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Article

1 - STRUCTURE DE LA MATIÈRE CRISTALLISÉE

2 - RÉFLECTOMÉTRIE. PROFILS DE SURFACE

3 - DIFFUSION À « PETITS ANGLES »

4 - DYNAMIQUE

Article de référence | Réf : BN3017 v1

Dynamique
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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4. Dynamique

Dans la matière condensée, les atomes et les molécules sont liés par des forces qui contribuent d’ailleurs à organiser la structure générale du matériau. Ils ne sont donc pas immobiles, mais animés de mouvements. L’étude de ces mouvements renseigne sur les interactions qu’ils subissent. La diffusion de neutrons est là aussi un outil puissant car l’énergie cinétique des neutrons thermiques est de l’ordre de grandeur des interactions dans la matière.

Traditionnellement, on distingue deux situations : d’une part les modes collectifs impliquent de très nombreux atomes ou molécules en général répartis sur un réseau cristallin, d’autre part les modes diffusifs ou les niveaux excités concernent plutôt des entités individualisées. À chacun de ces cas correspondent deux types d’appareils particulièrement efficaces, le spectromètre à trois axes pour les modes collectifs, l’appareil quasi élastique à temps de vol pour les mouvements diffusifs.

4.1 Dynamique des modes collectifs. Le spectromètre trois axes

On étudie les modes collectifs au moyen des spectromètres trois axes. Comme les diffractomètres à poudre, ces appareils comportent un monochromateur, une table porte-échantillon et un détecteur ; mais, entre l’échantillon et le détecteur, on ajoute un nouveau composant (le troisième axe), un analyseur qui va réfléchir dans le détecteur seulement les neutrons ayant une énergie définie, différente en général de l’énergie incidente (encadré 2). En appliquant les lois de conservation du moment cinétique et de l’énergie, on va pouvoir mesurer les transferts de moment et d’énergie qu’a subis le neutron à l’occasion d’une interaction avec un mode collectif. Grâce aux nombreuses possibilités de configuration d’un trois axes(figure 34), on va pouvoir suivre pas à pas des directions particulières de l’espace réciproque, là où on peut le plus aisément comparer un modèle avec les courbes de dispersion (la fréquence en fonction du vecteur d’onde) des modes collectifs.

Les principaux modes collectifs sont les phonons (vibrations de réseau cristallin) et les magnons ou ondes de spin (vibrations des moments magnétiques atomiques). En première approximation, ce sont des ondes planes, qui sont donc caractérisées par...

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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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