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Auteur(s)
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Jean-Pierre COTTON : Docteur ès sciences - Physicien au laboratoire Léon-Brillouin (CEA-CNRS) - Commissariat à l'énergie atomique (CE Saclay)
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Lire l’articleINTRODUCTION
Le neutron est une particule neutre qui, ignorant les cortèges électroniques des atomes, interagit avec leur noyau et leur moment magnétique. La diffusion des neutrons est utilisée pour déterminer la structure statique et dynamique de la matière condensée de façon très analogue aux techniques de diffusion et de diffraction de lumière et de rayons X. Les temps de mesures sont d’ailleurs analogues (de 10 min à 10 h). Comme les sources de neutrons sont difficiles d’accès, cette technique est réservée aux expériences où elle est indispensable, c’est-à-dire, essentiellement :
-
pour situer la position dans l’espace et dans le temps des atomes d’hydrogène, surtout au sein de systèmes comprenant des atomes lourds ;
-
lorsque le contraste entre les noyaux permet seul l’expérience ou que la substitution isotopique est utilisée comme méthode de marquage ;
-
pour déterminer la structure spatio-temporelle des moments magnétiques d’un échantillon ;
-
pour déterminer les courbes de dispersion de phonons ou de magnons ;
-
lorsque l’opacité de l’échantillon ne permet pas son étude en diffusion de lumière ou que l’expérience nécessite une épaisseur d'échantillon trop importante pour utiliser la diffraction de rayons X.
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2. Appareillage
En France (1996) les spectromètres ont pour caractéristique commune d’utiliser les neutrons délivrés par les réacteurs nucléaires de recherche [4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14] dont la liste se trouve en . Le principe de fonctionnement de la plupart d’entre eux et leurs performances sont décrits maintenant.
D’un canal percé dans la protection biologique d’un réacteur ou d’une source à spallation sort un faisceau de neutrons dont la distribution en flux par unité de longueur d’onde d Φ / d λ est maxwellienne (figure 2).
La première opération consiste à prélever dans ce faisceau une distribution étroite de longueur d'onde (partie hachurée en figure 2) centrée sur la longueur d’onde λ 0 choisie en fonction de la mesure à réaliser. Cette sélection est souvent effectuée par un monocristal servant de monochromateur. Il suffit d’ajuster l’angle θ B entre le faisceau et une famille de plans réticulaires du cristal de telle sorte que la loi de Bragg soit satisfaite :
avec :
- d :
- équidistance de ces plans réticulaires
Le reste de l’appareillage [5, 6, 7, 8, 9] diffère suivant l’objet de la mesure : lorsque l’on s’intéresse aux structures, c’est-à-dire aux positions relatives moyennes des atomes du système, on utilisera un diffractomètre destiné aux études statiques 2.1. Si, par contre, ce sont les mouvements propres des atomes qui sont recherchés, il faut pouvoir analyser les transferts d’énergie qu’ils ont provoqués ; on utilisera alors les spectromètres destinés aux études dynamiques...
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