Development of an innovative ISOL system for the production of short-lived neutron-deficient ions

Développement d'un système ISOL innovant pour la production d'ions déficitaires en neutrons de courte durée

Venkateswarlu Kuchi (1)

1 GANIL - Grand Accélérateur National d'Ions Lourds

In the frame of GANIL/SPIRAL-1 facility, an innovative target ion source system (TISS) has been designed in order to produce new competitive radioactive ion beams, and to determine to which extent it is possible to improve the production performances by optimizing a target ion source system dedicated to the production of a specific radioactive ion beam.The short-lived alkali isotope of 74Rb (half-life = 64.8 ms) has been chosen as a challenging case study.By studying and improving the processes involved in the TISS designed, i.e. in-target production by fusion-evaporation, implantation in and release out of graphite, effusion, and ionization, an atom-to-ion transformation efficiency of 75% was predicted, leading to an ion rate of the order of 104 pps at the exit of the TISS.The estimated performances would allow the GANIL / SPIRAL-1 installation to deliver beams of 74Rb and 114Cs with competitive intensities never reached in other installations.The production device was developed based on my work, to cope with physics objectives and with the conditions of the SPIRAL-1 operation. Efficiency, reliability and thus simplicity were essential. The system meets these requirements.The instrumentation needed for tests existed or have been specifically designed. The TISS has been built, assembled and partly tested.In parallel, issues have been addressed to answer related questions about sticking times, resistivity, and emissivity, to get inputs for the design of the TISS.Expected results with alkali allow thinking that the transposition of the principle to the production of neutron-deficient short-lived isotopes of noble gases and eventually metals could be performing.

Dans le cadre de l'installation GANIL / SPIRAL-1, un système innovant de source d'ions cible (TISS) a été conçu pour produire des nouveaux faisceaux d'ions radioactifs compétitifs et déterminer dans quelle mesure il est possible d'améliorer les performances de production par l’optimisation de l’ensemble cible-source (ECS) d’ions dédié à la production d'un faisceau d'ions radioactifs spécifique.L'isotope d'alcalin de courte durée de 74Rb ( demi-vie = 64.8 ms) a été choisi comme cas d’école.En étudiant et en améliorant les processus impliqués dans le fonctionnement de l’ECS, i.e. production dans la cible par réaction fusion-évaporation, implantation dans- et sortie du graphite, effusion et ionisation, une efficacité de transformation atome-ion de 75% est attendue, menant à un taux d'ions de l'ordre de 104 pps à la sortie de l’ECS.Les performances estimées permettraient à l'installation GANIL / SPIRAL-1 de délivrer des faisceaux de 74Rb et 114Cs avec des intensités compétitives, jamais atteintes dans d'autres installations.Le dispositif de production a été développé sur la base de mon travail, pour répondre aux objectifs de physique et aux conditions d'opération de SPIRAL-1. L'efficacité, la fiabilité et donc la simplicité étaient essentielles. Le système répond à ces exigences.

Mots clés: ISOL technique; Fusion-evaporation reaction; Neutron-deficient alkali isotopes; Diffusion; Effusion; Sticking process

Mots clés: Technique ISOL; Réaction de fusion-évaporation; Isotopes alcalins déficients en neutrons

Domaines: Physique [physics]

Venkateswarlu Kuchi. Development of an innovative ISOL system for the production of short-lived neutron-deficient ions. Physics [physics]. Normandie Université, 2018. English. ⟨NNT : 2018NORMC233⟩. ⟨tel-01994668v2⟩