La chambre sous vide “Standard”

Une chambre d’analyse sous vide a été disposée en amont de l’extraction pour répondre aux besoins scientifiques levés lors de la réalisation de deux thèses doctorales [52]. La conception a été guidée par trois idées principales pour permettre au final de mesurer des sections efficaces Non-Rutherford pour la méthode RBS et des sections efficaces de production de rayons X pour la méthode PIXE. L’intérêt et le pourquoi d’un tel projet sera discuté postérieurement, ce chapitre n’est qu’une description détaillée des différentes facilités du laboratoire. Pour avoir un contrôle le plus précis possible sur le courant et la dose de particules reçue par les échantillons disposés dans la chambre, celle-ci a été construite de manière similaire à une cage de Fara- day. La figure 1.15 met en exergue la présence de plaques de cuivre recou- vrant la totalité de la surface intérieure de la chambre. Le dispositif amovible construit sur d’autres plaques de cuivre peut être positionné dans la chambre et est relié à la surface intérieure par l’intermédiaire de plusieurs connecteurs. Ce système unique est évidemment isolé électriquement de l’extérieur de la chambre. Le dispositif amovible sert de support pour l’ensemble des éléments nécessaires aux analyses :

• Le porte-échantillon.

Selon les expériences réalisées, trois cibles épaisses ou minces peuvent être positionnées simultanément sur le porte-échantillon en aluminium.

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Il n’est dès lors plus nécessaire de casser et de refaire le vide lors de chaque changement d’échantillon. Le déplacement se fait simplement par l’intermédiaire d’un servo-moteur alimenté en 5V. Outre les trois positions pré-établies, il est également possible d’effectuer des pas plus fins en mode manuel via un contrôleur.

• La caméra CCD.

Afin de visualiser aisément l’intérieur de la chambre lorsque celle-ci est sous vide, une caméra CCD associée à une lampe LED blanche a été fixée sur le support amovible.

• Les détecteurs à barrière de surface.

Pour détecter les particules rétro-diffusées par l’échantillon, quatre dé- tecteur PIPS ont été disposés sur le dispositif amovible via des sup- ports en aluminium. En effet, les sections efficaces dites Rutherford et Non-Rutherford sont dépendantes de l’angle de détection. Il s’agit donc ici d’accélérer les mesures, en enregistrant les données sous quatre angles simultanément. Afin de pouvoir tirer profit au mieux des me- sures, les angles ont été choisis en comparaison aux angles présents dans les bases de données : 150˚, 165, 170˚et 178˚. De par la géométrie de la chambre, les trois premiers détecteurs ont été disposés à une dis- tance commune de 11 cm. Ces détecteurs produits par “Canberra” ont une surface active de 25 mm2 pour une épaisseur de 500 microns et une résolution théorique de 10 keV : PD25-10-500-AM (+110V). Tan- dis que le détecteur annulaire, placé à 17 cm du point d’impact du fais- ceau avec la cible, a une surface active de 300 mm2pour une épaisseur de 300 microns et une résolution théorique de 18 keV : ANPD300-18- 300-RM (+60V). Les différentes “hautes” tensions des détecteurs sont fournies par un module NIM permettant d’alimenter quatre détecteurs à des tensions comprises entre 20 et 120 V et également quatre pré- amplificateurs (+12V) en façade arrière. De surcroît, le module permet de mesurer le courant de fuite du cristal du détecteur via un bouton poussoir et un affichage digital.

• Le déflecteur de particules et son support en aluminium.

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un déflecteur est disposé à 49,5˚de la cible. Le déflecteur (figure 1.14) se compose de deux aimants permanents néodyme-fer de 1,2 T et d’une dimension de 40x10x5 mm espacés de 4 mm. La structure du fer doux utilisé pour confiner les lignes de champ magnétique confère une di- mension circulaire de 3 cm de diamètre sur une longueur de 4 cm à l’ensemble de la pièce. Une collaboration fructueuse lors du mémoire de master de R. Delhalle a prouvé que le champ magnétique de 0,85 T au centre des deux aimants permanents permet de s’affranchir des particules chargées (des protons et des particules α) de hautes énergies accessibles grâce au cyclotron de Liège.

Figure 1.14 – Schémas et photographie du déflecteur.

• Des tubes en aluminium verticaux permettent de faire le vide de part et d’autre du dispositif amovible.

La figure 1.15 reprend un schéma 3D de l’intérieur de la chambre. D’autre part, les faces de la chambre ont été ouvertes à plusieurs en- droits :

• L’entrée de faisceau.

La face arrière de la chambre a été percée pour accueillir un tube en aluminium de 10 mm de diamètre qui sert de dernier tube de transport du faisceau. Le faisceau doit pénétrer un collimateur en alumine percé d’un trou de 1,9 mm de diamètre sous contrôle d’une camera CCD. La caméra est disposée à l’atmosphère et regarde l’alumine au travers d’un verre qui permet l’étanchéité. De plus, un collimateur de 3 mm de diamètre en laiton positionné en aval, permet de polariser l’entrée de la chambre afin de repousser les électrons secondaires qui auraient été produits dans les lignes de transport et ainsi de s’affranchir de leurs

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contributions à la mesure de la dose.

Figure 1.15 – Photographies et plan de la chambre sous vide dédiée aux mesures de section efficace.

• Les passages sous vides.

Comme le montre la figure 1.16, les passages sous vides permettent d’une part d’acheminer les différentes alimentations (servo-moteur, lu- mière, caméra CCD) et d’autre part de connecter la chaîne d’acquisi- tion électronique des détecteurs PIPS via un connecteur “BNC” et non plus “Microdot”.

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Figure 1.16 – Photographie des passages sous vides de la chambre.

• Le détecteur X.

La face droite de la chambre a été ouverte pour permettre l’introduc- tion du détecteur Si(Li) e2V dans la chambre. La canne de 13 mm de diamètre qui peut supporter le vide est isolée de l’atmosphère grâce à des o-rings. Le cristal du détecteur peut ainsi être amené au plus près du déflecteur positionné, pour rappel, à un angle de 49,5˚.

• La pompe secondaire.

La pompe secondaire est directement fixée sur la face supérieure de la chambre pour faciliter et accélérer le pompage et la mise sous vide. • La sortie de faisceau.

La face avant a également été ouverte pour permettre au faisceau de continuer son parcours au-delà de la chambre. Il est cependant possible de placer un fond épais provisoire en cuivre pour arrêter le faisceau à l’intérieur de la chambre.

Pour pouvoir compenser les légères variations de trajectoires des parti- cules accélérées des différents faisceaux lors de leurs transports sous vide, une table de translation (figure 1.17) a été disposée à la fin de la ligne pour supporter la chambre sous vide. Cette table est mue pas à pas via différents moteurs, contrôlés à l’aide de potars, afin d’autoriser une translation dans les deux directions perpendiculaires au faisceau de particules incident. Le système permet ainsi de centrer le faisceau dans la chambre sous vide. Pour

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faciliter ce centrage, une boîte standard carrée est positionnée en amont de la chambre sous vide. Elle contient :

• une alumine rose percée en son centre d’un trou de 2 mm de diamètre et recouverte d’une fine couche de graphite pour en éliminer les charges et qui sert de collimateur et de guide du faisceau sous contrôle d’une caméra CCD ;

• un laser commandé qui peut être inséré dans l’axe du faisceau permet d’en simuler le passage afin de centrer la chambre et d’aligner les dif- férents éléments d’analyse.

L’ensemble des collimateurs disposés tout le long de la ligne permet donc de visualiser, sur un écran via les caméras CCD, et de guider le faisceau au travers des différents éléments magnétiques et de la ligne de transport. La possibilité d’utiliser des fentes mobiles recouvertes d’alumine est à l’étude afin de pouvoir augmenter le courant du faisceau ou de resserrer la dispersion en énergie en fonction des différentes expériences à réaliser.

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