Production de faisceaux d'ions radioactifs chimiquement réactifs par séparation en ligne

• Auteur / Autrice : Angélique Joinet
• Direction : Alex C. Mueller
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique nucléaire
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Paris 11

Mots clés

Mots clés libres

Isol

Cible épaisse

Ions moléculaires

Diffusion

Effusion

Résumé

La méthode de séparation d'isotope en ligne (ISOL), permet de produire par réaction de spallation, de fragmentation ou de fission des faisceaux d'ions radioactifs plus ou moins loin de la vallée de la stabilité. Bombardée par un faisceau primaire de forte intensité, la cible de production est épaisse, ce qui permet d'obtenir de forte production. Le problème est de trouver des matériaux de cible qui à haute température, relâchent rapidement les produits de réactions arrêtés dans la cible. Cette méthode radiochimique, optimisée pour fonctionner avec une source d'ions utilise les propriétés thermochimiques comme la pression de vapeur, la diffusion et la désorption. Le délai dû au transfert de masse limite l'efficacité de production et en particulier celle des isotopes de courte durée de vie. Pour les éléments des groupes chimiques 14 et 16 qui sont chimiquement réactifs vis-à-vis de leur environnement de production, cette technique a été inefficace. L'introduction du processus d'évaporation chimique apporte une solution. Cette technique, au cours de laquelle un agent chimique est introduit dans la cible, assure le transport de l'élément en question vers la source d'ions, sous forme de molécules. Les faisceaux d'ions radioactifs de sélénium et de soufre déficients en neutrons ainsi que les faisceaux d'étain riches en neutrons sont de grands intérêts pour la communauté des physiciens. L'objectif de nos travaux a été d'optimiser l'ensemble cible source, afin d'obtenir des faisceaux d'ions radioactifs ayant une intensité et une pureté exploitable. Tout d'abord, des mesures hors ligne ont permis de trouver des matériaux de cible adaptés au relâchement de ces isotopes et de plusieurs autres éléments. Ensuite, des mesures en ligne ont permis d'étudier la formation, la stabilité et l'ionisation des molécules COSe, COS, SnS et GeS. Un des grands avantages de la méthode d'évaporation chimique est d'obtenir des molécules volatiles et de réduire la contamination isobarique. Les travaux de cette thèse qui s'inscrivent dans le cadre du projet EURISOL, visant à construire une nouvelle génération d'accélérateur qui délivrerait des faisceaux de fortes intensités et d'une grande pureté, ont démontré qu'un traitement physico chimique des isotopes dans leur environnent est crucial.

The isotope separation on line method allows to produce by spallation, fragmentation or fission reaction, radioactive ion beams far from the valley of stability. A thick target is irradiated by a high intensity primary beam. Therefore, high production can be achieved. The problem is to find target material that releases rapidly at high temperature, the reaction products stopped into the target. This radiochemical method, optimised to work with an ion source, is based on the thermochemical properties as vapour pressure, diffusion and desorption. The delay due to the mass transfer will have some consequences on the production efficiency, and particularly for the short half life isotopes. This technique has been inefficient for the 14 and 16 group elements, which are chemically reactive in their production environment. The introduction of the chemical evaporation can solve the problem. Chemical specie is introduced into the target, allowing the transportation of the element as a molecule towards the ion source. The neutron deficient selenium and sulphur radioactive ion beams and the neutron rich tin beams are of great interest for the physicist community. The goal of my work has been to optimise the target and ion source unit in order to achieve high intensity and purity. First, off line measurements allowed to find target material dealing to a fast release of these isotopes and of several elements. Afterwards, we studied the formation, stability and ionisation of the COSe, COS, SnS and GeS molecules by on line measurements. One advantage of the chemical evaporation method is to obtaine volatile molecules and to reduce isobaric contamination. This thesis has been done in the frame of the EURISOL project. This would construct a new generation accelerator, that would deliver high intensity and high purity ion beams. And this work demonstrates that a chemical physical treatment of isotopes in their environment is crucial.