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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 :
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pour situer la position dans l’espace et dans le temps des atomes d’hydrogène, surtout au sein de systèmes comprenant des atomes lourds ;
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lorsque le contraste entre les noyaux permet seul l’expérience ou que la substitution isotopique est utilisée comme méthode de marquage ;
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pour déterminer la structure spatio-temporelle des moments magnétiques d’un échantillon ;
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pour déterminer les courbes de dispersion de phonons ou de magnons ;
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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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4. Conditions expérimentales
Lorsqu’un problème physique, chimique ou biologique semble pouvoir être résolu par une mesure de diffusion de neutrons, il se pose à l’expérimentateur un certain nombre de questions pratiques concernant la faisabilité de l’expérience, le choix de l’échantillon, du spectromètre et du réacteur. Autant de problèmes délicats pour des non-spécialistes. L’objet de cet article est de décrire quelques critères essentiels au bon déroulement d’une expérience. Mais ces problèmes ne pourront être complètement résolus que par des discussions avec des membres des laboratoires (cf. ) chargés de l’exploitation des faisceaux de neutrons.
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Faisabilité de l’expérience : comme les sources de neutrons sont peu nombreuses et relativement peu intenses, la disponibilité des spectromètres est faible. C’est pourquoi, en règle générale, les mesures ne sont faites avec ce rayonnement que si aucune autre technique ne permet d’atteindre plus aisément le même résultat.
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Choix des échantillons : il passe d’abord par le critère d’un volume minimal (0,05 à 5 cm 3 suivant l’expérience à réaliser) pour des raisons de flux, puis par celui de sa composition qui impose de consulter les tables de sections efficaces et de longueurs de diffusion [16].
a ) L’échantillon ne doit pas être trop absorbant, un coefficient de transmission de 0,3 correspond à une intensité diffusée maximale. Les atomes très absorbants comme le cadmium ou le gadolinium naturels sont à proscrire ou à remplacer par des isotopes moins absorbants. En diffusion centrale ( λ > 0,5 nm) il faut envisager de remplacer le chlore par du brome. Si l’absorption n’est pas le phénomène d’atténuation du faisceau de neutrons prédominant, il est préférable d’avoir un coefficient de transmission supérieur à 0,3 afin de minimiser les phénomènes de diffusion multiple qui peuvent rendre les résultats inexploitables.
b ) La très grande sensibilité de la diffusion de neutrons à de nombreux phénomènes nucléaires et magnétiques est également un inconvénient car, si la technique...
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