Radioactive ion beam development for the SPIRAL 2 project
Développement de faisceaux d'ions radioactifs pour le projet SPIRAL 2
Résumé
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.
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.
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