Chronologie de l'expérience

Pour mener à bien cette expérience, il est nécessaire d'en synchroniser avec soin les diérentes étapes. La chronologie de l'expérience est récapitulée sur la gure 1.12. Le temps t=0 est déni par l'établissement des tension d'accélération sur le WML no1. La durée de ces impulsions est de 20 µs, de manière à laisser le temps à tous les ions de quitter la zone d'accélération. Le délai suivant est tf oc, qui correspond à l'application de la tension

de focalisation en énergie ,Vf oc, pendant une durée de 10 µs. Les ions entrent ensuite dans

1.8. GESTION DES IMPULSIONS HAUTE TENSION 37

barrière de potentiel Vf rein et la tension de focalisation spatiale Vf s sont mises à 0 au temps

tf rein. Ces tensions restent à 0 V pendant environ 200 µs, ce qui laisse largement le temps

aux agrégats lents d'atteindre la seconde zone d'accélération. Ils sont enn accélérés une nouvelle fois à t=tacc. Pour pouvoir établir un spectre de masse à partir de leur temps de

vol, la détection doit elle aussi être synchronisée avec le reste des opérations : l'analyseur multicanal est donc déclenché au temps tacc. Tous ces temps doivent être dénis à quelques

nanosecondes près, en particulier le temps tf oc. Ce dernier doit également pouvoir être

ajusté très nement pour optimiser la focalisation en énergie.

Temps

t = 0

t

t

t

0 V 0 V 0 V 0 V 0 V 0 V 0 V

Fig. 1.12  Chronologie d'une expérience de collage.

1.8.2 Mise en ÷uvre expérimentale

Dénition temporelle des impulsions

Une diculté importante dans la mise en ÷uvre du protocole que nous venons de décrire est de générer des impulsions haute-tension à des temps précisément dénis. Cela suppose que leur temps de montée (ou de descente dans le cas de Vf s et de Vf rein) soient

très courts par rapport au mouvement des ions, c'est à dire de l'ordre de quelques dizaines de nanosecondes. Nous utilisons donc des relais Behlke HTS-51, qui ont un temps de com- mutation très court, pour générer les impulsions haute-tension. Mais cela ne sut pas, il faut également réaliser l'adaptation d'impédance avec beaucoup de soin an d'éviter des oscillations parasites lors de la commutation.

Une fois l'adaptation réalisée avec soin, nous parvenons à atteindre des temps de montée ou de descente de l'ordre de 20 ns pour l'ensemble des tensions qui entrent en jeu dans l'expérience (voir la gure 1.13 pour un exemple). De plus, nous avons mesuré un bruit temporel inférieur à la nanoseconde sur les temps d'application.

Dans le dispositif de ralentissement, un autre problème s'ajoute à celui que nous venons de citer. En eet, il est très important que l'ensemble des tensions de la barrière diminuent à la même vitesse lorsqu'on les coupe pour laisser sortir les ions du dispositif. Si ce n'est pas le cas, on risque d'en réaccélérer une partie. Le problème est qu'en raison des résistances importantes utilisées pour former la barrière de potentiel, la capacité formée par deux électrodes consécutives n'est pas négligeable. En eet, les résistances utilisées sont de l'ordre de la dizaine à la centaine de kΩ et la capacité formé par deux électrodes est de l'ordre du pF, ce qui donne des temps de décharges variant entre 10 et 100 ns. Une analyse simple montre que l'on optimise l'adaptation d'impédence en égalisant tous les RC le long de la barrière de potentiel. C'est ce que nous avons réalisé à l'aide de capacités ajustables.

-50 0 50 100 150 200 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

V

V

/

V

t - t

(ns)

Fig. 1.13  Prol de descente de l'impulsion correspondant à la tension de ralentissement.

Hautes tensions

Les alimentations haute-tension que nous utilisons sont de type Bertan 205B qui permettent une précision meilleure que 0,1 V pour 1000 V sur les potentiels appliqués. Leur puissance de 30 W ne sut pas à assurer un potentiel constant pendant la phase de commutation des hautes-tensions, aussi nous leur associons une capacité de 4,7 µF qui

1.8. GESTION DES IMPULSIONS HAUTE TENSION 39

sert de réserve de courant transitoire. C'est d'autre part la puissance des alimentations qui limite le taux de répétition à 200 Hz.

Synchronisation

Les tensions sont synchronisées à l'aide de signaux TTL qui pilotent les relais haute- tension. Ces signaux sont générés par une carte National Instruments 6025E dont la fré- quence d'horloge est de 80 MHz ce qui permet de dénir les temps d'établissement des diérentes tensions à 12,5 ns près. L'ensemble du dispositif est contrôlé via une interface Labview développée par nos soins qui gère à la fois la synchronisation, les tensions appli- quées et l'acquisition des données.

Chapitre 2

Ecacité de la focalisation en énergie

Dans ce chapitre, nous allons nous attacher à quantier l'ecacité de la focalisation en énergie. Pour cela nous ne prenons pas seulement en compte la largeur de la distribution d'énergie cinétique des agrégats ralentis. Il convient également de quantier la transmission du dispositif.

Comme nous l'avons déjà souligné, ce point est crucial dans notre expérience car nous ne pouvons pas nous permettre de sacrier une large partie des ions produits en opérant une sélection en énergie. Deux eets sont susceptibles de diminuer la transmission : la dispersion en énergie des ions ralentis et la divergence spatiale.

Pour limité la divergence spatiale des ions, la forme exponentielle du champ de ralen- tissement ne sut pas, nous avons donc mis en place un dispositif de focalisation spatiale. Nous avons d'autre part développé plusieurs techniques permettant de mesurer la distri- bution en énergie des ions ralentis. Ces techniques ont un double rôle de caractérisation et de guide dans l'optimisation des paramètres expérimentaux.

2.1 Estimation de la distribution d'énergie des agrégats

Nous avons été amenés à mettre au point successivement deux méthodes diérentes pour mesurer la distribution en énergie cinétique des ions ralentis. Ces deux méthodes nous ont été utiles à des moments diérents : la première est un peu grossière mais a servi principalement dans les premières étapes de la mise au point de l'expérience ; la seconde est plus précise mais ne peut s'appliquer qu'après cette première mise au point. Étant donné leur complémentarité, nous avons choisi de décrire chacune de ces deux méthodes dans l'ordre même où nous les avons appliquées.