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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

Réflectométrie. Profils de surface
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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2. Réflectométrie. Profils de surface

Un faisceau de neutrons est réfléchi par une surface en incidence rasante (figure 19). La réflexion est totale tant que l’angle reste inférieur à un angle critique, caractéristique de la surface.

Lorsque l’angle d’incidence est supérieur à l’angle critique, seule une partie des neutrons est réfléchie. La courbe de l’intensité réfléchie en fonction de l’angle d’incidence (figure 20) nous renseigne sans ambiguïté sur les compositions, les épaisseurs et les rugosités (ou distances d’interdiffusion entre couches) [14].

Exemple

dans le cas idéal (de Fresnel) d’une couche homogène d’épaisseur d sur un substrat infini, on observe des oscillations (de Kiessig) ; si λ est la longueur d’onde des neutrons, θm l’angle de l’oscillation de rang m, θC l’angle critique de réflexion totale, on a une relation analogue à la relation de Bragg :

Dans un réflectomètre, le faisceau incident est préparé sous forme d’un pinceau très plat arrivant sur un échantillon en incidence rasante. Les neutrons réfléchis sont recueillis par un multidétecteur. Deux méthodes existent pour obtenir la courbe de réflectivité : ou bien on modifie pas à pas l’angle d’incidence, ou bien cet angle reste fixe mais le faisceau incident est une bouffée de neutrons polycinétique, dont la vitesse est analysée par mesure du temps de vol au niveau du détecteur (figure 21). Lorsque la table échantillon est horizontale, les échantillons peuvent être indifféremment des liquides ou des solides. L’épaisseur typique étudiée est inférieure à 1 µm. Le faisceau de neutrons peut traverser un support (par exemple en silicium) avant d’atteindre la couche intéressante. La plupart des...

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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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