Analyse par faisceaux d'ions : la microsonde nucléaire
logo_tutelle logo_tutelle 
Analyse par faisceaux d'ions : la microsonde nucléaire

Schéma de principe de la microsonde nucléaire

La microsonde nucléaire est un outil d’analyse non destructif permettant la caractérisation élémentaire d’échantillons de nature solide de provenances très diverses, et ce à l’échelle du micromètre : interfaces et grains de matériaux de synthèse, monocouches cellulaires, inclusions dans des échantillons géologiques terrestres et extra-terrestres…

La méthode repose sur la détection et la spectrométrie des rayonnements émis par l’interaction d’un microfaisceau d’ions légers avec les atomes composant les éléments majeurs et trace des échantillons.

Au Laboratoire d'Etude des Eléments Légers (LEEL), ce faisceau est produit par un accélerateur de particules (A) de type Van de Graaff de de tension maximale 3.75 MV . Différentes particules peuvent être produites : 1H+, 2H+, 3He+, 4He+. Le faisceau est ensuite dirigé vers l’une des deux voies d’analyses disponibles (B), puis mis en forme et focalisé sur l’échantillon à analyser (C).

Le faisceau peut être balayé sur l’échantillon, et il est ainsi possible de construire des images élémentaires à l’aide des spectres collectés par les différents détecteurs entourant l’échantillon.

 

 
Analyse par faisceaux d'ions : la microsonde nucléaire

Microsonde nucléaire du NIMBE/LEEL.


Les interactions faisceau-atomes de l’échantillon sont de deux natures : 

1/ Electronique ; en cas d’ionisation en couche profonde, l’ion ainsi créé émet un rayon X caractéristique, cette technique s’appelle PIXE (Proton Induced X-ray Emission). Cette technique est plus particulièrement sensible pour les éléments lourds, à partir de Z=16.

2/ Nucléaire ; si la collision noyau-noyau est élastique, la particule incidente est diffusée, on parle alors de RBS (Rutherford BackScattering). L’énergie de cette particule est fonction du noyau diffusant et de la profondeur où a eu lieu l’interaction.

La technique ERDA (Elastic recoil detection analysis) consiste à détecter par transmission ou en incidence rasante le noyau de recul (léger) de la cible, éjecté après irradiation  par un ion plus lourd, tel l’hélium. Cette technique est la seule qui permette un dosage précis en hydrogène dans les matériaux sans nécessiter l’utilisation de standards.

En cas de collision inélastique, l’interaction est une réaction nucléaire, on parle alors de NRA (Nuclear Reaction Analysis). Ce type d’interaction génère l’émission de fragments de noyaux sous forme de particules chargées et de rayons γ. Ces deux techniques sont plus favorables aux Z légers, avec parfois une sensibilité isotopique, permettant le recours au traceurs isotopiques.

Une autre caractéristique de cette technique est la résolution en profondeur (dans le cas d'interactions nucléaires). Il est ainsi possible de mettre en oeuvre des techniques de microscopie 3D (tomographie) pour certains éléments légers.

 

Maj : 15/06/2018 (315)

Voir aussi
Quantitative ion beam analysis of M–C–O systems: application to an oxidized uranium carbide sample G. Martin, G. Raveu, P. Garcia, G. Carlot, H. Khodja, I. Vickridge, M.F. Barthe & T. Sauvage, Philosophical Magazine Volume 94, Issue 11, 2014.
[Lire la suite]
H. Bureau, E. Foy, C. Raepsaet, A. Somogyi, P. Munsch, G. Simon, S. Kubsky , Geochimica et Cosmochimica Acta, 74, 3839-3850 (2010)
Bromine is a poorly known element in Earth Sciences, more especially in the deep crust and mantle. Whereas this element is not concentrated in natural rocks, Br is an efficient ozone killer and has been found to be released to the atmosphere through volcanism.
[Lire la suite]
H. Bureau, P. Trocellier, C. Shaw, H. Khodja, N. Bolfan-Casanova, S. Demouchy
In Earth Sciences, the global water cycle is of fundamental importance. For this reason, the H2O content of volcanic glass and mantle minerals must be analysed: usually by micro-infrared spectroscopy (FTIR) or Secondary Ion Mass Spectrometry (SIMS).
[Lire la suite]
La compréhension des mécanismes de diffusion de l'hydrogène dans les perovskites à conduction protonique est une question complexe qui fait intervenir à la fois des considérations structurales et micro-structurales.
[Lire la suite]
H. Bureau and N. Métrich
In order to assess the effect of the melt composition on bromine concentrations in magmas, we have investigated bromide solubility for water-saturated iron-free silicic melts with variable Na+K/Al and Si/Al molar ratios (albite, haplogranite, rhyolite and pantellerite).
[Lire la suite]
Extraterrestrial materials examined by mean of nuclear microprobe H. Khodjaa,b, T. Smitha,b, C. Engrandc, G. Herzogd, C.
[Lire la suite]
H. Bureau, C. Gondé, B. Ménez, M. Semet
Melt and fluid inclusions in olivines from the last 197 days long eruption of Piton de la Fournaise (Réunion Island) that began March 9, 1998, have recorded a range of volatile partial pressures.
[Lire la suite]
Le cycle géologique des éléments volatils est régi par des transferts entre les réservoirs de la surface (ex. atmosphère, océans) et les réservoirs profonds (ex. manteau terrestre).
[Lire la suite]
E. Bernard, H. Khodja, J. Chêne, B. Pégourié, C. Martin, C. Pardanaud, Simultaneous deuterium implantation and ion beam microanalyses in CFC NB31: Understanding the in-bulk migration, Journal of Nuclear Materials.
[Lire la suite]
Contact : Hicham KHODJA
Nous avons réalisé l'étude de la réponse de cellules ostéoblastiques (MC3T3) à des irradiations contrôlées et ciblées à l'aide du dispositif d'irradiation ion par ion.
[Lire la suite]
Pour pouvoir comprendre le fonctionnement de notre planète, il faut connaître la teneur en fluides (H2O, CO2...
[Lire la suite]
La présence d'hydrogène et sa distribution à l'échelle microscopique dans les matériaux ont des effets importants sur leur comportement mécanique ainsi que sur leur résistance à la corrosion.
[Lire la suite]
Des échantillons de gaines irradiées, ayant séjourné 5 à 7 cycles dans un cœur de réacteur du parc français, ont été amenés au laboratoire.
[Lire la suite]
Modification of tribological properties
Titanium and its alloys are widely used in aeronautical, marine and chemical industries for their good mechanical properties, high resistance to corrosion, especially in sea water or human body, and low density, about 60% of steel density.
[Lire la suite]
Lors d'un APRP, le cœur du réacteur est vidangé. Le refroidissement n'étant plus assuré, la température de gaine monte très rapidement, puis décroît lentement, la réaction en chaîne n'étant plus entretenue.
[Lire la suite]
 

 

Retour en haut