Etude d'une cavité accélératrice supraconductrice de type Spoke et de son coupleur de puissance associé

Cette thèse cofinancée par le CNRS et Framatome a porté sur l'étude d'une cavité supraconductrice de type spoke et de son coupleur de puissance associé. Les résultats ont été utilisés dans le cadre du 5ème PCRD et notamment pour l'accélérateur linéaire de protons de forte intensité(6mA) du projet de réacteur hybride XADS. La cavité (F=352MHz, BETA=0.35) a été testée à 4K et 2K. Ses performances à 4K donnent des marges confortables par rapport au cahier des charges XADS, ce qui est utile pour la fiabilité de l'installation. A 2K le champ accélérateur maximum est de 16MV/M ce qui est une référence mondiale.Le port de couplage de la cavité a été optimisé : sa position et son diamètre ont été modifiés pour diminuer les pertes HF sur l'antenne et limiter les risques de multipacting. Pour minimiser les pertes HF le mode de couplage avec la cavité choisie est électrique.Différents types de fenêtre céramique ont été étudiés afin de rendre fiable ce point critique du coupleur : disques coaxiaux avec ou sans chokes ou cylindrique creux coaxial . L'optimisation a porté sur la puissance réfléchie, les pertes dans la céramique, et le champ électrique de surface. Le disque muni de choke a également été modélisé et a fait l'objet d'une étude grâce à la théorie des lignes. L'ensemble des fenêtres a été étudié de manière systématique en fonction de différents paramètres géométriques. Le disque sans chokes semble un bon candidat pour notre application. La source de puissance sera un amplificateur état solide. Un coupleur entièrement coaxial est réalisable et sera fabriqué et testé prochainement

A Saturable Pulse Transformer Based on Nanocrystalline Magnetic Cores for an Adjustable Nanosecond High-Voltage Generator

This article is devoted to saturable pulse transformers (SPTs), combining the functions of a pulse transformer and a magnetic switch. Two nanocrystalline magnetic cores are investigated in the SPT of an inductive energy storage (IES) pulsed power system based on a semiconductor opening switch (SOS). The first magnetic core has a square hysteresis loop (Br/Bsat $>$ 90%), while the second core has a flat hysteresis loop (Br/Bsat $\sim$ 4%). A test bench with an initially stored energy of 10 J is developed. The circuit design is discussed, and the magnetic materials are compared. Based on the features of the hysteresis loops, two nanosecond high-voltage (HV) SOS generators are tested, with the output voltage adjusted by tuning the input voltage and controlling the bias magnetic field. The influence of the optimal core saturation on the operation of the SOS diode is studied. An adjustable output voltage impulse of more than 200 kV amplitude with a 16 ns rise time is demonstrated on a $1 \text {k}\Omega$ resistive load