Radioactive ion beam production by the ISOL method for SPIRAL
Production de faisceaux d'ions radioactifs par la méthode ISOL pour SPIRAL
Résumé
This work is directly related to the SPIRAL project (Système de Production d'Ions Radioactifs Accélérés en Lignes) of which the start up will begin in September 2001 at GANIL (Grand Accélérateur National d'Ions Lourds) in Caen. This thesis primarily concernes the development of radioactive ion production systems (target/ion source) by the thorough study of each production stage of the ISOL (Isotopic Separation On Line) method: target and/or projectile fragmentation production, diffusion out of target material, effusion into the ion source and finally the ionization of the radioactive atoms. A bibliographical research and thermal simulations allowed us to optimize materials and the shape of the production and diffusion targets. A first target was optimized and made reliable for the radioactive noble gase production (argon, neon...). A second target dedicated to the radioactive helium production was entirely designed and realised (from the specifications to the "off line" and "on line" tests). Finally, a third target source system was defined for singly-charged radioactive alkaline production. The intensities of secondary beams planned for SPIRAL are presented here. A detailed study of the diffusion effusion efficiency for these various targets showed that the use of a fine microstructure carbon (grain size of 1µm) improved the diffusion and showed the importance of thickness of the lamella for the short lived isotope effusion.
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.