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Accueil du site > FRANCAIS > La plateforme AIFIRA > La plateforme AIFIRA > Analyses par faisceau d’ions > Les réactions nucléaires


Les réactions nucléaires

Dès que la particule chargée à une énergie suffisante pour vaincre la barrière coulombienne, elle interagit avec un noyau de la cible selon la réaction A + a → B + b + nγ qui s’écrit habituellement sous la forme A(a,b)B. La nature et le nombre de particules incidentes a étant connus, l’identification et la mesure du nombre de particules "signature" b émises au cours de l’analyse permettent d’identifier et de quantifier les noyaux A. B correspond au produit de la réaction nucléaire.

 

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Représentation schématique d’une réaction nucléaire

 

NRA (Nuclear Reaction Analysis)

 

La NRA consiste à se servir des réactions nucléaires pour détecter et doser un élément chimique déterminé. Le dosage est isotopique avec parfois le choix de plusieurs réactions possibles pour un même isotope. De plus, le spectre en énergie des particules "signature" émises b permet de localiser l’élément chimique A à analyser et ainsi d’obtenir son profil en profondeur (uniquement sur le parcours de l’ion a).

 

Exemple de spectre NRA

 

La NRA n’est pas une analyse avec une sensibilité de détection constante. En effet, chaque élément est un cas particulier dépendant de l’existence ou non de réactions nucléaires. La sélectivité est excellente et la sensibilité peut atteindre le µg/g. Dans le cas de la plateforme AIFIRA, comme les particules utilisées sont des ions légers (proton, hélium & deutérium), seuls les éléments chimiques légers sont détectés (Z < 15).

 

PIGE (Particule Induced Gamma-ray Emission)

 

Le PIGE correspond aux réactions nucléaires de type A(a,γ)B pour lesquelles des rayons γ sont émis au cours de la réaction de la particule incidente a avec les noyaux A de l’échantillon.

 

Tout comme la NRA, le PIGE n’est pas une analyse avec une sensibilité de détection constante et seuls les éléments chimiques légers sont détectés (Z < 15). La sélectivité chimique est excellente et la sensibilité peuvent atteindre le µg/g. Cette technique est un complément idéal au PIXE puisqu’elle permet de détecter des éléments légers dont les rayons X correspondant ne sont pas captés par le détecteur PIXE.

 

Système de détection

 

Comme les sections efficaces sont plus faibles pour la NRA, cette analyse requiert des dispositifs de détection dont la complexité dépend de la résolution en profondeur et de la sensibilité désirées. Le montage le plus simple consiste à utiliser un détecteur à semi-conducteur et de le masquer à l’aide d’un écran. Celui-ci filtre les particules rétrodiffusées, dont l’énergie est généralement inférieure à celle des particules issues des réactions nucléaires. A AIFIRA, les analyses NRA s’effectuent exclusivement sur les lignes de microfaisceau et de macrofaisceau.

 

L’analyse PIGE consiste à détecter les rayonnement γ à l’aide d’un détecteur à germanium de haute pureté. En raison de la nature et de l’énergie des rayons γ émis, il est possible d’effectuer une analyse PIGE à l’air. Celles-ci peuvent donc être faite sur toutes les lignes de la plateforme.