- Email: [email protected]
Production d'un faisceau de Fe− par pulvérisation cathodique dans une source penning
NUCLEAR
INSTRUMENTS
PRODUCTION
AND
I I2
METHODS
(i973) 607-609; ©
NORTH-HOLLAND
PUBLISHING
CO.
D'UN FAISCEAU DE Fe- PAR PULVI~RISATION CATHODIQUE DANS UNE SOURCE PENNING
M. D U M A I L
et G . C H A U L A N D
LOTTET
lnstitut de Physique Nucldaire, Orsay, France R e c e i v e d 4 A p r i l 1973
An intrinsic disadvantage of ion sources with cathodes (sputtering) has been used for production of negative iron ions. En c o l l a b o r a t i o n avec le g r o u p e M. M a u r e t t e ( C S N S M ) et p o u r une exp6rience de c o s m o p h y s i q u e (calibration p o u r la d & e r m i n a t i o n de l ' a b o n d a n c e des ions F e r dans le r a y o n n e m e n t c o s m i q u e p a r la m 6 t h o d e des traces de particules nucl6aires) nous avons d6velopp6 une source p o u v a n t f o u r n i r des ions F e - . L a quantit6 d ' i o n s d e m a n d 6 e p o u r c h a q u e irradia-
tion 6tait de l08 /t 1012 particules/cm 2, ce qui nous a sembl6 n6cessiter un faisceau F e - incident p o u r la machine r6glable de 10 -1° b. 10 - 9 A. N o u s devions aussi avoir une dur6e de vie de plusieurs dizaines d'heures. D i s p o s a n t d ' u n e source type P e n n i n g - H e i n i c k e * sans four, nous avons essay6 la possibilit6 de p r o d u i r e des ions F e - p a r pulv6risation cathodique.
__10-9
* E. Heinicke and H. Baumann, Penning ion source for MP accelerator, NIM 74 (1969) 229. Kr~
@ __1-10 Kr2+
--tO-6
o~_ t~ol~ H-
@
~19-7 M= 69
Fig. 1. Ions n6gatifs extraits dans le plan de sym6trie de la source (version 1).
Fe-
Kr3+
~10-8
__10-9
2 ¸,
OF-
0'÷ ~4,,I. --10-9 280"
__10-10
~0-
(zfel-
cH+ t
--10-19
__3,10-11~
j
Fig. 2. Ions n6gatifs extraits dans la version "excentr6e" (no. 2). 607
kJ
Fig. 3. Ions positifs extraits (version 2).
608
M. D U M A I L
ET G. C H A U L A N D
Les essais ont 6t6 conduits sur un banc d'essai semblable /t la plate-forme de source du tandem, j u s q u ' a u point de focalisation apr6s l ' a i m a n t , / t l'entr6e du tube de pr6acc616ration. Les courants ont 6t6 mesur6s/t cet endroit-l~t. N o u s avons fait fonctionner la source en k r y p t o n et les courants d ' i o n s F e - obtenus sont les meilleurs possibles en ajustant les param~tres de la source. Le c o u r a n t extrait cro~t avec la tension anode/cathode, mais nous avons 6t6 limit6s ~ 1,25 kV /t cause du refroidissement insuffisant des cathodes. A cette tension de d6charge, et ~t la pression optimale de krypton, l'intensit6 de la d6charge 6tait de 15 m A et le c h a m p magn6tique de source de 0,1 T. Dans une premi6re version de la source, nous avons extrait ~t 6gale distance (14 mm) des deux cathodes un courant de ~ 5 x 10 -1° A. On a ouvert la source apr6s
LOTTET
30 h de fonctionnement et on n ' a observ6 aucune trace d'usure ni de d6p6ts. D a n s une deuxi6me version, l'extraction a 6t6 excentr6e, nous avons extrait/~ ~ 10 m m de la cathode la plus proche, nous avons obtenu de 5 ~t 9 x 10 - 9 A. Darts cette version, nous avons fonctionn6 100 h. A u bout de ce temps-15., le c o m p o r t e m e n t de la source 6tait toujours satisfaisant, mais le courant rdduit /~ 3 × 1 0 - 9 m e t au ddmontage nous avons observ6 que les cathodes 6taient us6es sur une profondeur de 6 mm. Le spectre de masse O correspond au travail en version O- Le rapport ive-/io-= 5 a 6t6 conserv6 pendant la dur~e de l'exp~rience. L'oxyg6ne 6tait le gaz pr6c6demment utilis6 et nous avions conserv6 le mSme robinet d'alimentation pour la source. Le spectre O a 6t6 fait apr6s 90 h de fonctionnement
Fig. 4. Traces obtenues dans un 6chantillon de quartz et un de mica.
PRODUCTION D ' U N FAISCEAU DE F e -
en version ®. L a source 6tait m o i n s p r o p r e dans cette exp6rience iF~-/io-=2 seulement, et on note la pr6sence de fluor qui peut ~tre expliqu6e p a r un n e t t o y a g e de la source avec d u ~ Fr6on 1 !3 )) ou p a r une fuite de ce mEme ~( F r d o n 113 )~, qui sert de fluide de refroidissement p o u r la source. Le spectre de masse des c o u r a n t s positifs a ~t6 fait lors de l'exp6rience en version ® apr6s 80 h de fonctionnement. Les masses non identifi6es peuvent 8tre des C x H y p r o v e n a n t de l'huile ou des j o i n t s (m = 69 p e u t ~tre C5H9). Puis, nous avons m o n t 6 cette source sur le t a n d e m qui f o n c t i o n n a i t ~. 6 MV. P o u r un c o u r a n t de 1,3 x 1 0 - 9 A mesur6 au p o i n t objet du t a n d e m lui-m~me (c'est-~t-dire apr6s le tube de
609
prdacc616ration) nous avons mesur6 4,5 x 10-1°A en Fe ~° + au p o i n t image de l ' a i m a n t analyseur et la m~me valeur sur la cible apr6s la c h a m b r e d ' i r r a d i a t i o n , situ~e apr6s l ' a i m a n t d'aiguillage. Ces valeurs nous ont permis, en faisant varier le c o u r a n t de F e 1°+ de 2 /t 4 x 10-1°A de fournir les flux demand~s (10 s particules/cm z i~ 10 t2 particules/cm 2) en i r r a d i a t i o n s de 1 s / t ,,~1 h. L a fig. 4 m o n t r e les traces obtenues dans les 6chantillons de q u a r t z et de mica. N o u s tenons b. remercier bien vivement N. Olier qui nous a aid6s dans les mesures et J. C. Le Scornet p o u r sa p a r t i c i p a t i o n aux essais sur le t a n d e m et le dessin des spectres.
INSTRUMENTS
PRODUCTION
AND
I I2
METHODS
(i973) 607-609; ©
NORTH-HOLLAND
PUBLISHING
CO.
D'UN FAISCEAU DE Fe- PAR PULVI~RISATION CATHODIQUE DANS UNE SOURCE PENNING
M. D U M A I L
et G . C H A U L A N D
LOTTET
lnstitut de Physique Nucldaire, Orsay, France R e c e i v e d 4 A p r i l 1973
An intrinsic disadvantage of ion sources with cathodes (sputtering) has been used for production of negative iron ions. En c o l l a b o r a t i o n avec le g r o u p e M. M a u r e t t e ( C S N S M ) et p o u r une exp6rience de c o s m o p h y s i q u e (calibration p o u r la d & e r m i n a t i o n de l ' a b o n d a n c e des ions F e r dans le r a y o n n e m e n t c o s m i q u e p a r la m 6 t h o d e des traces de particules nucl6aires) nous avons d6velopp6 une source p o u v a n t f o u r n i r des ions F e - . L a quantit6 d ' i o n s d e m a n d 6 e p o u r c h a q u e irradia-
tion 6tait de l08 /t 1012 particules/cm 2, ce qui nous a sembl6 n6cessiter un faisceau F e - incident p o u r la machine r6glable de 10 -1° b. 10 - 9 A. N o u s devions aussi avoir une dur6e de vie de plusieurs dizaines d'heures. D i s p o s a n t d ' u n e source type P e n n i n g - H e i n i c k e * sans four, nous avons essay6 la possibilit6 de p r o d u i r e des ions F e - p a r pulv6risation cathodique.
__10-9
* E. Heinicke and H. Baumann, Penning ion source for MP accelerator, NIM 74 (1969) 229. Kr~
@ __1-10 Kr2+
--tO-6
o~_ t~ol~ H-
@
~19-7 M= 69
Fig. 1. Ions n6gatifs extraits dans le plan de sym6trie de la source (version 1).
Fe-
Kr3+
~10-8
__10-9
2 ¸,
OF-
0'÷ ~4,,I. --10-9 280"
__10-10
~0-
(zfel-
cH+ t
--10-19
__3,10-11~
j
Fig. 2. Ions n6gatifs extraits dans la version "excentr6e" (no. 2). 607
kJ
Fig. 3. Ions positifs extraits (version 2).
608
M. D U M A I L
ET G. C H A U L A N D
Les essais ont 6t6 conduits sur un banc d'essai semblable /t la plate-forme de source du tandem, j u s q u ' a u point de focalisation apr6s l ' a i m a n t , / t l'entr6e du tube de pr6acc616ration. Les courants ont 6t6 mesur6s/t cet endroit-l~t. N o u s avons fait fonctionner la source en k r y p t o n et les courants d ' i o n s F e - obtenus sont les meilleurs possibles en ajustant les param~tres de la source. Le c o u r a n t extrait cro~t avec la tension anode/cathode, mais nous avons 6t6 limit6s ~ 1,25 kV /t cause du refroidissement insuffisant des cathodes. A cette tension de d6charge, et ~t la pression optimale de krypton, l'intensit6 de la d6charge 6tait de 15 m A et le c h a m p magn6tique de source de 0,1 T. Dans une premi6re version de la source, nous avons extrait ~t 6gale distance (14 mm) des deux cathodes un courant de ~ 5 x 10 -1° A. On a ouvert la source apr6s
LOTTET
30 h de fonctionnement et on n ' a observ6 aucune trace d'usure ni de d6p6ts. D a n s une deuxi6me version, l'extraction a 6t6 excentr6e, nous avons extrait/~ ~ 10 m m de la cathode la plus proche, nous avons obtenu de 5 ~t 9 x 10 - 9 A. Darts cette version, nous avons fonctionn6 100 h. A u bout de ce temps-15., le c o m p o r t e m e n t de la source 6tait toujours satisfaisant, mais le courant rdduit /~ 3 × 1 0 - 9 m e t au ddmontage nous avons observ6 que les cathodes 6taient us6es sur une profondeur de 6 mm. Le spectre de masse O correspond au travail en version O- Le rapport ive-/io-= 5 a 6t6 conserv6 pendant la dur~e de l'exp~rience. L'oxyg6ne 6tait le gaz pr6c6demment utilis6 et nous avions conserv6 le mSme robinet d'alimentation pour la source. Le spectre O a 6t6 fait apr6s 90 h de fonctionnement
Fig. 4. Traces obtenues dans un 6chantillon de quartz et un de mica.
PRODUCTION D ' U N FAISCEAU DE F e -
en version ®. L a source 6tait m o i n s p r o p r e dans cette exp6rience iF~-/io-=2 seulement, et on note la pr6sence de fluor qui peut ~tre expliqu6e p a r un n e t t o y a g e de la source avec d u ~ Fr6on 1 !3 )) ou p a r une fuite de ce mEme ~( F r d o n 113 )~, qui sert de fluide de refroidissement p o u r la source. Le spectre de masse des c o u r a n t s positifs a ~t6 fait lors de l'exp6rience en version ® apr6s 80 h de fonctionnement. Les masses non identifi6es peuvent 8tre des C x H y p r o v e n a n t de l'huile ou des j o i n t s (m = 69 p e u t ~tre C5H9). Puis, nous avons m o n t 6 cette source sur le t a n d e m qui f o n c t i o n n a i t ~. 6 MV. P o u r un c o u r a n t de 1,3 x 1 0 - 9 A mesur6 au p o i n t objet du t a n d e m lui-m~me (c'est-~t-dire apr6s le tube de
609
prdacc616ration) nous avons mesur6 4,5 x 10-1°A en Fe ~° + au p o i n t image de l ' a i m a n t analyseur et la m~me valeur sur la cible apr6s la c h a m b r e d ' i r r a d i a t i o n , situ~e apr6s l ' a i m a n t d'aiguillage. Ces valeurs nous ont permis, en faisant varier le c o u r a n t de F e 1°+ de 2 /t 4 x 10-1°A de fournir les flux demand~s (10 s particules/cm z i~ 10 t2 particules/cm 2) en i r r a d i a t i o n s de 1 s / t ,,~1 h. L a fig. 4 m o n t r e les traces obtenues dans les 6chantillons de q u a r t z et de mica. N o u s tenons b. remercier bien vivement N. Olier qui nous a aid6s dans les mesures et J. C. Le Scornet p o u r sa p a r t i c i p a t i o n aux essais sur le t a n d e m et le dessin des spectres.