Interprétations des résultats

Les courbes permettent de déterminer que les déviations des différents faisceaux produits sont en parfait accord avec les valeurs obtenues par calcul des trajectoires. Les déviations ont été calculées au dixième de millimètre et mesurées avec une précision d’un demi-millimètre. Les résultats montrent des différences inférieures à 0,5 mm en toutes circonstances. Ces différences proviennent d’erreurs de mesures dues à la diffusion des particules. Ce phé- nomène augmente la taille du spot lumineux et modifie sa forme, ce qui diminue la précision de la mesure. Les déflecteurs sont donc totalement effi- caces en ce qui concerne la déviation des particules rétrodiffusées.

Conclusion

L’I.P.N.A.S possède donc désormais de nouvelles infrastructures et de nouvelles facilités dédiées à l’analyse par faisceau d’ions de Haute Energie- Haute Résolution produits par le cyclotron. Les deux lignes de transport de faisceaux permettent dorénavant de réaliser des expériences combinant les méthodes PIGE/PIXE/IBIL à l’atmosphère en voie directe (5) et les mé- thodes PIGE/PIXE/RBS à l’atmosphère en voie analysée (8) avec une tech- nologie à jour. La diversité des couples énergie/particule disponibles laisse entrevoir des possibilités infinies dans le cadre de l’analyse des matériaux et/ou des objets du patrimoine culturel. Un faisceau peut, en effet, être pré- féré à un autre en fonction de l’échantillon et de la problématique scientifique à résoudre dans le cadre d’analyse par des méthodes non-destructives, non invasives, complémentaires et simultanées.

En complément de ces dispositifs d’analyses, la conception et la réalisa- tion d’une chambre sous vide permet de réaliser des expériences de physique fondamentale lors de la mesure de sections efficaces Non-Rutherford et/ou de production de rayons X afin d’appliquer la diversité des couples éner- gie/particule disponibles avec les meilleures bases de données de traitement possible.

Troisième partie

Calibration des géométries de

détection associées aux

méthodes IBA

Introduction

Une collaboration scientifique entre l’Institut de Physique Nucléaire, Atomique et de Spectroscopie de l’université de Liège et l’Ionenstrahlzen- trum du Helmholtz Zentrum Dresden Rossendorf a été initiée dans le cadre de ma thèse doctorale.

Cette collaboration a été rendue possible en 2011 grâce aux financements du F.N.R.S et de la région wallonne au travers d’une bourse d’excellence Wallonie-Bruxelles International World.

L’objectif de cette collaboration est d’améliorer et de compléter les dispo- sitifs scientifiques des deux entités, actives dans l’analyse par faisceaux d’ions extraits à l’atmosphère. Si les mêmes méthodes sont employées (PIXE/PIGE/ RBS), leur mises en oeuvres diffèrent totalement d’un centre à l’autre. De la source d’ions accélérés à l’acquisition des spectres, en passant par la géo- métrie de détection, les variations sont nombreuses.

Chapitre 1

Ionenstrahlzentrum -

Helmholtz Zentrum Dresden

Rossendorf

Sommaire

1.1 Les équipements au sein du Ionenstrahlzentrum - HZDR . . . 121 1.2 La ligne-Kanal 5 dédiée aux IBA . . . 125 1.3 La zone de travail extraite dédiée aux IBA . . . 126 1.3.1 La zone de travail en 1996 . . . 126 1.3.2 La zone de travail actuelle . . . 130

Ce chapitre a pour rôle d’introduire le lecteur aux facilités et aux équi- pements scientifiques utilisés lors de la collaboration.

1.1

Les équipements au sein du Ionenstrahlzentrum

- HZDR

Comme le montre la figure 1.1, le centre dispose de quatre accélérateurs : • L’accélérateur Van de Graaff de 2 MV.

L’accélérateur Van de Graaff 2 MV simple étage peut fournir des fais- ceaux de protons, de deutons et de particules α. Il est principalement utilisé pour l’He-RBS/channeling, et également pour la NRA et l’He-

CHAPITRE 1. HZDR 122

ERDA.

Figure 1.1 – Schéma des facilités.

Mise en fonctionnement 1963

Constructeur Transformatoren- und Röntgenwerk Dresden-Germany

Tension du terminal 0,3 - 1,7 MV

Courant du faisceau 0,01 - 1,0 µA

Type d’ions 1H, 2H, 4He

Source d’ion RF ion source

Table 1.1 – Caractéristiques du Van de Graaff de 2 MV.

Situé dans la partie gauche du bâtiment, il est utilisé au travers de deux lignes de faisceaux :

– GONNY. GONNY consiste en une large chambre de diffusion équi- pée d’un goniomètre 4 axes contrôlé à distance pour les analyses RBS et NRA. Les échantillons peuvent être introduits grâce à un simple sas.

CHAPITRE 1. HZDR 123

Les échantillons sont amenés en position d’analyse en fonction de coordonnées X-Y choisies par l’utilisateur sur une photographie des cibles réalisée dans une géométrie fixe à la salle de contrôle.

Le logiciel d’acquisition des données accepte jusqu’à 8 détecteurs si- multanément. De plus, un détecteur est monté sur système rotatif de précision et peut être utilisé pour des mesures de double alignement. – GOLF. La seconde ligne de faisceau se termine par une chambre standard de diffusion de 500 mm de diamètre. Un goniomètre 3-axes contrôlé à distance est utilisé pour les expériences de channeling et pour l’He-ERDA sur l’hydrogène.

Figure 1.2 – L’accélérateur Van de Graaff 2 MV.

• L’accélérateur tandem de 3 MV.

L’accélérateur tandem de 3 MV, situé au centre du bâtiment, sert à réaliser des implantations avec une haute intensité de courant et des analyses RBS au travers de six lignes de transport de faisceaux. Il possède également une ligne de micro-faisceaux pour des analyses IBA.

CHAPITRE 1. HZDR 124

Mise en fonctionnement 1993

Constructeur High Voltage Engineering Europa Amersfoort/Netherlands Tension du terminal 0,1 - 3,3 MV

Courant du faisceau 0,001 - 200,0 µA Gamme d’énergie 0,2 - 8 MeV

Type d’ions Tous

Source d’ion Duoplasmatron model 358 + Li-charge exchange channel Cs sputter ion source IONEX 860-C

Table 1.2 – Caractéristiques de l’accélérateur Van de Graaff 3 MV. • L’accélérateur tandem de 5 MV.

L’accélérateur vendu par High Voltage Engineering (HVEE), posi- tionné verticalement dans le bâtiment est en cours de démontage. Il déservait les différentes lignes grâce à un aimant d’analyse (90˚) puis à deux switchs présents à gauche et à droite de l’accélérateur. Au total, on recense 3 lignes de transport de faisceaux dédiées à différents dis- positifs du côté droit (HR-RBS/ERD, échange de charge et in-vacuum MBE/HR-RBS) et 5 lignes de transport de faisceaux du côté gauche (NRA, ERD, Implantation, in-situ ERD/RBS et PIXE/PIGE/RBS extrait).

Mise en fonctionnement 1972

Arrêt de fonctionnement Décembre 2010

Constructeur Efremov Institute NIIEFA St. Petersburg/ Russia

Tension du terminal 0,8 - 4,5 MV

Courant du faisceau 0,001 - 10,0 µA

Gamme d’énergie 0,2 - 8 MeV

Type d’ions Tous sauf les gaz nobles

Source d’ion Off-axis duoplasmatron EKTON-4 Cs sputter ion source MISS-483

Table 1.3 – Caractéristiques de l’accélérateur Van de Graaff 5 MV. • Le nouvel accélérateur tandem de 6 MV.

L’accélérateur également vendu par High Voltage Engineering (HVEE), situé au sous-sol du bâtiment, a été installé en 2009-2010 pour, d’une part remplacer l’ancien accélérateur de 5 MV tout en gardant ses lignes de transport de faisceaux et d’autre part ajouter deux nouvelles lignes (AMS et implantation d’He).

CHAPITRE 1. HZDR 125

Mise en fonctionnement 2011

Constructeur High Voltage Engineering Europa Amersfoort/ Netherlands

Tension du terminal 0,3 - 6 MV

Gamme d’énergie 0,6 - 50 MeV

Source d’ion Duoplasmatron model 358 + Li-charge exchange channel Cs sputter source, model 860C

Table 1.4 – Caractéristiques de l’accélérateur Van de Graaff 6 MV.

Figure 1.3 – L’accélérateur Van de Graaff 6 MV.

De plus, l’Ionenstrahlzentrum possède plusieurs implanteurs sur le côté.