Interaction Rayonnement-Matière

Interaction Rayonnement-Matière

Interaction rayonnement-matière

Les interactions rayonnement-matière décrivent les effets d'un rayonnement sur un atome. Le terme « rayonnement » est à prendre dans son sens quantique :

Ces rayonnements sont utilisés pour analyser la matière. En effet, les atomes sont trop petits pour être visibles ou palpables, on ne peut donc les connaître que de manière indirecte ; on observe la manière dont ils perturbent un rayonnement incident. Ceci a donné naissance à deux types de méthodes d'analyse :

  • les méthodes de diffraction : lorsque les atomes sont organisés de manière ordonnée (cristal), le rayonnement va être diffusé dans certaines directions de l'espace uniquement ; l'étude de cette répartition spatiale de l'intensité diffusée permet de caractériser l'organisation de la matière ;
  • les méthodes spectrométriques : les atomes vont absorber une partie des radiations incidentes et en réémettre d'autres, le spectre d'absorption et de réémission est caractéristique des énergies de liaison de la matière, et donc de sa nature chimique.

Sommaire

Diffusion, ionisation

Le rayonnement incident peut interagir de plusieurs manières avec l'atome :

  • il peut être diffusé, c'est-à-dire qu'il « rebondit » sur l'atome :
    • diffusion élastique : le rayonnement rebondit sans perdre d'énergie ; si le rayonnement incident est électromagnétique (lumière, rayon X) on parle de diffusion Rayleigh, si c'est un électron, on parle de rétrodiffusion ;
    • diffusion inélastique : le rayonnement provoque l'éjection d'un électron faiblement lié, il perd donc de l'énergie, c'est la diffusion Compton ;
  • il peut être absorbé, en provoquant une transition électronique :
    • si l'énergie incidente est faible, il provoque simplement le changement d'orbite d'un électron ;
    • si l'énergie est suffisante, il provoque une ionisation ; si le rayonnement incident est électromagnétique, on parle d'effet photoélectrique et l'électron éjecté est un photoélectron ; si le rayonnement incident est un faisceau d'électrons, les électrons éjectés sont des électrons secondaires.

Interaction rayonnement matiere incidence.png

Relaxation

Dans le cas ou le rayonnement est absorbé, l'atome est dit « excité » car son état d'énergie n'est pas l'état minimal. Il s'ensuit donc une « relaxation » (ou « désexcitation ») : un électron d'une couche supérieure vient combler la case quantique laissée vacante par l'électron éjecté.

Si l'énergie de transition est modérée (c'est-à-dire si le rayonnement incident avait une énergie modérée), la relaxation provoque l'émission d'un photon de faible énergie (visible ou ultra-violet), c'est le phénomène de fluorescence. Si l'énergie de transition est élevée, on peut avoir deux cas :

  • il y a émission d'un photon fluorescent, qui du fait de son énergie, est un photon X, on parle de fluorescence X ;
  • ce photon X peut être recapturé par l'atome lui-même et provoquer l'éjection d'un électron périphérique, c'est l'émission Auger.

Interaction rayonnement matiere relaxation.png

Autre interactions

Applications

Méthodes d'analyse utilisant un rayonnement incident électromagnétique
rayonnement incident
effet infrarouge visible, ultraviolet rayons X
absorption spectroscopie et microscopie infrarouge à transformée de Fourier (IRTF) spectrométrie d'absorption,
oxymètre
radiographie
absorption des rayons X (XANES, EXAFS)
fluorescence microscope laser
microscope à fluorescence
spectrométrie de fluorescence X
diffraction diffraction de rayons X
effet photoélectrique XPS, ESCA


Méthodes d'analyse utilisant un rayonnement incident particulaire
rayonnement incident
effet électron neutron ion
absorption microscope électronique en transmission
émission d'électron spectrométrie Auger,
microscope électronique à balayage
diffraction EBSD,
microscope électronique en transmission
diffraction de neutrons
émission X microsonde de Castaing PIXE
émiss

Liens externes

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