Accompagnement thèse CEA

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Laboratoire des Sciences pour l'Ingénieur Appliquées à la Mécanique et au génie électrique (SIAME)
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Accompagnement thèse CEA de Marc BizotCollaborateur : CEA CESTA

Nom du projet : Accompagnement thèse CEA de Marc Bizot

Objet :Contribution à l’étude et à la conception d’un injecteur à induction très fort courant

Date de début : 09/02/2017

Date de fin : 09/02/2020

Collaborateur : CEA CESTA

Responsable scientifique : PECASTAING Laurent

Type de contrat : Contrat de collaboration

 

Description du projet

Les installations pour les études hydrodynamiques liées à des expériences pyrotechniques disposent de machines radiographiques impulsionnelles. Elles permettent d’accéder aux formes et volumes des éléments de l’objet étudié au cours de son évolution dimensionnelle. La majorité de ces machines radiographiques travaillent en mode monocoup (1 seule impulsion) et ne délivrent ainsi qu’une image à un seul instant, telle la machine du CEA (AIRIX pour Accélérateur à Induction pour la Radiographie et l’Imagerie X).

Il est demandé aujourd’hui d’étudier la faisabilité d’un accélérateur à induction afin qu’il puisse délivrer deux impulsions X dans des temps très rapprochés (quelques centaines de ns).

En termes de hautes puissances pulsées, ceci conduit à imaginer et surtout faire fonctionner des systèmes à des fréquences de répétition dans la gamme du MHz sans pour autant sacrifier à la fiabilité indispensable au regard de l’application.

Une première démarche a permis de mettre au point un générateur électrique qui délivre 2 impulsions de 250 kV, générateur qui alimente des cellules à induction, éléments qui permettent d’accélérer les électrons. En amont de cette partie accélératrice, il faudra disposer d’un injecteur capable de générer deux faisceaux d’électrons intenses dans la gamme de quelques MeV  pour l’énergie et délivrant des courants forts. L’énergie des électrons doit être constante sur la durée des impulsions pour des raisons de transport jusqu’à la cible de conversion. Ainsi, comme pour les générateurs mentionnés, les tensions appliquées doivent être stables à quelques pourcents

La seule technologie aujourd’hui identifiée est celle des injecteurs à induction.

Le design d’une telle machine est complexe, il nécessitera la mise en œuvre de cellules à induction associées sous forme de deux IVAs (Inductive Voltage Adder). Dans ces cellules, l’analyse du comportement du matériau magnétique utilisé est capitale pour garantir la qualité électrique des impulsions haute tension délivrées. En outre, cette association de cellule à induction fait apparaitre un certain nombre d’éléments parasites (ligne de transmission, inductances, capacités) qu’il faudra aussi maitriser. Enfin ces impulsions doivent être appliquées à une diode sous vide (cathode émissive et anode) afin de générer les faisceaux d’électrons. Là aussi, la définition de cette partie et sa connexion est un point critique de cette machine.

Dans ces sous-systèmes, la présence de très hautes tensions et leurs formes impulsionnelles rapides dans la gamme 10-100 ns contraint très fortement le design qui doit résulter de compromis.

Ces études s’appuient à la fois sur des travaux de modélisation faisant appel à des codes circuits et des codes EM 3D mais aussi sur des réalisations expérimentales permettant de lever les risques sur les sous-systèmes.