Utilisation d'un duoplasmatron comme source d'électrons à très forte émissivité spécifique

HAL Id: jpa-00212898

https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00212898

Submitted on 1 Jan 1962

HAL is a multi-disciplinary open access

archive for the deposit and dissemination of

sci-entific research documents, whether they are

pub-lished or not. The documents may come from

teaching and research institutions in France or

abroad, or from public or private research centers.

L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est

destinée au dépôt et à la diffusion de documents

scientifiques de niveau recherche, publiés ou non,

émanant des établissements d’enseignement et de

recherche français ou étrangers, des laboratoires

publics ou privés.

Utilisation d’un duoplasmatron comme source

d’électrons à très forte émissivité spécifique

Guy Gautherin, Albert Septier

To cite this version:

212

LETTRES

A LA

RÉDACTION

UTILISATION D’UN

DUOPLASMATRON

COMME SOURCE

D’ÉLECTRONS

A

TRÈS

FORTE

ÉMISSIVITÉ

SPÉCIFIQUE

Par MM.

_Guy

GAUTHERIN et Albert

_SEPTIER,

Institut

_{d’Électronique,}

B. P. n° 4,

Orsay

(Seine-et-Oise).

LE JOTJRNAL DE _PHYSIQUE ET LE RADIUM

PHYSIQUE APPLIQUÉE

SUPPLÉMENT AU N° 12.

TOME _23, DÉCEMBRE

1962,

PAGE

Dans le cadre de notre étude des sources d’ions du

type

«

_{Duoplasmatron}

»

_[1],

nous avons _{pu montrer}

que si on se fixe les

_paramètres

de l’arc

(pression,

cou-rant

_d’arc,

induction

_{magnétique),}

cette source four-nissait un courant d’ions

_constant,

_quelle

_que soit la tension

d’extraction,

correspondant

pour des

protons,

à une densité de courant de l’ordre de 20

_A/cm2

dans

l’orifice d’extraction de l’anode

(0

=

0,4 mm),

soit en

moyenne 260

mA/cm2

si on donne à la cuvette d’extrac-tion un diamètre de

_3,5

mm

_{(fig, 1).}

Le courant total extrait est limité seulement _{par le diamètre de} l’orifice

d’extraction. Nous avons cherché à _comparer

l’émis-sion

_ionique

et

_{électronique}

d’une telle source

FIG. 1.

En

_premier

lieu on

_{s’aperçoit}

_que le courant

élec-tronique

total extrait est

_{pratiquement indépendant}

de la tension

_{d’extraction,}

les autres

_paramètres

étant

fixes. Comme pour les

ions,

l’élévation de la tension

_Va

ne

joue qu’un

rôle

_focalisant,

_permettant

d’annuler,

à

partir

d’un certain

_seuil,

la

_partie

nuisible du

fais-ceau

_qui

tombe sur l’électrode d’extraction. Ce courant

total est

_{important :}

avec un trou de 0 =

0,5

mm nous avons _pu obtenir I = 420 mA pour un arc de 3

_A,

et une induction de 4 kG. seulement

_{( fig.}

_2),

la

tension d’extraction étant de 10 kV. Nous étions

limi-tés dans cette recherche des forts courants _par

l’in-fluence du refroidissement de la

_{cible, prévu}

seulement pour évacuer une

_puissance

_{moyenne de 1} kW. Avec

le trou de 0 =

0,5

mm

_(s

_#

0,2 mm 2)

et un diamètre

de la cuvette de

_3,5

mm

_(s

_#

10

mm2),

les densités

électroniques

sont

_{respectivement}

voisines de 200

_A/cm2

et 4

_A/cm2

sans

dépenser

_{pour cela des}

puis-sances

_{prohibitives :}

300 _{Watts pour}

_l’arc,

200 Watts

pour le

chauffage

du

filament,

200 Watts pour le

champ magnétique,

soit

_0,7

kW au total. Tout le

cou-rant émis

_pourrait

être recueilli sur le

_récepteur

_pour

Vo

== 25 kV fournissant _une

puissance

utile

supérieure

à 10 kW.

Or le courant émis croît avec

_B,

avec

_{Iarc et}

avec le

diamètre 0 du trou d’extraction. Avec un

_système

de

pompage

suffisant,

permettant

d’amener 0 à 1 _mm,

une alimentation d’arc

_{plus puissante (I}

arc N 5

_A)

et une cible convenablement

_refroidie,

on _pourra

obte-nir des courants de

_quelques

_ampères.

Le facteur

_important

à considérer

_ici,

_{pour comparer}

avec les cathodes

_classiques

utilisées dans les canons à

forte

_puissance,

est l’émission

_spécifique

de la surface du

_plasma

située dans la cuvette d’extraction et

_qui

joue

le rôle de cathode : 4

_Ajcm2

avec une source très

modeste,

valeur

_qui

_pourrait

être

_portée

facilement

à 10 ou 15

_{A/cm 2}

dans des sources

_{plus importantes}

(les

cathodes de

_tungstène

sont utilisées dans les canons

à forte

_puissance,

en

_métallurgie

_{pour la fusion} ou la

soudure,

avec _{des émissivités de 1 à}

_1,5

_A/cM2

au

maximum,

si on veut obtenir une durée de vie

accep-table).

Le

_problème

de durée de vie ne se _{pose pas}

_ici,

il suffit de calibrer convenablement le filament de l’arc. L’étude du

_spectre

de vitesses des électrons ainsi émis nous a fourni les résultats suivants : les électrons

ont à la sortie du

_plasma

une _{vitesse moyenne}

_{Vm qui}

croît avec

et

avec

_B,

et de l’ordre de 15 à 25

_{volts ;}

la

_largeur

du

_spectre

est de l’ordre de 10 volts

_{(fig. 3),}

213

FIG. 2.

FIG. 3.

Le

_{duoplasmatron}

_pourrait

donc être utilisé comme

canon

_{électronique}

à forte émissivité dans les instal-lations de

_chauffage,

fusion ou

_usinage

sous vide.

Lettre reçue le 25

septembre

1962.

BIBLIOGRAPHIE

[1]

BECHERER

_(R.),

GAUTHERIN

_(G.)

et SEPTIER

_(A.),

J.

_Physique

_{Rad., 1962, 23,121 A/128}

A.

UTILISATION

DU

SÉPARATEUR

D’ISOTOPES D’ORSAY POUR

L’ÉTUDE

DES

RÉACTIONS

DE SPALLATION Par N.

_POFFÉ,

G. ALBOUY et M.

GUSAKOW,

I. Introduction. - Les

expériences

que nous avons

réalisées à l’aide du

_séparateur

_d’isotopes

_{d’Orsay [1]}

ont _{pour but essentiel la détermination des} sections efficaces de réactions

_(p,

_xn).

Comme dans le cas de la

_plupart

des autres réactions de

_spallation,

la

_séparation

_{électromagnétique}

est

actuellement la seule méthode

_permettant

d’obtenir

systématiquement

un

_grand

nombre de résultats. En

effet,

à des

_énergies

incidentes

_supérieures

à

_quelques

dizaines de

_{mégaélectron-volts,}

il se forme en

_général

un

_{trop grand}

nombre

d’isotopes

_pour

_que

leurs

pro-priétés

radioactives seules

_permettent

de les

_séparer.

p

Étant

donné

l’incertitude

sur le

rendement

de la

source

_d’ions,

et la variation de ce rendement d’unie

expérience

à

_l’autre,

nous avons

_effectué,

_{par les}

méthodes _que nous allons brièvement

_décrire,

des

mesures relatives. La normalisation des valeurs

rela-tives s’effectue par l’intermédiaire d’un des

isotopes

formés _pour

_lequel

la

_période

ou un

_rayonnement

caractéristique

permet

la détermination absolue des sections efllcaces. Cet

_isotope

sert alors de momteur

interne.

II. Production des ions. - Nous

avons étudié les réactions

_{(p, xn)}

sur

l’or,

et une étude est actuellement en cours sur le lanthane. Les

_séparations

ont donc

porté

sur

Hg

et Ce. Dans le cas de

_l’or,

irradié sous

forme

_métallique,

l’extraction du mercure se fait

sim-plement

par volatilisation. Les feuilles d’or irradiées

sont introduites dans des

_capsules

de

_molybdène

et ces

capsules

chauffées à environ 800 °C

dans

un four situé

-à la

_partie

inférieure de la source d’ions. Cette

tempé-rature est _{nécessaire pour extraire} avec un rendement

suffisant le mercure formé dans la masse de l’or. Les

autres éléments formés en

_quantités

non

_{négligeables}

par réactions nucléaires dans l’or

(Au, Pt, Ir, Os)

ne

sont _{pas extraits} à cette

_{température.}

Dans le cas de l’étude du

lanthane,

le cérium formé

par les réactions

(p,

xn)

ne

_peut

être volatilisé sélec-tivement. Il est extrait

_chimiquement

des cibles et

mis sous forme de chlorure Ce

_C’3

_volatil.

_Quelques

milligrammes

de cérium naturel servant d’entraîneur

chimique

permettent

de voir le passage de Ce

CI,

dans le

_séparateur.

Une très faible

_quantité

de tétrachlorure

de

carbone,

introduite par une fuite

réglable

dans la

source d’ions

_pendant

toute la

_séparation,

améliore le rendement d’extraction.

La durée effective de

_séparation

est d’environ 30 s.

pour le mercure et de l’ordre de

_cinq

minutes _{pour le} cérium. Ceci nous a

_conduits

à introduire l’échantillon

dans la source d’ions

après

avoir effectué tous les

réglages.

La

_capsule

contenant l’élément à

_séparer

est

d’abord

_{entreposée, après}

avoir traversé un _{sas, dans} une

_région

froide

_proche

de la source d’ions.

_Puis,

la haute tension étant

_appliquée

et tous les

_réglages

ter-minés,

cette

_capsule

est

_poussée

dans le four par un

système

de commande à distance. Il faut noter

_que,