Study of Condensable Ion Production by Resonant Laser Ionization - IN2P3 - Institut national de physique nucléaire et de physique des particules Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2016

Study of Condensable Ion Production by Resonant Laser Ionization

Étude de la production d'ions condensables par ionisation laser résonante.

Résumé

This doctoral thesis describes the implementation, optimization and development of a Resonant Ionization Laser Ion Source (RILIS) at the GANIL facility (Caen, France). The RILIS is a selective ion source technique which is based on a step-wise resonant excitation process where the elements of interest are ionized via atomic resonant excitation by laser radiation. The off-line RILIS test bench at GANIL consists of three tunable titanium:sapphire lasers and a hot-cavity ion source. In this thesis, a new three-step Zn ionization scheme was developed and the already known ionization schemes for Sn have been compared in order to identify the best ionization scheme for a titanium:sapphire laser system. Furthermore, several configurations of the ion source geometry were tested (two diameters and two lengths) in order to provide an optimal ionization efficiency and ion beam emittance. An increasing of the ionizer diameter was found to enhance the production of laser ionized elements, while no enhancement was observed by modifying the ionizer length. The time-of-flight of the generated ions was also studied for the different ion source configurations at several temperatures. The time-of-flight can provide crucial information about the ion formation inside the ion source cavity. In addition, a technique to measure the convolution of the spatial and energetic spread of the ion bunches at the detection point was developed. Finally, two contamination reduction techniques were studied: Firstly, the ions trajectories through the ion source cavity can be modified by the electric field generated due to resistive heating. Therefore, a study of the appropriate configuration of the electric field direction was performed to reduce the alkali contamination of the ion beam. Secondly, a low work function material was tested in order to reduce the production of alkali contaminants and molecular sidebands generated inside the ion source.
Cette thèse doctorale décrit l’implantation, l’optimisation et le développement d’une source d’ions par ionisation laser résonante (RILIS en acronyme anglais) à GANIL (Caen, France). RILIS est une technique sélective de production d’ions qui est base sur un processus d’excitation résonante par étapes successives dans lequel les éléments d’intérêt sont ionises via l’excitation de résonance atomique par le rayonnement laser. Le banc de test RILIS à GANIL consiste en trois lasers titane:saphir et une source d’ions à cavité chaude. Dans cette thèse, un nouveau schème d’ionisation a été développe pour Zn et les schèmes d’ionisation déjà connues pour Sn ont été compares afin de déterminer le meilleur schéma d’ionisation pour un système laser titane:saphir. Par ailleurs, plusieurs configurations de la géométrie de la source d’ions ont été testées (deux diamètres et deux longueurs) afin de trouver l’efficacité d’ionisation et l’émittance optimales. L’augmentation du diamètre a produit une amélioration de la production d’ions par laser, par contre aucun changement n’a pas été observe en modifiant la longueur. Le temps de vol des faisceaux d’ions ont aussi été étudies pour les différentes configurations à plusieurs températures. Le temps de vol peut fournir des informations sur la formation des ions à l’intérieur de la cavité de la source d’ions. En outre, une technique pour mesurer la convolution de la distribution spatiale et énergétique du faisceau d’ions a été développée. Finalement, deux techniques ont été testées pour réduire les polluants: En première lieu, le mouvement des ions à travers la source d’ions peut être modifié par le champ électrique, provenant de l’effet Joule. Par conséquent, une étude de la configuration la plus appropriée a été effectuée pour réduire la pollution des faisceaux d’ions par des alcalins. En deuxième lieu, un matériau avec faible travail de sortie a été teste pour réduire la production des polluants alcalins dans la source d’ions.
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Dates et versions

tel-01314260 , version 1 (11-05-2016)

Identifiants

  • HAL Id : tel-01314260 , version 1

Citer

Jose Luis Henares Gonzalez. Study of Condensable Ion Production by Resonant Laser Ionization. Accelerator Physics [physics.acc-ph]. Normandie Université, 2016. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01314260⟩
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