Stage 2011 Optique électronique pour Multi Beam Klystron.d…

Components & Subsystems
RF & Microwave Sources - Vélizy
2, rue Marcel Dassault - BP 23
78141 Vélizy-Villacoublay Cedex
France
Ressource humaine : Candice Fretay
[email protected]
Vélizy, le 09/12/10
Responsables de stage : Rodolphe Marchesin
Entreprise : Thales
Service : Développement de tubes scientifiques
Profil du candidat : 3ème année d’école d’ingénieur ou Master Physique
Le candidat possède un intérêt fort pour la modélisation des phénomènes physiques
et est familier des outils de programmation.
Durée du stage : 6 mois, pourra éventuellement être une bonne introduction pour
une thèse de doctorat proposée au CERN (klystron multifaisceaux à fort rendement
pour le futur collisionneur CLIC)
Sujet de Stage 2011
Design d’ une optique de klystron à 20 faisceaux électroniques
(MBK à structure coaxiale)
1.
Mots Clef : Multi Beam Klystron (MBK), Optique électronique, Magnétisme, Physique des
particules
2.
Environnement du stage
Le stage a lieu dans le cadre de la Business Unit RF & Microwave Sources de la Stategic
Business Line Components & Subsystems à Vélizy (78) qui développe et produit des sources
hyperfréquences de fortes puissances. Un exemple de ces produits est le klystron (amplificateur
à tube électronique dans le domaine 100 Mhz-10 GHz). Ce type d’amplificateur de puissance
(plusieurs dizaines de MW crête) est utilisé aujourd’hui principalement dans les accélérateurs de
particules pour l’imagerie médicale, la stérilisation et la recherche scientifique (DESY ; CLIC ;
CEA ; CNRS ; …).
Thales Electron Devices S.A.
S.A. au capital de 30 998 925 euros - SIRET : 340 723 626 00099 - RCS Versailles 340 723 626
Siège social : 2, rue Marcel Dassault - 78140 Vélizy-Villacoublay – France
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RF & Microwave Sources - Vélizy
2, rue Marcel Dassault - BP 23
78141 Vélizy-Villacoublay Cedex
France
3.
Contexte du stage
A la suite des expériences menées sur l’accélérateur LHC (Large Hadron Collider) qui vient
d’être mis en service au CERN, la recherche fondamentale sur la physique des particules
nécessitera la construction d’un nouvel accélérateur linéaire électron-positron d’énergie au
centre de masse comprise entre 1 TeV et 3 TeV.
Les 2 projets en lice à l’échelle internationale sont l’ILC (International Linear Collider) et le CLIC
(Compact Linear Collider). Le projet CLIC prévoit l’utilisation de 652 klystrons de forte puissance
crête et moyenne (50 MWc 500 kWm à 1GHz, impulsions de 140µs). La consommation
électrique et donc le rendement électrique de ces amplificateurs est un point clé pour le coût
d’exploitation de l’accélérateur.
Le concept de source RF le plus prometteur pour atteindre les objectifs techniques est le MBK
(Multibeam Klystron) qui utilise environ 6 à 20 faisceaux électroniques traversant une structure
hyperfréquence comprenant typiquement 6 cavités de géométries cylindriques ou coaxiales.
Une première génération de MBKs (référence TH1802) a été développée par Thales pour le
projet XFEL à Desy, Hambourg. Les premiers klystrons ont permis de démontrer les
performances suivantes : 10MWc 150 kWm 63% rendement à 1.3 GHz avec des impulsions de
1,5 ms.
Pour adresser la machine CLIC Thales a commencé l’étude et le développement d’un nouveau
MBK avec des performances RF améliorées : 15 à 20MWc et 70 % rendement à 1.3 GHz.
Les cavités formant la structure d’interaction de ce tube ont déjà été optimisées lors d’une thèse
et Thales propose, par ce stage de fin d’étude, la conception du canon à électrons et du
focalisateur de ce klystron.
4.
Description du stage
Conception d’une optique électronique de klystron multifaisceaux avec les outils de modélisation
2D et 3D utilisée à Thales ED.
La mission du stagiaire est la conception d’une optique de klystron comportant 20 faisceaux
d’électrons compatible d’une structure d’interaction de MBK coaxiale déjà développée.
Le stagiaire est intégré aux équipes R&D Composants Hyper Scientifique et Calcul Numérique
en contact direct avec les besoins techniques.
Thales Electron Devices S.A.
S.A. au capital de 30 998 925 euros - SIRET : 340 723 626 00099 - RCS Versailles 340 723 626
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Les différentes étapes du travail sont les suivantes :
•
Compréhension des enjeux de la focalisation et de l’optique électronique dans les tubes à
vide :
état de l’art
étude des différents systèmes de focalisation de klystron
simulation en 2D d’une optique existante à 6 faisceaux. Cet exercice servira ensuite
de référence au design demandé.
•
Mise au point d’une optique avec les outils 2D de Thales ED
Design électrostatique : formes et géométries des électrodes
Détermination de la forme théorique du champ magnétique utile à la focalisation
des faisceaux d’électrons
Design de l’électroaimant (coté canon)
Simulation complète de l’optique électronique
Comparaison avec la référence préalablement simulé
•
Optimisation du design avec les outils 3D.
Optique électronique 3D
•
Dégazage d’ un canon à électron d’ un MBK 7 faisceaux
Présentation des travaux à l’équipe DT-SCI.
Ce stage donne l’opportunité de s’intégrer dans une équipe d’ingénieurs de développement
dans un environnement industriel et de production au sein d’un grand groupe.
Thales Electron Devices S.A.
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