Source d'ions multicharges pour un cyclotron

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Submitted on 1 Jan 1960

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Source d’ions multicharges pour un cyclotron

A. Papineau, P. Benezech, R. Maillard

To cite this version:

A. Papineau, P. Benezech, R. Maillard. Source d’ions multicharges pour un cyclotron. J. Phys.

Radium, 1960, 21 (5), pp.410-411. �10.1051/jphysrad:01960002105041000�. �jpa-00236288�

410.

SOURCE D’IONS MULTICHARGES POUR UN CYCLOTRON

Par A. PAPINEAU, P. BENEZECH et R. MAILLARD,

Section de Physique Nucléaire à Moyenne Energie, ^{C. E.} N., Saclay.

Résumé.

On a réalisé une source d’ions constituée par ^une cathode de tungstène ^chauffée

indirectement par ^un filament classique ^{et par un} réflecteur de tungstène. ^{La tension arc a été} pulsée (2.10-2 s) ^en signaux carrés ; l’intensité de l’arc est de 40 A. Les essais effectués nous per- mettent d’estimer que le faisceau sorti de N5+ (énergie supérieure ^{à 100} MeV) ^sera supérieur ^{à 1} 03BCA.

Abstract.

We have built a ion source with a tungsten ^cathode indirectly ^heated by ^{a classi-}

cal filament. The arc voltage ^is pulsed ^{and the} intensity ^{is 40 A. The} preliminary ^{tests allow us}

to estimate that we shall obtain an external beam of N5+ of about 1 03BCA.

LE JOURNAL DE PHYSIQUE ET LE RADIUM TOME 21, ^MAI 1960,

On a réalisé une source d’ions à ^« cathode indi- recte » de même conception que celle du cyclotron

à ions lourds de Moscou [1].

Contrairement aux sources classiques ^de cyclo- tron, ^{la source d’ions} multichargés (fig, 1) ^{a une}

cathode constituée par ^un bloc de tungstène

FIG. 1.

Schéma de la source d’ions multichargés pour cyclotron.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphysrad:01960002105041000

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(0 = ¹⁰ mm ; 1

¹² mm) ^{chauff é à la} partie inférieure _par un filament de tungstène (0=2 mm). ^A l’autre extrémité du corps d’anode est placé ^{un autre bloc de} tungstène 0 ⁼¹² mm ;

l

30 mm) ^{mis au même} potentiel que la cathode et f ormant réflecteur. Chaque ^{bloc de} tungstène

est maintenu par ^une collerette mince de tantale

qui ^{est au contact} d’un bloc de cuivre refroidi.

Pour éviter des pertes latérales de chaleur, ^{la ca-}

thode et le réflecteur sont entourés par des man-

chons en tungstène ^non jointifs. ^{L’anode est en}

cuivre refroidi, la fenêtre d’extraction en graphite.

L’arrivée du gaz ^est faite par ^un tube inclus dans le corps d’anode ^et percé ^{de trous sur toute la lon-}

gueur de l’anode.

Une source d’ions de ce modèle a été essayée

dans des conditions similaires au fonctionnement dans- le cyclotron. ^{La source a été} placée ^dans

l’entrefer d’un aimant de 5 000 gauss. Pour déter- miner les différentes proportions d’ions multichar-

gés ^{on a} utilisé l’aimant (0 ^{= 700} mm) ^{du bâti} d’essai ^comme spectromètre ^{à 1800. Les ions}

extraits _par ^un potentiel ^de

^{20 kV se} délacent

à l’intérieur d’un dee et sont recueillis sur un collec- teur mobile au même potentiel.

En fonctionnement normal, le filament ( V

3 V ;

I ⁼ 150 A) ^émetteur d’électrons porte ^{la cathode}

à une température suffisante _pour qu’elle ^soit

émettrice d’électrons par l’intermédiaire d’une tension accélératrice ( V

^{1 200} V ; ^{I =} 1,3 A).

L’arc, ^{en se} développant, chauffe, par impact ^des ions, ^le réflecteur et la source fonctionne en fait

avec deux cathodes de grande ^{surface. En} appli- quant ^{entre cathode et anode une} tension continue d’arc (300 V, 10 A) ^{on a vérifié} [1] que le nombre des ions multichargés (N4+ par exemple) ^croissait exponentiellement ^avec l’intensité de l’arc.

Afin d’obtenir des intensités d’arc plus ^élevées (40 A) ^{et d’éviter un} emballement de l’arc, ^{on a} pulsé ^son alimentation [2]. ^{Pour un courant total}

d’ionisation identique, ^la production d’ions mul-

tichargés ^{s’est accrue. Par} exemple, pour ^{un arc} de 10 A moyen les résultats ^sont les suivants (la

f enêtre d’extraction étant de 3/1.0 ^{mm X 20} mm) :

On voit que, pour ^une intensité moyenne iden-

tique, ^{dans le cas d’un arc} pulsé, ^les proportions

de N2+ et de N3+ sont identiques ^et que ^les ions N 3+ et N4+ sont 10 et 15 fois plus ^abondants.

Les résultats obtenus avec des arcs pulsés ^de

différentes intensités sont résumés dans le tableau

VARIATION DES CHARGES EN FONCTION DE L’INTENSITÉ

TENSION ARC PULSÉE

ci-dessus. De même, ^les variations des propor- tions d’ions multichargés ^en fonction du débit gazeux ^sont résumées dans la figure ^{2. On voit}

que l’optimum ^{est obtenu avec un} débit gazeux de l’ordre de 1 cm3/minute.

L’essai d’une telle source nous a montré en fonc- tionnement ^une très grande ^{stabilité de l’arc et}

une possibilité simple ^de réglage ^{de son intensité} (par ^variation de la durée des impulsions).

FIG. 2.

Variation des charges ^en fonction du débit gazeux.

Des comparaisons effectuées dans le bâti d’essai

avec une source classique ^de cyclotron ^nous per- mettent d’espérer, ^au cyclotron ^de Saclay, ^{un fais-}

ceau sorti de N5+ (E ^{= 140} MeV) ^de quelques micro-ampères, ^{en utilisant une} fente d’extraction de 2 mm x 25 mm. D’autre part, l’ionisation de gaz ^rares (Ne ^et A) ^à des états de charge ^élevés (environ 8) peut donner des faisceaux non né-

gligeables.

BIBLIOGRAPHIE

[1] ^MOROSOV (P. M.), ^MAKOV (B. H.) ^{et IOFFE} (M. C.), ^Atom-

naia Energia, 1957, 2, ^272-275. [2] ^MAILLARD (R.), ^BENEZECH (P.) ^{et PAPINEAU} (A.), ^Onde

électrique (à paraître).