Brevet FR2831989A1 — publié le 20030509

Système de distribution d'hydrogène sur des implanters ioniques La principale difficulté de mise en oeuvre d'un système de distribution centralisée dans un implanter ionique de gaz est de se prémunir contre les risques de claquage et les décharges dans le gaz au niveau de la transition entre le blindage à la masse et la source d'ionisation, sachant que les implanters sont des sources à très haute tension (THT) à relativement fort courant (-1 mA). L'amorçage d'une décharge entre deux électrodes séparée d'une distance d, dans un gaz à une pression P se produira au dessus d'une tension disruptive Vo selon la loi de Paschen qui exprime que Vo est une fonction du produit Pd présentant un minimum (voir Fig. 1). Dans le cas de l'hydrogène le minimum de Paschen VOmm 300 V pour Pdmm 1 Torr. cm. En conséquence, il y a risque d'amorçage avec une tension comprise entre 100 et 250 kV dès lors que 10-' Il est connu de US-A-5 160 825 un système de remplissage discontinu de réservoirs de gaz, dans lequel les transitions isolantes sont maintenues sous-vide pendant le fonctionnement de l'implanter sous-tension. Cette solution est inadaptée pour les forts débits car il faudrait disposer de réservoirs soit très volumineux, soit à très haute pression pour disposer d'un volume de gaz suffisant. L'espace généralement disponible dans les implanters ne permet pas d'envisager l'installation de réservoirs volumineux. Quant à la haute pression elle est exclue car il faudrait un compresseur et des lignes de gaz à très haute pression (plusieurs dizaine de bars) à l'extérieur des implanters. Il est connu des systèmes de distribution continue à basse pression dans lesquels le détendeur et le contrôleur de débit sont placés à l'extérieur du blindage à la masse. La pression au niveau du tuyau d'entrée dans la source pouvant excéder le seuil critique de-1 mTorr, il faut se prémunir contre les risques de claquage et d'amorçage d'une décharge en imposant une réduction de la distance effective de parcours des électrons dans la conduite isolante. Pour cela il est connu de US-A- 4 771 212 un système de chicane en spirale à la périphérie d'un noyau de céramique. Il est aussi connu de US-A-4 659 899 d'utiliser un conduit isolant rempli de billes de verre de quelques mm de diamètre. Dans les deux cas les tensions mises en jeu sont de l'ordre du kV seulement. Pour disposer d'un système efficace sur une longueur de 70 cm, à 250 kV et une pression variant de quelques mTorr à quelques Torr, il faudrait réduire les dimensions caractéristiques des canaux ou la finesse de la porosité du conduit (billes de verre plus fines, ou usage de laine de quartz). Selon l'invention et afin de résoudre le problème posé, il est proposé un système de distribution continue de gaz à haute pression : Dans ce cas le système de distribution centralisée délivre l'hydrogène (ou tout autre gaz) à une pression supérieure à 1,5 bar, de préférence de l'ordre de 2 à 3 bars dans le réseau de la salle blanche jusque dans les tuyaux isolants assurant la transition entre le blindage à la masse et la zone à la THT de chaque implanter. Compte tenu de la pression élevée il n'y a aucun risque d'amorçage de décharge dans le tuyau isolant. En revanche il faut veiller au problème de sécurité de la ligne. La conduite isolante est un tube de verre avec des raccords verre-métal à chaque extrémité. A l'une des extrémités on prévoira de préférence un raccord métallique souple pour donner de la flexibilité au système. Le tube en verre sera protégé contre les risques de choc à l'intérieur de l'implanteur, par exemple à l'aide d'un tube en polymère tel que du plexiglas qui servira aussi de seconde enveloppe en cas de fuite de H2. A cet effet il sera préférentiellement connecté au système existant de ventilation forcé au sommet de l'implanteur. Ce système est généralement dimensionné pour évacuer une bouteille de gaz de type B5 à 80 bars. En cas de fuite d'hydrogène, on ferme la vanne amont de l'implanteur. Il est également prévu pour chaque implanter une sécurité active contre les risques d'amorçage de décharge en cas de dépression dans la ligne basée sur l'interruption de la THT en dessous d'un certain seuil de pression du gaz, notamment l'hydrogène. Un exemple de réalisation de l'invention est décrit sur les figures 2 et 3. Sur la figure 2 est représenté schématiquement un implanter ionique 1 avec une source d'ions 2 alimentée par la THT 7, les ions suivant la trajectoire 3 qui est contrôlée par les moyens de déflection 6, commandés par le contrôleur d'implantation 5. Les ions sont implantés sur la cible 4. La figure 3 représente le détail de la source d'ions 2 et la THT 7 de la figure 2, réalisée selon l'invention. La source d'hydrogène 10 est reliée via une vanne 11 et une ligne métallique 25 au raccord verre-métal 18, au tube en verre 12 selon l'invention au raccord verre-métal 17, à la ligne métallique flexible 19, la vanne 20 et le débitmètre manique 21, à l'extrémité 22 duquel son expulsés les ions d'hydrogène destinés à l'implantation. L'ensemble est entouré d'argon, injecté via 24 dans l'ensemble 23 entourant la source d'ions 22. Le tube de verre 12 est disposé coaxialement (sensiblement) avec un tube de matière plastique électriquement isolant 13 (polymère, plexiglas, etc...), isolé par une couche de gaz hydrogène à pression supérieure à 1,5 bar (de préférence entre 2 et 3 bars). La partie ionisation et source de haute tension 16 reste identique à l'existante, reliant le blindage 26 à la masse et la zone THT 27 à la partie THT de la source 16. La source de gaz notamment d'hydrogène 10 sera de préférence un générateur d'hydrogène sur site, du type électrolyseur (d'eau). D'une manière générale, la conduite isolante, décrite comme un tube en verre, peut-être également réalisée en céramique, en matière isolante, y compris en matériau plastique (polymère). Les raccords entre ce tube et le métal seront adaptés, de manière connue par l'homme du métier. REVENDICATIONS 1. Système de distribution d'un gaz, notamment d'hydrogène dans un implanter ionique comportant notamment des moyens d'ionisation du gaz connectés à une source THT de très haute tension ainsi qu'à un blindage entourant ces moyens, ledit blindage étant connecté à la masse, caractérisé en ce que la conduite isolante de gaz, notamment d'hydrogène assurant la transition entre le blindage 26 et la zone THT 27 de l'implanter est un tube de verre (12) comportant de préférence des raccords verre-métal 17,18 pour relier ses extrémités à la canalisation 25 d'amenée du gaz et à la canalisation souple 19 de gaz reliée à la source d'ions 22, ce tube de verre 22 étant entouré d'un tube en matière plastique électriquement isolant 13 qui relie le blindage 26 à la zone THT 27. 2. Système selon la revendication 1 dans lequel la source de gaz notamment d'hydrogène est un générateur sur site de gaz.