Le dispositif actuel

Au fil du temps, plusieurs améliorations ont été apportées à la zone de travail pour permettre à l’utilisateur de travailler dans de meilleures condi-

CHAPITRE 1. LE CYCLOTRON CGR-MEV 520 78

tions et d’obtenir des résultats plus précis et de meilleure qualité. • L’extraction

Le nez d’extraction a été complètement revu et corrigé en 2006. Les plans du nouveau nez ont été publiés dans mon mémoire en 2007 [43] et également dans celui de René Delhalle [44] en 2009. Les descriptions des différentes pièces et les différentes améliorations y sont largement discutées (figure 1.10).

Figure 1.10 – Plan du nez d’extraction à l’échelle millimétrique.

Il est cependant important de noter les trois modifications les plus im- portantes.

– Les trous d’entrée et de sortie ont un diamètre de 1,7 mm, même si un dernier collimateur de 0,8 mm est positionné devant la fenêtre d’extraction.

– La fenêtre d’extraction de 2,5 microns de nickel a été remplacée par une fenêtre plus fine en nitrure de silicium (Si3N4). Les dimensions

exactes sont de 1x1 mm sur une épaisseur de 100 nm. Cette faible épaisseur permet de diminuer l’interaction entre le faisceau de par- ticules incidentes et la fenêtre. Il en résulte une perte d’énergie et une dispersion spatiale moins importante. Des simulations ont été réalisées et présentées précédemment afin de visualiser la différence entre les deux fenêtres d’extraction.

– La troisième modification importante est l’intégration de la mesure de la dose directement à l’intérieur du nez d’extraction. Le chopper a pu ainsi être supprimé. Cela induit un gain de temps, de stabi- lité du flux d’hélium et d’espace pour positionner les détecteurs.

CHAPITRE 1. LE CYCLOTRON CGR-MEV 520 79

Le système de mesure de dose est basé sur la rétro-diffusion des particules incidentes du faisceau par une couche d’or en surface du dernier collimateur avant la fenêtre d’extraction. Le principe est re- présenté par le schéma de la figure 1.11 tiré du mémoire de René Delhalle [44]. Les particules incidentes rétro-diffusées sont détectées grâce à un détecteur PIPS placé à l’intérieur du nez d’extraction. Le nombre de particule détectées est proportionnel au nombre de parti- cules qui vont interagir avec l’échantillon-cible. Ce nombre est donc proportionnel à la dose reçue par la cible. Le choix s’est porté sur un détecteur annulaire à barrière de surface “Canberra” de 100 mm2 de surface active, de 300 microns d’épaisseur et de 17 keV de réso- lution : ANFD100-17-300RM (+70V). En pratique, un intégrateur est utilisé à la suite d’un discriminateur pour compter le nombre de particules comprises entre deux énergies fixées par l’utilisateur. Les deux énergies sont établies sur base de l’énergie du faisceau de particules incidentes. La borne supérieure correspond approxima- tivement à l’énergie du faisceau, en raison du facteur cinématique élevé de l’or. La borne inférieure est choisie de manière à compta- biliser toutes les particules qui contribuent à l’apparition du pic de l’or sur le spectre RBS. Si cette méthode est très précise pour les ex- périences réalisées avec un faisceau de même énergie, une limitation apparaît dans le cas d’expériences où plusieurs énergies de faisceaux sont nécessaires. En effet, il convient pour chaque faisceau d’éner- gie différente de modifier les bornes du discriminateur et de tenir compte des différentes sections efficaces Rutherford. De ce fait, les manipulations sont fortement moins reproductibles. Pour palier cet inconvénient, un deuxième dispositif basé sur l’intégration du cou- rant sur le nez d’extraction est utilisé. Ce système est indépendant de l’énergie du faisceau mais il est cependant moins précis.

CHAPITRE 1. LE CYCLOTRON CGR-MEV 520 80

• Le positionnement de l’échantillon.

Si le porte-échantillon n’a pas subi de modification, la manière de dé- finir le point d’analyse, elle, a changé. Un laser a été introduit dans la ligne de transport. Grâce à un système aimanté, il est capable de s’in- sérer dans l’axe du faisceau lorsque il est sous tension. L’intersection avec cet axe se fait désormais avec l’axe d’une caméra CCD positionnée et centrée sur la face supérieure du nez d’extraction. Le point d’im- pact est dès lors visualisé et déterminé directement sur le moniteur. De plus, le changement de nez d’extraction a permis de rapprocher le point d’analyse à 1,3 cm de la fenêtre d’extraction.

• La détection.

Un deuxième détecteur X Si(Li) Sirius de 10 mm2 de chez “e2V” (an- ciennement “Gresham”) [45] a été ajouté à la géométrie de la zone de travail. Elle compte désormais deux détecteurs X, chacun à un angle de 40˚par rapport au faisceau. Le nouveau détecteur dédié à la détec- tion de la matrice des échantillons-cibles utilise un flux d’hélium entre sa fenêtre en polymère (AP3.7 “Moxtek” [46]) et la cible. Il possède une résolution d’environ 135 eV (mesurée avec une source de55Fe). Un dispositif de protection conçu et développé au laboratoire est placé sur la canne du détecteur. Le détecteur est, à cause de sa fenêtre très fine (support de 380 nm trouée à 77%) et composée d’éléments très légers, sensible d’une part à la lumière et d’autre part aux particules inci- dentes rétro-diffusées par la cible qui pourraient endommager le cris- tal. Le dispositif comprend une feuille d’un micron de carbone pour supprimer la lumière dans le domaine du visible. Il comprend égale- ment un déflecteur pour dévier les particules incidentes rétro-diffusées par la cible. Le déflecteur a fait l’objet d’une étude décrite dans le chapitre suivant. L’ancien détecteur est dédié à la détection des traces présentes dans la cible, au vu de sa moins bonne résolution (160 eV). Le détecteur dédié à la technique PIGE est quant à lui inchangé. Une troisième technique a été ajoutée sur cette ligne de transport di- recte. Il s’agit de l’IBIL. Pour ce faire, une fibre optique est placée sur la surface supérieure du nez d’extraction afin de collecter les photons émis dans le domaine UV-Visible par l’échantillon-cible. La fibre op- tique est placée de manière à être focalisée sur le point d’analyse.

CHAPITRE 1. LE CYCLOTRON CGR-MEV 520 81

La figure 1.12 reprend le schéma de la géométrie du dispositif actuel.

Figure 1.12 – Schéma de la géométrie du dispositif actuel.