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1 - STRUCTURE DE LA MATIÈRE CRISTALLISÉE

2 - RÉFLECTOMÉTRIE. PROFILS DE SURFACE

3 - DIFFUSION À « PETITS ANGLES »

4 - DYNAMIQUE

Article de référence | Réf : BN3017 v1

Diffusion à « petits angles »
Les faisceaux de neutrons - Comprendre et caractériser la matière

Auteur(s) : Gérard PÉPY

Date de publication : 10 janv. 2007

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RÉSUMÉ

Cet article traite des nombreuses méthodes utilisant les propriétés ondulatoires des neutrons. Beaucoup de matériaux sont cristallisés, notamment les métaux. Un cristal est caractérisé par une maille élémentaire habillée par un motif d’atomes. La maille élémentaire est l’élément de base répété un très grand nombre de fois dans des grains. Lorsqu’un faisceau de neutrons monochromatique rencontre un polycristal ou une poudre, quelques uns des grains présentent au moins une famille de plans cristallins en position de réflexion : on obtient un ensemble de cônes de Debye-Scherrer qui sont une signature de la géométrie cristalline.

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ABSTRACT

This article presents the various methods using the wave-properties of neutrons. Many materials are crystallized and notably metals. Crystal are characterized by a particular atom pattern on an elementary mesh. This elementary mesh is the basic element which is repeated a vast amount of times in grains. When a monochromatic neutron beam meets a polycrystal or a powder, some of the grains present at least one family of planes in reflection position: a set of Debye-Scherrer cones is obtained which are a signature of the crystalline geometry.

Auteur(s)

  • Gérard PÉPY : Conseiller scientifique au Commissariat à l’Énergie Atomique, Laboratoire Léon Brillouin, CEA Saclay

INTRODUCTION

Ce dossier traite des nombreuses méthodes utilisant les propriétés ondulatoires des neutrons (leur diffusion par la matière). Pour connaître la façon de préparer les faisceaux de neutrons thermiques et les applications liées à leurs propriétés de pénétration et d’activation de la matière, on se reportera au dossier Les faisceaux de neutrons- Analyse des traces, imagerie et médecine.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-bn3017


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3. Diffusion à « petits angles »

Les neutrons sont caractérisés par une longueur d’onde λ d’environ 1 nm (10−9m). Lorsqu’un faisceau de neutrons rencontre un échantillon possédant une structure à « grande échelle » (1 nm à 100 nm), faite d’au moins deux espèces, il est diffusé à un angle θ petit, d’où le nom de diffusion à petits angles. L’intensité diffusée est proportionnelle à un contraste naturel entre les deux espèces ou obtenue par une substitution isotopique. Cette technique est d’un grand intérêt pour les ingénieurs car elle permet d’obtenir des informations rapidement et simplement. C’est pourquoi nous proposerons quatre exemples, deux en « matière molle », deux en métallurgie.

3.1 Complexes de protéines et polyélectrolytes

On rencontre fréquemment des complexes protéines-polyélectrolytes en biologie ou dans l’industrie [16]. Afin de comprendre les mécanismes conduisant à la formation de ces complexes et leur nature moléculaire, un groupe du LLB a étudié un système modèle constitué d’une protéine globulaire chargée positivement, le lysozyme, et d’un polyélectrolyte chargé négativement, le polystyrènesulfonate de sodium (PSSNa) [17].

La variation de contraste neutronique est particulièrement efficace dans les systèmes où le solvant est l’eau (ou un solvant organique usuel). En effet en mélangeant de l’eau lourde à l’eau normale, on va pouvoir ajuster le pouvoir diffusant de l’eau afin qu’il soit égal à celui d’un seul des composants, celui-ci devient alors invisible ; on observe la diffusion par l’autre composant, seul (figure 25). Dans l’exemple proposé, le polyélectrolyte lui-même avait été deutérié afin de le différencier encore plus de la protéine. Dans cette étude les auteurs ont fait varier de nombreux paramètres : la force ionique, la concentration des espèces, la densité de charges, la longueur de chaîne du polyélectrolyte.

Lorsque les chaînes sont longues, elles constituent un réseau avec les protéines, formant un gel opaque. Si les chaînes sont courtes, elles forment avec les protéines de gros complexes denses qui diffusent la lumière, dans lesquels les charges apportées par les deux types d’objets sont...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - RIETVELD (H.M.) -   *  -  1969 J. Appl. Crys. 2 65.

  • (2) - RODRIGUEZ-CARVAJAL (J.) -   *  -  1993 Physica B 192 55.

  • (3) - ISNARD (O.), LONG (G.J.), HAUTOT (D.), BUSCHOW (K.H.J.), GRANDJEAN (F.) -   *  -  J. Phys. : Condens. Matter 14 (2002) 12391-12409.

  • (4) - COUVREUR (F.), GIBERT (C.), ANDRÉ (G.) -   Mesure quantitative de l’hydrogène dans le Zircaloy 4-D par diffusion neutronique  -  . Rapport CEA, DMT no 97/379.

  • (5) - COUVREUR (F.), ANDRÉ (G.) -   In situ neutron scattering study of hydrogen-containing Zircaloy 4-D alloys  -  . Rapport d’activité du LLB, 1997-1999.

  • (6) - JOUBERT (J.M.), LATROCHE (M.), PERCHERON-GUÉGAN (A.) -   Influence of substitution and stoichiometry of the structural properties of RM5 type hydride forming compound  -  . Rapport d’activité du LLB, 1999-2000.

  • ...

1 Sources de neutrons

HAUT DE PAGE

1.1 Principales sources de neutrons européennes

Réacteur à haut flux, Institut Laue Langevin, Grenoble, France http://www.ill.fr/

Orphée, Laboratoire Léon Brillouin, Saclay, France http://www.llb.cea.fr/

ISIS, Rutherford Appleton Laboratory, Oxford, Grande-Bretagne http://www.isis.rl.ac.uk/

SINQ, Paul Scherrer Institut, Villigen, Suisse http://www.psi.ch/

FRM II, Université Technique de Münich, Allemagne http://www.new.frm2.tum.de/

HMI, Hahn Meitner Institut, Berlin, Allemagne http://www.hmi.de/

FRG-1, GeNF, Geesthacht, Allemagne http://www.gkss.de/

Technical University, Delft, Pays-Bas http://nm.iri.tudelft.nl/

BRR, Budapest Hongrie http://www.szfki.hu/nspectr/

IBR-2, Dubna, Russie http://nfdfn.jinr.ru/

HAUT DE PAGE

1.2 Source de neutrons épithermiques pour les applications médicales

Nuclear Research & consultancy Group (NRG), Petten, Pays-Bas http://www.nrg-nl.com/public/medical/bnct/

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