d’´el´evation de l’´etat de charge
Les tests de performance de la source PHOENIX sont effectu´es avec des faisceaux d’ions sta-bles (ou consid´er´es comme stasta-bles en raison de leur longue dur´ee de vie) et des faisceaux d’ions radioactifs.
Les mesures r´ealis´ees avec des faisceaux d’ions stables servent `a ´evaluer le
pour-centage de transmission du faisceau `a travers les lignes d’ISOLDE, depuis le s´
e-parateur GPS jusqu’`a l’entr´ee de la source PHOENIX. On v´erifie ´egalement les
conditions d’injection et de capture du faisceau 1+ par le plasma ECR, en mode
continu ou puls´e, `a l’aide de la m´ethode de variation du ∆V d´ecrite dans le chapitre
pr´ec´edent. On a d´ej`a observ´e que les conditions de capture variaient selon le type de source 1+ utilis´ee et l’esp`ece chimique de l’ion inject´e, mais ´egalement selon sa masse. Les mesures de ∆V
des isotopes 39K, 40Ar, 134Xe, 208Bi et 238U avec la source ECR en mode continu ont confirm´e
ces observations (Figure 2.2):
• Les ´el´ements condensables sont captur´es par le plasma sur la plage ´etroite du ∆Φ, environ 25 V `a la largeur `a mi-hauteur du pic.
• Les gaz nobles sont recycl´es des parois froides de la chambre plasma, ce qui ´etend la plage de capture `a environ 300 V.
Bien que les mesures soient r´ealis´ees avec la mˆeme source 1+, les courbes des isotopes de
mˆeme cat´egorie chimique diff`erent l´eg`erement. Ceci peut ˆetre dˆu `a des variations de l’ionisation
dans la source 1+, du r´eglage du plasma ECR, ou des masses des isotopes. Afin d’´eliminer les
effets li´es `a la masse, des tests furent effectu´es avec des faisceaux radioactifs et l’injection de cocktails d’isobares (subsection 2.2.2). Concernant les efficacit´es de capture, un minimum de 10% du faisceau incident est inject´e et captur´e par le plasma quel que soit l’´el´ement, et plus de 30% du faisceau peut ˆetre captur´e dans le cas de gaz nobles. On obtient une distribution d’´etat de
charge de238U proche de celle du 208Bi avec 2.4% de 238U28+. En revanche, les valeurs obtenues pour 40Ar, avec 15.9% de 40Ar9+, sont bien plus ´elev´ees que celles publi´ees dans [78, 19, 29],
et ´eventuellement `a confirmer par d’autres mesures. En mode puls´e, on rapporte seulement les
distributions d’´etat de charge mesur´ees dans [29].
Les mesures r´ealis´ees avec des faisceaux d’ions radioactifs avaient pour but d’estimer:
• l’effet de l’ensemble (A,Z) sur la forme de la distribution d’´etat de charge pour des gaz nobles
• la cons´equence des propri´et´es chimiques sur le processus de capture ECR pour
des isobares
• l’efficacit´e de pi´egeage dans le plasma ECR des produits de d´ecroissance
ra-dioactive
L’exp´erience rapport´ee dans [19] utilise la diff´erence des distributions en ´etat de charge de l’argon, et de ses contaminants krypton et x´enon produits en grande quantit´e pour favoriser la proportion de l’argon sur le reste. En s´electionnant 48Ar9+ avec le dipˆole magn´etique, le rap-port de 48Ar avec ses contaminants 96Kr et 144Xe devient favorable `a l’observation des raies de d´ecroissance de48Ar pr´esentant un int´erˆet en astrophysique.
Les deux exp´eriences suivantes furent r´ealis´ees pendant le travail de th`ese.
Le processus de capture pour des isobares fut ´etudi´e avec les isotopes 142Xe et
142Cs produits `a partir d’une cible de carbure d’uranium coupl´ee avec une source plasma `a tube de transfert chauff´e. Les mesures de ∆V confirment les r´esultats obtenus en faisceau stable avec des esp`eces condensables ou des gaz nobles, et ont r´ev´el´e la coexistence de deux faisceaux d’´energies diff´erentes: un potentiel de 120 V au-dessus de la tension de l’ensemble cible-source d’ISOLDE
correspond au faisceau issu de la source plasma, tandis qu’un potentiel de 55 V correspond `a une
ionisation de surface sur les parois de la source plasma. 142Xe ´etait principalement produit par
ionisation plasma, et142Cs par ionisation de surface. L’existence d’un second pic de142Cs `a -120 V par ionisation plasma n’est pas confirm´ee. La distribution d’´etat de charge ´etait centr´ee sur le 24+ pour les deux esp`eces. La quantit´e exacte de 142Xe produit n’´etant pas connue, aucun ordre de grandeur des efficacit´es de 142Xe et 142Cs n’est donn´e.
L’efficacit´e de pi´egeage du 61Mn et de son produit de d´ecroissance 61Fe dans le
plasma ECR fut test´ee avec le mode puls´e. Les isotopes de 61Mn furent produits avec une
cible de carbure d’uranium, ionis´es par RILIS [107], et inject´es pendant 880 ms dans la source configur´ee pour le pi´egeage. Le temps de pi´egeage fut vari´e autour du temps de vie de61Mn. Pour des temps sup´erieurs `a T1/2, 61Fe est produit dans le plasma ECR, ´elev´e `a l’´etat de charge 12+ et s´electionn´e par l’aimant dipolaire. τcb est estim´e `a 500 ms (± 50 ms) `a partir de la courbe de d´ecroissance de 61Mn12+. Pour estimer la part de 61Fe12+ provenant de l’ECR, il est n´ecessaire de supprimer le bruit de fond cr´e´e par le 61Fe implant´e sur les cˆot´e de la bande. On compare l’activit´e initiale de 61Fe12+ lorsqu’aucun faisceau de 61Mn n’est inject´e avec l’activit´e initiale
R´esum´e du chapitre 2 69
mesur´ee lorsque FC3 est ins´er´ee. Il n’y a que pour un temps de pi´egeage de 1400 ms qu’on a une contribution de 61Fe12+ provenant de l’ECR. Le pic afterglow n’est pas visible sur les courbes de d´ecroissance, et les efficacit´es de 61Mn12+ augmentent avec des temps de pi´egeage sup´erieurs `a T1/2 (Figure 2.20), ce qui montre que le mode de pi´egeage n’´etait pas correctement configur´e. Il est probable qu’une partie du61Fe12+mesur´e provienne plutˆot d’un effet de recyclage des murs de la chambre plasma.
Les r´esultats des tests de performances du PHOENIX Booster avec des faisceaux
stables ont montr´e la grande reproductibilit´e des conditions de capture plasma pour
un ensemble cible-source donn´e, et des efficacit´es de capture et d’´el´evation de l’´etat
de charge selon la nature chimique de l’isotope. Ces r´eglages avec des isotopes stables permettent de se faire une id´ee du comportement du faisceau radioactif dans l’´el´evateur d’´etat de charge. La pr´ediction pr´ecise des conditions optimales de capture et d’ionisation doit encore ˆetre test´ee avec des isotopes de mˆeme nature chimique. Dans le cas des isotopes efficacement
produits par ionisation de surface, on peut ´eventuellement extraire d’une source plasma `a ligne
de transfert chauff´ee un mˆeme faisceau `a deux ´energies diff´erentes (l’´energie d’ionisation dans le plasma et l’´energie d’ionisation de surface). Cela peut compliquer les r´eglages, ou bien se r´ev´eler avantageux: on peut choisir de capturer dans le plasma ECR l’une ou l’autre des esp`eces en pr´esence et supprimer ainsi une partie de la contamination isobarique. La m´ethode de r´eglage de la capture avec des faisceaux stables n’est pas aussi concluante en mode puls´e. Malgr´e des conditions de pi´egeage correct avec des faisceaux stables de Kr et U, on ne parvient pas `a pi´eger
61Mn. En raison des faibles efficacit´es mesur´ees pour le 61Fe, il est difficile d’estimer la part des effets de recyclage.