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Nouveau générateur à courant continu de 600 000 Volts

Jacques Boyer, La Nature N°2667 - 16 Mai 1925

dimanche 26 avril 2009, par Denis Blaizot

Les physiciens s’efforcent de percer le mystère de la constitution des atomes. Comme les anciens alchimistes, ils travaillent activement à découvrir les lois de la transmutation de la matière, mais au lieu d’employer les moyens empiriques ou les recettes cabalistiques pour explorer les régions atomiques encore inconnues, ils s’adressent à des procédés scientifiques. Ils poursuivent, de proche en proche, l’investissement de la « citadelle » escarpée, qui constitue l’atome. Ils cherchent à pénétrer au cœur de cette « forteresse » inviolée, à réduire le noyau central, en le « bombardant » avec des« projectiles » cathodiques rapides ou électrons. Ces infatigables pionniers espèrent arriver, de la sorte, à désintégrer artificiellement les atomes, En tout cas, s’ils ne parviennent pas à résoudre le problème, ils feront au cours du « siège » méthodique qu’ ils entreprennent, des découvertes sans doute insoupçonnées.

Jusqu’ici cependant la portée de leurs « canons » électriques se trouve limitée, et l’on n’est pas encore parvenu à réaliser les potentiels élevés qui seraient nécessaires pour faire brèche dans l’atome.

Sans doute, on est arrivé, en courant alternatif, à des tensions déjà respectables : il existe aux États-Unis une installation à 2 millions de volts. Mais pour ces expériences de bombardement dans des tubes à vide, il faut du courant continu ; les vieilles machines statiques encore en honneur dans les laboratoires où elles rendent de signalés services ne permettent guère de dépasser les voltages de l’ordre de 100 000 volts, et ne fournissent qu’un courant infime.

La machine à haute tension et puissance élevée peut fournir l’énergie électrique nécessaire, mais il faut redresser le courant : là réside actuellement la difficulté.

Les seuls redresseurs auxquels on peut faire appel dans ce cas sont les appareils connus sous le nom de kénotrons, d’un usage fréquent aujourd’hui dans les installations productrices de rayons X pénétrants. Ils reposent sur le phénomène suivant découvert par Edison et familier à tous les amateurs de T. S. F. Comme l’a montré, en effet, le grand électricien américain si l’on met dans une ampoule vide d’air, un filament porté à l’incandescence par un courant électrique et une électrode. métallique isolée, le fluide peut circuler entre cette électrode et ledit filament quand ce dernier est à un potentiel négatif par rapport à celle-là. Le transport d’électricité s’opère par l’intermédiaire d’électrons, émis par le filament incandescent. Mais si le filament devient positif et l’autre électrode négative, l’ampoule ne laisse plus passer aucun courant. On voit ainsi qu’elle ne laisse pas seulement filtrer une alternance d’un courant alternatif, elle fait l’office de soupape.

Cette propriété a été appliquée d’abord par Fleming à de petits redresseurs de faible puissance, sous tensions peu élevées. Puis, les progrès de la. technique aidant, on passa à des tensions de plus en plus élevées et l’on est enfin parvenu au moderne kénotron, réalisé par Langmuir et ses collaborateurs de la General Electric Co, et perfectionné en France par la Société Gaiffe-Gallot-Pilon. Le kénotron actuel, employé dans l’appareil qui fait l’objet du présent article, laisse passer, dans lin sens, un courant de l’ordre de 100 millliampères avec une chute de tension inférieure à 1000 volts. Quand le courant change de sens, le kénotron s’oppose au passage de tout courant pour des tensions pouvant atteindre 150000 volts.

Si l’on intercale un kénotron dans le circuit d’un courant alternatif à haute tension, on ne laisse donc passer qu’une alternance, toujours de même sens Celle-ci peut alors être employée à charger un condensateur.

Le kénotron s’oppose à la décharge en sens inverse du condensateur ; il joue le rôle d’un clapet se refermant hermétiquement dans l’intervalle de deux charges consécutives. On peut ainsi charger à refus le condensateur et le potentiel de celui-ci s’élève en proportion, en vertu de la propriété fondamentale bien connue des condensateurs électriques.

Bien entendu, le kénotron doit pouvoir résister aux potentiels en opposition du condensateur et de l’alternance non utilisée du courant d’alimentation, c’est-à-dire au double de la tension d’alimentation.

Le condensateur ainsi chargé pourra débiter l’électricité, sous une tension élevée, toujours de même sens, et sensiblement constante si la capacité du condensateur est grande. Cette émission de courant continu a lieu dans les intervalles où le kénotron ne charge pas le condensateur. Un tel kénotron permet de charger un condensateur à 75000 volts et d’en obtenir un débit continu de 50 milliampères avec une variation de voltage ne dépassant pas 5 pour 100.

Sur le même transformateur, on peut monter en sens inverse un autre kénotron associé à un autre condensateur et utiliser alors la deuxième alternance et en montant en série les deux condensateurs, de façon que leurs potentiels s’ajoutent, on obtiendra dans les ampoules des potentiels de 130000 à 150 000 volts avantageusement utilisés aujourd’hui en radiothérapie profonde. Deux groupes identiques associés en série permettent d’obtenir 300 000 volts.

S’autorisant de ces constatations expérimentales et en apportant de très heureux perfectionnements il leurs modèles de transformateurs basés sur les principes précédents, les Établissements Gaiffe-Gallot et Pilon viennent d’augmenter la portée de ces « canons » bombardeurs d’atomes. Le professeur d’Arsonval a présenté, à une des dernières séances de l’Académie des Sciences de Paris, leur nouveau générateur à courant continu, qui doit produire une tension de 600 000 volts (fig. 2). Grâce à un tel potentiel, le professeur Perrin, au laboratoire duquel est destinée cette « artillerie lourde », compte envoyer des « projectiles » cathodiques suffisamment efficaces pour démolir les premiers « ouvrages » du « camp retranché » où s’abritent les atomes.

L’augmentation de tension s’obtient facilement par l’adjonction aux extrémités du générateur à 300 000 Volts précédemment établi par la même firme, de 3 groupes 150000 volts, isolés du sol à l’aide de plates-formes montées sur des isolateurs et des transformateurs d’isolement.

Le schéma (fig. 3) indique le montage adopté. On voit, en C1,C2,.... C6, les condensateurs ; en K1,K2,.... K8 les kénotrons assurant la sélection des alternances du courant alternatif ; en S1, S2, S3 et S4 les circuits. secondaires des transformateurs haute tension, tandis que se trouvent en P1, P2, P3 et P4 les primaires de ces derniers dont on connecte les extrémités P1 et P4 aux secondaires S5 et S6 de transformateurs intermédiaires supportant une tension de 150 000 volts, et destinés à faciliter l’isolation de l’appareil par rapport au sol.

Les enroulements primaires P1 et P4 sont au potenntiel de 150 000 volts par rapport à la terre et Ies enroulements primaires P1, P2, P5 et P6 sont connectés à la source de courant alternatif. En outre, on intercale dans le dispositif une self I qui permet de régler le potentiel aux bornes des circuits primaires et par suite Ie potentiel aux bornes des enroulements secondaires haute tension ainsi que le potentiel de charge des condensateurs.

Les kénotrons sont de grosses ampoules de verre, rigoureusement vidées. :Elles portent deux bras diamétralement opposés qui servent à livrer passage aux supports des électrodes et aux conducteurs qui les alimentent. Ces électrodes sont placées au centre de l’ampoule ; la cathode est un filament de tungstène porté à l’incandescence par un courant qui fournit un petit transformateur auxiliaire débitant 7 à 8 ampères sous quelques volts. L’anode est un cylindre de molybdène entourant la cathode.

Dans les différents circuits, on a prévu des résistances destinées à amortir les émissions de hante fréquence susceptibles de se produire à la suite de décharges brusques des condensateurs, provoquées par une étincelle entre 2 points du circuit. Afin d’éviter les effluves accidentels, les conducteurs à haute tension se composent, comme on le voit sur notre figure 2, de gros tubes terminés par des sphères d’au moins 10 cm de diamètre.

Jusqu’à présent, du reste, les constructeurs du nouvel appareil ne l’ont pas fait marcher à 600 000 volts, ils utilisent seulement les potentiels explosifs entre les deux grosses sphères de 50 cm de diamètre représentées en E sur le schéma (fig 3) et qu’on aperçoit au milieu de l’installation sur notre photographie (fig, 2), A ce voltage élevé, l’étincelle mesure 1 20m entre pointes.

Grâce au puissant matériel ainsi réalisé, M. le professeur Perrin se propose d’entreprendre une série de recherches sur la constitution des atomes. Le remarquable outil dont son laboratoire va être doté n’a pas encore la puissance nécessaire pour atteindre les profondeurs mystérieuses du noyau atomique. Mais n’est-il pas permis d’anticiper un peu sur l’avenir. et de supposer créée l’arme électrique nécessaire pour faire pénétrer une charge positive supplémentaire dans le noyau ? A un corps simple, on en aura alors substitué un autre occupant un rang plus élevé dans l’échelle des nombres atomiques établie par MostIey, Ainsi l’on peut entrevoir, dans un temps plus ou moins éloigné, la découverte de la véritable pierre philosophale. Le jour où l’on aura réussi à augmenter la « portée » du merveilleux engin jusqu’à 10 millions de volts et à récupérer l’énergie libérée an moment de la fixation d’une charge positive supplémentaire sur le noyau atomique, l’homme, maître de l’énergie atomique, pourra envisager en toute tranquillité l’épuisement des gisements de charbon et de pétrole. Il pourra fabriquer à sa guise les corps simples qu’il est forcé aujourd’hui d’aller arracher à l’état de minerais dans les profondeurs terrestres. L’or, devenu un vil métal, cessera d’être le maitre du monde.

Quel que soit, d’ailleurs, le sort réservé à ces rêves scientifiques, le nouveau générateur à courant continu de 600 000 volts aura pour résultat immédiat de fournir une source de rayons X très pénétrants, qui facilitera l’étude des corps au moyen des ces mystérieuses radiations, méthode destinée à compléter et même peut-être à supplanter l’analyse spectrale ordinaire.

Jacques Boyer

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