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MESURELA MICROSONDE NUCLEAIRE TRAQUE LES TRACESSa sensibilité extrême en fait le moyen idéal pour analyser toutes sortes de traces infimes au sein des matériaux.

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LA MICROSONDE NUCLEAIRE TRAQUE LES TRACES

Sa sensibilité extrême en fait le moyen idéal pour analyser toutes sortes de traces infimes au sein des matériaux.



Les puissants moyens de mesure de la physique nucléaire peuvent-ils être utiles à l'industrie ? Oui. C'est du moins l'expérience faite par Alcatel qui, grâce au laboratoire CEA/CNRS Pierre-Süe (LPS), à Saclay, et à sa microsonde nucléaire, améliore ses fibres optiques. Alcatel avait besoin de déterminer très précisément le profil de la concentration des éléments dopants dans le coeur de certaines de ses fibres. En effet, la caractéristique première des fibres, l'atténuation par unité de longueur qu'elles imposent aux signaux transportés, en dépend étroitement. Un problème taillé sur mesure pour la microsonde nucléaire ! " Cet instrument est idéal pour déterminer précisément la distribution de traces chimiques variées à l'intérieur d'un matériau ", explique Jean-Paul Duraud, directeur du LPS. Début 1996, le laboratoire de recherche d'Alcatel-Alsthom à Marcoussis s'adresse au LPS et pose le problème. En moins d'un mois les physiciens du laboratoire de Saclay élaborent un protocole d'analyse. L'emploi de la microsonde s'impose quand ont été épuisées les possibilités des moyens de mesure plus conventionnels : sonde électronique ou sonde ionique. " Cette dernière impose une érosion ionique progressive de la surface de l'échantillon. Elle est donc destructive ", fait remarquer Jean-Paul Duraud. " De son côté, la sonde électronique est limitée en sensibilité à 1 000 ppm. " Car c'est d'abord la sensibilité remarquable de la microsonde nucléaire qui fonde son intérêt dans l'analyse de traces : 1 ppm. La microsonde nucléaire du LPS comporte un accélérateur électrostatique fourni par la société Vivirad. A l'aide d'une tension électrique pouvant aller jusqu'à 4 millions de volts, celui-ci confère une énorme énergie cinétique à des ions hélium ou hydrogène. Un système comprenant des tubes sous vide, diverses bobines magnétiques et autres lentilles électrostatiques sert à convoyer et préparer le faisceau d'ions. Celui-ci, d'une surface de l'ordre du micromètre carré, est dirigé vers l'échantillon dont il faut analyser la composition. " Quatre types de rayonnements sont alors émis par l'échantillon : des photons X et, issus des réactions nucléaires, des particules et des photons gamma. Enfin, les ions du faisceau incident dont l'énergie est trop faible pour déclencher une réaction nucléaire et qui sont simplement diffusés élastiquement ", explique Jean-Paul Duraud. C'est en analysant la distribution énergétique de tous les types de particules rayonnant depuis la cible que les physiciens caractérisent la nature et en déterminent très exactement la composition chimique. " Pour réaliser une étude de profil de concentration, nous tournons l'échantillon et faisons parcourir au faisceau la tranche à étudier ", explique Jean-Paul Duraud. Mais la sonde est aussi idéale pour quantifier très exactement la présence et la nature d'impuretés. Une seconde fonction, que l'équipe du LPS a d'ailleurs utilisée pour le compte d'un métallurgiste parti à la chasse aux oxydes au sein d'un métal de haute pureté.



Les japonais en avance

Près d'une soixantaine de microsondes nucléaires fonctionnent dans le monde dont un tiers en Europe (trois en France) et un tiers aux Etats-Unis. Avec douze sondes à lui seul, le Japon semble le pays le plus avancé quant aux applications de cet instrument aux problèmes industriels. Sans doute parce que la puissante industrie électronique japonaise s'en sert pour réduire la contamination des semi-conducteurs.

USINE NOUVELLE N°2579

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