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Thèse soutenue

Sources d'ions et optiques d'accélération pour tubes neutroniques scellés à haut flux : conception et test d'un canon à ions prototype

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Auteur / Autrice : Xavier Godechot
Direction : Claude Lejeune
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique
Date : Soutenance en 1989
Etablissement(s) : Paris 11

Résumé

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Un canon à ions prototype a été conçu et testé, en vue d'augmenter la durée de vie d'un tube neutronique scellé à haut flux (1012 neutrons par seconde). L'objectif est de bombarder la cible avec un faisceau d'ions d'énergie 250 keV et d'intensité 15 mA dont le maximum de la densité de bombardement de la cible (Jmax) est inférieur à 1 mA/cm2, tout en satisfaisant aux contraintes physiques et technologiques imposées par le fonctionnement en tube scellé, associées en particulier à la pression (0,4 Pa) dans l'espace de transport du faisceau. Pour les durées de vie souhaitées (>500 heures), seules les sources d'ions à cathode froide ont été retenues. Le problème consiste à choisir et optimiser une structure capable de délivrer le flux d'ions cible à une pression la plus faible possible. La structure Penning et la structure SIRE (source d'ions reflex électrostatique) ont été expérimentalement testées en modes de décharge continue et pulsée. Cette étude a conduit à retenir un concept de source d'ions de type multicellulaire à partir de structures élémentaires Penning ou SIRE. Deux types d'optique ont été étudiées : - Optique à deux étages dite "Accel-Decel" dont le premier étage extrait et accélère les ions tandis que second étage piège le flux d'électrons secondaires remontant le vers la source d'ions. Optique à trois étages dite "Accel-Post. Accel-Decel" : même optique que la précédente avec en plus un étage de post-accélération permettant d'adapter le faisceau à l'optique. Cette optique d'une technologie plus élaborée permet de maîtriser l'émission et, par onséquent l'homogénéité du bombardement de la cible. L'optique Accel-Decel associée à un fonctionnement multifaisceau , permet de proposer une solution, satisfaisant le cahier des charges du projet. Les premiers tests de l'étude du prototype expérimental d'essai montrent que la source d'ions Penning multicellulaire assoc1ee avec une optique de type multifaisceau à 2 étages, fournit le faisceau d'ions cible requis avec Jmax = 1,15 mA/cm2. Ce résultat, très encourageant, a été obtenu à une pression de 0,14 Pa.