtre (14) est fermée par une feuille métallique (15) présentant une section en forme de gouttière, pénétrant vers l'intérieur de l'enceinte (1).

4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la première fente (9) est entourée sur le pourtour des petites bases (18,19) de chacun des deux cônes (7, 8) par une grille circulaire (22).

5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens de guidage comprennent une gaine creuse annulaire (31) à deux parois concentriques (32a, 32b) entourant ladite fenêtre (14), la matière à irradier circulant dans cette gaine.

6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que l'une des parois de la gaine est constituée partiellement par la surface externe de l'enceinte (1) étanche et par la feuille (15) fermant la fenêtre.

7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens de guidage comprennent une trémie (33) entourant le canon (C) et dans laquelle circule la matière à irradier.

8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens de guidage comprennent un ensemble de déplacement (34) de la matière à irradier pour l'amener à circuler en regard de ladite fenêtre (14).

9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la matière à irradier se présente sous la forme d'une bande (36) enroulée pour former un rouleau ayant la largeur du ruban, les moyens de guidage comprenant des moyens (39, 40, 41, 42) pour dérouler ce ruban en le faisant circuler dans la direction de sa longueur et pour qu'il forme un fourreau autour de la fenêtre (14), en le repliant dans la direction de sa largeur.

Dessins