Brevet FR2472194A1 — publié le 19810626

1.- 2472194 L'invention concerne un procédé pour la production de traces nucléaires ou de microtrous, obtenus à partir de traces nucléaires, d'un ion unique ou d'un nombre quelconque dénombrable d'ions provenant d'un accélérateur, par exemple d'ions lourds d'un accélérateur d'ions lourds, dans des solides, grâce au renforcement ou à 11affaiblissement du fais- ceau, avec diaphragmation des particules non-nécessaires. Le procédé proposé dans la présente invention concerne la fabrication de trous individuels extrême- ment fins, dans des feuilles organiques, des vetres et des cristaux diélectrique minces. Pour certaines applications, il faut fabriquer d'une manière reproductible des trous très fins, dont le diamètre devrait aller jusqu'à 0,01j", et qui, jusqu'à maintenant, ne pouvaient être réalisés. Il est en outre souhai- table d'avoir un rapport pouvant aller jusqu'à 1: 1000 entre le diamètre du trou et sa longueur. On peut fabriquer des trous individuels dans des feuilles, par des procédés mécaniques, par exemple avec un laser ou un faisceau électronique; on peut aussi utiliser une photolithographie ou une lithographie aux rayons X; enfin, on peut se servir de matériaux composites renforcés de fibres. On sait réaliser une membrane percée d'un trou unique à partir de feuilles de mica non-irradiées. On utilise pour cela le fait que le mica naturel contient quelques traces nucléaires latentes à travers l'uranium à fission spontanée, contenu dans ce mica à une faible concentration. Après attaque des feuilles de mica, on sélectionne une trace nucléaire conve- nable. Cependant, les traces nucléaires non-utilisées doivent être ultérieurement bouchées. Si l'on ne tient pas compte des autres procédés dans le cas desquels le rapport entre le diamètre du trou et sa longueur est d'au moins 1: 100, la technique des traces nucléaires ne permet que la fabrication de trous plus petits que 0,1 /1^. pour un rapport diamètre/longueur supérieur à 1: 1000. La liste ci-après présente les inconvénients que l'on rencontre lors de l'obturation de tous les autres trous des traces nucléaires près que l'on a recherché ou sélectionné un trou de trace nucléaire individuel et convenablement placé. 1.- Le diamètre du trou doit être suffisant pour en permettre la mise en évidence. 2.- 24721 94 2.- Il est extrêmement difficile de loca- liser, par la microscopie optique ou électronique, des trous individuels de moins de 1 _. 3.- Il est nécessaire d'effectuer une micromanipulation pour obturer les autres trous, par exemple à l'aide d'un adhésif. 4.- Si on se limite aux feuilles soumises à un rayonnement très mou, et dont la totalité de la surface ne contient, en moyenne statistique, qu'un seul trou, la disper- sion statistique rend nécessaire de soumettre à un contr8le de qualité chaque feuille prise à titre individuel, pour vérifier si elles contient 0 trou, 1 trou,.2 trous ou 3 trous. 5.- Il n'est pas possible de placer volon- tairement le trou au milieu de la feuille, ou au point le plus favorable de cette dernière. 6.- Il n'est pas possible de fabriquer simultanément plusieurs feuilles à trou unique. L'invention a ainsi pour but de créer un procédé permettant de produire, dans un corps solide, une trace nucléaire unique ou plusieurs traces nucléaires dénombrables, sans devoir effectuer une sélection à partir d'un grand nombre de traces. En outre, les traces nucléaires doivent pouvoir être appliquées en un point défini. L'invention concerne à cet effet un.procédé du type décrit ci-dessus, dans lequel on constate l'incidence d'une particule individuelle, après ou avant qu'elle ait traversé le solide, tout en empêchant simultanément, compte tenu de cette constatation, les éventuelles autres particules ayant traversé le diaphragme de traverser le solide. Le solide est, après son irradiation, soumis à une attaque par un procédé connu. De pré- férence, on utilise le signal indiquant le point d'incidence des particules et provenant d'un détecteur disposé en amont ou en aval de la cible pour détecter les particules individuelles et déclencher un processus d'arrêt. L'invention est caractérisée en ce que cet arr8t est déclenché par une première manoeuvre d'un dispositif d'arrêt rapide, valable pour la totalité du faisceau et disposé dans la partie molle dé ce dernier, cet arrêt étant suivi de la manoeuvre d'un autre commutateur, plus lent, disposé en aval du premier et servant à interrompre la partie du faisceau utilisée pour l'irradiation; enfin, on ouvre de nouveau le -3 _ 2472194 premier commutateur. L'invention a aussi pour but de créer un dispositif convenant tout particulièrement à la réalisation du procédé décrit ci-dessus: ce dispositif, dans le cas d'un accélérateur d'ions lourds dont le faisceau, après avoir traversé un diaphragme préliminaire, tombe sur le corps solide, consiste en ce que, selon l'épaisseur du corps solide, on a, en amont ou en aval de ce dernier, un détecteur de particules individuelles, détecteur par le signal duquel est déclenché un diaphragme électrostatique ou électromagnétique, jouant le r8le de premier commutateur rapide, et disposé dans la partie avant du trajet du faisceau, un deuxième commutateur, plus lent, disposé dans la partie arrière du faisceau, par exemple dans une coupelle de Faraday refroidie, étant actionné simultanément au premier, ou au bout d'un certain temps défini. Une réalisation préférée de l'invention consiste en ce que le premier commutateur peut de nouveau être déclenché en fonction du deuxième, le diaphragme préliminaire étant de préférence une membrane à trou unique déjà préparée au préalable, et possédant un microtrou. Le procédé selon l'invention permet ainsi de fabriquer en série, d'une manière particulièrement avantageuse, des membranes à trou unique, par exemple dans un faisceau secondaire non-utilisé au cours d'une expérience principale, ou dans un faisceau "de rebut" non utilisé, en aral d'une autre expérience de physique nucléaire. En outre, les inconvénients ou problèmes mentionnés précédemment sont supprimés. L'invention sera mieux comprise en regard de la description ci-après et du dessin annexé, qui représentent un exemple de réalisation de l'invention. La figure représente, d'une manière schéma- tique et simplifiée, la trajectoire 1 du faisceau d'un accéléra- teur d'ions lourds, ce faisceau allant dans la direction 4 et servant au dispositif selon l'invention, Le faisceau 1 comprend, dans sa partie molle, c'est-à-dire sa partie avant 2, et outre d'autres éléments ne présentant pas de caractère essentiel pour l'invention et ne faisant pas l'objet d'une description plus détaillée, tout d'abord un obturateur rapide 3, c'est-à-dire de préférence électrostatique ou-électromagnétique, mais qui ne peut cependant recevoir qu'une charge relativement faible. Dans 4.- 2472194! la partie arrière 5, plus rapide, du faisceau 1, et après plu- sieurs accélérations, déviations et réductions de section par un diaphragme, on a un autre obturateur 6, lent, de préférence une coupelle de Faraday refroidie, pouvant recevoir une charge considérablement plus élevée et qui peut absorber le faisceau 1 sur un temps plus long. En arrière de cet obturateur 6 se trouve, dans la direction 4, un diaphragme préliminaire 7, en contact immédiat avec l'échantillon 8 à irradier. Enfin, immédiatement après l'échantillon, on a un détecteur de particules 9, destiné à détecter les particules individuelles, mais qui peut aussi être disposé directement en avant de l'échantillon. Le procédé selon l'invention, qui peut être réalisé grâce au dispositif d'accélération décrit, fonction- ne comme suit, et est expliqué à l'aide d'un exemple de réalisation: 1. On découpe cinq feuilles d'environ 20 d'épaisseur, de forme circulaire, et on les introduit dans un évidement approprié d'un porte-échantillon 8, ce qui permet simultanément de les centrer. Un prédiaphragme 7, circulaire, - de diamètre approximatif 0,3 mm, définit la zone centrale et irradiable de la feuille. Le prédiaphragme et la feuille sont liés, simultanément et d'une manière inamovible, au porte- échantillons, à l'aide d'un anneau de serrage à encliquetage. 2. Le faisceau ionique à haute énergie 1, par exemple, ici, le faisceau à 7,5 MeV/u238 uranium d'un accélérateur d'ions lourds du type UNILAC, est soumis à un contr8le à l'aide d'un écran fluorescent, grâce à une caméra de télévision à amplificateur d'image disposée en aval, et, simultanément, subit un évasement grâce à une défocalisation par des lentilles magnétiques, ce qui l'affaiblit jusqu'à la litite d'observation occulaire des fluctuations. 3. On arrête le faisceau ionique 1. Le porte-échantillon 8 est, grâce à un dispositif d'éclusage non- représenté, disposé dans le trajet 1 du faisceau, et on remplace l'écran fluorescent par un détecteur de particules 9 à semi- conducteurs, disposé en arrière de la feuille. 4.- On lance de nouveau le faisceau ionique 1, et on attend jusqu'à ce qu'un ion unique, ou un nombre dénombrable d'ions tombent, après avoir traversé le prédiaphragme 7 et les cinq feuilles 8, sur le détecteur 9 2472194 l destiné à détecter les ions individuels, déclenchant ainsi le dispositif de fermeture grâce à un préamplificateur, un amplifi- cateur principal, un discriminateur à un seul canal et une électronique de commande destinée à l'obturateur électrostatique 3. 5. Comme l'obturateur électrostatique 3, bien qu'il arrête immédiatement le faisceau 1, ne peut absorber la totalité de la puissance du faisceau que pendant un temps très court, tout en arrêtant la totalité du faisceau principal, le commutateur lent 6, qui se trouve dans le faisceau secondaire, c'est-à-dire dans la partie rapide du faisceau 1, est actionné immédiatement après la fermeture; ce commutateur, grâce à son refroidissement, c'est-à-dire à l'aide par exemple d'une coupelle de Faraday refroidie, peut absorber la totalité de la puissance du faisceau. On peut ensuite de nouveau lancer le faisceau principal, grâce à l'ouverture de l'obturateur rapide 3. 6. L'anneau de serrage de l'échantillon 8 est de nouveau extrait du trajet du faisceau, et on en enlève l'échantillon ou la feuille. 7. Les feuilles ou corps solides, qui possèdent maintenant des traces nucléaires individuelles, sont attaquées par le décapant convenable, jusqu'à ce que l'on obtien- ne le microtrou ou les microtrous ayant le diamètre voulu. Le faisceau ionique 1 peut alors être d'autant plus intense que l'"obturateur d'éclairement"t est plus rapide, ctest-à-dire que le temps de réponse réciproque des deux commutateurs 3 et 6 est plus court. L'obturateur se compose, comme il a déjà été décrit, d'un obturateur mécanique 6, lent et disposé directement en avant de la feuille à irradier, obturateur 6 servant à supprimer les particules diffusées, arrivant toujours avec une faible intensité; il se compose en outre d'un obtura- teur électrostatique ou électromagnétique 3, rapide, disposé dans la zone d'injection de l'accélarateur, imméditement en arrière de la source des ions. Il suffit à cet obturateur électrostatique d'avoir des tensions relativement faibles, de quelques kV, car les ions y sont encore très lents et ne présentent donc pas un gradient de tension rapidement croissant ou rapidement décroissant. Grâce à une combinaison convenable- ment déphasée des deux atténuateurs, il est possible d'avoir des durées d'irradiation extrêmement faibles, par exemple de 6.- 24721 94 1 quelques ms à quelques Pt si et ce, sans gêner outre mesure les autres travaux sur l'accélérateur, car le faisceau 1 ne doit être complètement fermé, du fait de la combinaison déphasée des deux obturateurs 3 et 6, que pendant le temps de commutation de l'obturateur relativement lent 6, et ce, grâce à l'obturateur électrostatique, c'est-à-dire pendant les autres expériences effectuées sur l'accélérateur. L'obturateur mécanique 6 est de préférence une coupelle de Faraday, avec un temps de commutation d'environ 0,5 s; cet obturateur peut être complété par un obturateur photographique électromécanique, qui lui est couplé, et ayant un temps de commutation inférieur à 0,01 s. En résumé, le procédé selon l'invention présente les nouveautés suivantes par rapport à l'état actuel de la technique: 1. On peut, selon l'énergie et la nature des particules des ions utilisés, percer des trous dans une ou plusieurs feuiles ou un ou plusieurs corps solides, simultané- ment, en un point fixé par le diaphragme préliminaire. 2. Le procédé peut être transposé, grâce à l'utilisation d'un détecteur irradiable, inséré entre le diaphragme préliminaire et la feuille, àdes échantillons épais non-irradiables, ce qui permet-d'étendre ce procédé. 3. Le procédé permet la présélection rigoureuse et exacte des points à irradier et des points à ne pas irradier, grâce à un diaphragme préliminaire 7. 4.- Grâce à l'utilisation d'une membrane à trou unique déjà réalisée au préalable en tant que prédia- phragme, le point de percée peut être défini avec une grande précision lors d'autres irradiations en série, ce qui permet la réalisation de trous rigoureusement identiques. 5.- Grâce à l'utilisation d'un système d'obturation double, il est possible de réaliser des irradiations extrêmement fiables pour la réalisation de trous uniques, sans gêner outre mesure les autres opérations de l'accélérateur. 6. Le procédé permet de fabriquer d'une manière fiable et en série des structures à un iDu ou à plusieurs trous, avec un nombre de trous pouvant être prévu avec exactitu- de, grâce à la possibilité qu'il offre d'utiliser une ou plusieurs particules individuelles. 7,. 2472194 3 REVENDICATIONS 1 e- Procédé pour la fabrication des traces nucléaires ou de microtrous obtenus à partir de traces nuclé- aires, d'un ion unique ou d'un nombre dénombrables d'ions provenant d'un accélérateur, par exemple des ions lourds d'un accélérateur d'ions lourds, dans des corps solides, par ampli- fication ou affaiblissement du faisceau et exclusion des parti- cules non-nécessaires, procédé caractérisé en ce que l'on détermine immédiatement l'incidence d'une particule individuelle après ou avant son passage à travers le corps solide, tandis que, au même instant, et en fonction de cette constations on empêche le passage d'autres particules, ayant traversé le diaphragme. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps solide est, après l'irradiation, soumis à un procédé de décapage connu. 3.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal indiquant l'incidence des parti- cules et dé à un détecteur disposé en amont ou en aval de la cible ou du corps solide est utilisé pour prouver l'existence de particules individuelles dans le but de déclencher le proces- sus de fermeture. 4.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fermeture est déclenchée par la première manoeuvre d'un commutateur disposé dans la partie molle du faisceau, pour la totalité de ce dernier, tandis que l'on ac- tionne ensuite un autre commutateur, plus lent, correspondant à la partie du faisceau nécessaire à l'irradiation et disposé sur le trajet du faisceau, en aval du premier commutateur, le premier commutateur étant ensuite ouvert de nouveau.. - 5.- Dispositif destiné à l'exécution d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 et utilisant un accélérateur d'ions lourds dont le faisceau, après avoir traversé un prédiaphragme, tombe sur le corps solide, dispositif caractérisé en ce qu'un détecteur de particules individuelles est, selon l'épaisseur du corps solide, disposé en amont ou en aval de ce dernier, détecteur grâce au signal duquel est actionné un diaphragme électrostatique ou électro- magnétique jouant le r8le d'un premier commutateur rapide et se trouvant dans la partie avant du faisceau, un deuxième 8.- 247219g J commutateur lent, disposé dans la partie avant du faisceau, par exemple une coupelle de Faraday refroidie, étant actionné simultanément au premier commutateur, ou un certain temps Zpr's ceLui-ci. - 6.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le premier commutateur peut de nouveau être déclenché en fonction du deuxième. 7.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que le prédiaphragme est une membrane à trou unique, fabriquée au préalable et possédant un microtrou.