Il n’existe pas de sous-traitant proposant des feuilles minces de68Zn, nous devons donc les réaliser nous-mêmes. La technique retenue pour y parvenir est celle de l’électrodéposi- tion.
Pour établir le protocole de déposition nous avons travaillé avec le groupe Recherche et Développement d’ARRONAX, ainsi qu’avec T. Sounalet, doctorant. Le prix du68Zn étant relativement élevé, environ 2.5 e le milligramme, nous avons eu recours à l’utilisation de
Zinc naturela pour la phase de mise au point et de validation du protocole de fabrication des cibles.
5.2.1 Principe de l’électrodéposition
L’électrodéposition repose sur un principe d’oxydo-réduction entre les ions Zn2+, oxy- dant, et l’eau, réducteur, contenus dans une solution appelée électrolyte. Elle est réalisée dans la cellule visible sur la figure 5.3. Sont également présentés les différents éléments per- mettant d’effectuer une électrodéposition.
FIGURE5.3 -Cellule d’électrodéposition en téflon À, utilisée pour nos préparations de cibles, con- tenant l’électrolyte Á. Baignent dans cette solution l’anode  et la cathode Ã, la connexion pour la cathode se fait par le câble Ä. Une électrode de référence Å est également plongée dans l’électrolyte pour permettre la mesure du potentiel. Le tout est maintenu à la température souhaitée par la plaque chauffante Æ.
Un potentiel E, mesuré par l’intermédiaire d’une électrode de référence, est appliqué entre une cathode et une anode plongées dans l’électrolyte. Si ce potentiel E est inférieur à celui du couple red/ox étudié, alors s’opère une réduction à la cathode. Dans notre cas, son équation s’exprime comme suivant :
Zn2++2e− →Zn
Un dépôt de Zinc métallique s’effectue au niveau de la cathode qui devient donc le support de nos dépôts. Dans le même temps, une oxydation de l’eau a lieu au niveau de l’anode selon la réaction :
H2O→2H++2e−+1/2O2
Le potentiel normal du couple red/ox Zn2+/Zn est de -0.76 V.
Le processus d’électrodéposition est influencé par plusieurs paramètres, tel que : 1. le potentiel E appliqué entre l’anode et la cathode ;
2. la concentration en ions Zn2+de la solution ; 3. la température de la solution ;
4. le pH de la solution ;
5.2.2 Dissolution et préparation de l’électrolyte
Le 68Zn enrichi nous est livré par l’entreprise CHEMGAS sous forme de poudre mé- tallique. Des protocoles d’électrodéposition déjà établis par les équipes d’ARRONAXb [47, 68] et sur lesquels nous nous appuyons font appel à des électrolytes de sulfate de Zinc, ZnSO4. La dissolution du Zinc métallique s’opère mal dans de l’acide sulfurique – H2SO4– elle est en revanche très rapide dans de l’acide nitrique – HNO3. Aussi avons nous recours à l’utilisation d’une solution HNO3ultra pur de concentration 15.67 mol.L−1.
Une fois la poudre de Zinc entièrement dissoute dans le HNO3, nous y ajoutons du H2SO4de concentration équivalente mais en plus grande quantité, cinq volumes de H2SO4 pour un volume de HNO3. Cette différence de volumes nous garantit la présence d’un excès d’acide sulfurique.
Durant une phase d’évaporation, la solution est portée à une température comprise entre celles des ébullitions de l’acide nitrique à 121◦C et de l’acide sulfurique à 340◦C. L’acide nitrique s’évapore alors permettant à l’acide sulfurique de former avec le68Zn le sel68ZnSO4 qui est à la base de l’électrolyte.
En milieu sulfurique, la présence des ions sulfates entraîne la complexation du Zinc ce qui décale le potentiel red/ox vers des valeurs plus basses Nous avons observé qu’en fixant E à -1.6 V, la cinétique de la réaction était suffisante pour une bonne qualité de dépôt.
Maîtriser la valeur initiale du pH est essentiel pour assurer la reproductibilité des élec- trodépositions. L’ajout à l’électrolyte d’acide sulfurique ou de soude, respectivement pour faire baisser ou augmenter le pH, nous permet de l’ajuster. Des tests sur différentes valeurs de pH ont été réalisés par T. Sounalet. Il est arrivé à la conclusion que les électrodépositions étaient optimales pour un pH initial de 2. La concentration en ions68Zn2+dans l’électrolyte est également un paramètre important. Dépendante de la quantité de68Zn, elle ne peut donc être trop élevée du fait de coûts plus importants. Nous partons sur une valeur fixe de 3 g.L−1 déjà testée auparavant [68, 47]. Ces valeurs de pH et de concentration sont celles avant réali- sation du dépôt. Elles évoluent durant la phase d’électrodéposition. Le Zinc se déposant sur le support, la concentration diminue. De même l’oxydation de l’eau entraîne la production d’ions H+donc une baisse du pH. Une étape de re-préparation de l’électrolyte est nécessaire entre chaque électrodéposition. Une évaporation partielle permet de la ramener à 3 g.L−1, et un ajout de soude ou H2SO4à pH2.
La température de cet électrolyte doit être identique pour toutes les électrodépositions. La plaque chauffante et des contrôles réguliers nous l’assurent. Sa valeur est établie à 30◦C pour toutes nos manipulations [68, 47].
b. Ils concernent l’électrodéposition de couches plus épaisses de Zinc, environ 1 mm sur des plaques d’Or en vu d’irradiation à haute intensité, jusqu’à 350 µA.
5.2.3 Choix du support
Le choix du support se fait en tenant compte des impératifs propres à nos irradiations mais également aux conditions d’électrodéposition ainsi qu’au traitement des cibles réalisé ultérieurement cf. 5.3. Le matériau doit être inerte chimiquement lors de l’électrodéposition, etre peu soluble dans le HNO3 et ne pas créer de contaminants lors des tirs. La liste des éléments disponibles comprend l’Aluminium, l’Argent, l’Or et le Platine. Des tests effectués sur l’Aluminium ont révélé l’impossibilité de son utilisation comme support. Une couche d’alumine se forme rapidement à sa surface empêchant toute tenue d’un dépôt.
Les tests suivants ont concerné l’Argent. Ils ont été effectués sans problème et de manière reproductible. Compte-tenu de l’évident surcoût qu’entraînerait l’utilisation de l’Or ou du Platine, nous n’effectuerons pas de tests sur ces deux éléments. Nous retenons donc l’utili- sation de l’Argent comme feuilles de cathodes-supports. Elles sont commandées chez Good- fellows et leurs épaisseurs fixées à 25 µm. Elles offrent le meilleur compromis entre la rigidité nécessaire pour leur manipulationcet la minimisation de leur impact lors de l’irradiation.
5.2.4 Forme du dépôt
Un joint de silicone placé entre le support et l’électrolyte assure l’étanchéité du montage. Sa découpe permet de donner à notre dépôt la forme souhaitée. Les collimateurs placés en bout de ligne ont des diamètres interne de 10 mm. En considérant d’éventuels problèmes de centrage et les phénomènes de straggling angulaire, nous optons pour des dépôts circulaires d’un diamètre de 18 mm. Pour avoir une surface d’irradiation identique, sur les moniteurs, nous avons fait le choix de les découper au même diamètre de 18 mm,FIG.5.6.
Pour qu’ils puissent tenir dans une diapositive, nous les avons rivetés, par perçage avec une aiguilled, à une feuille d’Aluminium naturel de 12.5 µm. Cette dernière joue unique- ment le rôle de feuille "porteuse", si elle est prise en compte dans le calcul des pertes d’én- ergie, aucun comptage en spectro-γ ne sera effectué sur elle. Pour les irradiations aux éner- gies supérieures à 50 MeV, une feuille de Nickel, semblable à celles utilisées comme moni- teur chapitre 4, est également rivetée au Cuivre et Aluminium. Cela nous permet de com- pléter à haute énergie nos points de sections efficaces pour les réactions issues du Nickel naturel.
5.2.5 Réalisation des électrodépositions
La phase de test nous a permis d’établir les différents paramètres comme le potentiel E à -1.6 V, la concentration en ions métalliques Zn2+ – 3 g.L−1 – le pH de l’électrolyte et sa température – pH 2 et 30◦C. Cette phase nous a également permis d’établir que, dans ces conditions, un temps d’électrodéposition de 35 min amenait à la réalisation d’un dépôt d’une dizaine de microns. Le plus important pour nos mesures est de connaître précisément l’épaisseur de la cible. Pour l’obtenir nous la calculons par l’intermédiaire d’une pesée des supports avant et après électrodéposition. Ce calcul n’est valable qu’en faisant l’hypothèse d’un dépôt uniforme. Nous pouvons nous satisfaire d’épaisseurs de 8 µm à 12 µm, tant que nous la connaissons précisément. Aussi le temps d’électrodéposition est-il fixé à 35 min.
c. Une feuille trop mince et plus souple risquerait de faire craquer le dépôt. d. Merci à Patrick Le Ray pour cette idée.
Tous ces paramètres ont été validés ainsi que la répétabilité des phases de dissolution et d’électrodéposition. Nous avons ainsi pu réaliser, dans la cellule,FIG.5.3, tous les dépôts qui vont nous servir de cibles. L’un d’eux est présenté figure 5.4. Le support en Argent permet
FIGURE5.4 - Dépôt de 18 mm de rayon et 8.04 µm d’épaisseur de 68Zn réalisé sur un support en Argent.
aussi le montage en diapositive de la cible :FIG.5.6.
FIGURE5.5 -Passage d’un dépôt, celui présenté figure 5.4, sous microscope optique afin de s’assurer de son homogénéité, deux grossissements sont présentés, 12 fois à gauche et 200 fois à droite.
Pour vérifier l’uniformité du dépôt, qui est un facteur important de l’irradiation, nous observons les échantillons en utilisant un microscope optique à différents grossissements, de ×12 jusqu’à×200,FIG.5.5. La granularité est homogène et ce aux deux échelles considérées, ce qui traduit une distribution homogène des centres diffuseurs sur la surface de la cible.
FIGURE5.6 -Dépôt de68Zn sur son support en Argent monté en diapositive À, moniteur de Cuivre découpé au diamètre de 18 mm et riveté sur une feuille d’Aluminium de 12.5 µm.