Brevet FR3097401A1 — publié le 20201218

Description Titre de l'invention : Cibles liquides pour la production de particules nucléaires Domaine technique de l'invention [0001] La présente invention concerne des cibles liquides pour la production de particules nucléaires et des systèmes intégrant de telles cibles. Elle concerne notamment des cibles pour la génération de champs neutroniques. Etat de la technique [0002] La production de particules nucléaires (par exemple neutrons, protons, particules alpha) est permise par une réaction nucléaire spécifique résultant de l'interaction d'un faisceau de particules incidentes que l'on sait déjà produire (par exemple protons, deutons ou autres noyaux atomiques) sur des cibles formées par un matériau permettant la réaction nucléaire spécifique. [0003] En particulier, la production de champs neutroniques à haut flux (c'est-à-dire avec des flux supérieurs à 1012 n.cm'.s ) trouve des applications dans des domaines très variés, comme par exemple le contrôle non destructif et l'analyse de matériaux, le dopage du silicium pour l'électronique de puissance et le domaine médical. Dans le domaine médical, on s'intéresse en particulier à l'application dite BNCT (acronyme anglo-saxon de « Boron Neutron Capture Therapy »), c'est-à-dire la thérapie par capture de neutrons par le Bore 10 ('"B) préalablement vectorisé sur la tumeur. Dans cette application, on privilégie une énergie des neutrons pour l'irradiation du patient comprise entre environ 0,5 eV et 10 keV. [0004] On connait notamment pour la production de champs neutroniques la réaction nucléaire 7Li(p,n)7Be de protons d'énergie E> 1.88 MeV sur du lithium utilisé comme matériau de cible. Dans cette réaction, un proton (pu un deuton) entre en collision avec un noyau de lithium (7Li) pour former un noyau de Béryllium (13e) avec éjection d'un neutron d'énergie comprise entre 25 keV et 785 keV. Un modérateur est ensuite utilisé pour réduire l'énergie des neutrons. Le noyau de 713e formé lors de la réaction nucléaire est instable avec une demi-vie de 53 jours ; il se désintègre par capture électronique en émettant un gamma de 478 keV, nuisible d'un point de vue radioprotection. On cherche donc à contrôler la quantité de 7Be présente dans la cible. [0005] Suivant les énergies de faisceaux de particules incidentes utilisées, la profondeur de pénétration dans le matériau de cible peut être plus ou moins grande. Dans le cas des basses énergies, cette pénétration est. faible et le transfert de l'énergie du faisceau se fait en subsurface ce qui crée un échauffement important du matériau de cible. Il y a donc un intérêt à travailler avec des matériaux de cible minces pour répartir une partie 2 de la chaleur apportée par le faisceau de particules incidentes dans le matériau de cible. Comme les couches minces solides présentent des problèmes de stabilité et détérioration sous faisceau, les cibles « liquides » représentent une solution intéressante pour les fortes puissances. [0006] Ainsi, la réaction 7Li(p,n)7Be décrite ci-dessus peut être obtenue à partir d'une cible à base de lithium solide. Une telle cible comprend une fine couche de lithium solide agencée sur un support et sur laquelle vient frapper un faisceau de particules issu d'un accélérateur de particules. En pratique, l'intégrité de la couche et son adhérence sur le support doivent être garanties par l'évacuation en continu d'une puissance thermique de plus de 3 kW/cm2. Le lithium ayant un point de fusion bas (180.5 °C), la durée de vie d'une cible à base de lithium solide est limitée dans le temps et la cible doit donc être changée très régulièrement. Des cibles à base de lithium liquide ont également été développées. Le lithium liquide peut supporter des températures plus élevées par rapport au lithium solide. De cc fait, par rapport à une cible à base de lithium solide, les problèmes liés à l'intégrité de la couche, à sa tenue sur le support et à son maintien à très basse température ( REVENDICATIONSCible (20, 40) pour la production de particules nucléaires comprenant : - une coque (24, 34) formée par une surface de révolution et montée en rotation autour d'un axe de rotation (21, 31) confondu avec un axe de révolution de ladite coque; - un réservoir (46) comprenant un matériau de cible à l'état liquide en opération, ledit matériau de cible étant adapté à la production desdites particules nucléaires; - un dispositif de relevage (47) du matériau de cible configure pour entraîner, en opération, le matériau de cible du réservoir vers une smface supérieure (244, 344) de la coque; - une gouttière (457) formée le long d'un pourtour externe (345) de la coque et configurée pour recevoir, en opération, des gouttelettes issues d'une nappe de matériau de cible induite par centrifugation sur ladite smface supérieure de la coque, lors de la mise en rotation de la coque ; - au moins un conduit de retour (43) formant une connexion fluidique entre ladite gouttière (457) et ledit réservoir (46) - un conduit d'arrivée (49) configuré pour amener, en opération, un faisceau (50) de particules accélérées dans une zone d'impact de la coque, l'interaction des dites particules accélérées avec le matériau de cible en circulation sur ladite surface supérieure de la coque générant lesdites particules nucléaires. Cible (40) selon la revendication 1, comprenant en outre une enveloppe supérieure fixe (45) configurée pour envelopper, au moins partiellement, ladite surface supérieure de la coque. Cible (40) selon la revendication 2, dans laquelle la gouttière (457) est solidaire de ladite enveloppe supérieure et est formée de manière à englober ledit pourtour externe de la coque et à se recourber sous une smface inférieure (346) de la coque, opposée à ladite smface supérieure (344) de la coque. Cible (40) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le dispositif de relevage (47) du matériau de cible comprend une ou plusieurs ailettes ou une version adaptée de rotor centrifuge configurée(s) pour être entraînée(s) en rotation autour d'un axe solidaire de l'axe de rotation de la coque. Cible (40) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle ladite coque comprend au moins une première portion 18 [Revendication 6] [Revendication 7] [Revendication 8] [Revendication 9] [Revendication 10] [Revendication 11] [Revendication 12] tronconique (242, 342) dont le sommet se situe sur l'axe de rotation et qui présente un demi-angle au sommet donné (a). Cible (40) selon la revendication 5, dans laquelle le demi-angle au sommet (a) est compris entre 40c à 50°. Cible (40) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle ladite coque comprend au moins une première portion à courbure variable dans un plan méridien contenant l'axe de révolution. Cible (30) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le matériau de cible est du lithium et les particules nucléaires générées sont des neutrons. Cible (30) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre une enceinte (42) configurée pour créer au niveau de la zone d'impact un vide compatible avec la génération desdites particules nucléaires. Système (10) de production de particules nucléaires comprenant : - une source (11) de particules adaptées pour produire, lors de l'interaction avec un matériau de cible, lesdites particules nucléaires, - un accélérateur de particules (13) configure pour recevoir un faisceau de particules de ladite source et former un faisceau de particules accélérées, - une cible (40) selon l'une quelconque des revendications précédentes configurée pour recevoir, au niveau du conduit d'arrivée, ledit faisceau de particules accélérées et générer, au niveau de la zone d'impact, lesdites particules nucléaires. Système de production de particules nucléaires selon la revendication 10, dans lequel le matériau de base est du lithium, les particules nucléaires générées sont des neutrons et le système comprend en outre un modérateur de neutrons agencé autour de la cible. Procédé de production de particules nucléaires au moyen d'un système (10) selon l'une quelconque des revendications 10 ou 11 comprenant : - la mise en rotation de ladite coque (34), - la mise en circulation du liquide par la mise en fonctionnement du dispositif de relevage ; - admission d'un faisceau de particules accélérées (50) provenant dudit accélérateur de particules (13) dans ledit conduit d'arrivée (49).