Présentation
Techniques de piégeage d’ions

Le confinement d’ions utilise deux techniques principales. La plus ancienne s’appuie sur l’ action conjuguée d’un champ magnétique et d’un champ électrostatique pour confiner les ions et l’on peut dire qu’elle débute en 1930 avec la construction du premier cyclotron par E. Lawrence. L’idée est simple : une enceinte vidée, dans laquelle des ions sont créés, est placée dans un champ magnétique homogène. Les ions exécutent alors des trajectoires circulaires à la pulsation cyclotron :

Il est possible d’exploiter ces ions soit pour les accélérer et leur communiquer une énergie suffisante, soit pour mesurer leur masse. Cette technique a été utilisée dans de nombreux dispositifs, principalement en physique nucléaire. Il faudra attendre une vingtaine d’années pour qu’un instrument de taille raisonnable soit construit : constitué d’une cellule de 1 cm ³ environ, il a permis d’atteindre une précision en masse de 0,03 % environ pour le proton. Grâce à son faible encombrement, ce dispositif, appelé Omégatron, fut utilisé comme analyseur de gaz résiduel. Simultanément, grâce aux travaux de Baldeswieler, Beauchamp et al, en 1960, un appareil commercial, principalement conçu pour l’étude des collisions réactives est réalisé par Varian. En 1970, une dimension nouvelle fut donnée à cette technique par la mise au point de la spectrométrie de masse par transformée de Fourier. Les travaux de Comisarov, Marshall et McYver conduisirent à la réalisation d’un appareil exceptionnel quant à la résolution et aux possibilités de stockage et de détection des ions. Ces études ont ouvert la voie vers l’utilisation du piège de Penning, principalement en métrologie.

La deuxième méthode, développée plus tardivement, s’appuie sur l’ utilisation de champs purement électriques soit statiques, soit par...