Os aceleradores de feixes de elétrons são utiizados em muitas aplicações, tais como pesquisa em física básica, química, medicina, biologia molecular, microeletrônica, agricultura e indústria, dentre outras. Na maioria dos aceleradores, por meio de aquecimento do filamento de tungstênio e da alta tensão via gerador Cockcroft-Walton, os elétrons passam por um campo elétrico na câmara em vácuo e são acelerados de acordo com a alta tensão aplicada, transferindo energia aos elétrons. Para fins industriais, um dos equipamentos mais utilizados é o Acelerador Industrial de Elétrons Dynamitron®. No IPEN-CNEN/ SP, instalou-se um acelerador de feixe de elétrons Dynamitron®, fabricado pela RDI Radiation Dynamics Inc., modelo DC1500/25/4, em 1978. A tecnologia analógica aplicada nesse acelerador industrial de elétrons data de 1960 e 1970. Assim, além da tecnologia de controle operacional obsoleta, não há mais peças e componentes sobressalentes originais, fornecidos pelo fabricante (RDI) ao equipamento. O objetivo deste trabalho foi desenvolvido um sistema automatizado para controle operacional do acelerador industrial de elétrons Cockcroft-Walton de 37,5 kW (1,5 MeV e 25 mA) no Instituto. / Electron beam accelerators are used in many applications, such as basic research in physics, chemistry, medicine, molecular biology, microelectronics, agriculture and industry, among others. In most accelerators, by means of heating a tungsten filament and high-voltage from a CockcroftWalton generators, the electrons go through an electrical field in the vacuum chamber and are accelerated according to the high-voltage applied to transferring energy to the electrons. For industrial purposes, one of the most used of equipment is the Dynamitron® Industrial Electron Beam Accelerator. In IPEN-CNEN/SP, this Dynamitron® Accelerator, manufactured by RDI - Radiation Dynamics Inc, model DC1500/25/4, was installed, in 1978. The analogical technology applied in this industrial accelerator dates from 1960 and 1970. Therefore, besides the obsolete operational control technology, there are not spare parts or components supplied by the manufacturer (RDI).The goal of this work was to develop an automated system for the operational control of the Cockroft-Walton industrial electrons accelerator of 37.5 kW (1.5 MeV and 25 mA), at IPEN-CNEN/SP.

Notre recherche en didactique des sciences, explore la potentialité des objets scientifiques contemporains à devenir des objets de patrimoine à travers un cas d'étude : l'accélérateur de particules Cockcroft-Walton (CW). Nous faisons l'hypothèse que la valorisation des objets scientifiques contemporains, étape importante du processus de patrimonialisation, est spécifique et nécessite une expertise particulière. Notre travail a été réalisé grâce au dispositif CIFRE, nous permettant de travailler aux côtés du musée des Confluences à Lyon, qui expose un accélérateur de particules CW dans Sociétés : le théâtre des hommes. L'Institut de Physique Nucléaire de Lyon (IPNL) possède également un appareil de ce type, qui est aujourd'hui au cœur d'un projet de valorisation. Notre analyse s'appuie sur une étude du contexte, historique, épistémologique et social, de « naissance » du premier accélérateur CW et d'une étude scientifique de l'objet. Nous avons également mené deux enquêtes, la première visant à retracer la trajectoire de l'accélérateur CW à Lyon, la seconde à retrouver l'ensemble des accélérateurs CW dans le monde. En nous appuyant sur différents travaux qui ont souligné les étapes du processus de patrimonialisation, nous avons caractérisé les spécificités du patrimoine scientifique contemporain, et recherché les traces laissées par ces caractéristiques dans la mise en exposition de l'objet. Nos résultats mettent en évidence le manque d'informations permettant l'interprétation et l'appropriation de l'accélérateur CW par un public, et nous invitent à interroger le contenu représentationnel de l'objet, véhiculé à travers d'autres contextes d'utilisation, formel ou fictionnel / Our thesis in science education explore the potentiality of contemporary scientific objects to become objects of heritage through a study case: the Cockcroft-Walton particle accelerator (CW). We call it “patrimonialisation” (the making of heritage) according to Information and Communication Sciences. We assume that the value of contemporary scientific objects, an important stage of the patrimonialisation, is specific and requires a particular expertise. Our work was realized thanks to a french financing facility, allowing us to work with Le musée des Confluences in Lyon (France), which exposes a particle accelerator CW in Societies: the human theater. The Institute of Lyon Nuclear physics (IPNL) also possesses a device of this type, who is the focus of a recognition project. sing a multidisciplinary approach, our analysis begin with a study of historical, epistemological, social and scientific context, of the first one CW. We also led two inquiries, the first one to redraw the accelerator CW trajectory in Lyon, the second to find all the accelerators CW in the world. Several studies have indeed highlighted the stages of the patrimonialisation. Relying on these studies we characterized the specificities of the contemporary scientific heritage, and looked for tracks left by these characteristics in the exhibition text (museography). Our results demonstrate the lack of information allowing the interpretation (lecture) and the appropriation of the accelerator CW by a public, and invite us to question the representational contents of the object, conveyed through other contexts of use, formal or fictional

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l’Université de Montréal / Le travail présenté dans cette thèse se concentre sur la diffusion inélastique de neutrons de 14 MeV sur les premiers niveaux excités du carbone, de l'oxygène, et du lithium. Les mesures des sections efficaces différentielles ont été réalisées à des angles compris entre 30° et 130°. Le faisceau de deutérons, d'une énergie de 170 keV provenant de l'accélérateur Cockcroft-Walton, frappe une cible de tritium, produisant ainsi des neutrons de 14 MeV par la réaction T(d,n)He4. L'énergie des neutrons diffusés est déterminée par une méthode de temps de vol, utilisant la détection de la particule associée à la production du neutron pour connaître son temps de départ. Le temps de vol est converti en une impulsion de tension, qui est mesurée par un sélecteur d'amplitude à 100 canaux. La résolution temporelle du système est de 3 nanosecondes. Pour tous les niveaux excités observés, les courbes des sections efficaces différentielles inélastiques présentent une asymétrie par rapport à 90 degrés. Les résultats sont comparés aux prédictions du modèle d'interaction directe de Glendenning, et l'accord est satisfaisant pour tous les niveaux étudiés.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή εστιάζεται στον χώρο των Φ/Β πλαισίων εναλλασσομένου ρεύματος (AC-PV Modules) με μετατροπείς δύο βαθμίδων, και πιο συγκεκριμένα σε μετατροπείς Σ.Τ. – Σ.Τ με τους οποίους επιτυγχάνεται ανύψωση της τάσης και μπορούν να αποτελέσουν την πρώτη από τις δύο βαθμίδες. Τρεις είναι οι κύριοι στόχοι: A)Η εύρεση της καταλληλότερης επιλογής για την πρώτη βαθμίδα της διάταξης σύνδεσης ενός Φ/Β πλαισίου στο μονοφασικό δίκτυο χαμηλής τάσης. B)Ο βέλτιστος σχεδιασμός και η επιλογή του κατάλληλου Πολλαπλασιαστή Τάσης. C)Ο βέλτιστος σχεδιασμός της μονάδας ανύψωσης τάσης, η οποία αποτελεί την πρώτη βαθμίδα, μιας διάταξης δύο βαθμίδων, για τη σύνδεση Φ/Β πλαισίου με το δίκτυο χαμηλής τάσης. Η μελέτη των τυπικών επιπέδων τάσης που εμφανίζονται σε διατάξεις διασύνδεσης δύο βαθμίδων απέδειξε την ανάγκη σχεδιασμού μετατροπέων Σ.Τ.-Σ.Τ. με υψηλά κέρδη τάσης, τα οποία δεν μπορούν να προσφέρουν οι κλασσικοί μετατροπείς. Το γεγονός αυτό αποτέλεσε το έναυσμα για τη διερεύνηση της λειτουργικής συμπεριφοράς των Πολλαπλασιαστών Τάσης και εστιάσθηκε στην εξαγωγή νέων απλών και ακριβέστερων μαθηματικών σχέσεων για τη λειτουργία τους, στον ορισμό και την υλοποίηση του βέλτιστου σχεδιασμού και τέλος στη βέλτιστη επιλογή των στοιχείων του κυκλώματος. Για τον καλύτερο δυνατό σχεδιασμό του ανυψωτή τάσης διεξάγεται τεκμηριωμένη σύγκριση μεταξύ διαφόρων δημοφιλών τοπολογιών Πολλαπλασιαστών Τάσης, καθώς και της μορφής της τάσης που θα τον τροφοδοτεί. Η εκτεταμένη έρευνα καταλήγει στην εφαρμογή θετικής παλμικής τάσης εισόδου, με τη χρήση μιας παραλλαγής του μετατροπέα Boost (Mod Boost), ενώ επικρατέστερος Πολλαπλασιαστής Τάσης είναι μία παραλλαγή του Half-Wave Cockcroft-Walton με πυκνωτή εξομάλυνσης (Modified Half-Wave Cockcroft-Walton with Smoothing Capacitor). Στα πλαίσια της διδακτορικής διατριβής προτείνεται επιπλέον ένας νέος επαναληπτικός αλγόριθμος, ο οποίος συνδυάζει επιτυχώς θεωρητικές εξισώσεις και προσομοίωση, έχοντας ως στόχο το βέλτιστο σχεδιασμό του σύνθετου ανυψωτή τάσης, ο οποίος ονομάστηκε “Mod Boost – Mod H-W C-W SC VM” και συνίσταται από τον τροποποιημένο μετατροπέα Boost και τον προαναφερθέντα Πολλαπλασιαστή Τάσης. Τα συμπεράσματα και τα θεωρητικά αποτελέσματα της παρούσας διδακτορικής διατριβής επιβεβαιώνονται μέσω της προσομοίωσης και της σύγκρισης με κατάλληλα εργαστηριακά πρωτότυπα. / The current PhD thesis focuses on the field of AC PV Modules using Dual-Steps Inverters and more specifically on DC-DC Converters that are voltage boosters and can act as the first one of the two stages of the inverter. Three goals are accomplished in this work: A)The optimum choice of the topology for the first stage of a dual steps inverter of an AC-PV Module connected to the single-phase low voltage utility grid. B)The optimum choice and design of the Voltage Multiplier. C)The optimum design of the first stage of a dual steps inverter of an AC-PV Module. The analysis of the typical voltage levels at the dual steps topologies turns the research interest to DC-DC Converters with voltage gain (more than 20) higher than what is typical for the classical topologies. Based on that, a theoretical analysis is held on Voltage Multipliers according to which the crucial magnitudes are highlighted and new, simple and accurate formulas are extracted, which describe the operation of the voltage multipliers. Moreover theoretical supported choices about the capacitances in every stage are suggested, an optimum design is determined and for its implementation new accurate easy-to-use formulas are extracted. For an optimal design of the voltage booster, well established comparisons are made between popular types of voltage Multipliers and voltage triggering sources. The intensive research leads to the use of a positive voltage pulsing source that is generated by a modified Boost converter (Mod Boost Converter). Moreover a modified Half-Wave Cockcroft-Walton with Smoothing Capacitor VM is set as the best choice among the studied Voltage Multipliers. Furthermore, a novel iterative optimum design algorithm is introduced, which uses both the theoretical equations of a VM optimum design and a simulation software, so as to make feasible an optimum design of the novel DC-DC Converter. The new converter, named Mod Boost – Mod H-W C-W SC VM, results from the series connection of the modified converters Boost and Half Wave Cockcroft Walton with Smoothing Capacitor VM. Finally, the conclusions and the theoretical analysis of this work are validated by PSPICE simulations and experimental results, extracted by measurements on laboratory prototypes.