Brevet FR2319194A1 — publié le 19770218

La présente invention concerne une source d'ions de masse élevée, notamment d'ions d'oxyde d'uranium U02. On sait qu'il est nécessaire1 dans de nombreuses applications, de créer des sources d'ions de forte intensité, ces ions étant de masse élevée telle que par exemple les ions contenant de l'uranium, entre autres l'oxyde d'uranium U02. En effet, ces sources d'ions contenant de l'uranium peuvent être utilisées, à condition qu'elles soient d'intensité suffisante, pour des procédés de séparation isotopique dans lesquels la séparation est réalisée à partir de l'uranium à l'état de composé ionique. Comme on le verra par la suite, la source d'ions selon l'invention permet d'obtenir des faisceaux d'ions de masse élevée et de densité de courant relativement élevé de o 2 1tordre de plusieurs mA/cm La source d'ions selon l'invention comprend une source d'ions primaires, par exemple des ions d'argon créés par un moyen quelconque tel que le chauffage à haute fréquence, une boîte d'échange de charge dont l'entrée est alimentée par ladite source d'ions primaires, cette boite délivrant en sortie un jet atomique ou moléculaire des éléments correspondant à la neutralisation au moins partielle des ions primaires, une cible interceptant le jet moléculaire de sortie de la boite d'échange de charge, cette cible contenant le composé à partir duquel on veut créer le faisceau d'ions de masse élevée et enfin une électrode au voisinage de la cible portée à un potentiel positif. Le faisceau primaire neutralisé, lorsqu'il bombarde la surface de la cible arrache des ions à cette cible, ces ions étant extraits de la cible par un potentiel d'extraction imposé sur l'électrode au voisinage de la cible. L'avantage déterminant qui est d'utiliser un jet moléculaire (ou atomique) neutre ou au moins partiellement neutralisé est de supprimer le phénomène de charge d'espace qui a lieu lorsqu'on bombarde la cible avec un faisceau d'ions tel que par exemple dans les procédés de pulvérisation cathodique de type classique. L'existence de cette charge d'espace empêche les ions du faisceau primaire d'arriver avec un flux important sur la surface de la cible, ce qui entraîne une diminution concomitante de l'intensité du flux émis par cette même cible créant le flux d'ions de masse élevée, objet de l'invention. Le faisceau utilisé est ainsi, soit constitué de particules neutres, soit un faisceau mixte de neutres et d'ions avec une proportion d'ions qui peut être variable suivant la nature du corps. Dans une vvariante de réalisation préférentielle de l'invention, on place au voisinage de la cible une grille portée à un potentiel négatif, ce qui permet d'accélérer et d'orienter les ions vers la sortie de la chambre ot est disposée la cible. La boîte d'échange de charge ot s'effectue la neutralisation du faisceau d'ions primaires est de type classique, tel que décrit par exemple dans l'ouvrage de M. DEVIENNE : "Jet-moléculaire de haute et moyenne énergie" que l'on consultera avantageusement pour étudier le fonctionnement de la boite d'échange de charge. Dans le cas où l'on veut éliminer les ions primaires à la sortie de la boite d'échange de charge, on place avantageusement des plaques de déflexion des ions primaires qui sont des électrodes portées à un potentiel tel qu'ils collectent ou déflécllissent suffisar.anent les ions primaires pour que ceux-ci n'arrivent pas sur la cible, les neutres constituant le faisceau ou jet moléculaire n-'étant pas modifiés par la présence de ces plaques de déflexion. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux après la description qui suit d'un exemple de réalisation donné à titre explicatif et nullement limitatif en référence à la figure annexée sur laquelle on a représenté une source d'ions selon l'invention. Sur la figure unique représentant un mode de réalisation de la source d'ions selon l'invention, la cible 2 est constituée par exemple, par de l'oxyde d'uranium U02. La cible 2 est entourée par une électrode de forme cylindrique 4 portée à la haute tension par une alimentation 6. La source d'ions primaires 8 de type connu est par exemple une source d'ions primaires haute frEauencey entoyart un faisceau d'ions chargés (argon par exemple) dans une boîte d'échange de charge symbolisé en 12. Le détail de réalisation de cette boite d'échange de charge n'est pas représefité, ce type de boite étant bien connu de l'homme de l'art. En sortie de la boite d'échange de charge, le faisceau 14 est un faisceau au moins partiellement neutralisé attaquant après passage à travers une ouverture 16 du cylindre 4, la cible 2 sous un angle 6. Sous l'action de ce jet atomique (ou moléculaire), des ions sont arrachés à la cible, ces ions créant le jet désiré représenté en 18. Pour modifier la focalisation de ce jet, on peut utiliser les lentilles de focalisation telles que 20 alimentées par une alimentation 22. Dans le mode de réalisation de l'invention représenté sur la figure, on dispose au voisinage de la cible 2 une grille 24 portée à un potentiel négatif par l'interme- diaire de la source de haute tension négative 26. L'élimination des ions primaires résiduels apres traversée de la chambre d'échange des charges s'effectue par l'intermédiaire de plaques de déflexion 28 si cela s'avère nécessaire. Dans un exemple de réalisation, l'électrode de forme cylindrique 4 est portée à 5000 V. L'angle e est de 600, le faisceau 18 étant émis sensiblement perpendiculairement à la cible 2. Le jet moléculaire 14 est par exemple un jet moléculaire d'argon (ou de tout autre corps neutre ayant une masse suffisante et dont l'énergie cinétique est comprise entre 500 et 1500 eV). On obtient suivant les conditions d'attaque du faisceau atomique primaire sur la cible 2 un taux d'émission ionique secondaire qui peut être voisin de l'unité ou même supérieur. Dans cet exemple de réalisation, on a bombardé la cible 2 par un jet d'argon correspondant à 5 mA d'ions par cm d'énergie au voisinage dde 5 KeV (énergie particulaire des atomes d'argon du faisceau 14). Dans ces conditions, et grâce au dispositif représenté sur la figure, il a été possible d'obtenir des intensités de l'ordre de plusieurs mA/cm2 pour le faisceau d'oxyde d'uranium ionisé 18. Le cylindre 4 utilisé a 8 cm de diamètre, le jet moléculaire 14 ayant entre 5 et 30 mm de diamètre. L'ensemble du dispositif est placé dans une enceinte (non représentée)où l'on a réalisé un vide conveniible pour éviter les phénomènes parasites de collision des faisceaux avec les gaz contenus dans l'enceinte. L'intensité du faisceau d'ions émis pa la cible 2 dépend du rayon du cylindre 4 de la disposition de la cible et bien entendu de la cible elle-même dont les caractéristiques physiques et chimiques sont de grande importance pour l'intensité du faisceau 18, notamment le taux d'émission secondaire ionique de la cible et également l'énergie du bombardement. Lorsque par bombardement moléculaire sur la cible on obtient des ions négatifs, il est alors nécessaire de porter l'électrode 4 à un potentiel négatif. REVENDICATIONS 1. Source d'ions de masse élevée, notamment d'ions d'oxyde d'uranium U02, caractérisé en ce qu'elle comprend - une source d'ions primaires, - une bolte d'échange de charge dont l'entrée est alimentée par ladite source d'ions primaires, délivrant en sortie un jet moléculaire ou atomique primaire au moins partielle ment neutralisé, - une cible interceptant ledit jet primaire de sortie de la boîte d'échange de charge, - une électrode au voisinage de la cible portée à un potentiel positif par rapport à cette cible. 2. Source d'ions selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite électrode est constituée par un cylindre relié à une source de potentiel positif, ledit cylindre entourant ladite cible et étant percé de deux ouvertures, une ouverture par où pénètre ledit jet moléculaire (ou atomique) et une ouverture en regard de la cible par ot s'échappe un jet d'ions de masse élevée créé par impact du jet primaire sur la cible. 3. Source d'ions selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'il comprend de plus des plaques de dé flexion des ions primaires situés autour dudit jet moléculaire à la sortie de la boîte d'échange de charge. 4. Source d'ions selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comprend de plus une grille portée à un potentiel négatif et disposée devant ladite cible. 5. Source d'ions selon l'une quelconque des revendications 2 à 3, caractérisée en ce qu'elle comprend de plus des lentilles de focalisation placées de part et d'autre du jet d'ions en sortie dudit cylindre. 6. Source d'ions selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le jet moléculaire (ou atomique) en sortie de la boîte d'échange de charge fait un angle aux environs de 600 avec la normale à ladite cible.