05/03/2009JP BRASILE1 Modulateur de nouvelle génération 5 mars 2009.

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1 05/03/2009JP BRASILE1 Modulateur de nouvelle génération 5 mars 2009

2 05/03/2009JP BRASILE2 Our Achievements in Pulsed Power Laser :200 TW Proton: 15 MeV Electron : 100 MeV Electrical discharge: 100 GW Microwave: 1 GW

3 05/03/2009JP BRASILE3 Un élément clef: la commutation Air :750 kA (1) AsGa tr= 300ps jitter nul (3) Air sous pression : 400 kA - 50 kV (2) Vide : 400 kA (6) Pseudodécharge 30 kV - 3 kA (4) Thyristor de puissance 10kV –50 kA (5) (1)Développement ISL/LGE (2)Développement LGE/THALES (3)Développement LGE/THALES (4)Développement CERN/LGE/THALES (5)Développement ISL/ABB (6)Développement THALES

4 05/03/2009JP BRASILE4 Un modulateur idéal doit … – être de coût réduit et n’utiliser que des composants standard pour en faciliter la maintenance, – ne pas engendrer de problème de sécurité pour les personnes amenées à l’utiliser. – être modulable en tension, jusqu’à des niveaux de tension très importants. – être basse impédance pour s’adapter à tout type de charge – pouvoir fonctionner sur de longues durées et/ou des durées ajustables tout en restant compact et léger, – permettre des grandes cadences de répétition, – avoir un excellent rendement, – ne pas fonctionner sous huile (poids, aspect environnementaux, facilité de maintenance), – être protégé contre les courts-circuits ou plus généralement contre une évolution anormale de la forme d’onde de sortie, – éviter les suroscillations liées à une désadaptation telle que celles apportées par un câble de liaison, – stocker un minimum d’énergie pour limiter les risques en cas de défaut, – continuer à fonctionner aux conditions nominales dans le cas où une partie du système est défaillant, tout en localisant et inhibant cet élément, – ne pas générer de nuisances sonores, – être rechargeable facilement (en basse tension, à partir du réseau redressé par exemple) et avec un bon rendement – être extrêmement fiable,

5 05/03/2009JP BRASILE5 Spécifications typique pour TH2100 (37 MW) Max repetition rate 5 Hz  100 Hz (1) Impulse length at 99.5 % 3.5 μSec (2) Impulse length at 50 %: 4.5 μSec (3 ) Time to ramp between 10% and 90%: 0.7 μSec (4) Time to ramp between 90% and 10 %: 0.7 μSec (4) Pulse voltage setting range 150 to 270 kV Maximal pulse intensity 275 A @ 270 kV (5) Flatness of the pulse plateau at nominal rating 1 % peak to peak (6) Repeatability of the pulses amplitude 0.5% peak to peak Soit 275A * 270 kV * 4.5 µs  334 J par impulsion (74 MW) (1): limité parle rendement ?(4) : trop lent (2): figé avec 20% inutile (5) : optimisé pour une seule tension (3): plus long impossible (6) : <0.5 % serait souhaitable

6 05/03/2009JP BRASILE6 Schéma traditionnel

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8 05/03/2009JP BRASILE8 Défrmation d’une impulsion due au transformateur Supprimons le transformateur !

9 05/03/2009JP BRASILE9 Principe du générateur de Marx

10 05/03/2009JP BRASILE10 Mais des problèmes à résoudre Temps de charge dépend de R* nC –La tension de charge diminue qd nb d’étages augmente –Charger vite : R faible –Tenir le plat de tension : R élevé Suppression des résistances de charge –Remplacement par des diodes et des selfs Plat d’impulsion –PFNcompliqué –Décharge capacitive + commutation à ouverture E=1/2CV²  dE/E = 2*dV/V 50 * dE pour dV/V = 1% soit 50* 334 J > 16 kJ Besoin de protection contre les courts-circuits (fiable !)

11 05/03/2009JP BRASILE11 Réalisé  Tension réglable  Nombre d’étages : 50 (@1200 V)  Tension maximale : 30 kV (refroidissement à air)  Courant impulsionnel : 70 à 90 A  Courant max en cas CC: 200 A  Cadence de répétition jusqu’au kHz  Protection contre les CC oui  Durée d’imulsion réglable 250ns  5µs (par pas 100ns)  Commande de chaque étage par fibre optique  Alimentation du marx1 kV  Bypass des étages en panne

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13 05/03/2009JP BRASILE13 Les briques de base 1700 V -75 A – 200 Â  >100 kW moyen > 300 kW crête Cadence de répétition 20 kHz Temps Fermeture 120 ns Temps Ouverture140 ns IGBT MOSFET 1200 V -20 A – 80 Â Cadence de répétition200 kHz (en cours) Temps Fermeture 45 ns Temps Ouverture20 ns 6 grammes ! 10 € Emetteur/récepteur optique 10 MBd

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15 05/03/2009JP BRASILE15 Perspectives Innovations EFFITECH pour mise en // et série d’un nombre quelconque d’étages (MOS ou IGBT) Activation d’étages au cours de l’impulsion dV/V =1%  dE/E= 2 au lieu de 50 ! Thèse EFFITECH/LGE/LAL possible (candidat identifié) Intégration sur PHIL ? Financement du développement spécifique ? Retombé positive pour THALES pour ses offres LINAC