Klystrons et IOTs multifaisceaux à fort rendement

High efficient multi-beam klystrons and IOTs

• Auteur / Autrice : Quentin Vuillemin
• Direction : Alex C. Mueller
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des accélérateurs
• Date : Soutenance le 28/08/2017
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, hadrons, énergie et noyau : instrumentation, imagerie, cosmos et simulation (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de physique nucléaire (Orsay, Essonne ; 1956-2019)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Elias Khan
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alex C. Mueller, Elias Khan, Jean-Marie de Conto, Michael Benedikt, Rodolphe Marchesin
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jean-Marie de Conto, Michael Benedikt

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tubes hyperfréquences

Amplificateurs microondes

Klystrons

Mots clés libres

Klystron

Rendement

Multi-faisceau

Regroupements d'électrons

Klystron

Efficiency

Multi-beam

Bunches of electrons

Résumé

La consommation d'énergie est au centre de nos préoccupations. Quelle qu'en soit la raison, économique, écologique, ou politique, ce problème est aujourd'hui au coeur de notresociété.L'objectif de cette thèse est de proposer un moyen de réduire le coût énergétique de composants spécifiques: les klystrons et les klystrodes, appelées aussi IOTs pour Inductive Output Tubes. Ces composants sont des amplificateurs utilisés comme source de haute puissance RF (Radio-Fréquence). Ces tubes existent sous plusieurs formes mais l'état de l'art, en matière de consommation d'énergie, sont les tubes multi-faisceaux. Nous nous fixons donc comme objectif d'améliorer ces klystrons et IOTs multi-faisceaux : les MBKs et MBIOTs. Cette thèse s'inscrit dans le contexte d'amélioration des accélérateurs de particules, par le biais d'une meilleure production des ondes radiofréquence; plus particulièrement en améliorant le rendement des tubes. Améliorer le rendement signifie simplement diminuer l'écart entre l'énergie fournie pour générer les ondes radios et l'énergie effectivement produite etutilisée dans les accélérateurs. Afin d’atteindre cet objectif, la thèse décrit une nouvelle méthode d’analyse des données des simulations (le diagramme de dispersion de vitesse), explique les étapes de conception d’un tube, et approfondit théoriquement la dynamique des électrons et les structures liées au haut rendement.

Nowadays, energy consumption is a capital issue. It is a central problematic in our society for economical, ecological or politicalreasons.The aim of this thesis is to study ways to lower energical costs of specific components : klystrons and klystrodes, also known as IOTs (Inductive Output Tubes). Those components are amplifiers which are used as RF (Radio Frequency) sources in particle accelerators.Various forms of those tubes exist, however themulti-beam tubes are the state of the art regarding energy consumption. Thus, we focus on enhancing the efficiency of multi-beam klystrons and IOTs : the MBKs and MBIOTs.As a result, this thesis is part of the effort to decrease the costs of particle accelerators, by better producing RF waves; and more specifically enhancing the efficiency of tubes.This simply means lowering the gap between the energy needed to produce RF waves and the energy used in accelerators.In order to fulfill this task, the thesis describes a new method to analyse simulated data (the velocity dispersion diagram), explains the steps to develop a tube, and study theoretically beam dynamics and structures in order to reach high efficiency.