< Terug naar vorige pagina

Project

Hoogintensieve oppervlakte-ionenbron voor langdurige bestralingen voor ISOL@MYRRHA

Deze scriptie presenteert de ontwikkeling en experimentele tests van een nieuwe oppervlakte-ionenbron voor het ISOL@MYRRHA-project bij de Belgisch nucleair onderzoekscentrum SCK CEN. Het MYRRHA-project is het eerste prototype van een onderkritische reactor gekoeld met lood-bismut, aangedreven door een lineaire deeltjesversneller. Een deel van de bundel afkomstig van de versneller zal worden afgetapt naar een ISOL-faciliteit, ISOL@MYRRHA, voor de productie van radioactieve ionenbundels. Het onderzoek richt zich op het verbeteren van de efficiëntie en betrouwbaarheid van ionenbronnen onder de unieke omstandigheden van deze installatie, inclusief een primaire bundel van 100 MeV protonen met een intensiteit tot 0,5 mA.

Een uitgebreid overzicht van bestaande ISOL-ionenbronnen wordt gegeven, gecategoriseerd naar hun ionisatiemechanismen: ionenimpact, elektronenimpact, oppervlakte en laserionisatie. Vanwege de eenvoud en robuustheid werd een oppervlakte-ionenbron gekozen als eerste bron voor ISOL@MYRRHA, dewelke potentieel ook als laserionenbron kan dienen. De scriptie onderzoekt het principe van oppervlakte-ionisatie, met aandacht voor de interacties aan het verwarmde materiaaloppervlak, de vorming van plasma-schedepotentiaal en de impact van deze fenomenen op de ionisatie-efficiëntie.

Het belang en de impact van het verwarmingssysteem van de oppervlakte-ionenbron werden bestudeerd: elektronenbombardement en ohmse verwarming. Daar waar de eerste gebruikt werd toen de theorie van oppervlakte-ionisatie ontwikkeld werd, is de laatste tegenwoordig de typische vorm in ISOL-faciliteiten. De implicaties van ohmse verwarming op temperatuur en potentiaalverdeling binnen de ionenbron worden besproken. Een actie thermisch-schermconcept om de koude plekken te verminderen, geïdentificeerd in ohmse verwarmingssystemen, is ontwikkeld. Dit concept, en zijn variaties voor verschillende productiemethoden - Gelaste, 3D-geprinte en Geassembleerde ontwerpen - worden verkend, resulterend in een prototype van het Geassembleerde ontwerp dat dan in het SCK CEN is gemaakt, vervolgens met succes getest in CERN.

Experimentele resultaten van initiële tests worden gedetailleerd beschreven, inclusief het thermisch-elektrische gedrag van het prototype en de prestaties onder verschillende operationele omstandigheden.

De scriptie wordt afgesloten met inzichten in de ionisatie-efficiëntie van verschillende elementen, de impact van ionendichtheid en temperatuur op de ionenherkomst, en de duurzaamheid van het prototype tijdens langdurige operatie en onder stressomstandigheden. De bevindingen en hun gevolgen voor het begrip van oppervlakte-ionenbronnen worden vervolgens samengevat. Tot slot worden praktische oplossingen en verdere vooruitgang voor de toekomstige ISOL@MYRRHA-faciliteit en de ontwikkeling van een oppervlakte-ionenbron besproken.

Datum:1 dec 2019 →  13 dec 2023
Trefwoorden:Ion sources, Surface ionization, Radioactive ion beams, Isotope Seperator On-Line
Disciplines:Atoomfysica, Toegepaste aspecten van de nucleaire fysica, Experimentele aspecten van nucleaire fysica
Project type:PhD project