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Influence de la topographie du champ magnétique surles propriétés d’une source du type duoplasmatron

R. Becherer, G. Gautherin, A. Septier

To cite this version:R. Becherer, G. Gautherin, A. Septier. Influence de la topographie du champ magnétique sur lespropriétés d’une source du type duoplasmatron. J. Phys. Phys. Appl., 1962, 23 (S6), pp.121-128.<10.1051/jphysap:01962002306012100>. <jpa-00212875>

121 A.

INFLUENCE DE LA TOPOGRAPHIE DU CHAMP MAGNÉTIQUESUR LES PROPRIÉTÉS D’UNE SOURCE DU TYPE DUOPLASMATRON

Par R. BECHERER, G. GAUTHERIN et A. SEPTIER,Institut d’Électronique, Faculté des Sciences, Paris (*).

Résumé. 2014 Malgré de nombreuses publications concernant des réalisations de sources d’ions du type « Duoplasmatron », le lien existant entre les caractéristiques du faisceau d’ions et certainsparamètres géométriques ou électriques, est encore mal connu.

Les auteurs étudient plus particulièrement ici l’influence sur l’intensité du courant extrait etl’ouverture angulaire du faisceau, de l’intensité et de la répartition axiale de l’induction magné-tique B au voisinage de l’orifice d’extraction. L’emploi de différents circuits magnétiques a permisde préciser les règles à respecter pour obtenir le courant maximum, et l’angle d’ouverture minimum :placer le maximum de l’induction B au niveau du trou d’extraction, et la rendre aussi forte quepossible dans l’espace accélérateur.

Abstract. 2014 Although numerous publications have been devoted to the " Duoplasmatron "ion source, the exact relation between the properties of the extracted ion beam and many geome-trical and electrical parameters is not yet well understood. The authors study here the influenceof the intensity and configuration of the magnetic induction B in the vicinity of the extractionaperture, on the intensity and angular aperture of the ion beam. By the use of different magneticcircuits, it was possible to determine the best structure giving higher current and smaller aperture :it is necessary to put the maximum value of B in the extraction aperture itself, and to have a valueof B as great as possible in the acceleration space.

LE JOURNAL DE PHYSIQUE ET LE RADIUMPHYSIQUE APPLIQUÉE

SUPPLÉMENT AU ? 6TOME 23, JUIN 1962, PAGE

1. Introduction. r-- Depuis la publication deVon Ardenne [1] du schéma et des performancesd’une source dénommée « Duoplasmatron », denombreuses études expérimentales ont eu pour butl’obtention de faisceau d’ions légers très intenses(50 à 300 mA) utilisables en physique nucléaire.

Elles ont eu le mérite de mettre en valeur lesdifficultés à vaincre pour obtenir un fonction-nement à peu près satisfaisant de la source maisn’ont pas encore éclairci totalement le mécanismede fonctionnement et l’action des paramètresgéométriques, électriques et magnétiques.En particulier, le circuit magnétique diffère d’une

source à l’autre ; aux deux extrêmes on trouve : lesystème original de Von Ardenne, tout en acier,où le champ magnétique très puissant est limité àune zone de quelques millimètres, et les sourcesrécentes où le circuit est largement ouvert, avec desinductions relativement faibles (quelques milliersde Gauss) mais beaucoup plus étendues suivantl’axe du faisceau.Nous avons tenté d’éclaircir l’action sur les ca-

ractéristiques du faisceau ionique extrait de la topo-graphie de l’induction magnétique.

2. Description rapide d’un Duoplasmatron et deses propriétés essentielles. - 2.1. CONSTRUCTION(type Von Ardenne). - Une telle source est avanttout un arc à bas voltage entre un filament F etune anode A, et resserré au voisinage du trou d’ex-

(*) Centre d’Orsay, BP no 4, Orsay, S et 0.

traction par une double action : action électro-statique d’une électrode intermédiaire In, formantavec F et A un canon triode ; action magnétiquetrès intense d’une lentille magnétique puissante,localisée entre In (toujours en acier) et A (lorsquecelle-ci est en acier) (fig, 1).

L’électroaimant est excité par une bobine B ; leucircuit magnétique est fermé par une enceinte enacier, qui comporte toutefois un entrefer formé parune cale isolânte permettant de porter In et A àdes potentiels différents.Le filament est en tungstène, ou en tungstène

recouvert d’oxydes alcalino-terreux ou de thorine.Le trou axial aménagé dans In est de l’ordre de

5 à 10 mm de long sur 1,5 à 5 mm de diamètresuivant les sources. Le «nez » de In est refroidi soi-gneusement ainsi que toute l’anode, par une circu-lation d’eau.

L’anode A comporte en son centre une pièce demolybdène, dans laquelle est aménagée l’ouvertured’extraction. Par suite des faibles vitesses de pom-pages dont nous disposons (200 1/s au niveau del’extracteur), le trou est de 0,4 mm, suivi’ d’une«cuvette » conique (ouverture 105°) qui se raccordeà un cylindre de diamètre d (2 à 7 mm suivant lecas).En avant de A, à 5 mm environ, se trouve l’élec-

trode d’extraction E, formant approximativementavec A un espace accélérateur du type Pierce. Letrou dans E a un diamètre de 6 mm.

Derrière E, à 15 cm environ, le faisceau extrait,et ayant traversé E est reçu sur une cage

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphysap:01962002306012100

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de Faraday refroidie par une circulation de pétrole.La cage est munie d’un anneau de polarisation

placé à l’entrée et d’un aimant transversal, ces deuxdispositifs empêchant les éleètrons secondaires de« remonter » le faisceau et de fausser les mesures del’intensité ionique sur le récepteur. L’expériencemontre qu’un anneau polarisé ne suffit pas pour descourants forts à arrêter totalement les électrons, labarrière de potentiel existant sur l’axe étant dé-truite par la charge positive des ions.

FIG. 1. - Coupe schématique d’un Duoplasmatron.

En fonctionnement normal, dans notre instal-lation, l’ensemble de la source est portée à despotentiels voisins de celui de la masse ; l’extracteuret le récepteur sont réunis à la borne négative dehaute tension Vo, variable de 0 à - 35 kV. PourVo &#x3E; 35 kV, des claquages fréquents se produisent.Dans la source, A est à la masse ; la tension

d’arc V, appliquée entre A et F est de 110 volts,et l’électrode In est à + 50 volts par rapport à F.Ces tensions ont toujours été maintenus à ces

valeurs dans toutes les expériences. Par contre lecourant d’arc iarc peut varier de 0 à 3 A ; maisdans chaque série d’expériences effectuées avec desvaleurs différentes de iarc, le paramètre essentiel estla puissance de la décharge P = Viarc qu’il fauttoujours stabiliser (en jouant sur le courant dechauffage de F) à sa valeur initiale. Dans ces condi-tions, la tension de In est un paramètre secondaire,pratiquement sans influence sur le courant extrait.La tension d’arc a été choisie voisine de 100 volts

c’est-à-dire dans la zone de tensions fournissantpour l’hydrogène le maximum de section efficaced’ionisation (6 = 10-16 cm2 pour V = 60 volts).Un autre paramètre essentiel est la pression p

dans l’espace de décharge ; il existe une pressionoptimum, fournissant pour une puissance d’arc

donnée, une densité ionique maximum. Cettevaleur optimum de p se situe selon divers auteursentre 10J2 et 5.10-2 mm de Hg. La pressionest mesurée dans notre installation par un thermo-

couple situé à 10 cm environ de l’arc et la lecturecorrespondant à l’optimum est de 8.10-2 mm

(étalonnage dans l’hydrogène). Dans toutes les expé-riences la pression a été fixée’à cette valeur indi-cative.

Enfin les variations du champ magnétique pourune géométrie donnée, n’agissent que faiblementsur les caractéristiques de l’arc (iarc et V).

2.2. CARACTÉRISTIQUES ESSENTIELLES. - Onconnait mal la structure de la décharge, et les

répartitions respectives du potentiel et de la den-sité ionique ni à l’intérieur, aucune mesure sérieusene pouvant être faite dans un espace aussi réduit(quelques mm3) et en présence de champ magné-tique inhomogène intense.On peut toutefois décomposer la colonne d’arc

en 3 régions séparées par des couches fortementinhomogènes : entre F et le début du champ magné-tique, présence d’un plasma large et peu dense ;dans la zone maximum du champ magnétique un2e plasma de très faible diamètre, et à très forteconcentration ionique (ni ~ 1014/CM3) ; enfin dansla cuvette d’extraction, un 3e plasma très dense,dont la face avant (côté extracteur) a une positionvariable suivant la valeur du champ électriqueappliqué et de la densité ionique superficielle nlg,celle-ci étant elle-même fonction de l’intensité del’arc et de celle de l’induction magnétique.

C’est la surface de ce 3e plasma qui constitue lavéritable source de particules, et ses mouvementscompliquent singulièrement le problème de l’ex-traction et de l’accélération des ions. On peut direseulement en 1re approximation que la limite de ceplasma se fixe entre A et E à une abscisse telle quela densité ionique superficielle nls correspond exac-tement à la valeur de la densité de courant n;c quele champ électrique peut extraire en régime decharge d’espace (loi de Child-Langmuir).

Mais ces mouvements s’accompagnent égalementde déformations qui font varier la surface émissivecelle-ci peut être convexe, plane ou concave, etl’ouverture à- l’origine du faisceau varie dans delarges limites.

Dans certaines conditions de réglage, le faisceauest si ouvert qu’il tombe pratiquement en entiersur E, causant une émission secondaire intense etde nombreux claquages.

Les allées et venues de la « bulle » de plasmaextérieur sont résumées sur la figure 2. ; si B et iarcaugmentent, ni augmente : le plasma sort et lefaisceau s’ouvre de plus en plus ; si Vo augmentele champ électrique augmente : le plasma recule etle faisceau se referme.

Pour chaque jeu de valeurs de iarc, B et Vo, exis-tera donc une valeur maximum du courant utile le,défini par l’admittance géométrique du trou del’extracteur. Le problème est de rendre ce courantmaximum le plus grand possible, et on voit immé-

123 A

FIG. 2. - Déformation de la frontière du plasmasous l’influence de B, iarc et Vo.

diatement que si on peut toujours y parvenir enaccroissant la tension Vo, on sera limité dans cettevoie par les claquages.

Nous avons cherché s’il existait des topographiesd’induction magnétique, et accessoirement desformes de cuvettes d’extraction permettant d’ac-croître cette valeur maximum du courant utilisa-ble ; pour une valeur donnée de Vo (35 kV max.dans nos expériences).

3. Réalisation de différentes topographies d’in-duction magnétique. - 3.1. MODIFICATIONS DE LASOURCE TYPE VON ARDENNE. - La figure 3 repré-sente les différentes parties du circuit magnétique

FIG. 3. - Coupe des électrodes au voisinage de l’extraction.a) Vue générale.b) Détail.

proches du trou d’extraction. L’électrode inter-médiaire In est en acier doux et ses cotes restentinchangées dans toutes les expériences ; la cuvette

d’extraction est en molybdène, mais plusieursvaleurs du diamètre extérieur d ont été utilisées(2, 3, 5 et 7 mm) dans chaque expérience.La partie centrale de l’anode, de diamètre 30 mm,

portant la cuvette de molybdène, facilement dé-montable, est dénommée « pastille ». Elle peut êtreen, acier doux ou en cuivre. L’anode A, portantcette pastille, peut être elle aussi soit en acierdoux, soit en cuivre. Lorsque l’extracteur E n’estplus en acier inox amagnétique, mais en acier douxnickelé, il peut être entouré d’un manchon en acierdoux qui s’approche très près de l’enceinte à vide,elle-même en acier doux, ce qui peut (dans certainscas) constituer un circuit magnétique auxiliaire.Parmi tous les essais effectués, nous citerons les

séries suivantes qui conduisent à des résultatsintéressants :

TABLEAU 1

Dans la plupart des séries, le diamètre d de lacuvette a varié de 2 à 7 mm.

3.2. MÉTHODE DE RELEVÉ DE LA FONCTION B(z).- Nous avons utilisé une bobine exploratrice cylin-drique de très petit volume (diamètre 2 mm, lon-gueur 0,5 mm) déplacée sur l’axe OZ, et reliée à unfluxmètre photoélectrique à très haute sensibilité

FiG. 4. - Schéma du dispositif de mesure de B(z).

du type de celui décrit par Sauzade [2]. La bobineest porté par un fil de nylon qui matérialise OZ,tendu sur un système de poulies (fige 4). Un poten-tiomètre type Helipot, solidaire de l’une des pou-ies fournit une tension proportionnelle au dépla-

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cement de la bobine, qui est envoyée sur l’une desvoies d’un enregistreur MECI type XY. Le signal desortie du fluxmètre est envoyé sur l’autre voie.Après un choix convenable des différentes sensi-bilités, on obtient directement à grande échelle lacourbe B(z) (dans la série (1) en particulier B(z) nes’étend réellement que sur une longueur globale de4 à 5 mm).Ces répartitions ont été relevées dans tous les

cas cités plus haut pour plusieurs intensités d’exci-tation de la bobine magnétisante. D’autre part, lemaximum de B a été mesuré directement en fonc-tion de l’intensité magnétisante Im, à l’aide dufluxmètre et de la bobine de mesure, le courantétant mis et retiré plusieurs fois de suite pour unevaleur donnée de In.Le positionnement du centre de la bobine. de

mesure à l’intérieur de la source sur OZ, s’effectuegrâce à un index solidaire du fil et dont l’originedes déplacements est repérée avec précision parrapport aux électrodes.

3.3. RÉSULTATS DES MESURES. - Les figures 5,6, 7, 8 montrent les résultats obtenus dans les

principaux cas envisagés au tableau 1. La courbeB(z), y est indiqué à la partie supérieure, en unitésarbitraires, avec le positionnement correspondantdes électrodes (électrode intermédiaire, pastilled’anode et extracteur). La partie inférieure montrela variation de la valeur maximum de .B en fonctionde l’intensité magnétisante.

FIG. 5. - Fonction B(z), cas n° 1 : B = F(z). Plaque :açiet. Pastille : acier. Extracteur : Acier. Anneau : acier.

3.3.1. Dans la source type V. A, tout acier, lemaximum de B est situé entre la pastille d’anode Pet l’électrode intermédiaire (fig. 5). Une étude plusdétaillée montre que la pénétration dans la cuvetted’extraction en molybdène dépend du diamètre dde cette dernière et que l’induction en aval du troud’extraction peut aux fortes valeurs de lm et de ddépasser plusieurs centaines de Gauss, et même

plusieurs milliers dans le volume de la bulle deplasma. D’autre part, on pourra amener’ le maxi-mum de B dans la cuvette en rapprochant del’électrode intermédiaire la cuvette de molybdène.Nous verrons plus loin l’influence de ce déplacement.

L’induction maximum atteint facilement desvaleurs de 7 à 8 kGs et, même pour des courants I.faibles, elle dépasse rapidement 2 kGs.

3.3.2. Dans les sources où tout est amagnétique,sauf l’électrode intermédiaire, la courbe B(z) esttrès large, s’étend jusqu’à la région intérieure àl’extracteur et présente un aspect dissymétrique(fig. 6). Cette dissymétrie augmente si on utilise

FiG. 6. - Fonction B(zj, cas no 2 : Plaque : acier. Pastille :cuivre. Extracteur : acier. Anneau : acier.

un extracteur magnétique ; celui-ci » aspire » légè-rement les lignes de force qui, parties de l’électrodeintermédiaire, vont rejoindre l’enceinte en acier.Le maximum de .B(z} est situé dans le canal

d’extraction mais la valeur de ce maximum estinférieure à celui des cas précédents, pour un mêmecourant magnétisant (3,2 kGs au lieu de 6,4 kGs,pour 1. = 3 A par exemple).

3.3.3. Dans le cas où seule la pastille centrale del’anode est en cuivre, les courbés ont un aspet à

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FIG. 7. - Fonction B(z), cas no 3 : B = F(z). Plaque :cuivre. Pastille : cuivre. Extracteur : acier. Anneau : acier

Fm. 8. - Fonction B(z), cas no 4 : Plaque : cuivre. Pastille : :.acier. Extracteur ; ncjer, Anneau : inox.

peu près semblable, avec des champs plus forts, etdes courbes moins étendues axialement (fig. 7).

3.3.4. Un cas intéressant a priori, car très diffé-rent de tous les autres, est celui où l’anode est encuivre, mais la pastille centrale d’anode en acier,avec extracteur en acier, muni d’un anneau enacier. La pastille d’acier forme blindage pour lazone axiale et celle-ci est divisée en 2 entreferssuccessifs d’inégale réluctance : la répartition B(z)possède alors 2 maxima distincts l’un situé entreélectrode intermédiaire et pastille d’anode, l’autreentre pastille et extracteur, c’est-à-dire dans la zoned’accélération des iorcs extraits, en aval de la bullede plasma. La figure 8 donne l’allure de B(z) etles valeurs en fonction de lm des 2 maxima de B.

4. Propriétés du faisceau d’ions extraits. - 4.1.SYSTÉMATIQUE DES EXPÉRIENCES. - Pour plusieursvaleurs de la tension d’extraction Vo, et de l’inten-sité d’arc, les différents courants ioniques ont été me- .surés et les courbes donnant leurs intensités rèspec-tives (courant global sur l’extracteur lE, et courantutile Ic sur la cage de Faraday) ont été tracées toutd’abord en fonction de l’intensité magnétisante Im.Puis, pour avoir une meilleure relation avec l’induc-tion B, elles ont été tracées en fonction de la valeurdu maximum de B sur l’axe. -

Dans tous les cas étudiés, on s’est toujours atta-ché à avoir à la limite un courant faible sur l’extrac-teur (jamais supérieur à 20 % du courant utile),afin d’éviter par suite des claquages la détério-ration de la source, ou de la haute tension d’alimen-tation ; on obtient dans ces conditions des mesuresbien reproductibles.

D’autre part, les températures respectives del’extrémité de l’électrode intermédiaire et du centrede la pastille d’anode (au contact de la pièce demolybdène portée au rouge), ont été mesurées encours de fonctionnement. Avec le courant d’arcmaximum (iarc = 3 A), la température ne dépassepas 300°C; on peut donc considérer que les valeursmesurées de B, et la forme des courbes B(z) restentinchangées « à chaud ».

4.2. DÉBIT TOTAL DE LA SOURCE EN FONCTIONDE LA TENSION. - Le courant global tombant surl’extracteur est la somme de 2 courants : le courant

ionique vrai et le courant d’électrons secondaires.Si on utilise pour chaque valeur de, Vo les valeursdu coefficient d’émission secondaire caractéristiquedu métal constituant l’extracteur [3], on peutretrouver avec une bonne approximation le courantionique réel Ie, ce qui permet de calculer le couranttotal extrait I total = Ie + le.

Pour des valeurs données de lare et de Im (doncde B max) on peut tracer la courbe

126 A

On retrouve alors un phénomène intéressantsignalé déjà par 2 auteurs [4], [5], l’un dans l’étuded’un duoplasmatron, l’autre d’une source PIG : lecourant total extrait est indépendant de la tensiond’extraction, tout au moins dans les limites explo-rées par nous : 10 Vo 35 kV (dans les 2 réfé-rences citées, cette loi est vérifiée déjà vers 1 kV).

Ceci semble indiquer que quelle que soit la ten-sion d’extraction le débit est limité au niveau dutrou de la cuvette d’anode (2r = 4/10 mm dansnotre cas). Pour accroître le « débit ,» de ce trou,trois solutions sont à notre disposition : accroîtrel’induction B, ce qui diminue la section de l’arc, etaugmente la densité dans la zone centrale ;accroître l’intensité d’arc lare, pour accroître ladensité locale comme dans le cas précédent ; à

Bmax et Iarc fixées, déplacer le trou de la cuvettepour l’amener dans la zone de striction maximumde l’arc.

Cette dernière possibilité est particulièrementintéressante dans le cas de la source type V. Atout acier, et pour la source à anode cuivre, pastilleacier, dans lesquelles le maximum de B est situéen arrière de l’anode.

4.3. COURANT UTILE I,, DANS LES DIFFÉRENTESCONFIGURATIONS. - 4.3.1. Source cc tout acier ». -

La figure 9 montre dans un cas particulier lescourbes Ic = f (Im).On remarque que pour les champs forts, la

Fic. 9. - Courant utile en fonction de Im (ou B,,cas n° 1. Ouverture : d = 5 mm. Ie = f(im).

Distance anode-extracteur D = 5 mm.

décroissance de I, s’accompagne de la croissancede IE. Pour des courants d’arc faibles, au contrairç,7c est toujours croissant, et IE reste nul, en bonaccord avec la théorie simple esquissée au début(voir fig. 2). Si maintenant on trace les courbes

on obtient des courbes formées de 2 portions dedroites successives (fig. 10). la cassure se produisantà une valeur critique Bc de Bmax.

FIG. 10. - Courant ionique en fonction de Bmax (cas n° 1)pour différentes valeurs du diamètre de la cuvette demolybdène. 7cage = f(B) . Paramètre : deuvette- Iarc = 0,5 A.Vo = 30 kV. Plaque : Acier. Pastille : acier.

Les expériences d’abord conduites avec un dia-mètre de cuvette d = 5 mm ont été reprises avecles valeurs d = 2, 3,5, 5 et 7 mm. Pour d = 2 mm,la courbe est constituée par une droite unique ;pour d ==.3,5, la cassure est encore peu marquée,mais pour d = 7, elle s’accentue fortement.On est donc en présence de 2 régimes successifs

de fonctionnement de la source lorsque B aug-mente. Nous proposons l’explication suivante’ : auniveau du trou règne une induction Bt, directementliée à Bmax (mais non proportionnelles car, pour leschamps forts, des phénomènes locaux de saturationpeuvent se produire). Lorsque Bt atteint une valeurcritique Btc telle que le rayon de Larmor des élec-trons de l’arc devient inférieur au rayon du troude la cuvette (r = 0,2 mm), une partie importantedu flux électronique ionisant peut pénétrer dansl’espace d’extraction et provoquer une ionisationsupplémentaire à l’intérieur de la « bulle » deplasma. Pour r = O2 mm, et des électrons ayantdes vitesses correspondant à des énergies de 50 à100 eNr, ce champ critique serait compris entre 1 000et 1 600 Gauss, ce qui est tout à fait l’ordre degrandeur observé. D’autre part, une telle ionisationest encore possible dans la cuvette car une certainequantité d’hydrogène s’échappe de l’espace de dé-

127 A

charges et la pression dans la bulle elle-même doitêtre comprise entre quelques 10-3 et 10-2 mmde mercure. (Des mesures nous ont montré que,pour les champs forts, et 1 A iarc 2 A le ren-dement d’ionisation est de l’ordre de 50 à 70 %.)Dans le cas où d = 2 mm, le champ magnétique

pénètre très peu dans l’orifice de la pastille ano-dique, et le champ critique ne peut être atteint,même pour des inductions maxima de l’ordre de8 kGs. Par contre le coude de la caractéristique quiapparaît déjà sur la courbe d = 3,5 mm s’accen-tue pour d = 5 et d = 7 mm, et se déplace versles inductions faibles : par suite de la pénétrationde plus en plus forte du champ dans la cuvette, lechamp critique est atteint pour des valeurs de plusen plus faibles de Bmay lorsque d croît.

Il est possible avec cette source d’atteindre entoute sécurité des courants utiles de 15 mA sous30 kV, le faisceau ayant une ouverture inférieureà + 18° lorsqu’il traverse l’extracteur; ce quifournit dans le plan du trou de diamètre 2r =0,4 mm une densité spécifique de 15 A/cm 2 (l’anglede + 18° est celui du cône ayant pour sommet lecentre présumé de la frontière du plasma, et

s’appuyant sur la surface intérieure du trou de E)Pour vérifier ce raisonnement nous avons rap-

proché la cuvette de molybdène de l’électrodeintermédiaire, afin de faire coïncider le trou et lemaximum de B : le. coude se produit alors de plusen plus tôt, et disparaît totalement lorsque le trouest situé dans la section de striction maximum : ona alors toujours le 2e régime de fonctionnement,mais aux champs très forts, la caractéristique pré-sente un plateau de saturation (Ic = Ete) quis’explique facilement si on suppose que la sectionde l’arc entier est alors inférieure à 0,4 mm ( fig,11 ).

Fie. 11. - Courant ionique en fonction de Bmag (cas no 1)pour d = 3,5 mm, et différentes positions de trou d’ex-pour d = 3,5 mm, et différentes positions du trou d’ex-traction (la pastille de Mo se rapproche de l’électrodeintermédiaire In). 7cage = j(B).. Paramètres : dépla-cement de la pastille de molybdène. Iarc = 0,5 A.Vextr = 30 kV. dcuvette = 3,5 mm. Plaque : acier. Pas-tille : acier.

D’autre part, ce plateau s’infléchit aux très fortesinductions, ce qui s’explique par la diminution del’ionisation pour les inductions élevées, phénomènesignalé par de nombreux observateurs [6], maisd’origine mal connue.

4.3.2. Source à anode et pastille de cuivre. - Lesinductions magnétiques sont ici plus faibles(Bmax = 3 kGs au maximum) mais le maximumde B est situé dans la cuvette d’extraction.

Les caractéristiques obtenues sont alors desdroites, sans coude ni plateau de saturation (fig. 12).

Fie. 12. - Courant ionique, en fonction de Bmax (cas n° 3)pour différentes valeurs de diamètre de la cuvette demolybdène. lcage = f (B). Paramètre : dcuvette. Iarc = 2 A.Vextr = 30 kV. Plaque : cuivre. Pastille : cuivre.

La pente de ces droites augmente lorsque d aug-mente. Elles correspondent certainement au 2e ré-gime du cas précédent, mais ici la saturation nepeut être atteinte avec le trou de 0,4 mm.La focalisation est un peu meilleure que dans le

cas précédent à intensité de faisceau extrait égale ;les courants sur l’extracteur sont légèrement plusfaibles.

4.3.3. Source à anode cuivre et pastille acier. -La figure 13 montre un type de courbes donnant /cen fonction de Im pour V = 30 kV. On peutobtenir ici, pour un même champ magnétique B.,,,.

128 A

FIG. 13. - Courant ionique en fonction de I,,, (ou de Bmax),cas no 4. Ouverture : d = 5 mm.

et un arc identique, un courant utile plus fort quedans le cas « tout acier », ce qui met en évidencel’influence focalisante de la 2e région de champmagnétique située entre pastille et extracteur. Lesions extraits rencontrent en effet une lentille ma-

gnétique où B peut atteindre 2 à 2,5 kGs, le 1er ma-ximum étant de l’ordre de 4 à 4,5 kGs.

5. Conclusion. - De cette étude, non encore ter-minée, on peut déjà tirer quelques conclusions :- si on recherche les fortes densités ioniques

il y a avantage à utiliser une source où l’inductionmagnétique est la plus intense possible, et en parti-culier en plaçant le trou d’extraction exactementau maximum de B(z) ; - si on recherche un courant fort, on aura. a-

vantage à utiliser un trou égal à celui de la sectionminimum de l’arc : l’intensité totale débitée par lasource est proportionnelle à l’aire du trou tant quecelui-ci a un diamètre très inférieur à celui de l’arc,puis on obtient ensuite un régime progressif desaturation. Pour pouvoir accroître l’aire du trou,

, il faut évidemment accroître les vitesses de pom-page ;- si on recherche une bonne focalisation, c’est-

à -dire des faisceaux à la fois intenses et peu ouverts,il faut utiliser une très haute tension d’extrac-tion Vo (d’où la nécessité d’avoir ici encore degrandes vitesses de pompage), et une configurationde B(z) à deux maxima. On pourrait d’ailleurs ren-forcer le 2e maximum en ajoutant un aimant per-manent puissant sur l’extracteur.Nous adressons nos plus vifs remerciements au

C. E. A., et en particulier au Département dePhysique Appliquée, de Saclay, qui nous a accordéson aide pour effectuer ce travail, et à MM. Taillet,Bonal, Manus et Maton qui nous ont encouragédans cette entreprise et avec qui nous avons eu defructueuses discussions.

Manuscrit reçu le 6 mars 1962.

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