THESE DE PHYSIQUE Spcialit Physique des acclrateursSciences Nuclaires

THESE DE PHYSIQUE Spécialité : Physique des accélérateurs-Sciences Nucléaires Par : Lounès AMARI Étude expérimentale du ralentissement des ions légers dans des cibles de composés ioniques: Pouvoir d'arrêt et straggling en énergie Directeurs de thèse : Serge DELLA NEGRA, Saad OUICHAOUI 1

INTRODUCTION Paramètre physique � Pouvoir d’arrêt S(E): Électronique Nucléaire E ≈ (500 -4000) ke. V/u Dispersion de la perte d’énergie � Straggling en énergie Problématique bien maitrisée pour des cibles élémentaires Objectifs de l’étude : Cibles réelles complexes Analyses µIBA Ø mesures plus précises sur les cibles composées Ø Examiner l’effet d’hétérogénéité de la cible Ø comparaison aux modèles théoriques et aux codes de calculs Mesures des S(E) et des protons dans : § Li. F ( cible composée) § Formvar et mylar ( cibles polymères ) 2

POUVOIR D’ARRÊT ET DU STRAGGLING EN ENERGIE Notions de base § Définitions et mesures E § Interaction élémentaire Ion projectile, Z 1 e Faisceau d’ions Cible ………………………………. . E - < E> p Electron cible (Z 2 ) ………………………………. . x n 2 Z 2: densité électronique de la cible T(p, v): l’énergie transférée p: paramètre d’impact 3

POUVOIR D’ARRÊT ET DU STRAGGLING EN ENERGIE Théorie quantique de Bethe Z 1: numéro atomique du projectile v: vitesse du projectile Bethe-Livingston (liaisons électroniques) Z 2 : numéro atomique de la cible n 2: densité atomique de la cible I: potentiel d’ionisation et d’excitation moyen de l’atome cible Complexe pour une cible élémentaire cible composée !!! 4

POUVOIR D’ARRÊT ET DU STRAGGLING EN ENERGIE Matière composée � Règle de sommation de Bragg-Kleeman POUVOIR D’ARRÊT STRAGGLING fraction massique du jième atome constituant Précision ? Influence de la morphologie de la cible ? 5

MESURES EXPÉRIMENTALES Détermination de S(E) Pour (ΔE/E 0) < 20% : S(E) est définit à l’énergie moyenne Ē Epaisseur de la cible Pour (ΔE/E 0) > 20% : c Correction quadratique δS c Correction des diffusions multiples <δx> 6

MESURES EXPÉRIMENTALES Dispositif expérimental : Plateforme L’emplacement de la chambre à réaction EDEN Ligne à 1, 29° à l’ IPN d'Orsay Ligne du faisceau à 90° Terminal 7

PROCEDURE EXPERIMENTALE Dispositif expérimental : Plateforme Source ECR Résonance Cyclotronique Electronique : f =10 GHz à l’ IPN d'Orsay Accélérateur électrostatique Pelletrons : 1→ 4 MV - faisceaux multichargés (1+ → 5+) : - ions atomiques: H , C , Ar , S , F - ions moléculaires: CHn , SFn ( n=1 à 5) Nos expériences : - Intensité du faisceau d’H utilisée = quelques p. A - Régime pulsé - Micro faisceaux (scanner la cible ) Erreurs systématiques Ligne du Ligne à 1, 29° faisceau à 90° 8

PROCEDURE EXPERIMENTALE Dispositif exp (l’intérieur de la Chambre à réaction) Cible Faisceau incident L R Ω 165° Transmission directe 0° Détecteurs Cibles RBS 165° Détecteurs Faisceau Diode silicium ULTRA (11 Ke. V/pour α de 4 Me. V) Placés à 0°et 165° Schéma expérimental 9

PROCEDURE EXPERIMENTALE Distributions angulaires des protons Pour s’assurer que tous les protons traversant la cible sont détectés. Nous avons calculé leurs distributions angulaires, données par la rayon R, en plaçant le détecteur à une distance de L=5 cm de ces cibles en transmission directe. Ep/Li. F sur Al R(mm) : 99% R(mm) : 90% FWHM de Ep ∆E/E (%) (ke. V) Li. F ∆E/E (%) Al 500 ke. V/1, 1µm 5 2, 5 11. 89 15. 7 1. 3 800 ke. V/1, 6µm 4 2 17. 3 10. 3 0. 7 1. 3 Me. V/6, 2µm 5 2, 5 28. 2 20. 5 0. 6 2. 5 Me. V/11, 2µm 3, 5 2 37. 6 12 0. 2 Le diamètre du détecteur est de 5, 64 mm, ce qui permettra de détecter plus de 90% des protons. Pour diminuer cette perte , une distance de 3 cm est choisie, et permettra de détecter plus de 96% des protons quelles que soient les cibles et l’énergie des protons. 10

PROCEDURE EXPERIMENTALE Epaisseurs des cibles de Li. F/Al Préparation de cibles de différentes épaisseurs de Li. F sur des supports de carbone minces: EP= 500 ke. V---700 ke. V : Li. F = 1 µm et C= 100 nm EP= 800 ke. V---1 , 2 Me. V : Li. F = 1, 4 µm et C= 200 nm E P= 1. 3 Me. V---2. 5 Me. V: Li. F= 6µm et C= 200 nm EP= 2. 5 Me. V---4 Me. V : Li. F= 11µm et C= 200 nm 11

PROCEDURE EXPERIMENTALE Cibles de Li. F/C Les cibles de Li. F/C sont réalisées par évaporation thermique, en collaboration avec le Groupe Cibles – Sources (installation ALTO) d’IPNO. Les mesures d’épaisseurs par la perte d’énergie alpha sont effectuées: Li. F/C = 1. 00 µm Li. F/C = 1. 72 µm Li. F/C = 5. 78 µm Li. F/C =11. 53µm C= 88 nm Dépôt de Li. F Carbone La rugosité des dépôts de Li. F ont été contrôlées par AFM Défaut de planéité inférieure à 20 nm pour 1µm d’épaisseur 12

Les expériences seront pour les mois : juillet – septembre 13