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RÉSUMÉ
Le passage des particules chargées dans la matière ne manque pas d’y générer des transformations et des contraintes, jusqu’à des modifications de composition. Les collisions élastiques et des réactions nucléaires ainsi engendrées par les ions positifs énergétiques peuvent être exploitées à des fins d’analyse. Leurs spectrométries représentent de formidables outils expérimentaux pour la résolution d’un grand nombre de problèmes analytiques. Elles Cet article présente quelques applications conduisant notamment à la caractérisation de matériaux.
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Patrick TROCELLIER : Docteur d’État, Ingénieur CEA Laboratoire Pierre Süe, CE Saclay
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Philippe TROUSLARD : Ingénieur CEA Institut national des sciences et techniques nucléaires, CE Saclay
INTRODUCTION
Après avoir décrit les collisions élastiques et les réactions nucléaires en termes de mécanismes physiques et de formalisme mathématique [P 2 560], nous allons, dans cette seconde partie, donner quelques applications à la caractérisation de matériaux. Ces applications peuvent se rencontrer dans des disciplines aussi diverses que les Sciences des Matériaux, les Sciences de l’Univers, les Sciences de l’Environnement, les Sciences de la Vie ou les Sciences Humaines.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de oct. 1977 par Charles ENGELMANN
- Version archivée 2 de avr. 1987 par Charles ENGELMANN
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1. Applications à la caractérisation des matériaux
1.1 Millifaisceau
Que ce soit la méthode d’analyse utilisée en millifaisceau, macrofaisceau ou microfaisceau, la physique mise en jeu est la même. Seul change le domaine d’application. Le macrofaisceau ou millifaisceau est utilisé pour caractériser des échantillons présentant une grande homogénéité latérale. La grande taille du faisceau de l’ordre du millimètre de diamètre permet d’obtenir une concentration moyenne. Les densités de courant utilisées en millifaisceau sont faibles. Le tableau 1 donne des valeurs couramment utilisées.
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Étalonnage en énergie d’un détecteur en RBS
Les énergies des particules détectées en RBS et ERDA sont inférieures à l’énergie des particules incidentes. Pour générer des énergies de référence, il est pratique d’utiliser des particules qui sont rétrodiffusées sur une cible constituée d’une mince couche d’un élément lourd, par exemple de l’or, déposée sur un substrat léger, par exemple de l’aluminium. Les facteurs cinématiques sur ces deux éléments sont très différents :
![]()
En prenant des énergies incidentes croissantes, il est possible de générer une gamme d’énergies de référence (figure 1). On remarque la dépendance du signal de rétrodiffusion avec l’inverse du carré de l’énergie incidente des hélions. La section efficace de Rutherford est proportionnelle au carré du numéro atomique de l’atome cible et inversement proportionnelle au carré de l’énergie incidente [cf. relation (27)] :
![]()
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Analyse de multicouches nanométriques par RBS
Dans l’exemple suivant, l’échantillon est constitué d’un empilement de multicouches nanométriques de fer et de terbium pris entre deux couches de Si3N4, le tout déposé...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - JOHANSSON (S.A.E.), CAMPBELL (J.L.) - * - PIXE a novel technique for elemental analysis. John Wiley & Sons, New York (1988).
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(2) - JOHANSSON (S.A.E.), CAMPBELL (J.L.), MALMQVIST (K.G.) - Particle-Induced X-ray Emission Spectrometry (PIXE) - . John Wiley & Sons, New York (1995).
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(3) - CHU (W.K.), MAYER (J.W.), NICOLET (M.A.) - Backscattering spectrometry - . Acad. Press, New York (1978).
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(4) - ARNOLD-BIK (W.M.), HABRAKEN (F.H.P.M.) - Elastic recoil detection - . Rep. Prog. Phys. 56 859 (1993).
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(5) - TIRIRA (J.), SERRUYS (Y.), TROCELLIER (P.) - Forward Recoil Spectrometry : Applications to hydrogen determination in solids - . Plenum Press, NY (1996).
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(6) - MAYER (J.W.), RIMINI (E.) - Ion Beam Hand-book for Material Analysis - . Academic Press New York (1977).
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