I passanti elettrici sono componenti che consentono il trasferimento di potenza elettrica verso o da una camera ermetica. Essi consistono di giunzioni tra metalli e ceramiche dove il componente ceramico agisce da isolante elettrico tra il materiale conduttore e la flangia di connessione. Esistono passanti elettrici che offrono un’ottima resistenza alle perdite in ambienti in vuoto e in alto vuoto, con temperature molto alte oppure molto basse (tipiche della criogenia4), ad alte pressioni o sotto l’azione di agenti chimici aggressivi.
Fig. 3.11: Esempi di passanti elettrici. Si distinguono diverse tipologie, per tipo di segnale, per numero di pin e per tipo di attacco (saldabili o flangiati).
Come illustrato in figura3.12 sono molteplici le tipologie di connettori elettrici reperi-bili in commercio. La tipologia pi`u adatta dipende dal tipo di segnale da elaborare e dalla specifica applicazione.
Il segnale corrispondente alla caratteristica del fascio da misurare viene rilevato dalla Faraday Cup o dal Beam Profiler all’interno della box di diagnostica in un ambiente in vuoto e viene portato, attraverso degli opportuni cavi isolati in kapton, all’esterno per
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La criogenia `e una branca della fisica che si occupa dello studio, della produzione e dell’utilizzo di temperature molto basse, sotto i -150°C) e del comportamento dei materiali in queste condizioni [29].
Fig. 3.12: Panoramica sulle diverse tipologie di connettori elettrici [?]
essere elaborato ed analizzato. Il passaggio dall’ambiente in vuoto all’interno della camera ad uno a pressione atmosferica al suo esterno `e possibile proprio sfruttando opportuni passanti elettrici.
La diversa natura dei due strumenti di misura delle caratteristiche del fascio comporta l’esigenza di utilizzare soluzioni diverse per il trasporto dei segnali. In particolare:
Per la Faraday Cup sono necessari due cavi elettrici. Il primo, collegato al corpo a tazza, `e utilizzato per il trasporto del segnale di corrente, il secondo, collegato all’elettrodo-soppressore, consente di mantenere la voluta differenza di potenziale. Si prevede che tali cavi vengano collegati a due passanti da vuoto di tipo BNC, descritti nel successivo paragrafo3.5.1;
Per il Beam Profiler sono necessari tanti cavi elettrici quanti sono i fili che com-pongono la sua griglia. Ognuno di essi `e utilizzato per il trasporto di un segnale di corrente indipendente: si prevede quindi che tali cavi vengano collegati a due passan-ti da vuoto di passan-tipo Mulpassan-tipin (per dispassan-tinguere le due direzioni trasversali all’asse del
fascio) con almeno 40 pin ciascuno. Essi saranno descritti nel successivo paragrafo
3.5.2.
Si ricordano, infine, le specifiche richieste dal particolare ambiente di lavoro in cui tali dispositivi si andranno a collocare:
Capacit`a di operare in vuoto o in alto vuoto; Resistenza agli ambienti radioattivi.
Tali esigenze portano ad escludere molte delle soluzioni presenti in commercio per effetto del materiale utilizzato come isolante. Sono da preferire, in tal senso, materiali come allumina5 o vetroceramiche. D’altra parte non vi sono particolari specifiche relativamente all’entit`a del segnale da elaborare perch´e, come gi`a anticipato nei paragrafi 2.4 e 2.5, si tratta di segnali piuttosto deboli.
Stabilita la tipologia di passanti da utilizzare nelle box di diagnostica `e stata effettuata un’approfondita ricerca in internet per trovare aziende che fornissero tali soluzioni e dalle quali fosse possibile effettuare l’ordine, nel rispetto dei vincoli legati alla regolamentazione dei Laboratori.
3.5.1 I connettori BNC
I passanti elettrici coassiali sono composti da due elementi conduttori concentrici tra loro isolati per effetto di un elemento intermedio in allumina o vetroceramica. Il conduttore interno a forma di spillo funge da elemento di contatto per il trasporto della corrente ed `e circondato dal conduttore esterno, con forma tubolare, il quale `e generalmente posto a massa (grounded shield ). Il conduttore esterno serve a schermare quello interno dagli effetti dell’interferenza elettromagnetica che derivano dall’esterno.
I connettori BNC6 sono dei connettori unipolari a baionetta standardizzati molto co-muni nei passanti elettrici coassiali. Essi sono adottati universalmente per l’ingresso e l’uscita di segnale, negli strumenti di misura elettronici, i quali adottano come standard l’impedenza di 50 Ohm. I connettori BNC sono adatti ad elaborare segnali di bassa potenza, orientativamente con tensione massima 500V e corrente massima 3A.
I connettori BNC scelti sono quelli della CeramTec. Essi sono dotati di isolamento in allumina e devono essere saldati sulla flangia della box di diagnostica. La seguente figura 3.14 riporta il prodotto citato comprensivo di codice identificativo. Per ulteriori informazioni sulle caratteristiche dei connettori BNC e sulle diverse soluzioni disponibili sul mercato si rimanda all’estratto dal catalogo CeramTec presente in appendice ????.
5L’ossido di alluminio (o allumina) `e l’ossido ceramico dell’alluminio caratterizzato da formula chimica Al2O3. Questo materiale, all’apparaenza molto fragile e poco utilizzabile, risulta invece fondamentale in campo industriale per le sue propriet`a quali la resistenza agli acidi, l’elevata conducibilit`a termica e la scarsa conducibilit`a elettrica. Dal punto di vista elettrico `e infatti considerato un isolante. A temperatura ambiente si presenta come un solido bianco inodore [29].
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BNC `e la sigla Bayonet Neill Concelman, dal nome dei due inventori Paul Neill e Carl Concelman, e dal sistema utilizzato per l’innesto, appunto definito “a baionetta” [29].
Fig. 3.13: Esempio di connettori BNC
Fig. 3.14: Connettori BNC saldabili della CeramTec
3.5.2 I connettori Multipin a 40 poli
I passanti elettrici Multipin contengono almeno due elementi conduttori per il trasporto del segnale e sono progettati per accoppiarsi ad apposite prese lato aria e, talvolta, anche lato vuoto. Ne esistono svariate tipologie in base al numero di pin e alla forma del dispositivo. Questi passanti sono comunemente utilizzati nella trasmissione di segnali in tensione o in corrente, in particolar modo negli strumenti di misura elettronici. Uno standard molto diffuso `e il connettore a forma circolare: a questa geometria si fa riferimento nel seguito.
La ricerca di una soluzione adatta a soddisfare i requisiti gi`a elencati non `e stata immediata sia per la difficolt`a di trovare connettori con un numero cos`ı elevato di pin (almeno 40) sia perch´e in molti casi l’isolamento del connettore stesso era in un materiale inadeguato. Alla fine, i connettori Multipin scelti sono quelli della CeramTec. Essi sono dotati di isolamento in vetroceramica e devono essere saldati sulla flangia della box di diagnostica. La seguente figura 3.15 riporta il prodotto citato comprensivo di codice identificativo. Per ulteriori informazioni sulle caratteristiche dei connettori BNC e sulle diverse soluzioni disponibili sul mercato si rimanda all’estratto dal catalogo CeramTec presente in appendice ????.
Per questo genere di connettori `e necessario un ulteriore componente: infatti, se lato vuoto i diversi fili che trasportano il segnale possono essere stagnati sui pin del connettore Multipin, lato aria `e fondamentale avere a disposizione un’unica presa che si colleghi ad esso. La seguente figura3.16 riporta i dettagli di tale componente aggiuntivo, sempre dal catalogo della CeramTec.
Fig. 3.15: Connettori Multipin saldabili della CeramTec
Fig. 3.16: Presa lato aria per connettori Multipin della CeramTec