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Auteur(s)
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Pascal BERGER : Docteur ès sciences - Directeur adjoint du laboratoire Pierre-Süe (CEA /CNRS)
-
Gilles REVEL : Docteur ès sciences - Directeur de recherche émérite au laboratoire Pierre-Süe (CEA/CNRS )
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Une microsonde nucléaire peut être considérée comme un moyen d’analyse élémentaire, de caractérisation structurale ou bien comme un outil de dépôt local d’énergie ou de charges.
Le principe et l’appareillage font l’objet d’une première partie [P 2 563].
Depuis la première édition de cette étude en 1995, le champ d’application des microsondes nucléaires n’a cessé de croître. Ces applications concernent l’analyse élémentaire dans des disciplines aussi variées que la physique du solide, la métallurgie, la géochimie, la biologie et la médecine, les sciences de l’environnement, l’archéologie… Des évolutions spectaculaires ont aussi concerné leurs usages non analytiques, en particulier dans les sciences de la vie (irradiation ion par ion), sciences des matériaux (micro-usinage) ou en microélectronique (mesures résolues en temps des charges induites sous faisceau). En 2004, il est certain que toutes les potentialités de cet outil n’ont pas encore été explorées.
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2. Limites d’emploi de la microsonde nucléaire
Pour les différentes méthodes de dosage utilisées avec une microsonde nucléaire, la sensibilité et donc la limite de détection locale sont tributaires de la statistique de mesure. Le nombre d’événements détectés étant proportionnel au nombre d’ions incidents, une statistique convenable n’est atteinte avec un microfaisceau qu’au prix d’une augmentation de plusieurs ordres de grandeur du nombre de charges reçues par unité de surface. Cela peut se traduire par des dommages susceptibles de fausser le résultat des mesures. Un gain sur l’efficacité de détection ne permet que de repousser cette limite. Le mécanisme des interactions particule-matière commence à être bien connu dans le cas des faisceaux d’électrons. Il n’en est pas de même pour les faisceaux d’ions légers ayant une énergie de l’ordre de quelques mégaélectronvolts. Plusieurs phénomènes peuvent être identifiés.
2.1 Échauffement
C’est l’effet le plus intuitif, bien qu’il ne pose pas de problème pour l’analyste ; la plus grande partie de l’énergie dissipée dans la cible l’est sous forme de chaleur. La température locale de l’échantillon s’élève jusqu’à ce qu’un équilibre dynamique s’établisse entre l’apport d’énergie dû au faisceau et sa dissipation par conduction et rayonnement. Dans le cas de la mise en œuvre de faisceaux extraits, sous air ou sous atmosphère contrôlée, le refroidissement par convection joue également un rôle fondamental. Pour les microfaisceaux des microsondes nucléaires, compte tenu de leur pénétration, il est généralement admis que la dissipation par conduction est dominante. En reprenant les travaux de Talmon et Thomas pour les électrons [119], plusieurs auteurs [120] [121] [122] ont tenté d’estimer la température maximale atteinte par un échantillon mince, placé sur un support refroidi et irradié uniformément....
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - COOKSON (J.A.), FERGUSON (A.T.G.), PILLING (F.D.) - Proton microbeams, their production and use - . J. of Radioanal. Chem. 12, 39-32 (1972).
-
(2) - ANDERSON (N.N.), ZIEGLER (J.F.) - Hydrogen stopping powers and ranges in all elements - . Vol. 3, séries Stopping and range of ions in matter , Pergamon Press (1977).
-
(3) - JOHANSSON (T.B.), AKSELSSON (R.), JOHANSSON (S.A.E.) - X-ray analysis : Elemental trace analysis at the 10-12 g level - . Nucl. Inst. and Meth., 84, 141 (1970).
-
(4) - JOHANSSON (S.A.E.), CAMPBELL (J.L.), MALMQVIST (K.G.) - Particle-Induced X-Ray Emission Spectrometry (PIXE) - . J. Wiley & Sons (1995).
-
(5) - MATSUYAMA (S.), ISHII (K.), SUJITOMO (A.) - Development of a Micro-PIXE Camera - . International Journal of PIXE, 8 (2-3), 203-208 (1998).
-
(6) - FOLKMANN (F.) - Ion induced X-rays, general description - ....
1 Constructeurs, fournisseurs et utilisateurs
(liste non exhaustive)
-
Accélérateurs
Deux constructeurs se partagent l’essentiel du marché avec de petits accélérateurs fonctionnant selon des principes légèrement différents.
La société National Electrostatic Corporation (NEC), aux États-Unis, commercialise des systèmes dits Pelletron dont la caractéristique principale est le remplacement de la courroie isolante traditionnelle par une chaîne, plus durable et mécaniquement plus stable . Il est ainsi possible de gagner un ordre de grandeur sur la stabilité en énergie.
National Electrostatics Corp. (NEC) http://www.pelletron.com
La société High Voltage Engineering Europe BV (HVEE) , aux Pays-Bas, commercialise des accélérateurs du type Singletron ou Tandetron, pendants des Van de Graaff et tandem, dont la caractéristique principale est l’absence de pièces mobiles. La haute tension est générée à partir d’un système de condensateurs et les vibrations d’origine mécanique sont ainsi évitées. Une stabilité en énergie de ± 50 eV durant 5 heures a été obtenue avec un Singletron de 3,5 MV pour des protons de 1,881 MV . Singletron et Tandetron sont actuellement disponibles jusqu’à une énergie de 5 MeV.
High Voltage Engineering Europe (HVEE) http://www.highvolteng.com
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Systèmes de focalisation et de balayage
Des dispositifs de microfocalisation sont actuellement commercialisés par plusieurs laboratoires ayant développé leur propre microsonde nucléaire.
Oxford Microbeams Ltd. http://www.microbeams.co.uk
Microanalytical Research Centre, University...
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