LA TRANSFORMATION D'ÉTAT DE CHARGE 1+/n+ POUR L'ACCELERATION DES IONS RADIOACTIFS
Résumé
Radioactive ions are produced by bombardment of a target with a primary beam of protons, neutrons or stable ions. In order to accelerate radioactive ion beams to an energy of a few Mev per nuclei, the ions have to be multi-ionized. The principle of the 1+/n+ method is to dissociate the production of the radioactive elements from the multi-ionization process. A production target of radioactive elements is associated to a source of monocharged ions. The 1+ radioactive ion beam produced by this target-ion source is injected at low energy (a few tens of keV) into an Electron Cyclotron Resonance (ECR) multicharged ion source. The monocharged ions are electrostatically decelerated in the n+ source and captured by the ECR plasma. They are multi-ionized step by step to high charge states, extracted and accelerated. The experiments shown in this thesis have been performed with stable elements. The 1+/n+ method can work in continuous mode : the monocharged ion beam is injected continuously into the n+ source and the multicharged ion beam is produced continuously. The 1+/n+ charge breeding efficiencies are given : about ten percents for rare gases and several percents for condensable elements. The duration of the 1+/n+ charge breeding is about hundred milliseconds which is fast enough for most of the radioactive elements to be produced. These results show that the 1+/n+ method is well suitable for a system of production of accelerated radioactive ions. The 1+/n+ method can also work in pulsed mode : the monocharged ion beam is injected continuously into the n+ source and the multicharged ion beam is produced in bunches lasting each a few milliseconds. The charge breeding efficiencies are around one percent for rubidium and lead. Further studies are necessary on this operating mode in order to improve the present results.
La production de noyaux radioactifs est réalisée par bombardement d'une cible par un faisceau primaire de proton, de neutrons ou d'ions stables. Afin d'obtenir des faisceaux d'ions radioactifs de plusieurs MeV par nucléons, il convient tout d'abord de les multi-ioniser. Le principe de la méthode 1+/n+ consiste à séparer la production des éléments radioactifs de leur multi-ionisation. Une cible de production d'éléments radioactifs est associée à une source d'ions monochargés (ensemble cible-source). Le faisceau d'ions radioactifs 1+ ainsi produit est injecté à basse énergie (quelques dizaines de keV) dans une source d'ions multichargés à Résonance Electronique Cyclotronique (ECR). Les ions monochargés sont ralentis électrostatiquement dans la source n+ et sont capturés par le plasma ECR. Ils sont alors sont multi-ionisés pas à pas vers des états de charge élevés, extraits et accélérés. Les expériences décrites dans cette thèse ont été réalisées avec des éléments stables. La méthode 1+/n+ peut fonctionner en mode continu : le faisceau d'ions monochargés est injecté en continu dans la source n+ et le faisceau d'ions multichargés est produit en continu. Les rendements de transformation 1+/n+ obtenus sont d'une dizaine de pour cent pour les gaz rares et de plusieurs pour cent pour les éléments condensables. La durée de la transformation 1+/n+ est de l'ordre de la centaine de millisecondes ce qui est suffisamment rapide pour la majorité des éléments radioactifs à multi-ioniser. Ces résultats permettent de considérer que la méthode 1+/n+ et aujourd'hui opérationnelle pour un système de production d'ions radioactifs accélérés. La méthode 1+/n+ peut également fonctionner en mode pulsé : le faisceau d'ions monochargés est injecté en continu dans la source n+ et le faisceau d'ions multichargés est extrait par " pulses " de quelques millisecondes. Les rendements obtenus sont de l'ordre du pour cent pour le rubidium et le plomb. Il est nécessaire de réaliser des études complémentaires sur ce mode de fonctionnement afin d'améliorer les résultats déjà obtenus.