ARCANE - Atelier Régional de Caractérisation par Analyse Nucléaire Elémentaire

Par l’étude des interactions entre les ions de haute énergie produits par un accélérateur de particules et les atomes d’une cible, on identifie et on dose ceux-ci. Les différents phénomènes physiques donnent lieu à différentes techniques d’analyse ayant leurs caractéristiques propres (analyses de surface, résolution en profondeur, dosage des éléments légers, recherche de traces). On peut les résumer brièvement sous les appellations suivantes :

• RBS (Rutherford Backscattering Spectrometry) : étude de l’énergie des ions incidents après choc élastique avec les noyaux des atomes cibles. Analyse quantitative absolue des surfaces et interfaces, résolue en profondeur sans érosion du matériau. Possibilité de travailler en mode canalisé.

• ERDA (Elastic Recoil Detection Analysis) : étude des ions hydrogène de recul après choc par les particules incidents. Méthode donnant accès à la concentration et la localisation de l’élément dans le volume superficiel du matériau.

• PIXE (Particle Induced X-ray Emission) détection du rayonnement X émis après excitation des couches électroniques profondes des atomes cibles par les ions incidents. Les fortes sections efficaces d’ionisation et le faible bruit de fond induit autorisent des limites de détection de quelques dizaines de ppm.

• NRA (Nuclear Reaction Analysis) : permet par l’analyse des produits d’une réaction nucléaire d’identifier et de doser les constituants légers (He, Li, Be, B, C, N, O, F).

Toutes ces méthodes d’analyse élémentaire ne donneront toutefois pas accès à l’information concernant l’état cristallographique de l’échantillon ou la nature des liaisons chimiques du matériau étudié.

Elles peuvent être mise en œuvre sur une surface de quelques millimètres carrés, ou à l’aide du microfaisceau de résolution latérale proche du micron, et permettre ainsi une imagerie élémentaire de la zone étudiée.

Par ailleurs, la mise en œuvre d’une ligne spécifique « faisceau extrait » permet également de conduire des mesures sur des objets de grandes dimensions ou ne pouvant être mis sous vide, et rendre ainsi l’analyse totalement non destructive puisque ne nécessitant plus de prélèvement de matière sur l’échantillon à étudier.