Développement de cibles ISOL Angélique Joinet - IPN Orsay.

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1 Développement de cibles ISOL Angélique Joinet - IPN Orsay

2 Ligne de transfert Électrode d’extraction Cible Source d’ions Séparateur Faisceau primaire Transfert des radioéléments  pertes Efficacité de relâchement Efficacité d’ionisation Efficacité de transport Y = I N   rel  source  transport Intensité (I) : à ISOLDE I max = 2,5  A (protons de 1,4 GeV) Cible épaisse (N) (3 - 200 g/cm 2 ) Section efficace élevée (  )  choix d ’ un é l é ment de cible adapt é Présentation de la séparation d’isotopes en ligne Spallation: (A,Z) cible  (A,Z) produits Fission: UC x Fragmentation Expérience basse énergie Post accélérateur Angélique Joinet- Journées Accélérateur-SFP-5 Octobre 2003

3 Étude de l’extraction des éléments chimiquement réactifs (S, Se, Sn) Défis technologiques Angélique Joinet- Journées Accélérateur-SFP-5 Octobre 2003

4 Extraction & séparation Dérouleur de bande tdtd t c- t d Scintillateur plastique (4  ) t0t0 Etude en ligne du relâchement des isotopes produits Mesures en ligne: relâchement global dans le système cible/source 2  s p Rb (ZrO 2 ) trtr tftf tsts points expérimentaux fit Modélisation du relâchement: P(t) = C  (1-e (-t/tr) )[   e (-t/tf) +(1-  )  e (-t/ts) ] Angélique Joinet- Journées Accélérateur-SFP-5 Octobre 2003

5 Extraction & séparation Dérouleur de bande tdtd t c- t d Scintillateur plastique (4  ) t0t0 Mesures en ligne: relâchement global dans le système cible/source 2  s p Modélisation du relâchement: P(t) = C  (1-e (-t/tr) )[   e (-t/tf) +(1-  )  e (-t/ts) ] Angélique Joinet- Journées Accélérateur-SFP-5 Octobre 2003 Etude en ligne du relâchement des isotopes produits

6 Technique expérimentale Se S F(T) < 20% (1382°C, 20 min) Matrice: ZrO 2 Angélique Joinet- Journées Accélérateur-SFP-5 Octobre 2003 F(T) = A 1 / A 0  A1A1  A0A0 Diffusion Introduction d ’un radiotraceur: ( 73 Se, 38 S) implantation ou irradiation

7  Stabilité à haute température Perte de masse par évaporation: pression de vapeur p vapeur  T max Évolution de la microstructure de la cible  Pas de réactivité cible/container  G le moins négatif Ex.: CeO 2 : –64 (Ta), -5 (Mo), -7 (W) en kJ/mol Critères de choix de cible 4 µm Angélique Joinet- Journées Accélérateur-SFP-5 Octobre 2003

8 Unité de cible typique à ISOLDE Container de cible Ligne de transfert Angélique Joinet- Journées Accélérateur-SFP-5 Octobre 2003

9 stable (E d ) volatile (p vapeur ) non réactive (  des ) Avantages de la méthode d’évaporation chimique: Transport plus rapide (  Sn = 100 ms,  SnS = 1 ms [Kirchner 2002] ) Pureté (région de masse où il y a moins de bruit de fond) CO + O  COO  COO + + e - CO + S  COS  COS + + e - CO + Se  COSe  COSe + + e - La méthode d’évaporation chimique Molécule Ed (kJ/mol) 620 380 300 COSe + /Se +  1,4 38 S + : 8 10 3 ions/s CO 38 S < 5 10 5 ions/s SnS + /(Sn + +SnS + ) ~ 40% Angélique Joinet- Journées Accélérateur-SFP-5 Octobre 2003 Source d’ ions MK5 40 Ar : 4%, 131 Xe : 15% CO 2 SO 2 Ligne de transfert Ta: 1800 °C

10 Conclusion  Développement de matrices prometteuses  Pour la séparation en ligne des éléments à forte interaction chimique (S, Se...), une méthode d’évaporation chimique est indispensable (COS, COSe,...):   volatilité,  réactivité,  intensité   pureté  Un traitement physico chimique est la clef pour les futures générations de faisceaux Angélique Joinet- Journées Accélérateur-SFP-5 Octobre 2003

11 130 Sn 130 Sb 162 Y Masse 162 Production du Sn riche en neutrons Expérience en ligne Conditions d’expérience : UC x + source MK5 + SO 2 (1,75 10 -5 mbar l/s)  I(S)  1 nA : S chimiquement réactif (TaS, US, …) 130 Sb 130 Sn 130 Sb 130 I Masse 130 130 Sb/ 130 Sn = 130m Cs / 130 Sn ~ 60 130 I/ 130 Sn ~ 2000 Energie (keV) Angélique Joinet- Journées Accélérateur-SFP-5 Octobre 2003

12 Processus de désorption: Équation de Frenkel Objectif: choix de matériaux pour un relâchement rapide Matériaux de cible réfractaires (oxydes, carbures, sulfures) Matériaux non chimiquement réactif vis-à-vis de l’élément à relâcher Mesures hors lignes: étude du relâchement dans chacune des parties du système ISOL Relâchement des isotopes Angélique Joinet-Soutenance de thèse-10 octobre 2003 Processus de diffusion: Loi de Fick