Добірка наукової літератури з теми "Installations de faisceaux d'ions radioactifs"

Le travail que je décris ici fut effectué à ISOLDE, au CERN. Il vise à établir un rapport objectif des performances actuelles des sources d'ions à Résonance Electronique Cyclotronique (ECR) utilisées en tant qu'élévateurs d'état de charge, à la fois avec des faisceaux d'ions stables et radioactifs. Au préalable, j'ai entrepris quelques développements techniques pour améliorer le dispositif et conduire les tests dans des conditions optimales. Ce rapport détaille la majeure partie de ces développements qui concerne la pureté du faisceau. Puis, j'ai achevé le programme de mesure des efficacités d'élévation d'état de charge pour divers isotopes avec des modes de fonctionnement différents. J'ai analysé les résultats de ces expériences et les ai comparés aux performances actuelles des autres méthodes d'élévation d'état de charge. Finalement, je présente les conclusions que l'on peut tirer de cette étude concernant les choix à effectuer pour les futurs post-accélérateurs dans les installations de type ISOL. La discussion s'étend aux applications immédiates, pour les expériences de physique, des faisceaux radioactifs d'ions épluchés par ECR
The work described here was performed at ISOLDE, CERN. It aimed at giving an objective report of the current performances of Electron Cyclotron Resonance (ECR) ion sources used as charge breeders, with both stable and radioactive ion beams. As a prerequisite, some technical developments were undertaken during the PhD thesis to improve the setup and to lead the tests with optimal conditions. A major part of these developments concerns beam purity, and is detailed in this thesis. Then, measurements of the charge breeding efficiencies of various isotopes were completed with different charge breeding modes. Results of these experiments are analyzed and compared to the current performances of other types of charge breeding methods. At the end, some conclusions are drawn from this investigation in perspective of the choices to make for future ISOL postaccelerators. The discussion is extended to the immediate application of ECR charge bred radioactive ion beams to physics experiments

La Ligne Basse Energie du Super Separator Spectrometer (S3-LEB) est un dispositif expérimental qui a pour objectif de produire des faisceaux d'ions radioactifs de basse énergie dans le cadre de l'installation GANIL-SPIRAL2. Ce travail de thèse traite des premiers résultats hors ligne de S3-LEB incluant les premières mesures de spectroscopie laser dans la cellule à gaz et dans le jet gazeux supersonique, la détermination de l'efficacité de transport des ions produits par ionisation laser résonante, depuis la cellule à gaz à travers la chaîne RFQ, et les mesures de temps de vol avec le spectromètre de masse PILGRIM. Les mesures ont été effectuées en utilisant de l'erbium, introduit par évaporation à partir d'un filament chauffé dans l'environnement gazeux. Les résultats de spectroscopie laser présentés comprennent une caractérisation de l'élargissement de la largeur spectrale due à la pression dans la cellule gazeuse, la validation du principe des mesures du décalage isotopique et de la structure hyperfine dans le jet gazeux. Ce travail démontre le potentiel unique de cette installation pour mener à bien les futures expériences en ligne. L'ionisation et la spectroscopie laser hors ligne de l'uranium et de l'américium de la série des actinides ont également été abordées. Ce travail de thèse comprend également des développements techniques tels que la mise en œuvre des systèmes laser en titane saphir et la construction d’un banc d'essai dédié aux tests des fenêtres d'entrées pour S3-LEB. Un système laser à faisceau continu pompé par diode a été construit pour une application de spectroscopie laser à haute résolution. Les mesures de spectroscopie laser de l'américium effectuées à RISIKO montrent le potentiel d'un tel système laser pour effectuer des mesures à haute résolution dans les actinides
The Super Separator Spectrometer-Low Energy Branch (S3-LEB) is a low-energy radioactive ion beam experimental setup under commissioning as part of the GANIL-SPIRAL2 facility. In this thesis work, the off-line commissioning of the S3-LEB setup, including first laser spectroscopy measurements in both the gas cell and the supersonic gas jet, the determination of the transport efficiency of laser ions from the gas cell through the RFQ chain, and time-of-flight measurements with the multi-reflection time-of-flight mass spectrometer PILGRIM are discussed. The measurements were performed using erbium, introduced by evaporation from a heated filament in the gas environment. The reported laser spectroscopy results include a characterization of the pressure broadening in the gas cell and proof-of principle isotope shift and hyperfine-structure measurements. This work proves the potential of the setup to conduct the future online tests, where erbium is chosen as the first case for online commissioning. Offline laser ionization and spectroscopy of uranium and americium from the actinide series have been discussed. This thesis work also includes technical developments such as the implementation of the titanium sapphire laser systems and a dedicated entrance window test bench for the S3-LEB. A continuous wave diode-pumped laser system has been built for high-resolution laser spectroscopy application. Americium laser spectroscopy measurements at RISIKO present the potential of such a laser system in performing high-resolution measurements in actinides

Cette thèse concerne l'étude de la production de faisceaux d'ions radioactifs par la méthode ISOL pour le projet SPIRAL 2. La production de faisceaux légers est tout d'abord considérée. Les taux de production potentiels de deux faisceaux sont évalués : la production de 15C (riche en neutrons) dans une cible d'oxyde est estimée à l'aide de simulations (MCNPx, EAF-07) et de données expérimentales ; le taux de production d'14O (déficient en neutrons) est estimé par une nouvelle mesure de la fonction d'excitation de la réaction 12C(3He,n)14O. Une première conception de la cible de production basée sur des simulations thermiques est présentée. Cette étude apporte les réponses nécessaires à la conception détaillée d'un système qui permettrait d'atteindre un taux de production 140 fois plus élevé qu'avec SPIRAL 1. La production des faisceaux d'ions radioactifs issus de fissions dans une cible d'UCx est aussi étudiée, et plus particulièrement les processus d'effusion et d'ionisation. Une étude de principe et une campagne de tests hors ligne ont permis d'acquérir des connaissances indispensables à la conception de la source à ionisation de surface de SPIRAL 2. Un premier prototype de cette source dédiée à la production d'éléments alcalins et alcalino-terreux a été réalisé et une calibration thermique a été effectuée. Les efficacités d'ionisation et de temps de réponse sur l'ensemble cible source ECR ont été mesurées à différentes températures de la cible et pour différents gaz nobles. Ces mesures ont permis d'estimer l'impact des processus d'effusion et d'ionisation sur l'efficacité de production de différents isotopes d'alcalins et de gaz nobles en fonction de leur durée de vie.

Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre du projet SPIRAL (Système de Production d'Ions Radioactifs Accélérés en Ligne) dont la mise en service débutera en septembre 2001 au GANIL (Grand Accélérateur National d'Ions Lourds) de Caen. Cette thèse a essentiellement porté sur le développement de systèmes de production d'ions radioactifs (ensemble cible source) par l'étude approfondie de chaque étape de la production par la méthode ISOL (Isotopic Separation On Line) : la production par fragmentation de la cible et/ou du projectile, la diffusion hors du matériau cible, l'effusion jusqu'à la source d'ionisation et enfin l'ionisation des atomes radioactifs. Une étude bibliographique et des simulations thermiques ont permis d'optimiser au mieux les matériaux et la forme des cibles de production et de diffusion. Une première cible a été optimisée et fiabilisée pour la production de gaz rares radioactifs (Argon, Néon,...). Une deuxième cible dédiée à la production d'Héliums radioactifs a entièrement été conçue (du cahier des charges jusqu'aux tests “hors ligne” et “en ligne”). Enfin, un troisième ensemble cible source a été défini pour la production d'alcalins radioactifs monochargés. Les intensités de faisceaux secondaires prévues pour SPIRAL y sont présentées. Une étude détaillée sur les efficacités de diffusion effusion pour ces différentes cibles a montré que l'utilisation d'un carbone dont la microstructure est fine (grain de 1µm) améliore la diffusion ainsi que l'importance de l'épaisseur des lamelles dans l'effusion des isotopes de courts temps de vie.

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

Cette thèse concerne l'étude de la production de faisceaux d'ions radioactifs par la méthode ISOL pour le projet SPIRAL 2. La production de faisceaux légers est tout d’abord considérée. Les taux de production potentiels de deux faisceaux sont évalués : la production de 15C (riche en neutrons) dans une cible d’oxyde est estimée à l’aide de simulations (MCNPx, EAF-07) et de données expérimentales ; le taux de production d’14O (déficient en neutrons) est estimé par une nouvelle mesure de la fonction d’excitation de la réaction 12C(3He,n)14O. Une première conception de la cible de production basée sur des simulations thermiques est présentée. Cette étude apporte les réponses nécessaires à la conception détaillée d’un système qui permettrait d’atteindre un taux de production 140 fois plus élevé qu’avec SPIRAL 1. La production des faisceaux d’ions radioactifs issus de fissions dans une cible d’UCx est aussi étudiée, et plus particulièrement les processus d’effusion et d’ionisation. Une étude de principe et une campagne de tests hors ligne ont permis d’acquérir des connaissances indispensables à la conception de la source à ionisation de surface de SPIRAL 2. Un premier prototype de cette source dédiée à la production d’éléments alcalins et alcalino-terreux a été réalisé et une calibration thermique a été effectuée. Les efficacités d’ionisation et de temps de réponse sur l’ensemble cible source ECR ont été mesurées à différentes températures de la cible et pour différents gaz nobles. Ces mesures ont permis d’estimer l’impact des processus d’effusion et d’ionisation sur l’efficacité de production de différents isotopes d’alcalins et de gaz nobles en fonction de leur durée de vie
This thesis focuses on the study of radioactive ion beam production by the ISOL method for the SPIRAL 2 project. The production of light ion beams is studied and the potential in-target yields of two beams are appraised. The neutron-rich 15C yield in an oxide target is estimated with simulations (MCNPx, EAF-07) and experimental data bases; the neutron-deficient 14O yield is estimated thanks to a new measurement of the 12C(3He,n)14O reaction excitation function. Based on thermal simulations, a first design of the production target is presented. This thermal study gives the necessary answers for the detailed design of the system able to reach a production yield 140 times higher than with SPIRAL 1. The production of radioactive ion beams coming from fissions in the UCx target is also studied and more particularly effusion and ionisation processes. A global study and an off-line tests campaign allow essential knowledge to the design of the surface ionisation source for SPIRAL 2 to be acquired. A first prototype of this ion source dedicated to alkali and alkaline-earth element production has been built and a thermal calibration performed. Ionisation efficiency and time response of the target-ion source system have been measured at different target temperatures and for different noble gases. These measurements allow evaluation of the impact of effusion and ionisation processes on the production efficiency of different alkali and noble gases isotopes as a function of their half-life

Ce travail de thèse porte sur la recherche de grandes déformations dans des noyaux lourds, très déficients en neutrons, proches de la ligne d'émission spontanée de proton, donc soumis à des conditions extrêmes d'isospin, dans la région de masse A~130. L'expérience a été réalisée au GANIL à Caen auprès de l'accélérateur de faisceaux radioactifs SPIRAL. Les noyaux étudiés ont été peuplés par des réactions de fusion-évaporation en utilisant un faisceau radioactif de 76Kr, déficient en neutrons et de période T½ = 14. 8 h. Les rayonnements γ ont été détectés par le multidétecteur EXOGAM, composé de « clovers » segmentés de germanium pour lesquels une nouvelle méthode de calibration en énergie des segments a été développée. Pour extraire les événements de fusion-évaporation d'un fort bruit de fond lié à la radioactivité du faisceau, nous avons couplé EXOGAM avec le détecteur de particules chargées légères DIAMANT ainsi qu'avec le spectromètre de grande acceptance VAMOS, utilisé pour la première fois pour la détection de résidus d'évaporation. L'analyse minutieuse de l'ensemble des données nous a permis de montrer que le couplage EXOGAM + DIAMANT + VAMOS est opérationnel et nécessaire pour l'étude de la structure des noyaux de cette région. De plus, nous avons pu mettre en évidence la première transition γ du noyau très exotique impair-impair 130Pm. Les résultats ont été interprétés à partir de calculs théoriques microscopiques auto-cohérents statiques et dynamiques effectués en collaboration avec les physiciens du groupe de Physique Théorique de l'IPN Lyon
This work is devoted to the search for highly deformed nuclei under extreme conditions of isospin, located near the proton drip-line, around A~130. The experiment was performed at GANIL (Caen) with the SPIRAL radioactive beam facility. The nuclei of interest were produced by fusion-evaporation reactions induced by the neutron deficient 76Kr radioactive beam (T½ = 14. 8 h). γ-rays were detected by the EXOGAM array, composed of 11 segmented germanium clover detectors, for which a new segment calibration method has been developed. To extract fusion-evaporation events of a overwhelming background due to the radioactivity of the beam, the EXOGAM array was coupled with the light charged particle detector DIAMANT and the high acceptance VAMOS spectrometer. The latter was used for the first time to detect fusion-evaporation residues. The detailed data analysis allowed us to demonstrate that the EXOGAM + DIAMANT + VAMOS coupling is operational and essential to investigate the structure of these nuclei. Furthermore, the first γ transition was observed in the very exotic odd-odd 130Pm nucleus. The results have been interpreted with static and dynamic self-consistent microscopic calculations in collaboration with the Theoretical Physicists of the IPN Lyon

Il est difficile d'obtenir par la technique de séparation d'isotopes en ligne(ISOL), des faisceaux de particules radioactives à courte période qui aient des intensités d'intérêt pour la physique. Deux facteurs limitatifs par le temps qu'ils consomment : la diffusion des particules radioactives dans le matériau de cible et l'effusion (transport) de la cible à la source d'ions de laquelle elles vont être extraites et accélérées. Les temps caractéristiques de ces deux processus doivent être minimisés. Etant donné que la vitesse du processus de diffusion augmente d'autant plus que la cible est compacte et que sa température est élevée, il faut concevoir des cibles réfractaires ayant de très faibles dimensions (de l'ordre du micron), une très faible densité, une forte perméation et d'excelentes propriétés mécaniques à haute température. Par ailleurs, le système de transport entre la cible et la chambre d'ionisation doit être conçu pour réduire drastiquement le temps de transit des particules radioactives. Pour cela, les matériaux de construction des éléments de ce système doivent être sélectionnés pour limiter les temps de collage des particules radioactives sur les parois. Les différents chapitres de cette thèse développent les théories de base de ces processus, appuyées par de nombreuses simulations, les solutions technologiques retenues et les résultats expérimentaux. De ces études résultent un accroissement notable de la palette des ions radioactifs utilisables par la méthode ISOL.

Ce travail de thèse concerne l’étude de la production de faisceaux d’ions radioactifs par la méthode ISOL. Il s’inscrit dans le cadre de la R&D pour SPIRAL à GANIL. Deux études destinées à améliorer les performances de SPIRAL ont été réalisées à partir d’une approche statistique originale du processus de transformation atomes-ions. La première étude porte sur les temps de transformation entre les instants de production des atomes radioactifs d’35Ar dans une cible et d’extraction des ions radioactifs correspondant hors de la source à l’aide du dispositif TARGISOL (cible + source ECR). Le but était de déterminer les coefficients de diffusion de l’Ar dans des cibles en carbone graphite. Les résultats sont présentés et démontrent la rigueur qu’exige cette étude. La seconde étude est une application de l’approche statistique au fonctionnement d’une source à ionisation de surface. Elle a permis de redéfinir et de construire un ensemble de production de faisceaux d’ions 1+ alcalins radioactifs MonoNaKe. Des ions radioactifs de 37,47K, 25,26,27,28,30Na, 8,9Li et 28,29,30,31Al ont été produits. Pour produire un faisceau d’ions alcalins radioactifs multichargés, l’ensemble cible-source MonoNaKe a été couplé avec une source ECR de même type que celle utilisée actuellement sur SPIRAL 1, sans utiliser de séparateur de masse (méthode 1+/N+ directe). Un premier faisceau d’ions radioactifs 47K5+ a été extrait sur le banc de test SIRa. Une source de test hors ligne basée sur les mêmes principes que ceux adoptés pour la définition de MonoNaKe a été construite. Son but est d’élaborer un prototype de source répondant aux contraintes de SPIRAL 2 (efficacité d’ionisation et durée de vie)
This thesis is related to the R&D for the production of radioactive ion beams by the ISOL method for SPIRAL at GANIL. Two studies concerning improvements to the performance of SPIRAL target-source system have been made, using a statistical approach to the atoms-to-ions transformation. The first study concerns the transformation time between the production of the radioactive atoms of 35Ar inside a target and the extraction of the radioactive ions from the source with the TARGISOL set-up (target + ECR source). The goal was to determine the diffusion coefficients of the Ar for the carbon target. The results were presented and illustrate the difficulty of this work. The second study is the application of the statistical approach to the surface ionization source. It allowed one to define and to build a new MonoNaKe set-up for the production of 1+ radioactive alkaline ions. Radioactive ions of 37,47K, 25,26,27,28,30Na, 8,9Li and 28,29,30,31Al were produced. For the production of the multicharged radioactive alkali ions, the MonoNaKe target/ion-source system was coupled to the ECR source of SPIRAL 1 without a mass separator (1+/N+ direct method). A first radioactive ion beam of 47K5+ was extracted at the SIRa test bench. A surface ionization test source based on the same technical characteristics of MonoNaKe has been built. The goal of this system will be to define a prototype of source adapted to the constraints of SPIRAL 2 (ionization efficiency and lifetime)

Cette thèse s'inscrit dans le cadre de la R&D pour la production de faisceaux d'ions radioactifs par la méthode ISOL au GANIL à Caen. Ce travail de thèse a porté sur plusieurs techniques différentes basées sur la méthode ISOL.
La première est la production de faisceaux d'ions radioactifs à partir d'un ensemble cible-source de SPIRAL (cible + source ECR). Les taux de production des faisceaux de néon radioactif ont été déterminés sur le banc de tests SIRa et les prévisions pour SPIRAL ont été établies. La faisabilité de la production de faisceaux d'éléments radioactifs condensables à partir d'un tel ensemble cible-source, en utilisant un transport sous une forme moléculaire volatile entre la cible et la source, a été démontré expérimentalement en produisant des faisceaux d'oxygène radioactif via la molécule CO.
La deuxième technique est la production de faisceaux d'alcalins radioactifs à partir de l'ensemble ciblesource MONILITHE (cible + source à cavité chaude). Les efficacités de production des faisceaux de lithium et de sodium radioactifs ont été déterminées. Une nouvelle méthodologie, la « méthode globale », a été développée dans le cadre de cette thèse, afin de déduire les propriétés de diffusion, d'effusion et d'ionisation de ces deux éléments à partir de cet ensemble. Elle a montré que l'évolution des propriétés de diffusion entre les différents alcalins a un comportement similaire à celle entre les différents gaz rares.
La troisième est la technique IGISOL (cible + guide d'ions). Le code MI-GI-CHEMIN a été conçu afin de reproduire le mouvement des ions dans un guide d'ions, rempli d'hélium et d'une concentration donnée d'impuretés, incluant des champs électriques et magnétiques. Un premier prototype IGISOL est en cours de réalisation au GANIL.