Jonction d’émissions atomiques et suppression de contaminations alkalines dans des cibles hautes puissances à plusieurs compartiments : conception et test de prototypes de cible et source d’ions à isolde

Atomic beam merging and suppression of Alkali Contaminants in multi body high power targets : design and test of target and ion source prototypes at ISOLDE

• Auteur / Autrice : Elian J. A. Bouquerel
• Direction : Bernard Berthier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse par faisceau d'ions

Monte-Carlo, Méthode de

Isotopes

Résumé

Deux points clés de développements nécessaires pour la prochaine génération d’unités de cibles et sources d’ions ISOL sont testés et démontrés dans cette thèse. La pureté des radioisotopes rares ou ayant une courte durée de vie souffre de contaminations isobariques, parmi lesquelles, les alcalins. En tenant compte de leur nature chimique, des lignes de transferts ont été équipées avec un tube de quartz pour retenir ces éléments avant que ceux-ci n’atteignent la source d’ions. L’application a montré avec succès la suppression des alcalins avec un facteur important pour différents éléments (ex: 80, 82mRb, 126, 142Cs, 8Li, 46K, 25Na, 114In, 77Ga, 95, 96Sr) à des températures de quartz allant de 300ºC à 1100ºC. Les enthalpies d’adsorption du quartz ont été mesurées pour le Rubidium et le Césium. Pour un faisceau de protons avec une puissance de 100 kW (EURISOL-DS), des unités de cibles constituées de plusieurs parties connectées à une seule source d’ions sont proposées. Le prototype de cible appelé Bi-Valve a pour objectif de valider les outils d’ingénierie requis pour simuler l’effusion des pertes par désintégrations et le concept d’une cible à plusieurs compartiments. Quatre isotopes ont été étudiés en ligne : 34,35Ar et 18,19Ne. L’efficacité de la double ligne a été mesurée allant de 75 à 95%. La diffusion (analytique) et l’effusion (Monte Carlo) étudiées avec le Code RIBO a permis l’élaboration du profil de la distribution de l’effusion des isotopes à travers le Bi-Valve pour différents modes opératoires. Une expression mathématique de la probabilité, p(t), qu’un isotope diffuse et effuse à travers le système est proposée.

Two key issues of developments mandatory for the forthcoming generation of ISOL target-ion source units are assessed and demonstrated in this thesis. The purity of short lived or rare radioisotopes suffer from isobaric contaminants, notably alkalis which are highly volatile and easily ionized elements. Therefore, relying on their chemical nature, temperature controlled transfer lines were equipped with a tube of quartz that aimed at trapping these unwanted elements before they reached the ion source. The successful application yields high alkali-suppression factors for several elements (ie: 80, 82mRb, 126, 142Cs, 8Li, 46K, 25Na, 114In, 77Ga, 95, 96Sr) for quartz temperatures between 300ºC and 1100ºC. The enthalpies of adsorption on quartz were measured for Rubidium and Caesium. For proton beam power of the order of 100 kW (EURISOL-DS) multi-body target units connected to a single ion-source are proposed. The so-called “Bi-Valve” target prototype aims to benchmark the engineering tools required to simulate effusion related decay losses and to validate the multi body target concept. Four isotopes were investigated online: 34,35Ar and 18,19Ne. The efficiency of the double line merging was found to be in the range of 75 to 95%. The diffusion (analytical) and effusion (Monte Carlo) code RIBO provided the profile of the effusion distribution of the isotopes within the Bi-Valve unit for the different operation modes. A mathematical expression for the probability that an isotope diffuses and effuses through the system is proposed.