Source d'ions "Hydrogène" négatifs

Source d'ions "Hydrogène" négatifs

Sommaire

Présentation

Une source dions représente le premier élément dun accélérateur de particules. Des groupes de recherche se chargent de concevoir et de fabriquer ces sources afin quelles soient par la suite utilisées dans de grands accélérateurs, notamment au CERN, à Genève.
Ces sources ont pour but de créer un faisceau dions suffisamment chargé pour que celui-ci puisse être injecté dans un accélérateur. Il en existe différentes sortes, dont la source d'ions "Hydrogène" négatifs.
Cette source présente un avantage dans le sens l'injection d'ions (H-) dans un accélérateur de protons est plus efficace que si l'on injecte des protons (H+).


Description et schéma de la source dions H-

Schéma d'une source d'ions H-


Cette source se présente sous la forme dune enceinte reliée à un guide donde rectangulaire situé à lextrême gauche de la figure. Ce dernier permet linjection d'une onde HF nécessaire au processus de résonance cyclotronique électronique, expliqué ci-après. On injecte cette onde HF sous forme pulsée.
L'enceinte, au centre, est une chambre entourée de deux bobines cylindriques permettant de créer un champ magnétique. Par ailleurs, un blindage magnétique est installé au contact des bobines afin de réduire la présence du champ dans la zone dextraction des ions (H-).


C'est dans cette chambre que sont produits les ions H-.


Le processus de résonance cyclotronique électronique

Un ion H- est la combinaison dun atome dhydrogène H avec un électron. Pour parvenir à un tel phénomène, une molécule de dihydrogène (composée de deux atomes dhydrogène et de deux électrons) doit subir tout un ensemble de transformations, expliquées ci-après.

Il existe différentes méthodes pour produire des ions H-. La production en volume consiste à injecter une onde HF fixée à 2,45 GHz dans l'enceinte alimentée en dihydrogène (consituant un plasma). On va ainsi exciter ces molécules. Grâce aux deux bobines situées autour de cette chambre, on crée un champ magnétique qui va intervenir dans le processus de production des ions H-. Il est déterminé en fonction de la valeur de la HF :

On part de la formule : ωHF = q B/m

          avec q représentant la charge dun électron (1,6.10-19C),
          m sa masse (9,1094.10-31kg),
          B le champ magnétique à appliquer.

À partir de la pulsation de la HF (ωHF) fixée, il doit exister à lintérieur de la source un endroit géométrique le champ magnétique correspondant est de 875 Gauss. Si ces conditions sont respectées, on va alors créer des surfaces de résonance ECR (Electronic Cyclotronic Resonance) dans lenceinte.

Des électrons libres, voyant le champ magnétique, se mettent à tourner autour de ses lignes de champ. Lorsque leur fréquence de giration est égale à celle de londe HF, il se produit un phénomène de résonance cyclotronique électronique (ECR). Un effet daccélération des électrons va alors être observé, ce qui veut dire que ces derniers acquièrent de lénergie cinétique. Ces électrons énergétiques ainsi générés représenteront une population délectrons dits « chauds ». Leur énergie cinétique est de lordre de plusieurs dizaines délectrons-volts. Grâce à lapplication du champ électromagnétique associé à la propagation de londe, leur rayon de giration va saccroître au passage des surfaces de résonance.


Cette population délectrons énergétiques va ensuite exciter et/ou ioniser les molécules de dihydrogène par collisions électrostatiques, toujours en tournant en phase avec la fréquence de londe HF. Plusieurs réactions entre ces éléments sont alors possibles.


Les différentes réactions possibles et la fabrication des ions H-

A l'intérieur de l'enceinte de la source, quelques réactions se produisent suite à la formation d'électrons chauds. Il s'agit des réactions d'excitation (produisant une molécule de dihydrogène excitée notée H2*), de dissociation et de ionisation. Toutes ces réactions étant concurrentes, on peut alors remarquer dans lenceinte de la source la présence dions hydrogène H+, dions de dihydrogène H2+, délectrons e-, et aussi de molécules de dihydrogène H2 ou datomes dhydrogène H, plus ou moins excités. Une partie du dihydrogène a donc été ionisée, créant ainsi ce qu'on appelle un plasma (gaz globalement neutre constitué de particules chargées et de particules neutres).

Daprès les réactions qui ont lieu entre les différents éléments, de plus en plus délectrons circulent librement. Par collisions multiples avec les différents composants du plasma, ils vont devenir très faiblement énergétiques : on parle de thermalisation des électrons, ce qui va former une population délectrons dits « froids ». Pour produire des ions H-, la présence de molécules de dihydrogène excitées est indispensable. La seule réaction qui permet dengendrer ce processus parmi celles expliquées précédemment est la réaction dexcitation.

Ainsi, lorsquune molécule de dihydrogène suffisamment excitée rencontre un électron froid, elle se dissocie en libérant un atome dhydrogène et un ion H-. Ce dernier nest autre que la combinaison de latome restant de la molécule de dihydrogène avec lélectron froid à lorigine de la collision électrostatique. Ce phénomène est appelé « attachement dissociatif » : H2* + efroid H + H-

Mais un problème se pose ici : les électrons chauds, qui sont à lorigine de la formation de molécules de dihydrogène excitées H2*, en sont aussi les destructeurs. De plus, sans molécules de H2*, on ne peut pas produire dions H-. Cela veut dire que si on laisse les molécules H2* en présence de ces électrons chauds, la production dions H- est impossible. Cette réaction se faisant avec des électrons froids, il faut séparer ces derniers de la population délectrons chauds. Cest pourquoi une grille, qui va permettre cette séparation, a été insérée dans la chambre plasma.

Le système d'extraction

Schéma du système d'extraction des ions H-
Polarisation des éléments du système dextraction

On polarise ici la source et lélectrode plasma négativement (environ -6 kV) et on laisse lélectrode dextraction à la masse. On va alors créer un champ électrique entre ces deux électrodes. Cela va permettre dextraire les particules négatives (des ions H- formés et des électrons) qui seront attirées par le potentiel le plus élevé.

On peut aussi remarquer la présence dun séparateur autour de lélectrode dextraction. Il sagit dun aimant réglable. Lapplication dun champ magnétique permet de filtrer les éléments légers (les électrons) des éléments lourds (les ions H-) du faisceau. Ce champ créé par le dipôle a été adapté afin de ne collecter que les ions H-.


Le faisceau dions H- ainsi filtré va aller frapper sur une cible en cuivre, grâce à laquelle on pourra mesurer lintensité du faisceau. La cible, reliée à une résistance pour permettre cette mesure, se situe à lintérieur dune cage de Faraday. La boîte extérieure de la cage est polarisée négativement (environ120 V). Ainsi, les électrons secondaires spontanément émis lors de linteraction entre les particules énergétiques et la surface de la cible sont repoussés par ce potentiel négatif. De cette manière, on mesure correctement le nombre de particules incidentes collectées sur la cible.


Sur le schéma présentant les différents potentiels des éléments du système dextraction, on peut remarquer que deux enceintes sont séparées par le trou dextraction du faisceau. Il sagit de la chambre plasma, déjà présentée, et de la chambre de diagnostic, le faisceau vient frapper sur la cible et les mesures sont effectuées.

La principale mesure effectuée sur le faisceau est le courant quil délivre. Ces mesures sont faites dans la chambre de diagnostic règne une pression denviron 10-2Pa (10-5mbar). Cette pression est nécessaire afin de limiter les pertes lors du transport du faisceau. Ainsi, un faisceau d'ions suffisamment intense sera par la suite injecté dans un accélérateur de particules.



Laboratoires de recherche


Liens externes


Wikimedia Foundation. 2010.

Contenu soumis à la licence CC-BY-SA. Source : Article Source d'ions "Hydrogène" négatifs de Wikipédia en français (auteurs)

Игры ⚽ Поможем написать курсовую

Regardez d'autres dictionnaires:

  • Source d'ions "Hydrogene" negatifs — Source d ions Hydrogène négatifs Sommaire 1 Présentation 2 Description et schéma de la source d’ions H 3 Le processus de résonance cyclotronique électronique …   Wikipédia en Français

  • IONS LOURDS (FAISCEAUX D’) — Il n’est plus de congrès de physique nucléaire dont une part importante des thèmes ne soit consacrée aux ions lourds; il n’est pas de laboratoire de physique nucléaire qui n’ait dans ses projets la construction ou l’amélioration d’un accélérateur …   Encyclopédie Universelle

  • Moteur a hydrogene — Moteur à hydrogène Le moteur à hydrogène est un moteur à combustion interne utilisant l hydrogène comme carburant. Sommaire 1 Aspect environnemental [1] 2 Combustion de l hydrogène 3 Contexte technique …   Wikipédia en Français

  • Moteur À Hydrogène — Le moteur à hydrogène est un moteur à combustion interne utilisant l hydrogène comme carburant. Sommaire 1 Aspect environnemental [1] 2 Combustion de l hydrogène 3 Contexte technique …   Wikipédia en Français

  • PHOTOGRAPHIE — La perception de l’apparence du monde matériel par notre organe visuel a comme support la lumière visible ou les autres radiations électromagnétiques, rendues visibles par l’intermédiaire de phénomènes auxiliaires. L’emploi direct de l’ensemble… …   Encyclopédie Universelle

  • ATOME — L’atome est le terme ultime de la division de la matière dans lequel les éléments chimiques conservent leur individualité. C’est la plus petite particule d’un élément qui existe à l’état libre ou combiné. On connaît 89 éléments naturels auxquels… …   Encyclopédie Universelle

  • Accélérateur de particules — Accélérateur Van de Graaff de 2 MeV datant des années 1960 ouvert pour maintenance …   Wikipédia en Français

  • Electrolyse de l'eau — Électrolyse de l eau Schéma du voltamètre d Hoffmann utilisé pour l électrolyse de l eau. L’électrolyse de l eau est un procédé électrolytique qui décompose l eau en dioxygène et dihydrogène gazeux avec l aide d un courant électrique, pour lequel …   Wikipédia en Français

  • Éléctrolise de l'eau — Électrolyse de l eau Schéma du voltamètre d Hoffmann utilisé pour l électrolyse de l eau. L’électrolyse de l eau est un procédé électrolytique qui décompose l eau en dioxygène et dihydrogène gazeux avec l aide d un courant électrique, pour lequel …   Wikipédia en Français

  • Électrolyse de l'eau — Schéma du voltamètre d Hoffmann utilisé pour l électrolyse de l eau …   Wikipédia en Français

Share the article and excerpts

Direct link
https://fr-academic.com/dic.nsf/frwiki/1558808 Do a right-click on the link above
and select “Copy Link”