UE3 - Rayons X synchrotron et diffraction des neutrons

c’est quoi le rayonnement synchrotron ? 

champ électromagnétique émis par des particules chargées relativistes subissant une accélération 

quels sont les éléments d’une installation synchroton ?

• LINAC

• Booster

• Anneau de stockage

• Lignes de lumière

c’est quoi le LINAC ?

• Linear accelerator 

• e- générés à partir d’une plaque de métal échauffée (la cathode) soumise à un courant de 90kV 

c’est quoi le booster ?

accélérateur circulaire, les e- vont parcourir plusieurs milliers de tours pendant lesquelles leur énergie va être augmentée graduellement jusqu’à atteindre la valeur souhaitée

les e- vont ensuite déviés dans l’anneau de stockage

c’est quoi l’anneau de stockage

e- tournent tout en perdant régulièrement de l’énergie sous forme de lumière synchrotron

de quoi est composé l’anneau de stockage ? 

• aimants de courbure (BM)

  • entre les aimants :

    • cavités radiofréquences (RF) : compenser l’énergie perdue par les paquets d’e- lors de leurs virage

    • aimants de focalisations : lentilles magnétiques servent à maintenir les e- ensemble autour d’une trajectoire théorique

    • éléments d’insertions : petits aimants avec une alternance de polarité dans le but de faire zigzaguer les e- et de faire apparaître des phénomènes d’interférences constructives, à chaque fois que oscille, les e- rayonnent

c’est quoi lignes de lumière ?

• lumière synchrotron va être adapté selon la technique utilisée

• taille, divergence et gamme de longueurs d’onde modifiés (cabine optique)

• échantillon placé dans la cabine d’expérience

• données récupérées dans la cabine de contrôle

principe du faisceau de neutrons 

• les neutrons sont produits au cours de réactions nucléaires, essentiellement de type fission ou spallation 

  • ces réactions nucléaires nécessitent une grande puissance et/ou dégagent une grande chaleur qu’il faut évacuer 

c’est quoi fission ?

un neutron “thermique” est absorbé par un noyau d’U, qui devient hautement excité et éclate en quelques fragments de fission + 2-5 neutrons “rapides”

c’est quoi spallation ?

des particules chargées accélérées percutent une cible et cette interaction produit des neutrons

que fait les aimants de courbures ?

gros aimants qui appliquent un champ magnétique perpendiculaire à la trajectoire

=> émet de la lumière avec la courbure

intérêt d’utiliser la diffraction des neutrons par rapport à la diffraction des rayons X

• plus sensible que les rayons X aux atomes “légers” en présence d’atomes “lourds”

• des éléments voisins dans le tableau périodique, donc de numéros atomiques comparables, peuvent en général être distinguées

• des isotopes du même éléments peuvent être distingués

• permet d’étudier le magnétisme

c’est quoi la spectroscopie d’absorption des rayons X (XAS) ? 

spectroscopie basée sur l’effet photoélectrique issu de l’excitation d’électrons des niveaux de coeur par absorption de photons X 

Comment un faisceau de neutrons est-il produit au sein d’un réacteur à flux continu ?

Qu’est-ce qui différencie en substance le rayonnement synchrotron d’un faisceau de rayons X issu d’un tube scellé de laboratoire ?

Synchrotron fournit un faisceau beaucoup plus brillant, très collimaté, réglable en énergie et souvent polarisé, alors que le tube de labo est faiblement brillant, peu directionnel et à énergie quasi fixe 

inconvénients de la diffusion des neutrons par rapport à la diffraction/diffusion des rayons X

• nécessité d’un “grand” volume d’échantillon

• faible flux

• résolution instrumentale modérée

information en XANES

informations chimiques : état d’oxydation, structure électronique, nature et symétrie de l’environnement (type de ligands, géométrie de coordination)

information en EXAFS

informations structurelles locales notamment pour systèmes désordonnés, amorphes ou en solution, où la structure locale est plus pertinente que la structure à longue distance