Brevet FR2548436A1 — publié le 19850104

La présente invention a pour objet un procédé de production d'ions lourds multichargés et une source d'ions lourds multichargés en régime impulsionnel, permettant la mise en oeuvre du procédé. Ce procédé trouve de nombreuses applications dans le domaine biomédical et dans certains accélérateurs de physique nucléaire. Jusqu'à présent, on a produit des ions lourds multichargés dans les sources d'ions, du type "Micro10 mafios" par exemple, en introduisant dans l'enceinte de la source uniquement le gaz constitué des atomes neutres destinés à être ionisés Par impact d'électrons, le gaz constitué par les atomes neutres est ionisé dans une cavité hyperfréquence, excitée par un 15 champ électromagnétique de haute fréquence. Pour de plus amples détails sur une source d'ions du type "Micromafios" et sur le procédé de production des ions lourds multichargés, on peut se référer à la demande de brevet n 80 03153 déposée le 20 13 février 1980 par le Commissariat à l'Energie Atomique. Certains accélérateurs de particules, du type synchrotron par exemple ne demandent qu'une impulsion de courant d'ions d'une durée de l'ordre de quelques 25 dizaines de microsecondes dans un intervalle de l'ordre d'une seconde On peut alors utiliser la source d'ions en régime impulsionnel bref. Le gain en courant et en état de charge qui s'effectue en utilisant la source d'ions du type "Mi30 cromafios" classique en régime impulsionnel est à peine de l'ordre d'un facteur deux. L'intensité des courants d'ions lourds multichargés que l'on peut extraire de ces sources est insuffisante pour certaines applications, soit en biomé35 decine, soit dans les accélérateurs de particules. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients Pour cela, elle prévoit l'utilisation d'un mélange bien déterminé de gaz qui est introduit dans la cavité d'une source d'ions. La présente invention a précisément pour objet un procédé de production d'ions multichargés des éléments choisis dans le groupe comprenant: le carbone, l'azote, l'oxygène, le néon et l'argon dans une source d'ions en régime impulsionnel et il se caractérise en 10 ce que le gaz introduit dans l'enceinte de la source d'ions est un mélange de gaz dans une proportion non critique d'environ 50 % en pression partielle d'un premier gaz choisi parmi l'hélium, l'azote et l'oxygène et d'un deuxième gaz choisi dans le groupe comprenant 15 le carbone, l'azote, l'oxygène, le néon et l'argon, le premier gaz étant l'hélium lorsque le deuxième gaz est le carbone (obtenu à partir de C 02), l'azote, l'oxygène ou le néon, et le premier gaz étant l'azote ou l'oxygène lorsque le deuxième élément est l'argon. Le procédé selon l'invention permet d'augmenter l'intensité de courant des ions lourds d'environ un facteur dix. L'invention a également pour objet une source d'ions en régime impulsionnel permettant la mise en 25 oeuvre du procédé de production d'ions lourds multichargés et elle se caractérise en ce qu'elle comprend une enceinte reliée à deux entrées de gaz, une entrée pour un premier gaz, et une autre entrée pour un deuxième gaz, munie d'une vanne asservie à la mesure 30 de la pression dans l'enceinte au moyen d'une boucle d'asservissement comprenant un indicateur de pression et un amplificateur du signal. Selon un mode de réalisation préféré, la source d'ions lourds multichargés se caractérise en ce 35 qu'elle est une source d'ions à résonance cyclotroni- que des électrons et en ce que l'ionisation s'effectue dans une cavité hyperfréquence. Les caractéristiques de l'invention ressortiront mieux à l'aide de la description qui va suivre, donnée à titre explicatif et nullement limitatif, en référence à la figure unique annexée, sur laquelle on a représenté, schématiquement, un mode de réalisation d'une enceinte d'une source d'ions lourds multichargés selon l'invention. Les expériences avec une source d'ions lourds multichargés du type "Micromafiosw ont montré que si on l'utilise en régime impulsionnel bref (de l'ordre de 50 microsecondes toutes les secondes environ), et si on introduit dans sa cavité hyperfréquence un mé15 lange bien déterminé de gaz tel que l'hélium pour le carbone, l'oxygène, l'azote et le néon et l'azote ou l'oxygène pour l'argon, on arrive à décupler les performances en état de charge et en courant. La proportion de mélange des gaz est d'une ma20 nière non critique d'environ 50 % en pression partielle On présente sous forme d'un tableau ci-après l'intensité des courants électriques d'ions pour les éléments cités dans la revendication 1, extraits d'une source d'ions dans laquelle on a injecté un mélange de 25 gaz selon l'invention. TABLEAU Premier gaz: He He He Be N 2 02 (proportion en ( 50 %) ( 50 %) ( 50 %) ( 50 %) 50 ( 50 %) pression partielle _ ___deuxième gaz + 6 + 7 + 6 Ne+ 10 Ar+ 12 ionisé CN+ O + Ne 1 Ar ionise courant électrique 1,5 i A l A 100,A 0,03 A 3 i A d'ions extraits Les valeurs élevées des intensités de courants d'ions extraits permettent des applications qui ne sont pas envisageables avec les courants faibles produits par des sources d'ions selon l'art antérieur. Un courant de 1 u A de N+ 7 est par exemple nécessaire pour les applications biomédicales comme le traitement des cancers, un courant de 3 v A de Ar 12 permet, après épluchage supplémentaire, les mêmes applications biomédicales. Le niveau de courant de 100 w A de O + 6 est très demandé pour certains accélérateurs de physique nucléaire. Sur la figure unique, est représenté en détail, un mode de réalisation d'une source d'ions lourds mul15 tichargés à résonance cyclotronique des électrons selon l'invention. On voit une enceinte d'une source d'ions 1 o des impulsions d'une puissance hyperfréquence sont introduites au moyen d'un injecteur 2. L'enceinte est reliée à deux entrées de gaz 3 et 4, une pour le premier gaz du mélange, une autre munie d'une vanne 5 asservie à la mesure de la pression dans l'enceinte 1 au moyen d'une boucle d'asservissement comprenant un indicateur 6 de la pression dans l'enceinte et un amplificateur du signal 7. La vanne asservie 5 assure la proportion des composants du mélange de gaz introduit dans l'enceinte On a représenté une cavité hyperfréquence d'une source d'ions à résonance cyclotronique des électrons mais la source d'ions peut être aussi bien d'un autre type. La manière selon laquelle le plasma est créé dans la cavité n'a aucun rapport avec l'effet d'augmentation de la performance en état de charge et en courant d'une source d'ions, qui s'effectue en introduisant un mélange *de gaz. La forme de l'enceinte peut être quelconque pourvu qu'elle soit adaptée au fonctionnement de la 5 source, les entrées de gaz peuvent se trouver par exemple aux extrémités ou sur la paroi de la cavité. Dans le cas o le premier gaz est de l'hélium à % en pression partielle, une pompe cryogénique à 20 K environ est nécessaire pour obtenir les perfor10 mances indiquées A cette température la vitesse de pompage de l'hélium est rigoureusement nulle. REVENDICATIONS 1 Procédé de production d'ions multichargés des éléments choisis dans le groupe comprenant le carbone, l'azote, l'oxygène, le néon et l'argon dans une 5 source d'ions en régime impulsionnel, caractérisé en ce que le gaz introduit dans l'enceinte ( 1) de la source d'ions est un mélange de gaz dans une proportion non critique d'environ 50 % en pression partielle d'un premier gaz choisi parmi l'hélium, l'azote et 10 l'oxygène et d'un deuxième gaz choisi dans le groupe comprenant le carbone, l'azote, l'oxygène, le néon et l'argon, le premier gaz étant l'hélium lorsque le deuxième gaz est le carbone, l'azote, l'oxygène ou le néon, et le premier gaz étant l'azote ou l'oxygène 15 lorsque le deuxième élément est l'argon. 2 Source d'ions lourds multichargés en régime impulsionnel permettant la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend une enceinte ( 1) reliée à deux entrées de gaz 20 ( 3, 4) , une entrée pour un premier gaz ( 4) et une entrée ( 3) pour un deuxième gaz avec une vanne ( 5) asservie à la mesure de la pression dans l'enceinte ( 1) au moyen d'une boucle d'asservissement comprenant un indicateur de pression ( 6) et un amplificateur du 25 signal ( 7). 3 Source d'ions lourds multichargés en régime impulsionnel selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle est une source d'ions à résonance cyclotronique des électrons et en ce que l'ionisation s'ef30 fectue dans une cavité hyperfréquence.