Brevet FR2264581A1 — publié le 19751017

La présente invention concerne un procédé de création dtun courant d'ions d'intensité élevée, utilisé notamment pour la génération de courants d'ions d'uranium et de ses composés. On sait que la création de sources d'ions d'intensité élevée est indispensable dans un grand nombre de procédés de séparation isotopique, tels que les procédés de séparation par spectrographie de masse, ou le procédé décrit dans le brevet ND EN 74 05943 du 21 février 1974. Ces sources d'ions d'intensité élevée sont nécessaires pour une production importante d'uranium 235 à partir d'un mélange isotopique d'uranium naturel, ou d'un mélange d'uranium appauvri. Les procédés utilisant un filament chauffé, connus dans l'art antérieur, ne produisent pas des courant d'ions suffisamment élevés pour atteindre une productivité convenable ; d'autre part, les problàmes liés à la charge d'espace au voisinage des filaments chauffés entraînent une baisse de rendement de ce type d'appareil. La présente invention a pour objet un procédé de création d'un courant d'ions d'intensité élevée, pouvant dépasser plusieurs dizaines d'ampères et opérant en continu, ce qui est un avantage marqué pour la production de grandes quantités d'uranium 235 ou de tout corps dont la filière radio-active est intéressante et qui doit être fabriqué en quantité importante. De plus, par rapporta~ système et procédé de l'art antérieur, le procédé de l'invention crée des courants d'intensité élevée pour un coût relativement faible. Plus précisément, le procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'on crée un jet-de molécules neutres de grande intensité et en ce qu'on envoie ce jet moléculaire sur une surface métallique S ; la normale à cette surface métallique#est inclinée par rapport à la direction du jet molécu-laire , à 450 par exemple, ce qui fait que le jet d'ions émis par ladite surface forme un angle sensibloment droit avec ladite surface. C'est en effet dans cette direction que l'intensité ionique de rémission est la plus importante.Selon l'invention le travail de sortie de la surface métallique S est choisi de l'ordre de, ou supérieur au potentiel dtionisation des molécules du jet molé culaire ; on accèlère les ions formés, par impact des molécules neutres sur ladite surface en portant la surface métallique à un potentiel positif. La surface S portée à un potentiel positif repousse les ions chargés positivement et diminue ainsi la charge d'espace au voisinage de la surface S due à l'accumulation des ions, qui nuirait à une bonne élimination des ions créés à partir du jet moléculaire sur cette surface. Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention,la surface S est chauffée par passage d'un courant électrique le dans/mtéoeiau de la surface S. Ce chauffage de la surface S a pour but de la dégazer, ce qui a pour effet d'entretenir en permanence un bon état de la surface S, c'est-à-dire de ne pas faire varier dans de grandes proportions le travail de sortie. Par chauffage et lente évaporation,on a en permanence une surface propre sur laquelle les molécules des composés d'uranium ont une durée de séjour très courte. Plusieurs méthodes sont utilisées pour créer le jet moléculaire de haute intensité. Selon un mode de réalisation de lwinventionson utilise un four chauffé à haute température dans lequel est contenu le gaz de molécules neutres. Ce four est percé d'une ouverture qui le elie à une ceinte à dassS pression i, sortie de l'enceintet sont posées laquelle contient la surface S. i des électrodes accélératrices. Les molécules chauffées dans le four s'en échappent par l'ouverture et engendrent dans#l'enceinte E le jet moléculaire. Selon un perfectionnement du mode de réalisation précédent ,on forme un jet moléculaire que l'on accélère par la méthode Kantrowitz- Grey (rev. SCI. INST. 22 Mai 195t, page 328). Dans cette méthodetle jet moléculaire est accéléré aérodynamiquement par un ensemble de tuyères et d'écréteurs. Le jet moléculaire de Kantrowitz-Grey a une grande intensité et une énergie cinétique plus importante que les jets moléculaires sortant d'un four, sans accélération aérodynamique. Selon l'invention, le matériau- constituant la surface S est du tungstène, de l'oxyde de tungstène, du platine ou des oxydes de platine. Ces corps ontun travail de sortie voisin ou supérieur à 6 électrons volt. L'énergie nécessaire pour l'ionisation de l'uranium est voisine de 4 électrons volt et est, par conséquent inférieure au travail d'extraction, du tungstène par exemple. Au contact de la surface S, toutes les molécules (ou une fraction voisine de I des molécules) frappant cette surface sont transformées en ions. Selon l'invention, on constitue le jet moléculaire par des molécules d'oxydes d'uranium, au d'hexafluorure d'uranyle, ou de tétraiodure d'uranium Le faisceau d'ions, après création sur la surface S peut être concentré par une optique comportant une pluralité d'électrodes dans le but d'obtenir des fortes densités de courant. Le procédé selon l'invention permet de transformer en ions, les atomes -et les molécules envoyés sur un ruban de tungstène dont la surface est importante et qui reste en permanence actif. il est possible d'obtenir des intensités de courant considérables, de l ordre de l'ampère ou plus, les ions étant porteurs d'une ' une seule charge. thermiques Avec des jets moléculaires/on obtient des intensités de courant de l'ordre de 50 milliampères et, en utilisant la méthode Kantrowitz-Grey comportant une tuyère hypersonique,des courants atteignant une dizaine d'ampères, Enfin, avantage supplémentaire, le procédé de l'invention ne consomme pas une quantité d'électricité très importante L'alimentation isolée d'un ruban de tungstène par exemple absorbe environ 1 kW et l'extraction absorbe au maximum une énergie de l'ordre de 1 kW par dizième d'ampère. D'autre part, la source d'--ionisation est facilement démontable et a l'avantage d'être économique Le ruban constituant la surface S est porté à un potentiel compris entre 100 et plus de 10 000 volts. Il va de soi que les électrodes accélératrices sont disposées de part et d'autre du trajet des ions créés par impact sur la surface S. D'autres caractéristiques et avantages de l ' invention apparaitront mieux après la description qui suit d'exemples de réalisation donnés à titre exp#licatif et nullement limitatif en référence aux figures annexées sur lesquelles on a représenté - sur la figure I un mode de réalisation du procédé selon l'invention, - sur la figure 2, une variante de réalisation de l'invention, selon laquelle le faisceau de molécules est créé par la méthode de Kantrowitz-#rey. Sur la figure 1 , on a représenté un mode de réalisation du procédé de l'invention comprenant un four 2 contenant les molécules de gaz à ioniser en 4. Le gaz chauffé s'échappe par le conduit 6 pour former le jet moléculaire 8 qui vient frapper la surface S, en tungstène par exemple. Cette surface est placée dans l'enceinte E munie de moyens de pompage 10. La surface S est portée à un potentiel positif 12 et est chauffée par un courant créé par la source de tension t4 branchée entre deux extrémités de la surface S.Les ions créés sous l'influence du jet moléculaire 8 sur la surface S sont expulsés de ladite surface perpendiculairement à celle-ci pour former le faisceau 16. Ce faisceau s'échappe de ltenceinte E par l'ouverture 18 et est concentré par une série d'électrodes telles que 20 portées à des potentiels négatifs croissant en valeur absolue par l'intermédiaire d'une borne 22 et des résistances telles que 24. Le diaphragme 26 excrète le faisceau. Sur la figure 2, on a représenté une variante du procédé de création du jet moléculaire selon lequel on utilise une tuyère convergente divergente 28 (méthode de Kantrowitz-Grey) à la sortie du four 2,ce qui donne un jet moléculaire 30 plus intense. Par cette méthode on obtient des jets moléculaires dont la densité peut atteindre 1020 molécules/secdnde. REVENDICATIONS 1. Procédé de création dZun courant d'ions d'intensité élevée, utilisé notamment pour la génération de courants d'ions for mess'ions uranium ou de composés druranium,caractérisé en ce qu'on~ crée un jet de molécules neutres de grande intensité, en ce qu'on envoie ledit jet moléculaire sur une surface métallique S dont la normale est inclinée par rapport a la direction du jet moléculaire, le travail de sortie du matériau constituant ladite surface métallique étant de l'ordre de ou supérieur au potentiel d'ionisation des molécules du jet moléculaire, et en ce quton favorise l?expulsion des iqns formés par impact des molécules neutres sur ladite surface en portant la surface métallique à un potentiel positif. 2. Procédé selon-la revendication 1, caractérisé en ce qu'on chauffe la surface S 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 29 caractérisé en ce qu'on crée le jet moléculaire avec un four chauffé dans lequel les molécules destinées à former le jet sont à l'état gazeux, comportant une ouverture reliée à une enceinte à basse pression E contenant la surface S, ce qui fait que les molé- cules chauffées s'échappent du four par ladite ouverture pour engendrer dans l'enceinte E le jet moléculaire. 4. Procédé selon la revendication 3s caractérisé en ce qu'on accélère le jet moléculaire par la méthode de Kantrowitz Grey selon laquelle le jet moléculaire est accéléré aérodynamiquement par une tuyère. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on constitue la surface S en un matériau compris dans le groupe constitué par le tungstène, ltoxyde de tungstène, le platine, et l'oxyde de platine. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce quton constitue le jet moléculaire par les molécules d'un gaz choisi parmi le groupe comprenant les composés relativement volatils de l'uranium, les oxydes d'uranium, l'hexa- fluorure d'uranyle 7 et le tétraiodure d'uranium. 7. Procédé selon lune quelconque des revendications t à 6, caractérisé en ce qu'on concentre le faisceau d'ions par une optique électronique formée par une pluralité d'électrodes dans le but d'obtenir des fortes densités de courant en sortie.