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RÉSUMÉ
Cet article est consacré aux principales techniques permettant de confiner les ions. La plus ancienne consiste à conjuguer l’action d’un champ magnétique et d’un champ électrostatique. Principalement utilisée en physique nucléaire, elle est à l’origine du piège de Penning, puis ensuite du premier cyclotron. La seconde technique s’appuie uniquement sur des champs électriques, soit statiques, soit statiques et alternatifs, avec pour application le dispositif à piège de Paul.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Jean-Pierre SCHERMANN : Professeur à l’Université Paris-Nord
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Michel VEDEL : Maître de Conférences à l’Université Aix-Marseille I
INTRODUCTION
Le confinement d’ions utilise deux techniques principales. La première s’appuie sur l’action conjuguée d’un champ magnétique et d’un champ électrostatique. Elle a en particulier donné naissance au piège de Penning. La seconde utilise des champs purement électriques et a donné naissance au piège de Paul.
Les dispositifs à confinement présentent sur les appareils concurrents une plus grande sensibilité liée à leur propriété d’accumulation des charges créées in situ et aux grands temps d’interaction que permet le stockage. Ainsi, les toutes premières applications des dispositifs à confinement, qu’ils soient « magnétique » ou « radiofréquence », ont porté sur la réalisation de jauges à vide très sensibles. Dans le cadre de l’étude des collisions réactives, la possibilité de créer une cible ionique dont on peut étudier l’interaction avec un gaz permet de réaliser un dispositif concurrent des méthodes traditionnelles fondées sur l’étude de l’interaction d’un faisceau d’ions sur une cible gazeuse.
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Dispositif à piège de Paul
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2. Principe des différentes techniques de confinement (autres que la technique ICR)
2.1 Piège statique
Le dispositif de confinement le plus simple à réaliser est un condensateur cylindrique dont l’armature intérieure est constituée par un fil conducteur très fin. Les ions, créés à l’intérieur du dispositif, exécutent dans le potentiel logarithmique des trajectoires complexes décrites par Hooverman et Knight. La durée du confinement est en principe infinie pour tous les ions présentant, lors de leur création, une vitesse tangentielle non nulle. Cependant, les collisions avec le gaz résiduel conduisent les ions à se neutraliser sur l’électrode centrale de diamètre nécessairement fini. Les ions peuvent être éjectés radialement par l’application d’une tension déstabilisante entre les armatures, et une faible fraction de ceux-ci peut être focalisée sur la fente d’entrée d’un analyseur de masse ou directement sur un détecteur. Sous certaines conditions de forme imposées aux électrodes, un mouvement harmonique axial des ions existe et peut être exploité par une détection résonnante, éjectant les charges vers un détecteur placé axialement (figure 1). Dans ces conditions, la géométrie du dispositif est mieux adaptée et le taux de collection devient plus important.
HAUT DE PAGE2.2 Piège de Penning
Le piège de Penning, comme la cellule ICR, conjugue les propriétés de confinement d’un champ magnétique axial B et d’un champ électrostatique E. À la différence de la cellule ICR, de structure rectangulaire ou cubique, où il est possible de séparer la fonction d’excitation du mouvement cyclotron de celle de détection sur cette même fréquence, le piège de Penning admet la direction du champ magnétique comme axe de révolution et les électrodes sont dessinées pour réaliser au mieux une configuration électrostatique quadrupolaire (figure 2). La forme des électrodes est choisie pour définir à l’intérieur du piège, un ensemble d’équipotentielles paraboloïdiques.
Sous l’action de ce champ, les ions, de charge q, présents dans le piège subissent une force proportionnelle à leur distance au centre de symétrie ; la...
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Principe des différentes techniques de confinement (autres que la technique ICR)
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BOUCHOUX (G.), SABLIER (M.) - Spectrométrie de masse. - [P 2 645], [P 2 646] , traité Analyse et Caractérisation (2006).
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(4) - COOKS (R.G.), GLISH (G.L.), MCLUCKEY (S.A.), KAISER (R.E) - Ion Trap Spectrometry, - Chemical and Engineering News, 25 mars, 1991.
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(5) - COOKS (R.), MCLUCKEY (S.A.), KAISER (R.E.) - * - Chemical and Engeneering News p. 26 mars 1991.
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(6) - COOKS (R.), KAISER (R.E.) - * - Accounts of Chemical Research vol. 23 p. 213 (1990).
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