Premier faisceau d'ions séparés en masse au SCK CEN
Les chercheurs du SCK CEN ont récemment franchi une nouvelle étape dans le développement d'ISOL@MYRRHA : la première production et séparation de masse d'un faisceau d'ions. L'équipe a réussi à séparer les isotopes stables du rubidium à l'aide d'un nouveau système ISOL développé spécifiquement pour une utilisation hors ligne au SCK CEN.
Système ISOL hors ligne
Une copie du système ISOL, qui sera relié à l'accélérateur de MYRRHA, a déjà été construite dans un laboratoire dédié du SCK CEN. Le système est utilisé pour des tests. Dans cette configuration, les isotopes ne sont pas produits et extraits « en ligne » par irradiation avec un faisceau de protons. Au lieu de cela, une « source d'ions hors ligne » est utilisée pour produire un faisceau d'ions, qui est ensuite séparé en fonction de la masse.
Scheiding van rubidiumisotopen
Dans ce test, qui fait partie de la mise en service de la ligne de faisceaux, le faisceau de rubidium a été produit par évaporation d'un échantillon de rubidium naturel, suivie d'une ionisation et d'une accélération via un potentiel de 30 kV entre la source d'ions et une électrode d'extraction mise à la terre. Le faisceau d'ions à charge unique a ensuite été guidé vers l'entrée du séparateur électromagnétique à l'aide de champs électrostatiques quadripolaires.
Une étude préalable a été réalisée pour étudier les performances du séparateur de masse. Étant donné qu'un champ magnétique ne dévie que les ions d'une masse spécifique vers la position de contrôle dans le plan focal du séparateur, l'intensité du champ magnétique pouvait être modifiée pour analyser la composition du faisceau (analyse de masse). De cette manière, les isotopes naturels du rubidium 85Rb (72 %) et 87Rb (28 %) ont été séparés. Par ailleurs, des traces d'autres métaux alcalins comme le potassium et le césium, ont été identifiées comme contaminants dans l'échantillon
Le test : expliqué étape par étape
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Afin de séparer les isotopes du rubidium, un échantillon de rubidium naturel (natRb) a été chauffé, entraînant l'évaporation des atomes. Durant ce processus, chaque atome émis a perdu un électron, formant de fait des ions chargés positivement.
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Les ions libérés ont été accélérés en les exposant à un puissant champ électrique de 30 kV. Ensuite, un système d'éléments optiques ioniques, qui fonctionnent avec des champs électrostatiques quadripolaires, a guidé les ions vers le séparateur électromagnétique en vue d'une analyse du faisceau. De tels champs électrostatiques assurent que les ions se déplacent de manière contrôlée et dans la bonne direction.
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Lors de la dernière étape, les ions ont été séparés en fonction de leur masse, par le séparateur électromagnétique qui dévie les ions de différentes masses vers différentes positions dans le plan focal. Les ions plus légers sont déviés différemment des ions plus lourds, ce qui permet de séparer les isotopes naturels du rubidium ⁸⁵Rb (72 %) et ⁸⁷Rb (28 %).
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Un champ magnétique donné dévie uniquement les ions d'une certaine masse spécifique vers la position de contrôle dans le plan focal du séparateur. Pour étudier la composition du faisceau d'ions, l'intensité du champ magnétique a été variée. Cela a permis aux scientifiques de détecter non seulement les isotopes du rubidium, mais aussi d'autres substances présentes dans l'échantillon. Des traces de potassium et de césium ont ainsi été trouvées, qui étaient présentes dans l'échantillon sous la forme de contaminants.
Prochaines étapes et recherches futures
Pour terminer la phase de mise en service, l'équipe ISOL continuera à améliorer et à caractériser le système en vue d'une utilisation opérationnelle. Cela inclue de quantifier l’émittance du faisceaux et de déterminer les meilleurs paramètres pour transporter les particules à travers les différentes sections de la ligne de faisceaux. Après sa mise en service, le système sera utilisé pour différents projets de recherche, comme le développement de nouvelles cibles et sources d'ions pour des applications en ligne, la séparation d'isotopes médicaux et la recherche fondamentale.
La réussite de ce test est une étape importante vers la réalisation d'ISOL@MYRRHA.
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