Pr

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Matière et Rayonnements les techniques
expérimentales dobservation et danalyse des
matériaux 1ère partie
II - Les Interactions rayonnement - matière
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PLAN
Introduction quelques rappels sur des notions
de base I - rappels sur la structure de la
matière II - généralités sur les interactions
Interactions rayonnement-matière
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Les techniques expérimentales (analyse et
observation) Principe général de fonctionnement
électrons photons ions particules diverses
électrons photons ions particules diverses
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I Rappels sur la structure de la matière
exemple de matériaux métalliques
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Structure atomique
structure électronique
nuage électronique Z électrons
A nucléons Z protons A-Z neutrons
noyau
structure du noyau
1 µm (micro) 10-6 m 1 nm (nano) 10-9 m 1 pm
(pico) 10-12 m 1 fm (femto) 10-15 m 1 F
(Fermi)1 fm 1 am (atto) 10-18 m
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I.1 - Structure du noyau

• Fe noyau
• - 56 nucléons (A)
• 26 protons (Z)
• 30 neutrons

atome
1 Å (0,1 nm ou 10-10m)
10 fm (10-14m)

• masses
• électron 9,108 10-31kg (0,511 MeV)
• proton 1,672 10-27 kg (938,21 MeV)
• neutron 1,675 10-27 kg (939,51 MeV)

nucléon 3 quarks liés par un échange de gluons
des paires  quarks-antiquarks  virtuels
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II - Généralités sur les interactions
a) Interactions rayonnement-matière influence
de l énergie primaire
Classification des énergies mises en jeu
Unités dénergie - Joule (J) - erg (non légal
!)(1erg10-7 J) - électron-volt (eV) (1 eV1,602
10-19 J)
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Mécanismes mis en jeu en fonction de lénergie
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(No Transcript)
10
b) Particules incidentes caractéristiques
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(No Transcript)
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électron et longueur donde
non relativiste
relativiste
Dv/v
1 6 12 52
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c) Interactions rayonnement-matière
nature du rayonnement primaire
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Interactions électrons-matière avec une cible
massive
rayonnements observés
électrons
primaires
E
0
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Interactions électrons-matière avec une cible
mince
cartographie X
contraste
topographique
spectre élémentaire
électrons
électrons
Spectre
primaires
électrons
caractéristique
secondaires
rétrodiffusés
E
0
fond continu
l
Contraste de Z
émissions X
E
0
50eV
dI
dE
émissions
E
électroniques
électrons
Auger
courant
absorbé
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(No Transcript)
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Interaction avec les électrons de cœur
a w 1
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Contraste de nombre atomique électrons
rétrodiffusés (interaction élastique e- / noyau)
dendrite (plus riche en Ni)
zone inter-dendritique (plus riche en Cr)
Carbures de W
Visualisation de carbures de W dans une matrice
Cr-Ni par détection des électrons rétrodiffusés
Les carbures WC ont un Z plus élevé que la
matrice Cr-Ni (70 contre 25), ils ont une plus
forte émission rétrodiffusé. On peut même
observer les dendrites de solidification de
lalliage (la dendrite est plus riche en Ni)
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Lémission électronique secondaire
électrons issus de la cible (après ionisation)
électron primaire incident
électron secondaire
électron primaire diffusé

• pas dinfluence directe de Z
• très sensible aux défauts de surface

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Conséquence de la faible énergie des électrons
secondaires
libre parcours moyen faible (quelques nm)
Emission de surface
Contraste topographique
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fibre de verre
tête de mouche
Images en électrons secondaires
grains de pollen
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Résolutions spatiales selon le signal analysé
(MEB et MS) sur échantillons massifs
émission Auger ? nm (latéral et en profondeur)
! échelle logarithmique
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V- Interactions photon-matière
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Classification des rayonnements électromagnétiques
10-6 eV ? 108 eV 105 Hz ?1023 Hz 10-5
nm ? 103 m
 
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Diffusion cohérente notions succinctes sur la
diffraction
Lors de la diffusion cohérente, chaque atome du
réseau diffuse londe plane sous forme dune
onde sphérique. En raison de la périodicité
du cristal, les ondes sphériques diffusées
interfèrent entre elles
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Loi de Bragg
onde plane diffractée
onde plane incidente
Si la différence de chemin optique entre
les ondes 1 et n est un nombre entier de longueur
donde, les amplitudes sajoutent Si non elles
sannihilent

• Origine du phénomène de diffraction
• rayons X interactions élastiques avec le nuage
  électronique
• électrons interactions élastiques avec le
  noyau et le nuage électronique
• neutrons interactions élastiques avec le noyau