Transmission de haute énergie avec des générateurs RF dans les centres de recherche en physique des hautes énergies
Dans les centres de recherche en physique des hautes énergies, les générateurs RF (radiofréquence) jouent un rôle crucial dans la production des ondes électromagnétiques nécessaires à diverses applications de recherche, y compris l'accélération des particules, la génération de plasma et le chauffage. Ces générateurs convertissent l'énergie électrique en signaux haute fréquence, qui sont ensuite utilisés pour alimenter divers systèmes dans les centres de recherche.
Les systèmes de lignes d'alimentation RF sont essentiels pour transférer efficacement l'énergie produite par les générateurs RF haute puissance vers leurs applications prévues. Ces systèmes comprennent des câbles coaxiaux, des guides d'ondes, des réseaux d'adaptation d'impédance et d'autres composants conçus pour gérer la transmission RF haute puissance sans perte d'énergie significative.
Les systèmes de lignes d'alimentation RF SPINNER sont des composants cruciaux pour la transmission de haute énergie.
Les générateurs RF et leurs systèmes de lignes d'alimentation RF de soutien sont essentiels dans les centres de recherche en physique des hautes énergies pour alimenter les accélérateurs de particules, chauffer les plasmas et générer des champs électromagnétiques pour diverses expériences. Les principaux facteurs de succès pour ces composants sont leur capacité à gérer des signaux RF haute puissance et haute tension, à minimiser les pertes et à maintenir l'adaptation d'impédance. Le fonctionnement réussi des systèmes RF sous-tend de nombreuses expériences dans la recherche sur l'énergie de fusion et la physique des particules dans le monde entier, notamment dans des installations comme le CERN, ITER et SLAC. Les fonctions clés sont :
- Transmission de puissance : Les systèmes de lignes d'alimentation RF transportent les signaux RF haute puissance des sources RF aux cavités d'accélération. Le système doit minimiser les pertes de puissance pour garantir une transmission efficace.
- Adaptation d'impédance : Une adaptation d'impédance appropriée entre la source RF, la ligne d'alimentation et la cavité est essentielle pour minimiser les réflexions et les pertes de puissance, assurant ainsi un transfert d'énergie maximal.
- Stabilité de phase : Dans de nombreux accélérateurs, la phase du signal RF est synchronisée avec les paquets de particules. Le système de lignes d'alimentation doit maintenir la stabilité de phase pour garantir une accélération constante.
- Gestion thermique : Les systèmes RF haute puissance génèrent une chaleur importante. Le système de lignes d'alimentation doit être conçu pour gérer cette chaleur, généralement par des systèmes de refroidissement ou des matériaux résistants à la chaleur.
- Stabilité mécanique : Les lignes d'alimentation RF doivent maintenir leur intégrité structurelle dans diverses conditions de fonctionnement, y compris le vide élevé, les variations de température et les contraintes mécaniques.
- Faibles pertes et haute efficacité : Le système de lignes d'alimentation doit minimiser les pertes (résistives et diélectriques) pour garantir que la majorité de la puissance RF atteigne les cavités d'accélération.
Les composants clés pour la transmission d'énergie élevée sont les suivants :
- les guides d'ondes rectangulaires rigides et les lignes coaxiales rigides : Structures métalliques qui guident la puissance RF des klystrons ou des amplificateurs vers les cavités d'accélération. Les guides d'ondes doivent présenter une faible perte et être conçus avec précision pour maintenir la stabilité de la phase.
- Câbles coaxiaux : Utilisés pour les transmissions RF de faible puissance, les câbles coaxiaux jouent également un rôle dans l'acheminement des signaux RF, en particulier dans les systèmes de diagnostic et de contrôle.
- Coupleurs directionnels : Dispositifs qui permettent l'introduction contrôlée de la puissance RF dans les cavités de l'accélérateur. Le facteur de couplage est crucial pour optimiser le transfert d'énergie.
- Déphaseurs : Dispositifs qui ajustent la phase du signal RF pour la synchroniser avec les grappes de particules, ce qui est essentiel pour maintenir une accélération stable.
- Adaptateurs : Dispositifs permettant de connecter des guides d'ondes ayant des interfaces différentes.
- Charges : les charges sont placées à l'extrémité du chemin d'alimentation, ce qui garantit une terminaison correcte. Cela permet de réduire les réflexions gênantes et de garantir des performances et une qualité maximales pour l'ensemble du système.
- Combinateurs de puissance : Combinaison de plusieurs sources d'alimentation en une seule ligne de transmission.
Ces facteurs déterminent collectivement l'efficacité, la stabilité et l'efficacité des systèmes de lignes d'alimentation RF dans les centres de recherche en physique des hautes énergies.
Depuis 1967, nous développons et fournissons des composants spéciaux à haute énergie de radiofréquence pour une variété de projets de haute puissance :
- En 1967, SPINNER a fourni les premières lignes de transmission coaxiales pour l'adaptation des émetteurs (avec 250 kW de puissance à 200 MHz) pour le Synchrotron à Protons (PS) du CERN.
- En 1978/1979, le CERN fait à nouveau confiance aux composants de SPINNER, cette fois pour son Super Synchrotron à Protons. Pour l'expansion de l'accélérateur de particules SPS (Super Synchrotron à Protons), SPINNER a été chargé de développer et de livrer un combiné 16 x pour le commutateur parallèle de 16 émetteurs chacun (60 kW chacun, CW à 200 MHz), un combiné de huit émetteurs (8×60 kW, CW à 800 MHz) et un interrupteur coaxial 150-345 (pour 1 MW ; CW à 200 MHz).
- En 1981, SPINNER fournit des lignes coaxiales haute puissance RL100-230 (50 ohms), des tuners à tige, des disjoncteurs de courant continu, des absorbeurs et des commutateurs à l'IPP (Institut Max Planck de Physique des Plasmas) pour ses réacteurs expérimentaux Tokamak ASDEX et Wendelstein.
- En 1983, SPINNER a fourni pour la première fois des composants de guide d'ondes R32 en technologie à vide poussé pour le LEP-Linac (Grand collisionneur d'électrons/positrons) du CERN et a installé les systèmes complets de transmission des guides d'ondes avec diviseurs de puissance, ports de pompage, commutateurs, coupleurs directionnels ainsi que des déphaseurs depuis les klystrons de 35 MW jusqu'aux structures de l'accélérateur.
- En 1985, SPINNER complète une commande pour le LEP Linac au CERN : Pour le LEP Injector Linac du Grand Collisionneur Électrons-Positrons au CERN en Suisse, SPINNER développe et fournit des structures d'accélération de 3 GHz (avec 135 cavités) et la ligne de référence de 3 GHz en 1 5/8″ pour entraîner les klystrons.
- En 2004, il n'était toujours pas clair où serait construit le gigantesque Réacteur Thermonucléaire Expérimental International (ITER). Malgré cela, les projets de développement préliminaire requis fonctionnaient déjà à plein régime depuis plusieurs années. Ils incluent des travaux au JET (Joint European Torus) au Royaume-Uni pour optimiser le mode de chauffage plasma ICRH (chauffage par résonance cyclotronique des ions) qui sera utilisé. SPINNER fournit deux lignes de transmission MW pour cela.
